Двересъемная машина коксовой батареи
БАБАКИНА Елена Алексеевна
Факультет: Экологии и химических технологий
Специальность: Оборудование химических производств и предприятий строительных материалов
Тема выпускной работы:
Оптимизация конструкций коксовых машин на примере двересъемной машины
Научный руководитель: Топоров Андрей Анатолиевич
_____________________________________________________________________________________________________________________
Введение
Объект исследования
Двересъемная машина является одной из основных машин по обслуживанию коксовых печей на коксовой стороне батареи.
Двересъемная машина работает согласованно с коксовыталкивателем и тушильным вагоном в строгом соответствии с заданным графиком выдачи кокса из печей. Режим работы двересъемной машины трехсменный.
Двересъемная машина состоит из двух основных частей: двересъемной части и коксонаправляющей.
Двересъемная часть машины выполняет те же основные операции, что и двересъемное устройство коксовыталкивателя. Коксонаправляющая служит для направления коксового пирога в тушильный вагон.
Двересъемные машины можно разделить на типовые, предназначенные для обслуживания типовых коксовых печей, и специальные, отличающиеся от типовых как габаритными размерами, так и специальными требованиями, которые к ним предъявляются. Габаритные размеры двересъемных машин зависят как от конструкции их и компановки механизмов, так и от габаритных размеров коксовых печей.[6]
| Наименование показателей | ДМ 21,6 | ДМ 30 | ДМ 30,3 | ДМ 30,9 | ДМ 35 | ДМ 41,6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Объем печных камер, м 3 | 21,6 | 30 | 30,3 | 30,9 | 35 | 41,6 |
| Количество приводов: | ||||||
| электромеханич. | 13 | 13 | 13 | 13 | 5 | 14 |
| гидравлический | 12 | |||||
| Ток переменный, В | 380 | 380 | 380 | 380 | 380 | 380 |
| Масса, кг | 57 800 | 60 000 | 62 000 | 63 500 | 94 000 | 126 000 |
| Габариты, мм | ||||||
| длина | 13400 | 14500 | 14600 | 14600 | 19200 | 17500 |
| ширина | 3600 | 3800 | 3850 | 3850 | 8325 | 8480 |
| высота | 5560 | 7800 | 7850 | 9005 | 9560 | 10650 |
Актуальность темы и постановка задачи исследования
Металлоконструкции двересъемной машины подвержены влиянию агрессивных факторов, таких как: коррозия, температурные напряжения, значительные динамические нагрузки.
Проанализировав существующие конструкции двересъемной машины, был выявлен ряд недостатков:
1. Недостаточная эксплуатационная надежность устройства
2. Большие энергозатраты на срыв двери
3. Металлоемкость машины
| Наименование предприятий | Количество отказов общее | Количество отказов на одну машину | % |
|---|---|---|---|
| КХП Нижне-Тагильского меткомбината | 97 | 48,5 | 45,5 |
| Мариупольский КХЗ | 13 | 6,5 | 28,9 |
| КХП Магнитогорского меткомбината | 59 | 19,7 | 45,5 |
| Алтайский КХЗ | 163 | 54,3 | 36,8 |
| Авдеевский КХЗ | 254 | 50,8 | 53,2 |
| КХП Западно-Сибирского меткомбината | 57 | 27 | 36,7 |
Надежность процесса выдачи кокса определяется минимальным уровнем вероятности безотказной работы по каждому виду отказа. Чтобы ответить на вопрос, какова значимость того или иного вида отказа по его вкладу в возникновение аварии производства, необходимо определить вероятность действия каждого неблагоприятного фактора по стадиям процесса. Результаты такого анализа приведены в таблице 3.[10]
| Стадия процесса | Количество отказов общее | ||||||||
| A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | |
| II (S2) | 2 | 3 | 2 | — | — | — | 1 | 1 | 1 |
| III (S3) | — | — | 2 | 3 | 2 | — | — | 1 | 1 |
| IV (S4) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | — | — | — |
| Всего | 1 | 5 | 7 | 5 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 |
Событие G1 произойдет, если
V1 «не выполняется чистка двери» и
V2 «не выполняется чистка рам»
Исходными событиями для V1 будут отказы механизмов
чистки двери А7,
поворота А3,
отвода — подвода A2
металлоконструкций A5;
для события V2:
А8 отказы механизмов чистки рам,
А9 передвижения чистки рам,
А1 передвижения,
A3 поворота,
A5 металлоконструкций.
Для промежуточного события F2 — «не обеспечивается направление коксового пирога» — исходными событиями следует считать отказы механизмов
А1 передвижения машины,
A6 передвижения корзины,
A3 поворота,
А5 металлоконструкций.
