贵溪冶炼厂自动捅风眼机的研发和设计.pdf

世界有色金属 2020年 5月下26 机械加工与制造 Machining and manufacturing 1 引言 贵冶熔炼车间转炉炉体上设有 54 个风眼,为确保炉体 内在特定时期有足够的氧气供应,需要把被铜水堵塞的风眼 给捅通， 以便于氧气能顺利进入炉体体内。 转炉炉体风眼后 方有一台捅风眼的机器,每次都需要人工操作捅风眼机， 到 风眼特定的位置， 然后用气缸推动钎杆对风眼进行疏通。 由 于需要人工操作机器行走至风眼的位置， 这样会导致定位不 准确， 有时需要来回调整费时费力。 再有就是现场环境比较恶 劣， 在操作捅风眼机的工人存在安全隐患， 现场的烟气也会对 工人的身体造成伤害。 因此自动捅风眼机的研发势在必行。 2 自动捅风眼机在研发过程中的问题 通过现场对原有捅风眼机勘测以及与电气设计人员沟 通讨论发现存在的主要问题 （1） 原有捅风眼机的传动方式为链条传动， 虽然能缓冲 电机启、 停时带来的冲击， 以达到保护电机的作用。 由于链 条的间隙导致在电机停止运转时机架会由于惯性作用向前 再行进一段距离来消除链条和链轮之间的间隙， 这样会导致 钎杆的实际位置和程序的理论位置不是同一位置， 没办法使 钎杆捅进风眼。 因此需要重新设计一套传动系统， 使得在电 机停止运行的时候捅风眼机机架也停止前进， 从而保证钎杆 的实际位置和程序的理论位置在一个点， 能精准定位到风眼 的位置， 从而达到自动捅风眼的功能。 （2） 原有捅风眼机机身上有四个机械缓冲， 用来缓冲气 缸快速伸出和缩回滑块速度骤降到零所带来的势能， 也可以 起到保护电缸的作用。 但是机械缓冲震动太大会导致整个机 身晃动， 最后会有叠加误差使得机身定位不准， 以至于影响 捅风眼机的定位造成捅不到风眼。 针对以上两点我们需要对传动系统和缓冲器重新进行 设计和选型。 3 传动系统的设计 3.1 通过重新设计传动系统来消除因为间隙带来的定位不 准以及其他题 （1） 改变减速机与齿轮轴之间的传动方式 机械捅风眼 机是有人工操作捅风眼机前进和后退， 钎杆与风眼的位置操 作工是凭肉眼定位的， 如果位置不对工人可以做微调， 使得 钎杆能捅进风眼， 所以对传动方式没有严格的要求。 而自动 捅风眼机对定位的要求要很精准， 不能有任何误差或累计误 差造成定位不准。 之前的链条传动肯定不行， 要改成减速机 与齿轮轴直连。 考虑到会有突发状况导致捅风眼机急停， 冲 击力会对减速机和电机造成损伤。在减速机输出端 和齿轮 轴之间采用带有一定缓冲能力的弹簧蛇形联轴器， 这样既能 保证钎杆的精准定位， 又能减缓急停带来的冲击力以达到保 护电机和减速机的作用。 贵溪冶炼厂自动捅风眼机的研发和设计 贺磊 （江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂， 江西 贵溪 3 3 5 4 0 0 ） 摘 要 本文介绍了贵溪冶炼厂在研发转炉自动捅风眼机过程中遇到的问题和缺陷陷， 通过对部分机械结构从新设计 来实现整个捅风眼机机身在行走过程的启、 停能完全符合电气控制的程序启、 停的位置， 进而来实现钎杆的精准定位， 避免钎杆在捅的过程中钎杆捅不进去风眼。 通过对部分机械结构从新设计能够完全配合和好电气程序的控制， 达到自 动捅风眼的功能。 关键词 捅风眼机 ； 传动方式 ； 减速机 ； 行走齿轮 ； 支撑板 ； 联轴器 中图分类号 T F - 8 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 2 0 ） 1 0 - 0 0 2 6 - 2 R D and design of automatic piercing eye machine for Guixi Smelter HE Lei （G u i x i S me l t e r ， J i a n g x i C o p p e r C o r p o r a t i o n ， G u i x i 3 3 5 4 0 0 ， J i a n g x i ， C h i n a ） Abstract T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e p r o b l e ms a n d d e f e c t s e n c o u n t e r e d b y G u i x i S me l t e r i n t h e d e v e l o p me n t o f t h e a u t o ma t i c p i e r c i n g ma c h i n e f o r c o n v e r t e r s . T h r o u g h t h e n e w d e s i g n o f s o me me c h a n i c a l s t r u c t u r e s , t h e w h o l e p i e r c i n g ma c h i n e h a s b e e n s t a r t e d a n d s t o p p e d d u r i n g t h e w a l k i n g p r o c e s s I t c a n f u l l y me e t t h e s t a r t a n d s t o p p o s i t i o n s o f t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l p r o g r a m, a n d