转炉倾动机构中扭力杆的校核

转炉厂3#转炉(100t)倾动机构扭力杆联接螺栓断裂分析与处理发表日期：2006-11-18 阅读次数：2941事故的发生1.1转炉倾动机构及扭力杆简介涟钢转炉厂3#转炉设计公称容量为100t，其转炉倾动系统采用目前比较成熟的悬挂式多级传动。

转炉本体通过耳轴与二次减速机联接，二次减速机与四台一次减速机联接。

二次减速机本体通过四副关节轴承利用8根M56的高强度的螺栓(10. 9级)与扭力杆相联接。

扭力杆的作用是平衡转炉由于自重等外力对耳轴产生的弯曲变形带来的力，又因为扭力杆的中心线与二次减速机径向中心线有一定的距离，因此扭力杆就会承受由于这个距离而产生的扭转变形;这也是扭力杆名字的由来。

1.2事故的发生2004年5月2日l3时40分左右，3#转炉当班操作人员正在冶炼时突然听到转炉倾动机构位置传来“砰”的一声闷响，立即到转炉倾动机构处检查，发现扭力杆与二次减速机靠南侧4根联接螺栓全部断裂，导致整个倾动机构南边翘起。

1.3现象分析事故发生后，发现螺栓断裂处之断面痕迹呈整齐的折断状，通过分析，初步确定了两个原因:(a)螺栓的材质与加工工艺是否达到要求;(b)由于转炉除了装入量加大外(当时最大装入量为127t)其它的参数均没有变化，螺栓的断裂是否与装入量有关联。

因此本文着重阐述了转炉装入量变化后，螺栓的受力情况并进行强度校核，为进一步分析提供参考。

2联接螺栓的受力分析与计算2.1转炉炉体受力分析转炉在倾动过程中，受力比较复杂，忽略一些次要因素，转炉主要受到转炉设备本身的质量以及装入的质量所产生的重力。

另外由于转炉的设计是微正力矩，因此转炉在倾动到一角度后，转炉耳轴同时受到弯矩与扭矩。

我们可分别计算出转炉耳轴受到弯矩与扭矩时扭力杆联接螺栓的受力。

2.1.1转炉耳轴受弯矩时扭力杆联接螺栓的受力转炉耳轴受到弯矩作用就是转炉在0～360°范围内摇动，只考虑外力对由转炉的短耳轴、转炉托圈、长耳轴组成的刚性轴产生弯矩作用。

90吨转炉倾动机构设计摘要在冶金转炉设备中。

倾动机构是实现转炉炼钢生产的关键设备之一，其配置形式可分为落地式、半悬挂式、和全悬挂式。

此文的主要内容是介绍带有扭力杆缓冲止动装置的90吨全悬挂式转炉倾动机构系统的设计：首先对国内外炼钢生产设备及其发展情况进行简介。

确定柔性传动系统的基本参数，对传动所需要的倾动力矩进行计算，选出合适的电动机，再选择相应的联轴器和制动器，然后，进行轴的设计与校核，齿轮的设计与校核，扭力杆的设计与校核，键的选择与校核。

