偶数齿烧结机星轮的齿形优化
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摘 要：烧结机是烧结厂的主体设备，星轮作为其关键部件之一。其作用是推动整个台车
列在水平轨道上做直线运动，在头尾星轮转弯处使台车完成先拉缝后转弯或者先追赶后摆平的运动效果并在尾部星轮处完成卸料工序，因此星轮齿形是决定台车列运行姿态的主要因素。
中图分类号：Q959.834
1、偶数齿烧结机星轮齿形优化的必要性
我国引入烧结机后，各大企业及设计院等都组织相关人员对烧结设备进行了技术研发，星轮的齿形曲线也不断得到改进。最初的星轮齿形来自于国外的技术引进，从齿根圆到齿顶由一段圆弧和一直线段组成，国内多数企业采用，实践表明该齿形问题较多，磨损较严重，随后宝山钢铁公司引进烧结机后通过技术革新，将星轮齿形设计为三段圆弧连接而成，该齿形在宝山、马鞍山钢铁公司都有应用，齿形问题有所改善，但烧结机的弊病仍未解决。用修形技术，对星轮齿形圆弧半径进行优化后，使得台车起拱现象有所降低，但没有彻底消除。为了区别于传统的带式烧结机，将该新式烧结机称为偶数齿烧结机，该机型的星轮采用复合齿形，解决了台车列需整体匀速运动而转弯台车需加速或减速运动这两者之间的矛盾，使台车列速度波动问题得以消除，但复合齿廓曲线方程的加速度曲线不理想，使得台车辊轮与星轮齿廓的啮合过程中仍有局部冲击现象。
2、 星轮齿廓曲线的运动方程
2.1 运动方程的建立
偶数齿烧结机与传统带式烧结机相比，齿数为偶数，这是因为，偶数齿烧结机在设计之初，为了解决传统烧结机上台车列运行时的速度波动问题，星轮上相邻两齿的齿距设为不等值，且齿形也不同，其一为渐开线齿形；另一齿则由多段曲线复合构成，复合齿与台车辊轮依次啮合时，可以实现水平台车的转弯动作和星轮上台车的摆平动作而不发生干涉，同时亦能使得水平轨道上的上、下台车列保持匀速运动。因此，复合齿的齿形设计是重点，在构建星轮齿形的运动方程时，将齿形起始点的加速度数值设为最大值，这就使得星为了便于说明问题，以上台车列尾部台车和尾部星轮的啮合过程为例，见图 1 所示。此时，复合齿廓曲线与台车辊轮刚开始接触啮合，为实现该辆台车转弯卸料的工艺要求，且和后辆台车之间无干涉现象，这就要求该台车应具有一个加速度，实现加速运动，和后辆台车拉开一定距离后，开始转弯卸矿，为保证烧结机的整体匀速运动不被打乱，加速台车达到一定速度后需要减速，最终将速度稳定在台车列的整体速度，这期间还要实现设定的拉缝距离。由上述讨论可知，在星轮复合齿形中，实现台车变速运动的齿形段尤为重要，它的形态直接影响到台车在星轮处转弯或摆平时的运行姿态。为讨论方便，下面将变速段曲线称为过渡段齿形，用C1 C2表示 （见图1），合适的齿形其加速度应具备使台车实现先加速后减速的运动特点，并且在啮合起始和结束位置加速度为 0 的特点。为此将加速度方程构造为正弦函数。
2.2 运动方程的特性分析
某企业 60 m2烧结机的基本参数如下，基圆半径为1432.5mm，辊轮半径85mm，复合齿距510mm，匀速齿距490mm，复合齿圆心角20.4°，匀速齿圆心角19.6°，拉缝距离10mm，星轮转速0.15r/min。结合这些数据和公式，可得到啮合台车在任意时刻的加速度、速度和位移特性曲线。如图2所示。
从图2（a）中可见，加速度在啮合起始时为0值，这就避免了由匀速到加速过程的冲击，随着加速度数值的增加，台车速度达到一定值后，为使速度回落，加速度开始减小到负值，使啮合台车作减速运动，最终加速度为0后，完成拉缝，整个过程加速度按照正弦函数变化，曲线光滑连续，避免了加速度突然增大或减小时的冲击现象；（b） 中速度曲线图也表明，整个过程车速度逐渐加大到某一时刻后开始减速，曲线速度平稳，最终和匀速台车列的速度保持一致；（c） 中位移按照一定比例递增，无奇异点，表明台车运行平稳。
3、结论
以上根据齿廓的速度、加速度、位移曲线，分析了新齿形的运动学特性和运动方程， 结果表明新齿形运动方程合适，消除了过渡段内的速度突变点，过渡段起始和结束位置加速度为 0，避免了局部冲击现象，使啮合过程更加稳定。能够明显降低运行台车对星轮的冲击和磨损，延长设备寿命。
参考文献：
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