緩沖器在鋼包車上的應(yīng)用

陳紅勝

(濟南鋼鐵股份有限公司)

緩沖器在鋼包車上的應(yīng)用

陳紅勝

(濟南鋼鐵股份有限公司)

介紹了緩沖器在鋼包車上的應(yīng)用及效果。煉鋼生產(chǎn)中，鋼包車是運輸鋼水的重要設(shè)備。但鋼包車的使用工況存在較大的沖擊載荷，常出現(xiàn)車輪軸斷裂、聯(lián)軸器斷齒及車體開焊等故障。鋼包車在使用過程中的故障率較高。針對這一狀況，提出了在鋼包車罐架部位及端梁部位設(shè)置不同類型的緩沖器來減小沖擊載荷，從而消除因沖擊載荷對鋼包車設(shè)備造成的危害，使鋼包車設(shè)備的受力狀況得到改善，降低鋼包車的設(shè)備故障率。

沖擊載荷 鋼包車 緩沖器 應(yīng)用

0 前言

鋼包車是運載鋼包及鋼水的重要設(shè)備，是煉鋼生產(chǎn)工藝中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。鋼包車的運行是否可靠，將是煉鋼生產(chǎn)連續(xù)性與否的必要條件。一旦鋼包車運行出現(xiàn)故障，且發(fā)生故障的區(qū)域天車無法進行吊裝作業(yè)，則會直接影響煉鋼生產(chǎn)的連續(xù)性，給生產(chǎn)造成被動。如何提高鋼包車運行的可靠性，優(yōu)化和改善鋼包車的受力狀況，降低鋼包車使用的故障率，是一項有著重要意義的工作。

1 存在問題

通過對現(xiàn)場的實際調(diào)查，鋼包車在正常運行時主要受到重力(自重和鋼包及鋼水總重)、道軌的支撐反力、滾動摩擦力等作用，受力狀況較為簡單，運行也較平穩(wěn)。但在兩種情況下，會產(chǎn)生額外的動載荷作用，對鋼包車的受力狀況造成較大的影響:

1)天車向鋼包車上吊放鋼包時對鋼包車產(chǎn)生的沖擊載荷。

2)渣盆車對鋼包車的對碰沖擊載荷。這兩種載荷對鋼包車的作用是在瞬時完成的，且都具有較大的動量，會對鋼包車的傳動系統(tǒng)及車體產(chǎn)生瞬時的沖擊作用。頻繁受到瞬時沖擊載荷會導致鋼包車傳動機構(gòu)螺紋聯(lián)接件的松動、脫落;也會導致鋼包車車輪軸斷裂，造成傳動系統(tǒng)的損壞。嚴重時會造成車體結(jié)構(gòu)變形，焊縫開裂，使鋼包車無法正常運行。

2 方案及實施

以濟鋼煉鋼廠45 t轉(zhuǎn)爐所使用的鋼包車為例，針對上述存在問題提出以下改造方案:

2.1 座包沖擊

向鋼包車上放置鋼包時，多數(shù)情況為向其上放置空鋼包，空鋼包總重約為22 t;在極少的特殊情況下，會出現(xiàn)向鋼包車上放置盛滿鋼水鋼包，如鋼水需離線精煉時或事故狀況下的生產(chǎn)吊運等。此時，鋼包(包括鋼水)總重約為70 t。依據(jù)現(xiàn)場75 t天車的技術(shù)參數(shù)。天車在向鋼包車的罐架上放置鋼包時，鋼包的下落速度為0.06 m/s;當鋼包放置在鋼包車上的一瞬間，鋼包由原來的0.06 m/s的下落速度突然變化為0，在鋼包的巨大重力作用下所產(chǎn)生的動載荷會給鋼包車帶來很大的沖擊，現(xiàn)場情況也確實如此。每次天車向鋼包車上吊放鋼包時都會伴隨有巨大的響聲，鋼包車也常出現(xiàn)車輪軸斷等事故。假設(shè)向鋼包車上放置空鋼包時，動量的變化量在0.2 s中完成;根據(jù)沖量定理MV=Ft，得:

