燒結機臺車輪掉落研究
王二林① 張愛東 吳建海
（北京首鋼股份有限公司煉鐵作業部，河北唐山 064400）
摘 要：燒結機是鋼鐵行業重要的工藝設備。對燒結機臺車輪掉落的原因進行了分析，并介紹了燒燒結產線對臺車輪掉落問題改進措施，并重點闡述了一種改進后的臺車輪結構。該兩條產線自實施相關措施后，已成功杜絕臺車輪掉落，為燒結同行業解決臺車輪掉落問題提供了參考。
關鍵詞：燒結機；臺車
１ 前言
燒結機是鋼鐵行業中燒結工序必備的大型設備。燒結機因工藝重要性，它的運行穩定性直接關乎整個燒結流程的作業率。不同規格的燒結機臺車數量雖然不等，但每臺燒結機的臺車輪數量都相對較多。以北京首鋼股份有限公司二燒、三燒燒結產線的360m2燒結機為例，該燒結機采用的臺車規格為4.5×1.5m，燒結機共有140塊臺車，每個臺車有4個臺車輪，合計560個臺車輪。因燒結機臺車數量多，且燒結機工作環境相對惡劣，臺車輪工作溫度可達60℃～110℃，所以臺車輪在運行過程中出現掉落也是燒結行業普遍存在的問題［1］。
2 原因分析
燒結機臺車分別臺車體、臺車欄板、臺車蓖條、臺車輪軸、臺車輪等部件組成。臺車輪安裝在臺車輪軸上，臺車輪軸安裝在臺車體上。每個臺車分別裝有四個臺車輪用以支撐臺車在燒結機軌道和滑道上運轉，燒結機臺車體主要結構如圖1所示。
通過對掉落的臺車輪進行解體分析，臺車輪內部結構示意圖如圖2所示。經分析歸納，燒結機運行過程中出現臺車輪掉落的出現原因有以下幾個方面。
2.1軸承潤滑不良或老化
燒結機臺車輪由于工作環境溫度高達60℃～110℃，對潤滑的需求相對較高。由于燒結機作業率高、停機檢修時間較短，且臺車輪數量較多，停機時間難以對全部臺車輪進行高標準的潤滑。
臺車輪軸承由于工作環境溫度高、潤滑難度大、容易造成軸承滾動體磨損老化，軸承失效后會出現臺車輪擺動［2］。在燒結機臺車向前運行過程中，臺車輪擺動造成內部軸承軸向受力。臺車輪內部設置的軸向止擋裝置—鎖緊螺母由于收到故障軸承的作用容易出現鎖緊螺母松動或螺紋損壞的問題，當鎖緊螺母損壞后止擋墊圈難以阻擋臺車輪軸向竄動，從而出現臺車輪掉落。
2.2燒結機跑偏
燒結機臺車輪主要承受軌道和彎道的支撐力。理想運動狀態下，臺車輪在軌道上直線向前運動。在實際工作中，臺車輪相對復雜，軌道灰塵、物料等夾雜在運動副之間，發生磨粒磨損加劇車輪磨損造成臺車輪外緣磨損。燒結機臺車跑偏，造成臺車輪在向前運動過程中臺車輪外沿與軌道發生擠蹭，長期運行會造成軸承損壞、進而造成臺車輪脫落。
3 故障危害及處理
3.1燒結機臺車輪掉落處理方式
由于燒結機為連續運轉，燒結機臺車輪掉落后一般采用更換故障臺車的方式進行處理。在更換臺車時，需要先停止在故障臺車上布料，待故障臺車運轉至燒結機機尾后將故障臺車吊出進行更換［3］。
3.2燒結機臺車輪掉落危害
在更換臺車時，由于先停止在故障臺車上布料，當故障臺車在燒結機機頭運轉至機尾過程中就會造成大量的漏風，影響燒結機產量。在機尾更換故障臺車，時間大概需要8～10分鐘。以360m2燒結機為例，每次更換一塊故障臺車大概損失200t燒結礦產量。
由于臺車在運行過程中布滿上層、下層軌道，機頭、機尾彎道。正常情況下如臺車掉落一個車輪，只要該臺車仍在上層、或下層軌道上運行，由于該臺車受前后兩塊臺車的擠壓，該臺車仍可軌道上直線運動，不會影響燒結機運行。
以臺車體為研究對象，如圖3所示正常在上層軌道運行的臺車收到后部臺車的推力F以及前部臺車與軌道摩擦力形成的反向推力Nf，臺車自身重力W，軌道對其車輪A、B支撐力NA、NB，臺車處于平衡狀態，故可正常向前運動。
如果臺車輪B出現掉落，則其受力情況如圖4所示。臺車收到后部臺車的推力F以及前部臺車與軌道摩擦力形成的反向推力Nf，臺車自身重力W，軌道對其車輪A支撐力NA。由于臺車輪B出現掉落，故軌道不再提供支撐力NB。臺車體出現以A點為圓心向前傾斜的趨勢，此時前部臺車欄板會提供反向推力N欄板。臺車體仍會達到新的平衡狀態，故可繼續向前運動，不會出現脫軌的問題。
如果故障臺車經過機頭、機尾彎道時，臺車體不再處于互相擠壓的狀態。后部臺車不再提供反向推力N欄板，則容易出現臺車體傾斜，從而發生臺車體頂壞彎道等大型故障。
４ 改進
通過對燒結機臺車輪掉落原因及危害進行分析，對臺車輪掉落問題可從以下幾個方面進行改進：
