落地横移式移盖机的设计与应用

赵自强，邵 琳，索 婷

(中钢集团西安重机有限公司，陕西 西安 710201)

0 前言

移盖机是将高炉主铁沟第一段沟盖板移开及盖上的专用设备，是高炉炉前关键设备之一。目前市场上移盖机基本有三种形式［1］:一种是吊挂平移式结构，安装在风口平台下沿，沿轨道移动，靠杆机构提升降落沟盖，其主要动作为杠杆升降和小车沿轨道行走，沟盖起吊后移动的方向和远近取决于风口平台下沿行走轨道的布置方向和长度;另一种是基座固定折叠式结构，是由运动步骤分开的两个油缸进行沟盖的提升和移动，其沟盖移动的方向取决于移盖机基础的方向，移动距离取决于连杆长度和油缸行程，沟盖移动过程中高度有小范围变化，平稳性相对较差，该型移盖机举升的高度有限，适用于中型高炉;还有一种是基座回转折叠式，坐落在出铁场平台上，杠杆液压式提升机构，其主要动作为机座回转，主臂伸缩及升降。移盖机负责开两个铁口动作复杂，故障率高，不能适应现场高节奏的需求。

由于天津某钢厂炉前风口平台较低，相对于出铁场上表面约2400 mm，常用的三种移盖机均无法使用。因此，中钢集团西安重机有限公司为其设计制造了落地横移式移盖机。

1 设备结构组成及特点

1.1 设备主要技术参数

A 盖提升高度 250 mm

小车行走行程 4000 mm

小车行走速度 150～200 mm/s

A 盖提升速度 45 mm/s

设备最大高度 ～2200 mm

起重量 20 t(max)

液压系统工作压力 25 MPa

1.2 设备组成

该落地横移式移盖机机械主要由机械部分、液压系统及电控系统所组成。其中机械设备包括固定机架、移动小车、移动液压缸、提升液压缸、提升机构、液压配管、限位装置、铁沟盖等零部件。如图1 所示。

(1)固定机架。机架下部装有14组固定车轮、上部装有14组偏心车轮，用来支撑移动小车及小车滑道间隙的调整。

(2)移动小车。小车上装有移动液压缸、提升液压缸、提升装置、液压配管、润滑系统、限位装置、拖链装置，其作用是将铁沟盖运放到指定位置。

(3)液压配管。移盖机铺设四根带拖链装置的液压配管，远离出铁口，采用高压胶管外套进口耐高温套管保护，避免热辐射。

(4)润滑装置。移盖机的润滑是将各润滑点集中到移盖机尾部加油。润滑油采用耐高温润滑脂。

(5)限位开关及电缆。移盖机的行走和提升均设有接近开关，接近开关的位置远离铁口区，并选用耐高温电缆联接。耐高温电缆外套耐高温套管通过设备本体电缆管道接向控制室。

图1 落地横移式移盖机Fig.1 Ground cross sliding removing cover machine

1.3 工作流程

送盖流程:提升臂上升－提升到位－小车前进－前进减速－前进到位－提升臂下降－下降到位－ 小车后退－ 后退减速－ 后退到位－ 系统停止。

取盖流程:小车前进－前进减速－前进到位－提升臂上升－提升到位－小车后退－后退减速－后退到位－ 提升臂下降－ 下降到位－ 系统停止。

各运行部件均设置有限位装置，由机械加电器的控制方式控制液压系统的工作状态。

1.4 设备技术特点

(1)升降、进退机构采用液压传动，动力源可靠;设备在高温、多粉尘及渣铁喷溅的环境下能长期稳定工作。

(2)整机设备高度约为2200 mm，结构简单、操作方便、起重量大、占地面积小。

(3)该设备整机高度低，几乎不受高炉风口平台的高度限制，适用于高炉炉容在1000 m3以上泥炮、开铁口机同侧布置的炼铁高炉出铁场，工程项目经济合理可行。

2 移动小车挠度及强度校核

由图1 所示，提升铁沟盖到最高位置时整个设备处于极限位置，由铁沟盖8 和移动小车2 等部件自重产生的挠度变形会影响铁沟盖的提升高度。而且设备工作状态时移动小车是受力最大最容易失效的部件，因此必须对移动小车受力进行校核，以确保设备的安全性。

