专利名称：链篦机运行链轴系膨胀间隙分配与定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及球团矿料生产线的关键设备链篦机，有关链篦机核心部分运行链篦床轴系上零部件之间膨胀间隙分配方法、轴系上零部件定位方法及其装置，主要用于高炉冶炼的球团矿炉料生产。
背景技术：
高炉冶炼的炉料准备主要有球团矿料和烧结矿料两种。近年来，球团矿作为优质的高炉炉料使用比例越来越高。链篦机-回转窑-环冷机是生产球团矿料的主要工艺方法之一，对原料适应性强，具有生产规模大，球团抗压强度高、质量均匀、品位高，能耗及生产成本低等特点，规模效益特别明显。链篦机是生产球团矿的关键设备之一，是对生球进行干燥和预热的设备，生球经宽带皮带机和辊式布料机均匀地布到链篦机篦床上，随篦床前进，经干燥脱水和预热，完成焙烧前的准备，在排料端通过铲料板卸至回转窑。链篦机核心部分是运行链，由输送球团的篦床，支撑篦床的上、下托轮，及驱动篦床运转的主传动轴等组成。篦床包括牵引链节、小轴、篦板、侧板等。
链篦机运行链篦床在交变温度场中循环往复运行，不能冷却降温，运行过程中的温度变化，将导致收缩膨胀变化，进而使得链篦机运行链篦床小轴上各零件轴向偏移，导致小轴上链节与主传动轴及上托轮轴上链轮啮合轴向错位，造成链轮啃链节，链节磨损断裂或者出现“骑驴”现象。当篦板链节等零件之间间隙过小，将导致安装在小轴上篦板之间容易挤压变形，无法复位或者脱落。当篦板、链节等零件之间间隙过大，将导致篦床漏球或者跑偏等问题。以上这些都使链篦机无法正常工作。
目前相关文献资料有公开的专利“链篦机挠性轴篦床(02158571.7)”一种挠性轴结构的链篦机运行链篦床，是通过在链节和长轴间加衬套，用衬套将链节连成串，承受运行拉力，横向连接轴采用细长挠性轴，以控制节距偏差和自行补偿同步啮合偏差，使整个篦床上的多条链同时受力；实用新型专利“一种防跑偏链篦机(200420065023.2)”，通过双缘轮或单缘轮轮缘的阻挡作用和轮缘各点的线速度差的作用，纠正链条的跑偏行为。以上两种方法只能局部改善多条链同时受力均匀性，在一定程度上对链齿啮合纠偏，由于运行链篦床轴向收缩膨胀量大，不可能根本解决以上诸多问题，确保整个链篦机的正常工作。实用新型专利“链篦机链齿啮合传动装置(200520051391.6)”，通过链节安装在轴套上，轴套之间有定距管，使链节间的距离保持与链齿相吻合。其主要特征是，以装在主轴上链轮和装在小轴上的链节啮合中心线为界，通过中心线一边靠内侧的间隙大于另一边靠外侧的间隙，并使外侧间隙相同，内侧间隙离中心线愈远，间距愈大，通过这种间隙布局，来满足在热膨胀时链篦机链齿的正常啮合。这种方法仅仅考虑链节和链轮啮合间隙大小，没有考虑安装在轴套上链节和安装在定距管上篦板之间间隙，更没有提供间隙计算确定方法，由于链节和篦板之间、篦和篦板之间间隙过大或者过小，都会使链篦机无法正常工作。同时该专利没有考虑安装在定距管上两块篦板之间间隙大小对链篦机正常工作影响，也没有考虑链节和篦板在小轴上定位问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的不足，公开一种链篦机运行链轴系膨胀间隙分配、轴系零件定位方法及其装置，包括链篦机运行链轴系上相关零部件膨胀间隙分配方法、轴系上相关零部件定位方法及其装置，其特点是通过对热膨胀量设计计算，在综合考虑运行链篦床轴系上相关运动零部件之间在低温区时预先分配设定的间隙尽可能小、在高温区热膨胀下间隙均匀，以及链轮与链节之间啮合点偏移量尽可能小的目标下，建立运行链轴系上运动件之间间隙均匀分配和线性分配计算方法，并应用定位轴套管对链篦机运行链篦床轴系上链节、篦板等运动零部件进行浮动定位，使得运行链结构紧凑，链节和链轮啮合可靠稳定，链节与篦板间隙稳定均匀，彻底解决链篦机链轮啃链节，篦板无法复位或者脱落，篦床漏料或跑偏等问题，实现链篦机在高低温交变环境下正常运行。
