Механизмы электротехнологических установок. Учебное пособие

шения трения между плунжером подъема свода и толкателем при вращении толкателя между ними устанавливается подшипник. При отвороте свода лепестки ограничительной шайбы перекрывают лепестки промежуточного упорного листа, что препятствует возможному опусканию свода в повернутом положении. Выше и ниже рейки отворота свода в корпусе располагаются подшипники поворота толкателя 17. Возврат свода в исходное положение осуществляется обратной работой механизма отворота, опускание свода происходит под действием собственного веса.

Подъем и опускание свода производится обычно на высоту 100…300 мм со скоростью до 2 м/мин, скорость отворота свода около

45…90 град/мин.

Усилие, которое необходимо преодолеть при подъеме свода, находится следующим образом:

1) определяется вес поднимаемых частей электропечи Gп и коор-

этот момент силы реакции в опорах толкателя

Rтол Gп lxп2 zп2 ,

тол

где lтол – расстояние между средними сечениями подшипников толка-

теля;

2) таким образом, усилие Fп , необходимое при подъеме свода,

где тол – коэффициент трения в подшипниках толкателя.

Высоту подшипника стремятся выбрать, исходя из условий допустимого для смазок давления невыдавливания [p] = 6…8 МПа. Однако

это условие выдержать не всегда удается и в этом случае тол принимается для несмазываемых поверхностей.

51

Усилие, потребное для отворота свода, определяется следующим образом:

1) в каждом из подшипников поворота толкателя необходимо преодолеть момент

Mтол Rтолμ dтол2 ,

где dтол – диаметр толкателя; µ – коэффициент трения при вращении

толкателя в подшипниках; 2) кроме того, возникает момент сопротивления в узле сочленения

толкателя с плунжером подъема свода

Mпод M1 M2 .

Момент M1 является моментом сопротивления вращению, возни-

кающим в подшипнике, установленном между подпятником толкателя и плунжером, и равен при установке подшипника качения

M1 Gпμ dcp.2 п ,

где dcp.п – средний диаметр беговой дорожки опорного подшипника. Для подшипника скольжения

M1 Gп d3п ,

где dп – диаметр опорного подшипника скольжения.

Момент M 2 возникает от сил трения, образующихся между ниж-

ним листом корпуса 9 и ограничительной шайбой, и равен при установке подшипника качения

M2 (Fц.max Gп)μ dcp2.п ,

где Fц max – расчетное усилие, развиваемое плунжером подъема свода при максимальном давлении; dcp.п – средний диаметр беговой дорожки упорного подшипника. При установке подшипника скольжения

52

M2 (Fц max Gп)μ dнар3 dвн ,

где dнар и dвн – наружный и внутренний диаметры упорного под-

шипника скольжения.

Момент, необходимый для поворота свода, определяется как

где k – коэффициент запаса, k = 1,1…1,2.

На ряде отечественных печей (ДСП-100И6, ДСП-125И1) реализован механизм подъема и поворота свода кареточного типа, расположенный также на отдельном фундаменте (рис. 3.7) [9]. Устройство системы, перемещаемой вместе со сводом, аналогично рассмотренному выше механизму толкательного типа. Однако механизм, расположенный на отдельном фундаменте, имеет абсолютно другое конструктивное решение.

Основными элементами механизма подъема и поворота свода кареточного типа являются: поворотная платформа 5, опирающаяся на опорные ролики 6, перекатывающиеся при повороте свода по круговому рельсу 11, и ось поворота 9, имеющую упорный и радиальный подшипники; каретка 2 с толкателем 1, вертикальность перемещения которой обеспечивается перекатыванием направляющих роликов 8 по двум направляющим стойкам 7, установленным на поворотной платформе; два гидроплунжера 3 толкают каретку для подъема свода (опускание осуществляется под действием силы тяжести поднятых конструкций); гидродвигатель двухстороннего действия 12 толкает поворотную платформу для отворота свода. На рис. 3.7, б, вид сверху, показан угол поворота вокруг оси 9, обеспечивающий отвод свода при загрузке шихты в рабочее пространство.

Упор 4 выполняет ту же функцию, что и в механизме толкательного типа (поз. 13, рис. 3.6). К фундаменту механизм крепится с помощью анкерных болтов 10.

Рабочее усилие при подъеме свода должно компенсировать действие силы тяжести поднимаемых конструкций и трение качения роликов по направляющим стойкам, так как из-за неуравновешенности системы относительно оси толкателя в поясах направляющих роликов возникают силы реакции.

