焦炉捣固机的改进优化

曹 帅， 雷英豪， 贾玉生

（山西焦煤西山煤电集团煤气化公司 焦化二厂，山西 太原 030200）

引言

捣固炼焦技术是近年来炼焦行业新兴的炼焦技术，捣固炼焦是将装炉煤在入炉前采用捣固机械捣实成略小于炭化室的煤饼，然后推入炭化室炼焦。焦炉捣固机是直接影响焦化厂产能的关键性设备，现有捣固机存在的一些问题不仅制约着企业产能的提高，还使日常生产费用不断增加。为节约生产成本，提高生产效率，对现有的偏心轮式捣固机进行了分析，采用结构紧凑的减速电机传动装置和弹性轮式捣固机的提锤装置对捣固机进行改进优化，以保证捣固机运行的稳定性和可靠性，进一步提高捣固炼焦产品的质量。

1 现有捣固机

1.1 现有偏心轮式捣固机的工作原理及主要技术性能参数

现有捣固小车，布置在布煤车的两侧。捣固车可方便地与布煤车对接或拆开。捣固小车由布煤车拖动。单台捣固小车设有6个夹板锤，横列成单排。其工作采用电机－减速机驱动夹紧凸轮，借偏心轮偏转产生的弹性压紧力夹持并提升锤杆，锤杆上升到一定高度，锤杆脱离凸轮夹持，锤靠自重下落捣固煤饼。6个捣固落锤分别由2台电机和2套减速机驱动。每台电机带动3个捣固锤，交错提升、捣固。锤杆设有导向装置，同时锤头可借夹锤装置悬挂于机架上。偏心轮装置是捣固机的核心部分，主要通过一对内外齿轮啮合带动偏心轴转动，产生压紧力带动捣固锤运动。其中压紧力由压紧装置中的两弹簧提供，可单锤调节。

单排捣固锤功率2×22kW，单排捣固锤数量6个，捣固小车行走速度7.4m／min，捣固锤重量420kg，捣固锤冲程450mm，捣固锤频率66r／min。

1.2 现有偏心轮式捣固机设备存在的问题

这种结构的捣固机虽然可完成对煤饼的捣固，但存在如下问题：

1）捣固系统通过电机—减速机（圆柱齿轮减速器）—传动齿轮箱—偏心摩擦轮组和摩擦轮组传动装置来提升捣固锤，完成煤饼的捣固。通过近几年的运行，发现捣固系统的传动装置常出现故障，主要表现在：捣固电机烧毁、减速机齿轮磨损大、减速机轴承损坏、传动齿轮箱漏油，要经常对其进行维护保养与维修，这样使工作量增大，且增加维护保养及维修成本，降低了企业的生产效率。

2）偏心摩擦轮组是用偏心套来定位偏心轮，再通过压紧装置调节偏心套（偏心轮），以实现2个偏心轮的压紧调节。通过近几年的运行，发现偏心摩擦轮组多出现偏心套润滑不良，齿轮和偏心套磨损严重，且偏心轮摩擦轮组重量大，更换极不方便。摩擦轮组与捣固锤之间经常有润滑油，出现打滑。出现打滑，多采用增加压紧力的方式，捣固锤摩擦片磨损严重，不得不经常更换捣固锤。

可见，现有偏心轮式的捣固机不仅结构复杂，而且设备故障率高，维护工作量大，为保证设备能够正常使用，日常需储备大量备件，费用高，生产成本高，且会导致企业生产效率低下。

2 设备故障问题原因分析

1）捣固系统的传动装置复杂，机构尺寸大，传动链长，加之累积误差，且由于驱动偏心摩擦轮组，有冲击特性，这样一旦装配不良，就会造成电机烧毁、减速机磨损大、轴承损坏等问题。

2）偏心摩擦轮组是用偏心套来定位偏心轮，再通过压紧装置调节偏心套（偏心轮）来实现两个偏心轮的压紧调节。偏心摩擦轮组和摩擦轮组内部采用钢或者铸铜制作，使摩擦轮组质量增大，增加了驱动装置的运动的不平衡性。由于偏心套与外侧的偏心轮为面接触，润滑不良，增大了偏心轮装置的阻力；加上运动的不平衡性，使偏心轮与偏心套的轴瓦磨损严重，降低了偏心轮装置的使用寿命。由于偏心轮装置的润滑系统不好，润滑油极易窜入偏心轮与捣固锤的结合面，使捣固锤打滑，然后调节压紧装置调节压紧力，压紧力增大，降低了捣固锤的使用寿命。

