钢厂1000m3级别高炉料车斜桥静力分析.doc

某钢厂1000m3级别高炉料车斜桥的静力分析 摘要：本文通过AutoCAD作图法对某钢厂1000m3级别高炉料车斜桥上料过程进行了静力学分析，计算得出了斜桥及卷扬机卷筒、绳轮、钢丝绳等设备和材料在空料车、正常装焦、正常装矿、过载装矿、料车卡住等各种工况下的受力，为结构专业进行计算提供了依据。关键词：1000m3级高炉、矿槽及上料系统，料车，斜桥，静力分析引言目前，高炉上料主要采用两种方式，一种是料车斜桥，另一种是通用胶带输送机1。一般而言，有效容积较小、炉容在1000m3以下的小型高炉，因其占地小，设备简单，投资少，运行费用低多采用前者2。在斜桥设计过程中，在确定了卷扬机功率、料车重量、斜桥倾角等参数之后，还需要对斜桥进行受力分析以确定斜桥所承受的荷载3。以下就是在设计过程中运用AutoCAD作图法对某钢厂1000m3级别高炉料车斜桥进行的静力分析。1. 计算条件的确定1.1 基本参数1) 料车有效容积Vu=8.5m3;2) 焦炭堆比重焦=0.55t/m3;3) 矿石堆比重矿=2.5t/m3;4) 空料车自重G空=8301kg； 5) 正常装焦料车重G焦=G空+焦Vu=12976kg； （1）6) 正常装矿料车重G矿=G空+矿Vu=29551kg； （2）7) 过载装矿料车重G过=34626kg；8) 斜桥倾角=59.0710；9) 物料动堆角35；1.2 料车位置的选择本文仅对重料车和空料车相遇处的斜桥直段进行静力分析。1.3 事故状态 料车运行过程中有可能发生前轮卡住事故，会瞬间对轨道产生巨大轮压，因此需要考虑在满载装矿条件下车轮被卡时斜桥的受力情况。1.4 静力分析中的主要符号 R1轨道对料车前对轮的反作用力（kg）R2轨道对料车后对轮的反作用力（kg）R R1和R2合力（kg）X1R至前对轮中心线的垂直距离（mm）X2R至后对轮中心线的垂直距离（mm）Q 空料车或重料车重量（kg）T 钢丝绳静张力（kg），沿料车拉杆方向 F 阻止料车运行的卡住力（kg），平行于轨道 Tx钢丝绳对绳轮的水平拉力（kg） Ty钢丝绳对绳轮的垂直拉力（kg） Tx钢丝绳对卷筒的水平拉力（kg） Ty钢丝绳对卷筒的垂直拉力（kg） T空空料车运行时钢丝绳拉力（kg）其中，在料车正常行驶状况下有：R=R1+R2 （3） R1X1=R2X2 （4）在料车发生前轮卡住事故时，（4）式变为：R1X1+R2X2=0 （5）2. 计算方法及过程 利用AutoCAD程序的绘图功能，分别以料车、绳轮、卷扬机卷筒为研究对象进行受力分析，以力的大小为边长绘制力学矢量三角形，通过量取其他边的长度即可得出T、R、F等力的大小。2.1 料车的静力分析2.1.1 空料车状态下（空料车重心位置为已知）Q=G空，前后轮对轨道压力均为正压，受力分析见图1。2.1.2 正常装焦状态下Q=G焦，受力分析见图2。2.1.3 正常装矿状态下Q=G矿，受力分析见图3。2.1.4 过载装矿状态下Q=G过，受力分析见图4。2.1.5 事故状态下料车上行前轮卡住，在有压轮轨的情况下，后轮压在压轮轨上，产生负压力（R2取负值），此时卡住力作用在前轮上。T的大小按下式求得：T=2MKi/DT=2Mni/DT （6）式中： MK电动机在料车卡住时的转矩，公斤米； 电动机的过载系数； Mn 电动机额定转矩，公斤米； 料车卷扬机的机械效率；i料车卷扬机传动机构总传动比； DT 料车卷扬机卷筒直径，米；本例中，从设备厂家提供数据中查得卷扬机以上各参数分别为：=3.2，Mn=627.2，=0.9，i=35.5，DT=1.8带入,算得 T=71248kg受力分析见图5。 图1 空料车受力分析图 图2 正常装焦下的受力分析图 图3 正常装矿下的受力分析图 图4 过载装矿下的受力分析图图5 事故状态下的受力图2.2 绳轮的受力分析绳轮受到钢丝绳的张力，可分解为水平和垂直两个方向作用力（见图6）。在某钢厂的料车斜桥设计中，在空料车和重料车相遇处，绕过绳轮的钢丝绳与水平方向的夹角分别为v和u（其中u取平均角度）：v= 63.1231u=(47.9852+45.9233)/2=46.9543Tx=T(cos v+ cos u)=1.135T （7）Ty=T( sin v+ sin u)=1.623T （8）将通过作图法求得的钢丝绳张力T的值带入（7）、（8）式，便可得到不同工况下的Tx、Ty。2.3 卷扬机卷筒的受力分析卷扬机卷筒同样受到钢丝绳张力作用，亦可分解为水平和垂直两个方向作用力（见图7）。钢丝绳与水平方向的夹角为u：Tx=(T+T空) cos u=0.6826(T+T空) （9）Ty=(T+T空) sin u=0.7308(T+T空) （10）将通过作图法求得的钢丝绳张力T、T空的值带入（9）、（10）式，便可得到不同工况下的Tx、Ty。 图6 炉顶绳轮的受力分析图 图7 卷扬机卷筒的受力分析图3. 结论与分析计算结果见表1。分析得出以下结论：1) 某钢厂1000m3级别高炉采用料车斜桥方式上料，料车轮压、钢丝绳张力、绳轮及卷扬机卷筒受力均随着装入物料的增多而增大。2) 除空料车及料车前轮卡住状况，其他工况条件下，由于装入物料重心靠近后轮，导致料车的后轮轮压总是大于前轮轮压，因此料车后轮的轴承部件磨损更为严重，相对前轮更容易损坏，其检修更换频率也较前轮更频繁。3) 斜桥钢轨在正常工况下受到的最大荷载为9422.9kg/2=4711.45kg（单根轨）；过载装矿时由于重料车之重心向料车头部移动，因而其后轮轮压相较正常工况下并未显著增大。4) 在事故状态下，料车轮压相当于正常工况下的34倍，在进行斜桥钢结构设计的时候应当予以充分考虑。5) 卷扬机所配带钢丝绳若采取双股绳，则考虑到事故状态，理论上单股钢丝绳的拉断力应大于71248/2kg=35624kg。参考文献1胡邦喜. 武钢4号高炉上料设备改造方案优化设