一种复轨器在宣钢400 t 钢包车中的设计应用

吕 岩

（河钢集团宣钢公司二钢轧厂，河北张家口 075100）

1 应用背景

钢包车作为转炉炼钢的重要设备，视为转炉冶炼的合格钢水承载并传递至精炼、连铸工序的“中转枢纽”。宣钢公司150 t转炉炉下钢包车载重量为400 t，由于炉下生产作业环境复杂，偶有钢包车脱轨事故发生，严重影响了转炉生产节奏，造成巨大的经济损失。如何及时、迅速、安全地复轨，将脱轨事故影响减少到最小范围，复轨器的应用具有重要意义。作为钢包车脱轨事故的救援设备，必须要求其有大的起升重量、稳定的支撑结构、组装搬运轻便迅速、操作简单等要求。

目前主流使用的轨道车辆复轨器有JⅠ-A 型快速转向架形式复轨器、海参型复轨器和多段式复轨器等，但是它们各有不足之处，不适用于转炉炼钢生产要求，如体积重量过大、横移量小、易发生倾倒等。这些问题的存在给钢包车复轨造成了很大困难，开发一种适应性强、复轨效率高、操作简单的复轨器十分必要，对于保障转炉炼钢安全生产有重要意义。

2 技术内容

自150 t 转炉投产后，炼钢设备系统早已认识到钢包车脱轨事故救援工作在整个炼钢作业过程中的重要性，因此一直在探索钢包车复轨器的改进研发，并应用了很多先进技术，总体技术要求集中轻量化、液压技术的应用和高效化。

2.1 设计方案

此次设计的钢包车复轨器摒弃了轻载轮式车辆复轨器常用的横移小车结构，改为设计成滑块组件，其优点是结构简单坚固、体积小、质量轻，用于大负载时更加安全可靠。采用举升液压缸加横移液压缸推动的横移滑块组成的垂直结构，能保证横移时发生最大倾斜或横移受到最大阻碍也不会发生板缸分离或倾倒事故。复轨器各部分也采用了模块化设计，可进行快速地组装拆分工作（图1、图2）。

由于150 t 转炉钢包车为设计载重400 t 钢水罐车，加之钢包车自身质量及车身粘渣质量合计约100 t，故此复轨器设计举升能力达500 t，举升高度350 mm，一次横移量300 mm，举升点在车钩后边中梁。其主要零部件组成为：①双直流电动液压泵站，1 台举升液压泵站，1 台横移液压泵站，均为3 kW 直流电机驱动，工作压力40 MPa；②举升液压缸，4 套液压缸举升能力500 t，采用三级缸，材料采用高强度材质27SiMn，密封圈采用3 道密封进口，保证油缸的密封性和安全性；③横移液压缸，缸径100 mm，有49 t 推力，横移量300 mm；④辅助液压缸，放置于炉底用于支撑底座；⑤横移底座，采用H 型高强度结构钢；⑥横移滑块组件。

图1 举升示意

图2 横移示意

此复轨器技术先进、结构简单、复轨迅速，能够确保轨道车安全无误地复位，特别适用于冶金车辆脱轨事故救援。而且一旦钢包车发生脱轨事故，3～4 人就可以快速完成组装，可以快速安全复位车辆。

2.2 工作原理

其工作原理是复轨器的举升和横移液压缸通过电动液压泵站提供动力，通过手动换向阀分别完成举升及横移操作。

（1）举升操作。将电动液压泵站上与举升缸相连的液压阀置于“举升”位置，电机驱动液压泵工作，液压油驱动举升液压缸向上举升动作，顶住钢包车车架横梁部位，直至托举至车轮高出轨道面，此时将液压阀切换至“0”位。

（2）横移操作。将电动液压泵站上与横移缸相连的液压阀置于“横移”位置，电机驱动液压泵工作，液压油驱动横移液压缸做横移动作，直至车轮位于轨道正上方，此时将液压阀切换至“0”位。

（3）复位操作。将电动液压泵站上与举升缸相连的液压阀置于“复位”位置，电机驱动液压泵工作，车体缓缓下落，直到车轮踏面与钢轨面接触，待活塞杆完全缩回，将液压阀切换至“0”位。

2.3 钢梁组件强度校核

本复轨器是重载钢包车脱轨救援的必备设备，其综合机械性能直接影响到复轨工作的安全。利用ANSYS7.0 软件进行分析，对复轨器的钢梁组件检验其刚度和强度是否满足要求。

首先用PRO/E 建模（图3），完成后导入到ANSYS 中。由于对钢梁组件受力部位的力学情况需要重点考虑，对两侧的横梁挡板和钢梁两侧的凸台和倒角在建模时进行忽略。

将约束加到复轨器的整个底面以保证能够真实反映复轨器的应力和变形情况，使复轨器的X、Y、Z 三个方向的移动以及转动被约束，即限制了其6 个自由度，并在钢梁的中心点上施加一个4.82×107N 的压力。

设定完成约束及负载后，通过求解器进行计算，求解后切换到“Post Processing”模块进行数据后处理，最后可以求得应力和应变结果：在钢梁的正中部位置发生最大应力和最大变形量，材料的许用应力大于极限工况的最大应力，钢梁的最大变形量在允许范围之内。因此，该设计方案能够满足使用要求。

图3 钢梁组件建模

3 应用效果

该复轨器自投入使用至今，运行平稳可靠，累计进行8 次钢包车脱轨事故救援，平均单次复轨操作时间控制在30 min 内，均能及时恢复生产，未发生因钢包车脱轨导致的断机事故。

实践证明，该复轨器适用于大型转炉载重400 t 以上钢包车复轨救援，它结构简单轻便，搬运组装方便，操作简单可靠，将以往钢包车复轨的复杂运动分解为简单的起复运动和横移运动，其良好的性能赢得了众多专家及技术人员、岗位操作人员的认可。另外它采用的诸多创新优化结构技术，在国内外大型转炉钢包车复轨器应用方面也独树一帜，在轨道车辆事故救援领域有着极大的推广价值。