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摘要： 铁水罐倾翻车是铁水罐扒渣系统的重要组成部分。其中车辆行走及倾翻功能是关键，车架是主要的承载主体。本文介绍了铁水罐倾翻车的结构组成及作用，主要元件选取及元件参数的设计计算。
关键词：铁水罐倾翻车;设计;计算
Design Of 120t Hot Metal Ladle Tipping Car
FuHao MengWangWang TianGang
（Sinosteel XI’AN MACHINERY CO.，Ltd，SShanXi XiAn 710021）
Absrtact：Hot metal ladle tipping car is very important part of the skim slag system.Driving and tipping are main functions of the car.The car frame is for
Loading ang supporting.The article introduce the components 、 function and main choice and calcalation of the car.
Keyword： Hot metal ladle tipping car;design;calculation
1 前言
鐵水罐倾翻车是铁水预处理脱硫工艺的重要组成部分，脱硫后产生的脱硫渣浮在铁水表面，为了将脱硫渣清除干净，铁水罐在车上需要倾翻至一定的角度，配合扒渣机扒除脱硫渣。铁水罐在预处理位置脱硫后，由铁水罐倾翻车将铁水罐送入扒渣位置，再由液压缸将罐体倾翻至设定的角度，然后由扒渣机将铁水罐中的脱硫渣扒入渣罐中，待渣扒除干净后，再将铁水罐回到待机位置。本文以某钢铁公司120吨铁水罐倾翻车为例，从车的传动方式以及车架结构入手，详细讨论了铁水罐运输车的结构和设计依据。
2 基本参数
120吨铁水罐运输车基本参数见表1。
其中车体装配主要由车架、左、右传动轮装配、左右从动轮装配等组成：车体装配主要功能是行走、承载运输铁水罐;倾翻架装配主要由左、右倾翻架、横梁、左、右扇形齿等组，倾翻架装配主要完成铁水罐工位倾翻动作及复位功能;防溅挡板作用是扒渣时保护车体不被飞溅的钢液、钢渣损伤;缓冲装置主要由橡胶缓冲器及安装支架组成，主要是防止有冲击时车体进行缓冲;拖链主要是将地面液压站的能源介质输送至车体各功能部件。
3 设计与计算
3.1 主（从）动轮系的设计
主要由液压马达、减速机、轴承、车轮及车轮轴等组成。
液压传动与其它传动方式有以下优点：
1）传动功率大，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。
2）传动平稳，系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。
3）工效较高，降低成本。
基于以上三点，车轮驱动选用液压马达提供动力。
在选取液压马达前，先确定车轮踏面直径。已知铁水罐加钢液等240吨，车体自重估重65吨，合计305吨。初步选定4个轮组共计8个车轮，每个车轮最大负重 ，考虑到冲击等外部因素，按每轮最大40吨负荷考虑，最小负重，按每轮最小10吨负荷考虑。已知用户现场轨道QU120。车轮结构依照JB/T6392-2008中双轮缘型车轮，车轮踏面直径初选φ800mm。车轮材质初选为ZG340—640，调质后表面淬火硬度HB350～380。
即
按机械设计手册第六版第2卷：车轮踏面疲劳计算载荷
考虑到惯性作用、风载荷等作用，按GB/T3811-2008取安全系数1.5。
计算载荷为 ，当 时车轮的踏面尺寸满足强度要求。
由《机械设计手册》第六版第2卷 表9-1-122，表9-1-123，表9-1-125，
式中： K—车轮的许用比压. 取为5.6N/mm2;
—转速系数. 取为1.1;
—工作级别系数. 取为1.12;
—车轮与轨道有效接触长度. 取为120mm;
—车轮踏面直径 初选为φ800mm;
则
满足强度要求。
3.2 液压马达、减速机的选取
3.2.1 铁水罐倾翻车工作功率
式中：G —车体自重加负荷重量，KN;
μ —摩擦系数由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-11，选取μ滑动=0.05 ;
V —车体运行速度m/s 已知V=0.23m/s;
ηw—机械效率，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取ηw=0.85;
则
3.2.2 铁水罐倾翻车启动功率
η —液压马达输出效率，选取η=0.9，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取η=0.9
选力士乐液压马达 A2FM32/61W-VAB040即可满足要求。 类比之前的同类产品，选取减速机为邦飞利产品313L3-252FZ-5B-HOAE-2A。
3.3车轮轴的选取：