Таким образом, событие T1 можно представить в виде выражения:
Событие Т2 произойдет, при условии F3 «невозможности установки двери».
Исходными событиями для F3 будут события A6, A1, A2, А3, A4, A5, а также событие G2 — «недопустимое усилие установки, двери», которое наступит с временной задержкой, тогда событие Т2 можно представить в виде тождества:
Окончательно отказ производственного процесса будет выглядеть так
Дерево отказов двересъемной машины представлено на рисунке 1.
Рисунок 1- Дерево отказов двересъемной машины
Из полученного дерева отказов видно, что конечное событие — «отказ коксового производства» — может произойти при различном сочетании исходных и промежуточных событий. Следовательно, для уменьшения вероятности отказа производства необходимо выявить виды отказов наиболее вероятные и по возможности устранить их. Это можно определить с.помощью принципа минимальных аварийных сочетаний[1]. Для данного дерева отказов общее число найденных аварийных сочетаний 23, шесть из которых — сочетания одного механизма, а 17 — сочетания отказов двух механизмов:
которое позволяет последовательно проанализировать надежность двересъемной машины с учетом каждого конкретного вида отказа механизмов и устройств. [11]
В дальнейшей работе планируется исследовать работу двересъемного устройства, проанализировать его надежность, построить дерево отказов, рассчитать нагрузки на рычаги, при помощи программы КОСМОС оптимизировать конструкции рычагов, снизив нагрузки и уменьшив массу. В магистерской работе также будет предложена новая кинемаическая схема двересъемного утройтва, применение которой намного снизит динамические напряжения.
Научная значимость работы
Проанализировав несколько патентов на устройство для съема и установки двери коксовой печи можно рассматривать возможность повышения эксплуатационной надежности устройства за счет уменьшения динамических нагрузок на детали устройства в момент срыва двери, передачи большей части нагрузки при съеме и установке двери непосредственно на раму коксовой печи и уменьшения энергозатрат за счет более рационального режима работы привода. При использовании такого устройства динамические нагрузки на кладку печи и металлоконструкции устройства снижаются при снижении энергозатрат.
Возможно также снижение энергозатрат на срыв двери, металлоемкость обслуживающих машин и повышение надежности работы за счет разделения усилий сопротивления двери при ее снятии по времени действия и по направлению установкой в верхней части двери четырех-шестигранного кулачка, приводимого в движение от механизма срыва двери и отжимающего дверь от рамы печи перед ее подъемом. Для достижения цели устройство может быть снабжено ребрами жесткости на корпусе двери и установленными в верхней части двери на ребрах жесткости валом, снабженным кулачком в форме многогранника, жестко установленном на валу с возможностью взаимодействия с рамой печи, при этом вал снабжен храповиком и рычагом, взаимодействующим с захватом.
Для повышения надежности работы устройства, включающего в себя поворотную стойку, раму, закрепленную на стойке, захваты с упорами, закрепленные на раме посредством шарнира и соединенные между собой тягой, рабочий конец каждого захвата снабжен осью, рама снабжена вертикальными направляющими, шарниры захватов расположены в направляющих и один из них соединен с приводом вертикального перемещения, упор имеет Г-образную форму и закреплен над осью захвата. Такое выполнение устройства позволяет при перемещении шарниров захватов в вертикальных направляющих рамы для открывания двери последовательно и надежно завести рабочие концы захватов в верхний и нижний карманы двери, сжать упорами пружины верхнего и нижнего запоров двери для вывода ригелей из крючьев рамы коксовой печи и осуществить срыв двери, т.е. выполнить надежно и эффективно все операции при открывании и закрывании двери коксовой печи одним механизмом.
Машины, обслуживающие коксовые печи
Углезагрузочный вагон
Углезагрузочный вагон – это машина, выполняющая весь комплекс операций по набору шихты из угольной башни, а также операции связанные с доставкой и загрузкой шихты в камеру коксования:
На рисунке 1.4 представлен общий вид углезагрузочной машины.
Рисунок 1.4 – Общий вид углезагрузочной машины: 1 – кабина машиниста; 2 – механизмы открывания и закрывания затворов угольной башни; 3 – телескоп; 4 – механизмы чистки стояков; 5 – бункеры.
Управление всеми механизмами осуществляется из кабины машиниста углезагрузочного вагона, за исключением механизма чистки стояков.
Техническая характеристика углезагрузочного вагона коксовых батарей № 3, 4 КХП ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» приведена в табл. 1.1.
