回转窑基础支承荷载分析

摘要：本文介绍了回转窑运行过程中根据挡轮的不同，挡轮和托轮受力情况的区别，以便更好的进行回转窑基础构件设计。

关键词：回转窑挡轮托轮 作用力

中图分类号：B025文献标识码： A

1、概述

回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的热工设备，广泛用于有色冶金、黑色冶金、耐火材料、水泥、化工和造纸等工业部门，属于回转圆筒类设备。筒体内有耐火砖衬及换热装置，物料与热烟气一般为逆流换热，物料从窑的高端(又称冷端或窑尾端)加入，燃烧器在低端(又称热端或窑头端)喷入燃料，烟气由高端排出。物料在移动过程中得到加热，经过物理与化学变化，成为合格产品从低端卸出。窑转速一般小于3r/ min，窑体具有3～5 %的斜度。由于筒体倾斜安装，在回转时，窑内物料在沿周向翻滚的同时沿轴向移动。

2、支承装置结构型式

1）托轮与轴承的结构

托轮装置承受整个回转部分的重量(主要是筒体、衬砖、窑内换热装置、物料、滚圈、齿圈);并使筒体、滚圈能在托轮上平稳转动。

2）挡轮与轴承的结构

回转窑是倾斜安装的，由自重及摩擦产生轴向力，又因滚圈和托轮轴线不平行而产生附加轴向力，形大体重的筒体轴向位置难于固定，应允许沿轴向往复窜动。为使宽度不等的托轮和滚圈的工作表面磨损均匀，也要求筒体能轴向窜动。窜动周期一般为每班8小时1~2次。挡轮则起限制筒体的轴向窜动(普通挡轮)或控制轴向窜动(液压挡轮)的作用。

普通挡轮成对安装在与齿圈邻近的滚圈的两侧，在窑体处于静止的情况下，窑体自重的下滑分力G0sinβ(见图1, G0为回转部分总重)小于滚圈和托轮间的摩擦力f1G0cosβ/ cosαz(此时f1=0.15~0.20)，因而筒体是不会下滑的。但当窑体转动时，摩擦系数减小，在滚圈和托轮平行安装的情况下，窑体会缓缓向下滑动。普通挡轮在工作时仅能起到限制筒体的轴向窜动，没有其他作用力来推动筒体向上窜动，必须靠托轮轴线相对于滚圈的不行安装来产生上窜力。

液压挡轮是随着窑的大型化而兴起的新型结构。窑设有液压挡轮时，托轮与滚圈轴线是平行安装的。窑体在自重作用下下滑。下滑到一定位置后，经限位开关启动液压油泵，靠液压油的压力推动挡轮和窑体，实现窑的上窜。上窜到一定位置后触动限位开关，油泵断电，滑阀换向，窑体重新靠自重下滑，重复上述过程。

3、支承装置受力分析

作用于支承装置上的力有径向力和轴向力。

1）径向力(图1)

作用于每侧托轮上的径向力N’来自筒体载荷Q，滚圈自重Gr(估算时近似取Gr=0.08Q)及托轮与轴的自重Gt=0.05N),

径向分力N=(Q + Gt)cosβ/2cosαz

由于β很小，cosβ≈ 1;一般αz=30°;则N=( Q+Gr)/2cosαz =0.624Q

FH=Nsinαz=0.312Q

Fv=Ncosαz+Gt=0.572Q

N’=√FH2 +Fv2=0.652Q

2）轴向力(图2)

窑的倾斜安装使它可以简化为物体在斜面上的运动(图2)。窑体相当于物体，托轮相当于斜面，托轮不平行安装产生的上窜力及液压挡轮的向上推力相当于外力Pi，普通挡轮受力、液压挡轮和推力挡轮承受下滑力的情形，则相当于斜面上设置有附加的阻挡物。而与斜面的区别仅在于:由于滚圈以两个夹角2αz的托轮支承，使两侧正压力之和2N=( Q+Gr)/cosαz，为斜面情祝的1 /cosαz 倍。

下面分别各种情况进行分析。

(1)窑运转过程中，见表1

由窑体窜动的分析可知，窑转动后，在下滑力G0sinβ的作用下向下滑动。正确调整托轮应使获得的上窜力能略大于窑转动时的摩擦阻力或下滑力，使窑体有可能实现上窜。虽然窑转动时的当量摩擦系数是很小的，但由于计入不平行安装的调整量难于正确掌握等因素，计算时取摩擦系数f=0.05~0.10。

(2)停窑阶段

由于窑体冷却收缩使滚圈、托轮相对滑动，滑动摩擦系数f1=0.15~0.20，每侧托轮轴向力为f1N 。

4、综合上述分析，考虑到最不利情况的轴向力计算如下:

1)每侧托轮轴向力F'An=fN=(0.0312~0.0624) Q (用液压挡轮时取F'An =Qsinβ/2，但从统一托轮的设计考虑，仍按用普通挡轮时的较大值取F'An=fN。

2)普通挡轮推力FAd，取G0(f/cosαz-sinβ)与G0sinβ之较大值。

3)推力挡轮推力FAy=G0sinβ。

4)液压挡轮推力FAy=(1.2~1.5) G0sinβ。

5)每挡支承装置上的总轴向力FAn，应按停窑冷缩考虑f1=0.15~0.20，FAn=2f1N=(0.19-0.25)Q或 (0.175~0.23)(Q+Gr) 对于带挡轮支承装置，在窑冷缩时挡轮不受力，总轴向力FAn同上。运转中，挡轮与托轮受轴向力之和一般小于冷缩时的FAn。必要时可对两者进行比较，取其较大值。如在地震区建造，应与地震荷载组合。

表1 托轮轴向力与挡轮推力的分析

窑窜动方向和受力分析 挡轮类型 挡轮状况 全窑托轮轴向力总和 挡轮推力或

普通挡轮 未受力 0

受力

与（或）分开计算时，均按最不利情况，取（）=

液压挡轮

推力挡轮 受力

普通挡轮 未受力 0

受力

液压挡轮 受力

=（0.2~0.5） （1.2~1.5）

图1

ab

图2

参考文献

[1] 动力机器基础设计手册. 中国建筑工业出版社,1983 年

[2] 回转窑. 冶金工业出版社,1977年