PL234905B1 - Ubijarka jednomłotowa oraz zespół ubijający - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ubijarka jednomłotowa i zespół ubijający, przeznaczone do stopniowego i warstwowego ubijania wsadu węglowego w komorze nabojowej koksowniczej maszyny wsadowej, obsługującej piece baterii koksowniczej.

W koksowniach stosujących ubijanie węgla przed załadowaniem go do bateryjnych komór piecowych, wykorzystuje się ubijarki segmentowe cztero-młotowe lub więcej młotowe. Składają się one ze stalowej ramy wewnątrz której, pomiędzy rolkami prowadzącymi umieszczone są pionowe drągi młotów ubijających wsad mieszanki węglowej. Młoty podnoszone są przy pomocy przeciwnie obracającej się pary zabieraków o mimośrodowych powierzchniach ciernych względem ich osi obrotu. Energia potrzebna do podnoszenia młotów ubijarki segmentowej doprowadzana jest do wałów zabierakowych na których zabieraki są osadzone. Źródłem energii napędu wałów zabierakowych jest elektryczny asynchroniczny silnik klatkowy, od którego energia do wałów zabierakowych doprowadzana jest poprzez układ mechaniczny przeniesienia napędu. Układ przeniesienia napędu jest łańcuchem kinematycznym składającym się z trzech przekładni tego samego typu, zazwyczaj zębatych, lub przekładni różnego typu, zębatych i pasowych, oraz dwóch wałów zabierakowych wraz z układem łożyskowań, połączeń sprzęgłowych, połączeń kształtowych i śrubowych.

Konstrukcja zabieraków ciernych stosowanych dotychczas w ubijarkach segmentowych, jest złożona z kilkunastu elementów, metalowych i elastomerowych z mimośrodową powierzchnią cierną. Takie ubijarki znane są z wynalazków PL337322, PL207427 i wzoru użytkowego CN204356284. Podczas jednego pełnego obrotu obu zabieraków z usytuowanymi pomiędzy nimi młotami, wywierany jest przez ich odkształcenie i poprzez powierzchnie cierne, nacisk na wykładzinę cierną drąga i jednocześnie w zakresie pełnego kąta obrotu zabieraka, stopy młotów są podnoszone na taką wysokość ponad ubijaną powierzchnię węgla, aby następnie opadając grawitacyjnie na mieszankę węglową z właściwą energią ubić nabój węgla wsadowego do wymaganej gęstości, od której zależy przebieg koksowania mający wpływ na jakość otrzymywanego koksu. Dla optymalnego obciążenia silnika napędu i ze względu na oddziaływania udarowych sił na zewnętrzną konstrukcję wsporczą, młoty w ubijarce segmentowej nie są podnoszone jednocześnie, a także nie opadają jednocześnie na ubijaną masę węgla w celu jej zagęszczania. Efekt przesunięcia fazowego w opadaniu młotów otrzymywany jest na drodze mechanicznej przez przesunięcie kątowe mocowania par zabieraków na wałach zabierakowych. Dla ubijarek cztero-młotowych stosuje się przesunięcie fazowe pomiędzy ubijakami wynoszące np. 360°/4 = 90°, a dla sześciomłotowej np. 360°/6 = 60°.

Dla opisanej konstrukcji zabieraków i sposobu realizowania w ubijarkach segmentowych podnoszenia młotów, zachodzi matematyczna współzależność pomiędzy geometrią powierzchni ciernej zabieraka a wysokością jego podnoszenia, a także zależność pomiędzy wielkością kąta przesunięcia fazowego opadania młotów a ilością napędzanych młotów w jednym segmencie ubijarki. Pierwsza zależność wynika stąd, że wywieranie nacisku przez parę współpracujących zabieraków na wykładzinę cierną młota z jednoczesnym ich obrotem powoduje podniesienie młota tylko w zakresie części kąta pełnego obrotu zabieraków w czasie którego zachodzi ich przypór z wykładziną cierną młota. Czas trwania sprzężenia ciernego zależy od prędkości kątowej wałów zabierakowych i długości mimośrodowego łuku powierzchni ciernej przyporu wynikającego z konstrukcji zabieraka. Z drugiej strony ograniczona kątem pełnym długość łuku powierzchni ciernej zabieraka jest ograniczona także ilością jednocześnie podnoszonych młotów wchodzących w skład ubijarki segmentowej oraz charakterystyką napędu głównego. Wielkość kąta przesunięcia fazowego pracy młotów ustalana jest w ten sposób że zakres kąta pełnego obrotu dzielona jest przez ilość zawartych młotów w ubijarce segmentowej. Raz ustalone w projekcie ubijarki wartości konstrukcyjne determinują charakterystykę ubijania wsadu mieszanki węglowej.