Таблица 1.1 – Техническая характеристика углезагрузочного вагона
– для порожней машины
– для груженной машины
Коксовыталкиватель
Коксовыталкиватель – технический агрегат, обслуживающий коксовые печи с машинной стороны. Коксовыталкиватель предназначен для: отвинчивания и завинчивания ригельных винтов дверей, отвода и установки дверей, выталкивания кокса из коксовых камер, очистки дверей и рам, выжигания сжатым воздухом графита со сводов камер и стояков, открывания и закрывания планирных лючков, планирования шихты в камере коксования. Дополнительно коксовыталкиватель может быть оборудован устройствами для точной установки по оси камеры, для уборки концов, отпуска гаек анкеража, площадками-лифтами для обслуживания дверей и др.
Управление всеми механизмами осуществляется из кабины машиниста коксовыталкивателя.
На рисунке 1.5 показан общий вид коксовыталкивателя.
Рисунок 1.5 – Общий вид коксовыталкивателя: 1 – механизм открывания-закрывания планирной дверцы; 2 – механизм сталкивания шихты; 3 – стойка планирной штанги; 4 – планирная штанга; 5 – обезграфичивающее устройство; 6 – опорная металлоконструкция верхней площадки; 7 – верхние основные продольные балки; 8 – привод планирного устройства; 9 – опорная рама портала; 10 – кабина пускорегулирующей аппаратуры; 11 – нижние продольные балки; 12 – механизм передвижения; 13 – воздухосборник; 14 – устройство двересъёмное; 15 – кабина машиниста; 16 – выталкивающая штанга; 17 – бункер планирной шихты; 18 – нижняя опорная балка; 19 – балансирная тележка.
Операции по выдаче кокса и планированию шихты при загрузке автоматизированы и выполняются по заданной программе. На коксовыталкивателе предусматривается автоматическая система регистрации времени и силы тока при выдаче кокса. Для контроля над величиной замедленной скорости при выдаче и планировании – высокочастотные преобразователи.
Планирное устройство коксовыталкивателя представляет собой планирную штангу прямоугольного сечения, приводимую в движение двумя раздельными тросами, намотанными на общий барабан. Барабан приводится во вращение электромотором через редуктор и открытую зубчатую передачу.
В таблицах 1.2 и 1.3 приведена техническая характеристика коксовыталкивателей коксовых батарей № 1-2 и № 3-4 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог».
Таблица 1.2 – Техническая характеристика коксовыталкивателя коксовых батарей № 1-2
| №№ п/п | Наименование параметра | Ед. изм. | Величина параметра | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | Скорость передвижения коксовыталкивателя | м/с | 1,68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Скорость движения выталкивающей штанги | м/с | 0,50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Скорость движения планирной штанги | м/с | 0,83 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | Скорость движения двересъемной штанги | м/с | 0,18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | Тормозной путь машины | м | 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | Примерные габариты машины: Таблица 1.3 – Техническая характеристика коксовыталкивателя коксовых батарей № 3-4
|
Рисунок 1.6 – Общий вид двересъёмной машины рычажного типа: 1 – ограждение; 2 – механизм чистки рами брони; 3 – механизм чистки дверей; 4 – механизм отвинчивания и завинчивания ригельных винтов; 5 – верхняя опора; 6 – кабина контакторных панелей; 7 – упорные ролики; 8 – корзина; 9 – лестница; 10 – каркас; 11 – дисковый скат; 12 – тележка; 13 – кабина машиниста; 14 – нижняя опора; 15 – металлоконструкция; 16 – приводное ходовое колесо; 17 – двухосная ходовая тележка; 18 – нижний захват; 19 – тяга; 20 – двересъёмная люлька; 21 – механизм срыва двери; 22 – верхний захват; 23 – угловой рычаг; 24 – кронштейн троллей; 25 – поворотная рама; 26 – механизм отвода и подъема двересъёмного устройства; 27 – задняя стенка; 28 – механизм поворота рамы двересъёмного устройства.
Рисунок 1.7 – Общий вид коксотушильного вагона: 1 – датчики-сигнализаторы (6 шт.); 2 – металлоконструкция; 3 – шарниры; 4 – механизм управления затворов разгрузочных люков; 5 – автоцепка; 6 – двухосные поворотные тележки; 7 – воздухопровод для подвода воздуха к пневмоприводам механизмов и тормозам; 8 – защитные сетки; 9 – перегородка; 10 – днище под углом 28о; 11 – съёмные плиты; 12 – желоба для сбора шлама и воды; 13 – рама; 14 – сигнализатор для точной установки вагона возле коксонаправляющей двересъемной машины.
