連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)臂沖擊系數(shù)分析

劉俊日，孟廣兵

(上海寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

1 前言

鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄成套設(shè)備流程中的重要設(shè)備，負(fù)責(zé)接收從鋼水接受跨運(yùn)來的鋼水，將之旋轉(zhuǎn)到連鑄澆注跨進(jìn)行澆鑄，再把澆鑄后的空包回轉(zhuǎn)到受包側(cè)，然后用冶金起重機(jī)吊走，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆鑄。

鋼包的沖擊系數(shù)是鋼包轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，只有正確地選取了鋼包的沖擊系數(shù)，整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)才會(huì)更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。

沖擊系數(shù)是實(shí)際生產(chǎn)中的一個(gè)實(shí)際數(shù)值，它與受包臂的幾何形狀、受包臂材料的選用、鋼包的裝包量、冶金起重機(jī)落包速度有關(guān)。因此，不同形式、不同工況下的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際沖擊系數(shù)是不同的。本文以某連鑄機(jī)的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)為例，對鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)臂的沖擊系數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析。

2 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的組成和基本參數(shù)

如圖1所示，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)主要由預(yù)埋框架、地腳螺栓、固定框架、回轉(zhuǎn)由承、回轉(zhuǎn)框架、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動(dòng)裝置、鋼包加蓋機(jī)構(gòu)、稱量裝置、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等組成。

鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)基本參數(shù)如下:

回轉(zhuǎn)臺(tái)型式:蝶形、整體回轉(zhuǎn)、兩承載臂可單獨(dú)升降;承載臂升降為平行四連桿機(jī)構(gòu);

回轉(zhuǎn)半徑:5 000 mm;滿鋼包重量:100 t;

承載臂單邊承重按額定50 t計(jì)算。

承載臂為整體焊接結(jié)構(gòu)，材料選用Q345-D，在材料厚度大于16 mm、小于35 mm的情況下，該材料的屈服極限為325 MPa，抗拉極限為470～630 MPa。

圖1 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)總圖Fig.1 General drawing of ladle rotating table

3 計(jì)算思路

(1)畫出受包臂的三維圖;

(2)根據(jù)已知的基本參數(shù)，預(yù)設(shè)一個(gè)沖擊系數(shù)，用ANASYS軟件對該受包臂進(jìn)行有限元受力分析;

(3)計(jì)算最大變形量和安全系數(shù);

(4)根據(jù)最大變形量、動(dòng)能定理和彈性慣量公式，計(jì)算受包臂所受到的最大力;

(5)根據(jù)最大力反推出此時(shí)的沖擊系數(shù);

(6)比照兩個(gè)沖擊系數(shù)，如果差距太大，則重設(shè)安全系數(shù)，重做受力分析。

4 有限元分析實(shí)例

以座包速度2.0 m/min為例，建立有限元分析模型，結(jié)果如下。等效應(yīng)力如圖2所示，即用應(yīng)力等值線來表示模型內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，通過最大變形量來計(jì)算彈性慣量，變形圖如圖3所示，通過安全系數(shù)來檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)件的可靠性，如圖4所示。

反復(fù)調(diào)整預(yù)設(shè)的沖擊系數(shù)，并進(jìn)行有限元分析、計(jì)算，得出數(shù)據(jù)見表1。

從第2組數(shù)據(jù)可以看出，預(yù)設(shè)沖擊系數(shù)與計(jì)算沖擊系數(shù)相等，所以得出結(jié)論:當(dāng)座包速度2.0m/min時(shí)，鋼包產(chǎn)生的沖擊系數(shù)為1.117。

表1 座包速度2.0 m/min時(shí)的沖擊系數(shù)Table 1 Impact coefficients as stationary ladle velocity is 2.0 m/min

按上述方法，對不同的座包速度進(jìn)行應(yīng)力分析，得出對應(yīng)的沖擊系數(shù)見表2。

表2 不同座包速度的沖擊系數(shù)Table 2 Impact coefficients at different staionary ladle velocity

在設(shè)計(jì)中，取最大沖擊系數(shù)為2.0(事故狀態(tài)下)，那么按上述分析，可以得出座包速度見表3。

表3 沖擊系數(shù)2.0時(shí)的座包速度Table 3 Stationavy ladle velocity as impaet coellicient is 2.0

即當(dāng)以7.916 m/min的速度落包時(shí)，產(chǎn)生的沖擊系數(shù)為2.0。

安全系數(shù)為3.032，大于《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》設(shè)備靜載荷中的安全系數(shù)薦用值1.7～2.2，滿足要求。

5 設(shè)備沖擊系數(shù)的選用

通過上述計(jì)算可以看出，在其它條件確定的情況下，落包速度是引起沖擊系數(shù)變化的最大因素。因此，如果為了經(jīng)濟(jì)、節(jié)約在設(shè)計(jì)中，盡可能選小安全系數(shù)，一定要對座包速度進(jìn)行明確而嚴(yán)格的規(guī)定。

6 結(jié)論

常規(guī)的對鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)沖擊系數(shù)的定量分析比較繁瑣、復(fù)雜。而本文，通過三維受力分析軟件與基本理論計(jì)算公式相結(jié)合，比較簡單地計(jì)算出不同工況下的沖擊系數(shù)及對應(yīng)的安全系數(shù)，使得對鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材更加滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，而且對于鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)在生產(chǎn)中的使用，尤其是對座包速度的控制有很好的安全指導(dǎo)作用。

［1］ 徐曉．鋼水罐回轉(zhuǎn)臺(tái)沖擊系數(shù)的分析研究［J］．冶金設(shè)備，2005(5)．

［2］ 徐曉，嚴(yán)波，陳將，等．鋼水罐回轉(zhuǎn)臺(tái)受包沖擊系數(shù)研究［J］．重型機(jī)械，2008(2)．