1、 . PAGE17 / NUMPAGES17 轉(zhuǎn)爐疲勞載荷譜的研究與其參數(shù)確定鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院機(jī)械設(shè)備室 盛漢橋摘 要 載荷譜對(duì)于轉(zhuǎn)爐疲勞極限的研究、疲勞壽命的預(yù)測(cè)具有重要的意義，本文簡(jiǎn)潔地闡述了雨流計(jì)數(shù)法的原理與其應(yīng)用，并將其用于轉(zhuǎn)爐的設(shè)計(jì)中，為定量地確定轉(zhuǎn)爐疲勞設(shè)計(jì)參數(shù)做了有益的探討，并在我院的多個(gè)轉(zhuǎn)爐項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐，疲勞，載荷譜，雨流計(jì)數(shù)法The Analysis of Fatigue Load Spectra on the Converter and how to determine Fatigue ParameterAbstract Load spec

2、tra are important basis on which the study of fatigue limit of the converter ,the evaluation of its life limit are based. The paper briefly introduces the general principle of the Rain Flow Counting Method and its application，and applies them in the design of converter,It becomes basis of determinin

3、g converter fatigue parameter on quantity and reference for future converter design. Keywords: converter， Fatigue ，Load Spectra ，Rain Flow Counting Method 提出問(wèn)題一九四九年奧地利科學(xué)家Voest-Alpine試制成功轉(zhuǎn)爐煉鋼法，并于一九五二年投入工業(yè)生產(chǎn)。由于轉(zhuǎn)爐具有效率高、投資省、成本低、原料適應(yīng)性強(qiáng)、鋼水質(zhì)量好、品種多、適應(yīng)于機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，它一誕生就獲得了廣泛地應(yīng)用，并將過(guò)去占統(tǒng)治地位的平爐擠出了歷史舞臺(tái)，同電爐一道，成為當(dāng)

4、今煉鋼的兩大主要方法。轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備五十年來(lái)通過(guò)不斷改造創(chuàng)新，技術(shù)更加成熟，設(shè)備更加實(shí)用，如轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置經(jīng)歷了落地式、半懸掛式和全懸掛式等幾個(gè)階段，每一次技術(shù)進(jìn)步都帶來(lái)了產(chǎn)量提高、成本下降等良好結(jié)果。我院轉(zhuǎn)爐設(shè)備設(shè)計(jì)也在消化和開(kāi)發(fā)中不斷地前進(jìn)，先后設(shè)計(jì)了武鋼二煉鋼半懸掛轉(zhuǎn)爐，鄂鋼二煉鋼、湘鋼二煉鋼、武鋼一煉鋼等鋼廠的全懸掛轉(zhuǎn)爐，這些鋼廠投產(chǎn)后轉(zhuǎn)爐設(shè)備運(yùn)行良好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。轉(zhuǎn)爐與其傾動(dòng)裝置是煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，它具有負(fù)荷重、操作頻繁、使用環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，由于設(shè)備承受的是長(zhǎng)時(shí)間的交替往復(fù)載荷作用，雖有多種形式的失效，如靜強(qiáng)度損壞、爐襯燒穿造成設(shè)備燒損等，但絕大多數(shù)為疲勞失效。由于疲勞失效通

5、常沒(méi)有明顯的宏觀塑性變形，因而常常出現(xiàn)突然斷裂，以致造成很大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，因此轉(zhuǎn)爐的疲勞強(qiáng)度是我們重點(diǎn)計(jì)算對(duì)象。我們過(guò)去一直用轉(zhuǎn)爐正常傾動(dòng)力矩通過(guò)疲勞強(qiáng)度計(jì)算來(lái)確定轉(zhuǎn)爐與其傾動(dòng)裝置，再通過(guò)塌爐凍鋼等事故載荷來(lái)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，無(wú)疑這種設(shè)計(jì)過(guò)程是正確的，事實(shí)上我們?cè)O(shè)計(jì)的全懸掛傾動(dòng)裝置轉(zhuǎn)爐經(jīng)過(guò)十三年、半懸掛傾動(dòng)裝置轉(zhuǎn)爐經(jīng)過(guò)二十五年的工作還仍然在生產(chǎn)第一線服役，這也從側(cè)面說(shuō)明我們的設(shè)計(jì)在安全性上是沒(méi)有任何問(wèn)題的。問(wèn)題是通過(guò)比較一些其他單位設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)爐與其傾動(dòng)裝置，特別是同國(guó)外設(shè)計(jì)的一些轉(zhuǎn)爐相比較，我們發(fā)現(xiàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)裝置在同樣的技術(shù)條件下承載能力要比別人的小，而一樣的承載能力下我們的技

