吳 虹 劉海清

(馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽243000)

1 概述

連鑄機(jī)系統(tǒng)包括鋼包車、結(jié)晶器、振動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于鑄坯彎曲的扇形段等，工作過(guò)程就是將從冶煉出來(lái)的高溫、液態(tài)金屬鋼水連續(xù)不斷地澆鑄成具有一定斷面形狀和一定尺寸規(guī)格的鑄坯。在煉鋼連鑄領(lǐng)域，一個(gè)廠房?jī)?nèi)也可能有兩條或者以上連鑄機(jī)生產(chǎn)線，并且一條連鑄機(jī)可以生產(chǎn)多種尺寸規(guī)格的鑄坯，扇形段是連鑄機(jī)的重要組成部分，每一種規(guī)格鑄坯對(duì)應(yīng)一種扇形段，一條連鑄機(jī)上的扇形段外形可以相同，但是每一種規(guī)格的鑄坯對(duì)應(yīng)的扇形段內(nèi)部截面形狀和尺寸不同，所以如果要滿足生產(chǎn)需求，生產(chǎn)不同斷面形狀和不同尺寸規(guī)格的鑄坯，就需要多種規(guī)格扇形段，因此存在的問(wèn)題就是不用的扇形段在廠房?jī)?nèi)存放?，F(xiàn)在已有的各種扇形段存放臺(tái)架一般都是固定在廠房?jī)?nèi)，一方面，存放臺(tái)架是安裝扇形段的基準(zhǔn)，加工精度要求很高；另一方面，每一種規(guī)格的扇形段都需要一種存放臺(tái)架，因此，在通常情況下，存放臺(tái)架需要幾十件，占地面積比較大，并且活動(dòng)不夠靈活，制造成本相對(duì)較高。

2 改造方案

2.1 需解決的問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有單層連鑄機(jī)扇形段存放臺(tái)架占地面積比較大，制造成本較高的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)的連鑄機(jī)扇形段的存放臺(tái)架進(jìn)行改進(jìn)，由原來(lái)的單層變?yōu)樯舷聦涌梢酝瑫r(shí)放置兩個(gè)連鑄機(jī)扇形段的雙層存放臺(tái)架，既減少了存放臺(tái)架的占地面積，又提高了存放臺(tái)架的利用率。

另外，改進(jìn)后的存放臺(tái)架上層通過(guò)調(diào)節(jié)位置，可以放置不同規(guī)格的扇形段，不需要拆卸重新安裝，適用性高，節(jié)約了制造成本。

對(duì)改進(jìn)后的新型雙層存放臺(tái)架進(jìn)行有限元受力分析，對(duì)應(yīng)力集中和變形嚴(yán)重的地方采取加固措施。

2.2 技術(shù)方案

改進(jìn)后的連鑄機(jī)扇形段的雙層存放臺(tái)架，包括底座、平行設(shè)置的立柱、懸掛耳座和緩沖承重機(jī)構(gòu)，立柱豎直固定在底座上；懸掛耳座固定連接在立柱上；緩沖承重機(jī)構(gòu)位于懸掛耳座的下方，并活動(dòng)連接在立柱上；底座上設(shè)置有凸臺(tái)，凸臺(tái)的形狀與扇形段底部的凹槽相匹配。該雙層臺(tái)架可以同時(shí)存放兩個(gè)扇形段，底座的凸臺(tái)與扇形段底部的凹槽相匹配，可以放置一個(gè)扇形段，同時(shí)還可以保證扇形段在底座上穩(wěn)定不竄動(dòng)；另一個(gè)扇形段在緩沖承重機(jī)構(gòu)上，并且，其上方的輪掛在懸掛耳座上。有效地解決了廠房?jī)?nèi)場(chǎng)地空間有限，單層架占地面積大的問(wèn)題，節(jié)約了生產(chǎn)成本。懸掛耳座的形狀與扇形段上方的行走輪的外形相匹配，根據(jù)扇形段的不同規(guī)格制作不同的懸掛耳座，可以使扇形段穩(wěn)定地掛在懸掛耳座上。懸掛耳座上設(shè)置有倒角，扇形段的輪沿著傾斜的倒角滑下，進(jìn)行自行對(duì)中，不需要操作人員在放置扇形段時(shí)進(jìn)行精確定位。立柱上還固定連接有防擺機(jī)構(gòu)，防擺機(jī)構(gòu)位于緩沖承重機(jī)構(gòu)與懸掛耳座之間，防擺機(jī)構(gòu)能夠防止扇形段坐在緩沖承重機(jī)構(gòu)上時(shí)發(fā)生左右擺動(dòng)，減少了安全隱患。立柱上設(shè)置有滑軌，扇形段的兩行走輪可在立柱上沿著滑軌移動(dòng)，使下方的扇形段能夠沿著滑軌直接坐在底座的凸臺(tái)上，直接進(jìn)行定位。

