Шлаковозы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технічна характеристика та коротке описання шлаковоза

Шлаково́з — вагон, що складається зі шлаковозного ковша, встановленого на платформі спеціальної конструкції, призначений для транспортування рідкого шлаку від доменної або мартенівської печі на шлаковий відвал.

Шлаковози, як правило, містять  наступні вузли: чашу-ємність для  шлаку; опорне кільце для чаші; раму з лафетами, дві двовісні ходові візки залізничного типу і запобіжні пристрої. Шлаковози забезпечені автоматичними пневмотормозамі. Розрізняють два основних типи шлаковозів: з однією чашею (одночашевая) і з двома чашами (двухчашевимі) * Шлаковози кожного типу виконують з механізмом перекидання чаші або без нього. Привід механізму перекидання - електричний.

До шлаковозів пред'являються  наступні основні вимоги:

1) форма чаші повинна  сприяти безперешкодному виходу  з неї затверділого шлаку на  шлаковому відвалі;

2) повинна бути виключена  можливість самочинного перекидання  чаші як при її кантуванні, так і при рухомому або зупиненому шлаковозів;

3) повинна бути забезпечена поперечна стійкість шлаковоза при перекиданні чаші як порожньої, так і завантаженої;

4) конструкція, форма і  матеріал чаші, а також спосіб  її кріплення повинні забезпечувати  довговічність чаші;

5) привід механізму перекидання  чаші повинен допускати можливість  регулювання швидкості зливу  шлаку на грануляційних установках;

6) як і для чавуновозів, необхідні можливо велика постановочна ємність і менший коефіцієнт тари.

Чаша, що є основною змінною  деталлю шлаковозів, працює у винятково  важких температурних умовах, якi характеризуються високим і нерівномірним її нагріванням, частими і різкими теплозмінамі. Нерівномірний і високий нагрів приводить до втрати стінкою чаші початкової форми, сприяє появі і розвитку тріщин в стінці, внаслідок чого чаша стає непридатною для подальшої експлуатації.Кожному наливу передує очистка чаші від застиглого шлаку та обприскування внутрішньої її поверхні розчином вапняку або глини щоб уникнути приварювання до неї шлаку або чавуну. З цією метою на дно чаші насипають шар сміття (залишки охололого шлаку, пісок та ін) висотою 200-300 мм. Однак ці заходи нерідко виявляються малоефективними.

 Для видалення залишків шлаку з чаші виробляють механічні удари по ній або подають воду в неостиглого чашу. Все це знижує її довговічність. На міцність і стійкість чаші великий вплив роблять її форма, конструкція і матеріал, а також схема кріплення на опорному кільці. За формою чаші шлаковози розрізняють круглі і овальні. З круглих чаш найбільш широко застосовують конічні з сферичним дном. Ця форма краще за інших задовольняє вимогам довговічності та забезпечує найкращі умови видалення застиглого шлаку з чаші. Фактором, що лімітує ємність овальних чаш, є відносно мала їх стійкість. У порівнянні з круглими чашами вони менш жорсткі.Чаші виготовляють литими з чавуну або сталі. Незважаючи на те, що чавунне литво в 1,5-1,8 рази дешевше сталевого і легше відлити чашу з чавуну з гладкою внутрішньою поверхнею, стальні чаші отримали в останні роки переважне поширення. Це пояснюється тим, що стійкість чаш, відлитих із сталі, в 3-3,5 рази вище чавунних. Завдяки високій міцності і хорошим пластичним властивостям сталь краще протистоїть дії механічних і температурних напружень.

У вітчизняних доменних цехах отримали широке застосування шлаковози з однією чашею місткістю 11, 16 і 16,5 м3, виготовлені Дніпропетровським заводом металургійного устаткування і ПО «Южуралмаш».

 

 

 

Рисунок 2.1 – Шлаковоз місткістю 16 м³.

1 — заче́па для прикріплення шлаковозу до рейок під час кантування ковша, 2 — пневматичне гальмо, 3 — платформа, 4 — опорне кільце, 5 — ківш, 6 — візок, 7 — автозчеп, 8 — механізм перевертання ковша (на сучасних шлаковозах має дещо іншу конструкцію), 9 — штибові сектори

 

Чаша є круглу (зі сферичним  дном) відливку з вуглецевої сталі, призначену прийому виробленого  з доменної печі рідкого шлаку  і транспортування його доречно  переробки чи відвал. Чотири поглиблення  на лапах чаші утворюють замок  з чотирма виступами опорного кільця, забезпечуючи тим фіксацію чаші і опорного кільця. У частині  чаші розташовані чотири опорні майданчики для замків, з яких чаша закріплюється  в опорному кільці.Опорное кільце, призначене для кріплення у ньому чаші, є сталеву відливку, в стінках якої є наскрізні овальні отвори, що покращують умови охолодження чаші.

Механізм перекидання чаші складається з електродвигуна,самогальмуючий муфти, редуктора і системи зубчастих передач. Вихідний вал-шестерня редуктора входить у зачеплення з зубцюватим сектором.

