缓冲器在钢包车上的应用

陈红胜

(济南钢铁股份有限公司)

缓冲器在钢包车上的应用

陈红胜

(济南钢铁股份有限公司)

介绍了缓冲器在钢包车上的应用及效果。炼钢生产中，钢包车是运输钢水的重要设备。但钢包车的使用工况存在较大的冲击载荷，常出现车轮轴断裂、联轴器断齿及车体开焊等故障。钢包车在使用过程中的故障率较高。针对这一状况，提出了在钢包车罐架部位及端梁部位设置不同类型的缓冲器来减小冲击载荷，从而消除因冲击载荷对钢包车设备造成的危害，使钢包车设备的受力状况得到改善，降低钢包车的设备故障率。

冲击载荷 钢包车 缓冲器 应用

0 前言

钢包车是运载钢包及钢水的重要设备，是炼钢生产工艺中不可或缺的重要环节。钢包车的运行是否可靠，将是炼钢生产连续性与否的必要条件。一旦钢包车运行出现故障，且发生故障的区域天车无法进行吊装作业，则会直接影响炼钢生产的连续性，给生产造成被动。如何提高钢包车运行的可靠性，优化和改善钢包车的受力状况，降低钢包车使用的故障率，是一项有着重要意义的工作。

1 存在问题

通过对现场的实际调查，钢包车在正常运行时主要受到重力(自重和钢包及钢水总重)、道轨的支撑反力、滚动摩擦力等作用，受力状况较为简单，运行也较平稳。但在两种情况下，会产生额外的动载荷作用，对钢包车的受力状况造成较大的影响:

1)天车向钢包车上吊放钢包时对钢包车产生的冲击载荷。

2)渣盆车对钢包车的对碰冲击载荷。这两种载荷对钢包车的作用是在瞬时完成的，且都具有较大的动量，会对钢包车的传动系统及车体产生瞬时的冲击作用。频繁受到瞬时冲击载荷会导致钢包车传动机构螺纹联接件的松动、脱落;也会导致钢包车车轮轴断裂，造成传动系统的损坏。严重时会造成车体结构变形，焊缝开裂，使钢包车无法正常运行。

2 方案及实施

以济钢炼钢厂45 t转炉所使用的钢包车为例，针对上述存在问题提出以下改造方案:

2.1 座包冲击

向钢包车上放置钢包时，多数情况为向其上放置空钢包，空钢包总重约为22 t;在极少的特殊情况下，会出现向钢包车上放置盛满钢水钢包，如钢水需离线精炼时或事故状况下的生产吊运等。此时，钢包(包括钢水)总重约为70 t。依据现场75 t天车的技术参数。天车在向钢包车的罐架上放置钢包时，钢包的下落速度为0.06 m/s;当钢包放置在钢包车上的一瞬间，钢包由原来的0.06 m/s的下落速度突然变化为0，在钢包的巨大重力作用下所产生的动载荷会给钢包车带来很大的冲击，现场情况也确实如此。每次天车向钢包车上吊放钢包时都会伴随有巨大的响声，钢包车也常出现车轮轴断等事故。假设向钢包车上放置空钢包时，动量的变化量在0.2 s中完成;根据冲量定理MV=Ft，得:

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

式中:M——空钢包的质量，kg;

V——钢包下落的速度，m/s;

F——冲击作用力，N;

t——冲击时间，s;

当为盛满钢水的钢包时所产生的冲击作用力将达F=81000 N。这种冲击作用会大大降低钢包车的在线使用寿命，同时对设备运行状况产生不可预知的隐患。

针对以上所述情况，考虑增加碟簧缓冲来减小放置钢包时对钢包车产生的冲击作用。将碟簧缓冲设置在钢包车上支撑钢包的罐架中。拟设4组碟簧缓冲，一侧2组，碟簧对合使用，每组含有10片碟簧(如下图1所示)。

图1 钢包车罐架图

以下为设计计算:碟簧压缩导杆伸出钢包车罐架为20 mm，则从钢包接触导杆至导杆被压入罐架与罐架上表面相平，这一过程碟簧被压缩了20 mm。

查《机械设计手册》［1］67，采用对合组合方式碟簧组，则有:

F∑ =F， f∑ =nf， H0=nH

式中:F——单片碟簧的载荷，N;

F∑——总载荷，N;

f——单片碟簧的变形量，mm;f∑——总变形量，mm;

H0——组合碟簧的自由高度，mm;

H——单片碟簧的自由高度，mm;

n——对合片数。

每片碟簧的受力相同，所有碟簧变形量的叠加为总的变形量即20 mm，选择碟簧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《机械设计手册》［1］65，用插入法查得 α =0.76 TPn－1，由式计算出所选碟簧的极限载荷为:

