落地橫移式移蓋機的設計與應用

趙自強，邵 琳，索 婷

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

移蓋機是將高爐主鐵溝第一段溝蓋板移開及蓋上的專用設備，是高爐爐前關鍵設備之一。目前市場上移蓋機基本有三種形式［1］:一種是吊掛平移式結構，安裝在風口平臺下沿，沿軌道移動，靠桿機構提升降落溝蓋，其主要動作為杠桿升降和小車沿軌道行走，溝蓋起吊后移動的方向和遠近取決于風口平臺下沿行走軌道的布置方向和長度;另一種是基座固定折疊式結構，是由運動步驟分開的兩個油缸進行溝蓋的提升和移動，其溝蓋移動的方向取決于移蓋機基礎的方向，移動距離取決于連桿長度和油缸行程，溝蓋移動過程中高度有小范圍變化，平穩性相對較差，該型移蓋機舉升的高度有限，適用于中型高爐;還有一種是基座回轉折疊式，坐落在出鐵場平臺上，杠桿液壓式提升機構，其主要動作為機座回轉，主臂伸縮及升降。移蓋機負責開兩個鐵口動作復雜，故障率高，不能適應現場高節奏的需求。

由于天津某鋼廠爐前風口平臺較低，相對于出鐵場上表面約2400 mm，常用的三種移蓋機均無法使用。因此，中鋼集團西安重機有限公司為其設計制造了落地橫移式移蓋機。

1 設備結構組成及特點

1.1 設備主要技術參數

A 蓋提升高度 250 mm

小車行走行程 4000 mm

小車行走速度 150～200 mm/s

A 蓋提升速度 45 mm/s

設備最大高度 ～2200 mm

起重量 20 t(max)

液壓系統工作壓力 25 MPa

1.2 設備組成

該落地橫移式移蓋機機械主要由機械部分、液壓系統及電控系統所組成。其中機械設備包括固定機架、移動小車、移動液壓缸、提升液壓缸、提升機構、液壓配管、限位裝置、鐵溝蓋等零部件。如圖1 所示。

(1)固定機架。機架下部裝有14組固定車輪、上部裝有14組偏心車輪，用來支撐移動小車及小車滑道間隙的調整。

(2)移動小車。小車上裝有移動液壓缸、提升液壓缸、提升裝置、液壓配管、潤滑系統、限位裝置、拖鏈裝置，其作用是將鐵溝蓋運放到指定位置。

(3)液壓配管。移蓋機鋪設四根帶拖鏈裝置的液壓配管，遠離出鐵口，采用高壓膠管外套進口耐高溫套管保護，避免熱輻射。

(4)潤滑裝置。移蓋機的潤滑是將各潤滑點集中到移蓋機尾部加油。潤滑油采用耐高溫潤滑脂。

(5)限位開關及電纜。移蓋機的行走和提升均設有接近開關，接近開關的位置遠離鐵口區，并選用耐高溫電纜聯接。耐高溫電纜外套耐高溫套管通過設備本體電纜管道接向控制室。

圖1 落地橫移式移蓋機Fig.1 Ground cross sliding removing cover machine

1.3 工作流程

送蓋流程:提升臂上升－提升到位－小車前進－前進減速－前進到位－提升臂下降－下降到位－ 小車后退－ 后退減速－ 后退到位－ 系統停止。

取蓋流程:小車前進－前進減速－前進到位－提升臂上升－提升到位－小車后退－后退減速－后退到位－ 提升臂下降－ 下降到位－ 系統停止。

各運行部件均設置有限位裝置，由機械加電器的控制方式控制液壓系統的工作狀態。

1.4 設備技術特點

(1)升降、進退機構采用液壓傳動，動力源可靠;設備在高溫、多粉塵及渣鐵噴濺的環境下能長期穩定工作。

(2)整機設備高度約為2200 mm，結構簡單、操作方便、起重量大、占地面積小。

(3)該設備整機高度低，幾乎不受高爐風口平臺的高度限制，適用于高爐爐容在1000 m3以上泥炮、開鐵口機同側布置的煉鐵高爐出鐵場，工程項目經濟合理可行。

2 移動小車撓度及強度校核

由圖1 所示，提升鐵溝蓋到最高位置時整個設備處于極限位置，由鐵溝蓋8 和移動小車2 等部件自重產生的撓度變形會影響鐵溝蓋的提升高度。而且設備工作狀態時移動小車是受力最大最容易失效的部件，因此必須對移動小車受力進行校核，以確保設備的安全性。