6、術(shù)要求又要高，這就奇怪了，我們用的是同一種轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)資料，用的是一樣的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為何有較大的差別？原因何在？要找出這個(gè)答案還必須從轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)裝置的疲勞載荷譜與其傾動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)來(lái)找原因。二轉(zhuǎn)爐的疲勞載荷譜轉(zhuǎn)爐工作時(shí)，其傾動(dòng)裝置的載荷從大小到頻率都是隨機(jī)變化的，我們現(xiàn)在取其一小段進(jìn)行分析以揭示其整體規(guī)律，見(jiàn)圖1，其中，M為轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩，k為沖擊系數(shù)，這種從大小到頻率都隨機(jī)變化的載荷（或應(yīng)力）稱為隨機(jī)載荷（或應(yīng)力），也稱為載荷時(shí)間歷程(或應(yīng)力時(shí)間歷程)。乍一看，這同我們平時(shí)疲勞計(jì)算時(shí)用的很有規(guī)律的載荷有很大的區(qū)別，不知如何用于疲勞計(jì)算中去，實(shí)際上，這種隨機(jī)變化的載荷看上去雖然沒(méi)有一定的規(guī)律，但可以通過(guò)

7、一定的計(jì)數(shù)法將其進(jìn)行處理而找到它的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即載荷（或應(yīng)力）的大小與其出現(xiàn)頻次（或頻率）關(guān)系的圖形、數(shù)字或表格，我們把這種統(tǒng)計(jì)規(guī)律稱為載荷譜，載荷譜是受隨機(jī)載荷作用的結(jié)構(gòu)或設(shè)備進(jìn)行分級(jí)、壽命預(yù)估與疲勞計(jì)算的重要依據(jù)。為了從轉(zhuǎn)爐的載荷時(shí)間歷程中得到載荷譜，必須首先對(duì)其進(jìn)行處理，從雜亂的數(shù)據(jù)中找出一定的規(guī)律，計(jì)數(shù)法是處理載荷時(shí)間歷程的一種常用方法，它是從構(gòu)成疲勞損傷的角度出發(fā)，使用概率統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)隨機(jī)載荷時(shí)間歷程中的某些量值與其發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理的方法。人們通過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響疲勞損傷的主要因素是載荷幅值，因此在疲勞分析中常常采用統(tǒng)計(jì)幅值的計(jì)數(shù)法。目前計(jì)數(shù)法有十幾種，從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果看，計(jì)數(shù)法大體上

8、分兩類，即單參數(shù)法和雙參數(shù)法。所謂單參數(shù)法指的是只考慮載荷循環(huán)中的一個(gè)變量，譬如變程（相鄰的峰值與谷值之差，為循環(huán)振幅的2倍），而雙參數(shù)法同時(shí)考慮變程和均值（相鄰的峰值與谷值的平均值）兩個(gè)變量。由于疲勞載荷本身固有的特性，對(duì)任一載荷循環(huán)，總要用兩個(gè)參數(shù)來(lái)表示，只考慮一個(gè)參數(shù)，一般不足以描繪載荷循環(huán)的特性，可見(jiàn)單參數(shù)法有較大的缺陷。由于雙參數(shù)計(jì)數(shù)法計(jì)與了載荷時(shí)間歷程的變程和均值，基本上反映了載荷時(shí)間歷程的特性，故是一種比較完善的方法。雙參數(shù)計(jì)數(shù)法是根據(jù)金屬材料的應(yīng)力應(yīng)變行為記下與應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)相對(duì)應(yīng)的載荷循環(huán)，這些載荷循環(huán)是由一對(duì)對(duì)大小相等斜率相反的變程所組成。雙參數(shù)計(jì)數(shù)法認(rèn)為塑性的存在是疲勞損

