李冬爱 冯清 田刚 孟网网 傅昊

摘要： 铁水罐倾翻车是铁水罐扒渣系统的重要组成部分。其中车辆行走及倾翻功能是关键，车架是主要的承载主体。本文介绍了铁水罐倾翻车的结构组成及作用，主要元件选取及元件参数的设计计算。

关键词：铁水罐倾翻车;设计;计算

design of 120t hot l ladle tipping car

fuhao? mengwangwang? tiangang

（sinosteel xian machinery co.，ltd，sshanxi xian 710021）

absrtact：hot l ladle tipping car is very important part of the skim slag system.driving and tipping are main functions of the car.the car is for

loading ang supporting.the article introduce the components 、 function and main choice and calcalation of the car.

keyword： hot l ladle tipping car;design;calculation

1? ?前言

鐵水罐倾翻车是铁水预处理脱硫工艺的重要组成部分，脱硫后产生的脱硫渣浮在铁水表面，为了将脱硫渣清除干净，铁水罐在车上需要倾翻至一定的角度，配合扒渣机扒除脱硫渣。铁水罐在预处理位置脱硫后，由铁水罐倾翻车将铁水罐送入扒渣位置，再由液压缸将罐体倾翻至设定的角度，然后由扒渣机将铁水罐中的脱硫渣扒入渣罐中，待渣扒除干净后，再将铁水罐回到待机位置。本文以某钢铁公司120吨铁水罐倾翻车为例，从车的传动方式以及车架结构入手，详细讨论了铁水罐运输车的结构和设计依据。

2? ? 基本参数

120吨铁水罐运输车基本参数见表1。

其中车体装配主要由车架、左、右传动轮装配、左右从动轮装配等组成：车体装配主要功能是行走、承载运输铁水罐;倾翻架装配主要由左、右倾翻架、横梁、左、右扇形齿等组，倾翻架装配主要完成铁水罐工位倾翻动作及复位功能;防溅挡板作用是扒渣时保护车体不被飞溅的钢液、钢渣损伤;缓冲装置主要由橡胶缓冲器及安装支架组成，主要是防止有冲击时车体进行缓冲;拖链主要是将地面液压站的能源介质输送至车体各功能部件。

3? ? 设计与计算

3.1 主（从）动轮系的设计

主要由液压马达、减速机、轴承、车轮及车轮轴等组成。

液压传动与其它传动方式有以下优点：

1）传动功率大，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。

2）传动平稳，系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。

3）工效较高，降低成本。

基于以上三点，车轮驱动选用液压马达提供动力。

在选取液压马达前，先确定车轮踏面直径。已知铁水罐加钢液等240吨，车体自重估重65吨，合计305吨。初步选定4个轮组共计8个车轮，每个车轮最大负重 ，考虑到冲击等外部因素，按每轮最大40吨负荷考虑，最小负重，按每轮最小10吨负荷考虑。已知用户现场轨道qu120。车轮结构依照jb/t6392-2008中双轮缘型车轮，车轮踏面直径初选φ800mm。车轮材质初选为zg340—640，调质后表面淬火硬度hb350～380。

即

按机械设计手册第六版第2卷：车轮踏面疲劳计算载荷

考虑到惯性作用、风载荷等作用，按gb/t3811-2008取安全系数1.5。

计算载荷为 ，当 时车轮的踏面尺寸满足强度要求。

由《机械设计手册》第六版第2卷? 表9-1-122，表9-1-123，表9-1-125，

式中：? ?k—车轮的许用比压.? 取为5.6n/mm2;

—转速系数.? 取为1.1;

—工作级别系数. 取为1.12;

—车轮与轨道有效接触长度.? 取为120mm;

—车轮踏面直径? ? 初选为φ800mm;

则

满足强度要求。

3.2 液压马达、减速机的选取

3.2.1 铁水罐倾翻车工作功率

式中：g? —车体自重加负荷重量，kn;

μ? ?—摩擦系数由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-11，选取μ滑动=0.05 ;

v? —车体运行速度m/s? 已知v=0.23m/s;

ηw—机械效率，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取ηw=0.85;

则

3.2.2 铁水罐倾翻车启动功率

η —液压马达输出效率，选取η=0.9，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取η=0.9

选力士乐液压马达? a2fm32/61w-vab040即可满足要求。 类比之前的同类产品，选取减速机为邦飞利产品313l3-252fz-5b-hoae-2a。

3.3车轮轴的选取：

3.3.1材质的选取：由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可? ? ?采用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故轴的材料选 45钢，经热处理后表面硬度hb217—255。