移動小車本體主材選用16 Mn，其受力可簡化為懸臂梁受力，如圖2 所示。移動小車長度為L，A、B 分別為小車兩端。小車截面如圖3所示。

圖2 移動小車受力簡圖Fig.2 Moving frame force schematic diagram

圖3 移動小車截面圖Fig.3 Section plane of moving frame

2.1 小車長度方向的撓度計算

式中，fx為小車上某一位置X 到小車末端B 的撓度;LX為位置X 相對B 端的距離，4.2 m。fA為小車前端相對于末端的撓度;fPA［2］為蓋重P 引起的撓度;P為蓋重;L為小車的長度，5.7 m;E為彈性模量，E=210 ×109N/m2;I為最小截面的軸慣性距［2］，I=6.96 ×109mm4(見圖3);fPL為小車自重PL引起的撓度;q為小車單位長度的重力，

2.2 小車末端拉伸應力校核

式中，M為小車B 端的彎矩M=Mb1+Mb2;Mb1為蓋重P 引起的彎矩，Mb1=－PL=－1.14 ×106N·m;Mb2為小車自重PL引起的彎矩，－2.37 ×105N·m(負號表示與力P 方向相反);y為危險截面(見圖3)。

材料許用應力為［σ］=148 MPa，σ ＜［σ］，合格。

通過計算說明移動小車橫梁選用16 Mn 材料能夠滿足工藝要求。

3 行走液壓缸的確定

移蓋機行走液壓缸是整個設備的關鍵部件之一，其推力主要取決于移蓋機的運行阻力及運行的摩擦阻力。

式中，P摩為移蓋機小車運行摩擦阻力;Q為移蓋機提升載貨重量;G為移蓋機自重;f0為摩擦阻力系數［3］，f0=(2K +μd)K'/D ;K為滾動摩擦系數;μ為軸承摩擦系數;d為軸承內徑;K'為附加摩擦阻力系數;D為車輪直徑。

選取的油缸推力必須大于P摩，考慮到油缸行程長，且處于高溫多塵的惡劣環境，為避免油缸變形，選用油缸規格尺寸為φ200/φ125 mm，S=4000 mm。液壓系統調定壓力28 MPa，走行油缸的工作壓力約25 MPa。

4 提升液壓缸的確定

由給定的起吊高度參數計算出提升液壓缸的行程，根據最大起吊重量可得到溝蓋各提升位置對應的油缸推力。

在溝蓋的起吊過程中，油缸的受力是變化的，由力矩平衡原理可得提升油缸推力。根據油缸最大推力乘以安全系數，最終選用油缸的規格尺寸為φ140/φ100，S=585 mm。液壓系統調定壓力28 MPa，提升油缸工作壓力約25 MPa。

5 結論

該落地橫移式移蓋機整機設備高度低幾乎不受高爐風口平臺的高度限制，結構簡單、操作方便、起重量大、占地面積小，工程項目經濟合理可行，在天津某鋼廠運行取得了較好的效果。由于落地橫移式移蓋機在當時國內還無先例，所以落地橫移式移蓋機的成功研制及應用填補了此類產品在國內的空白。

［1］龔道雄，徐長生.臂架擺動式全回轉高爐前移蓋機的設計及其臂架結構分析［J］.冶金設備，2009(1).

［2］劉鴻文.材料力學［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［4］彭學元.高爐爐前移蓋機的設計探討［J］.鋼鐵技術，2005(4).

［5］周龍義.寶鋼2#高爐揭蓋機選型探討［J］.寶鋼技術，2001(3).

［6］中國冶金設備公司編著.現代大型高爐設備及制造技術［M］.北京:冶金工業出版社，1996.

［7］馮馳.新型高爐爐前移蓋機［J］.冶金設備，2009(6).

［8］郭小敏.寶鋼小夾角鐵口的高爐主鐵溝增設移蓋設備的方案設想［J］.上海寶鋼工程設計，2000(4).

［9］周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊［M］.北京.冶金工業出版社，2005.

［10］楊景武.高爐移蓋機吊臂的設計計算［J］.冶金設備，2013(S1).