本发明所述的链篦机篦床运行链轴系上相关零部件膨胀间隙分配及定位方法主要包括以下步骤(1)基础准备工作——链篦机运行链轴系间隙分配要求确定和膨胀量计算零件之间间隙要求根据生产球团直径在9～16mm之间，要求在低温区篦板与篦板之间、篦板与链节之间最大间隙不超过球团直径，并尽可能小。同时，在运行链运行过程中，在高温区篦板与篦板之间、篦板与链节之间不能挤压变形，它们之间间隙均匀。
链节与链轮啮合中心线位置要求根据链节与链轮结构特点，常温下链节与链轮啮合时单边留有一定间隙(一般在6mm之内)，因此为了保证链节与链轮正常啮合传动，要求在高低温交变环境下运行啮合点中心线偏移量不超过±ε(ε小于等于6mm)，并尽可能小，如图1(b)所示。
链篦机运行链小轴及主传动轴膨胀量计算众所周知，无论是金属还是非金属，热膨胀是其普遍存在的物理特性，热膨胀量与长度、热膨胀系数和温度升值成正比，这里用下式表示ΔL＝(Lh-Lq)＝LqαΔt(1)式中，ΔL线膨胀量/mm，Lh膨胀后长度/mm，Lq膨胀前长度/mm，α线膨胀系数，Δt温度升高值/℃。
对支撑篦板、链节的小轴、安装链轮的主传动轴按照公式(1)在篦床宽度L0内分别计算轴向膨胀量ΔLX和ΔLZ。尾轴工作温度升高不大，轴向膨胀量忽略不计。
在高温段、常温段小轴上链节必须与主传动轴和尾轴上链轮保证轴向位置一致，才能正常啮合传动。为此在链篦机运行链轴系设计中，通过预留间隙需要消除热膨胀量约为ΔLX-ΔLZ。从篦床中心线单侧看，需要消除热膨胀量Δ1约为(ΔLX-ΔLZ)/2，如图1(a)所示。
(2)均匀分配轴系间隙方法单独考虑热膨胀量均匀分配轴系间隙假设在链篦机篦床宽度内均布n条链条，两链条之间一般布置两块篦板，因此，链篦机牵引链小轴上轴向布置2(n-1)个篦板和n个链节，这样运行链小轴上运动件之间间隙总共有3n-3个。若3n-3个间隙均匀分配，每个间隙δJ1为2Δ1/(3n-3)，如图1(b)所示。
综合考虑链节与链轮啮合点中心线允许偏移量和热膨胀量，均匀分配轴系间隙假设链节与链轮啮合点中心线允许偏移量ε，从篦床中心线单侧看，实际需要消除热膨胀量Δ2约为Δ1-ε，如图1(a)所示。对单侧(3n-3)/2个间隙，进行均匀分配，每个间隙δJ2为2Δ2/(3n-3)，如图1(c)所示。
(3)线性分配轴系间隙方法通常链轮在主传动轴上是刚性定位的，链节支撑在小轴上，由于小轴热膨胀量在轴向是线性的，轴系中间由于热膨胀量小，其上零件(链节等)向两侧的移动量最小，反之，轴系两端零件向两侧的移动量最大。因此采用均匀分配运行链轴系间隙，使得在高温下热膨胀以后，运动件之间间隙不均匀，轴系中间零件之间间隙大，轴系两端零件之间间隙小，甚至无间隙，同时轴系两端链节与链轮啮合点中心线偏移量也大，因此均匀分配轴系间隙尽管便于链节和篦板加工制造，但没有彻底解决链篦机间隙过小造成篦板无法复位或者脱落等问题。
从篦床中心线单侧看，对于需要消除热膨胀量Δ2，建立相应的轴系间隙线性分配关系δ＝kL+δ0(2)(2)式中，δ轴系间隙分配量/mm，k轴系间隙分配线性系数，L从篦床中心线开始到某间隙长度/mm，δ0为热膨胀后最小间隙。
(3n-3)/2个间隙δ1/2，δ2，δ3到δ1.5n-1累加值应该为需要消除热膨胀量Δ2加热膨胀后间隙累加和(3n-3)δ0/2。建立关系δ1/2+δ2+……+δ1.5n-1＝(ΔLX-ΔLZ)/2-ε+(3n-3)δ0/2(3)
按照高温区热膨胀后轴系间隙δ0均匀趋向一最小值(按照0.5mm计算)，在链节与链轮啮合点中心线偏移量ε(ε小于等于6mm，并尽可能小)和轴系间隙分配线性系数k(k尽可能小)之间进行折中优化，取得满意值。然后按照式(2)分别计算确定轴系每个间隙予分配值，如图1(d)和图2所示。
