大型钢包台车负荷水平及事故判断

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1997.s1.006 第19卷增刊 北京科技大学学报 Vol.19 197年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feh.1997 大型钢包台车负荷水平及事故判断 程伟1)章博)王隆寿2陈平2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)宝山钢铁（集团）公司，上海201900 摘要针对大型钢包台车发生的断轴事故，进行了负荷水平综合测试及接轴结构计算，提出了 事故合理判断的依据及设计原则， 关键词钢包台车，十字轴式万向接轴，钢包 1钢包台车的基本情况 宝钢炼钢厂使用的钢包台车是由日本富士车辆株式会社引进的，车体长度15080m, 宽度6800m,装载一个300t的钢包.钢包自重加上铁水质量约为450~550t.钢包台车的 作用是将装满钢水的钢包平稳地运行到浇铸跨进行模铸，目前负担着30%以上的钢水运输 任务. 中亞 中中 接轴M 接轴M,可 接轴M, 接轴M, 从动轮系 菲动轮系 图13001钢包台车走行机构简图 钢包台车前后共有两组车轮（图1），前面（面向转炉）四个轮子为被动轮，后面4个轮 子为主动轮.由电机(132kW)经减速机（速比56.5）分别驱动4根十字轴万向接轴 (D=210mm).万向接轴为KF135型，每轴设计传动力矩为2.6t·m,最大力矩为3.71 t·m,最高转速为10.6r/min,最大倾角为10.2°，原用日本材料20 CrMnTi,,现改为 30 CrMnTi,渗碳处理，表面硬度HRC=58~64,心部HRC=35~42. 钢包台车传动系统万向接轴使用过程中，1992年起已发生较多次断裂事故，主要是十字 轴头断裂.一般一次断裂1根，有时一次断裂3根，严重影响生产.因此需要经过测试及计 算，摸清大型钢包台车的负荷特性，并找出造成事故的主要原因. 199《-03-20收稿 第一作者男43岁工程师

第 珍 卷 增刊 】望刀 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 加叭目 面赚卿 健 欣妇耽 回 攻恤内曰 欣汤嗯 谧 坦 万侧压 望刀 大型 钢包台车负荷水平及事故判 断 程 伟 章 博 王 隆寿 陈 平 北 京 科技大 学机械工 程 学 院 ， 北 京 宝 山 钢铁 集 团 公 司 ， 上 海 侧 〕 摘要 针对大型钢包台车发生 的断轴事故 ， 进行 了负荷水平 综 合测 试 及 接 轴结 构计算 ， 提 出 了 事故合理判断的依据及设计原则 关健词 钢 包台 车 ， 十字轴式万 向接轴 ， 钢包 钢包台车的基本情况 宝钢炼钢厂使用 的钢 包台车是 由 日本 富士 车辆株式会社 引 进 的 ， 车体长度 ， 宽度 宜 ， 装载一个 的钢包 钢 包 自重 加 上铁水质量约 为 钢 包台车的 作用是将装满钢 水 的钢 包平稳 地运行到 浇铸跨进行模铸 ， 目前 负担着 以上 的钢水运 输 任务 接 轴 叮 扮确 咪乌三 江 接 轴 择 口 崇乌韧 从 动 轮 系 主动 轮 系 图 月 钢包 台车走行机构简图 钢包台车前后共有两组车轮 图 ， 前 面 面 向转 炉 四 个 轮 子 为 被 动 轮 ， 后 面 个 轮 子 为 主 动 轮 由 电 机 犯 经 减 速 机 速 比 分 别 驱 动 根 十 字 轴 万 向 接 轴 二 万 向接 轴 为 型 ， 每 轴 设 计传 动 力 矩 为 · ， 最 大 力 矩 为 · ， 最 高 转 速 为 石 ， 最 大 倾 角 为 “ ， 原 用 日 本 材 料 笑 ， 现 改 为 ， 渗碳处理 ， 表 面 硬度 一 ， 心部 一 钢包台车传动系统万 向接轴使用过程 中 ， 年起 已发生较多 次断裂事故 ， 主要 是 十字 轴头断裂 一般一次断裂 根 ， 有时一次 断裂 根 ， 严重影 响生 产 因此 需 要 经 过 测 试及 计 算 ， 摸清大型钢包台车的负荷特性 ， 并 找 出造成事故 的主要 原 因 卯 一 收稿 第一作者 男 岁 工 程 师 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．s1．006

