一種復(fù)軌器在宣鋼400 t 鋼包車中的設(shè)計應(yīng)用

呂 巖

（河鋼集團宣鋼公司二鋼軋廠，河北張家口 075100）

1 應(yīng)用背景

鋼包車作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要設(shè)備，視為轉(zhuǎn)爐冶煉的合格鋼水承載并傳遞至精煉、連鑄工序的“中轉(zhuǎn)樞紐”。宣鋼公司150 t轉(zhuǎn)爐爐下鋼包車載重量為400 t，由于爐下生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，偶有鋼包車脫軌事故發(fā)生，嚴重影響了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏，造成巨大的經(jīng)濟損失。如何及時、迅速、安全地復(fù)軌，將脫軌事故影響減少到最小范圍，復(fù)軌器的應(yīng)用具有重要意義。作為鋼包車脫軌事故的救援設(shè)備，必須要求其有大的起升重量、穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)、組裝搬運輕便迅速、操作簡單等要求。

目前主流使用的軌道車輛復(fù)軌器有JⅠ-A 型快速轉(zhuǎn)向架形式復(fù)軌器、海參型復(fù)軌器和多段式復(fù)軌器等，但是它們各有不足之處，不適用于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)要求，如體積重量過大、橫移量小、易發(fā)生傾倒等。這些問題的存在給鋼包車復(fù)軌造成了很大困難，開發(fā)一種適應(yīng)性強、復(fù)軌效率高、操作簡單的復(fù)軌器十分必要，對于保障轉(zhuǎn)爐煉鋼安全生產(chǎn)有重要意義。

2 技術(shù)內(nèi)容

自150 t 轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后，煉鋼設(shè)備系統(tǒng)早已認識到鋼包車脫軌事故救援工作在整個煉鋼作業(yè)過程中的重要性，因此一直在探索鋼包車復(fù)軌器的改進研發(fā)，并應(yīng)用了很多先進技術(shù)，總體技術(shù)要求集中輕量化、液壓技術(shù)的應(yīng)用和高效化。

2.1 設(shè)計方案

此次設(shè)計的鋼包車復(fù)軌器摒棄了輕載輪式車輛復(fù)軌器常用的橫移小車結(jié)構(gòu)，改為設(shè)計成滑塊組件，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單堅固、體積小、質(zhì)量輕，用于大負載時更加安全可靠。采用舉升液壓缸加橫移液壓缸推動的橫移滑塊組成的垂直結(jié)構(gòu)，能保證橫移時發(fā)生最大傾斜或橫移受到最大阻礙也不會發(fā)生板缸分離或傾倒事故。復(fù)軌器各部分也采用了模塊化設(shè)計，可進行快速地組裝拆分工作（圖1、圖2）。

由于150 t 轉(zhuǎn)爐鋼包車為設(shè)計載重400 t 鋼水罐車，加之鋼包車自身質(zhì)量及車身粘渣質(zhì)量合計約100 t，故此復(fù)軌器設(shè)計舉升能力達500 t，舉升高度350 mm，一次橫移量300 mm，舉升點在車鉤后邊中梁。其主要零部件組成為：①雙直流電動液壓泵站，1 臺舉升液壓泵站，1 臺橫移液壓泵站，均為3 kW 直流電機驅(qū)動，工作壓力40 MPa；②舉升液壓缸，4 套液壓缸舉升能力500 t，采用三級缸，材料采用高強度材質(zhì)27SiMn，密封圈采用3 道密封進口，保證油缸的密封性和安全性；③橫移液壓缸，缸徑100 mm，有49 t 推力，橫移量300 mm；④輔助液壓缸，放置于爐底用于支撐底座；⑤橫移底座，采用H 型高強度結(jié)構(gòu)鋼；⑥橫移滑塊組件。

