杜守虎

(萊鋼集團設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271104)

0 引言

大包回轉(zhuǎn)臺是現(xiàn)代連鑄技術(shù)應(yīng)用最普遍的一種鋼包承載澆注設(shè)備，通常設(shè)計位于澆注跨與鋼水接收跨之間，具有設(shè)備重量大，安裝更換施工困難等特點。鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備，起著銜接上下兩道工序側(cè)重要作用，它主要由底座、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支撐、事故驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及錨固件六部分組成。

鋼包回轉(zhuǎn)臺受力環(huán)境復(fù)雜，其受力主要特點主要包括:重載，通常鋼包滿載鋼水時重量多達幾十噸到幾百噸;偏載，其運行工況復(fù)雜，在不同階段可以分為以下幾種情況，同時滿載、一邊滿載一邊空鋼包、一邊滿載一邊無鋼包、兩邊都無、一邊空鋼包一邊無;同時鋼包回轉(zhuǎn)臺承受沖擊力較大，當(dāng)鋼包安裝過程中對回轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生巨大沖擊;此外鋼包回轉(zhuǎn)臺長期處于熱輻射環(huán)境。

某鋼廠1998年引進Daniel 150×150方坯連鑄機設(shè)備，原設(shè)計為40 t，2003年進行擴容改造為45～50 t，對鋼包回轉(zhuǎn)臺進行改造設(shè)計，設(shè)備運行一段時間后2013年鋼包回轉(zhuǎn)臺出現(xiàn)異響，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)臺基礎(chǔ)出現(xiàn)環(huán)形裂紋，多次進行焊接修復(fù)，均短期使用再次損壞，針對該問題，選擇有限元對鋼包回轉(zhuǎn)臺受力情況進行系統(tǒng)分析，為鋼包回轉(zhuǎn)臺優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。延長設(shè)備使用壽命。

1 鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)及受力分析

1．1 鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)特點

如圖1為某鋼廠鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示為鋼包回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支撐座結(jié)構(gòu)。

圖1 某鋼廠鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)

圖2 鋼包回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支撐連接座

該鋼廠鋼包回轉(zhuǎn)臺主要由回轉(zhuǎn)臂、回轉(zhuǎn)支座、回轉(zhuǎn)支撐軸承、回轉(zhuǎn)連接支座、傳動裝置及附件組成，與傳統(tǒng)鋼包回轉(zhuǎn)臺相比，該回轉(zhuǎn)臺增加一回轉(zhuǎn)連接支座，主要為擴容改造后，鋼包底部加高，為防止回轉(zhuǎn)過程鋼包與中間包基礎(chǔ)干涉，在回轉(zhuǎn)支撐與回轉(zhuǎn)支座增加設(shè)計一回轉(zhuǎn)連接支座。

支撐座主要包括上下法蘭，上下法蘭厚度為60 mm，同時在圓周方向設(shè)計20個均勻分布的－30的鋼板作為筋板。

1．2 鋼包回轉(zhuǎn)臺受力分析

鋼包回轉(zhuǎn)臺的運行過程主要分為正常澆注期間、停機時間兩個部分，正常澆注期間通常為一個滿載鋼包開始澆注，另一側(cè)大包開交后沒有鋼包，起重機吊運滿載鋼包至大包回轉(zhuǎn)臺，沖擊載荷實施，將鋼包安裝至鋼包回轉(zhuǎn)臺，此時為2個滿載鋼包;鋼包澆注完成，將滿載鋼包旋轉(zhuǎn)至澆注位此時為一個滿載鋼包一個空載鋼包;起重機將空載鋼包倒運至鋼包車同時將滿載鋼包吊運，在此過程中為一邊重載，一邊無載荷;在檢修或者設(shè)備停機期間，完成最后一包大包澆注，此時為一邊無載荷一邊空包載荷，停機后為兩邊均無載荷。該鋼廠冶煉時間為23 min左右。

該廠出鋼量按照48 t計算，鋼包重量23 t，鋼包回轉(zhuǎn)臂重量為28 t，加回轉(zhuǎn)支撐及附屬裝置為36 t即在滿載情況下回轉(zhuǎn)支座承載重量為:(48 t+23 t+5 t)×2+36 t=203 t。

假設(shè)在理想狀態(tài)下對大包回轉(zhuǎn)臺制作進行受力分析:在滿載及同時無鋼包情況下，在2個回轉(zhuǎn)臂上方產(chǎn)生的受力相同，不產(chǎn)生傾覆力矩。

