第47卷第2期6胡g坊
2021年2月Sichuan Building Materials
Vol.47,No.2 February,2021
李青，杨惠改
(东旭集团有限公司，河北石家庄050021)
摘要：介绍了玻璃窑炉磋顶拉紧装置拉条、碟簧等部件受力计算及选型过程。通过简化窑炉结构模型，近似计算膨胀变形量、拉条受力、拉条直径等参数。对比了碟簧选用不同材料及组合方式下拉紧装置的性能。 关键词：碟簧；拉条；拉紧装置
中图分类号:TQ171.623文献标志码:A
文章编号：1672-4011(2021)02-0023-03
DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2021.02.011
Type selection and calculation for the tension
device of furnace crown
LI Qing,YANG Huigai
(Dong Xu Group Co.,Ltd.,Shijiazhuang050021,China) Abstract:Introduced calculation and type selection progress for the tension device of glass furnace crown,include brace,disc spring and other parts.By simplifying the furnace structure model,approximate calculation of expansion deformation,tension, brace diameter and other parameters.Compared the performance of the tension device by using different materials and combination of disc spring.
Key words:disc spring；brace；tension device
o前言
玻璃窑炉大確是影响寿命的关键位置。確顶拉紧装置可直接调节確砖受力。窑炉確顶砌筑完毕，需去掉临时支撑钢件及木模，拉紧拉条。烤窑期间確砖受热膨胀⑴，需根据碟簧组位置及尺寸确定拉条受
力状态，相应旋进紧固件位置，调整力度。窑炉正常运转期间，仍然需要密切关注磴顶拱起状态及砖缝大小，避免確砖抽抨或崩落。由此可见，合理地选用拉条及碟簧，设计直观可见可衡量的拉紧装置非常必要。
本文介绍了我公司日产8t~12t小型玻璃窑炉瞪顶拉紧装置结构及其设计选型过程。通过计算拉条受力、碟簧选型选材等方面综合考虑，合理地组合设计，确保窑炉正常运行。
1拉紧装置计算基础
以中间立柱拉条锁紧形式为例介绍，其拉紧装置结构如图1所示。其中各部件含义及作用如下。
1.1拉条受力分析⑵
拉条拉力T、確脚水平推力H、雀脚垂直重力W］、胸墙自重W2、玻璃液侧压力P以及立柱地脚螺栓拉力都作用于
收稿日期：2020-06-05
作者简介：李青(1965—)，女，河北石家庄人，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：机械设计。
通信作者：杨惠改(1984—)女，河北石家庄人，本科，助理工程师，主要研究方向：化学工程压力管道。立柱上，以此简化立柱受力模型，计算拉条拉力T，如图2所示。
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1-拉条，承受拉应力，两端加工螺纹;2-钢结构用高强度大六角螺母，尺寸按照《钢结构用高强度大六螺母》(GB/T1229-2006)标准选用;3-碟簧导向套，防止碟簧偏心，起导向及限位作用;4-碟簧，成组使用，控制变形量;5-碟簧定位座，承受压应力，与导向套配合起限位作用;6-立柱受力面
图1拉紧装置结构示意图
1.1.1拉条拉力T
参照文献［2］式(8-66)，我公司窑炉为小型单元窑，火焰+电助熔形式加热，无小炉。简化后拉条拉力按下式计算：
a
(1)
^Hb+Pc-W.d-W^
T―
2.
r~T f
H=G t2-
b
(2)
P二*p h2l
(3)
式中,G为瞪顶砖自重;r为確顶中心半径;p为玻璃液密度;1为立柱间距。
1.1.2拉条直径
拉条受轴向拉伸应力T，与截面积成正比，查出拉条材料相应温度下的许用拉应力bb，即可按下式计算：
「評十⑷1.1.3拉条材质
一般拉条选用35#钢或45#钢，两种材料都属于优质碳素结构钢，有良好的塑性和较高的强度，一般在正火状态或调质状态下使用。两者的力学性能如表1所示，热膨胀性能如表2所示。
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6 g 坊
Sichuan Building Materials
抗震支架重量第47卷第2期2021年2月
Vol.47,No.2February, 2021
表1 35#及45#钢力学性能钢号
