環(huán)形爐爐底機械傳動裝置的選擇與控制

環(huán)形爐爐底機械傳動裝置的選擇與控制

在收獲機生產(chǎn)中，環(huán)形電爐是用來加熱管芯材料的最常用的爐型。與斜底爐相比,它具有加熱能力大、加熱溫度均勻、能耗低、氧化燒損小、操作靈活、自動化程度高等特點,較適合加熱圓管坯。爐底機械傳動裝置是環(huán)形爐最主要的設(shè)備之一。環(huán)形爐爐底由型鋼焊接成的扇形上環(huán)框架、下環(huán)框架組成,上環(huán)框架用來支撐耐火材料及管坯,下環(huán)框架下部圓環(huán)均勻布置著圓柱銷,由液壓馬達或電機帶動齒輪驅(qū)動圓柱銷使環(huán)形爐爐底轉(zhuǎn)動,以達到逐步加熱管坯的目的。1機械傳動結(jié)構(gòu)型式爐底機械傳動裝置分為機械傳動和液壓傳動兩種結(jié)構(gòu)型式。機械傳動結(jié)構(gòu)由電機、減速機、齒輪、銷輪組成。液壓傳動結(jié)構(gòu)由液壓馬達、減速機、齒輪、銷輪組成。1.1傳動傳動機構(gòu)環(huán)形爐中徑小于16m的一般采用機械傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動爐底。其組成如下:變頻調(diào)速電機—減速機(大速比的行星齒輪減速機為好,現(xiàn)多采用三環(huán)減速機,配置雙電機)—齒輪—銷輪。機械傳動結(jié)構(gòu)的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,費用較低,機械傳動需要的電機功率較小,通過變頻調(diào)速電機和編碼器,可實現(xiàn)調(diào)速和位置控制,控制系統(tǒng)簡單。應(yīng)用PLC和變頻器控制電機的速度,可較好地達到預(yù)期的電機同步運轉(zhuǎn),見圖1。其齒輪與銷輪嚙合為浮動嚙合,嚙合支撐采用氣缸,氣動系統(tǒng)工作壓力不小于0.5MPa。傳動裝置可以在底座滑槽中滑動,由氣缸推動傳動裝置以保證齒輪與銷輪的嚙合,如傳動裝置需要維修可用氣缸拉出,脫離嚙合后進行維修。缺點:由于環(huán)形爐轉(zhuǎn)速很低,一般在每小時幾轉(zhuǎn)以下,而電機的轉(zhuǎn)速較高,為了實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速,就必須使用大速比的減速機,一般速比大于200;另外,為了實現(xiàn)同步控制,傳動裝置不可能配置太多,一般是2~3臺。因而,不適用于大型環(huán)形爐。1.2原油泵結(jié)構(gòu)環(huán)形爐中徑16m以上的一般采用液壓傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動環(huán)形爐爐底。1.2.1系統(tǒng)的傳動及壓力控制回路液壓馬達—行星齒輪減速機—齒輪—銷輪。液壓傳動結(jié)構(gòu)的優(yōu)點:液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度快,控制精度高,控制靈活性大,自動化程度高,系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定;采用比例閥調(diào)速控制可使液壓缸和液壓馬達的啟動、停止產(chǎn)生的沖擊降到最低,實現(xiàn)運動速度變化的平穩(wěn)過渡;壓力控制回路可以實現(xiàn)系統(tǒng)的加載、卸載和液壓馬達的安全工作,并能在過載狀態(tài)下溢流或控制泵用電機斷電,以保護整個系統(tǒng)避免因事故而遭致?lián)p壞。液壓馬達運行平穩(wěn)、可靠,可實現(xiàn)無級調(diào)速,尤其適合低速、大扭矩的工作條件,適用于大型環(huán)形爐,見圖2。液壓傳動結(jié)構(gòu)的齒輪與銷輪浮動嚙合支撐采用液壓缸。缺點:液壓系統(tǒng)復(fù)雜,需要的電機功率大,控制系統(tǒng)復(fù)雜,控制精度高,費用較高。1.2.2流量控制與工況液壓系統(tǒng)調(diào)速主要分為閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)兩種方式。閥控系統(tǒng)采用比例流量閥調(diào)速(節(jié)流式調(diào)速),具有調(diào)速范圍大,承載能力不隨速度變化,執(zhí)行元件可獲得很低的速度,閥站布置分散靈活,系統(tǒng)簡單,維護方便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。