环冷机台车球铰支座位置的探讨

宁江波　刘相佩

摘要：文章通过对环冷机台车合理地划分区域，进行受力分析并建立力学模型，提出了一种通过合理确定环冷机台车球铰支座位置，从而使台车两侧车轮轮压基本相等的可行方法。

关键词：环冷机台车；球铰支座；回转台车

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-

1 概述

环冷机是烧结工艺过程中使用的主机设备之一，其主要作用是将热破后的烧结矿均匀布设在台车上，并在台车下部强制鼓风，使冷却风通过热烧结矿层，通过传导、对流等传热方式，将热量带走，从而实现热烧结矿的冷却。由于环式冷却机台车利用率高，与相同处理能力的带式冷却机相比较，设备重量轻，投资少，因此得到了广泛的应用。

环冷机台车是环冷机的主要工作和运动部件，是环冷机设计中的重要组成部分，其运行情况的良好与否将直接关系到整台环冷机的运行情况。由于台车所受载荷很大，且数量较多，在生产中，我们希望台车两侧车轮的受力基本相等，这样两侧的车轮及轨道的磨损程度及寿命周期将大致相同，台车的受力在寿命周期内也不会出现较大变化，为设备的维护及检修带来便利，同时也可延长台车的使用寿命，降低运行成本。

2 球铰支座最佳位置的确定

如图1所示，环冷机台车主要由台车本体、内外侧栏板、三角梁、回转框架及密封构件等组成，共同构成一个圆环。对于单台台车本体，其整体呈扇形结构，一端通过球铰支座悬挂于三角梁的下方，一端通过两个车轮支撑于环冷机回转中径对称布置的内外侧水平轨上，这三个支点共同构成一个三点支撑，保证台车在水平面内按预定的轨迹做回转运动。台车本体在水平方向的受力由三角梁通过球铰支座牵引台车克服车轮滚动摩擦阻力向前运动引起，其数值很小，且不对两侧车轮与轨道间的正压力产生影响，在工程设计中可不考虑。在垂直方向，台车本体的受力包括两侧车轮及球铰支座的支反力、物料及冷却风对台车本体的压力、台车本体的自重。由于车轮是支撑于环冷机回转中径对称布置的内外侧水平轨上的，因此球铰支座的位置将直接影响到两侧车轮的支反力大小是否相等。下面通过对台车的受力分析，提出一种确定球铰支座最佳位置的方法。

2.1 对整个回转台车进行分析

对整个回转台车，其所受外力包括回转台车自身的重力、台车上物料的重力、工作时冷却风的压力。其垂直方向上的所有载荷均通过台车轮支撑于水平轨上，因此两车轮的支反力合力为：

2. 2 对单个台车本体进行分析

对单个台车本体，在垂直方向上其所受的外力包括台车本体的重力、球铰支座的支反力、台车轮的支反力、物料及冷却风的压力。为了分析方便，如图2所示，将台车体分割为S1、S2、S3三部分。图中B′为台车体的宽度。

在S1区域内，台车体倾斜向下，不与三角梁接触。此区域内台车体受自重G1，车轮支反力Fa1、Fa2，其合力为Fa′。在S1范围内的台车体自重主要是车轮装置及轴端密封的重量，其余部分自重很小，因此可认为G1的作用点在车轮轴线与台车体对称中线O-O的交点A点上。假设两车轮的支反力也相等，即Fa1=Fa2，则其合力作用点即在A点上。因此，有：

对于S2区域，即图中高度为c的梯形区域，其受力包括物料对台车的压力Fc1、冷却风的压力Fc2、台车体自身的重力G2，这三个力均为均布载荷，其合力的作用点在等腰梯形S2的重心位置C点。对于台车体位于侧栏板及球铰侧三角梁下部分，这部分结构是为了防止物料散落而形成的重叠部分，其自重很小，且重心也大致位于S2重心处，为计算方便，可将此部分自重合并至G2。

对S3区域，这部分为台车体的水平面与三角梁底面接触区域，受三角梁的均布压力载荷及风压，回转部分的其余载荷（回转框架、侧栏板等）均通过此处作用于车轮上。其合力Fb作用点位于S2的重心位置，即台车体中轴线0-0上。

球铰支座对台车体垂直向上的拉力Fd位于D点，其在O-O断面上的受力简图如图2所示。

在垂直方向上台车体受力平衡，有：

做AC连线，将等腰梯形ABCD分割为两个三角形ΔABC和ΔACD，连线C至AB中点，A至BC中点，确定三角形ΔABC重心E点，同样方法可确定三角形ΔACD重心F点，则线EF与O′-O′的交点即为梯形的重心。

求出e值后，即可通过式（3）求得f的值，由此即可确定球铰支座的位置D点。

3 计算实例

以某工程环冷机为例，其回转中径R=27.5m，台车分度α=4.5°，台车宽度B=3.5m，料层厚度h=1.4m，风箱内冷却风压力P=4000Pa，回转部分的总重量F1≈601520kg=6015200N。

料重：

4 结语

随着设备的不断大型化，环冷机中台车体的数量和台车的宽度不断增加，台车车轮与轨道间的正压力也越来越大，加剧了车轮和轨道的磨损。因此通过对环冷机台车进行受力分析，合理地确定台车球铰支座的位置，使两侧台车轮的轮压达到一致，可有效提高台车车轮和轨道的使用寿命，降低运行和维护成本。

（责任编辑：吴 涛）