3.3.1材质的选取：由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可 采用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故轴的材料选 45钢，经热处理后表面硬度HB217—255。 3.3.2最小轴径的计算：
由于轴受到转矩作用时，其强度条件为
T—轴传递的转矩，N.m
WT—轴的抗扭剖面模量，mm3
n—轴的转速，r/min
P—軸传递的功率，kW
d—计算剖面处轴的直径，mm
由上面的强度公式变形可得：
[τ]T—由《机械设计手册》第六版第2卷 表7-1-1查 对调质处理45钢其对应值为155Mpa。
由《机械设计手册》第六版第1卷 表1-1-3查
η1—减速机效率为0.95
η2—联轴器效率为0.99
η3—轴承效率为0.98
Pd—马达输出功率 由前边知为38.1kW
， n=34.5r/min
则
d≥67.9mm 即轴不被扭断的最小轴径已确定。由于此次设计最小轴径处安装减速机，按减速机花键孔尺寸，取最小轴径d=122mm。
3.3.3 轴承的选取：
轴承所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。由于滚子轴承宜于承受较大的径向载荷，承载的变形也小。为了防止因轴受力弯曲或倾斜，会造成轴承内外圈轴线发生偏离，因此初选调心滚子轴承。
本设计自由端轴承和固定端轴承相对车轮两侧对称分布，轴承主要受车体总负荷的静压力.轴承所受径向载荷：
轴承所受轴向载荷 对轴承负荷的影响不大，计算时可认为轴承所受当量动负荷 ，轴承预期计算寿命 （一年按300个工作日，每个工作日按3×8个小时考虑）
计算轴承的基本额定动负荷Cr，由《机械设计手册》（机械工业出版社）第4册公式28.3-13
变形得 =440.3kN
选用型号为22334CC/W33的调心滚子轴承，其安装尺寸为120×170×360
即安装轴承处的轴径为170mm。
3.4 倾翻液压缸的选取
按照倾翻动作要求及液压缸的安装空间，初步选定用两个液压缸完成倾翻动作。液压缸的工作压力20MPa，选定油缸行程1100mm。已知总的推力约为（240+15）/Cos30° =294.5吨.单个液压缸的理论推力为294.5/2=147.3吨=1443.5KN。根据机械设计手册第六版第5卷页码21-290，液压缸安全系数取3～12.故选取力士乐产品型号CDH2 MT4/220/160/1100A1X/B*CHDBEW即可满足要求。
3.5 车架结构设计
车架是整个铁水罐倾翻车承载主体，主要是一个焊接结构件，考虑到受力、发货时的运输成本、用户现场的使用空间限制等因素，将车架设计为分体结构，发运至用户现场进行组焊。主体设计初步完成后，对车架结构薄弱的环节进行相应的加固，如增加筋板、改变板厚等。设计受力分析合格后，制造时的关键环节控制也很重要，制造厂在焊接、加工过程中要考虑车架的变形。去应力退火、机加工后的时效处理是必须的环节。成品的车架设计结构图如下图3所示：
3.5 整体设计
主要零、部件选取完成后，根据各部件之间的联接、装配关系，进行相关件的结构设计，既要考虑结构的合理性，又要考虑经济性，既要满足功能要求，又要考虑加工、制造的可能性。基于以上原则，铁水罐倾翻车的设计图结构如图4所示：
3.6 介质配管
铁水罐倾翻车设备完成后，车体的介质配管也是很重要的一步，轮系轴承用油枪通过油杯加油脂润滑。倾翻油缸、液压马达的供油、回油、油缸液控单向阀的给油、液压马达制动器给油、马达的泄油等由地面液压站通过拖链供给。车体上的配管要求布置合理，与设备相匹配。
4 结论：
以120吨铁水罐倾翻车作为研究对象，经过计算校核和现场功能测试，可以得出以下结论：
1）生产使用过程中走行平稳，安全可靠;
2）设备故障率低，日常维护量小，设备运行可靠;
参考文献
[1]成大先主编—机械设计手册第六版，化学工业出版社，2017年1月
[2]《重型机械标准》—编写委员会编重型机械标准，云南科技出版社，2008年
[3]闻邦椿主编—机械设计手册第五版，机械工业出版社，2010年1月
[4]濮良贵主编—机械设计第十版，高等教育出版社，2019年1月
作者简介：傅昊（1980-），男，中钢集团西安重机有限公司高级工程师
关键词：铁水罐倾翻车;设计;计算
Design Of 120t Hot Metal Ladle Tipping Car
FuHao MengWangWang TianGang
（Sinosteel XI’AN MACHINERY CO.，Ltd，SShanXi XiAn 710021）
Absrtact：Hot metal ladle tipping car is very important part of the skim slag system.Driving and tipping are main functions of the car.The car frame is for
Loading ang supporting.The article introduce the components 、 function and main choice and calcalation of the car.
