Характеристика механизма поворота конвертера ККЦ

Механизм поворота обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° со скоростью (частотой) от 0,1 до 1мин^-1. Привод работает в повторно-кратковременном режиме (ПВ = 25%); в течение одного цикла плавки (35 мин) конвертер поворачивают в обе стороны от вертикального положения около 20 раз (для загрузки, взятия проб металла, слива стали и шлака и т.д.) на углы от 15 до 180⁰ при длительности работы привода 3 – 60с на одной операции. При сливе металла и шлака поворот конвертера осуществляется с малой скоростью, но с высокой точностью регулирования.

Технические данные механизма поворота конвертера приведены в таблице 1, последовательность технологических операций описана в таблице 2, циклограмма работы представлена на рис.1.

Таблица 1.- Технические данные механизма поворота конвертера

Наименование, обозначение	Размерность	Величина
Вместимость конвертера	т
Количество двигателей ( по 4 с каждой стороны)
Скорость поворота конвертера: · при сливе металла и шлака · при других операциях	об/мин	0,04 – 0,1 0,1 – 1,0
Допустимое ускорение груши конвертера	град/с2
Максимально возможный статический момент с обрушившейся футеровкой	Н · м	15 · 106
Передаточное отношение: · быстроходного редуктора · тихоходного редуктора		59,7 7,75
Момент инерции механизма, приведенный к валу каждого двигателя	кг · м2	67,9

Рис.1. - Циклограмма работы конвертера

Таблица 2.- Последовательность технологических операций конвертера

Номер операции	Наименование операции	Скорость, град/с	Время паузы после операции, с
1-1	Поворот под загрузку скрапа
2-2	Поворот в вертикальное положение	1,5
3-3	Поворот под заливку чугуна	1,5
4-4	Поворот в вертикальное положение под продувку	1,5
5-5	Наклон для отбора проб
6-6	Поворот в вертикальное положение, ожидание результатов анализа
7-7	Наклон для слива стали
8-8	Слив стали (8 – 10 остановок)	1,5
9-9	Поворот в вертикальное положение
10-10	Наклон для слива шлака
11-11	Слив шлака (4 – 5 остановок)	1,5
12-12	Поворот для осмотра	1,5
13-13	Поворот в вертикальное положение

В кислородных конвертерах масса огнеупорной футеровки достигает 55% от общей массы порожнего конвертера и поэтому составляющая крутящего момента от футеровки весьма велика.

У большегрузных конвертеров опорное кольцо при повороте подвергается большим усилиям, поэтому для более равномерного их распределения и уменьшению крутящих моментов вдвое механизм поворота делают двухсторонним. В таком исполнении механизм имеет два синхронно работающих привода, каждый из которых соединен с одной цапфой.

Кинематическая схема механизма поворота конвертера приведена на рис.2.

Рис.2.- Кинематическая схема механизма поворота конвертора

1 – тихоходный редуктор

2 – коническая шейка цапфы

3 – втулка

4 – быстроходный редуктор

5 – электродвигатель

6 – вал-шестерня

7 – колесо

8 – неподвижная подшипниковая опора

9 – опорное кольцо

10 – плавающая опора

12 – подвижный фиксатор

13 – фиксатор

14 – опорная колонна

Привод, установленный с каждой стороны конвертера, состоит из одноступенчатого навесного тихоходного редуктора 1, четырех трехступенчатых быстроходных редукторов 4 навесного типа, четырех электродвигателей 5 с электромеханическими тормозами и систем фиксирования тихоходного и быстроходных редукторов с пружинными демпферами.

Тихоходный редуктор с четырьмя приводными валами-шестернями 6 втулкой колеса 7 посажен на коническую шейку 2 цапфы опорного кольца 9. Корпус редуктора соединен с качающейся рамой, которая через гидравлический демпфер связана с основанием (на рисунке не показано). Такая конструкция предупреждает поворот корпуса под действием реактивного опрокидывающего момента и гасит динамические нагрузки, возникающие в системе. Сферические шарниры в узлах крепления демпфера обеспечивают его самоустановление при перекосах.

Неподвижная 8 подшипниковая опора смонтирована на опорной колонне 14 с фиксатором 13, плавающая 10 – на колонне с подвижным фиксатором 12.

Быстроходные редукторы втулками 3 колес последних передач посажены на конические хвостовики валов-шестерен тихоходного редуктора. Фиксирование редукторов выполнено пружинными демпферами с винтовыми стяжками, связывающими корпусы редукторов с качающейся рамой или корпусом тихоходного ре­дуктора.