9、傷的必要條件，從疲勞損傷的觀點(diǎn)來(lái)看，它比較真實(shí)地反映了隨機(jī)載荷全過(guò)程。另外雙參數(shù)計(jì)數(shù)法在某種程度上計(jì)與了載荷先后次序的關(guān)系，并且結(jié)果不受中間載荷的影響，計(jì)數(shù)條件簡(jiǎn)單，計(jì)數(shù)結(jié)果具有唯一性。其中雨流計(jì)數(shù)法由于計(jì)數(shù)過(guò)程與材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性相一致，有一定的力學(xué)根據(jù)，并易于在計(jì)算機(jī)上計(jì)數(shù)，現(xiàn)被公認(rèn)為最先進(jìn)的計(jì)數(shù)方法，是編制疲勞載荷譜和進(jìn)行疲勞壽命估算的主要方法。雨流計(jì)數(shù)法是由日本人遠(yuǎn)藤、松石等人于1968年首先提出的，該法考慮了材料疲勞過(guò)程中局部應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的非線性關(guān)系，認(rèn)為塑性的存在是造成疲勞損傷的必要條件，這種塑性性質(zhì)表現(xiàn)為的遲滯回線。該法認(rèn)為一個(gè)大的應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)對(duì)材料所造成的損傷不因?yàn)楸灰粋€(gè)小

10、的循環(huán)所打斷而受影響，于是該法的計(jì)數(shù)結(jié)果就與材料的所謂“記憶”特性相一致，詳見(jiàn)圖2。每個(gè)全循環(huán)都可記下兩個(gè)參數(shù)：變程SR與應(yīng)力均值SM，如對(duì)于全循環(huán)565，變程SR=|5-6|，SM=(5+6)/2，從圖中可以看出，大滯后環(huán)147在其循環(huán)過(guò)程中被兩個(gè)小滯后環(huán)232和565打斷過(guò)，但從打斷處出來(lái)后，大滯后環(huán)仍然走自己固有的跡線，仿佛材料“記住”了自己該走的路，這就是材料所謂的記憶特性，從圖中可以看出：雨流計(jì)數(shù)法記下的應(yīng)力循環(huán)與材料的應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)一一對(duì)應(yīng)，且最大循環(huán)由最小與最大應(yīng)力所組成。雨流計(jì)數(shù)確地反映了材料的力學(xué)特性，這正是其優(yōu)點(diǎn)所在。由圖2可以看出，雨流計(jì)數(shù)法就是反復(fù)尋找圖3中所示的四峰谷

11、波形，每次都需要對(duì)四個(gè)峰谷點(diǎn)進(jìn)行多種判斷，當(dāng)滿足如下條件之一時(shí)便可取出一個(gè)全循環(huán)：（a）i-3i-1與i-2i同時(shí)滿足，取出i-2i-1i-2;（b）i-3i-1與i-2i同時(shí)滿足，取出i-2i-1i-2;這說(shuō)明，轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)設(shè)備在工作時(shí)，盡管它的應(yīng)力變化千奇百怪，根據(jù)雨流計(jì)數(shù)法，應(yīng)力時(shí)間歷程會(huì)分解出若干個(gè)大的應(yīng)力循環(huán)和許多小的應(yīng)力循環(huán)，這個(gè)大的循環(huán)是影響疲勞強(qiáng)度的主要因素，而小的循環(huán)為次要因素，分清主次才便于疲勞計(jì)算。根據(jù)雨流計(jì)數(shù)法，圖1中與最大的應(yīng)力循環(huán)對(duì)應(yīng)的載荷循環(huán)為2kM，這說(shuō)明疲勞強(qiáng)度同傾動(dòng)力矩M和沖擊系數(shù)k緊密相連。通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法，原來(lái)的離散峰谷序列被轉(zhuǎn)化為與金屬材料應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)相

