100T连铸机中间罐车传动系统设计.doc

100T连铸机中间罐车传动系统设计一、综述随着连铸工艺、技术的不断完善和发展以及钢铁工业结构的变化和对产品规格、质量的新要求，钢铁厂不断采用连铸技术替代铸模工艺。中间罐车是连铸机的重要设备之一，其设计质量及使用性能直接影响连铸钢坯的质量以及生产效率。1.1我国中间罐车的使用情况1.1.1中间罐车的主要机构中间罐是连铸工艺流程中，位于钢包和结晶器之间的设备，它是接受钢包内的钢水，再将钢水分配给结晶器的中间储存容器。而中间罐车主要用于支承、运载中间罐，同时用于中间罐的浇注、更换、烘烤等。某钢厂中间罐车采用高低轨式，主要机构如下： a） 走行机构将中间罐车由预热位置移到浇注位置上，浇钢结束移开浇钢位置。中间罐车在行走过程中惯性较大，故在两个主动轮处各安装了调频电机，以满足起动和停止速度最小，中间段匀速快行； b） 升降机构将中间罐升起，使水口离开结晶器盖50mm处或下降至浇钢位置。中间罐在车上的提升动作是靠4套同步液压缸来完成； c） 对中机构中间罐在浇钢时，水口必须对准结晶器，当中间罐进入浇钢位置时，要求水口进行对中调整。中间罐车的对中是靠4套液压缸装置完成的； d） 车架车架体是用于支撑中间罐、传动装置、升降装置、对中装置、溢流槽等设备的主要部件。车架体主动轮布置在浇注平台上，从动轮布置在大包操作平台上，高差3000mm。 1.1.2中间罐车使用形式随着连铸技术的发展，连铸机装备水平的提高，中间罐车已经不仅仅是中间罐的运载工具，连铸机的自动化水平从中间罐车可见一斑：自动加保护渣装置、事故闸板液压系统、自动塞棒操控系统等均安装在中间罐车上。现在使用较为普遍的中间罐车有以下几种形式：一是双侧全悬挂式;二是双侧半悬挂式;三是单侧全悬挂式;四是单侧半悬挂式。       双侧全悬挂式中间罐车结构的中间罐车车轮为高架式，一般与钢包车配合使用，可使连铸机总长度缩短7m左右（与回转台比较)节省厂房投资，并且，对中小型钢厂模铸改连铸创造了便利条件。但受结构限制，不易实现中间罐升降功能，保护浇注相对较难实现，在特种钢连铸机上的使用受到限制。因此，该种结构的中间罐车在中小型钢铁厂低合金钢连铸机上得到了广泛的应用。双侧半悬挂式中间罐车又称高低腿式，其内弧侧轨道为高架式，驱动装置设置在高架侧，改善驱动装置使用环境并且便于维护。但是，由于浇铸平台外弧侧有轨道，当发生溢钢事故时，轨道容易被冷钢遮盖，造成中间罐车无法驶离浇注区，有事故隐患。根据中间罐的浇注形式(侵入式水口或定径水口），中间罐支承台可设计成液压升降式或固定式。横向微调装置可以是液压缸驱动或是手动丝杠驱动。为了保持升降装置长时间稳定不发生漂移，液压升降缸的密封形式和材料很关键，并且，液压回路必需采用液压马达和液压锁。为了更好地解决此问题，可以将液压缸装上位移传感器，对中间罐位置随时监测、反馈，并进行补偿。根据需要，在高架的轨道上，可设置轨道传感器。中间罐车在浇铸位置时，车轮正好落在传感器上，只要在大包开浇之前对称量仪表进行清零，便能随时得到中包内钢水的实际重量。由于传感器远离热源，此种类型的称量装置具有较长的使用寿命。单侧全悬挂式为悬挑式结构，所有车轮均支承在内弧侧的高架轨道上，对浇铸平台的干涉较少，但对厂房和钢结构平台要求较高，因此，一般用在大半径或4流以上的连铸机上。同样，根据中间罐的浇注形式(侵入式水口或定径水口），中间罐支承台可设计成机械升降式或固定式。机械升降一般采用蜗轮减速机、滚珠丝杠驱动。单侧半悬挂式中间罐车上下轨道均布置在内弧侧，与全悬挂式具有一样的优点，同时，对厂房、钢平台的要求相对较低，因此得到较广泛的应用。中间罐升降及横向微调均采用液压机构实现。1.1.3各国中间罐车的主要参数 1.2 中间罐车的结构及特征中间罐车一般由车架，行走机构，提升机构，横向微调机构，称量装置及辅助装置等组成。