鋼包澆鑄車的開發(fā)設(shè)計

摘 要：文章簡要介紹了鋼包澆鑄車設(shè)計原理及參數(shù)的確定，并對開發(fā)設(shè)計過程中相關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，提出關(guān)鍵技術(shù)的解決方法。

關(guān)鍵詞：鋼包澆鑄車；橫移軌道裝置；載重滾輪小車；橫移油缸裝置；稱量

1 概述

隨著我國鋼鐵工業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展，在普鋼基本實現(xiàn)全連鑄化之后，特殊鋼的生產(chǎn)也隨著產(chǎn)量的增長而進(jìn)入大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)、安全高效的生產(chǎn)方式。鋼包澆鑄車就是替代“行車吊包澆鑄”這種傳統(tǒng)方式而產(chǎn)生的新產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的“行車吊包澆鑄”方式，由于鋼絲繩是軟的，所以對位時間長且對位精度差，行車長時間吊包作業(yè)安全性極差，無法精確計量鋼包澆出鋼水和剩余鋼水量，澆鑄口的保護(hù)很困難。使用鋼包澆鑄車進(jìn)行澆鑄作業(yè)就解決了上述問題。

2 澆鋼車的組成

鋼包澆鑄車由行走傳動裝置、底梁、框架、工作平臺、橫移軌道裝置、橫移油缸裝置及稱量系統(tǒng)等組成。行走采用變頻調(diào)速，垂直橫移采用液壓缸驅(qū)動，較好地解決了精確定位問題。采用鋼結(jié)構(gòu)框架支承鋼包進(jìn)行澆鑄作業(yè)，安全可靠。車上采用電子稱量系統(tǒng)可以清楚顯示澆鑄的鋼水量和澆鑄速度。一旦調(diào)整好，滑動水口與澆鑄管的相對位置就固定了，就能對澆鑄口進(jìn)行保護(hù)作業(yè)了。（圖1）

1.傳動裝置；2.底梁；3.橫梁；4.工作平臺；5.橫移軌道裝置；6.橫移油缸裝置；7.稱量系統(tǒng)

圖1 鋼包澆鑄車的組成

3 鋼包澆鑄車的主要參數(shù)確定

3.1 行走計算

3.1.1 運(yùn)行阻力計算

滿載最大運(yùn)行靜阻力 Fj=Fm+Fp

滿載最大摩擦阻力 Fm=（∑G）*（2*f+μ*d）/D*β

坡道阻力 Fp=i*∑G

總重量 ∑G=G0+G1+G2+G3

式中：G0-臺車自重；G1-空罐重量；G2-鋼水重量；G3-附加重量；d-軸承內(nèi)徑；D-車輪直徑；f-滾動摩擦系數(shù)；μ-車輪軸承摩擦系數(shù)；β-附加摩擦阻力系數(shù)；i-軌道坡度（橋機(jī)0.001門機(jī)0.003小車0.002，此處取0.002）

3.1.2 電動機(jī)選擇

電動機(jī)靜功率Pj=Fj*V0/1000/η/m

初選電動機(jī)功率 P=Kd*Pj

選定電機(jī)功率Pn

式中：V0-運(yùn)行速度；η-機(jī)械效率；m-電動機(jī)/制動器數(shù)量；Kd-慣性力影響系數(shù)。

3.2 橫移結(jié)構(gòu)分析與計算

移動結(jié)構(gòu)通常是輪子與軌道（滾動摩擦），或滑塊與軌道（滑動摩擦）。載重較大時，如果選用輪軌關(guān)系，則大輪壓結(jié)構(gòu)尺寸大；如果選滑軌則大載荷下的摩擦阻力大，不易控制。因此，在結(jié)構(gòu)上選擇了“載重滾輪小車”這個特殊部件，即保證了滾動摩擦，又減小了結(jié)構(gòu)尺寸。（圖2、圖3）

1.上導(dǎo)軌；2.重載滾輪小車；3.下導(dǎo)軌；4.導(dǎo)軌架

圖2 橫移軌道裝置

1.液壓缸；2.油缸下耳座；3.油缸上耳座

圖3 橫移油缸裝置

既然是滾動摩擦就可以參照車輛行走阻力計算公式計算阻力。

滾輪上總載荷 G=G1+G2 單位：t

摩擦阻力 Fj=20G 單位：kg

采用2個油缸推動，則每個油缸推力 F1=Fj/2，單位：kg

液壓缸最高總頂升力 Fz=Pmax*π*D^2/4/1000*n*杠桿比，單位：kN

液壓系統(tǒng)最高工作壓力 Pmax=60*Ne*η/Q，單位：MPa

電機(jī)功率N=P*Q/60/η，單位：kw

液壓系統(tǒng)實際流量 Qs=q*n0/1000*ηv，單位：1/min

液壓缸工作流量 Qg=L*60/t，單位：l/min，t=24h

液壓缸總用油量 L=L1*n，單位：l

單個液壓缸用油L1=π*D^2/4*S/10^6，單位：l

頂升力富余系數(shù) Sn=F/G/10

液壓缸總頂升力 F=F1*n，單位：kN

單個液壓缸頂升F1=P*π*D^2/4/10^3，單位：kN

式中：η-液壓泵機(jī)械效率；n0-電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速；ηv-液壓泵的容積效率；q-液壓泵排量；P-液壓缸工作壓力；t-液壓缸全伸出時間；S-液壓缸行程；d-液壓缸活塞桿徑；D-液壓缸缸徑；n-液壓缸數(shù)量

3.3 框架慣性力計算分析

在滿罐載荷下，澆鋼車緊急制動下，框架結(jié)構(gòu)在慣性力的作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變。詳見框架有限元分析云圖。（圖4、圖5）

3.4 稱量系統(tǒng)

采用由四個耐高溫傳感器組成的稱量箱式電子稱量系統(tǒng)，經(jīng)過二次儀表后可以接入計PLC系統(tǒng)，可以清楚顯示澆鑄的鋼水量和澆鑄速度。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）應(yīng)用了“載重滾輪小車”這個“新產(chǎn)品”，解決了大載荷下的結(jié)構(gòu)尺寸問題，橫移裝置結(jié)構(gòu)小，使?jié)蹭撥囌w布局合理。（2）設(shè)計框架結(jié)構(gòu)車輛，為今后設(shè)計高重心的移動設(shè)備積累了經(jīng)驗。（3）采用稱量技術(shù)，并采用PLC控制及大屏幕顯示，能精準(zhǔn)的對澆鑄過程進(jìn)行監(jiān)控。（4）采用機(jī)、電、液一體化設(shè)計，具有稱量、行走、橫移等功能車，實現(xiàn)了鋼包在車上橫移對中。

5 結(jié)束語

鋼包澆鑄車的開發(fā)設(shè)計，是鋼鐵行業(yè)品種的一次提升，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。經(jīng)實踐檢驗，其具有定位精準(zhǔn)、制造成本低、維修簡單方便、產(chǎn)品壽命高、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

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作者簡介：蔡曉軍（1966-），女，高級工程師，主要從事機(jī)械類產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)工作。