Do ubicia wsadu węglowego ładowanego do pojedynczej komory piecowej baterii koksowniczej, ilość młotów pojedynczej ubijarki segmentowej nie jest wystarczająca i dlatego ubijarki łączone są w zespół ubijarek w ilości co najmniej czterech ubijarek segmentowych sprzęgniętych ze sobą w jeden zespół ubijający.

Zadaniem ubijarki jest stopniowe i warstwowe ubijanie węgla, podczas wsypywania go do komory nabojowej maszyny wsadowej, obsługującej piece baterii koksowniczej. Na maszynie wsadowej, ubijarka zazwyczaj włączona jest w zespół kilku identycznych ubijarek, tworząc zespół ubijający, który usytuowany jest nad komorą nabojową, wzdłuż jej osi podłużnej i równolegle do urządzenia dozującego węgiel. Poszczególne ubijarki zespołu ubijającego połączone są pomiędzy sobą mechanicznie sprzęgami śrubowymi a cały zespół przesuwany jest nad komorą nabojową na kołach jezdnych po torowisku

PL 234 905 B1 szynowym. Zespół ubijający przesuwany jest ruchem posuwisto zwrotnym za pomocą urządzenia do przesuwu z wbudowanym do tego celu cylindrem hydraulicznym.

Ubijarka jest urządzeniem samodzielnym w zakresie napędu wszystkich urządzeń ubijarki związanych z funkcją zagęszczania wsadu węglowego, za wyjątkiem napędu przesuwu ubijarki po szynach jezdnych. Do urządzeń napędowych ubijarki takich jak silnik elektryczny zespołu napędowego, cylinder hydrauliczny mechanizmu parkowania, doprowadzona jest energia na drodze elektrycznej i hydrostatycznej. Praca ubijarki w zespole ubijającym wymaga skoordynowania jej pracy z pracą z pozostałymi ubijarkami zespołu a także z pracą urządzenia dozującego węgiel do skrzyni nabojowej. W zespole ubijającym praca ubijarki przebiega identycznie jak pozostałych ubijarek zespołu i jest w pełni zautomatyzowana. Sterowaniem automatycznym objęte są wszystkie czynności procesu ubijania według określonego harmonogramu pracy, po wykonaniu którego, cały cykl pracy może zostać powtórzony. W stanie awaryjnym przewidywane jest ręczne sterowanie pracą ubijarki. Ubijarka nie może zostać włączona do pracy, przy całkowicie pustej skrzyni nabojowej wsadnicy, w której węgiel jest ubijany. Włączenie ubijarki rozpoczynające cykl jej pracy jest uwarunkowane wypełnieniem dna skrzyni nabojowej określonej grubości warstwą węgla na całej długości dna skrzyni. W tym celu przed włączeniem ubijarki do pracy, zostaje uruchomione na pewien czas, urządzenie dozujące wsadnicy, które podaje węgiel do skrzyni nabojowej. Grubość węgla wsadowego wsypanego wstępnie do skrzyni nabojowej, nie może być mniejsza niż 600 mm od dna skrzyni nabojowej. Mniejsza grubość warstwy węgla spowoduje nadmierne obniżenie ubijaków, przez co do współpracy ciernej z zabierakami wchodzą metalowe końce drągów zabieraków, co powoduje deformowanie ich przez zabieraki. Dalszym skutkiem niedostatecznej grubości warstwy początkowej węgla, po rozpoczęciu pracy ubijarki, jest wysunięcie drąga ubijaka, w jego dolnym położeniu, z dwupunktowego podparcia rolkami prowadzącymi. Brak dwupunktowego podparcia drąga ubijaka powoduje że ubijak traci zdolność do przenoszenia sił oporu tarcia podczas przesuwania ubijarki, a to z kolei może doprowadzić do wypadnięcie ubijaka z prowadnic rolkowych i uniemożliwić pracę ubijarki.