53

1

2

4

9

5

54

1

12

10

Рис. 3.7. Механизм подъема и поворота свода кареточного типа:

1 – толкатель; 2 – каретка; 3 – гидроплунжер подъема; 4 – упор; 5 – поворотная платформа; 6 – опорные ролики; 7 – направляющие стойки; 8 – направляющие ролики; 9 – ось поворота; 10 – анкерный болт;

11 – рельс; 12 – гидроцилиндр поворота

54

При повороте свода рабочее усилие должно определяться из уравнения моментов. Момент рабочего усилия должен компенсировать момент трения качения опорных роликов по рельсам, трения в цапфах опорных роликов, момент трения в подшипниках оси 9. В процессе поворота происходит изменение плеч указанных силовых факторов, поэтому необходимо, исходя из конструктивных размеров элементов механизма, формировать функциональную зависимость рабочего усилия от угла поворота. Гидродвигатель поворота свода должен быть рассчитан на максимальное рабочее усилие.

Следует отметить, что механизм толкательного типа получил большее распространение ввиду его простоты и компактности.

3.3. ЭЛЕКТРОДОДЕРЖАТЕЛЬ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ. МЕХАНИЗМЫ ЗАЖИМА ЭЛЕКТРОДА

Электроды обычно в сталеплавильных электропечах графитированные, расположены в ванне печи по вершинам равностороннего треугольника, удерживаются с помощью консольной конструкции – электрододержателя, закрепленного на стойке электропечи. Электрододержатель также является несущей конструкцией для части вторичного токоподвода, соединяющей гибкую часть с электродом. Поэтому конструкция электрододержателя, находящаяся в горячей зоне над сводом электропечи, довольно сложна и должна быть достаточно прочной и стойкой к высокой температуре, обусловленной нагревом как от внешних воздействий, так и от наводимых токов. Она обеспечивает надежное удержание электрода и легкое и дистанционное его удлинение (перепуск), а также надежную электрическую изоляцию токоведущих частей от металлоконструкций электропечи.

Механизм зажима электрода должен гарантировать как надежное удержание электрода от проскальзывания, так и надежный электрический контакт между электродом и токоподводящим элементом. Токоподводящий элемент, выполняемый в виде контактной щеки (рис. 3.8, б, поз. 2), изготовляется водоохлаждаемым из меди или медного сплава. При высоте токоподводящего элемента не менее 1,2 диаметра

электрода dэ усилие, необходимое для надежного электрического кон-

такта между электродом и токоподводящим элементом, обеспечивается усилием, требуемым для удержания электрода.

55

Внастоящее время все электропечи снабжаются дистанционно управляемыми пружинно-пневматическими или пружинно-гидравли- ческими механизмами. Удержание электрода в этих механизмах производится усилием витых или тарельчатых пружин, а освобождение электрода от зажима – действием пневматического или гидравлического цилиндра. Пневматический цилиндр устанавливается на печах малой и средней емкости, а гидроцилиндр – на печах средней и большой емкости в связи с необходимостью обеспечения большего усилия. На рис. 3.8 показано два варианта возможных схем работы механизма зажима электрода.

На рис. 3.8, а электрод 1 прижимается головкой 2 к хомуту 3 с помощью пружин 6. Усилие пружин передается штоком 4 через закрепленную на нем шайбу 5. Усилие прижима регулируется гайкой 8, вращаемой в крышке 7 рукава электрододержателя 9. Освобождение электрода от зажима производится цилиндром 10 через систему рычагов 11 путем подачи воздуха (рабочей жидкости) в поршневую полость цилиндра.

Впоследнее время применяется зажим с помощью хомута 2 (рис. 3.8, б), прижимающего электрод 1 к контактной головке 3. Такая конструктивная схема обеспечивает работу зажимных штоков на растяжение, что повышает надежность работы механизма. Электрод 1 хомутом 2 прижимается к контактной щеке 3 действием пружин 5 через систему рычагов 4. Освобождение электрода осуществляется подачей воздуха в поршневую полость цилиндра 6. В штоковой полости цилиндра имеется не изображенное на рисунке пружинное прижимное устройство.

Этот вариант конструкции механизма зажима электрода был реализован, например, на установке ДСП-100И6 [8]. Механизм имеет пру- жинно-пневматический привод. Давление рабочей среды в пневмодприводе значительно меньше, чем в гидроприводе, поэтому для обеспечения достаточного усилия применены система рычагов и пневмодвигатель большого диаметра, который располагается на рукаве электрододержателя.

На следующих исполнениях ДСП-100И7 и ДСП-100И8 и других при применении мощных гидроцилиндров зажим электрода выполняется по соосной схеме. При этом пружинно-гидравлическое устройство зажима электрода располагается внутри рукава электрододержателя.

Рассмотрим расчет механизма зажима электрода применительно к схеме, изображенной на рис. 3.8, а.

