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[摘 要]大冶冶炼厂澳炉余热锅炉除尘系统采用弹性振打装置进行振打，但自系统运行以来弹性机械振打装置出现故障率高，维修工作量大，设备的使用、维修费用高，设备正常运转率达不到要求。为了满足生产工艺需要，本文提出拟用气动敲击锤替代弹性机械振打装置的方案，文中对两种不同形式的振打装置工作原理进行了分析，对各自特点进行了比较，并根据现场实际情况，对方案的可行性进行探讨，得出了可以完全替代应用的结论。
[关键词]气动敲击锤 替代 弹性机械振打 可行性 应用
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0249-02
一、 弹性机械振打使用现状与存在的问题
大冶冶炼厂澳炉余热锅炉主要是用于澳炉熔炼烟气的冷却，根据生产工艺要求，需将烟气温度强制冷却到360℃，便于后续烟气处理系统工作。冶炼烟气中含有大量的粘性粉尘，容易在余热锅炉管壁上形成粘接，如果粘接得不到及时有效的处理，将会影响锅炉的热交换效率，从而影响烟气降温效果，制约后续的烟气除尘工序。
大冶冶炼厂澳炉的余热锅炉清灰系统采用的是弹性机械振打装置提供冲击力，作用于弹簧砧上，产生一个合适的振动频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，减少锅炉水冷壁的粘接。但自系统运行以来弹性振打装置经常出现传动链条松脱或断裂、弹簧断裂或失去弹性、振打锤羊角脱落或断裂、振打锤锤臂断裂、振打锤铜套磨损等失效模式，且失效频次较高。不仅故障率高，维修工作量大，设备的维修费用高，同时也严重地影响了清灰系统的效果。为了满足生产工艺的要求，我们一直在寻求一个更高效、可靠的振打装置来替代弹性机械振打装置。经过考察与验算，我们初步选型为气动敲击锤来代替弹性机械振打装置，给澳炉余热锅炉清灰系统提供持续、稳定的冲击力。
二、弹性机械振打装置简介
2.1弹性机械振打工作原理
弹性机械振打装置结构见图1-1。弹性机械振打装由落锤、摆动装置、传动装置和弹簧砧（图中末画出）组成，其中落锤连接在摆动装置的摆端上构成摆锤，摆动装置依靠链轮与传动装置相接。工作时，传动装置将摆锤提升，然后使落锤自由下落，撞击在弹簧砧上，由弹簧砧将落锤自由下落产生的峰值大、作用时间短的冲击力缓冲成为峰值小、作用时间较长的冲击力，同时产生一个合适的振打频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，这样在构件应力较小的前提下，得到最大的有效振动，对锅炉积灰取得最佳的清灰效果。
2.2弹性机械振打冲击力计算
弹性机械振打装置可简化为图1-2力学模型，根据能量守恒定理式（1）；由式（1）可计算落锤经提升后，自由下落撞击弹簧砧时速度V。
MGH=1/2MV2 ------（1）
式中M -----为落锤质量（Kg）。
G -----为重力加速度9.8（m/s2）。
H-----为落锤摆臂长度（m）。
V-----为落锤撞击弹簧砧时速度（m/s）。
根据冲量定理式（2）；由式（2）可计算落锤撞击弹簧砧时冲量（通常称为冲击力）。
Ft=MV------------（2）
式中Ft-----为冲击力（Kg.m/s）
对应于澳炉余热锅炉所用弹性振打装置，落锤质量M=51Kg；落锤摆臂长度H=0.345m。由式（1）和式（2）计算得出弹性振打为132.6 Kg.m/s。
三、 气动敲击锤简介
3.1气动敲击锤结构特点
气动敲击锤由缸体、磁性活塞、活塞环、O型密封圈、端盖、回位弹簧等组成。利用强磁力储能，压缩空气作动力，形成较强冲击力撞击目标物体。其结构简单、拆卸方便、运行成本低；动作控制采用电磁阀，便于集中自动化控制。
3.2气动敲击锤工作原理
气动敲击锤工作如图1-3，在气动敲击锤没有通入压缩空气（3Kg/cm 以上）的状态下，磁性活塞①借助强磁力贴紧固定在基板②上。三通电磁阀通电时，压缩空气流入气动敲击锤本体，本体内的压力增高，当大于磁力时，磁性活塞①高速脱离基板②，由于强磁力的反作用力产生很强的反击力。高速落下的磁性活塞撞击基板，其冲击力传给撞击目标物体。三通电磁阀停止通电时气动敲击锤本体内的压缩空气通过三通电磁阀排出，于是借助返回弹簧④将磁性活塞①缓慢上升再靠近基板②，通过磁力密接在基板上回复到初始状态。