圖1 舉升示意

圖2 橫移示意

此復(fù)軌器技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)軌迅速，能夠確保軌道車安全無誤地復(fù)位，特別適用于冶金車輛脫軌事故救援。而且一旦鋼包車發(fā)生脫軌事故，3～4 人就可以快速完成組裝，可以快速安全復(fù)位車輛。

2.2 工作原理

其工作原理是復(fù)軌器的舉升和橫移液壓缸通過電動液壓泵站提供動力，通過手動換向閥分別完成舉升及橫移操作。

（1）舉升操作。將電動液壓泵站上與舉升缸相連的液壓閥置于“舉升”位置，電機驅(qū)動液壓泵工作，液壓油驅(qū)動舉升液壓缸向上舉升動作，頂住鋼包車車架橫梁部位，直至托舉至車輪高出軌道面，此時將液壓閥切換至“0”位。

（2）橫移操作。將電動液壓泵站上與橫移缸相連的液壓閥置于“橫移”位置，電機驅(qū)動液壓泵工作，液壓油驅(qū)動橫移液壓缸做橫移動作，直至車輪位于軌道正上方，此時將液壓閥切換至“0”位。

（3）復(fù)位操作。將電動液壓泵站上與舉升缸相連的液壓閥置于“復(fù)位”位置，電機驅(qū)動液壓泵工作，車體緩緩下落，直到車輪踏面與鋼軌面接觸，待活塞桿完全縮回，將液壓閥切換至“0”位。

2.3 鋼梁組件強度校核

本復(fù)軌器是重載鋼包車脫軌救援的必備設(shè)備，其綜合機械性能直接影響到復(fù)軌工作的安全。利用ANSYS7.0 軟件進行分析，對復(fù)軌器的鋼梁組件檢驗其剛度和強度是否滿足要求。

首先用PRO/E 建模（圖3），完成后導(dǎo)入到ANSYS 中。由于對鋼梁組件受力部位的力學(xué)情況需要重點考慮，對兩側(cè)的橫梁擋板和鋼梁兩側(cè)的凸臺和倒角在建模時進行忽略。

將約束加到復(fù)軌器的整個底面以保證能夠真實反映復(fù)軌器的應(yīng)力和變形情況，使復(fù)軌器的X、Y、Z 三個方向的移動以及轉(zhuǎn)動被約束，即限制了其6 個自由度，并在鋼梁的中心點上施加一個4.82×107N 的壓力。

設(shè)定完成約束及負載后，通過求解器進行計算，求解后切換到“Post Processing”模塊進行數(shù)據(jù)后處理，最后可以求得應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果：在鋼梁的正中部位置發(fā)生最大應(yīng)力和最大變形量，材料的許用應(yīng)力大于極限工況的最大應(yīng)力，鋼梁的最大變形量在允許范圍之內(nèi)。因此，該設(shè)計方案能夠滿足使用要求。

圖3 鋼梁組件建模

3 應(yīng)用效果

該復(fù)軌器自投入使用至今，運行平穩(wěn)可靠，累計進行8 次鋼包車脫軌事故救援，平均單次復(fù)軌操作時間控制在30 min 內(nèi)，均能及時恢復(fù)生產(chǎn)，未發(fā)生因鋼包車脫軌導(dǎo)致的斷機事故。

實踐證明，該復(fù)軌器適用于大型轉(zhuǎn)爐載重400 t 以上鋼包車復(fù)軌救援，它結(jié)構(gòu)簡單輕便，搬運組裝方便，操作簡單可靠，將以往鋼包車復(fù)軌的復(fù)雜運動分解為簡單的起復(fù)運動和橫移運動，其良好的性能贏得了眾多專家及技術(shù)人員、崗位操作人員的認可。另外它采用的諸多創(chuàng)新優(yōu)化結(jié)構(gòu)技術(shù)，在國內(nèi)外大型轉(zhuǎn)爐鋼包車復(fù)軌器應(yīng)用方面也獨樹一幟，在軌道車輛事故救援領(lǐng)域有著極大的推廣價值。