石灰窯窯頂杠桿及其支座改型

楊 楊,鄭俊興,郭志剛,陳 星,楊 磊

(唐山三友化工股份有限公司,河北 唐山 063305)

目前我公司石灰窯在連續上料過程中,需要通過窯頂連接桿帶動窯頂雙排鏈條的運動,使杠桿向下運動,此時杠桿壓下通過連接板和銷軸連接的吊桿,同時吊桿帶動料盅向下運動,完成料盅的開啟動作,使旋轉料斗、料斗下段內的物料進入到石灰窯內部進行煅燒反應。在石灰窯正常上料過程中,窯頂杠桿及其支座有著十分重要的作用。窯頂杠桿長度為2 055 mm,厚度為50 mm,杠桿上均布3個直徑為40 mm的通孔,用于安裝杠桿銷軸。杠桿支座主要由20 mm厚的鋼板拼焊組裝,杠桿支座的兩塊立板上各有一個直徑為40 mm的通孔,通孔處安裝杠桿銷軸,用于支撐杠桿。

1 窯頂杠桿及其支座存在問題

石灰窯窯頂杠桿及其支座在使用過程中經常出現如下問題:

1)杠桿在運行過程中,由于杠桿尾部將近2 t配重在料盅的啟閉過程中,需頻繁的進行上下圓弧形往復運動,且主要受力點全部集中在杠桿中間安裝銷軸部位,當配重落下時,在杠桿尾部產生約19 600 N的作用力,由于杠桿中間部位為主要受力點,對杠桿中間部位產生18 620 N·m的力矩。由于杠桿中間部位頻繁受較大的力矩,會導致杠桿從中間部位突然斷裂。雖然可以對斷裂部位進行焊接加固,但在后續的使用過程中,仍會發生突然斷裂的現象。并且杠桿修復作業時間較長,對石灰窯的正常操作產生了較大的影響。

2)由于磨損部位主要發生在杠桿孔邊緣與杠桿銷軸接觸部位,該部位被連接板、杠桿支座、重錘吊環擋住,在日常巡檢中不便發現設備隱患,杠桿中間銷軸在使用3個月后,由于磨損量較大,已超過杠桿銷軸直徑的2/3,會出現突然斷裂的現象,導致石灰窯無法正常上料。

2 石灰窯窯頂杠桿及其支座改型

針對上述現有石灰窯窯頂杠桿及其支座存在的問題,對其進行相應的改型設計。

2.1 增加杠杠中部寬度

保持杠桿厚度50 mm不變,將整體寬度為110 mm的杠桿改為中間寬度為180 mm,同時由中間向兩端過渡的杠桿結構,既加強了杠桿的整體強度,同時也避免的了對設備重量的較大改變。

2.2 杠杠材質由Q235A改為Q345B

材質Q235B比Q235A含碳量低,將含碳量控制在0.2%以下,使連接板與鋼板具有更加良好的焊接性能。同時使杠桿的最小屈服強度由原來的215 MPa增大到295 MPa,當杠桿尾部產生約19 600 N的作用力作業在杠桿中間部位時,可以進一步增大杠桿的抵抗受力變形的能力。

2.3 杠桿支座更換為軸承座

將杠桿支座更換為軸承座,軸承座內安裝型號為22315C的雙列調心滾子軸承。當杠桿運行時,內部軸承能夠對杠桿進行自動調心,減少杠桿運行時的跑偏現象,同時雙列調心滾子軸承既能承受徑向載荷,又能承受軸向載荷,且22315C的雙列調心滾子軸承能承受的基本額定載荷為342 000N,遠大于2 t配重在杠桿中間部位產生的作用力。取消安裝在杠桿中間的杠桿軸,通過兩塊180 mm×140 mm×20 mm的連接板,兩塊連接板通過4條M16×65的8.8級高強螺栓連接。兩塊連接板分別與杠桿中間底部、杠桿軸通過焊接連接在一起。杠桿軸為直徑90 mm,長度140 mm的實心軸,杠桿軸兩側分別安裝22315C的雙列調心滾子軸承和軸承座。雙列調心滾子軸承在安裝時采用熱裝,加熱溫度不超過100 ℃,軸承外圈與軸承座及軸承壓蓋的半圓孔處應接觸良好,用涂色法檢驗時,與軸承座在對稱于中心線120°,與軸承壓蓋在對稱于中心線90°的范圍內應均與接觸。用0.03 mm塞尺進行檢驗時,塞尺不得塞入外圈寬度的1/3。軸承內圈端面應緊靠杠桿軸的軸向定位面,其允許的最大間隙為0.1 mm。裝配后在軸承空腔內注入相當空腔容積約30%～50%的清潔3#鋰基脂。