Po wsypaniu do skrzyni nabojowej określonej minimalnej warstwy węgla, dozowniki urządze nia podającego węgiel ze zbiorników wsadnicy, zostają zatrzymane i dopiero wtedy możliwe jest uruchomienie ubijarki w zespole ubijającym. Po zatrzymaniu dozowników, na ubijarce zostaje podniesiona zapora mechanizmu blokady ubijaków, a następnie zostają zwolnione zaciski krzywkowe mechanizmu parkowania ubijaków w górnym ich położeniu względem skrzyni nabojowej. Ubijaki przy włączonym napędzie zabieraków ciernych opadają grawitacyjnie na wstępnie nasypaną podstawową warstwę węgla w skrzyni nabojowej. Dalsza praca zabieraków ciernych nadaje ubijakom ubijarki pionowy ruch w kierunku przeciwnym do kierunku działającej na ubijaki sile grawitacji, zaś w kolejnej fazie ruchu kołowego zabieraków, ubijaki wychodzą ze sprzężenia ciernego z zabierakami i swobodnie opadają w kierunku dna skrzyni nabojowej i uderzając w masę nagromadzonego węgla, w ten sposób go zagęszczają. Ubijarka cztero-ubijakowa pracuje w zespole czterech ubijarek. Zespół ubijarek jest wyposażony w mechanizm poziomego przesuwu, który zostaje uruchomiony w tym celu, aby nabój był ubijany z jednoczesnym równaniem warstwy wierzchniej na całej długości skrzyni nabojowej. Stosowanie przesuwu podczas ubijania jest konieczne szczególnie w przypadku kiedy występuje zróżnicowanie odległości ubijaków na ubijarce, a przez to i wzdłuż długości skrzyni nabojowej, a podyktowane jest zazwyczaj ze wzglądów konstrukcyjnych ubijarki.

Po ustalonym czasie ubijania wsypanej wstępnie porcji węgla, ponownie zostają włączone dozowniki urządzenia dozującego węgiel do skrzyni nabojowej. Od tego momentu dozowniki podają węgiel przez cały czas pracy ubijaków, do momentu aż skrzynia nabojowa zostanie całkowicie wypełniona zagęszczonym wsadem węglowym. Podczas trwania procesu ubijania węgla, wszystkie ubijaki podnoszone są przez wypychanie ich narastającą objętością zagęszczanego węgla na wysokości komory nabojowej. Po ubiciu naboju do jego wymaganego górnego poziomu, zostaje zatrzymane urządzenie wsadnicy, dozujące węgiel do skrzyni nabojowej. Następnie, po pewnym opóźnieniu czasowym od momentu zatrzymania dozowników węgla, potrzebnym na zagęszczenie ostatniej warstwy węgla, przestawione zostają zaciski krzywkowe mechanizmu parkowania ubijaków do pozycji jednokierunkowego wychwytu ubijaków. Ta pozycja umożliwia podniesienie ubijaków ponad skrzynię nabojową do tak zwanej pozycji parkowania. Przestawione do pozycji parkowania zaciski krzywkowe, zezwalają na ruch ubijaków tylko w jedną stronę w kierunku do góry od skrzyni nabojowej, nie dopuszczając do swobodnego ich opadania. Przy ciągle działającym napędzie zabieraków ciernych, ubijaki przesuwane są tak długo, aż trwale zaniknie sprzężenie cierne pomiędzy zabierakami a wykładziną cierną drągów ubijaków. Następuje to z chwilą gdy końcowa krawędź wykładziny ciernej na drągu każdego zabieraka, przekroczy

PL 234 905 B1 granicę ciernego styku z zabierakiem. Wystąpi brak sprzężenia ciernego zabieraka z ubijakiem w zakresie pełnego kąta obrotu zabieraka. W tym położeniu ubijaki osiągają swoją maksymalną wysokość parkowania ponad skrzynią nabojową. Kiedy wszystkie zabieraki znajdą się w pozycji parkowania to opuszczona zostaje mechaniczna zapora blokady ubijaków, zapobiegająca przed przypadkowym opadnięciem ich w momencie awaryjnego zwolnienia któregokolwiek zacisku krzywkowego. Następnie zostaje wyłączony napęd zabieraków ciernych i wyłączony mechanizm poziomego przesuwu ubijarki w zespole ubijającym. Z chwilą wyłączenia obu napędów, ubijarka wraz z pozostałymi ubijarkami zespołu ubijającego osiąga swoją pozycję wyjściową przed rozpoczęciem nowego cyklu ubijania.