含C 量/%
抗拉 强度 /MPa
屈服 强度
/MPa 硬度HB
泊松比
弹性 模量 /GPa 35 #0. 32-0. 39M530M3151970.31196-21245 #
一下一下的顶开
0. 42-0. 50
M600
M355
225
0.31
196-210
注：表中硬度为未经过热处理数值0
表2
35#及45#钢的热膨胀性能[3]
温度
区间/£
20 - 100 20 -20020-30020 -40020 -50020-600
热膨胀系数
11.5912. 3213.0913.7114. 1814. 67
xlO 6/T
显示器自动开关机1.2碟簧导向套与碟簧定位座
根据《碟形弹簧》(GB/T 1972)⑷，导向套与碟簧间隙推
荐数值如表3所示。导向表面硬度M55HRC，表面粗糙度Ra < 3. 2 |xm o
表3导向套与碟簧间隙
碟簧大径D 20-2626-31.531.5-50
间隙/mm
0.4
0.5
0.6
一般选用45 #钢加工碟簧导向套与碟簧定位座，整体调 质淬火后硬度可达到HRC56〜59，局部可达HRC62。可通过 测量两者之间端面距离，确定碟形弹簧组变形量及受力
情况。1.3碟簧选用及组合方式
碟簧因能承受较大负荷且行程短，所需空间小，组合使 用方便等因素，广泛地用于液压起降行程控制、自动控制锁
紧等装置⑸。窑炉拉紧装置中碟簧的选用主要从受力、变形
量及材质、组合方式方面考虑。1.3.1单片碟簧负荷计算
无支承面碟尺寸示意见图3。
1_______d _______1
D e
图3无支承面碟簧尺寸示意
无支承面碟簧负荷按式(5)计算:2
4E
1
(5)
式中，计算系数K]的计算参照《碟形弹簧》(GB/T
1972)中给出公式计算，文中不再列出；无支承面碟簧，瓦取
值1汀为单片碟簧的变形量,E 为弹性模量屮为泊松比。
1.3.2变形量计算
变形量二拉条的膨胀量+確砖的膨胀量-砌筑时预留
砖缝量，常见耐火材料高温下的平均线膨胀系数如表4 所示。
表4耐火材料平均线膨胀系数
耐火材料 黏土砖 售零莫来石 电熔 电熔高
刚玉砖 刚玉砖错砖⑹
20 r ~ 1 ooo r
下线膨胀 4.5 -6. 0 5.5 -5. 8 7. 0 -7. 5 7. 7 -& 8 /
系数io -6/r
1 500弋线
膨胀率％
0. 78
1. 1 ~ 1.4 0. 1 ~0. 3
/
注：上表中数据通过文献或厂家数据给出，与合成时烧结或电
熔方式及成分等有关。
1.3.3碟簧材质
常见碟簧材质有60Si2MnA 、50CrVA 、及17 -7PH 等。性 能比较见表5。
表5常见碟簧材料力学性能表
材质
60Si2MnA 50CrVA 17 -4PH 17 -7PH
cr b MPa o'$ MPa
Ml 37214° %Ml 225 125 七Ml 274⑶ *Ml 1271?。乜Ml 310细0七Ml 180480<t
1 140 ~1 230/
1.3.4碟簧组合形式
常见碟簧组合形式如图4所示。
⑻
(b)
(c)
图4常见碟簧组合形式
碟簧组合形式不同，变形量及受力不同，各种组合形式
力学性能对比见表6。
表6不同碟簧组合形式力学性能表
组合形式 3)叠合组合 (b)对合组合 (c)复合组看—
总作用力Fz n • F F n • F 总变形量fz f
i • f
j • f
总高度 Hz H° + (n — l)t i ・H° j[ H° + (n - 1 )t]
注：上表数据组合的碟簧均为同种规格。*指叠合组合每叠碟
簧个数,i 指碟簧总个数,j 指复合组合中叠合组合个数。例如24片
碟簧三片叠加后对合形成的复合组合中,n=3,j=8o
2拉紧装置计算实例
以我公司日产12 t 基板玻璃窑炉为例说明拉紧装置计
算选型过程。已知大雀拱角0=60°，火焰空间宽度b=2.4
叫拉条长度4.5 m，立柱平均间距1 = 1.2 m，確砖采用莫来
石质，砌筑预留砖缝1 mm o 窑炉熔化部选用高错刚玉砖，电
助熔为氧化锡电极砖，火焰空间为莫来石砖。按式(1)计算
得到拉条拉应力T = 28862 N o 计算单侧膨胀变形量约
17. 9 mm o
拉条材质按45 #钢选取,45 #钢在300 T 以内应变变化平
缓,300 T 以上呈指数型增大⑺o 取抗拉强度a b 二100 MPa 。
拉应力一般取安全系数2〜4，按取值2计算拉条直径得出d = 26. 8 mm o 圆整并考虑螺纹加工，取拉条直径①30 mm，加
工螺纹M30 x 3，配套钢结构用大六角螺母，性能等级H8⑻。
综合考虑拉条、导套厚度及之间间隙值，按《碟形弹簧》
(GB/T1972)选用系列A 外径71 mm 碟簧，材质选用17 - 7PH 沉淀硬化不锈钢。已知E 二203. 4GPa ，按式(5)计算其
性能参数如表7所示。
表7碟簧A 71尺寸及力学性能表
精度外径
/mm
内径/m m
厚度
/mm ho /mm Ho /mm
^mm F/N Fc/N
A
71364 1.6
5.6 1.2
20 26526 361
