陳瑞星

摘 要：為了增加高線廠加熱爐生產(chǎn)效率及匹配煉鋼廠的熱送系統(tǒng)，高線廠在不破壞原地基的基礎(chǔ)上，進(jìn)行液壓系統(tǒng)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)—— 分滑鋼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)鋼坯熱送最大化。其占地面積小，投資少，完全滿足工藝要求。

關(guān)鍵詞：熱送 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 液壓系統(tǒng) 分滑鋼機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0119-02

高速線材廠新爐區(qū)設(shè)備是在原生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了增加加熱爐生產(chǎn)效率及匹配煉鋼廠的熱送系統(tǒng)而進(jìn)行的項(xiàng)目，分滑鋼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與改造就是其中最重要的部分之一。

分滑鋼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)因現(xiàn)場(chǎng)舊廠房部分基礎(chǔ)不允許破壞，且場(chǎng)地狹窄無(wú)法選用減速機(jī)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，其平面占地面積大，基礎(chǔ)無(wú)法牢固布置。經(jīng)測(cè)量計(jì)算決定增設(shè)液壓系統(tǒng)加機(jī)械曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（見圖1），其平面占地面積小，舊基礎(chǔ)不但可以利用還易于牢固落位，既節(jié)省施工量也節(jié)省資金。

1 增設(shè)分滑鋼機(jī)構(gòu)的作用

（1）使煉鋼熱坯和軋鋼生產(chǎn)節(jié)奏良好的匹配，以保證熱送坯料數(shù)量的最大化。

（2）由于舊廠房部分基礎(chǔ)不允許拆除，選擇分滑鋼機(jī)構(gòu)使得熱坯可以順利的進(jìn)入軋鋼生產(chǎn)線。

2 分滑鋼機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理

分滑鋼機(jī)構(gòu)由長(zhǎng)搖桿系統(tǒng)和短搖桿系統(tǒng)組成，各七組，短搖桿位于長(zhǎng)搖桿中間（見圖2），短搖桿系統(tǒng)中的滑軌機(jī)構(gòu)與長(zhǎng)搖桿的排鋼架對(duì)接處，即A、B點(diǎn)之間的距離為130 mm<單根熱坯截面寬度160 mm（見圖1），

使得最下面一根熱坯P總能落在短搖桿的擺動(dòng)范圍內(nèi)。長(zhǎng)、短搖桿各由兩個(gè)油缸經(jīng)過長(zhǎng)主、被動(dòng)搖桿和短主、被動(dòng)搖桿驅(qū)動(dòng)（見圖2）。分滑鋼機(jī)構(gòu)左側(cè)是移鋼機(jī)構(gòu)，熱坯由移鋼機(jī)構(gòu)輸送到分滑鋼機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)搖桿排鋼架處，從排鋼架慢慢下滑到最低位B，第一根熱坯正好落在滑鋼架上。在分滑鋼機(jī)構(gòu)得到進(jìn)鋼指令時(shí)，長(zhǎng)搖桿油缸活塞桿縮回，使長(zhǎng)搖桿沿主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約48°，在排鋼架上的熱坯（3～4根）隨著下降直到C點(diǎn)，使得A點(diǎn)左側(cè)的熱坯與熱坯P錯(cuò)開，到位后，短搖桿開始動(dòng)作，沿主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約48°帶動(dòng)最下面熱坯P沿滑軌弧面滑落到入爐輥道上，再由入爐輥道送入加熱爐。短搖桿動(dòng)作完成并完全復(fù)位后，長(zhǎng)搖桿復(fù)位，使得倒數(shù)第2根熱坯進(jìn)入短搖桿滑軌架AB處，等待第二次進(jìn)鋼指令，分滑鋼機(jī)構(gòu)一個(gè)周期動(dòng)作完成，周期40s。

3 長(zhǎng)、短搖桿的受力分析

因長(zhǎng)、短搖桿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)受力均遠(yuǎn)小于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)受力可不予以分析，以下的受力分析均是指順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力。