最后对该系统的润滑和操作规程进行说明。

关键词：转炉；工艺；全悬挂式；倾动机构90 tons of converter titled holding mechanismdesignAbstractConverter equipment in metallurgy. Tilting converter steel production sector is to achieve one of the key equipment, its configuration can be divided into floor-standing, half hanging, and all suspended. The main content of this article is to introduce buffer stop with a torsion bar 90 tons of equipment hanging converter tilting the whole body system design.Firstly, the situation of steel –making production equipment and development is introduced at home and abroad. Secondly ,the foundation parameters is confirmed ,the need transmission of total moment of force is counted ,and corresponding electric motor and relevant is choose ,shaft coupling and brake ,the choice of join shaft machine ,choice and adjust of shaft ,choice and adjust of wrest shaft ,calculation and adjust of gear wheel, choice and adjust bond ,choice and adjust of axletree ,Finally, the situation of lubricate and security maintain circumstance of the titling mechanism are explainedkeywords: Converter ；Process；All hanging；Titled holding mechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1概述 (1)1.1 炼钢生产的发展概况 (1)1.2转炉炼钢生产的地位、作用及发展 (1)1.3转炉倾动机构在转炉生产中的地位及发展情况 (2)2转炉倾动机构初步设计 (4)2.1方案设计 (4)2.1.1 转炉炼钢生产对倾动机构的要求 (4)2.1.2倾动机构传动方案的综合比较 (5)2.1.3 90吨转炉倾动机构初步设计方案 (6)2.2倾动机构主要参数的确定 (7)2.2.1 转炉倾动转速及炉型尺寸的确定 (7)3 载荷参数确定 (8)3.1概述 (8)3.2空炉重量和重心位置的计算 (8)3.3转炉倾动力矩的计算 (16)3.4确定最佳耳轴位置 (22)4电动机、联轴器和制动器的选择 (26)4.1技术参数设计 (26)4.2电动机的选择及验算 (26)4.2.1电动机的容量选择 (26)4.3联轴器的选择 (29)4.4制动器的选择及制动时间校核 (30)5 传动部分的设计 (33)5.1传动方案的确定 (33)5.2传动比的分配 (33)5.3齿轮传动的数据计算 (33)5.4各齿轮的传动设计 (36)6轴、轴承和键的设计及校核 (46)6.1轴、轴承、和键的选择 (46)6.1.1轴的选择 (46)6.1.2 轴承类型的选择 (47)6.1.3键的选择 (47)6.2轴、轴承、和键的校核 (47)6.2.1轴的校核 (47)6.2.2轴承的校核 (52)6.2.3键的校核 (54)7 扭力杆的设计 (56)7.1选材 (56)7.2参数的确定 (56)7.3设计计算 (56)8 稀油集中润滑系统的设计 (58)8.1耗油量计算 (58)8.1.1齿轮啮合处耗油量 (58)8.1.2轴承耗油量 (58)8.1.3油泵流量 (59)9 安装操作规程 (61)结论 (62)致谢 (63)参考文献 (64)1概述1.1炼钢生产的发展概况近四十年来，钢的生产迅速增加，世界上钢的年产量已从一亿吨增加到八亿多吨。

全悬挂转炉扭力杆和耳轴的扭转刚度分析赵燕【摘要】The tilting arrangement and the torque rod anti-torsional buffer equipment of the full suspension converter are introduced in this paper. Then the torsion stiffness of the torque rod and the trunnion is analyzed. It provides the theory basis for the design, manufacture and security operation of the torque rod and the trunnion. In the end, the stiffness of the torque rod and the trunnion in an actual manufacture is verified.%介绍了全悬挂转炉倾动机构以及扭力杆抗扭缓冲装置,分析了扭力杆和耳轴的扭转刚度,为扭力杆和耳轴的设计制造和安全运行提供了理论基础,最后以实际生产项目为例对扭力杆和耳轴进行了刚度校核。

【期刊名称】《北京联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(026)002【总页数】4页(P55-58)【关键词】转炉倾动机构;扭力杆;耳轴;扭转刚度【作者】赵燕【作者单位】一重集团大连设计研究院有限公司通用设备部,辽宁大连116600【正文语种】中文【中图分类】TH12转炉是炼钢厂生产的关键设备之一，是目前中国最主要的炼钢方法。

目前，国内外的大型转炉广泛采用全悬挂式，以扭力杆为主体的柔性支承传动装置。

扭力杆是大型转炉倾动机构的缓冲装置，它可降低传动机构刚度和倾动系统的扭转振动。

在使用初期扭力杆发生断裂、弯曲，多数是由于许用应力设计不足造成的。

倾动机构中扭力杆校核李继亮【摘要】转炉的倾动装置采用的是四点啮合全悬挂-扭力杆平衡装置结构，将二次减速机悬挂吊装在托圈耳轴上，一次减速机凸缘固定在二次减速机背对炉体的一侧，并将一次减速机悬挂在二次减速机上。

二次减速机下部的扭力杆平衡装置用于吸收转炉倾动过程中产生的倾动力矩，以减缓转炉倾动的冲击。

【期刊名称】科技与创新【年(卷),期】2014(000)013【总页数】2【关键词】倾动机构；扭力杆；强度；弯矩1 转炉倾动装置概述转炉倾动装置的功能就是保证氧气顶吹转炉炼钢设备中炉体的平稳倾动和准确定位，并完成转炉兑铁水、出钢、加料和修炉等一系列工艺操作，是保证转炉炼钢正常生产的关键设备之一。

