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(tái)車為冶金行業(yè)煉鋼工藝中運(yùn)輸滿載鋼水罐的設(shè)備。罐座是支撐鋼水罐的支座，一般的熔鋼臺(tái)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(fù)載。有的臺(tái)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(xué)分析時(shí)與整體焊接結(jié)構(gòu)略有不同。

2 座結(jié)構(gòu)簡介

一般的熔鋼臺(tái)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(shí)可以將罐座和車架一同做成焊接件，設(shè)定邊界條件、進(jìn)行網(wǎng)格化并分析。螺栓連接車架及罐座結(jié)構(gòu)的熔鋼臺(tái)車，如圖2所示，兩者之間是裝配關(guān)系。

圖1 車架與罐座焊接式臺(tái)車

圖2 車架與罐座螺栓連接式臺(tái)車

3 有限元分析方法

對這種結(jié)構(gòu)的分析，有三種方法：

1)將車架、罐座分別建模，按實(shí)際安裝關(guān)系進(jìn)行裝配，對裝配體進(jìn)行有限元分析。

2)按車架罐座一體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。

3)分別對罐座和車架進(jìn)行有限元分析，兩者均滿足設(shè)計(jì)要求為合格。

以上，方式1最為接近實(shí)體的結(jié)合關(guān)系，方式2、方式3是否可采用，以出口日本的360t熔鋼臺(tái)車為例，進(jìn)行分析研究。

本項(xiàng)目360t熔鋼臺(tái)車，載重360t，一種臺(tái)車滿足兩種工況，通過加裝罐座下方的調(diào)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(tái)車分析方式1約束設(shè)置

應(yīng)力分析結(jié)果：見圖4

圖4 360 t熔鋼臺(tái)車分析方式1應(yīng)力分布

采用方式2分析：

載荷和約束條件不變，應(yīng)力分析結(jié)果見圖5。

圖5 360 t熔鋼臺(tái)車分析方式2應(yīng)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(jié)果見圖6。

圖6 360 t熔鋼臺(tái)車分析方式3車架應(yīng)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(jié)果見圖7。

圖7 360 t熔鋼臺(tái)車分析方式3罐座應(yīng)力分布

將3種分析結(jié)果一同對比：

表1 360 t熔鋼臺(tái)車三種分析方式應(yīng)力分析結(jié)果對比

對比分析結(jié)果：方式2與方式1，應(yīng)力最大值接近，應(yīng)力分布也基本一致；方式3與方式1對比，最大應(yīng)力區(qū)不一致，數(shù)值也相差較大。根據(jù)模型受力變形的分析，載荷作用部位靠近車架大梁內(nèi)側(cè)，車架受力有向內(nèi)翻轉(zhuǎn)的變形，見圖8，導(dǎo)致罐座與車架連為一體時(shí)的受力變形和單獨(dú)罐座不同，所以分析方法3不夠準(zhǔn)確。

圖8 360 t熔鋼臺(tái)車分析方式1變形結(jié)果

方式1是按照實(shí)體的實(shí)際裝配進(jìn)行模擬分析的，分析結(jié)果準(zhǔn)確，但實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榕_(tái)車本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建立模型數(shù)據(jù)空間大，程序在按照裝配關(guān)系運(yùn)算時(shí)運(yùn)算量非常大，對電腦的配置要求高，運(yùn)算一次時(shí)間很長，經(jīng)常會(huì)因?yàn)檫\(yùn)算量過大，導(dǎo)致程序癱瘓。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常要根據(jù)分析反復(fù)修改模型進(jìn)行多次模擬運(yùn)算，這樣就需要更長的時(shí)間。而對于同一模型，分析計(jì)算時(shí)整體焊接件的運(yùn)算量要比裝配件小得多，電腦運(yùn)算速度快得多。根據(jù)分析對比，方式2可近似代替方式1，應(yīng)用起來更便捷。

4 結(jié)論

對熔鋼臺(tái)車這類的冶金車輛，當(dāng)罐座與車架為螺栓連接時(shí)，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)作為連接承載力的極限狀態(tài)。只要摩擦阻力足夠大，也就是說，連接螺栓組的強(qiáng)度計(jì)算合格，預(yù)緊力滿足要求，連接板間不發(fā)生相對滑動(dòng)，就可以近似看做焊接結(jié)構(gòu)。在建模做有限元分析時(shí)就可以按照整體焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，程序的分析運(yùn)算量大幅降低，也提高了工作效率。

按此分析方法，已經(jīng)應(yīng)用到出口日本的熔鋼臺(tái)車和AP臺(tái)車上。