4.1改善臺車輪潤滑
由于臺車輪長期在高溫、粉塵狀態下工作，對于潤滑需求相對較好。如果僅靠停機檢修時進行潤滑，難以對所有臺車輪實施潤滑。針對這種情況，需要在燒結機臺車運轉過程中實施潤滑。目前國內部分燒結產線正在研討機器人在燒結機運行過程中實施臺車輪自動潤滑。由于機器人成本相對較高，該技術尚在探索階段。在現階段，可在燒結機下層軌道設置固定潤滑點，人工使用電動潤滑泵進行半機械化進行潤滑。
4.2調整燒結機跑偏
燒結機跑偏的原因有多種，如齒板磨損、軌道移位、星輪不正等，我們可以調整燒結機主星輪對燒結機上層臺車跑偏進行處理，調整機尾彎道對燒結機下層臺車跑偏進行處理；使燒結機處于相對穩定的狀態運行［4］。
4.3改進臺車輪結構
通過對臺車輪掉落過程進行分析，我們得知當臺車輪內部軸承損壞后并不會直接導致臺車輪掉落。只有當臺車輪故障軸承在運轉過程中造成鎖母螺母損壞后，臺車輪才會出現掉落。我們可以對臺車輪結構進行改進，將臺車輪軸向鎖緊裝置移至臺車輪外部。這樣就能達到故障軸承不與鎖緊裝置發生相互作用，從而實現即便臺車輪軸承出現損壞，臺車輪也不會發生掉落的問題。按照此方案我們設計了改進后的臺車輪，如圖5所示。
該改進后的車輪將原端蓋分為兩個部分，一部分為環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套。其中透蓋使用螺栓固定在臺車輪上，壓蓋使用鎖緊螺母固定在臺車輪軸上。在運轉過程中透蓋隨臺車輪轉動，壓蓋固定在臺車輪軸上固定不動。此方案較傳統的臺車輪，將鎖緊裝置移至臺車輪外部避免了鎖緊裝置與故障的軸承發生相互作用出現磨損失效的問題；可有效地實現即便臺車輪軸承損壞也不會出現臺車輪掉落的問題。
該型式臺車輪為北京首鋼股份有限公司自行設計并申請了專利，專利授權號為CN212806539U［5］。
該型式臺車輪并于2020年6月在二燒360m2燒結機全線投入、于2021年1月在三燒360m2燒結機全線投入，運行至發稿為止兩條產線1120個臺車輪實現了0掉落。
4.4加裝報警裝置
通過前文所述，正常情況下臺車出現車輪掉落時在上層和下層軌道上仍可運行。當掉落車輪的臺車經過燒結機彎道時，則可能發生大型故障。故如能通過加裝報警裝置實現臺車輪掉落后、在進入燒結機彎道前發生報警信號，則可有效地避免大型故障的發生。該報警裝置可在臺車進入彎道前，在臺車輪行走軌跡的側邊安裝一個接近開關。假定兩個車輪經過接近開關，接近開關發出檢測信號的實際時間間隔為T，兩個車輪之間的距離為s，車輪運行速度的為v。兩個相鄰的車輪通過檢測開關的理論時間為t，則t＝s／v。
當Ｔ≥1.5t時，控制程序可判定臺車輪已經掉落，控制程序發出聲光報警信號或在監控電腦上出現彈窗報警、或者自動保護停機。通過該方式可實現掉落車輪的燒結機臺車在進入燒結機彎道前進行報警，可有效地避免較大故障的發生［6］。
5 結論
由于燒結機工作環境惡劣、作業率高，且燒結機臺車輪數量多，燒結機臺車輪掉輪是燒結行業普遍面臨的問題。我們通過改進現有臺車輪結構，改善設備潤滑有效地實現了燒結機臺車輪0掉落的目標。通過加裝報警裝置，可實現掉落臺車輪的燒結機在進入彎道前進行報警，可有效地避免大型故障的發生。以上措施，可為同行業燒結產線解決燒結機臺車輪掉落問題提供有益參考。
參考文獻
［1］楊龍，吳洪松，楊學斌，等．燒結機臺車故障分析［J］．冶金設備，2020（06）：47－51．
［2］程明森．寶鋼燒結臺車輪給脂機器人系統應用［J］．冶金設備，2021（05）：71－74．
［3］李宏林．燒結機臺車運行故障預防與處理［J］．冶金管理，2021（05）：50－51．
［4］王二林．360平燒結機跑偏分析與調整［C］．／／第十六屆全國大高爐煉鐵學術年會論文集，2015：903－911．
［5］北京首鋼股份有限公司．一種防掉落裝置及燒結機：CN202021571195.2［P］．2021－03－26．
［6］北京首鋼股份有限公司．一種環冷機車輪掉落檢測裝置：CN202022979273．9［P］．2021－09－03．
來源：冶金信息裝備網
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