Keyword： Hot metal ladle tipping car;design;calculation
1 前言
鐵水罐倾翻车是铁水预处理脱硫工艺的重要组成部分，脱硫后产生的脱硫渣浮在铁水表面，为了将脱硫渣清除干净，铁水罐在车上需要倾翻至一定的角度，配合扒渣机扒除脱硫渣。铁水罐在预处理位置脱硫后，由铁水罐倾翻车将铁水罐送入扒渣位置，再由液压缸将罐体倾翻至设定的角度，然后由扒渣机将铁水罐中的脱硫渣扒入渣罐中，待渣扒除干净后，再将铁水罐回到待机位置。本文以某钢铁公司120吨铁水罐倾翻车为例，从车的传动方式以及车架结构入手，详细讨论了铁水罐运输车的结构和设计依据。
2 基本参数
120吨铁水罐运输车基本参数见表1。
其中车体装配主要由车架、左、右传动轮装配、左右从动轮装配等组成：车体装配主要功能是行走、承载运输铁水罐;倾翻架装配主要由左、右倾翻架、横梁、左、右扇形齿等组，倾翻架装配主要完成铁水罐工位倾翻动作及复位功能;防溅挡板作用是扒渣时保护车体不被飞溅的钢液、钢渣损伤;缓冲装置主要由橡胶缓冲器及安装支架组成，主要是防止有冲击时车体进行缓冲;拖链主要是将地面液压站的能源介质输送至车体各功能部件。
3 设计与计算
3.1 主（从）动轮系的设计
主要由液压马达、减速机、轴承、车轮及车轮轴等组成。
液压传动与其它传动方式有以下优点：
1）传动功率大，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。
2）传动平稳，系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。
3）工效较高，降低成本。
基于以上三点，车轮驱动选用液压马达提供动力。
在选取液压马达前，先确定车轮踏面直径。已知铁水罐加钢液等240吨，车体自重估重65吨，合计305吨。初步选定4个轮组共计8个车轮，每个车轮最大负重 ，考虑到冲击等外部因素，按每轮最大40吨负荷考虑，最小负重，按每轮最小10吨负荷考虑。已知用户现场轨道QU120。车轮结构依照JB/T6392-2008中双轮缘型车轮，车轮踏面直径初选φ800mm。车轮材质初选为ZG340—640，调质后表面淬火硬度HB350～380。
即
按机械设计手册第六版第2卷：车轮踏面疲劳计算载荷
考虑到惯性作用、风载荷等作用，按GB/T3811-2008取安全系数1.5。
计算载荷为 ，当 时车轮的踏面尺寸满足强度要求。
由《机械设计手册》第六版第2卷 表9-1-122，表9-1-123，表9-1-125，
式中： K—车轮的许用比压. 取为5.6N/mm2;
—转速系数. 取为1.1;
—工作级别系数. 取为1.12;
—车轮与轨道有效接触长度. 取为120mm;
—车轮踏面直径 初选为φ800mm;
则
满足强度要求。
3.2 液压马达、减速机的选取
3.2.1 铁水罐倾翻车工作功率
式中：G —车体自重加负荷重量，KN;
μ —摩擦系数由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-11，选取μ滑动=0.05 ;
V —车体运行速度m/s 已知V=0.23m/s;
ηw—机械效率，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取ηw=0.85;
则
3.2.2 铁水罐倾翻车启动功率
η —液压马达输出效率，选取η=0.9，由《机械设计手册》第六版第1卷表1-1-3，选取η=0.9
选力士乐液压马达 A2FM32/61W-VAB040即可满足要求。 类比之前的同类产品，选取减速机为邦飞利产品313L3-252FZ-5B-HOAE-2A。
3.3车轮轴的选取：
3.3.1材质的选取：由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可 采用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故轴的材料选 45钢，经热处理后表面硬度HB217—255。 3.3.2最小轴径的计算：