F=MV/t=22000 kg ×0.06 m/s/0.2 s=7700 N

式中:M——空鋼包的質(zhì)量，kg;

V——鋼包下落的速度，m/s;

F——沖擊作用力，N;

t——沖擊時間，s;

當為盛滿鋼水的鋼包時所產(chǎn)生的沖擊作用力將達F=81000 N。這種沖擊作用會大大降低鋼包車的在線使用壽命，同時對設(shè)備運行狀況產(chǎn)生不可預知的隱患。

針對以上所述情況，考慮增加碟簧緩沖來減小放置鋼包時對鋼包車產(chǎn)生的沖擊作用。將碟簧緩沖設(shè)置在鋼包車上支撐鋼包的罐架中。擬設(shè)4組碟簧緩沖，一側(cè)2組，碟簧對合使用，每組含有10片碟簧(如下圖1所示)。

圖1 鋼包車罐架圖

以下為設(shè)計計算:碟簧壓縮導桿伸出鋼包車罐架為20 mm，則從鋼包接觸導桿至導桿被壓入罐架與罐架上表面相平，這一過程碟簧被壓縮了20 mm。

查《機械設(shè)計手冊》［1］67，采用對合組合方式碟簧組，則有:

F∑ =F， f∑ =nf， H0=nH

式中:F——單片碟簧的載荷，N;

F∑——總載荷，N;

f——單片碟簧的變形量，mm;f∑——總變形量，mm;

H0——組合碟簧的自由高度，mm;

H——單片碟簧的自由高度，mm;

n——對合片數(shù)。

每片碟簧的受力相同，所有碟簧變形量的疊加為總的變形量即20 mm，選擇碟簧BI100×50.8×5.74×8.2(GB1972－80)第一系列:

D/δ≈18 h0/δ≈0.4

C=D/d=100/50.8=1.9685

由《機械設(shè)計手冊》［1］65，用插入法查得 α =0.76 TPn－1，由式計算出所選碟簧的極限載荷為:

式中:D——碟簧外徑，mm;

d——碟簧內(nèi)徑，mm;

C——碟簧外內(nèi)徑之比，

δ——單片碟簧的厚度，mm

行政事業(yè)單位的內(nèi)部控制建設(shè)應(yīng)該結(jié)合我國新時期的基本國情，與時俱進地制定適合各個地方政府和行政事業(yè)單位的發(fā)展策略，從單位內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行作為出發(fā)點，才能最大程度的完善內(nèi)部管理體制。為了更好地適應(yīng)市場經(jīng)濟的大環(huán)境，行政事業(yè)單位需要在行政功能和公共服務(wù)等方面進行相應(yīng)的人力和資源的整合工作，同時配合政策出臺的管理條例，更加切實有效地開展新時期賦予行政事業(yè)單位的歷史任務(wù)。

h0——單片碟簧的極限行程，mm;

α——輔助參數(shù)，TPn－1。

通過插值法計算得出每片碟簧實際所受彈力為43.5 kN，4組碟簧共承受約174 kN的載荷，已知向鋼包車上吊放空鋼包時，鋼包所受重力為:

G=Mg=24000 kg ×9.8 m/s2=235.2 kN。

式中:G——空鋼包所受重力，N;

M——空鋼包質(zhì)量，kg;

g——重力加速度，m/s2。

由所選碟簧 BI100×50.8×5.74×8.2(GB1972－80)的參數(shù)，查《機械設(shè)計手冊》［1］63，選擇導桿直徑為50 mm。則當向鋼包車上吊放鋼包的過程中，鋼包將先與導桿接觸，導桿壓縮碟簧;碟簧在被壓縮的過程中，自身所受彈力由0逐漸變大。當導桿上表面與包架平面相平時，碟簧所受彈力最大為43.5 kN，4組碟簧共可承載約為174 kN的載荷。而鋼包所受重力為235.2 kN，則向鋼包車上吊放鋼包的過程中，作用力將由235.2 kN降低至60 kN，鋼包車所受沖擊力大為減小，從而起到保護鋼包車的作用(如圖2所示)。