Шлаковози бувають два  види:

• самохідні;
• несамохідні.

Рух не самохідного шлаковозу по залізничних колій здійснюється з допомогою локомотива.

Шлаковози самохідні призначені транспортування однієї чи двох ковшів з-під конвертера в проліт передачі ковшів, подачі порожніх ковшів під  конвертер, і навіть очищення шляху  й плит під конвертером.

Місткість найпоширеніших ковшів для шлаковозів становить11м³ і16м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Аналіз конструкцій  пружинних амортизаторів шлаковоза

Транспортування шлаку в  межах одного металургійного заводу відбувається в шлаковозах по рейковим коліям широкої колії. Транспортуються  шлаковози звичайними тяговими агрегатами – тепловозами і електровозами  як поодинці так і у складі поїзда. На шлаковоз у процесі його руху по рейковим коліям діють в основному  два види навантажень: горизонтальні  – тягові зусилля локомотива і  вертикальні з боку рейкові колії. Горизонтальні зусилля діють  на тягові прибори шлаковоза –  автосцеп і його амортизуючий устрій, а вертикальні навантаження діють на ходову частину – візки та їх амортизатори.

Результуюча вертикальних навантажень  на ходову частину конструкції шлаковоза  складається із двох складових частин – вертикальної і горизонтальної. Вертикальна складова навантажень  створюється при сумісному коливанні  рейок і верхньої будови рейкового  полотна, горизонтальна складова навантажень  створюється при грі рейкової колії і чим більше гра рейкової колії, тим більша величина горизонтальної складової навантаження.

Рейкова колія являє собою  дві пружні нитки. Жорсткість рейкової нитки в горизонтальній площині  не постійна. На стиках вона більша ніж  посередині ланки. Безстикові рейкові  нитки не міняють якісної сторони  цього явища, так як по даним результатів  дослідження жорсткість рейкової нитки  в зоні зварювання залишається вищою  ніж на останній дільниці. Обресорена ходова частина шлаковоза являє  собою пружну систему.

Тоді рух пружної системи  обресореного шлаковоза повздовж рейкової колії із періодичним повторенням  нерівностей жорсткості рейкової колії  неминуче приводить до збудження  параметричних коливань, які являють  собою сумісні коливання рейкової колії і обресореної частини  шлаковоза (рис.1) Особливо небезпечними, з точки зору навантажень на шлаковоз, параметричні коливання являються  тоді коли вони стають резонансними. Таким  чином параметричні коливання являються  збудником вертикальних динамічних навантажень, які діють як на надресорну конструкцію шлаковоза так і  на пружну систему ходових візків шлаковоза та колеса колісних пар  візків. Якщо параметричні коливання  протікають одночасно в зоні руху обох візків то тоді створюються так  звані коливання – підскакування. При таких коливаннях конструкція  надресорної частини шлаковоза  рухається вверх – вниз на величину У₁ і У₂ по відношенню до нейтральної осі У₀ зберігаючи горизонтальне положення паралельно повздовжній осі шлаковоза (рис.1).

Якщо параметричні коливання  виникають не одночасно в зоні руху візків, тоді створюються коливання  навколо поперечної осі шлаковоза  – коливання галопування, характеризуються вони відхиленням осі У на кут  β₁ і β₂ (рис.1), тобто вертикальні навантаження на візки шлаковоза діють почергово. Тоді основним критерієм оцінки вертикальної динаміки при таких коливання є прискорення частини конструкції, що опирається на коливаючий візок.

Крім того кожна нитка  рейкової колії може по різному коливатися, як по причині різної жорсткості самої  нитки так і пружності самого верхнього устрою рейкової колії. Тоді коливання надресорної частини  шлаковоза відбуваються з боку на бік по відношенню до повздовжньої осі шлаковоза на кут α (рис.1).

При експлуатації ходової  частини шлаковозів непремінно відбувається зношення як реборд так і обода катання коліс візка. Це безперечно призводить, у свою чергу, до відхилень візків у ту чи іншу сторону від повздовжньої осі рейкової колії на величину Х₁ і Х₂ (рис. 1), викликаючи додаткові коливання шлаковоза. В процесі руху всі вище приведенні коливання об’єднуючись створюють динамічні навантаження, які при розрахунку як амортизаторів візків так і надресорної частини конструкції шлаковоза враховуються коефіцієнтом вертикальної динаміки. Як показали дослідження коефіцієнт вертикальної динаміки складає 1,4-1,5 від статичного навантаження. Тоді динамічне навантаження на амортизатори ходових візків шлаковоза складатиме Q_дін=(1,4-1,5)Q_ст.

 

Рисунок 1 – Характер коливань шлаковоза при русі по рейковій колії.

