环形炉炉底机械传动装置的选择与控制

环形炉炉底机械传动装置的选择与控制

在收获机生产中，环形电炉是用来加热管芯材料的最常用的炉型。与斜底炉相比,它具有加热能力大、加热温度均匀、能耗低、氧化烧损小、操作灵活、自动化程度高等特点,较适合加热圆管坯。炉底机械传动装置是环形炉最主要的设备之一。环形炉炉底由型钢焊接成的扇形上环框架、下环框架组成,上环框架用来支撑耐火材料及管坯,下环框架下部圆环均匀布置着圆柱销,由液压马达或电机带动齿轮驱动圆柱销使环形炉炉底转动,以达到逐步加热管坯的目的。1机械传动结构型式炉底机械传动装置分为机械传动和液压传动两种结构型式。机械传动结构由电机、减速机、齿轮、销轮组成。液压传动结构由液压马达、减速机、齿轮、销轮组成。1.1传动传动机构环形炉中径小于16m的一般采用机械传动结构驱动炉底。其组成如下:变频调速电机—减速机(大速比的行星齿轮减速机为好,现多采用三环减速机,配置双电机)—齿轮—销轮。机械传动结构的优点:结构简单,费用较低,机械传动需要的电机功率较小,通过变频调速电机和编码器,可实现调速和位置控制,控制系统简单。应用PLC和变频器控制电机的速度,可较好地达到预期的电机同步运转,见图1。其齿轮与销轮啮合为浮动啮合,啮合支撑采用气缸,气动系统工作压力不小于0.5MPa。传动装置可以在底座滑槽中滑动,由气缸推动传动装置以保证齿轮与销轮的啮合,如传动装置需要维修可用气缸拉出,脱离啮合后进行维修。缺点:由于环形炉转速很低,一般在每小时几转以下,而电机的转速较高,为了实现低转速,就必须使用大速比的减速机,一般速比大于200;另外,为了实现同步控制,传动装置不可能配置太多,一般是2~3台。因而,不适用于大型环形炉。1.2原油泵结构环形炉中径16m以上的一般采用液压传动结构驱动环形炉炉底。1.2.1系统的传动及压力控制回路液压马达—行星齿轮减速机—齿轮—销轮。液压传动结构的优点:液压系统响应速度快,控制精度高,控制灵活性大,自动化程度高,系统工作性能稳定;采用比例阀调速控制可使液压缸和液压马达的启动、停止产生的冲击降到最低,实现运动速度变化的平稳过渡;压力控制回路可以实现系统的加载、卸载和液压马达的安全工作,并能在过载状态下溢流或控制泵用电机断电,以保护整个系统避免因事故而遭致损坏。液压马达运行平稳、可靠,可实现无级调速,尤其适合低速、大扭矩的工作条件,适用于大型环形炉,见图2。液压传动结构的齿轮与销轮浮动啮合支撑采用液压缸。缺点:液压系统复杂,需要的电机功率大,控制系统复杂,控制精度高,费用较高。1.2.2流量控制与工况液压系统调速主要分为阀控系统、泵控系统两种方式。阀控系统采用比例流量阀调速(节流式调速),具有调速范围大,承载能力不随速度变化,执行元件可获得很低的速度,阀站布置分散灵活,系统简单,维护方便等优点而被广泛应用。泵控调速系统通常由变量泵和定量液压马达(液压缸)组成或者变量泵和变量马达组成,亦称容积调速。泵控调速具有流量控制与工况匹配性好、功率密度大、节能效果明显等优点。但与泵控系统配套的主控阀台及电控系统十分复杂、调试难度大、要求的操作维护水平较高。1.2.3比例泵或液压马达闭式传动大型环形炉液压传动装置一般布置3~4台,其中的低转速大扭矩液压马达带动减速机,而这个减速机的速比一般只有50左右,因而单台液压马达驱动的转动惯量小,系统响应速度高。通过液压系统控制可以实现几台液压马达同步驱动。多台液压传动装置可实现在1台检修时,由其余的传动装置完成环形炉炉底运转。检修时传动装置通过导轨脱离工作位置。(1)液压马达同步控制(以4台为例)采用4流液压同步马达实现4台液压马达同步驱动销轮。(2)液压马达闭式调速控制液压马达闭式调速控制是通过比例泵控制实现无级调速,所有比例泵集中出油后控制几个液压马达,其它的液压执行元件需要另一套液压源,见图3。这种控制方式的优点:由于环形炉炉底刚性很大,几个液压马达并联控制,同步性好,不会相互抗衡。如果其中一台比例泵或液压马达损坏,可以在线维修,不影响环形炉正常运转。缺点:液压系统比较大,装备比较复杂,造价高,同时由于闭式回路的清洁度和散热不易控制,还需要专门的补油回路,所以整个液压设备维护量大。(3)液压马达开式调速控制采用一个比例阀单独控制一个液压马达的转动来实现无级调速。这样液压系统可以采用恒压变量泵来供油,同时其它的液压执行元件可以使用同一液压源。优点:液压系统比较小,结构简单,造价低,维护量小。与闭式调速控制一样,如果其中一台泵、比例阀或液压马达损坏,都可以在线维修,而环形炉仍能正常运转。缺点:由于比例阀与液压马达是一对一控制,即使给每个比例阀使用相同信号,输出的流量也有差异,因而每个液压马达的转速就存在不匹配,从而出现相互抗衡。为了避免速度差,且一旦比例阀断电,液压马达能被动运转,所以比例阀就必须使用Y型中位机能,且不能加装液压锁,以确保液压马达A、B腔油液能互流。由于上述原因,液压马达制动就只能用液压抱闸来实现,由于炉底机械惯性大,使用中液压抱闸常有损坏的现象。2机械销齿传动销齿传动属于齿轮传动的一种特殊形式。其中,具有圆销齿(即下环框架下部圆环均匀布置着的圆柱销)的大齿轮称之为销轮,与销齿啮合的另一个具有齿形的小齿轮称之为齿轮。销齿传动适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑条件差等环境较恶劣的场合。销齿传动有外啮合、内啮合等形式。环形炉炉底机械传动采用齿轮主动、销轮被动的外啮合形式。环形炉炉底机械销齿传动的齿轮、销轮齿数与速比根据工艺参数确定,一般齿轮齿数Z1=16~18,销轮齿数Z2最好为偶数,以便于下环扇形段分段。由于销轮的轮齿是圆柱销,结构简单、加工容易、造价低、拆修方便,当个别轮齿损坏时,只须个别更换即可,不致整个销轮报废。销齿传动所需的功率、零件强度以及齿轮齿形设计详见化学工业出版社出版的《机械设计手册》中的《齿轮传动》篇《销齿传动》。3电机同步运转控制(1)环形炉中径小于16m的可采用机械传动结构驱动环形炉炉底,可布置2台或3台传动装置,应用PLC和变频器控制电机的