賀磊

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400）

1 引言

貴冶熔煉車間轉(zhuǎn)爐爐體上設(shè)有 54 個風(fēng)眼,為確保爐體內(nèi)在特定時期有足夠的氧氣供應(yīng),需要把被銅水堵塞的風(fēng)眼給捅通，以便于氧氣能順利進(jìn)入爐體體內(nèi)。轉(zhuǎn)爐爐體風(fēng)眼后方有一臺捅風(fēng)眼的機(jī)器,每次都需要人工操作捅風(fēng)眼機(jī)，到風(fēng)眼特定的位置，然后用氣缸推動釬桿對風(fēng)眼進(jìn)行疏通。由于需要人工操作機(jī)器行走至風(fēng)眼的位置，這樣會導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，有時需要來回調(diào)整費(fèi)時費(fèi)力。再有就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，在操作捅風(fēng)眼機(jī)的工人存在安全隱患，現(xiàn)場的煙氣也會對工人的身體造成傷害。因此自動捅風(fēng)眼機(jī)的研發(fā)勢在必行。

2 自動捅風(fēng)眼機(jī)在研發(fā)過程中的問題

通過現(xiàn)場對原有捅風(fēng)眼機(jī)勘測以及與電氣設(shè)計人員溝通討論發(fā)現(xiàn)存在的主要問題：

（1）原有捅風(fēng)眼機(jī)的傳動方式為鏈條傳動，雖然能緩沖電機(jī)啟、停時帶來的沖擊，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用。由于鏈條的間隙導(dǎo)致在電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時機(jī)架會由于慣性作用向前再行進(jìn)一段距離來消除鏈條和鏈輪之間的間隙，這樣會導(dǎo)致釬桿的實際位置和程序的理論位置不是同一位置，沒辦法使釬桿捅進(jìn)風(fēng)眼。因此需要重新設(shè)計一套傳動系統(tǒng)，使得在電機(jī)停止運(yùn)行的時候捅風(fēng)眼機(jī)機(jī)架也停止前進(jìn)，從而保證釬桿的實際位置和程序的理論位置在一個點(diǎn)，能精準(zhǔn)定位到風(fēng)眼的位置，從而達(dá)到自動捅風(fēng)眼的功能。

（2）原有捅風(fēng)眼機(jī)機(jī)身上有四個機(jī)械緩沖，用來緩沖氣缸快速伸出和縮回滑塊速度驟降到零所帶來的勢能，也可以起到保護(hù)電缸的作用。但是機(jī)械緩沖震動太大會導(dǎo)致整個機(jī)身晃動，最后會有疊加誤差使得機(jī)身定位不準(zhǔn)，以至于影響捅風(fēng)眼機(jī)的定位造成捅不到風(fēng)眼。

針對以上兩點(diǎn)我們需要對傳動系統(tǒng)和緩沖器重新進(jìn)行設(shè)計和選型。

3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 通過重新設(shè)計傳動系統(tǒng)來消除因為間隙帶來的定位不準(zhǔn)以及其他題

（1）改變減速機(jī)與齒輪軸之間的傳動方式：機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)是有人工操作捅風(fēng)眼機(jī)前進(jìn)和后退，釬桿與風(fēng)眼的位置操作工是憑肉眼定位的，如果位置不對工人可以做微調(diào)，使得釬桿能捅進(jìn)風(fēng)眼，所以對傳動方式?jīng)]有嚴(yán)格的要求。而自動捅風(fēng)眼機(jī)對定位的要求要很精準(zhǔn)，不能有任何誤差或累計誤差造成定位不準(zhǔn)。之前的鏈條傳動肯定不行，要改成減速機(jī)與齒輪軸直連?？紤]到會有突發(fā)狀況導(dǎo)致捅風(fēng)眼機(jī)急停，沖擊力會對減速機(jī)和電機(jī)造成損傷。在減速機(jī)輸出端 和齒輪軸之間采用帶有一定緩沖能力的彈簧蛇形聯(lián)軸器，這樣既能保證釬桿的精準(zhǔn)定位，又能減緩急停帶來的沖擊力以達(dá)到保護(hù)電機(jī)和減速機(jī)的作用。

圖1 修改后的傳動齒輪

圖3 支撐板外形圖

圖4 重新設(shè)計的軸承座

圖5 之前的傳動系統(tǒng)