Vol.19 程伟等：大型钢包台车负荷水平及事故判断 ·23· 2测试方案及测试内容 (1)钢包台车走行机构测点布置在4根万向接轴近中部直径210m处，采用全桥接 法.分别记4根接轴的扭矩为：M,M2,M,,M4.(2)分别对“空车”、“空包”、“冷包空车” “满包生产”4种工况下的接轴扭矩进行了测试；并着重对“冷包空车”和“满包生产”两种工 况下的负荷特性进行了分析， 3起制动过程中的传动轴力矩水平 根据现场条件，将412.9t的冷态钢包座在台车上模拟生产实际，台车频繁起制动行走， 同时记录各接轴扭矩的变化.其值如表1所示. 分析表明，“冷包空车"工况下台车频繁起制动时，接轴M3和M4总是承担较大的起制 动负荷，接轴M,和M2承担的负荷较小；而M3,M1的运行稳定性比接轴M4、M2好. 表1扭矩值：·m 工况 最大值 最小值 M M, M M M M,M,M 包 起动 6.9447.467 9.03 6.524 1.550.3933.4832.33 车 制动 7.688 6.419 7.6116.058 0.62 0 0.3870.932 遭 起动 6.944 6.5 8.47 7.544 2.1280.253.0252.208 制动 7.28 6.5 7.0185.52 1.4560 0.6051.84 在“满包生产”时，钢包及钢水总质量 为543t,起动和制动过程的扭矩最大值如 o M 表1所示，其扭矩平均值M3,M4,M,比 oM. ●M, M,要大.这说明在起制动时，M,M,M,E 总是承受较大的力矩，而M,在每次起制二 动时承受的力矩相对较小（图2）. 4运行过程中的传动轴负荷 水平 L 0 8101214161820 起动次数/次 两种工况下台车运行过程中的扭矩波 动范围如表2所示 围2“满包生产”起动过程接轴扭矩 大量实测数据表明了如下规律：(1)台车在“起动一平稳运行一晃包（多次前后晃

程伟等 大 型 钢包台车负荷水平及 事故判断 测试方案及测试 内容 钢 包台 车走 行 机构测 点布置 在 根 万 向接 轴近 中部 直 径 处 ， 采用 全 桥接 法 分别 记 根 接轴的扭矩 为 、 ， ， ， 城 分别对 “ 空车 ” 、 “ 空包 ” 、 “ 冷包空车 ” “ 满包生产 ” 种 工 况 下的接 轴扭 矩进行 了测 试 并 着 重 对 “ 冷 包 空 车 ” 和 “ 满包 生产 ” 两种 工 况下 的 负荷特性 进行 了分 析 起制动过程 中的传动轴力矩水平 根据现场条件 ， 将 的冷态钢包座 在 台 车上 模 拟 生 产 实 际 ， 台 车频繁起制 动行走 ， 同 时记录各接 轴扭 矩 的变化 其值如表 所示 分 析表 明 ， “ 冷包空 车 ” 工 况 下 台 车频繁起 制 动 时 ， 接 轴 和 总是 承 担 较 大 的起 制 动负荷 ， 接 轴 ， 和 承 担 的负荷较小 而 ， ， 的运 行 稳 定 性 比接 轴 从 、 好 表 扭矩值 · 工 况 最大值 最小值 一一一一一一一一卫匕一一 卫 二 丛 」 鱿 ， 城 城 起 动 制 动 月 铭 车冷包空 起 动 制 动 泪日 夕抖 印 产满包生 材材 在 “ 满 包生 产 ” 时 ， 钢 包 及 钢 水 总 质 量 为 ， 起 动和 制 动 过 程 的扭 矩 最 大 值 如 卜 八 表 所示 ， 其扭 矩 平 均 值 ， ， 比 、 材 ， ﹄卜 已 。 要 大 这说明在起制动时 ， ， ， 总是承受较 大 的 力 矩 汉牟运︸、 ， 而 峡在 每 次起 制 动 时承受 的力矩 相 对较小 图 运行过 程 中的传 动 轴 负荷 水平 乏 一 〔 】 起 动 次 数 次 两种工 况 下 台车运行过 程 中的扭 矩 波 动范 围如表 所示 图 “ 满包生产 ” 起动过程接轴扭矩 大 量 实测 数 据 表 明 了 如 下 规律 台 车在 “ 起 动 一 平 稳 运 行 一 晃 包 多 次 前 后 晃