3 改进后的捣固机介绍

3.1 改进后的捣固机的结构形式和工作原理

捣固机的动力通过减速电机，由联轴器传递到对开啮合齿轮，由对开齿轮带动主从动轴的弹性凸轮组，弹性凸轮组按照120°均匀分布，来带动捣固锤运动，从而完成交错提升、捣固煤饼。其传动系统简图如图1所示。

图1 改进后的捣固机传动系统简图

根据传动安装布置形式，选用伞齿轮减速电机，电机和减速机做成一体；联轴器的选用，由于空间的限制，减速机电机布置在此位置，联轴器的尺寸不能太长，且在整个传动装置中，无弹性联轴器，故选用弹性柱销联轴器；对开齿轮的选用，参照原有的传动装置的布置型式，传动装置齿轮箱内有一对相互啮合的齿轮，偏心摩擦轮组和摩擦轮组需要相同的转速。动力和转矩经过电机减速机由联轴器传递到主动和从动弹性凸轮组，需要加装一对啮合对开齿轮。

弹性凸轮的选用，根据捣固机的钢结构骨架，参照现有的弹性凸轮的结构，进行弹性凸轮组的改进加工。弹性凸轮内部通过弹力球联接，带动外侧的偏心片做夹锤和提锤运动。

3.2 改进后的捣固机的优势

1）通过分析捣固机传动系统的速比传动，发现主要的速比改变在电机—减速机（圆柱齿轮减速器）—开式齿轮上，传动齿轮箱主要起分解转矩的作用。因此在保证所需的传动的速比和转矩的条件下，无需采用复杂的传动装置，优先选用结构紧凑的电机—减速机传动装置，结构尺寸紧凑，同时缩短了传动链，提高了传动稳定性和可靠性，改善传动，易于维护。每年单台捣固机可减少电机、齿轮、减速机的购置加工费用3万元。

2）将偏心轮改为弹性凸轮式提锤。内部采用弹力球联接，弹性凸轮组的重量大为减轻，且弹性球起缓冲作用，使工作环境噪音大为减小，可以使捣固锤的使用寿命大大延长。每年可节省大修捣固机的偏心轮费用10万元，更换一批捣固锤和摩擦片费用27万元，捣固锤每一个月更换一次，需要摩擦板100块。且偏心轮和小减速机易损坏，设备维修繁琐，增大维修工人的体力劳动，影响出焦生产，并且存在很大的安全隐患。

3）现有的弹性凸轮式捣固机，其中每个夹板锤的弹性凸轮组不与其他弹性凸轮组共轴，通过丝杠调节单个的摩擦轮组的轴承支座来提供压紧力，每个夹板锤调节互不影响。但对于现有的偏心轮式捣固机要进行压紧调节装置的改造，则必须进行所有轴承瓦座和钢梁结构的改造，程序复杂，费用较大。实际捣固锤体的使用，若按照摩擦片磨损到5～10mm时，捣固锤报废，运行状况可以按照30mm的调节余量。实际进行调节的范围不大，且调节的周期较长。因此可以通过设计调整弹力球的弹性缓冲量和更换弹性凸轮的偏心片来满足夹锤和提锤运动，以减少捣固锤的更换频率。

4 结语

由上述分析可见，在保证所需的传动的速比和转矩的条件下，无需采用复杂的传动装置，优先选用减速机行业先进结构紧凑的电机—减速机传动装置，易于维护，且故障率低，可以提高捣固机传动系统的可靠性和稳定性。通过改造偏心轮和压紧调节装置，选用改进后的弹性凸轮和偏心片来改善偏心轮与捣固锤的接触摩擦传动，更换偏心片简单方便，无需增加复杂的压紧装置，节省改造费用，提高捣固锤的使用寿命。改进后的捣固机，捣固工艺稳定可靠高效，降低了企业的生产维护成本和维护难度，从而为焦化企业的安全生产创造良好的条件。