四、 弹性机械振打装置与气动敲击锤特点比较
弹性机械振打装置与气动敲击锤各有优势，也各有不足。下面就以下几个方面作一比较。
五、气动敲击锤替代弹性机械振打可行性
5.1替代后使用效果可行性
根据统计数据可知弹性机械振打装置的失效多为机械振打装置部分，而弹性砧失效几乎为零。气动振打替代弹性机械振打方案为：保留原有弹性砧，用气动敲击锤取代弹性机械振打装置。通过计算可知原弹性机械振打装置所产生冲击力为132.6 Kg.m/s，选用冲击力接近于132.6 Kg.m/s气动敲击锤取代弹性机械振打装置。采用气动敲击锤撞击弹簧砧，同样由弹簧砧将气动敲击锤产生的峰值大、作用时间短的冲击力缓冲成为峰值小、作用时间较长的冲击力，同时产生一个合适的振打频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，其使用效果相当。
5.2气动敲击锤安装可行性
原弹性机械振打装置结构庞大，拆除后，给气动敲击锤安装留有足够安装空间。加之气动敲击锤结构紧凑，体积小，安装场地不受影响。
替代后，气动敲击锤安装可采用以下两种方式，方式一：将气动敲击锤直接安装在弹性砧上，此方案只需在弹性砧撞击面上焊接或螺栓固结一安装板，气动敲击锤用螺栓紧固在安装板上即可，无需作过多改动。方式二：气动敲击锤与弹性砧分离，此方案需制作简单的安装支架，再将气动敲击锤用螺栓紧固在安装支架上即可。其改动量同样不大。以上两种安装方式简便易行，无难度。 气动敲击锤需要压缩空气作动力，且系统压力需恒定。现大冶冶炼厂熔炼系统本身就有压缩空气系统可以直接应用，气源不需另外投资建设。
气管与控制柜的布局和安装按常规进行，无难度。
气动敲击锤替代机械弹性振打的安装是可行的。
5.3气动敲击锤控制自动化可行性
单台气动敲击锤动作由三位五通或二位三通电磁阀控制，通电振打，断电复位，间隔自动振打可由时间继电器控制实现。多台气动敲击锤动作可由PLC进行集中自动化控制，PLC具有强大的控制模块（计数模块，时间控制模块等），根据工艺需要，可对PLC进行编程，完全可实现多台气动敲击锤顺序间隔振打动作。用气动振打替代机械弹性振打，实现自动控制是可行的。
5.4气动敲击锤安全环保可行性
气动敲击锤动力源使用的是压宿空气，系统压力3-8Kgf/cm2 ，属于低压，不属危险作业内容。气动敲击锤与弹性振打装置一样，同属于冲击打击设备，而气动敲击锤冲击头在内部，无外露，不造成冲击伤害。气动敲击锤工作时会产生撞击噪声和振动，但噪声级低于70dB（A），振动级别低，因此不造成噪声和震动侵害。气动敲击锤控制电源为220V转换为24V，可能存在电器伤害；气动敲击锤在使用过程中焊接安装不牢，可能产生高空坠落伤害；在维修安装过程中可能产生机械伤害，这些可严格按国家有关法律法规进行识别、标识，制定各种设备操作规程、各种详细的作业指导书和安全管理制度进行规范，完全可控。
气动敲击锤为节能环保产品，自身不产生任何有毒有害污染环境物质，动力所使用的压缩空为清洁能源。气动敲击锤的应用符合国家节能环保政策。
5.5经济效益可行性分析
气动敲击锤动力为压缩空气，且耗气量少，属环保节能产品；用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省电能约80%左右。
气动敲击锤正确安装后，故障率低，无需润滑，可免维护。用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省维护费用约70%左右。
气动敲击锤结构简单，运行成本低，拆卸方便，便于维修。用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省维修费用约70%左右。
六、 气动敲击锤潜在失效模式及对策
气动敲击锤结构简单，动作干净利落，故障率少。但由于多种因素作用，气动敲击锤同样会存在一些失效。现对气动敲击锤可能存在失效的模式进行分析，并给出应对对策。