由于轴受到转矩作用时，其强度条件为
T—轴传递的转矩，N.m
WT—轴的抗扭剖面模量，mm3
n—轴的转速，r/min
P—軸传递的功率，kW
d—计算剖面处轴的直径，mm
由上面的强度公式变形可得：
[τ]T—由《机械设计手册》第六版第2卷 表7-1-1查 对调质处理45钢其对应值为155Mpa。
由《机械设计手册》第六版第1卷 表1-1-3查
η1—减速机效率为0.95
η2—联轴器效率为0.99
η3—轴承效率为0.98
Pd—马达输出功率 由前边知为38.1kW
， n=34.5r/min
则
d≥67.9mm 即轴不被扭断的最小轴径已确定。由于此次设计最小轴径处安装减速机，按减速机花键孔尺寸，取最小轴径d=122mm。
3.3.3 轴承的选取：
轴承所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。由于滚子轴承宜于承受较大的径向载荷，承载的变形也小。为了防止因轴受力弯曲或倾斜，会造成轴承内外圈轴线发生偏离，因此初选调心滚子轴承。
本设计自由端轴承和固定端轴承相对车轮两侧对称分布，轴承主要受车体总负荷的静压力.轴承所受径向载荷：
轴承所受轴向载荷 对轴承负荷的影响不大，计算时可认为轴承所受当量动负荷 ，轴承预期计算寿命 （一年按300个工作日，每个工作日按3×8个小时考虑）
计算轴承的基本额定动负荷Cr，由《机械设计手册》（机械工业出版社）第4册公式28.3-13
变形得 =440.3kN
选用型号为22334CC/W33的调心滚子轴承，其安装尺寸为120×170×360
即安装轴承处的轴径为170mm。
3.4 倾翻液压缸的选取
按照倾翻动作要求及液压缸的安装空间，初步选定用两个液压缸完成倾翻动作。液压缸的工作压力20MPa，选定油缸行程1100mm。已知总的推力约为（240+15）/Cos30° =294.5吨.单个液压缸的理论推力为294.5/2=147.3吨=1443.5KN。根据机械设计手册第六版第5卷页码21-290，液压缸安全系数取3～12.故选取力士乐产品型号CDH2 MT4/220/160/1100A1X/B*CHDBEW即可满足要求。
3.5 车架结构设计
车架是整个铁水罐倾翻车承载主体，主要是一个焊接结构件，考虑到受力、发货时的运输成本、用户现场的使用空间限制等因素，将车架设计为分体结构，发运至用户现场进行组焊。主体设计初步完成后，对车架结构薄弱的环节进行相应的加固，如增加筋板、改变板厚等。设计受力分析合格后，制造时的关键环节控制也很重要，制造厂在焊接、加工过程中要考虑车架的变形。去应力退火、机加工后的时效处理是必须的环节。成品的车架设计结构图如下图3所示：
3.5 整体设计
主要零、部件选取完成后，根据各部件之间的联接、装配关系，进行相关件的结构设计，既要考虑结构的合理性，又要考虑经济性，既要满足功能要求，又要考虑加工、制造的可能性。基于以上原则，铁水罐倾翻车的设计图结构如图4所示：
3.6 介质配管
铁水罐倾翻车设备完成后，车体的介质配管也是很重要的一步，轮系轴承用油枪通过油杯加油脂润滑。倾翻油缸、液压马达的供油、回油、油缸液控单向阀的给油、液压马达制动器给油、马达的泄油等由地面液压站通过拖链供给。车体上的配管要求布置合理，与设备相匹配。
4 结论：
以120吨铁水罐倾翻车作为研究对象，经过计算校核和现场功能测试，可以得出以下结论：
1）生产使用过程中走行平稳，安全可靠;
2）设备故障率低，日常维护量小，设备运行可靠;
参考文献
[1]成大先主编—机械设计手册第六版，化学工业出版社，2017年1月
[2]《重型机械标准》—编写委员会编重型机械标准，云南科技出版社，2008年
[3]闻邦椿主编—机械设计手册第五版，机械工业出版社，2010年1月
[4]濮良贵主编—机械设计第十版，高等教育出版社，2019年1月
作者简介：傅昊（1980-），男，中钢集团西安重机有限公司高级工程师