拉条拉应力T 介于单片碟簧负荷F 与2F 之间，需两片
碟簧叠合使用。按照两片叠合后对合方式组合布置，单片碟
簧实际负荷F] =172 = 14431 N 。F]/Fc=0.55，拟合单片碟
簧性能曲线f]/h° =0. 52，计算得出实际负荷F]下每叠碟簧
变形量 f x =0. 83 mm o
碟簧组数j = 17. 9/0. 83=21.6，取整22组。即碟簧布置
(下转第49页)
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Vol.47,No.2
February ,2021
第47卷第2期
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2021 年 2 月
Sichuan Building Materials
表1
单位:cm
桥墩编号-右幅偏位
左幅偏位
X 坐标Y 坐标X 坐标Y 坐标35#主墩 1.2
0.8 1. 1 1.336#主墩
1.50.9
1. 1
1.0
桥梁工程施工阶段，现场气候比较炎热，加之桥墩相对
较高，面对阳光的直接照射，容易造成桥墩发生轻微的弯曲， 所以应高度重视桥墩施工阶段温度观测⑸。根据观测结果
可知，在太阳的直接照射下桥墩的截面温度升高不是很均 匀，且桥墩背阴面出现了挠度偏位，具体表现为上大下小，最
大偏位数值为3 cm 。在上午9点开始出现了偏位值，而在下
午3点偏位值达到极值，随后开始慢慢变小，晚上10点大体 上恢复了正常。主要原因为主梁立模放样与主墩放样精度
六氢吡啶受到了主墩温度挠曲的影响，从而出现了较大误差。若是累
计误差数值相对较大，所带来的影响就更严重，比如墩身倾
斜度超出极限值，从而就会造成主梁不能有效合龙。所以立
模放样需要在早晨进行，以减小气温的影响，从而消除主墩
温度造成的误差。
3.5桥墩弹性压缩与收缩徐变
桥梁工程项目施工阶段，因为桥墩间存在着较大的高度
差，加之桥面铺装与主梁结构的自重又很大，甚至单个桥墩
的重量就达到了万吨级别，所以施工阶段桥墩就会在荷载的
影响下出现压缩变形。同时，受重力作用桥墩也会发生收缩
徐变，从而导致合龙时T 构形成高差，严重影响桥梁线形。
基于此，为了有效控制主墩变形，制定以下措施。①严格控
制主梁合龙时间与主墩0#浇筑时间。桥梁桥墩工程项目施 工阶段，桥墩高度在70 -80 m，在气候温度的作用下，桥墩很
容易发生收缩与膨胀现象。若是主墩合龙阶段的温度与0#
浇筑阶段的温度存在着较大差值，就难以实现有效合龙，严 重影响主梁线形，若是强行合龙，就会导致应力过大，从而威
胁结构安全。所以必须严格控制合龙与03#浇筑阶段的温度
差，从而切实提高施工质量。②主梁挂篮立模。其应在早上
(上接第24页)
方式如图4中c 所示，共44片。复合组合碟簧组性能参数
如表8所示。
表8复合组合碟簧组尺寸及力学性能表
碟簧 总片数每叠
片数n 叠数j
无负荷时 总咼度Hz/m m
预紧后碟 预紧后碟簧组总高 簧组应力
度 H]/nnn (y 0 M /( N • mm ~2 )
44
222211.2193
-816.6
强度校验：组合碟簧(T om 绝对值小于17 -7PH 材料的
屈服强度(近似于抗拉强度)1 140 MPa 。由于窑炉升温为缓
慢过程，不考虑动态交变负荷及疲劳强度，仅考虑碟簧静态
负载，此组合方式满足使用要求。
3结语
我公司近年来玻璃产线窑炉確顶拉紧装置均选用此种
方案选型设计，一般为大尺寸碟簧单片对合组合或稍小尺寸 碟簧两片叠合再对合。实际升温及生产调整时，可以通过测
量碟簧组高度直观发现窑炉砖结构膨胀是否平均，更为准确
地调整装置锁紧力，保证窑炉正常运转。
进行，将温度影响控制在最小。当0#完成高程点布设、浇筑 施工后，选择全站仪实现箱梁地面绝对高程的合理引入，通
常需在早上开始，规避温度产生的影响。除此之外，每月应
进行1次高程后视点测定，然后及时地修正测量结果，提高
立模精度，从而控制墩身收缩变形与墩身沉降引发的误差。
③ 建立与贯彻立模标高复核制度。在立模施工结束之后及
时由监控单位负责对立模标高进行复核，当立模标高满足标
准规定要求之后方可开始下一步施工，从而杜绝偶然误差。
④ 观测主墩变形。选择墩顶位置合理布设测点，每月完成1
次高程测量，并选择温度在15 T 〜20弋时进行。根据观测
结果可知，桥墩主梁施工阶段发生了变形问题，而且随着墩
便携式鱼缸身高度的增高，变形值也不断增大，所以表明桥墩刚度值、混
凝土弹性模量相对较大，保证了桥墩施工质量，也实现了对 桥墩变形的严格控制。
4总结
桥梁工程项目的建设，应严格落实超高墩监控量测工
作，结合桥梁结构具体状况，选择墩身、承台等相关位置合理
布设传感器。在施工阶段通过精密仪器实现主墩沉降的有 效观测，同时实现变形与最大应力的监测。根据监测结果可
知，桥墩安全性与可靠性都满足了设计标准规定要求。
[ID ：010894]
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