机械设备基础知识讲义(回转窑)

制造机械技术室-1-机械设备基础知识讲义（回转窑）回转窑由筒体、支承装置、传动装置、密封装置组成。一、筒体生产实践表明，回转窑运转率的高低，运转时间的长短，主要决定于耐火砖（也称窑衬）寿命，而窑衬寿命除取决于耐火砖及其镶砌质量、原料性能、挂好、保护好窑皮外，还与筒体的弯曲变形和径向变形（特别是径向变形）有直接的关系。另外，就回转窑发生轮带断裂、托轮断轴、传动装置运动不平稳以及电机过负载等故障来看，也主要是由于筒体不直所引起的。因此，在设计、制造、安装、操作和维护过程中保证筒体直线性公差和减少径向变形是非常重要的。1、筒体形状回转窑筒体的形状有直筒形、热端扩大型、冷端扩大型以及两端扩大（哑玲）型。2、筒体的材质与厚度回转窑的筒体一般是用不同厚度的Q235(A3)钢板，通常采用18、20、25、28、29、32毫米等几种规格。在支承轮带处筒体除用厚钢板外，还在圆周上加装有数十块均布的垫板，这样使筒体受力更为均匀、防筒体被轮带磨损同时也为筒体提供了较好的散热条件。3、筒体的热变形及影响因素（1）、筒体的热膨胀尽管在筒体内衬以很厚的耐火砖，在工作时筒体内腔由于受高温热气流的作用，筒体的温度仍较冷窑时高很多，烧成带筒体高达300～400℃。温度向窑的两端逐渐降低。在出料端达300℃左右，加料端200℃左右。因此，运转中窑筒体的长度和直径要比冷窑时有所伸长和扩大，由于安装在筒体外周轮带的温度低，其径向热膨制造机械技术室-2-胀远较筒体小，因此轮带与筒体之间在安装时一般要预留间隙。由于筒体的轴向热膨胀，轮带和托轮以及大小齿轮的相对位置都要改变。安装时应仔细地检查各部分尺寸并预留出由热膨胀而产生的移动量。筒体沿轴线方向因热膨胀而产生的位移量是这样考虑的，夹在挡轮间的轮带因受挡轮的限制，其轴向移动量不大，故把档轮轮带的位置作为中立断面，即该处筒体不移动。当筒体工作受热时，在中立断面左右方面的轮带各向其左右方向移动，其移动数值计算如下：Δl=α（t平均-t环境）L（㎜）式中l——由中立面至所要计算的那一挡的筒体长度（㎜）t平均——在计算的这段筒体上平均温度（℃）t环境——窑所在的环境温度（℃）α——线膨胀系数，对于钢α=0.000012(开-1)（2）、筒体的热弯曲筒体受热不均匀而发生弯曲。多发生在：点窑时没有定期转窑；如传动机械的损坏或停止供电等。此时，下面筒体由于受到热熟料作用温度升高，而上面的筒体则由于散热及空气流的冷却作用温度降低，因而筒体下部较上部伸长很多，致使筒体发生弯曲。二、支承装置支承装置由轮带、托轮组和档轮组等部分组成1、轮带轮带支承回转窑筒体，承受全部回转质量，加强筒体的刚性。（1）轮带在托轮上滚动时，其工作表面要逐渐磨损。如果使托轮轴线安装成平行于窑筒体中心线，则轮带与托轮在整个宽度上的磨损是均匀的，此时接触面保持圆柱形状。当托轮轴线对窑筒体中心线发生歪斜时，轮带与托轮表面的磨损就不均匀，长期运转之后以致变成畸形，就会使窑筒体在运转时失去稳定性，这就需要修理或更换轮带与托轮。一般托轮受滚压次数为轮带的3～4倍。在保证轮带经久制造机械技术室-3-耐用的前提下，应尽量提高两者的耐磨性能，延长双方使用寿命。从这一点出发，采用45号铸钢轮带和55号铸钢托轮是比较舒适的。（2）轮带的断面型式实心矩形：实心矩形断面轮带，具有制造简单，温度应力小的优点，但利用材料不合理，刚度小，散热条件差。中空箱形两种形式：箱形断面轮带，材料利用合理，刚度大，运转时散热条件好，但制造较复杂。（3）轮带的安装方式主要两种方法：固装和活装目前活装应比较广泛2、托轮组托轮组由托轮、托轮轴及轴承所组成要求每对托轮安装在窑筒体断面中心线的对称位置，且其距离等于托轮与轮带半径之和，此时，通过托轮中心和筒体断面中心连线的夹角等于60°。托轮这样安装时，可以保证筒体稳定性而不致向两侧移动，也不会被托轮挤紧。并要求每个托轮轴都与窑中心线平行，以保证轮带与托轮表面均匀接触。轮带与托轮直径之比一般为3～4。