Ujemnymi cechami ubijarek segmentowych to:

- brak elastyczności w dostosowywaniu parametrów ubijania takich jak, wartość energii udaru, różnicowanie energii udaru pomiędzy poszczególnymi młotami, wpływanie na częstotliwość udaru i możliwość zmiany wzajemnego przesunięcie fazowego pracy ubijaków;

- brak możliwości elektronicznego sterowania charakterem przebiegu ubijania dla każdego młota usytuowanego wzdłuż skrzyni nabojowej;

- brak równej odległości pomiędzy młotami wzdłuż skrzyni nabojowej ze względu na sposób przeniesienia napędu na wały zabierakowe;

- brak możliwości wpływania na wartość siły nacisku wywieranej przez mimośrodowe zabieraki na wykładzinę cierną młotów ubijających;

- narastająca podczas podnoszenia młota zmienna siła nacisku zabieraków powoduje niszczenie wykładziny ciernej młotów zwiększając częstotliwość napraw;

- w miarę ścierania się wykładziny ciernej następuje zanik siły nacisku zabieraków na wykładzinę cierną młotów i konieczność wymiany wykładziny młotów albo wymianę powierzchni ciernych w zabierakach na powierzchnie o powiększonej grubości;

- awaria dowolnej ubijarki segmentowej z czynnego zespołu ubijającego ubijarek powoduje wyłączenie tego zestawu z pracy i zakłócenia technologiczne koksowania czego efektem są straty energetyczne i ekonomiczne.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 i fig. 2 ukazują ubijarkę jednomłotową w dwóch widokach z boku, fig. 3 i fig. 4 - zespół ubijający na wsadnicy, fig. 5 - blok napędowy, a fig. 6 i fig. 7 widok z boku i z góry mechanizmu dociskowo-odciągowego.

Ubijarka według wynalazku, ukazana na fig. 1. i fig. 2, jest ubijarką jednomłotową stanowiącą podstawową jednostkę do tworzenia zespołu ubijającego na wsadnicy przedstawionej na fig. 3 i fig. 4. Dla typowej średniej wielkości baterii zespół ubijający składa się z 14 ubijarek jednomłotowych. Ubijarka jednomłotowa posiada jeden organ roboczy w postaci młota 1 i dwa identyczne bloki napędowe 2, oraz mechanizm dociskowo-odciągowy 3. Każdy z bloków napędowych posiada elektryczny silnik na wspólnej osi z motoreduktorem planetarnym. Wałem wyjściowym motoreduktora jest obracający się korpus przekładni planetarnej z osadzonym na nim jednoczęściowym zabierakiem 10 o gładkiej walcowej powierzchni, która jest koncentryczna z jego osią obrotu. Zespół ubijający ukazany na fig. 3 i 4, tworzą ubijarki ukazane na fig. 1 i 2, które posadowione są na ramie 4, wspartej na kołach 5 i przesuwanej siłownikiem 6, po szynach jezdnych 7. Wszystkie ubijarki rozmieszczone są wzdłuż komory nabojowej w stałej odległości pomiędzy pionowymi osiami młotów. Sposób posadowienia ubijarek na ramie przesuwnej pozwala na szybką wymianę każdej z ubijającego zestawu na nową ubijarkę w przypadku gdy ulegnie ona awarii.

Ubijarka jednomłotowa nie posiada układu mechanicznego przeniesienia napędu ponieważ zabierak bezpośrednio osadzony jest na obrotowo ułożyskowanym korpusie reduktora planetarnego, stanowiącego wał wyjściowy przekładni. Zbierak jest jednoczęściowym walcem obracającym się koncentryczne wokół własnej osi. Czyli nie posiada dotychczas stosowanej konstrukcji złożonej z kilkunastu elementów metalowo elastomerowych z mimośrodową powierzchnią cierną. Blok napędowy według fig. 5 utworzony jest z przekładni 8, z umocowanym do niej elektrycznym silnikiem 9 i zabierakiem 10. Do podnoszenia młota służą dwa bloki napędowe, o obracających się w przeciwnych kierunkach zabierakach, umieszczone po przeciwnych stronach pokrytego wykładziną cierną młota 1. Każdy z napędowych bloków wbudowany jest w stalowy korpus 11 i 12, który wahliwie ułożyskowany jest w przykręcanej do ramy ubijarki 13, nieruchomej obudowie 14. Wahliwe ułożyskowanie korpusów bloków napędowych powoduje stały kontakt powierzchni walcowych zabieraków z wykładziną cierną młotów i ich stały docisk do wykładziny z siłą wynikającą z sumy ciężaru zespołu napędowego i stalowego korpusu oraz położenia osi wahliwego ułożyskowania.

