摘  要  山鋼日照公司煉鐵廠(chǎng)鑄鐵車(chē)間采用了380t液壓傾翻裝置，此裝置為國(guó)內(nèi)最大的鑄鐵機(jī)液壓傾翻裝置。本文詳細(xì)介紹了380t液壓傾翻裝置的主要結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)及技術(shù)特點(diǎn)，主要對(duì)該裝置的安全性、可靠性及操作方便性進(jìn)行重點(diǎn)研究。380t液壓傾翻裝置投入使用后，較好的完成了開(kāi)爐初期繁重的澆鑄任務(wù)，提高了澆鑄的安全性、可靠性，減少了鐵損，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞  高爐  鑄鐵機(jī)  特大型液壓傾翻裝置

1  液壓傾翻裝置應(yīng)用背景

現(xiàn)在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中都配有鑄鐵機(jī)，鑄鐵機(jī)是煉鐵生產(chǎn)工藝的輔助設(shè)備。山鋼日照公司煉鐵廠(chǎng)配備2臺(tái)75m鑄鐵機(jī)，當(dāng)煉鋼故障或檢修時(shí)，將高爐多余的鐵水用于鑄成生鐵塊。

在傳統(tǒng)的鑄鐵機(jī)車(chē)間工藝設(shè)計(jì)中，鐵水罐傾翻鑄鐵的方式一般采用落地式傾翻卷?yè)P(yáng)機(jī)、鑄造吊車(chē)、液壓傾翻裝置三種設(shè)備。由于鐵水運(yùn)輸方式采用汽車(chē)運(yùn)輸，因此鐵水罐無(wú)法實(shí)現(xiàn)在罐車(chē)上翻轉(zhuǎn)，從而鐵水罐傾翻鑄鐵的方式只能采用鑄造吊車(chē)或液壓傾翻裝置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和車(chē)間布置，以及對(duì)傾翻方式和工藝流程的研究，山鋼日照精品基地鑄鐵機(jī)傾翻鑄鐵設(shè)備采用了液壓傾翻裝置來(lái)替代鑄造吊車(chē)。山鋼日照公司煉鐵廠(chǎng)采用210t鐵水罐，210t鐵水罐額定總重達(dá)到380t，因此設(shè)計(jì)研發(fā)制造了380t特大型液壓傾翻裝置。經(jīng)2017年12月鑄鐵機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，380t液壓傾翻裝置使用效果良好，不僅滿(mǎn)足了鑄鐵機(jī)的生產(chǎn)工藝，而且大幅降低工程投資，安全可靠，占地面積小、占用空間低，使鑄鐵車(chē)間的設(shè)備布置更加緊湊，更加合理，具有鑄鐵流量穩(wěn)定，飛濺小，鐵損小的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

2  生產(chǎn)流程和工藝平面布置

2.1  生產(chǎn)流程

210t鐵水罐由鐵水罐運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送至鑄鐵機(jī)車(chē)間，由380/30t鑄造起重機(jī)將鐵水罐吊起，然后將重罐放落在鑄鐵機(jī)鐵水溜槽前的液壓傾翻裝置中，座包完畢檢查安全鎖包后，開(kāi)啟380t液壓傾翻裝置將鐵水罐傾翻，鐵水經(jīng)鐵水溜槽流入鑄鐵機(jī)鐵模內(nèi)完成鑄鐵。

2.2  工藝平面布置

鑄鐵車(chē)間為獨(dú)立車(chē)間，車(chē)間內(nèi)設(shè)2臺(tái)75m鑄鐵機(jī)，1臺(tái)380/30t鑄造吊車(chē)及2臺(tái)380t液壓傾翻裝置。車(chē)間長(zhǎng)84m，跨度為25m，鐵水運(yùn)輸線(xiàn)垂直與鑄鐵車(chē)間，鐵水罐運(yùn)輸車(chē)垂直進(jìn)入車(chē)間后，由380t鑄造吊車(chē)吊起后運(yùn)至鑄鐵機(jī)鐵水流槽前，放置在液壓傾翻裝置內(nèi)。兩鑄鐵機(jī)緊湊布置，兩鑄鐵機(jī)中心線(xiàn)間距24m。