改型前、后的杠桿及其支座見圖1、圖2。圖2中用軸承和軸承座代替原杠桿支座。將原杠桿銷軸改型為可以安裝軸承的杠桿軸,并與軸承一起安裝在軸承座內部。將連接板的其中1塊焊接在杠桿上,另一塊焊接在杠桿軸上。兩塊連接板通過4條M16×65的高強螺栓連接。當杠桿正常運行時,可以通過連接板帶動杠桿軸,通過軸承在軸承座內正常運轉,減少了原杠桿軸、杠桿與杠桿支座的磨損。在軸承座兩側蓋上鉆孔、攻絲,安裝油杯兩件,可以方便快捷的對軸承座內軸承進行加油潤滑。對于杠桿中間部位的軸承座只需每兩周進行一次加油潤滑即可,為進一步延長杠桿及其支座的使用壽命,每年需拆除軸承座側面端蓋,檢查內部軸承情況,若軸承滾動體、保持架等無明顯的磨損損壞情況時,即可繼續正常使用。

圖1 改型前的杠桿結構

圖2 改型后的杠桿及其支座總體裝配示意圖

改型后的杠桿及其支座在安裝時,需拆除現有窯頂鋼架上方的鋼結構基礎,使用14#槽鋼做支架,支架高度為355 mm,在支架上焊接430 mm×390 mm×20 mm的鋼板1塊,鋼板上加工4個直徑為27 mm的通孔,鋼板焊接完成后,通過水平尺測量鋼板的水平度,水平誤差不超過0.5 mm/m,通過4條8.8級的M24×120的高強螺栓進行將軸承座連接固定即可。由于杠桿及其支座在正常使用過程中,頻繁承受較大的沖擊振動。因此,需對兩塊連接板上的4條M16×65的高強螺栓與螺母進行點焊,通過破壞螺栓的螺紋副,進行螺栓的防松處理。在后期的使用過程中,需提前將杠桿軸與22315C的雙列調心滾子軸承、軸承座、連接板組裝在一起。當出現軸承磨損、斷裂或杠桿軸軸承位磨損的情況,造成杠桿無法正常運轉時。只需拆除連接軸承座的4條M24×120的高強螺栓和連接杠桿軸與杠桿的連接板上的4條M16×65的高強螺栓,將提前組裝好的軸承、軸承座、連接板進行更換即可。

我公司在2018年對10#石灰窯窯頂杠桿及其支座進行改型,目前已平穩運行5年。

3 結 語

石灰窯窯頂杠桿及其支座由于結構不合理,導致檢修工經常對其進行維護,同時給生產也帶來了較大壓力。杠桿中間部位由于頻繁發生斷裂,每6個月需更換1次;杠桿中間銷軸磨損較快,每3個月需更換一次;杠桿支座由于兩側孔的磨損,每年需更換1次。10臺石灰窯窯頂杠桿組件的檢修耗費大量人力物力,同時頻繁的檢修也給石灰窯的正常生產操作造成了一定的影響。改型后的石灰窯窯頂杠桿及其支座,由于取消了容易磨損的杠桿支座和杠桿中間銷軸,不僅能夠保證長時間的穩定運行,減少在更換杠桿中間銷軸過程中的一氧化碳氣體的泄漏。改型后的窯頂杠桿及其支座制作工藝簡單,成本低廉,其中的軸承座為上料架繩輪拆除不用的軸承座,性價比高,杠桿、杠桿軸、連接板等零部件在本公司內部即可完成制作,為公司的采購節省了大量資金。