PL 234 905 B1

Pomiędzy parą bloków napędowych każdej ubijarki należącej do zespołu ubijarek, możliwe jest dowolne kształtowanie wielkości przesunięcia fazowego podnoszenia ubijaków na drodze elektronicznej, poprzez zmianę fazowych przesunięć prądowo-napięciowych pomiędzy poszczególnymi silnikami każdej ubijarki.

Pomiędzy wahliwymi korpusami 11 i 12, poniżej ich osi obrotu 15, wbudowany jest mechani zm dociskowo-odciągowy, którego zadaniem jest, cykliczne dociskanie zabieraków do powierzchni ciernej i ich odsuwanie od tej powierzchni podczas pracy ubijania. W tym celu do jednego korpusu wahliwego 11 podłączone są przegubowo dwa pręty 16 i 17, które przechodząc przez ramę ubijarki 13 oraz znajdujący się po przeciwnej stronie młota korpus wahliwy 12, zostały na końcu spięte poprzeczną belką

18. Na obu prętach, pomiędzy korpusami wahliwymi 11 i 12, umieszczono po jednej sprężynie śrubowej

19, tak aby siły wstępnego naciągu powodowały docisk zabieraków do powierzchni ciernej młota, natomiast pomiędzy belką poprzeczną 18, a korpusem wahliwym 12, przez który przechodzą pręty 16 i 17, wbudowany jest kompaktowy siłownik pneumatyczny dwustronnego działania 20, podłączony do układu pneumatycznego zasilania. Podczas pracy bloku napędowego siłownik wysuwając tłoczysko i zwiększając swoją długość, odsuwa poprzez mechanizm dociskowo-odciskowy zabieraki od młota przerywając w ten sposób jego podnoszenie, a wsuwając tłoczysko i skracając swoją długość, dociska zabieraki do wykładziny ciernej i przekazuje poprzez sprzężenie cierne energię z bloku napędowego na młot powodując jego podniesienie. Praca siłownika sterowana jest elektronicznie zaworem pneumatycznym 21, przy pomocy którego, możliwe jest wygodne, na drodze wydłużania lub skracania czasu pomiędzy jego kolejnymi przełączeniami, oddziaływanie na wysokość podnoszenia młota ponad powierzchnię ubijanego węgla i w ten sposób wpływanie na energię udaru młota.

W celu zoptymalizowania zużycia wykładziny ciernej na drągach młotów ubijających mechanizm dociskowo-odciągowy według wynalazku posiada wygodny sposób kontroli siły nacisku zabieraków na powierzchnię wykładziny ciernej przez regulację ciśnienia powietrza doprowadzonego do siłownika.

Claims (3)

1. Ubijarka jednomłotowa posiadająca jeden organ roboczy w postaci młota i dwa bloki napędowe oraz mechanizm dociskowo-odciągowy, znamienna tym, że każdy z bloków napędowych (2) posiada na wspólnej osi elektryczny silnik napędowy (9) z motoreduktorem planetarnym (3) z wałem wyjściowym w postaci obracającego się korpusu przekładni planetarnej z osadzonym na nim jednoczęściowym zabierakiem (10) o gładkiej walcowej powierzchni, która jest koncentryczna z jego osią obrotu.

2. Ubijarka według zastrz. 1, znamienna tym, że z obu bloków napędowych (2) energia do młota przekazywana jest poprzez mechanizm dociskowo-odciągowy (3) składający się z dwóch wahliwych korpusów (11,12) z których do jednego z nich przymocowane są przegubowo dwa pręty (16,17), które przechodząc przez ramę ubijarki i drugi korpus wahliwy znajdujący się po przeciwnej stronie młota, zostały na końcu spięte poprzeczną belką (18) a na obu prętach, pomiędzy korpusami wahliwymi umieszczono po jednej sprężynie śrubowej (19), natomiast pomiędzy belką poprzeczną prętów a korpusem wahliwym przez który przechodzą pręty, wbudowany jest siłownik pneumatyczny (20) sterowany elektronicznie zaworem pneumatycznym.

3. Zespół ubijający na wsadnicy zawierający szereg ubijarek, znamienny tym, że ubijarki jednomłotowe posadowione są rozłącznie na jednej ramie (4) zespołu, a rama wsparta jest na kołach jezdnych (5) ustawionych na szynach jezdnych (7).