制造机械技术室-4-托轮宽度稍宽于轮带是保证回转窑在运转中轮带始终与托轮全面接触；停窑时，任一轮带在托轮上的接触宽度不小于轮带宽度的75﹪，以免过载。轮带与托轮中心的最大偏量Δl发生在靠窑头第一挡支承上。托轮的最小宽度按下式计算。制造机械技术室-5-轮带与托轮的偏移B-b≥50㎜并且当Δl≥b/4+25时可用下式求托轮宽度BB/2≥b/4+Δl即B≥b/2+2Δl托轮与轴的装配多用热装法，将它们牢固地联接在一起。托轮轴承一般是滑动轴承，瓦衬镶在球面瓦上，运转中能自动调心。油勺带油润滑，球面瓦通水冷却。轴端设有止推盘，或轴肩设有止推环，用以承受轴向推力。轴承固定在底座上，其上设有调整托轮用的顶丝。三、窑体窜动及其调整保持回转窑筒体中心线正直，使回转窑窑体沿其轴线方向作上下往复有规律地移动，是维护回转窑长期安全运转的关键问题之一。1、回转窑筒体轴向窜动的原因回转窑筒体是与水平面成一定倾斜角度支承在托轮上的，其斜度一般为2.5～5﹪(一线为4﹪,二线为3.5﹪)现在就托轮轴线平行于窑筒体中心线和托轮轴线与筒体中心线歪斜两种情况进行讨论.制造机械技术室-6-(1)托轮轴线平行于窑筒体中心线时情况对于静止回转窑,由于窑体自重产生的向下的轴向分力能否使窑体下滑?分析如下.由图3-54可知,如果回转窑的回转部分重力为G,促使窑体下滑的轴向分力G2为G2=Gsinα=（0.025～0.05）G（3-23）式中α---窑体中心线与水平面的倾斜角,一般取sinα=0.025～0.05回转窑回转部分重力G分解为作用于托轮接触表面上的正压力G1为G1=Gcosα/sinβ（3-24）式中β---一对托轮的夹角之半,一般2β=60°,因此,轮带与托轮之间的磨擦力F为F=G1f（3-25）式中f=轮带与托轮间和磨擦系数.将(3-24)式代入（3-25）式得F=Gfcosα/sinβ（3-26）如取β=30°、α=2°，代入（3-26）式则得F=1.16Gf当轮带与托轮间为干摩擦时,其磨擦系数f=0.15～0.2,则F=1.16（0.15～0.2）G=（0.174～0.232）G（3-27）当轮带与托轮间有油润滑时,其摩擦系数f=0.1～0.12,则F=1.16（0.1～0.12）G=（0.116～0.1392）G（3-28）比较（3-23）和（3-27）、（3-28）式可知，G＜F。因此，当窑静止时窑体是不会向下滑动的，事实也是如此。当窑回转时，其受力情况如图3-55所示，轮带除受窑体回转部分重力产生的下滑力G2作用外，垂直于下滑力G2沿轮带圆周表面切线方向还作用着由窑体齿轮传动而产生的圆周力P。可以经过计算分析得知G2与P的合力Q，仍远远小于磨擦力F。但运转着的回转窑，事实上制造机械技术室-7-是往低端缓慢滑动的。这可用弹性理论来解释。分析得出，托轮的平均圆周速度事实上已落后于轮带的圆周速度。把由于轮带和托轮接触处产生的弹性变形所引起的滑动，叫做弹性滑动。上述为圆周力P的作用下产生周向滑动速度V圆周，同理在轴向分力G2作用下，由于弹性滑动现象产生轴向下滑速度V下滑，这就是窑体下滑的原因。V圆周与V下滑都与其作用力成比例，因此可写出下列关系式V下滑=V圆周G2/P（3-29）圆周弹性滑动速度为托轮丢失速度，即V圆周=εV托轮（3-30）式中ε——滑动率，对于两轮都是金属时，ε=（0.001～0.005）P/fG1（3-31）由此可知,滑动率与圆周力P成正比,而与轮带和托轮间不产生相对滑动所能允许的最大摩擦力G1成反比。将（3-31）式代入（3-30）式然后再代入（3-29）式，以及把G2=G1tgα代入整理后得V下滑=（0.001～0.005）V托轮tgα/f（3-32）因为弹性滑动速度值很小，可以近似认为轮带和托轮的圆周速度相等，制造机械技术室-8-即V下滑=V托轮，则V下滑=（0.001～0.005）V轮带tgα/f（3-33）（2）托轮轴线歪斜的情况如果托轮轴线与窑体中心线不平行，如图3-57所示。