Автоматическая остановка конвертера в заданных положениях осуществляется двумя командоаппаратами. Углы поворота кон­вертера регистрируются на пульте управления с помощью сель­синов.

Командоаппараты и сельсины-датчики приводятся от двух валов-шестерен тихоходного редуктора через кинематические ре­дукторы. Скорость поворота конвертера измеряется и поддержи­вается посредством цифровых датчиков скорости, соединенных с веду­щими валами двух быстроходных: редукторов. Электродвигатели приводов питаются от тиристорных регулируемых источников постоянного напряжения — РИН.

Электродвигатели левого и правого приводов вместе с РИН выделены в группы по два и соединены между собой по последова­тельно-перекрестной схеме. Такое соединение силовых цепей элек­тродвигателей позволяет уравнять их крутящие моменты и значи­тельно уменьшить уравнительной момент, передаваемый через опорное кольцо.

На литых корпусе и крынке быстроходного редуктора предусмотрены приливы для крепления кронштейна электродвигателя и пружинного демпфера. Электродвигатель соединен с ведущим валом редуктора зубчатой муфтой. Подшип­никовые узлы валов снабжены коническими роликоподшипниками с централизованной подачей смазки. Колесо последней зубчатой передачи закреплено шпонкой на втулке, установленной в кор­пусе редуктора на подшипниках качения.

Быстроходный редуктор насаживают на конический хвосто­вик вала-шестерни тихоходного редуктора и снимают с него с помощью малой гидрошайбы, представляющей собой гидродом­крат с четырьмя гидроцилиндрами, расположенными в корпусе по окружности. Для соединения с гидрошайбой на выступающей части втулки редуктора нарезана наружная резьба.

Тихоходный редуктор разъемной конструкции из­готовлен с литыми корпусом и крышкой, в которых по окружности расположены четыре гнезда под подшипниковые узлы приводных валов-шестерен. К корпусу прилиты лапы для его соединения с ка­чающейся рамой. Зубчатое колесо посажено на шпонках на мас­сивную втулку, установленную в центральном гнезде корпуса на двух роликоподшипниках. Внутри втулка расточена на конус для посадки редуктора на коническую шейку цапфы опорного кольца. Тихоходный редуктор напрессовывают на цапфу и сни­мают с помощью гидрошайбы (четырехплунжерного гидродомкрата), навинчиваемой на хвостовик втулки.

Рис.3.- Схема размещения шестерен тихоходного редуктора для восьмидвигательных приводов

К достоинствам навесных многодвигательных приводов отно­сятся:

· значительное повышение надежности работы механизма пово­рота конвертера, так как выход из строя части электродвигателей не приводит к отказу в работе;

· устранение длинных валопроводов и применение демпферов в системах фиксирования тихоходного и быстроходного редук­торов, что способствовало резкому снижению динамических нагру­зок в приводе;

· многопоточное разветвление мощности в тихоходном редук­торе, которое позволило уменьшить нагрузки на зубья передачи, принять меньшую величину модуля и свести к минимуму габариты редуктора;

· применение навесных быстроходных редукторов, что позволило ускорить их замену и создать условия для организации поузлового централизованного ремонта;

· отсутствие влияния перекоса цапф на работостпособность привода;

· значительно меньшие общие габариты привода и масса привода по сравнению со стационарным приводом той же мощности;

· не требует специального массивного фундамента.

Опоры конвертера, помимо восприятия больших вертикальных и горизонтальных сил, должны компенсировать перекосы и значительные осевые перемещения цапф, вызванные тепловыми деформациями опорного кольца и погрешностями при изготовлении и монтаже. Опоры смонтированы на сварных рамах, закрепленных в фундаменте. Одна опора фиксированная, другая – плавающая, подвижная в осевом направлении. Опоры смонтированы на конических роликоподшипниках.

Фиксированная и плавающая опоры отличаются конструкцией фиксаторов. В обоих случаях шип фиксатора закреплен в основании, а на его сферическую головку посажен разъемный сухарь, входящий в посадочное место корпуса подшипников, но в фиксированной опоре сухарь входит во втулку, закрепленную в гнезде корпуса, а в плавающей опоре – в продольный паз корпуса с боковыми накладками.