(4)实现上述链篦机篦床运行链轴系间隙分配的相关零部件定位方法通过在小轴上安装轴向可以有一定范围移动的支撑篦板的篦板定位轴套管和支撑链节的链节定位轴套管方法，将长的小轴分为若干个短的轴套，并在篦板定位轴套管和链节定位轴套管之间按照以上均匀或者线性设有一定间隙，从而可以调节链节和篦板在轴向的位移量，使得链节和篦板在轴向可以适当浮动，实现轴系上相关零部件浮动定位。
(5)实现上述链篦机篦床运行链轴系间隙分配的相关零部件定位装置所述的装置如图2所示在小轴上沿轴向依次设有篦板定位轴套管、篦板定位短管、链节定位轴套管，在小轴的两端设有对整个篦床在小轴上定位的侧板定位管和开口销。
本发明的优点是(1)链篦机运行链轴系间隙确定可靠，防止链轮啃链节、篦床“骑驴”现象、以及篦床漏料或跑偏等问题；(2)链篦机运行链轴系间隙线性化后，在高温区热膨胀后轴系间隙均匀适中，链轮和链节啮合中心线偏移量在允许范围内，防止链篦机篦板由于相互挤压或者与链节挤压，提高了链篦机运行可靠性。
图1是本发明实施例轴系间隙分配计算过程示意图。
图2是本发明实施例结构示意图。图2(a)是在常温时主传动轴7上链轮6和篦床运行链1上链节3啮合状态，图2(b)是在高温区主传动轴7上链轮6和篦床运行链1上链节3啮合状态。
图3是链篦机篦床运行链小轴一侧定位结构局部放大示意图。
图1(a)中，6表示运行链主轴上链轮，10表示小轴上链节定位轴套管，12表示小轴上篦板定位轴套管，5-01表示常温段小轴上定位轴套管之间无间隙状态，5-02表示5-01在高温段小轴膨胀状态，7-01表示常温段主传动轴状态，7-02表示7-01在高温段主传动轴膨胀状态。图1(b)中，5-11表示常温段小轴上定位轴套管之间有均匀间隙δJ1(约为2.7mm)状态，5-12表示5-11在高温段小轴膨胀状态。图1(c)中，5-21表示常温段小轴上定位轴套管之间有均匀间隙δJ2(约为2.0mm)状态，5-22表示5-21在高温段小轴膨胀状态。图1(d)中，5-31表示常温段小轴上定位轴套管之间有线性间隙δ1到δ8(δ1<δ2＜δ3＜δ4＜δ5＜δ6＜δ7＜δ8>状态，5-32表示5-31在高温段小轴膨胀状态。
图1和图2中，100是篦床中心线，Lcq为小轴和主传动轴膨胀前(常温段)，链轮6和链节3中心线之间距离(实施例为870mm)，Lch1为主传动轴膨胀后链轮6中心距(实施例约为872mm)，Lch2为小轴膨胀后链节中心距(实施例约为880mm)，Lch3为均匀或者线性分配间隙的小轴膨胀后链节3中心距(实施例约为878mm)。
图3是图2(a)篦床运行链小轴一侧定位结构局部放大示意图。
图2和图3中，1是篦床运行链，2是篦板，3是链节，4是侧板，5是小轴，6是链轮，7是主传动轴，8是开口销，9是侧板定位管，10是链节定位轴套管，11是篦板定位短管，12是篦板定位轴套管。图2和图3中，篦床运行链1由小轴5、链节3、篦板2和侧板4组成，通过链节3与主传动轴7上链轮6啮合传动，驱动篦床运行链1移动。
具体实施例方式
按照B4.5×60m链篦机运行链装配总图结构及尺寸进行轴系间隙分配计算及轴系上相关零部件浮动定位实施。
(1)链篦机运行链小轴及主传动轴膨胀量计算根据链篦机运行链主轴的材质为30Cr2MoV、小轴的材质为12CrMoV及其温度条件，根据文献提供的材料的线膨胀系数和实际实验数据，取主传动轴线膨胀系数αZ＝30.5×10-6℃-1，小轴线膨胀系数αX＝17.5×10-6℃-1，运行链最外侧两链轮中心距(约篦床宽度)L0＝4520mm，运行链小轴从常温30℃进入干燥I段、干燥II段、预热I段、预热II段、直到主传动轴，温度逐步升高到700℃，ΔtX＝670℃，由公式(1)计算，小轴在篦床宽度内轴向膨胀量ΔLX达51.0mm，如图1(a)所示。
