一种烧结机台车车轮轴拆除装置的研究与应用

陈 强， 李乃伟， 欧业帮

(广东韶钢工程技术有限公司，广东 韶关 512123)

1 前言

(1)台车是烧结机生产的重要设备，它从机头开始，直接承受装料、点火、抽风、烧结等过程，直到机尾卸料。

车轮作为台车的承载行走设备，在整个烧结作业过程中：既要承受台车本体和矿料的重量，包括抽风负压的作用；又要承受长期连续作业，升降温度的作用。台车轮因载荷挤压或高温极易造成轴承密封失效，在抽风负压烧结的作用下，周围粉尘大量进入车轮内部结构中，会引起轴承润滑不良或失效，直至轴承损坏，车轮不能正常工作，直接影响烧结生产作业。

(2)目前国内烧结台车车轮有2种结构形式，轴承式(如图1)和一体式(如图2)。轴承式是配件组合装配模式，目前韶钢烧结机使用的是这一方式；一体式是新型专利产品，目前在宝钢大院、湛江钢铁、宁波钢铁等使用。

(3)一体式台车轮将整个车轮变为一个整件，车轮内部采用三道圆柱滚子。中间槽为V型槽，圆柱滚子交错放置，V型槽的滚子控制车轮的轴向间隙，并能承受更大的轴向力，能解决普通台车车轮容易变形，轴向受力差的问题。另外，一体式台车在密封装置上采用唇形加迷宫的双密封方式，提高了台车内部结构的密封可靠性，润滑条件得到改善，减少了台车故障。

图1 轴承式台车车轮与轴

图2 一体式台车车轮与轴

2 现状分析

(1)从2015年4月份开始，韶钢炼铁厂烧结机台车的故障明显上升，尤其在2016年5月份烧结进一步提产后，台车故障更是大幅上升。2016年烧结机发生设备(四级)事故5起，其中烧结机台车事故就有2起，影响停机时间约3 h，全年台车故障182次，月均15.2次，故障停机时间共31.32 h，约占烧结机总故障的10%，机械故障的80%。而在机械故障中，台车车轮损坏约占70%～80%，每台烧结机全年因台车车轮引起停机时间约为21～24.5 h。2台烧结机共计约50 h。

(2)通过韶关钢铁相关专业部门的经济分析与评价，决定利用每次定修时间，逐步将轴承式台车车轮更换成一体式台车车轮，共计约1 336套车轮(334台台车，4套车轮/台)。项目计划从2017年6月开始实施。

(3)每台台车有四个车轮组，轴径为150 mm、长度为225 mm的轴头支撑，工作中承受自重9 t及矿粉12 t，并受到“400℃-常温”的热反复作用，会产生很大的热疲劳，车轮轴是过盈配合加热装配，经过长时间使用后，下线维修时车轮轴的拆除有很大的难度。

3 制定对策

(1)目前的台车轮拆除方式：①钳工解体：钳工将车轮、轴承及卡轮组拆除，只留车轮轴；②焊工割轴：焊工用割枪将台车轮轴裸露部分割断，并将车轮轴吹穿(由于剩余车轮轴长度有225 mm，吹穿需要较高的技术水平的焊工才能做到)，并开十字槽将车轮轴打出，割十字槽过程无法避免的会伤及台车车轮轴孔，维修质量难以保证。

(2)由于炼铁厂烧结机台车所有车轮需要更换，工作量很大。因此现有的车轮轴拆除方法效率较低，根本无法满足作业要求。所以我们考虑研究一种快速拆除烧结机台车车轮轴的装置，以满足更换作业需要。

4 项目实施

(1)根据场地条件、作业人员配置和安全风险评估，设计制作一种快速拆除烧结机台车车轮轴装置(如图3)。

图3 一种快速拆除烧结机台车车轮轴装置

(2)计算最大热装过盈配合下的压出轴的吨位。轴和孔的最大公差：轴的最大直径150+0.09 mm；孔的最小直径150-0.00 mm，最大公差为0.09 mm，结合长度为225 mm。

根据《GB/T5371—2004极限与配合 过盈配合的计算和选用》规定中光滑圆柱面配合压入力计算公式为：

Pxi=PfmaxπdfLfμ

(1)

式中：Pxi为压入力；Pfmax为结合面压力；π为圆周率；df为配合直径；Lf为配合长度；μ为接触面摩擦系数。常用材料摩擦系数如表1所列。

表1 常用材料摩擦系数

Pfmax=δmax/[df(Ca/Ea+Ci/Ei)]

(2)

式中：Pfmax为结合面压力；δmax为配合过盈量；df为结合直径；Ca、Ci为包容件和被包容件系数；Ea、Ei包容件和被包容件弹性模量。

Ca=[(da2+df2)/(da2-df2)]+υ

(3)

Ci=[(df2+di2)/(df2-di2)]-υ

(4)

式中：da为包容件外径；df为结合直径；di为被包容件内径；υ泊松系数。常用材料的弹性模量及泊松比如表2所列。

表2 常用材料的弹性模量及泊松比

由表1可知，台车本体为球墨铸铁，台车轴为45#钢，固取摩擦系数μ为0.15，由表2可知，包容件材料弹性模量Ea为180 000 N/mm2，被包容件材料弹性模量Ei为210 000 N/mm2。其他已知参数包容件外径da为260 mm，结合直径df为150 mm，Lf为225 mm结合长度，di为0 mm被包容件内径，最大过盈量δmax为0.09 mm。将所有参数代入公式可得压入力Pxi为593 kN，压出力P为压入力Pxi的1.3～1.5倍，则P=(1.3～1.5)Pxi=(770.9～889.5) kN。

最大热装过盈配合下压出轴选用吨位：计算压出吨位大约为90 t，考虑大安全应用吨位扩大2倍，并结合现有千斤顶情况，实际选用200 t液压千斤顶。

(3)工装设计、选材：①液压千斤顶选用200 t；②尾部长度支撑：根据压出力90 t安全系数和长度，选用长度3 880 mm直径120 mm圆钢。

(4)操作步骤及要领：①操作前检查。检查液压站油箱的油液是否达到刻度线要求，若油液不足应及时补充。检查移动式液压站及千斤顶各部件的密封情况是否有泄漏，工作压力在许可范围内。检查液压站操作手柄、阀门开关、按钮开关等应处于非工作的位置上。检查电器配电箱应关闭牢靠，电气接地良好；②操作步骤。利用天车吊装固定顶杆就位，随后安装液压千斤顶。要求液压千斤顶与被拆的零部件必须在同一轴心线上。液压站与液压千斤顶之间安装油管。在启动液压站油泵前，应将调压手柄旋松(逆时针转动)，电磁阀处于关闭状态。工作时先闭合主电源开关，随之启动液压站油泵电机开关。此时，指示灯亮，表示控制系统电源接通，允许操作。将千斤顶单向阀旋紧接通后。启动主油泵，油泵指示灯亮，表明油泵已启动，注意观察电机的旋转方向是否符合泵所要的旋向。操控调压手柄使油压逐渐升压，压力选择不能超过30 MPa。轮轴零部件拆卸完成后，清理现场。

5 总结

液压顶出法主要依据的理论是：力的平衡定理。当液压千斤顶顶出的外力与轴的反作用力之间平衡，当力的数值超过轴退出的极限值时，自然使轴被顶出。目前我们正在使用液压顶出法顶出烧结机台车车轮轴，达到了良好的预期效果。

通过本文的简单介绍可以看出：液压顶出方法拆除烧结机台车车轮轴更加安全实用，并且能够保证目前的炼铁厂烧结生产需要，同时具有广泛的推广使用价值。

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