3  380t液壓傾翻裝置的結(jié)構(gòu)組成及主要參數(shù)

380t液壓傾翻裝置由機(jī)械部分、液壓部分、電控部分組成。

3.1  液壓傾翻裝置機(jī)械部分組成

機(jī)械部分主要由傾翻支架、傾翻液壓缸、鎖緊裝置、靴狀底座、轉(zhuǎn)角測(cè)量器及緩沖器組成。

3.1.1  靴狀底座

靴狀底座為一焊接結(jié)構(gòu)件，通過(guò)地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上，用以支承鐵水罐、傾翻支架及傾翻過(guò)程中的力矩。傾翻用液壓缸的支座和緩沖器也通過(guò)螺栓與靴狀底座連接。

液壓中間管線(xiàn)、鎖緊油缸管線(xiàn)、水冷管線(xiàn)都鋪設(shè)在靴狀底座內(nèi)部，靴狀底座上鋪設(shè)各種隔熱設(shè)施和防輻射設(shè)施，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

3.1.2  傾翻支架

傾翻支架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，用于夾持鐵水罐傾翻，材質(zhì)Q345B,；整體為勺形，兩側(cè)面各有一個(gè)立柱和一個(gè)“r”形梁，分別通過(guò)鉸連與底座框架連成一個(gè)整體。為便于鐵水罐定位、配合鐵水罐的方箱就位與導(dǎo)向，傾翻支架設(shè)計(jì)有2個(gè)帶斜度的導(dǎo)向座，2個(gè)垂直的高位限位導(dǎo)向座，導(dǎo)向座接觸面作耐磨處理。

3.1.3  鎖緊裝置

鎖緊裝置為插銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，液壓驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用于鐵水罐傾翻過(guò)程中的意外保護(hù)。鎖緊解除后才能起包，落包安全后自動(dòng)鎖緊；鎖緊裝置未鎖緊，不得翻包。

3.2  液壓傾翻裝置液壓部分組成

每套液壓傾翻設(shè)備配套1套液壓系統(tǒng)，2臺(tái)液壓傾翻裝置的液壓站可實(shí)現(xiàn)相互備用。

液壓站由二臺(tái)壓力補(bǔ)償變量柱塞泵及循環(huán)用葉片泵、閥臺(tái)、油箱、冷卻循環(huán)裝置及電控系統(tǒng)等組成。

3.3  液壓傾翻裝置電控部分組成

每壓傾翻設(shè)備配套1套電控系統(tǒng)，每套電控系統(tǒng)電氣設(shè)備包括：控制柜（含PLC）、操作臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作箱、液壓站操作箱、接近開(kāi)關(guān)、編碼器及聲光報(bào)警儀。

3.3.1  控制柜

控制柜含低壓供電部分、控制系統(tǒng)及一整套PLC系統(tǒng)。

PLC系統(tǒng)主要用于采集一些開(kāi)關(guān)量及模擬量的信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部編程，對(duì)整個(gè)液壓傾翻裝置內(nèi)設(shè)備進(jìn)行控制。

控制信號(hào)包括傾翻支架運(yùn)行狀態(tài)、接收鑄鐵機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)；上傳傾翻裝置的傾翻工作速度(時(shí)間)、鑄鐵機(jī)的鏈速信息、故障歷史信息。

3.3.2  操作臺(tái)

操作臺(tái)具有，參數(shù)設(shè)定、模式選擇、傾翻過(guò)程一般操作的功能。

操作臺(tái)上可設(shè)定傾翻支架的回轉(zhuǎn)速度，實(shí)時(shí)了解液壓站及傾翻設(shè)備的狀態(tài)。

3.3.3  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作箱

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作箱主要用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或檢修；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作箱上設(shè)有本地/遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)和起動(dòng)、上升、下降、停止?fàn)顟B(tài)操作按扭以及相應(yīng)的指示燈。