12、對(duì)應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)的變程與均值，如何將獲得的變程與均值二維變量轉(zhuǎn)化為構(gòu)件的疲勞計(jì)算，這是數(shù)據(jù)處理的又一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于樣本是隨機(jī)的，故通過(guò)計(jì)數(shù)法所得到的變程和均值也是隨機(jī)的，它們通常沒(méi)有一定的規(guī)律，因此必須對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法找出它們之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。在統(tǒng)計(jì)之前，首先必須確定隨機(jī)變量，根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，可以分別采用一維擬合與二維擬合，一維擬合通常是對(duì)變程進(jìn)行擬合而均值的作用通過(guò)一定的方法折算到變程中考慮，二維擬合是對(duì)變程與均值的聯(lián)合分布矩陣進(jìn)行擬合。由于焊接件存在較大的殘余應(yīng)力，使均值失去了意義，另外轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)設(shè)備在正反轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，主波基本上是以時(shí)間坐標(biāo)軸對(duì)稱布置，均值也幾乎為0，

13、故本文以變程為主進(jìn)行一維擬合。 轉(zhuǎn)爐應(yīng)力時(shí)間歷程可分解為低頻波（大的應(yīng)力循環(huán)）與高頻波（小的應(yīng)力循環(huán)）的疊加，且低頻波（亦稱主波）與高頻波（亦稱二級(jí)波）存在明顯的分界，其中主波反映了傾動(dòng)力矩和沖擊的作用，為疲勞的主要因素；而二級(jí)波反映了結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)，為疲勞的次要因素。由于主、二級(jí)波對(duì)疲勞損傷的作用不同，因而易采用區(qū)分主二級(jí)波的雙波法分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。 從圖2可以看出，通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法可以將一個(gè)循環(huán)中的最大的應(yīng)力（為正常應(yīng)力沖擊或振動(dòng)應(yīng)力之和）循環(huán)提出來(lái)，最大載荷變程為2kM，而由于沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生的載荷變程不會(huì)超過(guò)2（k-1）M，兩者的比值為k/(k-1)，設(shè)k=1.5，則比值為3左右。根據(jù)疲勞

14、理論，只有超過(guò)一定大小的應(yīng)力幅才對(duì)疲勞壽命有影響，科學(xué)家通過(guò)試驗(yàn)得到，當(dāng)實(shí)際應(yīng)力幅（為變程的一半）小于0.50.7-1時(shí)，該應(yīng)力循環(huán)對(duì)疲勞基本上沒(méi)有影響，故將0.50.7-1稱為疲勞應(yīng)力的門檻值；根據(jù)設(shè)計(jì)原則，主波產(chǎn)生的應(yīng)力幅必須控制在-1以，則根據(jù)上面的計(jì)算，二級(jí)波產(chǎn)生的應(yīng)力幅在0.33-1以，不會(huì)對(duì)疲勞產(chǎn)生多大的影響，可以忽略不計(jì)，重點(diǎn)工作要放在主波的研究上，使用該法往往能抓住影響疲勞損傷的主要因素，便于進(jìn)行理論分析?？茖W(xué)家通過(guò)實(shí)際測(cè)試得出的結(jié)論是，主波的對(duì)疲勞損傷占97，而二級(jí)波只占3，故下面僅討論主波的分布情況。總頻次N總頻次為主波的累計(jì)作用次數(shù)，設(shè)計(jì)使用壽命一般取機(jī)械零件為十年，鋼結(jié)

15、構(gòu)為二十年，總頻次為相應(yīng)期間的主波數(shù)量，即2.頻次分布函數(shù)f(x)：對(duì)于轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)設(shè)備的整個(gè)壽命期間而言，工作在多個(gè)爐役之中，對(duì)于某座轉(zhuǎn)爐來(lái)講，其各爐役的情況應(yīng)該是差不多的，沒(méi)有本質(zhì)上的差別，因此可以用其一個(gè)爐役的分布情況代表整個(gè)轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)設(shè)備的壽命期間的分布情況。在轉(zhuǎn)爐的一個(gè)爐役中，由于爐襯的燒損，重心不斷下移，其傾動(dòng)力矩是逐步加大的，從Mmin加大到Mmax，其中Mmax便是我們通常說(shuō)的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩M，近似地將傾動(dòng)力矩在爐役當(dāng)作均勻變化來(lái)考慮，因此從Mmin到Mmax可以認(rèn)為作用次數(shù)也是均勻變化的，見(jiàn)圖4，其中f(x)A為分布函數(shù)，根據(jù)分布函數(shù)在Mmin到Mmax的積分為1的要求，令圖中帶