t h e n a c h i e v e t h e a c c u r a t e p o s i t i o n i n g o f t h e d r i l l r o d t o p r e v e n t t h e d r i l l r o d f r o m p i e r c i n g t h e e y e d u r i n g t h e p r o c e s s o f p i e r c i n g . B y r e d e s i g n i n g p a r t o f t h e me c h a n i c a l s t r u c t u r e , i t c a n f u l l y c o o p e r a t e w i t h a n d c o n t r o l t h e e l e c t r i c a l p r o g r a m t o a c h i e v e t h e f u n c t i o n o f a u t o ma t i c p i e r c i n g . Keywords P o k e - e y e ma c h i n e ； t r a n s mi s s i o n mo d e ； r e d u c e r ； w a l k i n g g e a r ； s u p p o r t p l a t e ； c o u p l i n g 图1 修改后的传动齿轮 图2 原有的传动齿轮 收稿时间 2 0 2 0 - 0 5 作者简介 贺磊， 男， 3 3 ， 本科， 江西吉安人， 研究方向 机械设计。 万方数据 2020年 5月下 世界有色金属27 机械加工与制造 Machining and manufacturing 图3 支撑板外形图 图4 重新设计的轴承座 （4） 在捅风眼机的机架上焊接一块能使得整个传动系统方便 拆除的支撑板， 也能够调整整个传动系统上下和左右调整位置。 （5） 重新设计轴承座 新的减速机的安装方式会导致轴承 座受力情况产生不利安全的变化径向力， 而原有的轴承座是铸 件强度比较低容易导致轴承座开裂。 因此轴承座按如下方式改 进， 改成性能较好的材料， 并且结构上改成实心。 如下图结构。 3.2 重新设计的传动系统和之前的传动系统对比图 通过图片对比重新设计的传动系统采用直连的方式完全 能够实现精准定位能很好的配合伺服电机的启、 停， 并且蛇形 弹簧联轴器也能消除电机启、 停时带来的冲击， 以达到保护电 机的作用。 原有的传动系统结构也相对来说比较复杂除了电 机和减速机安装方便外， 整个传动机构在机身下方， 机身下沿 离地面很近非常不低于拆、 装。 新的传动机构是与焊接在机架 侧面的支撑板采用螺纹连接， 这样的结构更简单、 拆装也更方 便， 由于整个传动机构在机架侧面检修空间也很大。 4 缓冲器的重新选型 原有的滑座的缓冲是采用自己加工制作的机械弹簧缓 冲， 这样虽然制作成本低也能起到缓冲滑块的作用。 但是原 来的人工操作， 就算以为缓冲器震动大导致机身偏移， 工人 操作是会把这样偏移量调整过来以顺利得完成捅风眼的动 作。 但是自动的就不一样， 因为震动带来的机身偏移量是一 个不确定的值， 程序无法对一个不缺的距离进行位移补偿， 这样就会带来叠加误差已至最后肯定捅不到风眼。 通过各方 面对比， 我们选用液压缓冲器来取代现有的机械弹簧缓冲。 液压缓冲器能缓冲掉滑块的势能而又不会使得捅风眼机的 机身产生振动， 机身就更不会偏移， 也不存在所谓的叠加误 差导致机身定位不准。 如下图两种缓冲器的对比图。 图7 液压缓冲器图8 机械缓冲器 5 实施效果 重新设计的传动系统和重新选型的缓冲器在现场安装 调试完毕后， 投入实际应用， 实践证明， 能够实现自动捅风 眼的目的， 能够完全替代人工操作捅风眼机捅风眼， 且大大 降低了工作时间，提升了捅风眼的效率，降低了人工成本， 也避免了工人在捅风眼出现的各种安全隐患。 同时也为我厂 打造智能化工厂打下了基础。 图5 之前的传动系统 图6 重新设计的传动系统 [1] 孙恒，陈作模，等．机械原理 （第六版） ［M］ ．北京 高等教育出版社， 2001 ［2］ 黄平，等．常用机械零件及机构图册 ［M］ ．北京 化学工业出版社， 1999.8 ［3］ 濮良贵， 纪名刚， 等． 机械设计 （第八版） ［M］ ． 北京 高等教育出版社， 2006.5 ［4］ 刘鸿文， 等． 材料力学 （第四版） ［M］ ． 北京 高等教育出版社， 2004.10 ［5］ 哈尔滨工业大学理论力学建研室等． 理论力学 （Ⅱ）（第7版）［M］ ． 北京 高等教育出版社， 2009.7 （2） 重新选型电机和减速机 之前的电机是普通电机， 而电气程序是要编码带控制电机来实现定位， 普通电机不具 备这样的功能， 因此选用伺服电机来实 现这个功能。 由于机 架和现场的位置尺寸的关系， 以前的输入输出轴呈直线配置 的减速机在直连的方式下不能使用了， 需要选着输入输出轴 呈垂直配置的减速机才能使得减速机输出轴跟齿轮轴直连。 （3） 行走齿轮的重新设计 由于新的减速机及轴承座需 在机架底部占用较大的高度上的空间， 为了不碰地基， 机架 必须抬高这造成齿轮齿条脱开啮合不上而齿条位置及模数 不能变， 因此需增加齿轮齿数保证啮合。 如下图修改过后的齿轮分度圆直径为φ240比原有齿轮的 分度圆直径φ144明显大很多， 这样既不会使得新的减速机及轴 承座触碰到地基也能保证齿轮更齿条啮合得上。 能够保证捅风 眼机机身能顺利得移动到指定的位置， 完成自动通风眼的动作。 万方数据