当窑体回转时，托轮与轮带接触处的圆周速度V托轮可以分解为两个分速度，即V1和V2。V2与轮带的圆周速度在方向和大小上都一致的，而V1则是沿轴向的分速度，这就产生了所谓“螺旋效应”。在托轮与轮带间的摩擦力作用下，迫使窑筒体以V1的速度向上移动。显然，托轮轴线歪斜角β越大，则轴向分速度V1也就越大，推窑体向上移动的速度也就越快。如果推窑体向上移动的速度大大超过其弹性下滑的速度，则将使托轮和轮带表面产生相对滑动，使托轮和轮带表面、大小齿轮表面产生轴向刻痕，加速其磨损。因此，应使窑体上移的速度等于其弹性下滑的速度，以此来确定托轮轴线的歪斜角，即V1=V下滑而V1=V2tgβ=V轮带tgβ因此（0.001～0.005）V轮带tgα/f=V轮带tgβ（3-34）将上式整理后可得出托轮轴线需要歪斜的角度β=tg-1[（0.001～0.005）V轮带tgα/f]（3-35）2、窑体窜动的调整托轮与发热分某一个托轮瓦推力面发热、某一个托轮瓦面发热或某一个托轮瓦推力面和托轮瓦面同时发热等几种情况。制造机械技术室-9-1、调整时方向控制：在现场用双手螺旋定律来指导对托轮座的调整，方法简单实用。即面向托轮紧握左右手，左右手分别代表一组托轮的左右两个托轮座。紧握左右手中指、无名指、小指头，其方向与托轮旋转方向一致，食指和大拇指伸直，大拇指方向为窑移动方向（回转窑轴向），食指方向为托轮座需要调整移动的方向（回转窑径向）。详细见（图3）所示。2、推力面发热时调整方法：当一个托轮座瓦推力面发热时，可通过进（退）托轮座使托轮沿窑中心线方向移动来改变推力板和瓦的间隙消除摩擦发热，有时为了调整效果快，对一组托轮中推力发热的托轮座进（退）一点，将另一托轮座退（进）一点，但两个托轮瓦座同时进（退）且进（退）量相等时是无法缓解推力面发热问题的。一般来讲12个托轮座仅有个别瓦推力面发热，一组托轮内部两个托轮座推力面都发热的现象更少。理论上为了保证窑中心线不变化，可在调整该托轮座后，再调整该托轮中与之斜对的那个托轮座，但在实际中因调整量少对中心线影响小，这样调意义不大。3、瓦面发热时调整方法：当托轮座瓦面发热时可通过退托轮座使托轮中心线垂直方向移动来缓解瓦的受力从而消除发热。如在现场当用手持式温度计测量的轴表面局部温度比端部高10～20℃左右时，说明瓦内可能有异物，油膜难以形成，此时不仅要退托轮座，还要判断与是否已经损坏；新安装的窑有时当托轮座瓦温度一直比较正常，但不久就出现瓦面发热，这有可能是窑工矿波动所造成，此时退托轮座后可能会随窑工矿波动消除后，另一组托轮瓦面发热；新安装的窑辐射热也会造成瓦面发热，此时应增加隔热和降温设施。4、推力面和瓦面同时发热时调整方法：当一个托轮座瓦推力面发热而瓦面同时发热时，可通过进（退）两个托轮座量的不同来使托轮沿窑中心线方向移动的同时，沿窑中心线垂直方向移动来改变托轮的位置，以消除推力面和瓦面发热问题，实际运行中这种现象较少。5、调整时窑速度的控制：调整时窑可短时停下来进行，但窑正常运行制造机械技术室-10-过程中也可以进行调整，此时窑的速度应适当降低，一般在1rpm左右较合适，尤其是用千斤顶将窑向内顶托轮时，更需将窑慢转起来或将窑速控制在1rpm左右。6、调整时托轮座位移量的控制：调整时为了保证准确性，有时为了调整托轮座轴向档块也需拆除，在调整过程中每个托轮座应使用2个百分表，每次调整量在0.2～0.35㎜之间。7、调整时步骤及安全控制：将托轮座周边清理干净，置好百分表，根据所需调整量和顶丝螺距做好标记。首先松开托轮座用地脚螺栓，用千斤顶住窑托轮座，再松开托轮座用顶丝，调整后先固定托轮座用顶丝上的锁紧螺母（此时千斤顶应松开，所调量应无变化），再紧固地脚螺栓。由于在调整时人多，需不断观察托轮座内部情况，此时切勿将异物掉入托轮座内，在调整前检查、调整中及调整后观察时都应注意手触摸托轮表面时油勺在运行时对人身安全的影响。调整后因窑速度低，应在托轮上淋少量润滑油以改善瓦与托轮轴润滑。8、调整后的观察和