式中:D——碟簧外径，mm;

d——碟簧内径，mm;

C——碟簧外内径之比，

δ——单片碟簧的厚度，mm

行政事业单位的内部控制建设应该结合我国新时期的基本国情，与时俱进地制定适合各个地方政府和行政事业单位的发展策略，从单位内部结构和运行作为出发点，才能最大程度的完善内部管理体制。为了更好地适应市场经济的大环境，行政事业单位需要在行政功能和公共服务等方面进行相应的人力和资源的整合工作，同时配合政策出台的管理条例，更加切实有效地开展新时期赋予行政事业单位的历史任务。

h0——单片碟簧的极限行程，mm;

α——辅助参数，TPn－1。

通过插值法计算得出每片碟簧实际所受弹力为43.5 kN，4组碟簧共承受约174 kN的载荷，已知向钢包车上吊放空钢包时，钢包所受重力为:

G=Mg=24000 kg ×9.8 m/s2=235.2 kN。

式中:G——空钢包所受重力，N;

M——空钢包质量，kg;

g——重力加速度，m/s2。

由所选碟簧 BI100×50.8×5.74×8.2(GB1972－80)的参数，查《机械设计手册》［1］63，选择导杆直径为50 mm。则当向钢包车上吊放钢包的过程中，钢包将先与导杆接触，导杆压缩碟簧;碟簧在被压缩的过程中，自身所受弹力由0逐渐变大。当导杆上表面与包架平面相平时，碟簧所受弹力最大为43.5 kN，4组碟簧共可承载约为174 kN的载荷。而钢包所受重力为235.2 kN，则向钢包车上吊放钢包的过程中，作用力将由235.2 kN降低至60 kN，钢包车所受冲击力大为减小，从而起到保护钢包车的作用(如图2所示)。

图2 罐架中设置的碟簧缓冲

在炼钢生产中，由于渣盆车与钢包车在同一轨道上运行，易出现渣盆车与钢包车碰撞的情况。当钢包车上放置的为空钢包时，总重约为50 t。当渣盆车与钢包车发生碰撞时，可看作完全弹性碰状。钢包车速度将瞬时由0变为0.67 m/s。这种瞬时的冲击载荷会给钢包车的传动系统造成损坏，如齿式联轴器出现断齿等。冲击载荷也可能造成车轮轴承座的底角螺栓出现松动、脱落，进而导致钢包车脱轨，造成事故。

针对以上情况，考虑增加桥式起重机中使用的缓冲器来减小渣盆车对钢包车产生的冲击作用。将缓冲器设置在钢包车的端部，与渣车端部高度一致。安装缓冲器前后的碰撞情况如图3所示。

图3 安装缓冲器前后的碰撞示意图

根据渣盆车动能的最大值来选择缓冲器当渣盆车载着钢渣盆时，总重约为70 t，正常运行速度为0.67 m/s，则其运行时的动能:

式中:E1——渣盆车运行时动能，J;

V1——渣盆车的运行速度，m/s;

M1——渣盆车的质量，kg。

由缓冲器所能吸收的最大能量En的给定值来选择缓冲器，则有En＞E1(选择的缓冲器型号为:Bhc5－CH)。

当渣盆车与钢包车相碰撞时，缓冲器首先被压缩，弹性势能增加，弹力也逐渐增大;当缓冲器的弹力大于钢包车行走所需要克服的摩擦阻力时，钢包车被推动;速度由0逐渐增大，而缓冲器弹力逐渐减小，并最终回到原始状态。这样，钢包车所受到的碰撞冲击作用将大大降低。

3 改造效果

通过运用缓冲器的性质，成功的消除了钢包车在使用过程中出现的冲击载荷给其带来的危害和隐患。使钢包车的使用工况得到了很好的改善。

3.1 钢包车故障率降低

通过对近2年钢包车的故障原因与频次进行统计，得到2009～2010年钢包车故障统计表见表1。

表1 2009～2010年钢包车故障统计 次

由表1中所列数据可以看出，钢包车设备的故障率大大降低，使用稳定性得到了提高，完全达到了使用周期内无故障。减少了事故抢修次数，保障了生产的连续性，降低了职工的劳动强度。

3.2 降低了备件成本

经过近一年的使用，钢包车的备件消耗得到了很好的控制，备件费用大幅度降低，每年可节省备件费用约46余万元。

4 结语

通过将缓冲器应用在钢包车上，使钢包车的受力状况得到了很好的改善。钢包车设备的故障大大降低，使用效果很好。保证了炼钢生产的连续性与稳定性。

［1］ 徐灏主编.机械设计手册(第4卷第30章)［M］.北京:机械工业出版社，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