王二林① 張愛東 吳建海

（北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部 河北唐山 064400）

摘 要：燒結(jié)機(jī)是鋼鐵行業(yè)重要的工藝設(shè)備。 對(duì)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落的原因進(jìn)行了分析，并介紹了燒燒結(jié)產(chǎn)線對(duì)臺(tái)車輪掉落問題改進(jìn)措施，并重點(diǎn)闡述了一種改進(jìn)后的臺(tái)車輪結(jié)構(gòu)。 該兩條產(chǎn)線自實(shí)施相關(guān)措施后，已成功杜絕臺(tái)車輪掉落，為燒結(jié)同行業(yè)解決臺(tái)車輪掉落問題提供了參考。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；臺(tái)車

１ 前言

燒結(jié)機(jī)是鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)工序必備的大型設(shè)備。 燒結(jié)機(jī)因工藝重要性，它的運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)乎整個(gè)燒結(jié)流程的作業(yè)率。 不同規(guī)格的燒結(jié)機(jī)臺(tái)車數(shù)量雖然不等，但每臺(tái)燒結(jié)機(jī)的臺(tái)車輪數(shù)量都相對(duì)較多。 以北京首鋼股份有限公司二燒、三燒燒結(jié)產(chǎn)線的 360m² 燒結(jié)機(jī)為例，該燒結(jié)機(jī)采用的臺(tái)車規(guī)格為 4.5 × 1.5m，燒結(jié)機(jī)共有140 塊臺(tái)車，每個(gè)臺(tái)車有4 個(gè)臺(tái)車輪，合計(jì)560個(gè)臺(tái)車輪。因燒結(jié)機(jī)臺(tái)車數(shù)量多，且燒結(jié)機(jī)工作環(huán)境相對(duì)惡劣，臺(tái)車輪工作溫度可達(dá)60℃ ～ 110℃ ，所以臺(tái)車輪在運(yùn)行過程中出現(xiàn)掉落也是燒結(jié)行業(yè)普遍存在的問題^［1］ 。

2 原因分析

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車分別臺(tái)車體、臺(tái)車欄板、臺(tái)車蓖條、臺(tái)車輪軸、臺(tái)車輪等部件組成。 臺(tái)車輪安裝在臺(tái)車輪軸上，臺(tái)車輪軸安裝在臺(tái)車體上。 每個(gè)臺(tái)車分別裝有四個(gè)臺(tái)車輪用以支撐臺(tái)車在燒結(jié)機(jī)軌道和滑道上運(yùn)轉(zhuǎn)，燒結(jié)機(jī)臺(tái)車體主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過對(duì)掉落的臺(tái)車輪進(jìn)行解體分析，臺(tái)車輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2所示。 經(jīng)分析歸納，燒結(jié)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)臺(tái)車輪掉落的出現(xiàn)原因有以下幾個(gè)方面。

2.1 軸承潤(rùn)滑不良或老化

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪由于工作環(huán)境溫度高達(dá) 60℃～ 110℃ ，對(duì)潤(rùn)滑的需求相對(duì)較高。 由于燒結(jié)機(jī)作業(yè)率高、停機(jī)檢修時(shí)間較短，且臺(tái)車輪數(shù)量較多，停機(jī)時(shí)間難以對(duì)全部臺(tái)車輪進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑。

臺(tái)車輪軸承由于工作環(huán)境溫度高、潤(rùn)滑難度大、容易造成軸承滾動(dòng)體磨損老化，軸承失效后會(huì) 出現(xiàn)臺(tái)車輪擺動(dòng)^［2］ 。 在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車向前運(yùn)行過程中，臺(tái)車輪擺動(dòng)造成內(nèi)部軸承軸向受力。 臺(tái)車輪內(nèi)部設(shè)置的軸向止擋裝置—鎖緊螺母由于收到故障軸承的作用容易出現(xiàn)鎖緊螺母松動(dòng)或螺紋損壞的問題，當(dāng)鎖緊螺母損壞后止擋墊圈難以阻擋臺(tái)車輪軸向竄動(dòng)，從而出現(xiàn)臺(tái)車輪掉落。

2.2 燒結(jié)機(jī)跑偏

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪主要承受軌道和彎道的支撐力。 理想運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，臺(tái)車輪在軌道上直線向前運(yùn)動(dòng)。 在實(shí)際工作中，臺(tái)車輪相對(duì)復(fù)雜，軌道灰塵、物料等夾雜在運(yùn)動(dòng)副之間，發(fā)生磨粒磨損加劇車輪磨損造成臺(tái)車輪外緣磨損。 燒結(jié)機(jī)臺(tái)車跑偏，造成臺(tái)車輪在向前運(yùn)動(dòng)過程中臺(tái)車輪外沿與軌道發(fā)生擠蹭，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成軸承損壞、進(jìn)而造成臺(tái)車輪脫落。