·24· 北京科技大学学报 1997年 动)一停车一反向起动运行”整个过程中，各轴 表2运行过程各轴扭矩波动作·m 的力矩都发生变化.对1根轴而言，最大力矩出 扭矩 冷包空车 满包生产 现在晃包过程中，这是一个多次起制动过程的组 M 2.356~-1.116 3.808~-1.232 合，这时的力矩放大系数可达到3，此时接轴最 M, 4.127--0.786 3.500--0.500 不安全，车轮在稳定长距离运输中，由于轨道不 M: 1.806-1.161 3.025--2.178 平，车轮啃边等因素，也造成力矩的不稳定，其 M 1.398-2.214 4.968--4.784 波动值在1.2~1.5之间. (2)扭矩实测统计值表明，钢包台车行进过程中出现了各轴力矩不均匀分配的现象， M,M,承担了主要的走行负荷，而M,承受的负荷最小.图3是以各轴承受最大扭矩为 参照系，作出的行进中各接轴最大扭矩分配关系的直方图.可以比较清楚地看出最大力矩 分配比例. (3)测试中发现，运行过程中有的传动轴出现了负力矩，相应地该车轮也由主动轮变 为被动轮.由正负扭矩的统计表明，M2存在全正力矩的机率达70.8%.在4根接轴中最大. 它在大多数情况下是走行的主动轮.但M,也存在正负力矩与全负力矩，表明了它在走行中 不是十分稳定.M,出现正负力矩和全正力矩的几率各占50%.没有全负力矩，说明它在走 行时也是一个主动轮，M,出现正负力矩的机率达75%.是四轴中最高的.表明它在走行中 时有制动打滑.M4的正负力矩达45.8%，全负力矩占25%，是4根接轴中最高的.同时它本 身还有29.2%的全正力矩存在.这表明M4在走行中很不稳定，而且存在相当程度的反拖 制动.图4是其统计直方图. 042 最大 5555S590375 025 ☐0542 目M 岁004 M 全正力矩 05 ss029 OM, 10292 较大 025 图M, 3G20333 075 正负力矩 3585025 0175 较小0N3 045R 目M, 3点2西20222204S ■045 全负力矩四n042 . 0 最小 02s M, E闲01h7 过22码025 00.1020304.5060.70809 00020.30.40.06070￥09 扭矩分配比侧 扭矩分配北例 图3行进中各接轴最大扭矩分配关系直方图 图4行进中各接轴正负力矩分配关系直方图 5结论 (1)接轴在起制动过程中存在较大的动载荷，动荷系数在181一3.0之间.因此设 计接轴时应考虑实际使用时的动载情况，当接轴较长时间工作在较大载荷下时，原设计扭

