一種平衡吊梁在鑄造起重機(jī)上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊慶軍

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，鄭州 450046）

0 引言

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢物之一，是固體廢棄物中性能最好、利用價(jià)值最高的“垃圾”，采用合理的加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)廢渣的綜合利用，不僅可以節(jié)省大量資源、能源，而且可以減少排渣占地和對(duì)環(huán)境的污染，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

安鋼集團(tuán)綜合利用開發(fā)公司（以下簡稱安鋼綜利公司）是安陽鋼鐵集團(tuán)公司的分公司，主要承擔(dān)安鋼集團(tuán)本部鋼鐵冶金生產(chǎn)廢渣的處理加工和循環(huán)利用等工作。該公司采用鋼渣熱燜技術(shù)，于2010年7月投資4000萬元，在3#跨建成投產(chǎn)了一條年生產(chǎn)能力90萬t的鋼渣熱燜生產(chǎn)線。

安鋼綜利公司受場(chǎng)地限制的因素影響，跨內(nèi)生產(chǎn)工藝布局極不合理，3#跨不僅承擔(dān)了安鋼全部轉(zhuǎn)爐渣的處理，還承擔(dān)了全部精煉渣的處理工作。該跨為南北布置，跨內(nèi)從南向北設(shè)四部起重設(shè)備，依次為100 t通用橋式起重機(jī)（編號(hào)：G31）、100 t鑄造起重機(jī)（編號(hào)：G32）、32 t電磁橋式起重機(jī)（編號(hào)：G33）、100 t鑄造起重機(jī)（編號(hào)：G34）。跨內(nèi)地面由南向北依次設(shè)12座熱燜池，用來處理轉(zhuǎn)爐渣；熱燜池以北設(shè)有渣箱，采用堆燜工藝處理精煉渣；3#跨東側(cè)為南北走向的汽車運(yùn)輸通道，熱燜池西側(cè)為火車運(yùn)輸軌道。轉(zhuǎn)爐渣罐由火車運(yùn)輸至跨內(nèi)，再由G32鑄造吊起吊渣罐進(jìn)行翻罐作業(yè)。精煉渣斗由平板車運(yùn)輸至精煉渣處，再由G34鑄造吊起吊渣斗進(jìn)行翻斗作業(yè)。

如遇轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量問題，產(chǎn)生鋼渣砣，渣砣無法直接入池，只能由G32鑄造吊翻倒在精煉渣區(qū)域，再由G31天車掛夾鉗，抓取鋼渣坨進(jìn)行裝車。3#跨立面示意圖如圖1所示。

圖1 3#跨立面示意圖

安鋼綜利公司每天處理鋼渣坨約12個(gè)，且質(zhì)量較大，最重達(dá)30 t。鑄造吊吊起渣罐，先將鋼渣坨傾到在北頭精煉渣區(qū)域的渣堆上，再采取措施用汽車?yán)?#跨進(jìn)行切割處理。由于北邊三部天車的阻擋，最南頭的G31天車不能運(yùn)行至精煉渣區(qū)域上方直接夾取鋼渣坨，需先用挖掘機(jī)將鋼渣坨鉤到3#跨東側(cè)通道上，再用裝載機(jī)推至熱燜池與精煉渣箱之間地帶，G31天車可運(yùn)行至此處上方，抓取鋼渣坨裝車。這一過程挖掘機(jī)、裝載機(jī)超負(fù)荷工作，設(shè)備損害大、油耗高。G31天車用夾鉗裝車過程中，需搶在鋼渣罐來罐間隙作業(yè)，所有天車都要停止作業(yè)向北運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏影響較大。

平衡吊梁[1]是一種起重機(jī)械上用于大型物件和結(jié)構(gòu)件吊裝的吊具，被廣泛應(yīng)用在運(yùn)輸、冶金、礦山、鐵路救援、海洋工程、造船等各個(gè)領(lǐng)域。平衡吊梁是非標(biāo)吊具，沒有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，必須按國家有關(guān)的技術(shù)規(guī)范，根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本文將設(shè)計(jì)一種平衡吊梁，研究其結(jié)構(gòu)形式[2]，校核其強(qiáng)度條件[3]，使鑄造吊的龍門板鉤可以吊掛夾鉗，實(shí)現(xiàn)G34鑄造吊抓取鋼渣坨進(jìn)行裝車，從而避免天車的互相干擾，提高作業(yè)效率，同時(shí)也能避免挖掘機(jī)和裝載機(jī)參與作業(yè)，降低設(shè)備損耗。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求

把皮尺一端綁在G34鑄造吊的板鉤鉤頭，天車起升到最高處，測(cè)量鉤頭距離地面高度為10.5 m。夾鉗閉合后的垂直高度為7.96 m，現(xiàn)場(chǎng)所用平板車欄框高度為2 m，經(jīng)計(jì)算可知，平衡吊梁的豎直尺寸應(yīng)在1.63 m以內(nèi)。如圖2所示。