主传动轴固定安装，轴及轴承均有水冷却，按照设计要求，主传动轴从常温30℃最高升到100℃，ΔtZ＝70℃，由公式(1)计算，主传动轴在篦床宽度内轴向膨胀量ΔLZ达9.3mm，如图1(a)所示。
因此总的轴向膨胀量差ΔLX-ΔLZ＝41.7mm。从篦床中心线单侧看，需要消除热膨胀量Δ1＝(ΔLX-ΔLZ)/2约为20.9mm，如图1(a)所示。
(2)均匀分配轴系间隙单独考虑热膨胀量均匀分配轴系间隙假设在链篦机篦床宽度内均布n＝6条链条，链条宽度约为170mm，则链条之间间距约为(4520-170)/5-170＝700mm，两链条之间布置2块篦板，篦板宽度约为350mm。在链篦机牵引链小轴上轴向布置10个支撑篦板的篦板定位轴套管和6个支撑链节的链节定位轴套管，这样运行链小轴上定位轴套管之间总共有15个间隙。单侧有7.5个间隙，每个间隙均匀分配δJ1，约为2.7mm，如图1(b)所示。
综合考虑链节与链轮啮合点中心线允许偏移量和热膨胀量，均匀分配轴系间隙考虑链节与链轮啮合点中心线最大允许偏移量ε＝6.0mm，从篦床中心线单侧看，需要消除热膨胀量Δ2约为20.9-ε＝14.9mm，如图1(a)所示。单侧有7.5个间隙，每个间隙均匀分配δJ2，约为2.0mm，如图1(c)所示。
(3)线性分配轴系间隙综合考虑链节与链轮啮合点中心线允许偏移量和热膨胀量，线性分配轴系间隙。从篦床中心线单侧看，δ1处长度L1约为0mm，δ2处长度L2约为350mm，δ3处长度L3约为520mm，δ4处长度L4约为870mm，δ5处长度L5约为1220mm，δ6处长度L6约为1390mm，δ7处长度L7约为1740mm，δ8处长度L8约为2090mm，如图1(d)和图2所示。对于需要消除热膨胀量Δ2，按照式(2)中计算各个间隙并代入式(3)得8180k＝20.9-ε(4)在链节与链轮啮合点中心线偏移量ε(ε小于等于6mm，并尽可能小)和轴系间隙分配线性系数k(k尽可能小)之间进行折中优化，当ε＝4.9，k＝16/8180时，预留轴系间隙分配线性系数k较小，同时链节与链轮啮合点中心线偏移量ε在允许范围内，并大小适中，使得篦床结构紧凑，链节与链轮啮合稳定。以高温区热膨胀后轴系间隙δ0均匀趋向0.5mm，并应用式(2)分别计算轴系每个间隙预分配值为δ1＝0.5mm， δ2＝1.2mm， δ3＝1.5mm， δ4＝2.2mmδ5＝2.9mm， δ6＝3.2mm， δ7＝3.9mm， δ8＝4.6mm如图1(d)和图2所示。
(4)链篦机篦床运行链轴系上相关零部件浮动定位在小轴5上安装轴向可以有一定范围移动的支撑篦板2的篦板定位轴套管12、篦板定位短管11，支撑链节3的链节定位轴套管10，最外测通过侧板定位管9和开口销8对整个篦床在小轴5上定位，并确定运行链宽度。
在篦板定位轴套管12、篦板定位短管11和链节定位轴套管10之间间隙在常温时预留间隙δJ2，从篦床中心线一侧看，预留线性间隙分别是δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7和δ8，离中心线越远，间隙越大；在高温区时由于热膨胀间隙缩小到约δ0，此时最外侧链轮6和链节3啮合中心线偏移量为ε在允许范围内。
本发明与现有技术相比优点是一方面，链篦机运行链轴系间隙确定可靠，并从均值(δJ1)2.7mm下降到均值(δJ2)2.0mm，结构更加紧凑，防止链轮啃链节、篦床“骑驴”现象、以及篦床漏料或跑偏等问题；另一方面，链篦机运行链轴系间隙线性化后，在高温区热膨胀后轴系间隙均匀适中，链轮和链节啮合中心线偏移量在允许范围内，防止链篦机篦板由于相互挤压或者与链节挤压，而无法复位或者脱落等问题，提高了链篦机运行可靠性。
权利要求