根据浇注钢种和提高铸坯质量的要求,有的中间罐车上还装有等离子加热导电装置, 结晶器加保护渣装置等辅助设备 1.2.1车架 为了便于操作，车架采用门型结构，其开口侧在浇注工人的操作面。为了加强刚性，车架梁采用箱型结构，横梁，立柱及主梁连接部位增设加强版，车架的左视图为门型，形成了车架的异型结构与复杂受力状况。 中间罐车的车架用于支撑中间罐，安装固定传动装置、中间罐升降机构及横向微调机构、称量装置及辅助设备等。以往生产小方坯的中间罐车车架多采用门型结构,其开口侧在浇注工的操作侧。目前常采用的半高架式、高架式及全悬挂式中间罐车的车架由于将轨道架起, 克服了操作不便的特点,车架均采用箱型结构,在主梁和横梁连接处用钢板或型钢加强,大大增加了车体的刚性。通常车架全部采用焊接结构。车架上还设置有供操作人员观察中间罐液面位置及供其他设备安装操作用的平台、走台、防热辐射和钢水飞溅用的防护装置。同时在结构设计中还要充分重视供线电路及液压回路的布线，既要布线方便，又要保证管线能得到充分保护1.2.2 行走机构  中间罐车的行走机构通常采用电动机驱动。根据车架结构，为使行走机构传动平稳，将主动轮和传动装置布置在主梁的一侧，主动轮为双缘轮，起导向作用：中间罐车运行时一般有快慢两种行走速度。快速主要用于将中间罐由烘烤位运送到接近浇注位。慢速用于启、制动及中间罐水口与结晶器对。一般快速为15-20m/min, 慢速为1-2m/min。为实现两种速度的转换,行走机构的变速有以下三种方式。 1.双交流电机变速方式 即通过减速装置串联起来的两台带制动器的交流电动机。 通过减速装置将两台带制动器的快、慢速电动机串联起来，快速运转时快速电动机打开，与慢速电动机断开；但在慢速电动机运转时，通过快速电动机的制动器及电枢传动悬挂减速器，再驱动车轮运行。这种方式增加了装置复杂性。 2.双输入轴行星减速方式 行星减速器的两个主动轴分别与两台带制动器的交流电机相联。 采用两台交流电机驱动行星减速器，减速器的两个主动轴分别与两台带制动器的交流电机相连。当快速电机接电时，其制动器打开（慢速电机不接电，其制动器闭合），快速电机转动，使行星轮绕中心旋转，实现快速驱动。当慢速电机接电，其制动器打开（快速电机不接电，其制动器闭合），慢速电机转动，通过两级圆柱齿轮使行星轮绕与快速电机相连的中心轮旋转，实现满速驱动，这种结构比较复杂，维护不便。 3.变频调速方式 此方式是近年来, 尤其是引进设备多采用的一。种变速方式。它是通过变频调速的方法带动常规减速器以获得快慢两种速度, 使机构得到简化。有时, 为了操作方便在传动机构上装有手轮, 在与结晶器对中时还可以采用手动方式。 2.行走机构驱动方式 中间罐车行走机构的驱动方式有三种: 1.单侧驱动   每套传动机构驱动一个主动车轮。在不影响操作人员操作的前提下, 传动机构尽量布置在内弧侧。此种传动方式省去了两个车轮的连接轴, 使车架底部有足够的空间跨过结晶器。由于车架本身采用箱形结构, 即使是容量较大的中间罐车也能保证运行的平稳可靠,一般门型中间罐车多采用这种方式。 2.双侧集中驱动  双侧车轮集中驱动。当采用集中驱动时, 驱动两个主动车轮的横轴必须通过链轮、链条或齿轮带动车轮, 并将横轴倒换至较高位置, 让出车架下部空间（使其能跨过结晶器）。 3.两侧单独驱动 由两台电动机分别驱动两侧车轮，这种方式会增加中间罐车的横向宽度，对操作人员有影响。 无论采用哪种驱动方式, 为保护行走机构, 防止由于溢钢或钢水飞溅烧损传动装置, 传动装置上方必须安装保护罩。1.2.3 提升机构 当采用浸入式水口进行保护浇注时, 为使水口插入结晶器的深度, 必须设有中间罐提升机构。提升行程通常为450-750mm, 提升速度一般为1.2-2.4m/min。 中间罐提升有电动提升和液压提升两种方式1.电动提升 一般采用蜗轮蜗杆螺母丝杠的传动方式驱动支撑中间罐的提升框架。丝杠可采用普通梯形螺纹。每套提升机构要求配有两根丝杠。由两套传动机构分别驱动同侧的两个丝杠, 并用同步轴将两套传动机构连起来。