環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)球鉸支座位置的探討

寧江波　劉相佩

摘要：文章通過(guò)對(duì)環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)合理地劃分區(qū)域，進(jìn)行受力分析并建立力學(xué)模型，提出了一種通過(guò)合理確定環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)球鉸支座位置，從而使臺(tái)車(chē)兩側(cè)車(chē)輪輪壓基本相等的可行方法。

關(guān)鍵詞：環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)；球鉸支座；回轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）07-

1 概述

環(huán)冷機(jī)是燒結(jié)工藝過(guò)程中使用的主機(jī)設(shè)備之一，其主要作用是將熱破后的燒結(jié)礦均勻布設(shè)在臺(tái)車(chē)上，并在臺(tái)車(chē)下部強(qiáng)制鼓風(fēng)，使冷卻風(fēng)通過(guò)熱燒結(jié)礦層，通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流等傳熱方式，將熱量帶走，從而實(shí)現(xiàn)熱燒結(jié)礦的冷卻。由于環(huán)式冷卻機(jī)臺(tái)車(chē)?yán)寐矢撸c相同處理能力的帶式冷卻機(jī)相比較，設(shè)備重量輕，投資少，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)是環(huán)冷機(jī)的主要工作和運(yùn)動(dòng)部件，是環(huán)冷機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，其運(yùn)行情況的良好與否將直接關(guān)系到整臺(tái)環(huán)冷機(jī)的運(yùn)行情況。由于臺(tái)車(chē)所受載荷很大，且數(shù)量較多，在生產(chǎn)中，我們希望臺(tái)車(chē)兩側(cè)車(chē)輪的受力基本相等，這樣兩側(cè)的車(chē)輪及軌道的磨損程度及壽命周期將大致相同，臺(tái)車(chē)的受力在壽命周期內(nèi)也不會(huì)出現(xiàn)較大變化，為設(shè)備的維護(hù)及檢修帶來(lái)便利，同時(shí)也可延長(zhǎng)臺(tái)車(chē)的使用壽命，降低運(yùn)行成本。

2 球鉸支座最佳位置的確定

如圖1所示，環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)主要由臺(tái)車(chē)本體、內(nèi)外側(cè)欄板、三角梁、回轉(zhuǎn)框架及密封構(gòu)件等組成，共同構(gòu)成一個(gè)圓環(huán)。對(duì)于單臺(tái)臺(tái)車(chē)本體，其整體呈扇形結(jié)構(gòu)，一端通過(guò)球鉸支座懸掛于三角梁的下方，一端通過(guò)兩個(gè)車(chē)輪支撐于環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)中徑對(duì)稱(chēng)布置的內(nèi)外側(cè)水平軌上，這三個(gè)支點(diǎn)共同構(gòu)成一個(gè)三點(diǎn)支撐，保證臺(tái)車(chē)在水平面內(nèi)按預(yù)定的軌跡做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。臺(tái)車(chē)本體在水平方向的受力由三角梁通過(guò)球鉸支座牽引臺(tái)車(chē)克服車(chē)輪滾動(dòng)摩擦阻力向前運(yùn)動(dòng)引起，其數(shù)值很小，且不對(duì)兩側(cè)車(chē)輪與軌道間的正壓力產(chǎn)生影響，在工程設(shè)計(jì)中可不考慮。在垂直方向，臺(tái)車(chē)本體的受力包括兩側(cè)車(chē)輪及球鉸支座的支反力、物料及冷卻風(fēng)對(duì)臺(tái)車(chē)本體的壓力、臺(tái)車(chē)本體的自重。由于車(chē)輪是支撐于環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)中徑對(duì)稱(chēng)布置的內(nèi)外側(cè)水平軌上的，因此球鉸支座的位置將直接影響到兩側(cè)車(chē)輪的支反力大小是否相等。下面通過(guò)對(duì)臺(tái)車(chē)的受力分析，提出一種確定球鉸支座最佳位置的方法。

2.1 對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)進(jìn)行分析

對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)，其所受外力包括回轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)自身的重力、臺(tái)車(chē)上物料的重力、工作時(shí)冷卻風(fēng)的壓力。其垂直方向上的所有載荷均通過(guò)臺(tái)車(chē)輪支撐于水平軌上，因此兩車(chē)輪的支反力合力為：