泵控調(diào)速系統(tǒng)通常由變量泵和定量液壓馬達(液壓缸)組成或者變量泵和變量馬達組成,亦稱容積調(diào)速。泵控調(diào)速具有流量控制與工況匹配性好、功率密度大、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點。但與泵控系統(tǒng)配套的主控閥臺及電控系統(tǒng)十分復(fù)雜、調(diào)試難度大、要求的操作維護水平較高。1.2.3比例泵或液壓馬達閉式傳動大型環(huán)形爐液壓傳動裝置一般布置3~4臺,其中的低轉(zhuǎn)速大扭矩液壓馬達帶動減速機,而這個減速機的速比一般只有50左右,因而單臺液壓馬達驅(qū)動的轉(zhuǎn)動慣量小,系統(tǒng)響應(yīng)速度高。通過液壓系統(tǒng)控制可以實現(xiàn)幾臺液壓馬達同步驅(qū)動。多臺液壓傳動裝置可實現(xiàn)在1臺檢修時,由其余的傳動裝置完成環(huán)形爐爐底運轉(zhuǎn)。檢修時傳動裝置通過導(dǎo)軌脫離工作位置。(1)液壓馬達同步控制(以4臺為例)采用4流液壓同步馬達實現(xiàn)4臺液壓馬達同步驅(qū)動銷輪。(2)液壓馬達閉式調(diào)速控制液壓馬達閉式調(diào)速控制是通過比例泵控制實現(xiàn)無級調(diào)速,所有比例泵集中出油后控制幾個液壓馬達,其它的液壓執(zhí)行元件需要另一套液壓源,見圖3。這種控制方式的優(yōu)點:由于環(huán)形爐爐底剛性很大,幾個液壓馬達并聯(lián)控制,同步性好,不會相互抗衡。如果其中一臺比例泵或液壓馬達損壞,可以在線維修,不影響環(huán)形爐正常運轉(zhuǎn)。缺點:液壓系統(tǒng)比較大,裝備比較復(fù)雜,造價高,同時由于閉式回路的清潔度和散熱不易控制,還需要專門的補油回路,所以整個液壓設(shè)備維護量大。(3)液壓馬達開式調(diào)速控制采用一個比例閥單獨控制一個液壓馬達的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)無級調(diào)速。這樣液壓系統(tǒng)可以采用恒壓變量泵來供油,同時其它的液壓執(zhí)行元件可以使用同一液壓源。優(yōu)點:液壓系統(tǒng)比較小,結(jié)構(gòu)簡單,造價低,維護量小。與閉式調(diào)速控制一樣,如果其中一臺泵、比例閥或液壓馬達損壞,都可以在線維修,而環(huán)形爐仍能正常運轉(zhuǎn)。缺點:由于比例閥與液壓馬達是一對一控制,即使給每個比例閥使用相同信號,輸出的流量也有差異,因而每個液壓馬達的轉(zhuǎn)速就存在不匹配,從而出現(xiàn)相互抗衡。為了避免速度差,且一旦比例閥斷電,液壓馬達能被動運轉(zhuǎn),所以比例閥就必須使用Y型中位機能,且不能加裝液壓鎖,以確保液壓馬達A、B腔油液能互流。由于上述原因,液壓馬達制動就只能用液壓抱閘來實現(xiàn),由于爐底機械慣性大,使用中液壓抱閘常有損壞的現(xiàn)象。2機械銷齒傳動銷齒傳動屬于齒輪傳動的一種特殊形式。其中,具有圓銷齒(即下環(huán)框架下部圓環(huán)均勻布置著的圓柱銷)的大齒輪稱之為銷輪,與銷齒嚙合的另一個具有齒形的小齒輪稱之為齒輪。銷齒傳動適用于低速、重載機械傳動和粉塵多、潤滑條件差等環(huán)境較惡劣的場合。銷齒傳動有外嚙合、內(nèi)嚙合等形式。環(huán)形爐爐底機械傳動采用齒輪主動、銷輪被動的外嚙合形式。環(huán)形爐爐底機械銷齒傳動的齒輪、銷輪齒數(shù)與速比根據(jù)工藝參數(shù)確定,一般齒輪齒數(shù)Z1=16~18,銷輪齒數(shù)Z2最好為偶數(shù),以便于下環(huán)扇形段分段。由于銷輪的輪齒是圓柱銷,結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、造價低、拆修方便,當個別輪齒損壞時,只須個別更換即可,不致整個銷輪報廢。銷齒傳動所需的功率、零件強度以及齒輪齒形設(shè)計詳見化學工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計手冊》中的《齒輪傳動》篇《銷齒傳動》。3電機同步運轉(zhuǎn)控制(1)環(huán)形爐中徑小于16m的可采用機械傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動環(huán)形爐爐底,可布置2臺或3臺傳動裝置,應(yīng)用PLC和變頻器控制電機的