Результат интеллектуальной деятельности: РАМА СПЕКАТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕЖКИ

Изобретение относится к области производства железорудного сырья в черной металлургии, а более конкретно к оборудованию агломерационных конвейерных машин и касается конструкции спекательных тележек.

Известна спекательная тележка, содержащая установленную на ходовые ролики цельносварную раму из листовых элементов стали с несущими балками, состоящими из горизонтальных полок и вертикальных стенок, съемные борта и колосники (свидетельство на полезную модель России №15994 МКИ C22B 1/20 F27B 21/04), в которой для обеспечения требуемой жесткости конструкции и уменьшения прогиба каждая несущая балка выполнена таким образом, что отношение площади поперечного сечения горизонтальной полки к площади вертикальной стойки составляет 1:(1,5-6,85).

Рама спекательной тележки работает в условиях изгибающей нагрузки от шихты, а также циклического воздействия высоких температур. Причем нелинейное распределение температур по ширине и высоте деталей способствует возникновению значительных температурных напряжений, приводящих к появлению термоусталостных трещин на поверхности элементов рамы и к их разрушению, а также к короблению рамы и прогибу в целом.

Увеличение механической прочности элементов рамы путем оптимизации соотношения размеров ее элементов позволяет несколько увеличить стойкость тележки, однако практически не исключает появления термических напряжений, коробления и прогиба рамы, что в конечном итоге приводит к быстрому выходу тележки из строя. При этом приходится заменять всю раму целиком.

Известна, цельносварная рама тележки конвейерной машины, которая включает боковины и продольные балки, состоящие, по крайней мере, из двух элементов, выполненных из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, которые соединены между собой с зазором, причем горизонтальные элементы балки выполнены состоящими вдоль длины, по крайней мере, из двух частей с зазором между ними, сообщающимся с зазором между горизонтальным и вертикальным элементами балки. Ширина зазора должна быть достаточной, чтобы компенсировать тепловое расширение частей горизонтальных элементов и составляет 3-8 мм (свидетельство на полезную модель России №39389 МКИ F27B 21/06). Такая конструкция обеспечивает компенсацию термических напряжений в горизонтальных элементах продольных балок, уменьшение коробления и, соответственно, повышение срока эксплуатации.

Недостатком этой конструкции является то, что наличие сообщающихся зазоров в элементах продольных балок, причем размещенных в сильно нагруженной центральной части рамы, значительно ослабляет сечение рамы, это приводит к увеличению механических напряжений, повышенному прогибу рамы, что становится опасным при работе тележек с высокими слоями шихты при значительных разрежениях под тележками. Кроме того, компенсация термических напряжений недостаточная, так как не охватывает вертикальные элементы балок, которые, несмотря на несколько пониженную температуру, все же подвержены термическим напряжениям и короблению. Все это приводит к понижению стойкости спекательных тележек и необходимости их частой замены, при этом такая конструкция предполагает замену рамы целиком на новую, т.е ремонтопригодность тележек крайне низкая.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении компенсации термических напряжений без снижения механической стойкости при одновременном повышении ремонтопригодности.

Эта задача решается следующим образом.

В известной раме спекательной тележки, включающей соединенные между собой боковины и продольные балки, состоящие, по крайней мере, из одного нижнего и одного верхнего элемента, а также зазоры между элементами для компенсации термических напряжений согласно изобретению зазоры для компенсации термических напряжений выполнены сквозными по всей высоте каждой продольной балки и расположены от ее краев на расстоянии равном 0,9-1,2 высоты балки, а величина зазоров составляет 0,001-0,002 расстояния между ними по длине продольной балки, при этом образованные отдельные части балок по оппозитным торцам жестко связаны между собой несущим разъемным соединением. Несущее разъемное соединение выполнено в виде ригелей с открытыми пазами, установленных на оппозитных торцах продольных балок в габарите зазора для компенсации термических напряжений с возможностью контакта между собой, в полость, образованную пазами ригелей установлена шпонка, а ригели объединены стяжным болтом. Кроме этого части балок, расположенные между зазорами выполнены симметрично относительно горизонтальной оси.

Исследование температурного профиля рамы спекательной тележки показало, что по краям балок на расстоянии равном 0,9-1,2 высоты балки от края вследствие более рыхлой укладки шихты у бортов тележки и ее усадки в процессе спекания температура балок и боковин на 100-150°C ниже. Поэтому сквозные зазоры, выполненные на таком расстоянии от краев балки и полностью отделяющие более нагретую среднюю часть рамы от крайних, менее нагретых частей, позволяют практически полностью компенсировать тепловые напряжения и исключить коробление всех элементов продольной балки, а наличие разъемного несущего соединения отдельных частей балок обеспечивает достаточную механическую прочность, воспринимая на себя все нагрузки. Величина зазоров составляющая 0,001-0,002 расстояния между ними по длине продольной балки достаточна для поглощения теплового расширения средней части рамы.

