落地橫移式移蓋機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙自強(qiáng)，邵 琳，索 婷

(中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

移蓋機(jī)是將高爐主鐵溝第一段溝蓋板移開及蓋上的專用設(shè)備，是高爐爐前關(guān)鍵設(shè)備之一。目前市場(chǎng)上移蓋機(jī)基本有三種形式［1］:一種是吊掛平移式結(jié)構(gòu)，安裝在風(fēng)口平臺(tái)下沿，沿軌道移動(dòng)，靠桿機(jī)構(gòu)提升降落溝蓋，其主要?jiǎng)幼鳛楦軛U升降和小車沿軌道行走，溝蓋起吊后移動(dòng)的方向和遠(yuǎn)近取決于風(fēng)口平臺(tái)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(jié)構(gòu)，是由運(yùn)動(dòng)步驟分開的兩個(gè)油缸進(jìn)行溝蓋的提升和移動(dòng)，其溝蓋移動(dòng)的方向取決于移蓋機(jī)基礎(chǔ)的方向，移動(dòng)距離取決于連桿長度和油缸行程，溝蓋移動(dòng)過程中高度有小范圍變化，平穩(wěn)性相對(duì)較差，該型移蓋機(jī)舉升的高度有限，適用于中型高爐;還有一種是基座回轉(zhuǎn)折疊式，坐落在出鐵場(chǎng)平臺(tái)上，杠桿液壓式提升機(jī)構(gòu)，其主要?jiǎng)幼鳛闄C(jī)座回轉(zhuǎn)，主臂伸縮及升降。移蓋機(jī)負(fù)責(zé)開兩個(gè)鐵口動(dòng)作復(fù)雜，故障率高，不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高節(jié)奏的需求。

由于天津某鋼廠爐前風(fēng)口平臺(tái)較低，相對(duì)于出鐵場(chǎng)上表面約2400 mm，常用的三種移蓋機(jī)均無法使用。因此，中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司為其設(shè)計(jì)制造了落地橫移式移蓋機(jī)。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

1.1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

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(shè)備最大高度 ～2200 mm

起重量 20 t(max)

液壓系統(tǒng)工作壓力 25 MPa

1.2 設(shè)備組成

該落地橫移式移蓋機(jī)機(jī)械主要由機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)所組成。其中機(jī)械設(shè)備包括固定機(jī)架、移動(dòng)小車、移動(dòng)液壓缸、提升液壓缸、提升機(jī)構(gòu)、液壓配管、限位裝置、鐵溝蓋等零部件。如圖1 所示。

(1)固定機(jī)架。機(jī)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(dòng)小車及小車滑道間隙的調(diào)整。

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

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

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

(5)限位開關(guān)及電纜。移蓋機(jī)的行走和提升均設(shè)有接近開關(guān)，接近開關(guān)的位置遠(yuǎn)離鐵口區(qū)，并選用耐高溫電纜聯(lián)接。耐高溫電纜外套耐高溫套管通過設(shè)備本體電纜管道接向控制室。

圖1 落地橫移式移蓋機(jī)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(jìn)－前進(jìn)減速－前進(jìn)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(tǒng)停止。

取蓋流程:小車前進(jìn)－前進(jìn)減速－前進(jìn)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(tǒng)停止。

各運(yùn)行部件均設(shè)置有限位裝置，由機(jī)械加電器的控制方式控制液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

1.4 設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

(1)升降、進(jìn)退機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)，動(dòng)力源可靠;設(shè)備在高溫、多粉塵及渣鐵噴濺的環(huán)境下能長期穩(wěn)定工作。

(2)整機(jī)設(shè)備高度約為2200 mm，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、起重量大、占地面積小。

(3)該設(shè)備整機(jī)高度低，幾乎不受高爐風(fēng)口平臺(tái)的高度限制，適用于高爐爐容在1000 m3以上泥炮、開鐵口機(jī)同側(cè)布置的煉鐵高爐出鐵場(chǎng)，工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)合理可行。

2 移動(dòng)小車撓度及強(qiáng)度校核

由圖1 所示，提升鐵溝蓋到最高位置時(shí)整個(gè)設(shè)備處于極限位置，由鐵溝蓋8 和移動(dòng)小車2 等部件自重產(chǎn)生的撓度變形會(huì)影響鐵溝蓋的提升高度。而且設(shè)備工作狀態(tài)時(shí)移動(dòng)小車是受力最大最容易失效的部件，因此必須對(duì)移動(dòng)小車受力進(jìn)行校核，以確保設(shè)備的安全性。

移動(dòng)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(dòng)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(dòng)小車受力簡圖Fig.2 Moving frame force schematic diagram

圖3 移動(dòng)小車截面圖Fig.3 Section plane of moving frame

2.1 小車長度方向的撓度計(jì)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(duì)B 端的距離，4.2 m。fA為小車前端相對(duì)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(yīng)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(fù)號(hào)表示與力P 方向相反);y為危險(xiǎn)截面(見圖3)。

材料許用應(yīng)力為［σ］=148 MPa，σ ＜［σ］，合格。

通過計(jì)算說明移動(dòng)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(jī)行走液壓缸是整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，其推力主要取決于移蓋機(jī)的運(yùn)行阻力及運(yùn)行的摩擦阻力。

式中，P摩為移蓋機(jī)小車運(yùn)行摩擦阻力;Q為移蓋機(jī)提升載貨重量;G為移蓋機(jī)自重;f0為摩擦阻力系數(shù)［3］，f0=(2K +μd)K'/D ;K為滾動(dòng)摩擦系數(shù);μ為軸承摩擦系數(shù);d為軸承內(nèi)徑;K'為附加摩擦阻力系數(shù);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(huán)境，為避免油缸變形，選用油缸規(guī)格尺寸為φ200/φ125 mm，S=4000 mm。液壓系統(tǒng)調(diào)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(shù)計(jì)算出提升液壓缸的行程，根據(jù)最大起吊重量可得到溝蓋各提升位置對(duì)應(yīng)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(jù)油缸最大推力乘以安全系數(shù)，最終選用油缸的規(guī)格尺寸為φ140/φ100，S=585 mm。液壓系統(tǒng)調(diào)定壓力28 MPa，提升油缸工作壓力約25 MPa。

5 結(jié)論

該落地橫移式移蓋機(jī)整機(jī)設(shè)備高度低幾乎不受高爐風(fēng)口平臺(tái)的高度限制，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、起重量大、占地面積小，工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)合理可行，在天津某鋼廠運(yùn)行取得了較好的效果。由于落地橫移式移蓋機(jī)在當(dāng)時(shí)國內(nèi)還無先例，所以落地橫移式移蓋機(jī)的成功研制及應(yīng)用填補(bǔ)了此類產(chǎn)品在國內(nèi)的空白。

［1］龔道雄，徐長生.臂架擺動(dòng)式全回轉(zhuǎn)高爐前移蓋機(jī)的設(shè)計(jì)及其臂架結(jié)構(gòu)分析［J］.冶金設(shè)備，2009(1).

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