16、陰影部分的面積為1，即：3.壽命同應(yīng)力的關(guān)系曲線根據(jù)科學(xué)家們的試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)力幅同壽命間為一根高次曲線，見(jiàn)圖5，通常寫成m*N=C，其中，C為常數(shù)，為應(yīng)力幅，N為在作用下的疲勞壽命，m為N曲線的反斜率。對(duì)于某具體的零部件，C為一恒定值。目前還沒(méi)有完整的可供使用的轉(zhuǎn)爐與傾動(dòng)設(shè)備的N曲線，有些零部件只能采用類推法處理。由于傾動(dòng)力矩同應(yīng)力有一定的函數(shù)關(guān)系，如三點(diǎn)球鉸支承螺栓的應(yīng)力、扭力桿的應(yīng)力、傾動(dòng)減速器的齒輪彎曲強(qiáng)度與傾動(dòng)力矩成正比，傾動(dòng)減速器的齒輪接觸強(qiáng)度與傾動(dòng)力矩的平方根成正比，故上式中的應(yīng)力幅改成傾動(dòng)力矩（更科學(xué)應(yīng)稱為傾動(dòng)力矩幅，不過(guò)這樣稱就很饒口）仍然滿足，即Mm*N=C。4.轉(zhuǎn)爐載荷譜根據(jù)

17、前面的分析，轉(zhuǎn)爐的主波分布應(yīng)符合均勻的線性分布，其直方圖見(jiàn)圖6，如果我們?cè)谵D(zhuǎn)爐的一個(gè)典型爐役進(jìn)行測(cè)試，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)該得到大致一樣的轉(zhuǎn)爐載荷譜。5當(dāng)量載荷Md轉(zhuǎn)爐在一個(gè)爐役，其傾動(dòng)力矩是逐步變化的，但我們?cè)趯?shí)際的強(qiáng)度計(jì)算中總以Mmax為計(jì)算載荷，這樣計(jì)算的結(jié)果是設(shè)備過(guò)于安全，為了能更好的反映轉(zhuǎn)爐的實(shí)際工作情況，使設(shè)備在技術(shù)同經(jīng)濟(jì)之間有一個(gè)較好的平衡點(diǎn)，有必要找出一個(gè)與實(shí)際載荷譜損傷一致的當(dāng)量載荷Md，然后用當(dāng)量載荷Md進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。由于轉(zhuǎn)爐所受載荷是變化的，因此其壽命估算還不能直接采用Mm*N=C，還須確定其累積損傷模型。目前線性累積損傷理論是討論隨機(jī)疲勞的最基本的理

18、論。下面為其基本公式： 以上為超過(guò)門檻值的應(yīng)力幅引起的損傷之和。式中ni與Ni是在i交變應(yīng)力循環(huán)作用下的使用次數(shù)和壽命極限，Di為i 作用下的損傷度，D為各應(yīng)力水平所造成的損傷之和。根據(jù)前面的分布函數(shù)和壽命函數(shù)，得ni=Nf(x)dM=ANdM Ni=C/Mm取積分得載荷譜總的損傷度 設(shè)在N作用下的均勻當(dāng)量載荷為Md，則Md也符合壽命函數(shù)，即Mdm*Nd=C，其中Nd為在Md下的壽命，則Nd = C / Mdm當(dāng)量載荷的損傷度為Dd=N/Nd由于原載荷譜對(duì)設(shè)備的損傷度應(yīng)與當(dāng)量載荷的損傷度一致，故令兩者的損傷度一樣，DDd，則：解此方程得：令n=Mmin/ Mmax 式中B為折算系數(shù),而Mmax