У базовій конструкції  шлаковоза амортизаційна конструкція  візків виконана із концентричних пружин стискання (рис.2). У цілому ходовий  візок включає в себе з’єднуючи  елементи конструкції пружинні амортизатори 1, дві колісні пари 2, шкворневу  балку 3 яка по краям опирається на пружинні амортизатори, букси 4 колісних пар, бокової опори – ковзуни 5 і 6, дві опорні балки – боковини 7, шворінь 8 для з єднання візка з рамою шлаковоза і підп’ятника 9, на який опирається п´ятник рами.

 

 

Рисунок 2 – Конструкція  базового варіанту візка шлаковоза.

Пружинні амортизатори (рис. 3) являють собою комплекти концентричних  пружин до складу яких входять шість  зовнішніх пружин 2 і шість внутрішніх пружин 3. Пружинні комплекти розміщуються між нижньою 1 і верхньою опорами, на яких розміщуються спеціальні диски  з циліндричним виступом по середині.

 

Рисунок 3 – Комплект пружинного амортизатора шлаковоза.

Диски являються центруючи  ми елементами для внутрішніх пружин 3. Верхня і нижня планки 1 з’єднуються  гвинтами 5 створюючи, в цілому пружинний  комплект, який розташовується у вікні  опорної балки – боковини 7. Амортизація навантажень, діючих з боку надресорної частини, що являє собою ковш із шлаком, опорний пояс і раму, відбувається через балку шкворневу 3, яка опирається на пружинні комплекти 1, створюючи, так звані, статичні навантаження.

При русі шлаковоза, як розглядалося раніше, разом із статичними створюють  максимальні навантаження, що передаються  безпосередньо на амортизатори.

Як показали результати аналізу  експлуатації шлаковозів амортизація  вертикальних навантажень в існуючих конструкціях амортизаторів часто  не відповідає умовам якості амортизації, яке характеризується в жорсткому  реагуванні на навантаження малої величини, створенню значних коливань ковша  при резонансному режимі роботи амортизаторів. Крім того пружинні амортизатори дорогі і часто виходять із ладу.

На основі аналізу експлуатації шлаковозів та практики використання пружинних амортизаторів рекомендується замінити пружинні амортизатори на гумометалеві амортизатори (рис.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Пропонування  по реконструкції та описання  гумометалевих амортизаторів

В конструктивному відношенні амортизатор включає в себе наступні елементи: нижню і верхню опорні плити 1, верхній і нижній стакан 2, гумовий амортизатор 3, нижній суцільний  опорний диск 4, верхній фігурний опорний диск 5, нижній опорний диск з отвором 6, стяжні гвинти 7 і гайки 8.

Для стійкості амортизаторів  і виключення їх перекосів та зміщень  при русі шлаковоза, при зборці круглий  виступ верхнього фігурного опорного диску 5 заводить в отвір нижнього опорного диска 6. Між нижнім 2 і верхнім  стаканами передбачається відповідний  проміжок, величина якого рівняється максимальній деформації всього комплекту  гумометалевих амортизаторів. Характерним  являється те, що габаритні розміри  модернізованого комплекту амортизаторів  повністю відповідає розмірам базового варіанту, що дає можливість виконувати заміну комплектів без будь яких конструктивних змін візка (рис. 5).

 

 

Рисунок 5 – Конструкція  модернізованого візка шлаковоза.

1 – комплект гумометалевих  амортизаторів; 2 – колісні пари; 3 – балка шкворнева; 4 – опорні  букси колісних пар; 5 – опорні  балки-боковини; 6, 7 – бокові опори-ковзуни; 8 – шворінь; 9 – підп’ятник.

Перевагами рекомендованої конструкції амортизатора є таке:

-у конструктивному відношенні вони значно простіші, дешевші в виготовленні; значно довговічніші в експлуатації;

-при амортизації навантажень поглинають енергію ударів на що не спроможні пружинні амортизатори;

-при амортизації навантажень створюються значно менші коливання ковша в процесі руху шлаковоза;

-володіють здатністю ефективно амортизувати більш широкий спектр навантажень як по величині так і вектору направленої дії;

-здатні значно м'якіше амортизувати динамічні навантаження, створюючи відповідний комфорт руху шлаковоза;

-завдяки високій ефективності амортизації динамічних навантажень значно підвищується термін служби підшипників опорних букс колісних пар.

 

 

 

 

6. Технологічний розрахунок  пружинних амортизаторів

Розрахунок та вибір гумометалевих  амортизаторів можна виконувати по слідкуючій методиці:

Вихідними даними для розрахунку являються:

• Матеріал пружного елемента, наприклад гумова суміш ВС ТУ 38105376-72.
• Твердість гуми Н_р=60÷70.
• Кількість комплектів у візку – 4 шт.
• Кількість пружних елементів у комплекті – 12 шт.
• Конструктивно прийняті розміри пружного елемента амортизатора: D = 140 мм – зовнішній діаметр, δ = 80 мм – товщина.

Визначаємо модуль здвигу по мінімальній твердості гуми по формулі:

 мН/м²                                                (6.1)

Визначаємо модуль пружності  пакета при здвигі:

 мН/м²                                             (6.2)

де G – модуль здвигу.

Визначаємо модуль пружності  пакета при стисненні: