120噸鐵水罐傾翻車的設計

李冬愛 馮清 田剛 孟網網 傅昊

摘要： 鐵水罐傾翻車是鐵水罐扒渣系統的重要組成部分。其中車輛行走及傾翻功能是關鍵，車架是主要的承載主體。本文介紹了鐵水罐傾翻車的結構組成及作用，主要元件選取及元件參數的設計計算。

關鍵詞：鐵水罐傾翻車;設計;計算

Design Of 120t Hot Metal Ladle Tipping Car

FuHao? MengWangWang? TianGang

（Sinosteel XIAN MACHINERY CO.，Ltd，SShanXi XiAn 710021）

Absrtact：Hot metal ladle tipping car is very important part of the skim slag system.Driving and tipping are main functions of the car.The car frame is for

Loading ang supporting.The article introduce the components 、 function and main choice and calcalation of the car.

Keyword： Hot metal ladle tipping car;design;calculation

1? ?前言

鐵水罐傾翻車是鐵水預處理脫硫工藝的重要組成部分，脫硫后產生的脫硫渣浮在鐵水表面，為了將脫硫渣清除干凈，鐵水罐在車上需要傾翻至一定的角度，配合扒渣機扒除脫硫渣。鐵水罐在預處理位置脫硫后，由鐵水罐傾翻車將鐵水罐送入扒渣位置，再由液壓缸將罐體傾翻至設定的角度，然后由扒渣機將鐵水罐中的脫硫渣扒入渣罐中，待渣扒除干凈后，再將鐵水罐回到待機位置。本文以某鋼鐵公司120噸鐵水罐傾翻車為例，從車的傳動方式以及車架結構入手，詳細討論了鐵水罐運輸車的結構和設計依據。

2? ? 基本參數

120噸鐵水罐運輸車基本參數見表1。

其中車體裝配主要由車架、左、右傳動輪裝配、左右從動輪裝配等組成：車體裝配主要功能是行走、承載運輸鐵水罐;傾翻架裝配主要由左、右傾翻架、橫梁、左、右扇形齒等組，傾翻架裝配主要完成鐵水罐工位傾翻動作及復位功能;防濺擋板作用是扒渣時保護車體不被飛濺的鋼液、鋼渣損傷;緩沖裝置主要由橡膠緩沖器及安裝支架組成，主要是防止有沖擊時車體進行緩沖;拖鏈主要是將地面液壓站的能源介質輸送至車體各功能部件。

3? ? 設計與計算

3.1 主（從）動輪系的設計

主要由液壓馬達、減速機、軸承、車輪及車輪軸等組成。

液壓傳動與其它傳動方式有以下優點：

1）傳動功率大，液壓傳動裝置的重量輕，體積緊湊。

2）傳動平穩，系統容易實現緩沖吸振，并能自動防止過載。

3）工效較高，降低成本。

基于以上三點，車輪驅動選用液壓馬達提供動力。

在選取液壓馬達前，先確定車輪踏面直徑。已知鐵水罐加鋼液等240噸，車體自重估重65噸，合計305噸。初步選定4個輪組共計8個車輪，每個車輪最大負重 ，考慮到沖擊等外部因素，按每輪最大40噸負荷考慮，最小負重，按每輪最小10噸負荷考慮。已知用戶現場軌道QU120。車輪結構依照JB/T6392-2008中雙輪緣型車輪，車輪踏面直徑初選φ800mm。車輪材質初選為ZG340—640，調質后表面淬火硬度HB350～380。

即

按機械設計手冊第六版第2卷：車輪踏面疲勞計算載荷

考慮到慣性作用、風載荷等作用，按GB/T3811-2008取安全系數1.5。

計算載荷為 ，當 時車輪的踏面尺寸滿足強度要求。

由《機械設計手冊》第六版第2卷? 表9-1-122，表9-1-123，表9-1-125，

式中：? ?K—車輪的許用比壓.? 取為5.6N/mm2;

—轉速系數.? 取為1.1;

—工作級別系數. 取為1.12;

—車輪與軌道有效接觸長度.? 取為120mm;

—車輪踏面直徑? ? 初選為φ800mm;

則

滿足強度要求。

3.2 液壓馬達、減速機的選取

3.2.1 鐵水罐傾翻車工作功率

式中：G? —車體自重加負荷重量，KN;

μ? ?—摩擦系數由《機械設計手冊》第六版第1卷表1-1-11，選取μ滑動=0.05 ;

V? —車體運行速度m/s? 已知V=0.23m/s;

ηw—機械效率，由《機械設計手冊》第六版第1卷表1-1-3，選取ηw=0.85;