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 动 一 停车 一 反 向起 动运 行 ” 整个过程 中 ， 各 轴 表 运行过程各轴扭矩波动 的力矩都发生变 化 对 根 轴而 言 ， 最大力矩 出 扭 矩 冷包空 车 满包生产 现在 晃包过程 中 ， 这是 一个多次起制 动过程 的组 ， 一 一 一 一 合 这 时 的力 矩 放大 系数可 达到 ， 此 时接 轴最 从 一 一 田 一 一 绷 不安全 车轮在稳定 长距离运 输 中 ， 由于 轨道 不 ， 溉 一 一 一 一 平 ， 车轮 啃边等 因素 ， 也造 成 力矩 的不稳 定 ， 其 城 一 一 一 一 拼 波 动值在 一 之 间 扭矩 实测 统计值表 明 ， 钢包台 车行进过程 中出现 了各 轴 力 矩 不 均 匀 分 配 的 现 象 ， 承 担 了主要 的走行 负荷 ， 而 承受的负荷最 小 图 是 以 各 轴 承 受 最 大 扭 矩 为 参照 系 ， 作 出的行进 中各接轴最大扭矩分 配 关系 的直方 图 可 以 比较清楚地看 出最大力矩 分配 比例 测 试 中发现 ， 运 行过程 中有 的传 动轴 出现 了负力矩 ， 相 应地 该 车轮也 由主动轮 变 为被 动轮 由正负扭矩 的统计表明 ， 存在全正力矩 的机率达 在 根接轴中最大 ， 它在 大多 数情 况下 是 走 行 的主动轮 但 也存 在 正 负力矩 与全 负力矩 ， 表 明了 它在走 行 中 不是 十分稳定 出现 正 负力矩 和全正 力矩 的几率各 占 没 有 全 负力 矩 ， 说 明它 在 走 行 时也是 一 个 主 动轮 ， 出现正 负力矩 的机 率达 是 四 轴 中最 高 的 表 明它 在 走 行 中 时有制动打滑 的正 负力 矩 达 ， 全 负力 矩 占 ， 是 根 接 轴 中最 高 的 同时它 本 身还有 的全 正 力矩存在 这 表 明 在 走 行 中很 不 稳 定 ， 而 且 存 在 相 当程 度 的 反 拖 制 动 图 是 其 统计直 方 图 黔竺翌兰 牡 黑袋瑞淤 釜 篡鬓塑骂 。 、 、 篡豪黔一 ’ “ 全 正 力 矩 正 负 力 矩 、 负 力矩 减 。 妮 长协夕了范只侧 扭 矩分 配 比 倒 鸿 ‘ 只 扭矩 分 配 比 例 图 行进 中各接轴最大扭矩分配关 系直方 图 图 行进 中各接轴正 负力矩分配 关 系直方 图 结论 接轴在起 制动过程 中存在较大的 动载 荷 ， 动荷 系 数 在 一 之 间 因 此 设 计接轴时应考虑 实 际使 用 时的动载情 况 ， 当接 轴较 长 时 间工 作 在较大 载荷下 时 ， 原设计扭

Vol.19 程伟等：大型钢包台车负荷水平及事故判断 ·25· M=3.71t·m显然过小. (2)4根接轴的传动扭矩存在分配不均现象，在起制动，正常走行.晃包等工况下， 4根接轴的扭矩分配并没有绝对的规律，这是由各种因素造成的.如轮压分配不均；车轮 磨损状态不一致；轨道不平及磨损状态不同；台车结构上存在的静不定支撑不利于各接轴间 扭矩的自动调整；以及台车行进过程中的异物阻塞等等，如何达到4个接轴载荷均匀应在 设计时考虑增加力矩调整及平衡措施， (3)应采取措施降低在起制动过程中出现的扭矩尖峰值，在操作工艺上，要注意降低 晃包时造成的冲击载荷. Load Test of Giant Steel-transport Vehicle and Assessment of Accident Cheng Wei Zhang Bo Wang Longshou Chen Ping) 1)College of Mechanical Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC 2)Baoshan Iron and Steel Coperation,Shanghai.201900 ABSTRACI'The load test and the structure calculation of the shaft in the case of bro- ken-down acident are introduced.The design principle and the basis of the accident assess- ment are proposed. KEY WORDS steel-ladle transport vehicle,crossheading type universal coupling,ladle

程伟等 大型 钢包台车负荷水平及事 故判 断 二 显然 过 小 根 接 轴 的传动扭 矩存在分 配不 均现象 ， 在起制 动 ， 正 常 走 行 晃 包 等 工 况下 ， 根接 轴 的扭矩分 配并没有 绝 对的规律 ， 这是 由各种 因素造成 的 如 轮 压 分 配 不 均 车轮 磨损状态不 一致 轨道 不平 及磨损状态不 同 台车结构上存在的静不定支撑不利于各接轴间 扭矩 的 自动调 整 以 及 台 车行 进过程 中的异 物阻塞等等 如何 达到 个接 轴载荷均 匀应在 设计 时考 虑增 加 力矩 调 整及平衡措施 应采取 措施 降低 在起 制 动过程 中出现 的扭矩 尖峰 值 ， 在操作工 艺上 ， 要 注意 降低 晃 包 时造 成 的冲 击载 荷 幼 飞， 一 。 计℃ ” ” 口 幼 叫 ” 卿 币司 ， ， 叩 刀 洲 侣 助 献 ， ， 少 尸 ’ 巴 ℃ 以 即吐 川 巴 加 以沮 。 粥 ， ‘ 一 ， 的