气密箱α电机堵转现象分析及改进的方案.doc

气密箱α电机堵转现象分析及改进的方案 　　【摘要】本文对无料钟炉顶气密箱进行了简要的动力学分析，找到了所在单位炼铁厂1#高炉α电机发生堵转的原因，提出了3种改进方案，并与同型号设备对比提出了选择最佳改进方案的建议。 　　【关键词】气密箱；α电机；电流；堵转；驱动力矩；阻抗力矩；变频 　　引言 　　气密箱是无料钟高炉炉顶装料设备的核心部件，其功能是驱动并控制布料溜槽绕高炉中心线的旋转和倾动，以完成高炉不同的布料运动的要求。气密箱零部件加工工艺复杂，装配精度高，并且在重载、高温、高压、多粉尘的炉内环境下工作，其运行状态的好坏直接影响到整个高炉的正常工作。 　　1、存在的问题 　　1.1 现象 　　2013年8月15日开始α电机多次布矿后在32.5°上抬布料溜槽时出现堵转现象。9月1日至24日上午10：10共出现堵转156次，其中以7日（19次）、8日（23次）、11日（10次）、22日（7次）、23日（14次）、24日（28次）较多。 　　（图1中a点的起动电流为21.6安；b点为溜槽平衡运转下落的电流曲线，电流值为9.77A；c点为溜槽平衡运转上抬的电流曲线，电流值为10.5安。图2中的显示更为典型，a、b两点的启动电流与平衡状态下的电流均显示在同一条曲线上，很明显能看出启动电流约等于平衡状态下的2倍。） 　　10月10日高炉定修开盖检查气密箱未发现明显异常，更换α电机后堵转状况也未得到改善。10月12日零时58分出现连续堵转的现象，导致电机烧坏。10月15日下午5：00至10月16日中午12：00堵转已经严重到几乎每批料出现堵转（期间除打油角度外只有7次正常）。经研究讨论，布矿后将α角落至12°后再启动抬起，堵转现象消除直至12月12日高炉定修更换了新的行星减速机、气密箱和布料溜槽。但新更换的气密箱运行不到一周于12月18日20：41就出现了1次α堵转，随后此现象于12月26日连续出现3次，2014年1月1日出现1次，1月2日出现2次，均是在布矿后32.5°上抬布料溜槽时出现的。 　　1.2 α电机运行电流情况 　　1#高炉气密箱α电机各工况的运行电流简略统计如下：（1）如图1、图2所示，α启动电流20A左右，是正常运行电流10A左右的2倍；（2）堵转电流高达30A左右，为正常运行电流的3倍左右。（右图为2014年1月1日23：26分发生的堵转现象，堵转电流30.59A。） 　　2、气密箱动力学分析 　　堵转是电机的驱动力矩小于阻抗力矩而发生的电机带不动负载的现象，是一个复杂的动力学问题。为找出α电机堵转的原因，我们应从气密箱的动力学分析开始。 　　2.1 除溜槽外的定轴转动部件 　　设倾动系统各定轴转动部件的转动惯量为Ji，角速度为ωi，角加速度为αi，运行的阻抗力矩为Mzi，倾动系统定轴转动部件的总驱动力矩为Md，启动时间为dt，由刚体绕定轴转动的微分方程Jα=Jdω/dt=M[1]有 　　∑Jiαi=∑Jidωi/dt=M=Md-∑Mzi 　　则定轴转动部件的总驱动力矩 　　Md=∑Jidωi/dt+∑Mzi （1） 　　2.2 溜槽部分 　　设溜槽质量为m，转动惯量为JL，质心到回转中心的距离为L，重力加速度为g，溜槽与高炉中心线的夹角为θ，倾动角速度为ωL，角加速度为αL，驱动力矩为ML，其他阻抗力矩为MZL则其动力学方程为： 　　上倾：JLαL=JLdωL/dt=ML-MZL-mglsinθ 　　下倾：JLαL=JLdωL/dt=ML-MZL+mglsinθ 　　则溜槽的驱动力矩为： 　　上倾：ML=JLdωL/dt+MZL+mglsinθ （2） 　　下倾：ML=JLdωL/dt+MZL-mglsinθ （3） 　　2.3 整个倾动系统 　　综合式（1）（2）（3）可以得出整个倾动系统的驱动力矩即α电机的输出转矩M为： 　　上倾：M=Md+ML=∑Jidωi/dt+∑Mzi+MZL+JLdωL/dt+mglsinθ 　　下倾：M=Md+ML=∑Jidωi/dt+∑Mzi+ZL+JLdωL/dt-mglsinθ 　　设∑Mzi+MZL=Mr，则 　　1溜槽上抬时所需驱动力矩为 　　M=∑JJidωJi/dt+JLdωL/dt+Mr+mglsinθ （a） 　　2溜槽下落时所需驱动力矩为 　　M=∑JJidωJi/dt+JLdωL/dt+Mr-mglsinθ （b） 　　2.4 碰撞 　　上述倾动系统的动力学分析是在齿轮副齿侧间隙为零和启动时半联轴节间没有碰撞的理想状态下进行的。但实际上齿侧间隙并不为零，而且会因正常磨损随时间增长。这样系统在启动时运动副元素间会出现碰撞。 　　碰撞[2]现象的特点是：碰撞时间极端（一般为10-3～10-4），