則

3.2.2 鐵水罐傾翻車啟動功率

η —液壓馬達輸出效率，選取η=0.9，由《機械設計手冊》第六版第1卷表1-1-3，選取η=0.9

選力士樂液壓馬達? A2FM32/61W-VAB040即可滿足要求。 類比之前的同類產品，選取減速機為邦飛利產品313L3-252FZ-5B-HOAE-2A。

3.3車輪軸的選取：

3.3.1材質的選取：由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可? ? ?采用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度。故軸的材料選 45鋼，經熱處理后表面硬度HB217—255。

3.3.2最小軸徑的計算：

由于軸受到轉矩作用時，其強度條件為

T—軸傳遞的轉矩，N.m

WT—軸的抗扭剖面模量，mm3

n—軸的轉速，r/min

P—軸傳遞的功率，kW

d—計算剖面處軸的直徑，mm

由上面的強度公式變形可得：

[τ]T—由《機械設計手冊》第六版第2卷 表7-1-1查? 對調質處理45鋼其對應值為155Mpa。

由《機械設計手冊》第六版第1卷? 表1-1-3查

η1—減速機效率為0.95

η2—聯軸器效率為0.99

η3—軸承效率為0.98

Pd—馬達輸出功率? ?由前邊知為38.1kW

， n=34.5r/min

則

d≥67.9mm? ?即軸不被扭斷的最小軸徑已確定。由于此次設計最小軸徑處安裝減速機，按減速機花鍵孔尺寸，取最小軸徑d=122mm。

3.3.3 軸承的選取：

軸承所受載荷的大小、方向和性質是選擇軸承類型的主要依據。由于滾子軸承宜于承受較大的徑向載荷，承載的變形也小。為了防止因軸受力彎曲或傾斜，會造成軸承內外圈軸線發生偏離，因此初選調心滾子軸承。

本設計自由端軸承和固定端軸承相對車輪兩側對稱分布，軸承主要受車體總負荷的靜壓力.軸承所受徑向載荷：

軸承所受軸向載荷 對軸承負荷的影響不大，計算時可認為軸承所受當量動負荷 ，軸承預期計算壽命? ? （一年按300個工作日，每個工作日按3×8個小時考慮）

計算軸承的基本額定動負荷Cr，由《機械設計手冊》（機械工業出版社）第4冊公式28.3-13

變形得? ?=440.3kN

選用型號為22334CC/W33的調心滾子軸承，其安裝尺寸為120×170×360

即安裝軸承處的軸徑為170mm。

3.4? 傾翻液壓缸的選取

按照傾翻動作要求及液壓缸的安裝空間，初步選定用兩個液壓缸完成傾翻動作。液壓缸的工作壓力20MPa，選定油缸行程1100mm。已知總的推力約為（240+15）/Cos30° =294.5噸.單個液壓缸的理論推力為294.5/2=147.3噸=1443.5KN。根據機械設計手冊第六版第5卷頁碼21-290，液壓缸安全系數取3～12.故選取力士樂產品型號CDH2 MT4/220/160/1100A1X/B*CHDBEW即可滿足要求。

3.5? 車架結構設計

車架是整個鐵水罐傾翻車承載主體，主要是一個焊接結構件，考慮到受力、發貨時的運輸成本、用戶現場的使用空間限制等因素，將車架設計為分體結構，發運至用戶現場進行組焊。主體設計初步完成后，對車架結構薄弱的環節進行相應的加固，如增加筋板、改變板厚等。設計受力分析合格后，制造時的關鍵環節控制也很重要，制造廠在焊接、加工過程中要考慮車架的變形。去應力退火、機加工后的時效處理是必須的環節。成品的車架設計結構圖如下圖3所示：

3.5? 整體設計

主要零、部件選取完成后，根據各部件之間的聯接、裝配關系，進行相關件的結構設計，既要考慮結構的合理性，又要考慮經濟性，既要滿足功能要求，又要考慮加工、制造的可能性?；谝陨显瓌t，鐵水罐傾翻車的設計圖結構如圖4所示：

3.6? 介質配管

鐵水罐傾翻車設備完成后，車體的介質配管也是很重要的一步，輪系軸承用油槍通過油杯加油脂潤滑。傾翻油缸、液壓馬達的供油、回油、油缸液控單向閥的給油、液壓馬達制動器給油、馬達的泄油等由地面液壓站通過拖鏈供給。車體上的配管要求布置合理，與設備相匹配。

4? ? 結論：

以120噸鐵水罐傾翻車作為研究對象，經過計算校核和現場功能測試，可以得出以下結論：

1）生產使用過程中走行平穩，安全可靠;

2）設備故障率低，日常維護量小，設備運行可靠;

參考文獻

[1]成大先主編—機械設計手冊第六版，化學工業出版社，2017年1月

[2]《重型機械標準》—編寫委員會編重型機械標準，云南科技出版社，2008年

[3]聞邦椿主編—機械設計手冊第五版，機械工業出版社，2010年1月

[4]濮良貴主編—機械設計第十版，高等教育出版社，2019年1月

作者簡介：傅昊（1980-），男，中鋼集團西安重機有限公司高級工程師