电动提升方式结构复杂, 对加工精度和安装精度的要求都较高。 2.液压提升 采用四个液压缸位于提升框架的四个支点，用液压同步马达保证四个液压缸的同步提升。液压提升方式比电动提升方式使车体简化,维护方便 ，但液压设备调整较复杂。1.3 中间罐车的问题和改进 由于中间罐长期处于高温状态下，工作环境恶劣，中间罐车的性能直接影响连铸机的正常运行及连铸机的寿命和产量。  1.3.1 中间罐车常见问题 结合国内一些钢厂连铸机中间罐车实际使用情况，发现目前国内外各种机型连铸机的中间罐车普遍存在一些设计缺陷，给中间罐车的使用和维护带来了诸多麻烦，主要问题如下： 1.传统中间罐车的设计，其升降机构为机械升降或液压升降。中间罐提升时，为保证四个立柱升降运动的同步，机械升降采用同步轴，而液压升降采用分流阀控制，升降立柱为相形焊接结构，升降立柱与车架之间相对运动的导向是通过四周的衬板进行的。 在使用过程中，由于车架受热变形的影响及四个立柱与衬板的间隙难以保持一致，因此，常发生卡阻现象，造成升降同步误差大。 2.当设计将中间罐车的承载中心和车轮中心在同一轴线上时，中间罐耳轴在高温状态下使用产生变形，使中间罐对其支承横梁产生侧向分力2P，承载立柱在中间罐的侧向分力2P作用下产生扭矩2PH，行走车架在此扭矩作用下产生向上的弯曲变形（图1.1）。1.3.2 中间罐车设计的改进  中间罐由于长期处于高温状态下，起耳轴在钢水高温热辐射影响下，其持久极限值急剧下降，逐渐产生弯曲变形。因此，中间罐耳轴与中间罐车横梁支承点的接触、手里发生变化，由理论的竖直向下的正应力。由于支撑点较高，力臂较长，该侧向分应力形成了较大的变形力矩，使中间罐发生严重的扭转变形，最终导致无法正常工作。  为了克服侧向力矩造成的扭转变形，采取力矩平衡法，经过反复核算，合理地确定中间罐承载中心与车轮支承中心的距离L ，减少侧向分力的力臂，同时由于位置的改变，产生一个反向支承力矩，从而达到了力矩的平衡，减少侧向力产生的力矩对车架造成的弯曲变形原来的设计中，钢水载荷是直接作用在车架上的，在长期作用下，受交变应力的影响，车架会逐渐产生变形。改进设计是将横梁扩展为平台横梁，载荷布置在平台横梁上，再将平台横梁压在前后车架上，使前后车架承受的是由平台横梁传下来的均布载荷，消除交变应力点，在和压强随之减少，使车架受交变应力产生的变形也降低了。同时，克服了前后车架行走时产生的扭车现象，增加了前后车架的使用寿命，并为操作和维修提供方便。  中间罐车原始设计均采用方柱滑槽导向，由于升降导致滑槽中心与液压缸支承中心不在同一线上，产生一个不平衡力矩的侧向力矩，并且导向间隙较大，所以在使用中极易产生卡阻及不平衡现象。为确保横梁升降同步，以往把希望寄托在同步阀上，没有对机械导向进行太多的设计，认为有了同步阀就能保证同步，实践证明，再好的同步阀在没有受到很好的机械导向控制时，也很难达到所要求的同步精度。为此，在设计时选用从意大利进口的分流阀来实现液压缸的同步运动，对机械导向进行了全新的设计。通过采用圆柱导向，选取适当的配合，并将外置液压缸移至导向力主中央，使液压缸与受力点在同一中心线上，不产生力矩，从而消除了升降卡阻现象，提高了升降同步精度。液压缸在设计时采用了缓冲装置，使中间罐升降平稳，并且使液压缸得到很好的保护。  通过对后车架的反复核算，在确保确保强度和刚度的前提下，缩小后车架的宽度，减少迎水面积，把顶部做成15度的斜面，并采取加盖不锈钢板的方法，使其不易粘钢。另外，将钢板的厚度增加到30mm，提高了抗烧蚀强度，确保使用寿命。车体设计成组合式，具有很好的加工工艺性和装配工艺性，并为以后的使用和维护提供方便。车载采用独立液压站，提高了中间罐车的操作灵活性和机动性，满足了现场需求。所有管线均采用暗藏式布置，使其整齐、美观、安全、不易损坏。 在设计中引入了工业设计理念，对中间罐的外观造型进行综合设计，将横梁两端设计成方形，与车体的线条相映衬，给人一种简洁、明快、气派的感觉。