19、為我們常說(shuō)的、由工藝專業(yè)提給我們的傾動(dòng)力矩M。要得到B，我們還必須知道m(xù)和n這兩個(gè)參數(shù),下面就一些資料大致得到B的取值圍。m的取值圍筆者在大學(xué)期間曾研究過(guò)橋式起重機(jī)箱形梁的疲勞壽命問(wèn)題，收集過(guò)一些資料，偏軌箱形梁的應(yīng)力幅同壽命有如下公式：4.1*N = C另外第33頁(yè)中也有該值的取值圍，對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)m=36，對(duì)于齒輪等機(jī)械零件m89。轉(zhuǎn)爐托圈也是受偏心載荷作用的金屬結(jié)構(gòu)，粗略推論，它們有大致一樣的規(guī)律，故初選托圈m=36。另齒輪傳動(dòng)的m系數(shù)在化學(xué)工業(yè)的第三卷的第88頁(yè)（接觸強(qiáng)度的m參數(shù)）和第96頁(yè)（彎曲強(qiáng)度的m參數(shù)）中也有，現(xiàn)摘錄部分：材料參數(shù)m彎曲強(qiáng)度接觸強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和調(diào)質(zhì)鋼6.216.61-

20、7.89滲碳淬火鋼和表面硬化鋼8.776.61-7.89n的取值經(jīng)請(qǐng)教煉鋼專業(yè)傾動(dòng)力矩計(jì)算人員，這些年我院設(shè)計(jì)的各種轉(zhuǎn)爐，一般新老爐傾動(dòng)力矩的比值在0.67左右。東北工學(xué)院八零年所編第85頁(yè)摘錄了某120噸轉(zhuǎn)爐的新老爐傾動(dòng)力矩的比值n=177/286=0.62?？梢酝茰y(cè)，對(duì)于全正力矩工作的轉(zhuǎn)爐，應(yīng)該有個(gè)大致的比值圍，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，令n=0.7(n越大折算系數(shù)B越大，設(shè)計(jì)也偏向安全)。綜合以上各點(diǎn)，將折算系數(shù)列于下表：傾動(dòng)力矩的折算系數(shù)B（n=0.7）材料參數(shù)m折算系數(shù)B箱形梁等結(jié)構(gòu)件360.860.87結(jié)構(gòu)鋼和調(diào)質(zhì)鋼齒輪6.2190.870.88滲碳淬火鋼和表面硬化鋼齒輪6.6190.870.

21、88盡管m的圍比較大，但B的差別并不大，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，將折算系數(shù)B取為0.9，則Md=0.9 Mmax=0.9 M這說(shuō)明，今后在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐與其傾動(dòng)裝置的時(shí)候，需將工藝專業(yè)提給我們的傾動(dòng)力矩M降低約10進(jìn)行后續(xù)的疲勞計(jì)算。沖擊系數(shù)的選擇根據(jù)前面的雨流計(jì)數(shù)法我們知道，影響疲勞的主波同傾動(dòng)力矩M與沖擊系數(shù)k的乘積有關(guān)，因此k也是我們需要引起注意的參數(shù)。目前我們?cè)O(shè)計(jì)中，k=k1k2，其中k1為考慮實(shí)際傾動(dòng)力矩與計(jì)算傾動(dòng)力矩的誤差，常取k11.2，k2為考慮傾動(dòng)機(jī)械啟動(dòng)、制動(dòng)等動(dòng)負(fù)荷系數(shù)，k2的取值圍為1.42，一般疲勞計(jì)算k2取1.7-1.8，靜強(qiáng)度計(jì)算k2取1.5以上，以上k1、k2是從過(guò)去轉(zhuǎn)爐研究中