1.一种链篦机运行链轴系膨胀间隙分配方法，其特征在于包括以下步骤(1)确定链篦机运行链轴系间隙的分配要求和计算膨胀量零件之间间隙要求在低温区篦板与篦板之间、篦板与链节之间最大间隙不超过球团直径，并尽可能小；同时，在运行链运行过程中，在高温区篦板与篦板之间、篦板与链节之间不能挤压变形，它们之间间隙均匀；链节与链轮啮合中心线位置要求在高低温交变环境下运行啮合点中心线偏移量不超过±ε，ε小于等于6mm，并尽可能小；链篦机运行链小轴及主传动轴膨胀量计算ΔL＝(Lh-Lq) ＝ LqαΔt(1)式中，ΔL线膨胀量/mm，Lh膨胀后长度/mm，Lq膨胀前长度/mm，α线膨胀系数，Δt温度升高值/℃；(2)确定均匀分配轴系间隙a)单独考虑需要消除热膨胀量Δ1，从篦床中心线单侧看，Δ1为(ΔLx-ΔL2)/2，在链篦机篦床宽度内均布n条链条，两链条之间布置两块篦板，共有3n-3个间隙，均匀分配轴系间隙δJ1其为2Δ1/(3n-3))；b)综合考虑链节与链轮啮合点中心线允许偏移量ε和需要消除热膨胀量Δ1，计算实际需要消除热膨胀量Δ2，Δ2为Δ1-ε，单侧(3n-3)/2个间隙，均匀分配轴系间隙δJ2其为2Δ2/(3n-3)；(3)确定线性分配轴系间隙a)依据实际需要消除热膨胀量Δ2，单侧(3n-3)/2个间隙，建立轴系间隙线性分配关系式δ＝kL+δ0，其中δ轴系间隙分配量/mm，k轴系间隙分配线性系数，L从篦床中心线开始到某间隙长度/mm，δ0为热膨胀后最小间隙；b)按式δ1/2+δ2+……+δ1.5n-1＝(ΔLx-ΔLz)/2-ε+(3n-3)δ0/2，在链节与链轮啮合点中心线偏移量ε和轴系间隙分配线性系数k之间，根据两者均尽可能小的原则进行折中优化，取得满意值；c)再按照式δ＝kL+δ0分别计算确定轴系每个间隙分配值δ1、δ2、……、δ1.5n-1。
2.实现权利要求1所说的一种链篦机运行链轴系膨胀间隙分配方法的定位方法，其特征在于通过在小轴上(5)安装轴向移动的支撑篦板(2)的篦板定位轴套管(12)、篦板定位短管(11)，和支撑链节(3)的链节定位轴套管(10)，将长的小轴分为若干个短的轴套，并在篦板定位轴套管和链节定位轴套管之间按照所述的均匀或者线性分配轴系间隙的方法设有间隙，使得链节和篦板在轴向可以浮动，实现轴系上相关零部件浮动定位。
3.根据权利要求1所说的一种链篦机运行链轴系膨胀间隙定位方法，其特征在于在篦板定位轴套管(12)、篦板定位短管(11)和链节定位轴套管(10)之间，在常温时预留平均间隙δJ2，或者从篦床中心线看，预留多个不同的线性间隙δ，离中心线越远，间隙越大。
4.根据权利要求2所说的一种链篦机运行链轴系膨胀间隙定位方法的装置，其特征在于在小轴(5)上沿轴向依次设有篦板定位轴套管(12)、篦板定位短管(11)、链节定位轴套管(10)，在小轴(5)的两端设有对整个篦床在小轴(5)上定位的侧板定位管(9)和开口销(8)。
全文摘要
本发明公开一种链篦机运行链轴系膨胀间隙分配、定位方法及装置，涉及球团矿料生产线的关键设备链篦机，主要用于高炉冶炼的球团矿炉料生产。其特征在于按照运行链轴系间隙分配要求确定、小轴及主传动轴膨胀量计算、单独考虑热膨胀量均匀分配轴系间隙、综合考虑链节与链轮啮合点中心线允许偏移量和热膨胀量均匀分配和线性分配轴系间隙等步骤建立间隙分配方法，通过篦板定位轴套管12、篦板定位短管11、链节定位轴套管10对篦板和链节进行浮动定位，通过开口销8和侧板定位管9对整个篦床在小轴5上定位。链篦机运行链轴系间隙合理、结构紧凑，防止链轮啃链节、篦板无法复位或者脱落、篦床漏料或跑偏等问题，提高了链篦机在高低温交变环境下运行可靠性。
文档编号F27B21/08GK101071039SQ200710023568
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者朱圣财, 张西良, 冯爱新, 张永康, 杨继昌, 李伯全, 司乃潮, 吴强, 任旭东, 毛翠云, 张建, 万学功, 杨伟玲, 张卫华 申请人:江苏宏大特种钢机械厂, 江苏大学