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鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄中獲得廣泛應(yīng)用的盛鋼桶運(yùn)載設(shè)備。煉鋼廠根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，采用雙臂整體旋轉(zhuǎn)、單獨(dú)液壓升降的蝶型鋼包回轉(zhuǎn)臺。該回轉(zhuǎn)臺有兩個用來支承鋼包的叉型臂，每個叉型臂通過球面推力軸承靠擱在轉(zhuǎn)盤上，通過一個單獨(dú)的液壓缸推動鋼包升降。由于叉型臂在工作中長期承受450t鋼包重載及高溫幅射，其強(qiáng)度及壽命要求很高。為了了解該設(shè)備的可靠性，為今后的維護(hù)、使用、管理提供依據(jù)，本研究通過理論計(jì)算與實(shí)測兩種方式對叉型臂進(jìn)行了強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)在叉架直根部和立臂孔附近強(qiáng)度明顯不足，并且制定了補(bǔ)強(qiáng)措施，滿足了強(qiáng)度要求。
叉型臂的工作原理圖，采用有限元分析進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)叉型臂的工作情況，將叉型臂的工況分成3種。工況1：叉架相對水平線傾斜22°，垂直作用于節(jié)點(diǎn)1和10上的集中力分別等于450/2=225t。對應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)工況為旋轉(zhuǎn)塔坐罐生產(chǎn)過程。工況2：叉架相對水平線傾斜22°，垂直作用于結(jié)點(diǎn)1和10上的集中力分別等于450t +每個托架重量=239.7t，并考慮結(jié)構(gòu)自重。對應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)工況為旋轉(zhuǎn)塔坐罐生產(chǎn)過程。工況2叉架處于水平位置，載荷與工況工相同。對應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)工況為旋轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)過程。采用有限元方法對叉型臂進(jìn)行整體分析，將空間單元叉臂分成14個節(jié)點(diǎn)和13個單元，在節(jié)點(diǎn)3.8設(shè)置鉸支座，鋼水包及托架載荷作為集中力作用在節(jié)點(diǎn)1和10上，油缸反作用力作用在節(jié)點(diǎn)14上，如圖所示有限元計(jì)算模型。
立臂是一個變截面桿，有限元分析沒有給出焊縫處的應(yīng)力，采用手算計(jì)算應(yīng)力。其計(jì)算模型如圖所示。將鋼包外載荷P，分解為垂直力P，和水平力P夾角，油缸反作用力為Pa，分解為垂直力R和水平R，用載荷的旋轉(zhuǎn)來代替叉臂的旋轉(zhuǎn)，叉架與水平面的夾角，油缸與立臂的夾角，對A點(diǎn)取矩得：根據(jù)圖計(jì)算模型計(jì)算應(yīng)力，結(jié)果列于表，其值為3種工況條件下的最大正應(yīng)力，取相鄰兩單元端部應(yīng)力較大者，并且由兩個方面的彎曲拉應(yīng)力和軸向應(yīng)力合成，變載面單元最大正應(yīng)力按端部截面抗彎截面系數(shù)和截面面積計(jì)算。
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