杜曉敏

（酒鋼集團甘肅筑鼎建設(shè)有限責任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

平板車在工程運輸中非常廣泛，作為一種非道路物流轉(zhuǎn)運設(shè)備[1]，主要應(yīng)用于各大中型機械、冶金等工廠中[2]，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行靈活、安全可靠等諸多優(yōu)點，是各車間跨與跨之間或跨間物件二次倒運的首選設(shè)備。

大型高爐風口設(shè)備是爐前重點設(shè)備之一，其主要包括風口大套、風口中套（以下簡稱風口和中套）和風口小套，設(shè)備材質(zhì)為純銅。由于高爐生產(chǎn)時的高溫沖刷、爐內(nèi)懸料的墜落，往往會導(dǎo)致風口和中套設(shè)備損壞，進而致使設(shè)備內(nèi)部的水冷循環(huán)系統(tǒng)外露，在這種情況下高爐必須休風對中套設(shè)備進行更換[3]。酒鋼7#高爐風口中套等易損件暫存于標高10.25m出鐵場平臺，檢修更換時由頂部天車吊運至標高13.41m風口平臺。但風口平臺不在天車有效作業(yè)面的正下方，已超出了吊鉤的極限位置，每次檢修都是先用天車將中套吊起而后由現(xiàn)場工人將中套拽至風口平臺，橫向拉拽距離2.5m左右，違反了安全操作規(guī)程要求，存在著安全隱患。

筆者經(jīng)過長期以來的摸索思考，結(jié)合現(xiàn)場實際情況設(shè)計出了一種階梯小車。階梯小車位于風口平臺上，將風口平臺延伸至天車有效作業(yè)區(qū)域的正下方。檢修更換中套時，將中套吊運至小車上，而后由小車運回至風口平臺即可，解決了目前風口設(shè)施檢修更換的困難。

1 7#高爐風口現(xiàn)狀探究

酒鋼7#高爐出鐵場平臺位于標高10.25m，而風口平臺位于標高13.41m，垂直高差3.16m。目前，每次檢修更換風口設(shè)備時，備品備件先由出鐵場平臺的頂部天車垂直吊起，而后由現(xiàn)場工人通過繩子拉拽至風口平臺。究其原因是，風口平臺不在天車有效作業(yè)面的正下方，已超出了吊鉤的極限位置。每次檢修橫向拉拽距離2.5m左右，這種斜拉歪拽的情況不僅違反了安全操作規(guī)程的要求而且存在著極高的安全隱患，被集團公司安全環(huán)保部多次責令整改。

風口和中套設(shè)備安裝在風口與大套之間，風口安裝在中套內(nèi)部，各設(shè)備頭部結(jié)合面結(jié)合緊密。其設(shè)備布置如圖1所示[3]。

圖1 高爐風口設(shè)備布置圖

由于高爐生產(chǎn)時的高溫沖刷以及爐內(nèi)懸料的墜落，往往會導(dǎo)致風口設(shè)備損壞，故需要對其進行檢修更換。而目前位于出鐵場平臺的備品備件又無更好的方式到達風口平臺，只能違章作業(yè)。因此，針對以上問題，提出設(shè)計研發(fā)一種新型平板車，將平板車置于風口平臺，檢修時先將備品備件吊運至平板車，而后由平板車將備品備件運回至風口平臺，徹底杜絕違章作業(yè)的問題。

2 階梯小車的設(shè)計

2.1 階梯小車的提出

經(jīng)過上述分析可知，酒鋼7#高爐風口大套（中套）在生產(chǎn)過程中作為易損件需定期檢修更換，而現(xiàn)狀的實際情況是檢修天車無法將備品備件直接吊運至檢修平臺（風口平臺）。如何能夠設(shè)計一種轉(zhuǎn)運設(shè)備將天車吊起的備品備件二次倒運至風口平臺，成為解決此問題的關(guān)鍵。受煉鐵廠委托，筆者通過深入研究并結(jié)合現(xiàn)場實際設(shè)計了一種3t手推式階梯小車，使得該問題得以解決。階梯小車的現(xiàn)場布置，如圖2所示。

圖2 階梯小車布置圖

階梯小車的兩只輪子位于標高13.80m平面，兩只輪子位于標高13.41m平臺（風口平臺），因此得名“階梯小車”。

2.2 階梯小車的設(shè)計思路

平板車的設(shè)計通常分為以下幾個部分：行走部件（車輪）、承載貨臺（車架部分）、牽引部分（拖柄）等[4]，受現(xiàn)有平板車的啟發(fā)，本次設(shè)計階梯小車的設(shè)計思路如圖3所示，主要包括車架、車輪、車軸和拖柄等等幾部分組成，其技術(shù)參數(shù)見表1。

圖3 3t手推階梯小車

表1 3噸手推式階梯小車技術(shù)參數(shù)

（1）車架。設(shè)計中，階梯小車承載貨臺（車架）采用型鋼框架梁式結(jié)構(gòu)，車輪采用滾動軸承式結(jié)構(gòu)，車軸采用45#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作。車架設(shè)計的核心是車架主梁的設(shè)計，主梁設(shè)計必須滿足公式①的正應(yīng)力強度條件要求：Wz≥。

式中：Wz-設(shè)計選用材料的抗彎截面系數(shù)；Mmax-承載貨臺貨物重量及自重對主梁所形成的均攤最大彎矩（Mmax=1/8qL2，其中：q-階梯小車軸距間單位距離上的載重量，N/m；L-階梯小車的軸距，m）；σ-主梁材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa；ψ-0.6，參考《機械設(shè)計手冊》取得[5]。

