鼓风环式冷却机台车跑偏分析

杨文志 1马涛 2

内蒙古科技大学 内蒙古包头市 0140101 包钢炼铁厂 内蒙古包头市 0140102

摘要：在钢铁冶炼的各个工序中，烧结占据着极其重要的地位，烧结环式冷却机为烧结工艺中烧结矿冷却的主要承载设备，环冷机是高温的烧结矿冷却的主要场所，其温度从超过1000℃经过环冷机台车一圈的运行达到100℃以下，如此剧烈而短暂的温度变化，使得环冷机成为整个烧结工艺中最为主要且工作环境最为恶劣的设备之一。该设备的运行是否平稳，将对整个烧结的生产尤为重要。

本文针对包钢炼铁厂的190㎡鼓风环式冷却机台车跑偏现象进行分析研究，同时基于大型ANSYS分析软件，对烧结一部环冷机台车运用建模软件UG进行三维建模，以有限元的分析方法对环冷机台车的车体结构进行了温度场和应力场的研究分析，得到了环冷机台车车体由于温度剧烈变换造成的应力变形，导致环冷机台车在环绕轨道运行过程中产生了跑偏现象。

关键词：烧结环冷机；跑偏；有限元分析

环冷机是钢铁行业中非常重要的机械设备，环冷机的主要故障就是环冷机的跑偏，环冷机跑偏现象不仅影响环冷机的正常运行，而且长时间的跑偏还会影响整个环冷机的使用寿命，严重的甚至会造成环冷机的运行故障，严重影响整个机器的正常工作，其产生的危害主要有以下几个方面：

（1）环冷机回转框架的变形。当回转框变形时，会造成变形部位的台车轨道会与正常工作的台车的运行轨道出现偏差，变形的台车的车轮部分会过度的挤压回转框架台车的内、外轨道，导致台车车轮受到较大的轴向力而使台车车轮变形甚至脱落，严重时会使整个台车发生变形。

（2）温度变化的影响。烧结环冷机长期处于剧烈温度变化的状态之中。进料口与出料口的温度差在700℃以上，体现在台车本体受热膨胀的变形，通过热膨胀公式可以计算出台车会发生14mm左右的变形，材料为钢的台车的弹性变形会转变为塑性变形，导致台车运行轨迹发生变形，致使环冷机台车跑偏。

（3）环冷机内、外环水平轨道不圆或者不同心。两圆形轨道之间间距不固定，间距大的地方会使台车在运行过程中出现掉道的现象，而间距小的地方会使台车的车轮外缘磨损挤压车道，长久以往自然而然会造成环冷机跑偏。

（4）侧轨安装造成的跑偏。早期的安装误差会造成侧轨出现以下两种情况导致环冷机台车跑偏：一是内、外水平轨道与侧轨出现不同心的现象；另一种情况是侧轨圆度超差，当侧轨外凸时，侧轨会对回转框架向外使力，长期下去，这种变形会导致此处出现环冷机台车啃咬水平轨道，导致环冷机跑偏。

1.环式冷却机台车模型的建立

由于温度的剧烈变化导致的跑偏是环冷机跑偏的主要原因，而温度的剧烈变化主要在作用于环冷机台车上，先根据包钢炼铁厂1#环冷机的相关尺寸参数对台车车体进行设计。由于台车处于圆周运动的过程中，其存在一定的弧度，其三维建模如下如所示：

图3.1 台车主视图 图3.2 台车侧视图

表3.1 台车基本参数

2.有限元模型的建立

把在UG软件中创建的环冷机台车三维模型导入ANSYS软件中，并对模型进行简化，然后对模型的材料属性进行定义，合理的划分了网格，根据实际工作情况施加了载荷与边界条件，分析了台车三种工作状态，第一种是只考虑机械载荷的情况下环冷机台车车体的变形和应力情况；第二种情况是只考虑热载荷的情况下环冷机台车车体的变形和应力情况；第三种是考虑了在机械载荷和热载荷共同作用下台车车体的应力和应变情况

3.台车有限元分析结果

环冷机台车在高温环境下工作，台车车体的各部分受热情况并不一致，因此各个部位由于温差的原因会产生热应力。要研究热应力的大小以及其对台车的影响，我们需要需要加载温度载荷对其进行分析。

图
4.6 台车应力图

图4.7 台车形变图

由上图分析可知，施加温度载荷后，台车温度最高的部位出现在与高温烧结矿接触的台车面上，而其余部位温度较低，而热应变产生的地方出现在台车的车轴部位。从图中可以看出，环冷机台车车体只在热载荷的作用下，其最大的形变量为11.3mm，其最大的应变力为62.7MPa

台车体弹性静力学分析

台车体所承受的载荷既包括自身的重量，以及台车所承受的物料的重量，根据上一章计算台车的总载荷。将机械静力载荷以及位移约束是施加到有限元模型中进行分析计算，可以得到台车体的变形图和应力图。

图4.8 台车应力图

图4.9 台车形变图

从上图可以看出，最大应变发生在台车体的车轴主梁部分，这是由于机械载荷、物料载荷、以及自身自重的多重载荷共同作用的结果。从图中可以看出其最大形变量为1.25mm，最大的应力值为86.67MPa。处于环冷机台车的车轴与台车面的连接处。

台车体综合分析云图

台车体在实际工作中是在机械载荷和热载荷共同作用下进行的，综合应力是综合了台车体的机械载荷与热载荷的，综合应力更能真实反映台车体实际应力分布情况，同样的，综合应变也能更接近近似的反映台车体真实的应变情况。综合应力分析的边界条件是由机械载荷、位移约束以及由温度变化而产生的温度载荷综合而成。其分析结果我们可以从下图中看出，在机械载荷和热载荷的共同作用下，环冷机台车的最大变形为11.6mm，最大的应变值为103.25MPa。

台车应力图

台车形变图

通过分析结论，说明了热载荷和机械载荷的综合影响对整个环冷机台车车体影响较大。造成台车出现11.6mm的变形出现，其变形会造成环冷机台车运行轨迹出现偏差造成环冷机台车的跑偏。

参考文献

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