钢包浇铸车的开发设计

摘 要：文章简要介绍了钢包浇铸车设计原理及参数的确定，并对开发设计过程中相关的技术难点进行分析，提出关键技术的解决方法。

关键词：钢包浇铸车；横移轨道装置；载重滚轮小车；横移油缸装置；称量

1 概述

随着我国钢铁工业和制造业的发展，在普钢基本实现全连铸化之后，特殊钢的生产也随着产量的增长而进入大规模、高标准、安全高效的生产方式。钢包浇铸车就是替代“行车吊包浇铸”这种传统方式而产生的新产品。

传统的“行车吊包浇铸”方式，由于钢丝绳是软的，所以对位时间长且对位精度差，行车长时间吊包作业安全性极差，无法精确计量钢包浇出钢水和剩余钢水量，浇铸口的保护很困难。使用钢包浇铸车进行浇铸作业就解决了上述问题。

2 浇钢车的组成

钢包浇铸车由行走传动装置、底梁、框架、工作平台、横移轨道装置、横移油缸装置及称量系统等组成。行走采用变频调速，垂直横移采用液压缸驱动，较好地解决了精确定位问题。采用钢结构框架支承钢包进行浇铸作业，安全可靠。车上采用电子称量系统可以清楚显示浇铸的钢水量和浇铸速度。一旦调整好，滑动水口与浇铸管的相对位置就固定了，就能对浇铸口进行保护作业了。（图1）

1.传动装置；2.底梁；3.横梁；4.工作平台；5.横移轨道装置；6.横移油缸装置；7.称量系统

图1 钢包浇铸车的组成

3 钢包浇铸车的主要参数确定

3.1 行走计算

3.1.1 运行阻力计算

满载最大运行静阻力 Fj=Fm+Fp

满载最大摩擦阻力 Fm=（∑G）*（2*f+μ*d）/D*β

坡道阻力 Fp=i*∑G

总重量 ∑G=G0+G1+G2+G3

式中：G0-台车自重；G1-空罐重量；G2-钢水重量；G3-附加重量；d-轴承内径；D-车轮直径；f-滚动摩擦系数；μ-车轮轴承摩擦系数；β-附加摩擦阻力系数；i-轨道坡度（桥机0.001门机0.003小车0.002，此处取0.002）

3.1.2 电动机选择

电动机静功率Pj=Fj*V0/1000/η/m

初选电动机功率 P=Kd*Pj

选定电机功率Pn

式中：V0-运行速度；η-机械效率；m-电动机/制动器数量；Kd-惯性力影响系数。

3.2 横移结构分析与计算

移动结构通常是轮子与轨道（滚动摩擦），或滑块与轨道（滑动摩擦）。载重较大时，如果选用轮轨关系，则大轮压结构尺寸大；如果选滑轨则大载荷下的摩擦阻力大，不易控制。因此，在结构上选择了“载重滚轮小车”这个特殊部件，即保证了滚动摩擦，又减小了结构尺寸。（图2、图3）

1.上导轨；2.重载滚轮小车；3.下导轨；4.导轨架

图2 横移轨道装置

1.液压缸；2.油缸下耳座；3.油缸上耳座

图3 横移油缸装置

既然是滚动摩擦就可以参照车辆行走阻力计算公式计算阻力。

滚轮上总载荷 G=G1+G2 单位：t

摩擦阻力 Fj=20G 单位：kg

采用2个油缸推动，则每个油缸推力 F1=Fj/2，单位：kg

液压缸最高总顶升力 Fz=Pmax*π*D^2/4/1000*n*杠杆比，单位：kN

液压系统最高工作压力 Pmax=60*Ne*η/Q，单位：MPa

电机功率N=P*Q/60/η，单位：kw

液压系统实际流量 Qs=q*n0/1000*ηv，单位：1/min

液压缸工作流量 Qg=L*60/t，单位：l/min，t=24h

液压缸总用油量 L=L1*n，单位：l

单个液压缸用油L1=π*D^2/4*S/10^6，单位：l

顶升力富余系数 Sn=F/G/10

液压缸总顶升力 F=F1*n，单位：kN

单个液压缸顶升F1=P*π*D^2/4/10^3，单位：kN

式中：η-液压泵机械效率；n0-电动机额定转速；ηv-液压泵的容积效率；q-液压泵排量；P-液压缸工作压力；t-液压缸全伸出时间；S-液压缸行程；d-液压缸活塞杆径；D-液压缸缸径；n-液压缸数量

3.3 框架惯性力计算分析

在满罐载荷下，浇钢车紧急制动下，框架结构在惯性力的作用下产生的应力和应变。详见框架有限元分析云图。（图4、图5）

3.4 称量系统

采用由四个耐高温传感器组成的称量箱式电子称量系统，经过二次仪表后可以接入计PLC系统，可以清楚显示浇铸的钢水量和浇铸速度。

4 技术创新点

（1）应用了“载重滚轮小车”这个“新产品”，解决了大载荷下的结构尺寸问题，横移装置结构小，使浇钢车整体布局合理。（2）设计框架结构车辆，为今后设计高重心的移动设备积累了经验。（3）采用称量技术，并采用PLC控制及大屏幕显示，能精准的对浇铸过程进行监控。（4）采用机、电、液一体化设计，具有称量、行走、横移等功能车，实现了钢包在车上横移对中。

5 结束语

钢包浇铸车的开发设计，是钢铁行业品种的一次提升，社会效益、经济效益显著。经实践检验，其具有定位精准、制造成本低、维修简单方便、产品寿命高、运行可靠等优点。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].

[2]包起帆.起重机设计手册[M].

[3]过玉卿.起重运输机械[M].

作者简介：蔡晓军（1966-），女，高级工程师，主要从事机械类产品的设计开发工作。