徐光庆;蒋根柱;李英杰
【摘 要】针对梅钢一炼钢新增钢包全程加盖系统配套钢包倾翻装置,提出传动系统采用二级减速,即一级行星减速、二级平行轴减速方法,增大倾翻力矩;并采用两级制动,即电机后采用盘式制动,末端增加安全事故制动器,使得倾翻及维修时安全性大大增强.改进后钢包倾翻装置运转顺利,安全可靠,效果良好.
【期刊名称】《重型机械》
【年(卷),期】2019(000)002
【总页数】5页(P86-90)
【关键词】钢包倾翻;传动系统;倾翻力矩;制动
【作 者】徐光庆;蒋根柱;李英杰
【作者单位】上海梅山钢铁股份有限公司,江苏南京210012;上海梅山钢铁股份有限公司,江苏南京210012;上海梅山钢铁股份有限公司,江苏南京210012
【正文语种】中 文
【中图分类】TF341
0 前言
钢包倾翻装置用于钢包热修。将带有内衬及钢残渣的空包倾翻至一定角度：0°、90°、135°，进行更换滑动水口、热修内衬、清理底吹转、吹通滑动水口、倒空钢水包内残渣等作业。
上海梅山钢铁炼钢厂原150 t钢包倾翻装置于2009年5月投产，为提升产能、节约能源，2017年新增了钢包全程加盖系统，因钢包加盖后整体重量增大、重心上移，会显著增大倾翻力矩，因此改变了原倾翻装置的整机使用性能，承载能力需重新进行校核。
1 钢包倾翻装置工艺流程
钢包倾翻装置工艺流程如图1所示。待热修的钢包(带包盖)由行车从南向北吊入并放在倾翻装置座包处。钢包锁紧装置气缸伸出，推动连杆机构，压住钢包耳轴箱两侧的凸块。松开主制动器，启动主电机，驱动翻转台架和钢包、包盖由北向南转动至90°检修位置，主制动器抱紧，事故制动器投入制动保证安全。北边电动维修平台靠近倾转装置，在北边拆装滑动水口机构、拆装底吹氩接头、拆装下渣检测接头，维修平台移开。松开主制动器，启动主电机，继续由北向南转动至90°～135°间合适位置，主制动器抱紧，倒出钢包内残渣。由南向北转动至0°座包位置，主制动器抱紧，东边热修平台开到灌引流砂位置，在上部对准滑动水口机构灌入引流砂；热修平台移开。钢包锁紧装置气缸缩回，拉动连杆机构，行车将热修完毕的钢包连同包盖从北向南吊出。
图1 钢包倾翻装置工艺流程图
东风柳汽公司2 原传动系统分析计算
梅钢炼钢厂150 t钢包倾翻装置原设计采用框架结构，两侧翻转台均为对称L型结构，两者之间采用楔行板连接。倾翻装置设计为单侧电机减速机传动，一级减速电机输出轴制动的传动方式，其结构如图2所示。
图2 原钢包倾翻装置结构示意图
按照此传动系统对三种不同工况分别进行计算分析，三种工况分别为空载、不带包盖含冷钢、带包盖。
钢包参数：
钢包重量(含耐材、粘渣及滑动水口)G1=931 000 N
倾翻台架重量G2=460 600 N
包盖重量G3=88 200 N
钢包带冷钢重量G4=49 000 N
钢包倾翻转速n=1 r/min
如图3所示，坐标系X轴与钢包耳轴重合，Y轴与钢包中心重合，由钢包质量属性表中可得：带盖情况下，钢包重心距钢包耳轴Y轴方向距离为-305 mm；不带盖情况下，钢包重心距钢
包耳轴Y轴方向距离为-530 mm；现倾翻装置钢包耳轴中心距回转中心Y轴方向距离为940 mm。
根据提供的钢包及砌砖图纸，应用solidworks软件详细进行三维建模，得出具体的钢包本体重心(分带盖和不带盖两种情况)如图3所示。带盖工况：m=95006.743 kg，重心位置：X=-2.005 mm，Y=-305.174 mm，Z=0.694 mm；不带盖工况：m=85722.304 kg，重心位置：X=-2.222 mm，Y=-530.474 mm，Z=0.770 mm。
图3 钢包本体重心(分带盖和不带盖两种情况)
2.1 空载工况
空载工况下三维建模如图4所示。
图4 空载工况下三维模型
空载工况下，倾翻架重量为：G=460 600 N
依据软件计算出该工况下倾翻架的重心距离回转中心Z=-652 mm，Y=-123 mm，合成数据
倾翻力矩为T=G×0.664=305 838 N·m
在没有安全系数情况下，空载倾翻所需的电机功率为
根据以往设计经验，并参照德马克设计，设备的工况系数按照k=1.7，电机的传动效率为0.85，计算出电机的功率为
2.2 不带包盖含冷钢工况
不带包盖含冷钢工况下的三维建模如图5所示。
图5 空载工况下三维模型
不带包盖含冷钢工况下，倾翻重量为
G=G1+G2+G4=1 440 600 N
依据软件计算出该工况下倾翻架的重心距离回转中心Z=4 mm，Y=-61 mm，X=-37 mm，合成数据 mm。
倾翻力矩为T=G×0.072=103 723 N·m
计算所需电机功率为
此工况下，电机功率、输出扭矩能满足使用要求，但设备的整体重心高于回转中心，会产生负力矩。
2.3 带包盖工况
带包盖工况下的三维建模如图6所示。
图6 带包盖工况下的三维建模
带包盖工况下，倾翻重量为
G=G1+G2+G3=1 479 800 N
依据软件计算出该工况下倾翻架的重心距离回转中心Z=150 mm，Y=-62 mm，X=-36 mm，合成数据 mm。
倾翻力矩为T=G×0.166=245 647 N·m
计算所需电机功率为
此工况下，目前使用电机功率(37kW)不能满足使用要求，而且设备的整体重心高于回转中心达150 mm，产生负力矩。
综上所述，空载、带包盖工况下，目前现场的电机不能满足使用要求。现场空载使用时依靠电机启动时将功率过载，勉强满足空载所需的力矩，但没有安全系数。加盖后所需电机功率更大，即使电机启动时过载也不能满足要求。
依据以往设计钢包倾翻的经验，设备的整体重心低于回转中心以下-100 mm左右的距离，倾翻运行可靠、安全。通过计算可以看出，不带包盖含冷钢以及带包盖工况下，设备的整体重心均高于回转中心，与理想的距离(-100 mm)相差较大，倾翻时存在很大的安全隐患，因此原设备不能使用，需进行更换并优化改进。
3 传动系统的改进
基于分析计算，首先对倾翻架进行优化设计，将本体框架钢板加厚增强刚度，其次对倾翻转矩进行计算分析，电机功率的选择确保在空载、带钢包、带钢包含加盖含渣等多种情况下均能够具备一定余量。电机抱闸制动力矩按两倍的电机输出力矩选型。优化设计后的倾翻架本体如图7所示。
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