七、 结语
气动敲击锤具有节能环保，结构简单，故障率低，运行成本低，拆卸方便，便于维修等特点，与弹性机械振打装置相比具有较多优势。用气动敲击锤替代弹性机械振打装置从技术、工艺、安全环保、经济效益等方面论证均是可行的。
[关键词]气动敲击锤 替代 弹性机械振打 可行性 应用
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0249-02
一、 弹性机械振打使用现状与存在的问题
大冶冶炼厂澳炉余热锅炉主要是用于澳炉熔炼烟气的冷却，根据生产工艺要求，需将烟气温度强制冷却到360℃，便于后续烟气处理系统工作。冶炼烟气中含有大量的粘性粉尘，容易在余热锅炉管壁上形成粘接，如果粘接得不到及时有效的处理，将会影响锅炉的热交换效率，从而影响烟气降温效果，制约后续的烟气除尘工序。
大冶冶炼厂澳炉的余热锅炉清灰系统采用的是弹性机械振打装置提供冲击力，作用于弹簧砧上，产生一个合适的振动频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，减少锅炉水冷壁的粘接。但自系统运行以来弹性振打装置经常出现传动链条松脱或断裂、弹簧断裂或失去弹性、振打锤羊角脱落或断裂、振打锤锤臂断裂、振打锤铜套磨损等失效模式，且失效频次较高。不仅故障率高，维修工作量大，设备的维修费用高，同时也严重地影响了清灰系统的效果。为了满足生产工艺的要求，我们一直在寻求一个更高效、可靠的振打装置来替代弹性机械振打装置。经过考察与验算，我们初步选型为气动敲击锤来代替弹性机械振打装置，给澳炉余热锅炉清灰系统提供持续、稳定的冲击力。
二、弹性机械振打装置简介
2.1弹性机械振打工作原理
弹性机械振打装置结构见图1-1。弹性机械振打装由落锤、摆动装置、传动装置和弹簧砧（图中末画出）组成，其中落锤连接在摆动装置的摆端上构成摆锤，摆动装置依靠链轮与传动装置相接。工作时，传动装置将摆锤提升，然后使落锤自由下落，撞击在弹簧砧上，由弹簧砧将落锤自由下落产生的峰值大、作用时间短的冲击力缓冲成为峰值小、作用时间较长的冲击力，同时产生一个合适的振打频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，这样在构件应力较小的前提下，得到最大的有效振动，对锅炉积灰取得最佳的清灰效果。
2.2弹性机械振打冲击力计算
弹性机械振打装置可简化为图1-2力学模型，根据能量守恒定理式（1）；由式（1）可计算落锤经提升后，自由下落撞击弹簧砧时速度V。
MGH=1/2MV2 ------（1）
式中M -----为落锤质量（Kg）。
G -----为重力加速度9.8（m/s2）。
H-----为落锤摆臂长度（m）。
V-----为落锤撞击弹簧砧时速度（m/s）。
根据冲量定理式（2）；由式（2）可计算落锤撞击弹簧砧时冲量（通常称为冲击力）。
Ft=MV------------（2）
式中Ft-----为冲击力（Kg.m/s）
对应于澳炉余热锅炉所用弹性振打装置，落锤质量M=51Kg；落锤摆臂长度H=0.345m。由式（1）和式（2）计算得出弹性振打为132.6 Kg.m/s。
三、 气动敲击锤简介
3.1气动敲击锤结构特点
气动敲击锤由缸体、磁性活塞、活塞环、O型密封圈、端盖、回位弹簧等组成。利用强磁力储能，压缩空气作动力，形成较强冲击力撞击目标物体。其结构简单、拆卸方便、运行成本低；动作控制采用电磁阀，便于集中自动化控制。
3.2气动敲击锤工作原理
气动敲击锤工作如图1-3，在气动敲击锤没有通入压缩空气（3Kg/cm 以上）的状态下，磁性活塞①借助强磁力贴紧固定在基板②上。三通电磁阀通电时，压缩空气流入气动敲击锤本体，本体内的压力增高，当大于磁力时，磁性活塞①高速脱离基板②，由于强磁力的反作用力产生很强的反击力。高速落下的磁性活塞撞击基板，其冲击力传给撞击目标物体。三通电磁阀停止通电时气动敲击锤本体内的压缩空气通过三通电磁阀排出，于是借助返回弹簧④将磁性活塞①缓慢上升再靠近基板②，通过磁力密接在基板上回复到初始状态。