В процессе спекания происходит неравномерный нагрев рамы по высоте. При этом наибольшая неравномерность характерна для более нагретой средней части рамы. Температура верхних горизонтальных элементов балок средней части превышает температуру и нижних горизонтальных элементов на 150-200°C и составляет 300-400°C. При такой температуре температурное расширение верхнего горизонтального элемента и прилегающего к нему участка вертикального элемента средней части составляет 0,002-0,004 от ее длины. При отсутствии сквозного зазора, по данным обследований, максимальные температурные напряжения возникают в верхнем и нижнем горизонтальных элементах и приводят к зарождению трещин. Наличие зазоров в нижней и верхней части и расположение жесткого разъемного соединения в средней области горизонтальной оси, где температурные напряжения наименьшие, позволяет верхним горизонтальным элементам средней части расширяться при минимальном воздействии на разъемное соединение.

Симметричность конструкции средней части, работающей в наиболее тяжелых высокотемпературных условиях, относительно своей горизонтальной оси дает возможность восстановления работоспособности тележки путем переворота средней части на 180° при возникновении прогиба балок или их коробления, что позволяет повысить ремонтопригодность спекательных тележек и обеспечить повышенный срок эксплуатации.

На фиг.1 чертежа изображен продольный разрез по оси рамы.

На фиг.2 чертежа изображен вид рамы сверху.

На фиг.3 чертежа изображен поперечный разрез рамы по вертикальной оси.

На фиг.4 чертежа изображен зазор для компенсации термических напряжений в разъемном соединении рамы (узел Б на фиг.1).

На фиг.5 чертежа изображен поперечный разрез рамы в месте разъемного соединения (разрез А-А на фиг.1).

На фиг.6 чертежа изображено поперечное сечение продольной балки.

На фиг.7 чертежа изображено поперечное сечение боковой части.

Рама спекательной тележки состоит из цельносварной средней части 1 и цельносварных боковых частей 2, жестко связанных между собой несущими разъемными соединениями, при этом между частями 1 и 2 предусмотрен зазор T для компенсации термических напряжений, величина которого составляет 0,001-0,002 длины L средней части 1, а длина L₁ боковых частей 2 составляет 0,9-1,2 высоты H балки 3. Цельносварная средняя часть 1 выполняется из стали 10ХСНД и включает прямолинейные балки 3, состоящие из двух горизонтальных элементов 4 и одного вертикального элемента 5, поперечные ребра 6 и торцевые ригели 7 с открытыми пазами, при этом средняя часть 1 выполнена симметричной относительно горизонтальной оси. Цельносварные боковые части 2 выполняются из стали 09Г2С и включают прямолинейные балки 8, аналогичные балкам 3 средней части, боковины 9, втулки 10 для установки роликов и фланцы 11 для крепления бортов. В нижней части балок 8, прилегающей к боковинам 9, выполнен вырез 12 для приварки пластин 13 и 14, образующих с боковиной 9 П-образный проем для установки ползунов уплотнений.

Торцы балок 8, оппозитные торцам балок 3, имеют ригели 15 с открытыми пазами ответными по форме ригелям 7 балок 3.

Две боковые части 2 присоединяются к средней части 1 через ригели 15 и 7 посредством шпоночного соединения 16 и стяжного бола 17.

Работа спекательных тележек с предлагаемой рамой осуществляется следующим образом.

На рамы с установленными колосниками, бортами и роликами, перемещаемые в системе конвейерной ленты, нагружают агломерационную шихту, подвергают зажиганию, спеканию и разгружают агломерат. На всем протяжении процесса под действием разрежения через раму просасывают отходящий газ сверху вниз. В процессе спекания происходит неравномерный нагрев рамы, при этом возникающие термические напряжения практически полностью компенсируются сквозными зазорами T, а механическая нагрузка полностью несется шпоночным соединением 16 и стяжным болтом 17.

Расположение жесткого разъемного соединения в области наименьших температурных напряжений позволяет горизонтальным элементам средней части расширяться при минимальном воздействии на разъемное соединение.

Место расположения сквозного зазора от краев продольной балки на расстоянии L₁ равном 0,9-1,2 высоты балки H определено исследованием температурного профиля и при выходе за его пределы степень компенсации термических напряжений снижается.

Величина зазора Т составляет 0,001-0,002 расстояния L между ними по длине продольной балки и определена с одной стороны величиной теплового расширения ее средней части, а с другой - условием непросыпания шихты в зазор. При уменьшении зазора его величины не хватит для компенсации теплового расширения средней части продольной балки, а при увеличении шихта будет просыпаться в зазор.

Во время эксплуатации тележки возникают прогибы средней части, несущей основную нагрузку от веса шихты, а при нарушении температурного режима спекания могут все же возникнуть коробление и обгар элементов продольных балок средней части 1.

В этом случае тележка снимается с конвейера, средняя часть 1 отделяется от боковых частей 2 по разъему и, поскольку она симметричная относительно вертикальной оси, переворачивается на 180°, а затем вновь присоединяется к боковым частям 2. Таким образом, рама становится более ремонтопригодной и срок службы ее увеличивается. Кроме этого появляется возможность выполнить менее нагруженные боковые части из более дешевой стали.