其工作特点是低速、重载、大速比、启动和制动频繁、承受的动负荷较大、工作条件恶劣等。

转炉倾动装置大部分采用的是扭力杆结构，其具有传动平稳、性能先进、安全可靠等特点。

其中，倾翻力矩通过扭力杆装置来保持平衡，因此，为了保证倾动装置的安全性，必须对扭力杆进行定期校核。

以60T倾动机构为例，其扭力杆的两个支撑之间的距离L2＝4 200 mm，两个曲柄之间的距离L1＝3 600 mm，曲柄的偏心距为S＝450 mm，曲柄宽为100 mm。

作用在曲柄上的力可以等效为作用在扭力杆上FC与力偶矩MC上的力和作用在力FD与力偶矩MD上的力。

扭力杆装置与曲柄装置可以简化为如图1所示的机构，可得C点的力为：公式（1）中：FC——C点的力；FB——B点的力；M——轴所受的弯矩，N/mm；L1——两个曲柄之间的距离。

C点所承受的扭矩是：代入数据得：TC＝416.67 kN×0.45 m＝187.5 kN/m。

公式（2）中：TD——D点所承受的扭矩；MC——C点所承受的弯矩；MD——D点所承受的弯矩；由截面法可得出：AC，DB段内的扭矩为0；CD段内的扭矩T＝187.5 kN，M ＝107.1 kN。

2 轴的强度校核根据第三强度理论进行强度校核，对某些危险截面（例如弯矩和扭矩较大，但轴径可能不足的截面）的弯扭合成强度进行校核计算，计算公式为：在公式（3）中：σca——轴的计算应力，MPa；M——轴所受的弯矩，N/mm；T——轴所受的扭矩，N/mm；W——轴的抗弯截面系数，；［σ-1］——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力；α——为折合系数，当扭转切应力为脉动循环变应力时，取α≈0.6.由于可以将扭力杆看作固定心轴，还要考虑起动、停车等的影响，因此弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力，固定心轴的许用应力应为［σ0］（［σ0］为脉动循环变应力时的许用弯曲应力），［σ0］≈1.7×［σ-1］＝1.7×78＝132.6 MPa。

摘要：简要介绍了转炉倾动机构的结构形式、扭力杆装置的作用及工作原理，并以实际的生产项目为例对扭力杆进行了校核计算和有限元分析。

关键词：转炉倾动机构；扭力杆；有限元分析1概述转炉倾动机构是实现转炉炼钢正常生产的关键设备之一，它用于氧气顶吹转炉炼钢设备中炉体的平稳倾动和准确定位，以实现转炉兑钢水、出钢、加料及修炉等工艺操作。

其工作特点是低速、重载、环境温度高、速比大、启动和制动频繁，以及所承受的冲击负荷较大和工作条件恶劣等。

扭力杆在倾动机构中起到抗扭缓冲的作用，所以对扭力杆进行校核计算具有重要意义。

下面用Pro/E 三维仿真程序中的Abaqus/standard 有限元分析模块对扭力杆的受力变形进行理论分析。

2转炉倾动机构的结构转炉倾动机构主要由电动机、一次减速机、二次减速机和扭力杆装置等组成。

倾动机构有三种布置形式，即落地式、半悬挂式和全悬挂式，综合几种布置形式的优缺点，现多采用全悬挂式。

全悬挂式的特点是整套传动机构全部挂在耳轴外伸端上。

图1为某转炉倾动机构的结构，采用全悬挂式四点柔性啮合的配置形式。

由四个电动机分别带动四个一次减速机，四个一次减速机的末级小齿轮同时驱动二次减速机的大齿轮。

为了防止悬挂在耳轴上的传动机构绕耳轴旋转，二次减速机箱体通过扭力杆柔性抗扭缓冲装置连接，整个二次减速机用两端铰接的两根立杆通过曲柄与水平扭力杆连接而支撑于基础上，通过扭力杆装置将传动装置的反力矩传递到基础上。

3扭力杆装置的工作原理转炉倾动机构多采用水平扭力杆装置，这种装置是一种性能较好的柔性抗扭缓冲装置。

它的缓冲原理是利用细长的扭力杆的弹性变形来吸收能量，即把外力矩转化为扭力杆的扭转内力矩，这样可以使传动力矩逐渐增加或减少，从而起到缓冲的作用。

目前，许多大转炉的倾动机构均采用水平扭力杆的抗扭缓冲装置。

从转炉倾动机构的结构原理（见图1）可知，二次减速机两侧分别与两根立杆铰接，立杆的另一端与曲柄铰接，而曲柄用键装在扭力杆上，扭力杆通过轴承支撑在基础的支座上。