翻新时间：2022-12-05
工程设计中铸造起重机副钩选型计算及应用
【摘 要】在工程设计中技术人员需要经常面对铸造起重机副钩选型的问题，本文以攀钢铁水循环利用项目中30t铁水罐为例，通过对铁水的计算模型进行简化，进而介绍了铁水重心、倾动力矩、副钩载荷的计算过程及公式，实践证明该计算方法简单、可靠，为类似的工程设计中铸造起重机副钩选型计算提供了一种简单、可靠的分析方法。
【关键词】铸造起重机；铁水罐；含钒铁水；倾动力矩；副钩荷载
1 铁水罐倾动力矩的组成
M（a）=M空罐+M铁水+M磨檫
式中，M（a）：铁水罐倾动力矩；
M空罐：铁水罐空罐倾动力矩；
M铁水：铁水倾动力矩（含钒铁水）；
M磨檫：耳轴与板钩间的摩擦力矩。
2 铁水罐倾动力矩的计算
2.1 空罐力矩的计算
2.2 铁水重力和重心的计算
2.2.1 铁水重力的计算
本工程铁水罐为截锥型，锥度3°，在铁水倾动的过程中因为锥度对倾动力矩所引起的误差非常小，在工程许可的范围内，所以在计算时可以将铁水的计算模型考虑成一个圆柱体[3]。
铁水在倾动的过程中，体积始终是关于x=0平面对称，详见图1可得：
① 铁水体积
V铁水=2 ，其中D是直线z=ky+b与z=0及y=R、y=R所围成的直角梯形或直角三角形（当α≤49?，D是直角梯形；α>49?时，D是直角三角形）。
V铁水=2 ，对其进行换元，x=Rcosθ，y=Rsinθ，其中-π/2≤θ≤φ，φ是铁水罐倾动角为α时OA与x轴之间的夹角。
式中：α是铁水罐的倾动角（出铁临界角α出铁=13?，罐底露出临界角α出铁=49?）；
φ是铁水罐倾动角为α时OA与x轴之间的夹角；
当α≤49?时，φ≡π/2；当α>49?时，φ和α满足Rsinφ+R= H/tanα；
k、b分别是直线z=ky+b在yoz坐标系中的斜率、z轴上的截距，k=tanα，b=HRtanα，其中H=2072mm，R=948mm（铁水近似圆柱半径）。
2.2.2 铁水力矩的计算
M铁水=V铁水ρ铁水gL1sin（αβ）
式中：V铁水是铁水体积；
ρ铁水是含钒铁水的密度，本文ρ铁水=6.98t/m3；
β是在yoz坐标系中L1与z轴之间的夹角，其中sinβ= /L1。
2.3 摩擦力矩的计算
M摩擦=μGD耳轴/2
式中：μ是板钩和耳轴之间的摩擦系数，本文μ=0.15；
D耳轴是铁水罐耳轴直径，本文D耳轴=230mm；
G是铁水罐罐壳、耐材和铁水的总重量。
3 铸造起重机副钩荷载的计算
副钩的载荷F摩擦=KM（a）/L力臂
式中：M（a）是铁水罐倾动力矩；
L力臂= L2sin（α+δ），其中：
L2是铁水罐副钩吊环承力点到耳轴中心的距离，本文L2=2128mm；
δ是在yoz坐标系中L2与z轴之间的夹角，是一个常数，本文δ=39?；
K是安全系数，一般情况下K=1.1～1.4，本文K=1.4。
4 结论
4.2 本文中的计算公式可以作为计算铸造起重机副钩荷载的通用公式，工程技术人员可以利用Excel软件将其制作成计算模块，避免了三维建模、切片、高斯积分法的繁琐，该方法在一般的冶金工程设计中具有较高的实用性。
参考文献：
[1]罗振才，炼钢机械[M].北京：冶金工业出版社，1989.
[2]谭牧田，氧气转炉炼钢设备[M].北京：机械工业出版社，1983， 176-187.
[3]孙玉琢，钢水包倾翻力矩的计算[J].大连特殊钢，1994，47-50.
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