緩沖承重機(jī)構(gòu)含有彈簧，在一定程度上可以對(duì)落在緩沖承重機(jī)構(gòu)上的扇形段起到緩沖作用，并且緩沖承重機(jī)構(gòu)還能夠有效地承擔(dān)扇形段的部分重量，減小懸掛耳座的受力，提高存放臺(tái)架的整體穩(wěn)定性。需要特別說(shuō)明的是：緩沖承重機(jī)構(gòu)與立柱通過(guò)螺栓可拆卸連接，且立柱上設(shè)置有多個(gè)螺栓孔，因此可以根據(jù)扇形段的結(jié)構(gòu)尺寸合理地調(diào)整緩沖承重機(jī)構(gòu)與懸掛耳座之間的相對(duì)位置，可以適用于不同結(jié)構(gòu)尺寸的扇形段，沒(méi)有局限性，使用范圍比較廣泛，從而實(shí)現(xiàn)一架多用，提高了存放臺(tái)架的利用率。而且可以根據(jù)廠房的現(xiàn)有空間范圍，調(diào)整該雙層存放臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)并按照扇形段的外形設(shè)計(jì)，可以節(jié)省空間，提高空間的利用率。若是新廠區(qū)，存放臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)行適量增大。

該改進(jìn)方案中的雙層存放臺(tái)架設(shè)置有兩對(duì)斜撐，共4個(gè)斜撐，斜撐的一端固定在底座上，另一端與立柱固定連接。利用三角形的穩(wěn)定性，通過(guò)多個(gè)三角形的連接結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)存放臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證存放臺(tái)架的穩(wěn)定性，提高了安全性。

具體改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Improved project configuration

2.3 結(jié)構(gòu)的有限元分析

對(duì)改進(jìn)之后的雙層存放臺(tái)架采用有限元法，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，立柱、底座、斜撐為焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部筋板縱橫交錯(cuò)，對(duì)筋板系精確建模，手動(dòng)劃分網(wǎng)格，以保證計(jì)算的可靠性。設(shè)計(jì)三維模型及網(wǎng)格劃分如圖2。

(a)三維模型圖(b)網(wǎng)格劃分

存放兩件扇形段，總重340 kN工況下，對(duì)臺(tái)架進(jìn)行有限元分析，如圖3所示。

(a)(b)

3 結(jié)論

鑒于上述改進(jìn)設(shè)計(jì)方案和有限元分析，結(jié)構(gòu)安全，該扇形段雙層存放臺(tái)架結(jié)構(gòu)基本滿足正常使用要求。該改進(jìn)方案有效地解決了廠房?jī)?nèi)場(chǎng)地空間有限，單層架占地面積大的問(wèn)題，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

(1)該改進(jìn)方案的承重機(jī)構(gòu)與立柱是活動(dòng)連接的，位置可調(diào)，從而可以調(diào)節(jié)緩沖承重機(jī)構(gòu)與懸掛耳座之間的相對(duì)位置，可以存放多種型號(hào)的連鑄機(jī)扇形段，實(shí)現(xiàn)一架多用的功能，提高臺(tái)架的利用率，降低制造成本，節(jié)約空間、經(jīng)濟(jì)成本和維修成本。

(2)該改進(jìn)方案中立柱上設(shè)置有防擺機(jī)構(gòu)，并且防擺機(jī)構(gòu)設(shè)置在緩沖承重機(jī)構(gòu)的可活動(dòng)范圍內(nèi)，針對(duì)不同型號(hào)的扇形段，都可以有效地預(yù)防扇形段在懸掛時(shí)的左右擺動(dòng)問(wèn)題，極大地降低了安全隱患；并且立柱和底座之間設(shè)置的傾斜斜撐可以增強(qiáng)存放臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)臺(tái)架的穩(wěn)定性能，在放置扇形段時(shí)，能夠保證臺(tái)架穩(wěn)定不晃動(dòng)，避免危險(xiǎn)情況發(fā)生。

(3)該改進(jìn)方案中的雙層存放臺(tái)架，可用于各種連鑄機(jī)系統(tǒng)，可以根據(jù)每條連鑄機(jī)扇形段的不同規(guī)格設(shè)計(jì)制造，適用性強(qiáng)。

(4)根據(jù)受力分析，該改進(jìn)方案中的雙層存放臺(tái)架應(yīng)力集中在上方吊耳處，實(shí)施時(shí)可以適當(dāng)改進(jìn)焊接工藝，增大板厚，提高結(jié)構(gòu)的剛性和強(qiáng)度。由于立柱的高度較大，上層存放扇形段時(shí)，有一定的位移變形量，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝空間優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，加大立柱型鋼規(guī)格或者焊接板厚。