2. 2 對(duì)單個(gè)臺(tái)車(chē)本體進(jìn)行分析

對(duì)單個(gè)臺(tái)車(chē)本體，在垂直方向上其所受的外力包括臺(tái)車(chē)本體的重力、球鉸支座的支反力、臺(tái)車(chē)輪的支反力、物料及冷卻風(fēng)的壓力。為了分析方便，如圖2所示，將臺(tái)車(chē)體分割為S1、S2、S3三部分。圖中B′為臺(tái)車(chē)體的寬度。

在S1區(qū)域內(nèi)，臺(tái)車(chē)體傾斜向下，不與三角梁接觸。此區(qū)域內(nèi)臺(tái)車(chē)體受自重G1，車(chē)輪支反力Fa1、Fa2，其合力為Fa′。在S1范圍內(nèi)的臺(tái)車(chē)體自重主要是車(chē)輪裝置及軸端密封的重量，其余部分自重很小，因此可認(rèn)為G1的作用點(diǎn)在車(chē)輪軸線(xiàn)與臺(tái)車(chē)體對(duì)稱(chēng)中線(xiàn)O-O的交點(diǎn)A點(diǎn)上。假設(shè)兩車(chē)輪的支反力也相等，即Fa1=Fa2，則其合力作用點(diǎn)即在A點(diǎn)上。因此，有：

對(duì)于S2區(qū)域，即圖中高度為c的梯形區(qū)域，其受力包括物料對(duì)臺(tái)車(chē)的壓力Fc1、冷卻風(fēng)的壓力Fc2、臺(tái)車(chē)體自身的重力G2，這三個(gè)力均為均布載荷，其合力的作用點(diǎn)在等腰梯形S2的重心位置C點(diǎn)。對(duì)于臺(tái)車(chē)體位于側(cè)欄板及球鉸側(cè)三角梁下部分，這部分結(jié)構(gòu)是為了防止物料散落而形成的重疊部分，其自重很小，且重心也大致位于S2重心處，為計(jì)算方便，可將此部分自重合并至G2。

對(duì)S3區(qū)域，這部分為臺(tái)車(chē)體的水平面與三角梁底面接觸區(qū)域，受三角梁的均布?jí)毫d荷及風(fēng)壓，回轉(zhuǎn)部分的其余載荷（回轉(zhuǎn)框架、側(cè)欄板等）均通過(guò)此處作用于車(chē)輪上。其合力Fb作用點(diǎn)位于S2的重心位置，即臺(tái)車(chē)體中軸線(xiàn)0-0上。

球鉸支座對(duì)臺(tái)車(chē)體垂直向上的拉力Fd位于D點(diǎn)，其在O-O斷面上的受力簡(jiǎn)圖如圖2所示。

在垂直方向上臺(tái)車(chē)體受力平衡，有：

做AC連線(xiàn)，將等腰梯形ABCD分割為兩個(gè)三角形ΔABC和ΔACD，連線(xiàn)C至AB中點(diǎn)，A至BC中點(diǎn)，確定三角形ΔABC重心E點(diǎn)，同樣方法可確定三角形ΔACD重心F點(diǎn)，則線(xiàn)EF與O′-O′的交點(diǎn)即為梯形的重心。

求出e值后，即可通過(guò)式（3）求得f的值，由此即可確定球鉸支座的位置D點(diǎn)。

3 計(jì)算實(shí)例

以某工程環(huán)冷機(jī)為例，其回轉(zhuǎn)中徑R=27.5m，臺(tái)車(chē)分度α=4.5°，臺(tái)車(chē)寬度B=3.5m，料層厚度h=1.4m，風(fēng)箱內(nèi)冷卻風(fēng)壓力P=4000Pa，回轉(zhuǎn)部分的總重量F1≈601520kg=6015200N。

料重：

4 結(jié)語(yǔ)

隨著設(shè)備的不斷大型化，環(huán)冷機(jī)中臺(tái)車(chē)體的數(shù)量和臺(tái)車(chē)的寬度不斷增加，臺(tái)車(chē)車(chē)輪與軌道間的正壓力也越來(lái)越大，加劇了車(chē)輪和軌道的磨損。因此通過(guò)對(duì)環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)進(jìn)行受力分析，合理地確定臺(tái)車(chē)球鉸支座的位置，使兩側(cè)臺(tái)車(chē)輪的輪壓達(dá)到一致，可有效提高臺(tái)車(chē)車(chē)輪和軌道的使用壽命，降低運(yùn)行和維護(hù)成本。

（責(zé)任編輯：吳 濤）