3.3.4  液壓站操作箱

液壓站操作箱主要用操作工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或檢修液壓站時(shí)，用來(lái)控制液壓站的操作。

3.4  液壓傾翻裝置主要技術(shù)參數(shù)

380t液壓傾翻裝置的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

3.5  液壓傾翻裝置機(jī)械部分技術(shù)特點(diǎn)

采用“短力臂”模型，使舉升油缸擺動(dòng)角度小，避免油缸承受較大彎曲力，減小磨損，使油缸的密封更加可靠，減少油缸內(nèi)泄的風(fēng)險(xiǎn)。

底座與傾翻支架聯(lián)接轉(zhuǎn)軸處為一整塊鋼板，底座支柱與底座之間處為一整塊鋼板，保證在長(zhǎng)時(shí)間交變載作用下，足夠的剛度和強(qiáng)度。

3.6  液壓傾翻裝置液壓部分技術(shù)特點(diǎn)

3.6.1  液壓系統(tǒng)安全介紹

液壓傾翻裝置液壓系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)鐵水罐傾翻并進(jìn)行控制的專(zhuān)用液壓系統(tǒng)，鐵水罐傾翻裝置架是由2個(gè)對(duì)稱(chēng)的液壓缸將臺(tái)架傾轉(zhuǎn)直至鐵水倒入鐵水溜槽內(nèi)，之后自動(dòng)復(fù)位，鐵水罐隨之傾轉(zhuǎn)，具有液壓缸在任意位置定位的功能。由于液壓缸的工作對(duì)象是承載210t鐵水的鐵水罐傾翻澆鑄工作，因此，根據(jù)鑄鐵工藝要求，設(shè)備情況和一些特殊故障（如單缸工作、突然停電、管路破裂）的要求，從液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，確保了液壓缸安全可靠的工作。[1]

380t液壓傾翻裝置液壓主要技術(shù)參數(shù)。

為了使液壓缸能夠停在任意位置，即使是軟管破裂也能使液壓缸鎖定在當(dāng)前位置，為此，將液控單向閥直接安裝在液壓缸上，液壓缸上還裝有平衡閥，在液壓缸下降時(shí)，平衡閥作用于液壓缸的負(fù)載。每個(gè)液壓缸上還裝有3個(gè)安全溢流閥，當(dāng)作用在液壓缸上的負(fù)載突然超載時(shí)，對(duì)液壓缸進(jìn)行安全保護(hù)。

液壓控制閥臺(tái)用于控制傾翻裝置液壓缸的平穩(wěn)升降，并在故障狀態(tài)時(shí)，能夠控制液壓缸，使鐵水罐傾翻裝置安全復(fù)位。為了保證在鐵水傾倒過(guò)程的均速性和油缸速度無(wú)級(jí)可調(diào)，采用帶反饋的電液比例換向閥進(jìn)行控制。

控制閥裝置上設(shè)有停電或故障狀態(tài)下液壓缸復(fù)位回路。發(fā)生停電時(shí)，在控制閥裝置上手動(dòng)操縱三通球閥使蓄能器的液壓油打開(kāi)液控單向閥，以便利用傾翻裝置的重力使液壓缸下降復(fù)位。另外，系統(tǒng)在故障狀態(tài)（如停泵）時(shí)，手動(dòng)操縱電磁換向閥，以靠?jī)A翻裝置的重力使液壓缸下降復(fù)位。當(dāng)停電或故障時(shí)，液壓缸上裝有時(shí)其復(fù)位的液壓?jiǎn)蜗蜷y，截止閥和單向閥。

3.6.2  液壓系統(tǒng)防火要求

為了防火，液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)采用脂肪酸脂類(lèi)液壓油。

4  380t液壓傾翻裝置有限元分析

4.1  液壓傾翻裝置重心計(jì)算

整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行重心必須在整個(gè)底座的范圍內(nèi)，通過(guò)計(jì)算傾翻裝置重心對(duì)重心范圍進(jìn)行校核。