移动小车本体主材选用16 Mn，其受力可简化为悬臂梁受力，如图2 所示。移动小车长度为L，A、B 分别为小车两端。小车截面如图3所示。

图2 移动小车受力简图Fig.2 Moving frame force schematic diagram

图3 移动小车截面图Fig.3 Section plane of moving frame

2.1 小车长度方向的挠度计算

式中，fx为小车上某一位置X 到小车末端B 的挠度;LX为位置X 相对B 端的距离，4.2 m。fA为小车前端相对于末端的挠度;fPA［2］为盖重P 引起的挠度;P为盖重;L为小车的长度，5.7 m;E为弹性模量，E=210 ×109N/m2;I为最小截面的轴惯性距［2］，I=6.96 ×109mm4(见图3);fPL为小车自重PL引起的挠度;q为小车单位长度的重力，

2.2 小车末端拉伸应力校核

式中，M为小车B 端的弯矩M=Mb1+Mb2;Mb1为盖重P 引起的弯矩，Mb1=－PL=－1.14 ×106N·m;Mb2为小车自重PL引起的弯矩，－2.37 ×105N·m(负号表示与力P 方向相反);y为危险截面(见图3)。

材料许用应力为［σ］=148 MPa，σ ＜［σ］，合格。

通过计算说明移动小车横梁选用16 Mn 材料能够满足工艺要求。

3 行走液压缸的确定

移盖机行走液压缸是整个设备的关键部件之一，其推力主要取决于移盖机的运行阻力及运行的摩擦阻力。

式中，P摩为移盖机小车运行摩擦阻力;Q为移盖机提升载货重量;G为移盖机自重;f0为摩擦阻力系数［3］，f0=(2K +μd)K'/D ;K为滚动摩擦系数;μ为轴承摩擦系数;d为轴承内径;K'为附加摩擦阻力系数;D为车轮直径。

选取的油缸推力必须大于P摩，考虑到油缸行程长，且处于高温多尘的恶劣环境，为避免油缸变形，选用油缸规格尺寸为φ200/φ125 mm，S=4000 mm。液压系统调定压力28 MPa，走行油缸的工作压力约25 MPa。

4 提升液压缸的确定

由给定的起吊高度参数计算出提升液压缸的行程，根据最大起吊重量可得到沟盖各提升位置对应的油缸推力。

在沟盖的起吊过程中，油缸的受力是变化的，由力矩平衡原理可得提升油缸推力。根据油缸最大推力乘以安全系数，最终选用油缸的规格尺寸为φ140/φ100，S=585 mm。液压系统调定压力28 MPa，提升油缸工作压力约25 MPa。

5 结论

该落地横移式移盖机整机设备高度低几乎不受高炉风口平台的高度限制，结构简单、操作方便、起重量大、占地面积小，工程项目经济合理可行，在天津某钢厂运行取得了较好的效果。由于落地横移式移盖机在当时国内还无先例，所以落地横移式移盖机的成功研制及应用填补了此类产品在国内的空白。

［1］龚道雄，徐长生.臂架摆动式全回转高炉前移盖机的设计及其臂架结构分析［J］.冶金设备，2009(1).

［2］刘鸿文.材料力学［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［4］彭学元.高炉炉前移盖机的设计探讨［J］.钢铁技术，2005(4).

［5］周龙义.宝钢2#高炉揭盖机选型探讨［J］.宝钢技术，2001(3).

［6］中国冶金设备公司编著.现代大型高炉设备及制造技术［M］.北京:冶金工业出版社，1996.

［7］冯驰.新型高炉炉前移盖机［J］.冶金设备，2009(6).

［8］郭小敏.宝钢小夹角铁口的高炉主铁沟增设移盖设备的方案设想［J］.上海宝钢工程设计，2000(4).

［9］周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京.冶金工业出版社，2005.

［10］杨景武.高炉移盖机吊臂的设计计算［J］.冶金设备，2013(S1).