回轉式移蓋機的設計與應用

邵 琳，惠 展，趙 博，劉桂中

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

高爐在出鐵期間散發的煙塵是鋼鐵廠的主要污染源之一。其中高爐出鐵口的產塵量約占出鐵場總污染物的30%，是高爐出鐵場的主要產生塵源，因此，出鐵口煙塵的有效捕集直接關系到整個高爐除塵的效果。根據目前國內投產的幾座高爐出鐵場的除塵風量分析，主溝蓋與移蓋機技術是一種經濟有效的除塵手段。在高爐渣鐵溝上設溝蓋板是控制出鐵場煙塵、減少污染、改善操作條件的基礎，主鐵溝的第一段溝蓋在開、堵鐵口時需要移開，以讓出泥炮、開鐵口機工作所需位置，操縱這段溝蓋的移蓋機是爐前主要設備之一。

本文針對寶鋼2號高爐大修，結合爐前布置和使用要求設計了一種回轉式揭蓋機。

1 設備布置與構成

1.1 設備布置

爐前泥炮、開口機及移蓋機是風口平臺出鐵廠系統的主要設備，其布置和控制要求采用全平坦化出鐵場。兩個出鐵場各設2個鐵口，兩鐵口間夾角40°。每個鐵口設置一套新型大推力液壓泥炮、全液壓開鐵口機和液壓移蓋機。泥炮、開鐵口機同側布置，移蓋機布置在另一側，在泥炮和開口機對面，落地布置在出鐵場平臺上。

爐前泥炮、開口機、移蓋機設備在出鐵場平臺的布置位置和移蓋機設備運行要求：泥炮和開口機布置在出鐵場外側，移蓋機布置在出鐵場內側，風口平臺與出鐵場平臺高度差2 850 mm，B蓋高度800 mm。根據爐前設備平面布置和B蓋高度綜合考慮，同一出鐵場兩臺移蓋機設備須左右背對布置在兩主溝之間，運行中主溝蓋提升高度在回轉過程中與B蓋最高處留有足夠的運行安全距離，且移蓋機設備全動作軌跡范圍(運行最高點與風口平臺下沿)有足夠的安全運行空間。同時考慮兩個鐵口主溝蓋在待機位的放置空間以及檢修操作狀態的設置。綜合以上因素，中鋼集團西安重機有限公司為寶鋼2號高爐項目的設計了一種回轉式移蓋機。

1.2 設備構成

該移蓋機提升動作采用油缸直推結構形式，回轉動作通過液壓馬達驅動內齒形回轉支承實現設備平面旋轉動作。該設備主要由機械本體、液壓管路及輔助系統組成。其中機械本體包括：提升裝置、回轉裝置、底座裝置和基礎件。移蓋機整體結構如圖1所示。

圖1 移蓋機結構

(1)提升裝置。主要由提升鉤、提升臂和提升油缸組成，提升臂末端與回轉支座采用軸連接，作為固定支點，通過提升油缸驅動提升臂繞該固定支點轉動來實現提升臂前端的起落動作。

(2)回轉裝置。主要由回轉支座和液壓馬達組件組成，與底座裝置通過滾珠軸承連接，實現設備的回轉動作。

(3)底座裝置。主要由底座、滾珠軸承和緩沖裝置組成，與基礎件采用螺栓連接。

(4)基礎件。預埋式基礎框架和地腳螺栓組件，采用此種基礎結構設計，在提高設備在安裝定位精度的同時也能提高設備安裝基礎找正操作效率。

(5)液壓管路。采用旋轉接頭進行回轉體液壓管路連接，簡化管路布置結構的同時增加運行可靠性。

(6)輔助系統。輔助系統主要包含角度測量裝置和潤滑系統。角度測量裝置主要用于實時反饋設備所處的回轉角度狀態，以便與生產實時監測和執行遙控操作。

2 設備特性

2.1 設備主要參數

根據爐前整體布置需求，設定設備的主要技術參數見表1。

表1 設備主要技術參數

2.2 工作流程

(1)送蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設備回轉(15～25 s，145°)-回轉工作位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至工作位-系統停止。

(2)取蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設備回轉(15～25 s，145°)-回轉到待機位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至待機位-系統停止。

3 回轉式移蓋機的創新設計

3.1 提升結構設計

提升裝置通過提升油缸直接推動提升臂，使提升臂繞后固定支點轉動，以實現前端提升鉤對溝蓋的提升動作。采用此種提升結構形式，可以更好的滿足在2 850 mm凈空高度的前提下，實現提升高度≥900 mm。