圖2 吊梁允許最大豎直尺寸示意圖

由于地面距天車的空間限制，吊梁的設(shè)計(jì)需滿足一定的尺寸要求，方能實(shí)現(xiàn)鑄造吊的抓取作業(yè)，設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）鋼渣坨最大質(zhì)量30 t；（2）夾鉗自重約8.5 t，閉合時(shí)高度約為7960 mm，如圖3所示；（3）鑄造吊龍門板鉤尺寸如圖4所示；（4）鑄造吊龍門板鉤底部距地面最大高度約為10.5 m；（5）平板車高度為2 m。

圖3 40 t夾鉗

圖4 板鉤

設(shè)計(jì)要求：（1）吊梁額定載荷應(yīng)大于鋼渣坨與夾鉗重量之和；（2）為保證渣坨能夠順利裝車，增加吊梁后，應(yīng)確保渣坨距地面高度大于2 m。因此設(shè)計(jì)的吊梁耳軸中心距鉤頭底面高度應(yīng)小于1630 mm。

2 提高平衡吊梁強(qiáng)度和剛度的措施

為了保證平衡吊梁正常工作，要求吊梁有足夠的強(qiáng)度和剛度[4]，在不擴(kuò)大吊梁幾何尺寸的前提下，提高吊梁強(qiáng)度的措施如下。

（1）選用合理的橫截面：采用矩形或工字型的橫截面[5]。

（2）采用變截面：彎矩較大的部位采用大截面，彎矩較小的部位采用小截面[6]。

（3）在條件允許的情況下，適當(dāng)減小平衡吊梁的跨度。

3 設(shè)計(jì)吊梁

經(jīng)過討論和計(jì)算，平衡吊梁選用Q345B鋼板焊接，矩形橫截面設(shè)計(jì)，梁中間設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)63 t鉤頭[7]，用于吊掛夾鉗。為最大限度減小吊梁豎直方向尺寸，將吊鉤尾部設(shè)置在吊梁內(nèi)部，并且在吊梁兩端設(shè)置懸臂軸[8]，材料選用Q345B，便于板鉤吊掛，吊梁的耳軸距吊鉤底部高度為1176.5 mm，在允許的尺寸范圍內(nèi)，如圖5所示。

圖5 平衡吊梁

4 對(duì)平衡吊梁進(jìn)行強(qiáng)度校核

為驗(yàn)證該平衡吊梁是否滿足強(qiáng)度條件，對(duì)平衡吊梁進(jìn)行強(qiáng)度校核（平衡吊梁的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1）。對(duì)平衡吊梁進(jìn)行簡化，梁自身重量為均布載荷q[9]，梁兩端受門鉤的拉力，梁中間受吊物的重力。吊物重量包括吊鉤、夾鉗和渣砣的重量，梁的計(jì)算起重量乘以安全系數(shù)k=1.3[10]，畫出受力分析圖、剪力圖和彎矩圖。如圖6所示。

4.1 對(duì)吊梁的彎曲正應(yīng)力校核

由彎矩圖（圖6）可知，梁的最大彎矩在C點(diǎn)，也就是吊鉤處[11]，C點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力為：

式中：

式（2）中各參數(shù)如表1所示。式（3）中各參數(shù)如圖7和表1所示。

圖7 梁橫截面示意圖

表1 平衡吊梁的設(shè)計(jì)參數(shù)

則有：

由計(jì)算可知梁的最大彎曲正應(yīng)力小于許用應(yīng)力。

4.2 對(duì)吊梁的彎曲切應(yīng)力校核

由剪力圖（圖6）可知，梁的最大切應(yīng)力發(fā)生在梁的兩端，也即兩個(gè)門鉤支持點(diǎn)的位置，此處為懸臂軸。最大切應(yīng)力在橫向段內(nèi)[12]為：

圖6 平衡吊梁的受力分析圖、剪力圖和彎矩圖

式中：

則：

由計(jì)算可知梁的最大彎曲切應(yīng)力小于許用剪應(yīng)力，符合強(qiáng)度條件。

4.3 對(duì)吊梁的懸臂軸彎曲切應(yīng)力校核

懸臂軸在門鉤處受最大切應(yīng)力（圖8），應(yīng)校驗(yàn)此處的彎曲切應(yīng)力。

圖8 懸臂軸截面圖

經(jīng)過計(jì)算，吊梁與懸臂軸彎曲切應(yīng)力小于許用剪應(yīng)力，符合強(qiáng)度條件。

5 結(jié)束語

該平衡吊梁摘掛方便，完全能夠滿足鑄造吊龍門板鉤掛取夾鉗，實(shí)現(xiàn)了G34鑄造吊夾取鋼渣坨的工藝要求。通過一段時(shí)間的觀察使用，相比G31天車夾取鋼渣坨的作業(yè)模式，該方案具有較大優(yōu)勢(shì)：一是G34鑄造吊倒運(yùn)鋼渣坨過程中，其他3部天車不需避讓，使作業(yè)更加靈活，提高了鋼渣處理效率；二是作業(yè)過程幾乎不會(huì)用到挖掘機(jī)、裝載機(jī)等工程機(jī)械，降低了工程機(jī)械的損壞，尤其降低了鏟斗、大小連接板、大小臂等備件的消耗，同時(shí)降低了油耗；三是加快了精煉渣外發(fā)效率，每天可節(jié)省倒運(yùn)鋼渣坨約2 h。為今后冶金行業(yè)鑄造吊掛夾鉗等類似情況，提供了切實(shí)可行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。