四、 弹性机械振打装置与气动敲击锤特点比较
弹性机械振打装置与气动敲击锤各有优势，也各有不足。下面就以下几个方面作一比较。
五、气动敲击锤替代弹性机械振打可行性
5.1替代后使用效果可行性
根据统计数据可知弹性机械振打装置的失效多为机械振打装置部分，而弹性砧失效几乎为零。气动振打替代弹性机械振打方案为：保留原有弹性砧，用气动敲击锤取代弹性机械振打装置。通过计算可知原弹性机械振打装置所产生冲击力为132.6 Kg.m/s，选用冲击力接近于132.6 Kg.m/s气动敲击锤取代弹性机械振打装置。采用气动敲击锤撞击弹簧砧，同样由弹簧砧将气动敲击锤产生的峰值大、作用时间短的冲击力缓冲成为峰值小、作用时间较长的冲击力，同时产生一个合适的振打频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，其使用效果相当。
5.2气动敲击锤安装可行性
原弹性机械振打装置结构庞大，拆除后，给气动敲击锤安装留有足够安装空间。加之气动敲击锤结构紧凑，体积小，安装场地不受影响。
替代后，气动敲击锤安装可采用以下两种方式，方式一：将气动敲击锤直接安装在弹性砧上，此方案只需在弹性砧撞击面上焊接或螺栓固结一安装板，气动敲击锤用螺栓紧固在安装板上即可，无需作过多改动。方式二：气动敲击锤与弹性砧分离，此方案需制作简单的安装支架，再将气动敲击锤用螺栓紧固在安装支架上即可。其改动量同样不大。以上两种安装方式简便易行，无难度。 气动敲击锤需要压缩空气作动力，且系统压力需恒定。现大冶冶炼厂熔炼系统本身就有压缩空气系统可以直接应用，气源不需另外投资建设。
气管与控制柜的布局和安装按常规进行，无难度。
气动敲击锤替代机械弹性振打的安装是可行的。
5.3气动敲击锤控制自动化可行性
单台气动敲击锤动作由三位五通或二位三通电磁阀控制，通电振打，断电复位，间隔自动振打可由时间继电器控制实现。多台气动敲击锤动作可由PLC进行集中自动化控制，PLC具有强大的控制模块（计数模块，时间控制模块等），根据工艺需要，可对PLC进行编程，完全可实现多台气动敲击锤顺序间隔振打动作。用气动振打替代机械弹性振打，实现自动控制是可行的。
5.4气动敲击锤安全环保可行性
气动敲击锤动力源使用的是压宿空气，系统压力3-8Kgf/cm2 ，属于低压，不属危险作业内容。气动敲击锤与弹性振打装置一样，同属于冲击打击设备，而气动敲击锤冲击头在内部，无外露，不造成冲击伤害。气动敲击锤工作时会产生撞击噪声和振动，但噪声级低于70dB（A），振动级别低，因此不造成噪声和震动侵害。气动敲击锤控制电源为220V转换为24V，可能存在电器伤害；气动敲击锤在使用过程中焊接安装不牢，可能产生高空坠落伤害；在维修安装过程中可能产生机械伤害，这些可严格按国家有关法律法规进行识别、标识，制定各种设备操作规程、各种详细的作业指导书和安全管理制度进行规范，完全可控。
气动敲击锤为节能环保产品，自身不产生任何有毒有害污染环境物质，动力所使用的压缩空为清洁能源。气动敲击锤的应用符合国家节能环保政策。
5.5经济效益可行性分析
气动敲击锤动力为压缩空气，且耗气量少，属环保节能产品；用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省电能约80%左右。
气动敲击锤正确安装后，故障率低，无需润滑，可免维护。用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省维护费用约70%左右。
气动敲击锤结构简单，运行成本低，拆卸方便，便于维修。用气动敲击锤替代弹性振打装置可节省维修费用约70%左右。
六、 气动敲击锤潜在失效模式及对策
气动敲击锤结构简单，动作干净利落，故障率少。但由于多种因素作用，气动敲击锤同样会存在一些失效。现对气动敲击锤可能存在失效的模式进行分析，并给出应对对策。
七、 结语
气动敲击锤具有节能环保，结构简单，故障率低，运行成本低，拆卸方便，便于维修等特点，与弹性机械振打装置相比具有较多优势。用气动敲击锤替代弹性机械振打装置从技术、工艺、安全环保、经济效益等方面论证均是可行的。