在一邊空載一邊滿載情況下產(chǎn)生:48 t×1 000 kg/t×9．8 N/kg×3．4 m=1 599 360 N/m

在一邊無鋼包一邊滿載情況下產(chǎn)生:(48 t+23 t+5 t)×1 000 kg/t×9．8 N/kg×3．4 m=2 532 320 N/m

在一邊空鋼包一邊無載荷情況下產(chǎn)生:28 t×1 000 kg/t×9．8 N/kg×3．4 m=932 960 N/m

通過對比我們發(fā)現(xiàn)在一側(cè)無鋼包一側(cè)重載情況下鋼包回轉(zhuǎn)臺承受載荷最大，同時考慮在鋼包吊運過程中產(chǎn)生動載荷沖擊，根據(jù)《冶金機械設(shè)計手冊》通常選取載荷沖擊系數(shù)為1．25［1］，考慮鋼包裝入量及鋼渣影響，選取沖擊載荷系數(shù)為2進行校對。

2 優(yōu)化方案的初步設(shè)計

通過對現(xiàn)場載荷沖擊環(huán)境進行系統(tǒng)分析，出現(xiàn)裂紋的主要部位為過渡連接支撐部位，主要原因為沖擊載荷造成螺栓連接受力不均勻，部分連接區(qū)域受力過大，造成撕裂;同時筋板設(shè)計不合理造成加固失效，針對兩項問題，初步提出設(shè)計優(yōu)化方案，取消過度段，將底座重新設(shè)計加高，同時采用有限元對底座進行分析，優(yōu)化筋板布置，如圖3為鋼包回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)底座設(shè)計圖，對回轉(zhuǎn)底座設(shè)計分為澆注位機座包位2個方面，重點強化該處筋板設(shè)計，在不影響與回轉(zhuǎn)支撐連接條件下，增多優(yōu)化布置筋板，減少應(yīng)力集中。

圖3 鋼包回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)底座設(shè)計

3 設(shè)計方案有限分析數(shù)據(jù)對比

采用有限元分析對鋼包回轉(zhuǎn)臺底座進行造型，同時對不同工況下底座設(shè)計樣式進行加載。

如圖4所示為方案1保留頂法蘭外圈筋板0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°角度方向的筋板，且將其厚度由12 mm改為25 mm，其余筋板全部割除下受力模型分析［2］。

如圖5所示為方案2將頂法蘭外圈筋板與安裝螺栓發(fā)生干涉的筋板進行分割，切除干涉區(qū)域，其余筋板全部割除下受力模型分析。

圖4 鋼包回轉(zhuǎn)臺底座優(yōu)化設(shè)計方案1

圖5 鋼包回轉(zhuǎn)臺底座優(yōu)化設(shè)計方案2

如圖6所示為方案3將保留頂法蘭外圈筋板0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°角度方向的筋板，且將其厚度由12 mm改為25 mm，其余筋板全部割除，并在適當(dāng)位置增加一些筋板。裝置的制作及調(diào)試過程中，裝置放在實驗臺上進行相應(yīng)的測試，有利于裝置各方面性能的提高。

圖6 鋼包回轉(zhuǎn)臺底座優(yōu)化設(shè)計方案3

圖4 超聲波三維坐標(biāo)測試實驗臺示意圖

5 結(jié)語

文中提出的駕駛員頭部檢測方法具有多方面的優(yōu)點，如:將牛頓迭代法的初值選為發(fā)射器的初始位置，這一思路解決了牛頓迭代法初值選擇困難的問題;發(fā)射器與接收器之間的連接形式設(shè)計為無線連接，飛行員的頭部移動不受連線長度的限制，這一優(yōu)勢在“直升機駕駛模擬器”這一課題中尤為重要;接收控制器持續(xù)發(fā)送發(fā)射開始的控制信號，接收控制器的存儲器中始終存在一組發(fā)射器的三維坐標(biāo)，當(dāng)控制計算機詢問發(fā)射器坐標(biāo)時，可以直接將其讀取，從而保證了實時性等。相比三維坐標(biāo)測量機、激光跟蹤儀那些成本高，不利于其大范圍的推廣使用的設(shè)備，文中的檢測方法效果突出而且成本低廉，且具有良好的擴展性，可以廣泛應(yīng)用于倉儲定位、機器人導(dǎo)航定位、虛擬現(xiàn)實、模擬實戰(zhàn)游戲、無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位等方面。

［1］ 顧國榮，鮑駿成，李海樂．基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計［J］．沿海企業(yè)與科技，2012(2):17-18．

［2］ 華 宏，王涌天，郭向前，等．超聲波三維位置坐標(biāo)跟蹤器設(shè)計原理及其誤差模型的研究［J］．儀器儀表學(xué)報，2000(6):56-67．