3 故障危害及處理

3.1 燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落處理方式

由于燒結(jié)機(jī)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落后一般采用更換故障臺(tái)車的方式進(jìn)行處理。 在更換臺(tái)車時(shí)，需要先停止在故障臺(tái)車上布料，待故障臺(tái)車運(yùn)轉(zhuǎn)至燒結(jié)機(jī)機(jī)尾后將故障臺(tái)車吊出進(jìn)行更換^［3］ 。

3.2 燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落危害

在更換臺(tái)車時(shí)，由于先停止在故障臺(tái)車上布料，當(dāng)故障臺(tái)車在燒結(jié)機(jī)機(jī)頭運(yùn)轉(zhuǎn)至機(jī)尾過程中就會(huì)造成大量的漏風(fēng)，影響燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量。 在機(jī)尾更換故障臺(tái)車，時(shí)間大概需要8 ～ 10分鐘。 以360m² 燒結(jié)機(jī)為例，每次更換一塊故障臺(tái)車大概損失 200t 燒結(jié)礦產(chǎn)量。

由于臺(tái)車在運(yùn)行過程中布滿上層、下層軌道，機(jī)頭、機(jī)尾彎道。 正常情況下如臺(tái)車掉落一個(gè)車輪，只要該臺(tái)車仍在上層、或下層軌道上運(yùn)行，由于該臺(tái)車受前后兩塊臺(tái)車的擠壓，該臺(tái)車仍可軌道上直線運(yùn)動(dòng)，不會(huì)影響燒結(jié)機(jī)運(yùn)行。

以臺(tái)車體為研究對(duì)象，如圖3所示正常在上層軌道運(yùn)行的臺(tái)車收到后部臺(tái)車的推力 F 以及前部臺(tái)車與軌道摩擦力形成的反向推力 N_f，臺(tái)車自身重力 W，軌道對(duì)其車輪 A、B 支撐力 N_A、N_B ，臺(tái)車處于平衡狀態(tài)，故可正常向前運(yùn)動(dòng)。

如果臺(tái)車輪B出現(xiàn)掉落，則其受力情況如圖4所示。 臺(tái)車收到后部臺(tái)車的推力F以及前部臺(tái)車與軌道摩擦力形成的反向推力 N_f，臺(tái)車自身重力 W，軌道對(duì)其車輪 A支撐力N_A。 由于臺(tái)車輪B出現(xiàn)掉落，故軌道不再提供支撐力 N_B 。 臺(tái)車體出現(xiàn)以A點(diǎn)為圓心向前傾斜的趨勢(shì)，此時(shí)前部臺(tái)車 欄板會(huì)提供反向推力N欄板。 臺(tái)車體仍會(huì)達(dá)到新 的平衡狀態(tài)，故可繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)脫軌的問題。

如果故障臺(tái)車經(jīng)過機(jī)頭、機(jī)尾彎道時(shí)，臺(tái)車體不再處于互相擠壓的狀態(tài)。 后部臺(tái)車不再提供反向推力 N欄板，則容易出現(xiàn)臺(tái)車體傾斜，從而發(fā)生臺(tái)車體頂壞彎道等大型故障。

４ 改進(jìn)

通過對(duì)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落原因及危害進(jìn)行分析，對(duì)臺(tái)車輪掉落問題可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

4.1 改善臺(tái)車輪潤(rùn)滑

由于臺(tái)車輪長(zhǎng)期在高溫、粉塵狀態(tài)下工作，對(duì)于潤(rùn)滑需求相對(duì)較好。 如果僅靠停機(jī)檢修時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑，難以對(duì)所有臺(tái)車輪實(shí)施潤(rùn)滑。 針對(duì)這種情況，需要在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)施潤(rùn)滑。目前國內(nèi)部分燒結(jié)產(chǎn)線正在研討機(jī)器人在燒結(jié)機(jī)運(yùn)行過程中實(shí)施臺(tái)車輪自動(dòng)潤(rùn)滑。 由于機(jī)器人成本相對(duì)較高，該技術(shù)尚在探索階段。 在現(xiàn)階段，可在燒結(jié)機(jī)下層軌道設(shè)置固定潤(rùn)滑點(diǎn)，人工使用電動(dòng)潤(rùn)滑泵進(jìn)行半機(jī)械化進(jìn)行潤(rùn)滑。

4.2 調(diào)整燒結(jié)機(jī)跑偏

燒結(jié)機(jī)跑偏的原因有多種，如齒板磨損、軌道移位、星輪不正等，我們可以調(diào)整燒結(jié)機(jī)主星輪對(duì)燒結(jié)機(jī)上層臺(tái)車跑偏進(jìn)行處理，調(diào)整機(jī)尾彎道對(duì)燒結(jié)機(jī)下層臺(tái)車跑偏進(jìn)行處理；使燒結(jié)機(jī)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)運(yùn)行^［4］ 。

4.3 改進(jìn)臺(tái)車輪結(jié)構(gòu)

