螺栓連接式罐座熔鋼臺車強度分析

任斌

(秦皇島秦冶重工有限公司 河北秦皇島066318)

1 前言

熔鋼臺車為冶金行業煉鋼工藝中運輸滿載鋼水罐的設備。罐座是支撐鋼水罐的支座，一般的熔鋼臺車罐座直接焊接在車架的主梁上，與主梁形成整體，共同承受鋼水罐的負載。有的臺車因客戶的特殊要求，罐座需要用螺栓安裝在車架上，便于拆卸，滿足其他用途。對于這種螺栓連接的車架罐座，做力學分析時與整體焊接結構略有不同。

2 座結構簡介

一般的熔鋼臺車罐座直接焊接在車架的主梁上，如圖1所示，做車架受力的有限元分析時可以將罐座和車架一同做成焊接件，設定邊界條件、進行網格化并分析。螺栓連接車架及罐座結構的熔鋼臺車，如圖2所示，兩者之間是裝配關系。

圖1 車架與罐座焊接式臺車

圖2 車架與罐座螺栓連接式臺車

3 有限元分析方法

對這種結構的分析，有三種方法：

1)將車架、罐座分別建模，按實際安裝關系進行裝配，對裝配體進行有限元分析。

2)按車架罐座一體結構進行有限元分析。

3)分別對罐座和車架進行有限元分析，兩者均滿足設計要求為合格。

以上，方式1最為接近實體的結合關系，方式2、方式3是否可采用，以出口日本的360t熔鋼臺車為例，進行分析研究。

本項目360t熔鋼臺車，載重360t，一種臺車滿足兩種工況，通過加裝罐座下方的調整支座，來滿足熔鋼和AP兩種工藝對鋼水罐不同高度的要求。

采用方式1按裝配體分析：

載荷：360t，作用在罐座支撐面上。

約束條件：固定鉸鏈，作用于平衡輪組與車架配合的圓弧面上

變形條件：接觸不穿透，如圖3所示

圖3 360 t熔鋼臺車分析方式1約束設置

應力分析結果：見圖4

圖4 360 t熔鋼臺車分析方式1應力分布

采用方式2分析：

載荷和約束條件不變，應力分析結果見圖5。

圖5 360 t熔鋼臺車分析方式2應力分布

采用方式3分析：

對車架載荷值不變，作用位置改為罐座下方安裝板，約束條件不變，分析結果見圖6。

圖6 360 t熔鋼臺車分析方式3車架應力分布

對于罐座：載荷360t，作用在罐座支撐面上，約束條件為底面固定。分析結果見圖7。

圖7 360 t熔鋼臺車分析方式3罐座應力分布

將3種分析結果一同對比：

表1 360 t熔鋼臺車三種分析方式應力分析結果對比

對比分析結果：方式2與方式1，應力最大值接近，應力分布也基本一致；方式3與方式1對比，最大應力區不一致，數值也相差較大。根據模型受力變形的分析，載荷作用部位靠近車架大梁內側，車架受力有向內翻轉的變形，見圖8，導致罐座與車架連為一體時的受力變形和單獨罐座不同，所以分析方法3不夠準確。

圖8 360 t熔鋼臺車分析方式1變形結果

方式1是按照實體的實際裝配進行模擬分析的，分析結果準確，但實際應用中，因為臺車本身結構復雜，建立模型數據空間大，程序在按照裝配關系運算時運算量非常大，對電腦的配置要求高，運算一次時間很長，經常會因為運算量過大，導致程序癱瘓。在設計時經常要根據分析反復修改模型進行多次模擬運算，這樣就需要更長的時間。而對于同一模型，分析計算時整體焊接件的運算量要比裝配件小得多，電腦運算速度快得多。根據分析對比，方式2可近似代替方式1，應用起來更便捷。

4 結論

對熔鋼臺車這類的冶金車輛，當罐座與車架為螺栓連接時，根據鋼結構設計原理，罐座與車架靠連接板間的摩擦阻力傳遞剪力，以摩擦阻力剛被克服時作為連接承載力的極限狀態。只要摩擦阻力足夠大，也就是說，連接螺栓組的強度計算合格，預緊力滿足要求，連接板間不發生相對滑動，就可以近似看做焊接結構。在建模做有限元分析時就可以按照整體焊接結構進行分析，程序的分析運算量大幅降低，也提高了工作效率。

按此分析方法，已經應用到出口日本的熔鋼臺車和AP臺車上。