22、的一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出的，由于目前轉(zhuǎn)爐不論在設(shè)備的結(jié)構(gòu)上、制造精度上、還是設(shè)計(jì)計(jì)算的精度上同過(guò)去均發(fā)生了很大的變化，如果用過(guò)去的數(shù)據(jù)套現(xiàn)在的設(shè)計(jì)肯定有不合理的地方，下面從幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較。計(jì)算誤差系數(shù)k1的選擇過(guò)去因采用手工計(jì)算，為了便于計(jì)算，作了很多簡(jiǎn)化，然后再考慮一個(gè)系數(shù)k1進(jìn)行修正，而目前我院采用計(jì)算機(jī)積分計(jì)算并考慮了各種因素作用最后確定傾動(dòng)力矩，其準(zhǔn)確性大幅提高，從近幾年工藝所提傾動(dòng)力矩與投產(chǎn)后的測(cè)試數(shù)據(jù)看，所提傾動(dòng)力矩與實(shí)際吻合并留有余地，所以在目前的情況下應(yīng)不考慮此參數(shù)，故取k11。動(dòng)負(fù)荷k2的選擇動(dòng)負(fù)荷系數(shù)是一個(gè)與設(shè)備的結(jié)構(gòu)、加工、操作等密切相關(guān)的參數(shù)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，k2也應(yīng)

23、該合理的變化，理由如下：以前傾動(dòng)設(shè)備采用的是落地式和半懸掛式，而現(xiàn)在采用的是全懸掛式，齒輪嚙合情況大大改善，不會(huì)因托圈的變形而影響齒輪的嚙合精度，并且顯著地降低了軸承座的受力；以前聯(lián)軸器采用的是剛性聯(lián)軸器或萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)如齒式聯(lián)軸器，而目前采用的是彈性聯(lián)軸器如梅花型聯(lián)軸器，可以減少?zèng)_擊系數(shù)，如國(guó)以前對(duì)半懸掛式傾動(dòng)裝置做過(guò)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：轉(zhuǎn)爐容量(t)聯(lián)軸器類型啟動(dòng)沖擊系數(shù)制動(dòng)沖擊系數(shù)180彈性聯(lián)軸器1.51.763剛性聯(lián)軸器3.44.0270剛性聯(lián)軸器2.83.87從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，采用彈性聯(lián)軸器對(duì)于降低沖擊系數(shù)有很大好處。以前為防止懸掛大齒輪傾翻而設(shè)置的平衡裝置為剛性裝置，而現(xiàn)在采用的是扭力桿

24、柔性緩沖裝置，這種裝置能吸收沖擊而對(duì)傳動(dòng)零件提供良好的保護(hù)，從而大大降低了沖擊系數(shù)，據(jù)文獻(xiàn)介紹，采用合理的柔性緩沖裝置，可使動(dòng)載荷降低2030；另外文獻(xiàn)也介紹，采用了柔性緩沖裝置后，電機(jī)啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)，沖擊系數(shù)為1.31.5。托圈和爐殼的連接過(guò)去主要采用螺栓連接或托架夾持器連接，由于結(jié)構(gòu)上的一些弊病，使的整個(gè)連接裝置難免會(huì)出現(xiàn)間隙產(chǎn)生沖擊，而目前我們廣泛采用的是三點(diǎn)球鉸支承裝置，理論上消除了連接裝置的沖擊對(duì)設(shè)備的不良影響；過(guò)去由于加工設(shè)備的限制，如懸掛大齒輪的加工精度只能達(dá)到8級(jí)，而目前可以達(dá)到7級(jí)或6級(jí)，更能保證齒輪的加工精度和齒輪的側(cè)隙要求，勢(shì)必降低嚙合產(chǎn)生的沖擊；目前，隨著可控硅技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展，直流電機(jī)和變頻電機(jī)廣泛地應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)設(shè)備中，電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)更容易控制，使轉(zhuǎn)爐的啟動(dòng)和制動(dòng)更加平穩(wěn)，也可以降低沖擊系數(shù)；從以上分析可以看出，我們?cè)谠O(shè)備的結(jié)構(gòu)上做了很大的改進(jìn)，相應(yīng)的沖擊系數(shù)的選擇也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣設(shè)計(jì)的裝置才更加符合實(shí)際，減少設(shè)備投資，當(dāng)然要具體得到新結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)還需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，本文只能就以上分析大概給出它的圍：對(duì)于全懸掛柔性平衡傳動(dòng)裝置，正常工作時(shí)的沖擊系數(shù)k2，取值在1.5左右，而在事故狀態(tài)，由于啟動(dòng)速度大大降