螺栓连接式罐座熔钢台车强度分析

任斌

(秦皇岛秦冶重工有限公司 河北秦皇岛066318)

1 前言

熔钢台车为冶金行业炼钢工艺中运输满载钢水罐的设备。罐座是支撑钢水罐的支座，一般的熔钢台车罐座直接焊接在车架的主梁上，与主梁形成整体，共同承受钢水罐的负载。有的台车因客户的特殊要求，罐座需要用螺栓安装在车架上，便于拆卸，满足其他用途。对于这种螺栓连接的车架罐座，做力学分析时与整体焊接结构略有不同。

2 座结构简介

一般的熔钢台车罐座直接焊接在车架的主梁上，如图1所示，做车架受力的有限元分析时可以将罐座和车架一同做成焊接件，设定边界条件、进行网格化并分析。螺栓连接车架及罐座结构的熔钢台车，如图2所示，两者之间是装配关系。

图1 车架与罐座焊接式台车

图2 车架与罐座螺栓连接式台车

3 有限元分析方法

对这种结构的分析，有三种方法：

1)将车架、罐座分别建模，按实际安装关系进行装配，对装配体进行有限元分析。

2)按车架罐座一体结构进行有限元分析。

3)分别对罐座和车架进行有限元分析，两者均满足设计要求为合格。

以上，方式1最为接近实体的结合关系，方式2、方式3是否可采用，以出口日本的360t熔钢台车为例，进行分析研究。

本项目360t熔钢台车，载重360t，一种台车满足两种工况，通过加装罐座下方的调整支座，来满足熔钢和AP两种工艺对钢水罐不同高度的要求。

采用方式1按装配体分析：

载荷：360t，作用在罐座支撑面上。

约束条件：固定铰链，作用于平衡轮组与车架配合的圆弧面上

变形条件：接触不穿透，如图3所示

图3 360 t熔钢台车分析方式1约束设置

应力分析结果：见图4

图4 360 t熔钢台车分析方式1应力分布

采用方式2分析：

载荷和约束条件不变，应力分析结果见图5。

图5 360 t熔钢台车分析方式2应力分布

采用方式3分析：

对车架载荷值不变，作用位置改为罐座下方安装板，约束条件不变，分析结果见图6。

图6 360 t熔钢台车分析方式3车架应力分布

对于罐座：载荷360t，作用在罐座支撑面上，约束条件为底面固定。分析结果见图7。

图7 360 t熔钢台车分析方式3罐座应力分布

将3种分析结果一同对比：

表1 360 t熔钢台车三种分析方式应力分析结果对比

对比分析结果：方式2与方式1，应力最大值接近，应力分布也基本一致；方式3与方式1对比，最大应力区不一致，数值也相差较大。根据模型受力变形的分析，载荷作用部位靠近车架大梁内侧，车架受力有向内翻转的变形，见图8，导致罐座与车架连为一体时的受力变形和单独罐座不同，所以分析方法3不够准确。

图8 360 t熔钢台车分析方式1变形结果

方式1是按照实体的实际装配进行模拟分析的，分析结果准确，但实际应用中，因为台车本身结构复杂，建立模型数据空间大，程序在按照装配关系运算时运算量非常大，对电脑的配置要求高，运算一次时间很长，经常会因为运算量过大，导致程序瘫痪。在设计时经常要根据分析反复修改模型进行多次模拟运算，这样就需要更长的时间。而对于同一模型，分析计算时整体焊接件的运算量要比装配件小得多，电脑运算速度快得多。根据分析对比，方式2可近似代替方式1，应用起来更便捷。

4 结论

对熔钢台车这类的冶金车辆，当罐座与车架为螺栓连接时，根据钢结构设计原理，罐座与车架靠连接板间的摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服时作为连接承载力的极限状态。只要摩擦阻力足够大，也就是说，连接螺栓组的强度计算合格，预紧力满足要求，连接板间不发生相对滑动，就可以近似看做焊接结构。在建模做有限元分析时就可以按照整体焊接结构进行分析，程序的分析运算量大幅降低，也提高了工作效率。

按此分析方法，已经应用到出口日本的熔钢台车和AP台车上。