56

б

Рис. 3.8. Схемы электрододержателей

Определяем вес электрода Gэ , исходя из необходимой его длины,

выбранной с учетом возможного его перепуска в период плавки. Усилие зажима электрода Fз определяем по формуле

Fз Gэ k ,

57

где – коэффициент трения между электродом и контактной поверхностью, принимаемый при выполнении контактного элемента из меди

или медного сплава = 0,15; kз – коэффициент запаса, учитывающий

вибрацию и другие неучтенные условия, принимается равным 1,2…1,3. Электроды выполняются с большим полем допуска, механизм должен обеспечивать надежное удержание электрода с любым допуском. Принимается, что рассчитанное усилие развивается пружинами при минимальном диаметре электрода. При максимальном диаметре

электрода усилие пружин будет больше на величину

F1 φ(Δdэ),

= 5…8 мм. В этом случае пружины сожмутся еще на эту величину и усилие, которое необходимо приложить к ним, увеличится на величину

F2 φl.

Таким образом, усилие Fот , которое необходимо приложить к штоку при освобождении электрода, должно быть

Fот Fз F1 F2.

Тогда рабочее усилие Fр , развиваемое цилиндром отжима, должно составлять

где l1 и l2 – плечи рычажной системы; η – КПД механизма, обуслов-

ленный трением в шарнирах, = 0,8…0,9.

Диаметр цилиндра отжима зависит от давления р воздуха или рабочей жидкости:

где ηц – КПД цилиндра.

58

Как правило, выполнить или подобрать пружины, отвечающие по жесткости и усилию требованиям зажима электрода, не удается, поэтому устанавливают последовательно-параллельный набор пружин.

Для лучшего контакта электрода с элементами зажима на щеках нарезают риски глубиной 3…4 мм с таким же шагом.

3.4.МЕХАНИЗМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

Регулирование мощности дуговых электропечей возможно производить как изменением вторичного напряжения, так и изменением длины дуги. Автоматическое регулирование мощности реализуется вторым способом. Переключение ступеней напряжения выполняется при переходе с одного этапа плавки к другому.

Изменение длины дуги (или поддержание заданной длины дуги и, следовательно, величины тока электрода) осуществляется перемещением электрода по вертикали.

Механизм перемещения электродов является одним из наиболее ответственных узлов электропечи. От надежности работы механизма перемещения зависит качество автоматического регулирования электрического режима плавки, а следовательно, подаваемая в печь мощность. Тем самым качество работы механизма перемещения влияет на технико-экономические показатели работы печи (производительность, расход электроэнергии и т. д.).

Механизм перемещения электродов должен среагировать на отклонения электрического режима от заданного путем перемещения электродов за доли секунды. В то же время электрод надо установить на заданную величину дуги с точностью до 0,4…0,5 мм.

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к регулированию электрической мощности печи, механизмы перемещения электродов должны соответствовать следующим условиям:

1)обеспечивать быстрый разгон и торможение механизма;

2)иметь максимально возможную (из условий устойчивости регулирования) скорость подъема электродов на автоматике, а также при ручном управлении. Возможно, быстрый подъем электродов необходим для быстрой ликвидации толчков тока в период расплавления шихты, что облегчает работу аппаратуры, а также снижает непроизводительные затраты энергии;

59

3)иметь максимально возможный КПД и минимальное различие в статических моментах нагрузки при подъеме и спуске электродов, что позволяет снизить мощность регулирующего двигателя и существенно улучшить динамические свойства системы регулирования;

4)обеспечивать максимально жесткую кинематическую связь двигателя с электродом, исключающую влияние эластичности звеньев на качество регулирования. Зазоры в кинематической передаче должны быть минимально возможными; движение плавным, без толчков и замедлений во всем диапазоне регулирования скорости;

5)не допускать поломку электродов при упоре на шихту при автоматическом и ручном управлении;

6)исключать возможность самопроизвольного опускания электрода под действием собственного веса;

7)обеспечивать надежность в работе, удобство при ремонте и наладке.

Наилучшим образом удовлетворяет эти требования механизм с электрогидравлическим приводом.

Практически осуществлены два варианта механизмов перемещения электродов в сталеплавильных и им подобных рафинировочных электропечах:

электрододержатели закрепляются на перемещаемых в колодцах шахты так называемых телескопических стойках;

электрододержатели закрепляются на каретках, перемещаемых вдоль стоек.

В дуговых сталеплавильных печах применяется первый вариант механизма. Второй вариант применяется в установках спецэлектрометаллургии в механизмах перемещения переплавляемых электродов, вытягивания слитков.

На рис. 3.9 изображена расчетная схема механизма перемещения электрода с телескопической стойкой. Электрод 1 удерживается в электрододержателе 2, закрепленном на стойке 3, и перемещается вместе со стойкой вертикально в направляющих роликах под действием привода.

Гидравлический привод обычно выполняется в виде плунжерного цилиндра с целью экономии размеров помещенного внутрь стойки электрододержателя. Снаружи он имеет только требующие обслуживания узлы уплотнения. Гидропривод позволяет иметь максимальные скорости перемещения электродов 5…7 м/мин.

60