鋼包澆鑄車的開發設計

摘 要：文章簡要介紹了鋼包澆鑄車設計原理及參數的確定，并對開發設計過程中相關的技術難點進行分析，提出關鍵技術的解決方法。

關鍵詞：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

隨著我國鋼鐵工業和制造業的發展，在普鋼基本實現全連鑄化之后，特殊鋼的生產也隨著產量的增長而進入大規模、高標準、安全高效的生產方式。鋼包澆鑄車就是替代“行車吊包澆鑄”這種傳統方式而產生的新產品。

傳統的“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，澆鑄口的保護很困難。使用鋼包澆鑄車進行澆鑄作業就解決了上述問題。

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等組成。行走采用變頻調速，垂直橫移采用液壓缸驅動，較好地解決了精確定位問題。采用鋼結構框架支承鋼包進行澆鑄作業，安全可靠。車上采用電子稱量系統可以清楚顯示澆鑄的鋼水量和澆鑄速度。一旦調整好，滑動水口與澆鑄管的相對位置就固定了，就能對澆鑄口進行保護作業了。（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

圖1 鋼包澆鑄車的組成

3 鋼包澆鑄車的主要參數確定

3.1 行走計算

3.1.1 運行阻力計算

滿載最大運行靜阻力 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-軸承內徑；D-車輪直徑；f-滾動摩擦系數；μ-車輪軸承摩擦系數；β-附加摩擦阻力系數；i-軌道坡度（橋機0.001門機0.003小車0.002，此處取0.002）

3.1.2 電動機選擇

電動機靜功率Pj=Fj*V0/1000/η/m

初選電動機功率 P=Kd*Pj

選定電機功率Pn

式中：V0-運行速度；η-機械效率；m-電動機/制動器數量；Kd-慣性力影響系數。

3.2 橫移結構分析與計算

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

1.上導軌；2.重載滾輪小車；3.下導軌；4.導軌架

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

液壓系統最高工作壓力 Pmax=60*Ne*η/Q，單位：MPa

電機功率N=P*Q/60/η，單位：kw

液壓系統實際流量 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 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-液壓泵機械效率；n0-電動機額定轉速；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，框架結構在慣性力的作用下產生的應力和應變。詳見框架有限元分析云圖。（圖4、圖5）

3.4 稱量系統

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

4 技術創新點

（1）應用了“載重滾輪小車”這個“新產品”，解決了大載荷下的結構尺寸問題，橫移裝置結構小，使澆鋼車整體布局合理。（2）設計框架結構車輛，為今后設計高重心的移動設備積累了經驗。（3）采用稱量技術，并采用PLC控制及大屏幕顯示，能精準的對澆鑄過程進行監控。（4）采用機、電、液一體化設計，具有稱量、行走、橫移等功能車，實現了鋼包在車上橫移對中。

5 結束語

鋼包澆鑄車的開發設計，是鋼鐵行業品種的一次提升，社會效益、經濟效益顯著。經實踐檢驗，其具有定位精準、制造成本低、維修簡單方便、產品壽命高、運行可靠等優點。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊[M].

[2]包起帆.起重機設計手冊[M].

[3]過玉卿.起重運輸機械[M].

作者簡介：蔡曉軍（1966-），女，高級工程師，主要從事機械類產品的設計開發工作。