圖2 罐架中設(shè)置的碟簧緩沖

在煉鋼生產(chǎn)中，由于渣盆車與鋼包車在同一軌道上運行，易出現(xiàn)渣盆車與鋼包車碰撞的情況。當鋼包車上放置的為空鋼包時，總重約為50 t。當渣盆車與鋼包車發(fā)生碰撞時，可看作完全彈性碰狀。鋼包車速度將瞬時由0變?yōu)?.67 m/s。這種瞬時的沖擊載荷會給鋼包車的傳動系統(tǒng)造成損壞，如齒式聯(lián)軸器出現(xiàn)斷齒等。沖擊載荷也可能造成車輪軸承座的底角螺栓出現(xiàn)松動、脫落，進而導致鋼包車脫軌，造成事故。

針對以上情況，考慮增加橋式起重機中使用的緩沖器來減小渣盆車對鋼包車產(chǎn)生的沖擊作用。將緩沖器設(shè)置在鋼包車的端部，與渣車端部高度一致。安裝緩沖器前后的碰撞情況如圖3所示。

圖3 安裝緩沖器前后的碰撞示意圖

根據(jù)渣盆車動能的最大值來選擇緩沖器當渣盆車載著鋼渣盆時，總重約為70 t，正常運行速度為0.67 m/s，則其運行時的動能:

式中:E1——渣盆車運行時動能，J;

V1——渣盆車的運行速度，m/s;

M1——渣盆車的質(zhì)量，kg。

由緩沖器所能吸收的最大能量En的給定值來選擇緩沖器，則有En＞E1(選擇的緩沖器型號為:Bhc5－CH)。

當渣盆車與鋼包車相碰撞時，緩沖器首先被壓縮，彈性勢能增加，彈力也逐漸增大;當緩沖器的彈力大于鋼包車行走所需要克服的摩擦阻力時，鋼包車被推動;速度由0逐漸增大，而緩沖器彈力逐漸減小，并最終回到原始狀態(tài)。這樣，鋼包車所受到的碰撞沖擊作用將大大降低。

3 改造效果

通過運用緩沖器的性質(zhì)，成功的消除了鋼包車在使用過程中出現(xiàn)的沖擊載荷給其帶來的危害和隱患。使鋼包車的使用工況得到了很好的改善。

3.1 鋼包車故障率降低

通過對近2年鋼包車的故障原因與頻次進行統(tǒng)計，得到2009～2010年鋼包車故障統(tǒng)計表見表1。

表1 2009～2010年鋼包車故障統(tǒng)計 次

由表1中所列數(shù)據(jù)可以看出，鋼包車設(shè)備的故障率大大降低，使用穩(wěn)定性得到了提高，完全達到了使用周期內(nèi)無故障。減少了事故搶修次數(shù)，保障了生產(chǎn)的連續(xù)性，降低了職工的勞動強度。

3.2 降低了備件成本

經(jīng)過近一年的使用，鋼包車的備件消耗得到了很好的控制，備件費用大幅度降低，每年可節(jié)省備件費用約46余萬元。

4 結(jié)語

通過將緩沖器應(yīng)用在鋼包車上，使鋼包車的受力狀況得到了很好的改善。鋼包車設(shè)備的故障大大降低，使用效果很好。保證了煉鋼生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。

［1］ 徐灝主編.機械設(shè)計手冊(第4卷第30章)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1992:61－71.

APPLICATION OF IMPACT DAMPER IN LADLE CAR

Chen Hongsheng
(Jinang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

This paper mainly introduces the application of impact dampers in ladle cars.The ladle car is one of the most important equipment during molten steel transportation，but axle breaking，cluch tooth cutting and body snap etc defaults often happen because of large amount of impulse loads during transportation.In view of this condition，different types of impact dampers are installed on the frame of ladle cars to reduce the harm to ladle cars caused by impulse loads，which improves the stress condition of ladle car and reduces failure rate.

impulse loads ladle car impact damper application

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2011—7—5