趙自強，邵 琳，索 婷

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

移蓋機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。目前市場上移蓋機基本有三種形式［1］:一種是吊掛平移式結(jié)構(gòu)，安裝在風(fēng)口平臺下沿，沿軌道移動，靠桿機構(gòu)提升降落溝蓋，其主要動作為杠桿升降和小車沿軌道行走，溝蓋起吊后移動的方向和遠近取決于風(fēng)口平臺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)，是由運動步驟分開的兩個油缸進行溝蓋的提升和移動，其溝蓋移動的方向取決于移蓋機基礎(chǔ)的方向，移動距離取決于連桿長度和油缸行程，溝蓋移動過程中高度有小范圍變化，平穩(wěn)性相對較差，該型移蓋機舉升的高度有限，適用于中型高爐;還有一種是基座回轉(zhuǎn)折疊式，坐落在出鐵場平臺上，杠桿液壓式提升機構(gòu)，其主要動作為機座回轉(zhuǎn)，主臂伸縮及升降。移蓋機負責(zé)開兩個鐵口動作復(fù)雜，故障率高，不能適應(yīng)現(xiàn)場高節(jié)奏的需求。

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

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及特點

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機械主要由機械部分、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)所組成。其中機械設(shè)備包括固定機架、移動小車、移動液壓缸、提升液壓缸、提升機構(gòu)、液壓配管、限位裝置、鐵溝蓋等零部件。如圖1 所示。

(1)固定機架。機架下部裝有14組固定車輪、上部裝有14組偏心車輪，用來支撐移動小車及小車滑道間隙的調(diào)整。

(2)移動小車。小車上裝有移動液壓缸、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放到指定位置。

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

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

(5)限位開關(guān)及電纜。移蓋機的行走和提升均設(shè)有接近開關(guān)，接近開關(guān)的位置遠離鐵口區(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－前進減速－前進到位－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－前進減速－前進到位－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。

各運行部件均設(shè)置有限位裝置，由機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

(1)升降、進退機構(gòu)采用液壓傳動，動力源可靠;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)備整機高度低，幾乎不受高爐風(fēng)口平臺的高度限制，適用于高爐爐容在1000 m3以上泥炮、開鐵口機同側(cè)布置的煉鐵高爐出鐵場，工程項目經(jīng)濟合理可行。

2 移動小車撓度及強度校核

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

移動小車本體主材選用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 移動小車受力簡圖Fig.2 Moving frame force schematic diagram

圖3 移動小車截面圖Fig.3 Section plane of moving frame

2.1 小車長度方向的撓度計算

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B 端的距離，4.2 m。fA為小車前端相對于末端的撓度;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(負號表示與力P 方向相反);y為危險截面(見圖3)。

材料許用應(yīng)力為［σ］=148 MPa，σ ＜［σ］，合格。

通過計算說明移動小車橫梁選用16 Mn 材料能夠滿足工藝要求。

3 行走液壓缸的確定

移蓋機行走液壓缸是整個設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，其推力主要取決于移蓋機的運行阻力及運行的摩擦阻力。

式中，P摩為移蓋機小車運行摩擦阻力;Q為移蓋機提升載貨重量;G為移蓋機自重;f0為摩擦阻力系數(shù)［3］，f0=(2K +μd)K'/D ;K為滾動摩擦系數(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整機設(shè)備高度低幾乎不受高爐風(fēng)口平臺的高度限制，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、起重量大、占地面積小，工程項目經(jīng)濟合理可行，在天津某鋼廠運行取得了較好的效果。由于落地橫移式移蓋機在當(dāng)時國內(nèi)還無先例，所以落地橫移式移蓋機的成功研制及應(yīng)用填補了此類產(chǎn)品在國內(nèi)的空白。

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

［2］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［4］彭學(xué)元.高爐爐前移蓋機的設(shè)計探討［J］.鋼鐵技術(shù)，2005(4).

［5］周龍義.寶鋼2#高爐揭蓋機選型探討［J］.寶鋼技術(shù)，2001(3).

［6］中國冶金設(shè)備公司編著.現(xiàn)代大型高爐設(shè)備及制造技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1996.

［7］馮馳.新型高爐爐前移蓋機［J］.冶金設(shè)備，2009(6).

［8］郭小敏.寶鋼小夾角鐵口的高爐主鐵溝增設(shè)移蓋設(shè)備的方案設(shè)想［J］.上海寶鋼工程設(shè)計，2000(4).

［9］周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京.冶金工業(yè)出版社，2005.

［10］楊景武.高爐移蓋機吊臂的設(shè)計計算［J］.冶金設(shè)備，2013(S1).