在提升裝置中，提升臂的設計采用了箱型結構，如圖2所示，主要由兩側板、上部頂板、下部底板和尾部筒體組成整體承載結構，同時提升臂后端與回轉支座鉸接支點采用貫通筒體結構形式，增強鉸接點連接后的穩定性。該結構的特點是整體承載增強，封閉性好，在滿足剛性要求的同時保證腔體內部機械加工操作空間，便于加工操作。

圖2 提升臂

提升臂和提升油缸之間采用耳板結構，連接中設置環套結構，通過配合要求以保證該連接點的徑向承載要求和軸向方向的定位和壓緊。

提升臂與回轉支座之間設置有檢修安全定位銷，當進行檢修或者提升油缸更換操作時，使用安全定位銷，以防止設備提升臂的非預期動作，確保操作安全性。

3.2 回轉結構設計

回轉支座與固定底座通過內齒型回轉支承連接。在回轉支座上安裝有液壓馬達驅動裝置，用液壓馬達驅動裝置驅動安裝在其輸出軸上的小齒輪旋轉，通過旋轉的小齒輪與內齒型回轉支承的嚙合，使回轉支承內外圈產生相對轉動，以完成回轉支座平面旋轉，實現回轉動作。

回轉支座的設計采用了雙側腔型承載結構如圖3所示。底板采用拼接式結構，主要承載位置采用厚鋼板，前端底板相對減薄焊接支承筋板。回轉支座(與提升臂連接處)雙側立板采用焊接腔型結構。組裝結構中，回轉支座與提升臂固定支點的連接采用長軸連接結構，如圖4所示，關節軸承安裝在提升臂兩端，端面安裝壓蓋固定外圈。提升臂和回轉支座通過連接軸連接，連接軸為階梯軸，兩端關節軸承采用一端固定一端游動形式。

圖3 回轉支座

圖4 提升臂與回轉支座連接

使用此種連接形式，結構簡單，安裝調整操作方便，可以更好的保證提升機構中固定支點的連接精度和提升運動的穩定性。

回轉裝置與底座裝置之間設置有檢修位安全機械鎖，在進行移蓋機設備安裝或是進行設備檢修時，將設備鎖定在檢修位，確保操作安全性。

3.3 雙馬達獨立驅動設計

移蓋機的回轉裝置采用液壓馬達驅動形式。在本次設計中，液壓馬達驅動裝置采用雙馬達驅動結構，如圖5所示，為了保證雙馬達驅動的同步性和設備運行的穩定性，在馬達驅動裝置與回轉支座的安裝連接處設置調整裝置，以控制設備在回轉過程中兩個馬達的同步和承載問題。同時驅動裝置的設計也要求具備單馬達驅動設備運行的能力，以確保在一個馬達運行正常的情況下可以完成設備的回轉動作。

圖5 回轉裝置

固定底座上設置有液壓和機械限位裝置，能有效地減緩設備回轉過程對待機位和工作位停機時的慣性沖擊。

3.4 液壓管路和角度測量裝置

液壓管路設置旋轉接頭，采用芯軸固定，殼體旋轉的結構，管路進油設置在芯軸上，與內部執行件連接油口設置在殼體上。旋轉接頭安裝在固定底座的回轉中心位置，管路進油口鋼管通過固定底座上設置的出口接至設備外，旋轉接頭出油口與液壓馬達之間通過硬管連接，與提升油缸之間采用耐高溫高壓膠管連接。

該移蓋機配置角度測量裝置，以便實時監測設備的運行位置和工作回轉角度。角度測量裝置采用在回轉中心位置配置絕對值編碼器以直接測量設備運行的角度值，實現回轉角度的精準測量。在編碼器的設計中，為了解決編碼器安裝位置問題，同時便于編碼器的安裝拆卸和檢修更換，對角度測量裝置的編碼器安裝結構進行了特殊的安裝和拆卸結構設計。

4 結束語

(1)該回轉式移蓋機整體結構緊湊、驅動機構簡單、桿件設置合理、構件強度高。設備在高溫、多粉塵及渣鐵噴濺的環境下能長期穩定工作；

(2)該移蓋機采用全液壓驅動，整體運行平穩。提升機構為油缸直推式，結構簡單，使用和維護方便。回轉動作通過液壓馬達驅動內齒回轉支承實現設備旋轉動作，傳動精準性高，且回轉基礎穩固，工作可靠性高。

(3)該移蓋機在待機和工作位置均設有緩沖裝置，最大限度的減小設備運動中因慣性作用對設備本體的沖擊；在機械結構和液壓系統中設置了多重保護裝置，運行可靠。

(4)該移蓋機在提升裝置與回轉裝置之間、回轉裝置與底座裝置之間設置有安全定位銷，以防止設備檢修狀態中的非預期動作，操作安全性好。

目前，該移蓋機已應用于寶鋼2#高爐改造工程，至今工作可靠，運行狀態良好。