3.3.2最小轴径的计算：

由于轴受到转矩作用时，其强度条件为

t—轴传递的转矩，n.m

wt—轴的抗扭剖面模量，mm3

n—轴的转速，r/min

p—軸传递的功率，kw

d—计算剖面处轴的直径，mm

由上面的强度公式变形可得：

[τ]t—由《机械设计手册》第六版第2卷 表7-1-1查? 对调质处理45钢其对应值为155mpa。

由《机械设计手册》第六版第1卷? 表1-1-3查

η1—减速机效率为0.95

η2—联轴器效率为0.99

η3—轴承效率为0.98

pd—马达输出功率? ?由前边知为38.1kw

， n=34.5r/min

则

d≥67.9mm? ?即轴不被扭断的最小轴径已确定。由于此次设计最小轴径处安装减速机，按减速机花键孔尺寸，取最小轴径d=122mm。

3.3.3 轴承的选取：

轴承所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。由于滚子轴承宜于承受较大的径向载荷，承载的变形也小。为了防止因轴受力弯曲或倾斜，会造成轴承内外圈轴线发生偏离，因此初选调心滚子轴承。

本设计自由端轴承和固定端轴承相对车轮两侧对称分布，轴承主要受车体总负荷的静压力.轴承所受径向载荷：

轴承所受轴向载荷 对轴承负荷的影响不大，计算时可认为轴承所受当量动负荷 ，轴承预期计算寿命? ? （一年按300个工作日，每个工作日按3×8个小时考虑）

计算轴承的基本额定动负荷cr，由《机械设计手册》（机械工业出版社）第4册公式28.3-13

变形得? ?=440.3kn

选用型号为22334cc/w33的调心滚子轴承，其安装尺寸为120×170×360

即安装轴承处的轴径为170mm。

3.4? 倾翻液压缸的选取

按照倾翻动作要求及液压缸的安装空间，初步选定用两个液压缸完成倾翻动作。液压缸的工作压力20mpa，选定油缸行程1100mm。已知总的推力约为（240+15）/cos30° =294.5吨.单个液压缸的理论推力为294.5/2=147.3吨=1443.5kn。根据机械设计手册第六版第5卷页码21-290，液压缸安全系数取3～12.故选取力士乐产品型号cdh2 mt4/220/160/1100a1x/b*chdbew即可满足要求。

3.5? 车架结构设计

车架是整个铁水罐倾翻车承载主体，主要是一个焊接结构件，考虑到受力、发货时的运输成本、用户现场的使用空间限制等因素，将车架设计为分体结构，发运至用户现场进行组焊。主体设计初步完成后，对车架结构薄弱的环节进行相应的加固，如增加筋板、改变板厚等。设计受力分析合格后，制造时的关键环节控制也很重要，制造厂在焊接、加工过程中要考虑车架的变形。去应力退火、机加工后的时效处理是必须的环节。成品的车架设计结构图如下图3所示：

3.5? 整体设计

主要零、部件选取完成后，根据各部件之间的联接、装配关系，进行相关件的结构设计，既要考虑结构的合理性，又要考虑经济性，既要满足功能要求，又要考虑加工、制造的可能性。基于以上原则，铁水罐倾翻车的设计图结构如图4所示：

3.6? 介质配管

铁水罐倾翻车设备完成后，车体的介质配管也是很重要的一步，轮系轴承用油枪通过油杯加油脂润滑。倾翻油缸、液压马达的供油、回油、油缸液控单向阀的给油、液压马达制动器给油、马达的泄油等由地面液压站通过拖链供给。车体上的配管要求布置合理，与设备相匹配。

4? ? 结论：

以120吨铁水罐倾翻车作为研究对象，经过计算校核和现场功能测试，可以得出以下结论：

1）生产使用过程中走行平稳，安全可靠;

2）设备故障率低，日常维护量小，设备运行可靠;

参考文献

[1]成大先主编—机械设计手册第六版，化学工业出版社，2017年1月

[2]《重型机械标准》—编写委员会编重型机械标准，云南科技出版社，2008年

[3]闻邦椿主编—机械设计手册第五版，机械工业出版社，2010年1月

[4]濮良贵主编—机械设计第十版，高等教育出版社，2019年1月

作者简介：傅昊（1980-），男，中钢集团西安重机有限公司高级工程师