根據(jù)公式①計算得到Wz再從機械設(shè)計手冊中選取具體的型鋼型號，經(jīng)計算本次設(shè)計采用16a槽鋼作階梯車架主梁，16#工字鋼作為次梁。主要型材材質(zhì)為Q235-A，車架主要由主梁、次梁和頂面鋼板等組成，整體采用焊接工藝進行加工制作。

（2）車輪。車輪作為階梯小車的行走部件，與地面軌道直接接觸易磨損，需具備一定的抗疲勞強度。其踏面抗疲勞強度須滿足②式計算。車輪踏面疲勞強度（線接觸）計算公式如下：

式中：Pc-車輪踏面疲勞計算荷載，N；K-與材料有關(guān)的許用線或點接觸應(yīng)力常數(shù)，MPa；D-車輪直徑，mm；L-車輪與軌道有效接觸長度，mm；C1-轉(zhuǎn)速系數(shù)，按機械設(shè)計手冊選??；C2-工作級別系數(shù)，按機械設(shè)計手冊選取。

經(jīng)計算，采用直徑Φ300mm的車輪，材質(zhì)為鑄鋼ZG270-500（GB/T11352-1989），可以滿足抗疲勞強度要求。

（3）車軸。車軸作為傳力構(gòu)件，將車架承受的荷載分配至車輪，然后由車輪傳至地面。車軸的設(shè)計主要是定出軸的合理外形和軸各段的直徑、長度等構(gòu)件。軸的結(jié)構(gòu)取決于軸的承載性質(zhì)、大小、方向以及傳動布置方案。根據(jù)本次階梯小車的布置情況，按扭轉(zhuǎn)強度及剛度計算軸徑如公式③。

式 中：d-軸 直 徑，mm。T-軸 所 傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩，N·m；；P-軸所傳遞的功率，kW；N-軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min；ζ-許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。

經(jīng)計算，并考慮一定的安全系數(shù)，設(shè)計的車軸直徑為Φ80mm，材質(zhì)為45#鋼，可以滿足強度要求。

（4）拖柄。拖柄作為本次設(shè)計階梯小車的傳動裝置，采用便于抓握的安全欄桿焊接于階梯小車端部，詳見圖3、序號6所示。由于高爐風口大套（中套）檢修頻次較低，本階梯小車使用并不頻繁，因此設(shè)計采取人工推/拉的方式作為小車的運行動力。人力只需克服車輪與軌道的摩擦力即可使小車運行，根據(jù)摩擦力計算公式④，計算推/拉力如下：

式中：F-驅(qū)動階梯小車所需的推力/拉力，N；M-車輪與鋼軌摩擦系數(shù)，設(shè)計取值0.05；M-車輪承受的荷載，kg（單個風口大套/中套的重量約2000kg）；G-重力加速度，9.8N/kg。

經(jīng)計算，人工推力/拉力只需約30kg便可完成倒運作業(yè)。

在依次完成各零部件的詳細設(shè)計后，將各零部件集成、裝配即可完成3噸手推式階梯小車的設(shè)計。其裝配簡圖見圖4。

圖4 階梯小車裝配圖

2.3 用途及適用范圍

本次設(shè)計的3t手推式階梯小車適用于酒鋼7#高爐出鐵場平臺，作為高爐風口大套（中套）的跨間二次倒運設(shè)備。該車的結(jié)構(gòu)型式也適用于車間/廠房跨與跨之間標高不一、存在高差的情況，只需根據(jù)實際高差調(diào)整車架支腿（如圖3序號5所示）高度即可。

3 階梯小車的應(yīng)用

高爐風口大套（中套）的更換吊裝，一直以來是費力費時的工序，也是困擾7#高爐風口大套（中套）檢修亟待解決的問題。受煉鐵廠委托，筆者多次深入現(xiàn)場了解現(xiàn)狀的具體問題，并結(jié)合7#高爐風口平臺及出鐵場平臺的實際狀況，創(chuàng)造性的設(shè)計了一種3t手推式階梯小車用于解決此問題。

目前，階梯小車已按設(shè)計圖紙制作完成并投入使用。下面結(jié)合具體現(xiàn)場實施方式對本次設(shè)計的3t手推式階梯小車的使用和運輸做進一步的說明。根據(jù)酒鋼集團公司安全環(huán)保部的要求，天車作為特種設(shè)備在起吊重物時須垂直吊起，在其有效作業(yè)面（吊鉤極限位置所形成的區(qū)域）內(nèi)完成吊裝作業(yè)，嚴禁將重物斜拉歪拽出有效作業(yè)面。本次通過將7#高爐風口平臺局部加寬2.5m×2.5m，加寬的平臺標高為13.800，風口平臺的標高為13.410，兩者高差39cm。階梯小車一組車輪位于加寬后的平臺，另一組車輪位于風口平臺（如圖2所示），檢修更換風口大套（中套）時，首先利用出鐵場平臺頂部天車將新的風口大套（中套）吊運至3t手推式階梯小車，而后由階梯小車運至風口平臺然后進行檢修更換；更換安裝完成后破損的風口大套（中套）再通過階梯小車運至天車有效作業(yè)區(qū)域，然后由天車吊運至檢修區(qū)域進行維修。從現(xiàn)場使用情況來看，本次設(shè)計的手推式階梯小車輕便靈活，不僅解決了現(xiàn)場存在的實際問題，而且節(jié)省了人力，提高了工作效率，為7#高爐風口設(shè)備檢修帶來了極大的便利。

4 結(jié)語

本文針對酒鋼7#高爐風口和中套等檢修更換的困難問題，而目前國內(nèi)平板車四步行走輪均位于同一平面無法滿足現(xiàn)場使用的要求，設(shè)計了一種3t手推式階梯小車使得該問題得以解決。在存在類似問題的高爐風口設(shè)備檢修中可以推廣應(yīng)用。