通過對(duì)臺(tái)車輪掉落過程進(jìn)行分析，我們得知當(dāng)臺(tái)車輪內(nèi)部軸承損壞后并不會(huì)直接導(dǎo)致臺(tái)車輪掉落。 只有當(dāng)臺(tái)車輪故障軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中造成鎖母螺母損壞后，臺(tái)車輪才會(huì)出現(xiàn)掉落。 我們可以對(duì)臺(tái)車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將臺(tái)車輪軸向鎖緊裝置移至臺(tái)車輪外部。 這樣就能達(dá)到故障軸承不與鎖緊裝置發(fā)生相互作用，從而實(shí)現(xiàn)即便臺(tái)車輪軸承出現(xiàn)損壞，臺(tái)車輪也不會(huì)發(fā)生掉落的問題。 按照此方案我們?cè)O(shè)計(jì)了改進(jìn)后的臺(tái)車輪，如圖 5所示。

該改進(jìn)后的車輪將原端蓋分為兩個(gè)部分，一部分為環(huán)形的透蓋用于壓緊軸承的外套、另一部分為圓形壓蓋用于壓緊軸承的內(nèi)套。 其中透蓋使用螺栓固定在臺(tái)車輪上，壓蓋使用鎖緊螺母固定在臺(tái)車輪軸上。 在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中透蓋隨臺(tái)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，壓蓋固定在臺(tái)車輪軸上固定不動(dòng)。 此方案較傳統(tǒng)的臺(tái)車輪，將鎖緊裝置移至臺(tái)車輪外部避免了鎖緊裝置與故障的軸承發(fā)生相互作用出現(xiàn)磨損 失效的問題；可有效地實(shí)現(xiàn)即便臺(tái)車輪軸承損壞也不會(huì)出現(xiàn)臺(tái)車輪掉落的問題。

該型式臺(tái)車輪為北京首鋼股份有限公司自行設(shè)計(jì)并申請(qǐng)了專利， 專利授權(quán)號(hào)為 CN212806539U^［5］。

該型式臺(tái)車輪 并于 2020年 6月在二燒360m² 燒結(jié)機(jī)全線投入、 于2021年1月在三燒360m²  燒結(jié)機(jī)全線投入，運(yùn)行至發(fā)稿為止兩條產(chǎn)線 1120個(gè)臺(tái)車輪實(shí)現(xiàn)了0掉落。

4.4 加裝報(bào)警裝置

通過前文所述，正常情況下臺(tái)車出現(xiàn)車輪掉落時(shí)在上層和下層軌道上仍可運(yùn)行。當(dāng)?shù)袈滠囕喌呐_(tái)車經(jīng)過燒結(jié)機(jī)彎道時(shí)，則可能發(fā)生大型故障。故如能通過加裝報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)臺(tái)車輪掉落后、在 進(jìn)入燒結(jié)機(jī)彎道前發(fā)生報(bào)警信號(hào)，則可有效地避 免大型故障的發(fā)生。該報(bào)警裝置可在臺(tái)車進(jìn)入彎道前，在臺(tái)車輪 行走軌跡的側(cè)邊安裝一個(gè)接近開關(guān)。假定兩個(gè)車 輪經(jīng)過接近開關(guān)，接近開關(guān)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)的實(shí)際時(shí)間間隔為 T，兩個(gè)車輪之間的距離為 s，車輪運(yùn)行速度的為 v。 兩個(gè)相鄰的車輪通過檢測(cè)開關(guān)的 理論時(shí)間為 t，則 t ＝ s／ v。

當(dāng)Ｔ≥1.5t 時(shí)，控制程序 可判定臺(tái)車輪已經(jīng)掉落，控制程序發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)或在監(jiān)控電腦上出現(xiàn)彈窗報(bào)警、或者自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。通過該方式可實(shí)現(xiàn)掉落車輪的燒結(jié)機(jī)臺(tái) 車在進(jìn)入燒結(jié)機(jī)彎道前進(jìn)行報(bào)警，可有效地避免 較大故障的發(fā)生^［6］ 。

5 結(jié)論

由于燒結(jié)機(jī)工作環(huán)境惡劣、作業(yè)率高，且燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪數(shù)量多，燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉輪是燒結(jié)行業(yè)普遍面臨的問題。 我們通過改進(jìn)現(xiàn)有臺(tái)車輪結(jié)構(gòu)，改善設(shè)備潤(rùn)滑有效地實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪0掉落的目標(biāo)。 通過加裝報(bào)警裝置，可實(shí)現(xiàn)掉落臺(tái)車輪的燒結(jié)機(jī)在進(jìn)入彎道前進(jìn)行報(bào)警，可有效地避免大型故障的發(fā)生。 以上措施，可為同行業(yè)燒結(jié)產(chǎn)線解決燒結(jié)機(jī)臺(tái)車輪掉落問題提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

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［6］北京首鋼股份有限公司．一種環(huán)冷機(jī)車輪掉落檢測(cè)裝置：CN202022979273．9［P］． 2021 － 09 －03．