（2）重新選型電機(jī)和減速機(jī)：之前的電機(jī)是普通電機(jī)，而電氣程序是要編碼帶控制電機(jī)來實現(xiàn)定位，普通電機(jī)不具備這樣的功能，因此選用伺服電機(jī)來實 現(xiàn)這個功能。由于機(jī)架和現(xiàn)場的位置尺寸的關(guān)系，以前的輸入輸出軸呈直線配置的減速機(jī)在直連的方式下不能使用了，需要選著輸入輸出軸呈垂直配置的減速機(jī)才能使得減速機(jī)輸出軸跟齒輪軸直連。

（3）行走齒輪的重新設(shè)計：由于新的減速機(jī)及軸承座需在機(jī)架底部占用較大的高度上的空間，為了不碰地基，機(jī)架必須抬高這造成齒輪齒條脫開嚙合不上而齒條位置及模數(shù)不能變，因此需增加齒輪齒數(shù)保證嚙合。

如下圖修改過后的齒輪分度圓直徑為φ240比原有齒輪的分度圓直徑φ144明顯大很多，這樣既不會使得新的減速機(jī)及軸承座觸碰到地基也能保證齒輪更齒條嚙合得上。能夠保證捅風(fēng)眼機(jī)機(jī)身能順利得移動到指定的位置，完成自動通風(fēng)眼的動作。

（4）在捅風(fēng)眼機(jī)的機(jī)架上焊接一塊能使得整個傳動系統(tǒng)方便拆除的支撐板， 也能夠調(diào)整整個傳動系統(tǒng)上下和左右調(diào)整位置。

（5）重新設(shè)計軸承座：新的減速機(jī)的安裝方式會導(dǎo)致軸承座受力情況產(chǎn)生不利安全的變化徑向力，而原有的軸承座是鑄件強(qiáng)度比較低容易導(dǎo)致軸承座開裂。因此軸承座按如下方式改進(jìn)，改成性能較好的材料，并且結(jié)構(gòu)上改成實心。如下圖結(jié)構(gòu)。

3.2 重新設(shè)計的傳動系統(tǒng)和之前的傳動系統(tǒng)對比圖

通過圖片對比重新設(shè)計的傳動系統(tǒng)采用直連的方式完全能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位能很好的配合伺服電機(jī)的啟、停，并且蛇形彈簧聯(lián)軸器也能消除電機(jī)啟、停時帶來的沖擊，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用。原有的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也相對來說比較復(fù)雜除了電機(jī)和減速機(jī)安裝方便外，整個傳動機(jī)構(gòu)在機(jī)身下方，機(jī)身下沿離地面很近非常不低于拆、裝。新的傳動機(jī)構(gòu)是與焊接在機(jī)架側(cè)面的支撐板采用螺紋連接，這樣的結(jié)構(gòu)更簡單、拆裝也更方便，由于整個傳動機(jī)構(gòu)在機(jī)架側(cè)面檢修空間也很大。

4 緩沖器的重新選型

原有的滑座的緩沖是采用自己加工制作的機(jī)械彈簧緩沖，這樣雖然制作成本低也能起到緩沖滑塊的作用。但是原來的人工操作，就算以為緩沖器震動大導(dǎo)致機(jī)身偏移，工人操作是會把這樣偏移量調(diào)整過來以順利得完成捅風(fēng)眼的動作。但是自動的就不一樣，因為震動帶來的機(jī)身偏移量是一個不確定的值，程序無法對一個不缺的距離進(jìn)行位移補(bǔ)償，這樣就會帶來疊加誤差已至最后肯定捅不到風(fēng)眼。通過各方面對比，我們選用液壓緩沖器來取代現(xiàn)有的機(jī)械彈簧緩沖。液壓緩沖器能緩沖掉滑塊的勢能而又不會使得捅風(fēng)眼機(jī)的機(jī)身產(chǎn)生振動，機(jī)身就更不會偏移，也不存在所謂的疊加誤差導(dǎo)致機(jī)身定位不準(zhǔn)。如下圖兩種緩沖器的對比圖。

圖7 液壓緩沖器

圖8 機(jī)械緩沖器

5 實施效果

重新設(shè)計的傳動系統(tǒng)和重新選型的緩沖器在現(xiàn)場安裝調(diào)試完畢后，投入實際應(yīng)用，實踐證明，能夠?qū)崿F(xiàn)自動捅風(fēng)眼的目的，能夠完全替代人工操作捅風(fēng)眼機(jī)捅風(fēng)眼，且大大降低了工作時間，提升了捅風(fēng)眼的效率，降低了人工成本，也避免了工人在捅風(fēng)眼出現(xiàn)的各種安全隱患。同時也為我廠打造智能化工廠打下了基礎(chǔ)。