4.1.1  鐵水重心計(jì)算

鐵水額定質(zhì)量為230t，在傾倒過(guò)程中，在26°時(shí)鐵水罐開(kāi)始出鐵水,鐵水重心的力臂達(dá)到最大。

4.1.2  空鐵水罐重心計(jì)算

設(shè)空鐵水罐加殘?jiān)目傎|(zhì)量為150t，三維建?？芍?，鋼包重心位于鋼包耳軸下方785mm處?？砧F水罐在傾翻裝置上，圍繞轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)重心的的變化位置。

4.1.3  傾翻支架重心計(jì)算

傾翻支架在0°到90°間，重心變化位置。

經(jīng)過(guò)三部分重心計(jì)算，整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行重心均在整個(gè)底座的范圍內(nèi)。

4.2  利用有限元的方法對(duì)液壓傾翻裝置受力分析

重型傾翻支架及底座，承受鐵水、鐵水罐及支架自重疊加荷載和彎矩，為校驗(yàn)傾翻裝置是否設(shè)計(jì)合理，對(duì)整個(gè)支架和底座受力計(jì)算的同時(shí)，通過(guò)ANSYS有限元分析的方法對(duì)受力進(jìn)行分析與校核。具體計(jì)算結(jié)果如下。

4.2.1  傾翻支架受力分析

（1）鐵水罐0°時(shí)分析

鐵水罐起始位置，即0°時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變及位移分析。

分析，起始狀態(tài)主要應(yīng)力分布在傾翻支架方箱底面，此處設(shè)計(jì)考慮底板加厚，并作耐磨處理，傾翻支架整體無(wú)明顯應(yīng)力集中。

（2）鐵水罐26°時(shí)分析

在鐵水傾倒過(guò)程中，26°時(shí)鐵水罐開(kāi)始出鐵水,此時(shí)鐵水重心的力臂達(dá)到最大。此時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變及位移分析。

分析，與油缸耳軸轉(zhuǎn)點(diǎn)應(yīng)力很集中，由此計(jì)算傾翻支架上的油缸套筒外徑需要550mm以上。

4.2.2  支座受力分析

底座只要承受鐵水、鐵水罐及支架自重疊加荷載和彎矩，具體計(jì)算。

分析，底座主要應(yīng)力分布在底座支柱頂部銷(xiāo)軸開(kāi)孔處，開(kāi)孔處需加強(qiáng)作耐磨處理，底座整體無(wú)明顯應(yīng)力集中。

綜上，通過(guò)ANSYS有限元分析后，液壓傾翻裝置在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，剛度及穩(wěn)定性方面滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)有限元分析，找到應(yīng)力集中的作用點(diǎn)，并采取針對(duì)性的有效措施，使液壓傾翻裝置設(shè)計(jì)更加合理及優(yōu)化。

5  總述

山鋼日照公司煉鐵廠(chǎng)鑄鐵車(chē)間液壓傾翻裝置額定傾翻載荷為380t，目前為世界上鑄鐵車(chē)間內(nèi)最大型液壓傾翻裝置，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在該領(lǐng)域特大型液壓傾翻裝置的突破。自2017年12月380t液壓傾翻裝置投入使用以來(lái)，經(jīng)受住了高爐初期大量鑄鐵的生產(chǎn)需要。380t特大型液壓傾翻裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，既提高了鑄鐵機(jī)的生產(chǎn)能力，增強(qiáng)了鑄鐵工藝安全性，并且降低了工程直接投資和運(yùn)行成本，相對(duì)冶金鑄造吊車(chē)傾翻，液壓傾翻裝置及鑄鐵車(chē)間結(jié)構(gòu)的投資節(jié)省50%以上。同時(shí)，使用液壓傾翻裝置鑄鐵具有鑄鐵流量穩(wěn)定，飛濺小，鐵損小的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，特大型液壓傾翻裝置能夠在本行業(yè)內(nèi)或相近行業(yè)推廣。

6  參考文獻(xiàn)

[1]朱鎮(zhèn)鐘.鑄管廠(chǎng)鑄鐵機(jī)專(zhuān)用液壓傾翻裝置[J].鑄造設(shè)備與工藝，2014(2)：14-17.