3.1 長(zhǎng)搖桿的受力分析

圖3為長(zhǎng)搖桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)48度完全復(fù)位時(shí)的位置，已知：4根鋼坯重量G鋼=90160 N，7組長(zhǎng)搖桿重量G長(zhǎng)=51292.2 N，2組主動(dòng)搖桿重G1=3008.6 N，7組被動(dòng)搖桿單重G2=10921.1 N。

按長(zhǎng)搖桿動(dòng)作要求，當(dāng)油缸活塞桿伸出時(shí)，α角不變，被動(dòng)搖桿將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)48度。在這過程中被動(dòng)搖桿所受豎直方向力的力臂逐漸減小，受力則越來越大，當(dāng)轉(zhuǎn)過48度時(shí)達(dá)到最大值。由此可知長(zhǎng)被動(dòng)搖桿在最高位B點(diǎn)所受力最大，力的方向沿著搖桿向下，如圖3中的F2。

（1）當(dāng)被動(dòng)搖桿處B點(diǎn)時(shí)的受力分析。

對(duì)于A點(diǎn)：MA=G鋼×L鋼+G長(zhǎng)×L長(zhǎng)'-F2'×L2=0；MA=G鋼×L鋼+G長(zhǎng)×L長(zhǎng)/2-F2'×L2=0F2'≈113650 N

由作用力與反作用力可知：被動(dòng)搖桿所受豎直方向力F2=F2'=113650 N，力的方向相反。

對(duì)于O點(diǎn)：因此時(shí)被動(dòng)搖桿所受力對(duì)于“O”點(diǎn)力臂為0，所以MO=G1×L1-F缸×L缸=0。

由此可知：此時(shí)油缸所承受的力只有主動(dòng)搖桿的重力，受力最小，即當(dāng)被動(dòng)搖桿到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，被動(dòng)搖桿所受力最大，但對(duì)于此時(shí)的液壓缸所受力卻是最小。（此時(shí)應(yīng)該考慮到被動(dòng)搖桿的抗壓強(qiáng)度并進(jìn)行校核，這里不予詳細(xì)分析）

（2）當(dāng)被動(dòng)搖桿處于B'位（最低位）的受力分析。

如圖5所示，由于長(zhǎng)搖桿繞A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度很?。ㄖ挥?°）相對(duì)熱坯的重量、搖桿本身及被動(dòng)搖桿的力距影響很小，可忽略不計(jì)。

對(duì)于B'點(diǎn)，被動(dòng)搖桿上的滾輪與長(zhǎng)搖桿是點(diǎn)接觸，被動(dòng)搖桿受力方向是垂直于長(zhǎng)搖桿的底面，由于長(zhǎng)搖桿旋轉(zhuǎn)角度很小，其受力方向可看作近似豎直計(jì)算，如圖5中的F2。

對(duì)于A點(diǎn)在豎直方向：MA=G鋼×L鋼+G長(zhǎng)×L長(zhǎng)'-F2'×L2'=0

L2'=1335+L被×Sin48°=1673mmF2'≈91875N

由作用力與反作用力可知：被動(dòng)搖桿所受豎直方向力F2=F2'=91875 N，方向相反。

對(duì)于O點(diǎn)：MO=F2×L2+G1×L1+G2×L2/2-F缸×L缸=0；F缸=（F2×L2+G1×L1+G2×L2/2）/L缸F缸≈108351 N

由于兩根液壓缸驅(qū)動(dòng)，所以單根缸的最大受力：F=54175.5 N（摩擦力不考慮），活塞桿受壓（此時(shí)需對(duì)長(zhǎng)搖桿主動(dòng)軸進(jìn)行抗扭、對(duì)主動(dòng)搖桿進(jìn)行抗彎強(qiáng)度的校核，這里不予詳細(xì)分析）。

（3）油缸選型。

由長(zhǎng)搖桿的動(dòng)作要求可得，油缸的行程為280 mm，長(zhǎng)搖桿的動(dòng)作周期按20 s算。參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5卷中表37.5-6，油缸工作壓力為10 Mpa>7.0 MPa，選d/D= 0.7。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5卷當(dāng)往返速度相同時(shí)有d/D=0.71，由0.7≈0.71可知油缸的往返速度近似相同。即油缸活塞伸長(zhǎng)280 mm時(shí)可按10 s算。

