捞钢机的设计与优化

刘建璞 孙云双

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

捞钢机是连铸生产线上的出坯系统中非常关键的设备。它的作用是将末端多流辊道上的铸坯，在规定的时间内，逐一横移到步进冷床上、热送辊道上或者事故存放台架上。在每根坯子的运送过程中，都要反复进行下降—勾坯—提升—走行—放置等一连串的动作。如果此环节出现故障，将影响整个生产线的正常运行。因此，可靠的的设计和正确的参数对设备运行至关重要。本文以韶钢大方坯连铸线上的捞钢机为例，进行了提升功率、走行功率的计算与优化和轨道梁挠度的校核。

1 行走电机功率计算与优化

已知条件是捞钢机自重42 t，承载重量15 t，行走速度87.5 m/min。其中，行走速度是最大速度，这个参数是工艺要求，主要是根据出坯拉速和流数综合计算出的。在捞钢机设计中，必须保证这个参数，如果达不到这个最大速度，在最大拉速时，就不能保证在规定的时间内，把所有的铸坯全部从辊道上运离，这样将影响整个生产过程。

计算过程中，还需要考虑另外一些参数。由于运行环境和轨道条件都比较好，系数都选择了正常情况下的适中数值。滚动轴承摩擦系数取0.02，流动摩擦力臂取0.7 mm，加速度取0.25 m/s2，电缆拖令阻力取0.5 kN，轮缘摩擦系数取1.8，爬行阻力系数取0.001。计算结果如下:行走阻力为5.96kN，加速阻力为16kN，自然坡度阻力为0.63 kN，接头处轨道差阻力为6.28 kN，电缆拖令阻力为0.5 kN。据此，计算出正常行走时功率为15 kW，加速时功率34 kW，过轨道差时功率为13 kW。电机的瞬时功率为1.5 倍的额定功率，可计算出行走时额定功率为18 kW，加速时额定功率为32 kW。考虑到温度等环境条件以及电机的功率选择，最终选用55 kW，这是最经济可靠的功率范围。

2 提升电机功率计算与优化

已知条件，升降架自重12 t，承载重量为15 t，提升速度为0.25 m/s，其它参数参考行走参数。通过计算得出提升阻力为240 kN，加速阻力为6.12 kN。正常提升时的功率为88 kW，加速时功率为2.3 kW。电机瞬时功率为1.5 倍的额定功率，可求出正常行走时的功率为58 kW，加速时功率为60 kW。考虑到起动时轮轴上的扭矩等因素，最终优化结果，得出提升电机的功率为90 kW。

3 轨道梁挠度校核——有限元分析

首先建立模型，设定好与实际相符的边界条件，固定约束的位置、力矢量的位置和大小。经过有限元分析，结果见图1 和图2。

从图1 中可以看出，安全系统大于5，非常安全可靠，符合要求。从图2 中可以看出最大挠度小于5.5 mm。根据起重机设计标准，对于精度较高的起重轨道梁，规定挠度不大于1‰。对于12 m长的轨道梁，其1‰为12mm，实际计算挠度5.5 mm＜12 mm，满足设计要求。

图1 安全系数Figure 1 Safety coefficient

图2 挠度Figure 2 Bending

4 结束语

为了提升经济效益，在设计时要求既要满足设计要求，同时又要减少能耗，降低成本。因此，我们必须优化设计。对于400 mm 左右的大方坯连铸捞钢机来说，走行电机功率55 kW，提升电机功率90 kW，轨道梁高度(800～1 000)mm，是最优化的选择，能够满足生产要求。

［1］成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2009.

［2］邹家祥.冶金机械设计理论.冶金工业出版社，1998.