Зависимость КПД передачи от коэффициента загрузки η = f(К_з) приведена на рис.4, а зависимость коэффициента загрузки от угла поворота конвертера – на рис.5.

Рис.5.- Зависимость КПД передачи от коэффициента загрузки η = f(К_з)

Рис.6.- Зависимость коэффициента загрузки от угла поворота конвертера

Требования, предъявляемые к электроприводу

К электроприводу механизма поворота конвертера предъявляются следующие основные требования:

· диапазон регулирования скорости (10:1, 20:1);

· точность регулирования скорости должна быть не ниже 2 % при переменном статическом моменте в нижней части скоростного диапазона;

· плавный пуск и торможение (ускорение не более ±2 град/с2);

· обеспечение реверса скорости и работы в режиме рекуперативного торможения;

· электропривод должен исключить возможность появления самопроизвольных рывков, однако должен иметь возможность толчкового режима работы по команде сталевара в режиме слива;

· привод должен обеспечить нормальную работу без перегрузки на половине двигателей, т.е. иметь не менее чем 2-х кратный запас по мощности;

· равномерное распределение нагрузки между приводными двигателями двусторонних механизмов поворота с целью исключения перекосов в них и исключения передачи момента через корпус конвертора;

· разрешение растормаживания механизма поворота только после проверки исправности схемы электропривода;

· разрешение поворота конвертора исключительно при поднятой фурме кислородного дутья.

Расчет статических моментов

При повороте электродвигатель преодолевает опрокидывающие моменты от порожнего конвертера М_п, от массы жидкого металла М_м и сил трения М_тр. Координаты центров тяжести порожнего конвертера вычисляются с помощью статических моментов отдельных k элементов:

и

где x_i, y_i – координаты центров тяжести отдельных элементов порожнего корпуса G_i.

Общий вес конвертера:

Расстояние от центра тяжести до оси вращения конвертера:

,

где Н₁ – расстояние от днища конвертера до оси цапф.

Угол между радиус-вектором r₀ и вертикальной осью:

Опрокидывающий момент сопротивления порожнего конвертера:

Момент сопротивления повороту жидкого металла весом G_м и порожнего конвертера весом G_п:

где f – коэффициент трения в опорах цапфы диаметром d_ц.

Опрокидывающий момент жидкого металла при повороте конвертера зависит от угла поворота φ и веса металла в нем. Предварительно вычисляется полный угол поворота конвертера, при котором окончится слив:

,

где R₁, R₂, H₁ – размеры верхней части конвертера (рис. 7)

Рис.7.- Схема расчета момента сопротивления повороту жидкого расплава

Затем последовательно поворачиваем конвертер через каждые 10⁰ до угла слива и для каждого угла рассчитывается положение центра тяжести (точка К). С этой целью высота разбивается на n равновысотных сегментов: Δ .

У каждого сегмента по чертежу замеряется «стрелка» а_i (на чертеже показана стрелка четвертого сегмента а₄) и радиус сегмента R_i (на чертеже показан радиус восьмого сегмента R₈). Вычисляется величина относительной стрелки для каждого сегмента (или размер стрелки при R = 1) . По относительной стрелке с помощью таблицы «Элементы сегмента круга» вычисляются безразмерные хорды b_i, площади f_i при и дополнительные площади f_i¹ и хорды b_i при по величине . Затем вычисляют центры тяжести каждого сегмента:

или ,

Δ Δ Δ .

Общий центр тяжести жидкого металла при повороте на угол φ

и

Объем жидкого металла

Расстояние центра тяжести от оси цапф определяет угол поворота . Плечо жидкого металла (расстояние от его центра тяжести до точки поворота)

определяет момент сопротивления повороту жидкого металла

До углов поворота φ < φ₁ жидкий металл находится в конической части конвертера. Тогда:

,

где ;

;

; ; ;

γ_м – удельный вес жидкого расплава.

Общий момент поворота для каждого угла φ:

.

Расчетные данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3.- Расчет статических моментов

Момент, МН·м	Угол поворота конвертера
От веса конвертера и трения в опорах		0,65	1,25	1,8	2,3	2,7	3,05	3,4	3,5	3,6	3,5	3,4	3,05
От веса металла		0,2	0,5	0,65	0,95	1,325	1,45	1,05	0,5	-0,05	-0,1	-0,2	0,1
Полный		0,85	1,75	2,45	3,25	4,025	4,5	4,45		3,55	3,4	3,2	3,15

Рис.8.- График опрокидывающих моментов конвертера