所以油缸活塞相對(duì)缸體的速度：v1≈v2=0.028 m/s

由對(duì)長(zhǎng)搖桿系統(tǒng)的受力分析可知油缸活塞桿在原始點(diǎn)，且受壓時(shí)受力最大，即活塞桿剛伸出（長(zhǎng)搖桿復(fù)位）的瞬時(shí)受力最大，見圖7。

活塞桿受壓時(shí)：F=P1A1-P2A2

則：A1=（F+P2A2）/P1（A1=πD2/4）；D2=4 F/π[P1-P2×0.72）]G鋼D=84.1 mm

P1為液壓缸工作腔壓力；P2為液壓缸回油腔壓力；

由于油缸所接液壓回路系統(tǒng)簡(jiǎn)單，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5卷中表37.5-5，?。篜2=0.5MPa。

考慮到分滑鋼機(jī)構(gòu)中的機(jī)械卡阻力、油缸的機(jī)械效率等因素，油缸缸徑選100mm，故選擇C25ZB型油缸型號(hào)：C25ZB100/70-280MIA-K220。

3.2 短搖桿的受力分析（圖4為短搖桿起始位置）

已知：1根鋼坯重量約為：G鋼=22540 N，7組短被動(dòng)搖桿重量：G鋼=19708.8N，2組主動(dòng)搖桿重：G=2028.6 N。

在起始位置，如圖4。

（1）對(duì)于A點(diǎn)存在：∵M(jìn)A=G鋼×L鋼+G被×L被+G主×L主-F缸×L缸=0；∴F缸=（G鋼×L鋼+G被×L被+G主×L主）/L缸F缸=55407N

在旋轉(zhuǎn)48度后，此時(shí)短搖桿處于最高位，如圖6。

對(duì)于A點(diǎn)同樣存在：∵M(jìn)A=G鋼×L鋼+G被×L被+G主×L主-F缸×L缸=0；∴F缸=G鋼×L鋼+G被×L被+G主×L主/L缸≈37757.2N

因55407 N>37757.2 N，可知油缸在初始位置受力最大，此時(shí)活塞桿受壓。（在初始位置需對(duì)短搖桿主動(dòng)軸進(jìn)行抗扭、對(duì)主、被動(dòng)搖桿進(jìn)行抗彎強(qiáng)度的校核，這里不予詳細(xì)分析）

由于是兩根液壓缸驅(qū)動(dòng)，所以單根缸的最大受力：F=27703.5 N（摩擦力不考慮）

（2）油缸選型

和長(zhǎng)搖桿分析一樣，由短搖桿的動(dòng)作要求可得，油缸的行程為375 mm，短搖桿的動(dòng)作周期也是20秒。取d/D=0.7≈0.71油缸的往返速度近似相同。即油缸活塞伸長(zhǎng)375 mm時(shí)可按10 s算。

油缸活塞相對(duì)缸體的速度：v1≈v2=0.0375 m/s。

根據(jù)短搖桿系統(tǒng)受力分析可知油缸在原始點(diǎn)受力最大，此時(shí)活塞桿受壓，和長(zhǎng)搖桿油缸受力分析一樣。

活塞桿受壓時(shí)：F=P1A1-P2A2 A1（A1=πD2/4）D2=4F/π[P1-P2×0.72）]D=60.1 mm

考慮到分滑鋼機(jī)構(gòu)中的機(jī)械阻力、油缸機(jī)械效率等因素，油缸缸徑選80 mm，故選擇C25ZB型油缸型號(hào)：C25ZB80/56-375MIA-K300。

4 應(yīng)用效果

高線廠分滑鋼機(jī)構(gòu)的投入使用已經(jīng)5年多，與預(yù)計(jì)效果一樣，完全滿足設(shè)備工況、工藝要求，設(shè)備故障率低，維修方便，在不損傷原地基的基礎(chǔ)上完成了整個(gè)布局，安裝放便、施工周期短、投資少，實(shí)現(xiàn)了熱坯輸送的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991.