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转炉氧枪提升装置设计doc

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  转炉氧枪提升装置设计 需要图纸请联系 摘要 在炼钢生产中,氧枪提升机构是转炉炼钢过程中非常重要的组成部分,提升机构是利用卷筒来控制小车进而来控制氧枪升降的装置。本文在结合生产需要,参考了鞍山热工仪表厂的氧枪提升设备的基础上,设计出转炉氧枪提升装置。设计中对氧枪提升机构的各组成部分进行了参数计算,从而选定了三相异步电机、联轴器、钢丝绳、减速器、卷筒等设备,并且对电动机卷筒等进行校核。文中阐述了系统整体构成和设计思路,重点讲述了卷扬装置的相关设计。并且为了确保生产的安全进行,本次设计增加了防坠落装置。最后对整个氧枪升降系统的润滑部分进行描述,保证系统的正常运行以及对整个系统的可靠性和安全性进行分析。本次设计出的提升装置结构合理、成本低廉、且便于安装和维护。 关键词:氧枪提升机构;升降小车;防坠落装置 The Design Of The Organization Promoting The Oxygen Gun Abstract In steel production, the oxygen lance lifting mechanism is a very important part of the BOF steelmaking process, the lifting mechanism is the use of the reel to control the car and then to control the movements of the oxygen lance device. In this paper, combined with production needs, with reference to the Anshan Thermal Meter Factory of the oxygen lance upgrade the equipment on the basis to design a converter oxygen lance lifting devices. Design the various components of the lifting mechanism of the oxygen lance parameter calculation, which selected the three-phase asynchronous motors, couplings, wire rope, speed reducer, roll and other equipment, such as motor reel check. The paper describes the overall composition and design ideas focus on the design of the winch device. In order to ensure the safety of production, this design increases the anti-fall device. Finally, the lubrication part of the lifting system of the oxygen lance description, to ensure the normal operation of the system and the whole system reliability and security analysis. The lifting device structure design, low cost and easy to install and maintain. Key word: The oxygen gun promoting organization; the scended small car; the device of defending to sink. 目 录 1.绪论 1 1.1 选题背景和目的 1 1.2 转炉氧枪系统介绍 1 1.2.1 我国氧气转炉炼钢的现状 1 1.2.2 氧气转炉炼钢技术展望 2 1.2.3 氧气系统的简介 3 1.3 氧枪系统存在的问题及改造方案和措施 4 1.4 氧枪系统的优化 5 1.5总结 6 2 整体方案评述 7 2.1系统方案比较 7 2.2主传动系统 7 2.2.1电动机 8 2.2.2联轴器 8 3 氧枪提升机构参数计算 10 3.1 原始数据 10 3.2 提升拉力的计算 10 4 钢丝绳滑轮及电动机的选择 13 4.1钢丝绳的选择 13 4.2 确定滑轮主要尺寸 13 4.3 电动机的选择与校核 14 4.3.1 电机选择 14 4.3.2 电动机发热校核 14 5 传动系统的动力和运动参数 15 5.1 计算总传动比 15 5.2 标准减速器的选择 15 5.2.1 选用减速器的额定功率 15 5.2.2 校核热平衡许用应力 16 5.3 卷筒的设计 16 5.3.1 卷筒参数计算 16 5.3.2 卷筒强度计算 18 5.4 选择键连接的类型和尺寸 19 5-5 联轴器的选择 20 5.5.1联轴器载荷计算 20 5.5.2联轴器型号选择 20 5.6 制动器的选择 21 6 钢绳拉力传感装置和防坠落装置 23 6.1 拉力传感装置 23 6.2防坠落装置 24 7 传动系统的润滑 29 7.1润滑方法 29 7.2 润滑系统的选择原则 30 7.3 润滑方式的选择 31 7.3.1 减速器的润滑 31 7.3.2 轴承的润滑 32 8 经济性与可靠性分析 34 8.1 设备的经济性分析 34 8.2 设备的可靠性 34 8.3 设备的有效度 35 结 论 36 致 谢 37 参考文献 38 1.绪论 1.1 选题背景和目的 近年来,随着国民经济的发展,各行业对钢铁的需求量不断加大,对于钢铁质量的要求也越来越高,制造新型的高炉生产设备是必须的。为了保证钢材质量,国内外对高炉炼钢设备做了的量的研究工作。 氧枪提升机构是转炉吹氧的重要设备,有卷扬平台上的卷筒、电机、主令控制器及升降小车、防坠落装置等设备组成。氧枪提升机构通过对氧气喷流量的及升降速度的控制来对炼钢过程进行控制。随着经济技术水平的不断提高,提升技术在广度和深度方面都有很大的提高,这也要求相应理论也能进一步完善,以便解决一些疑难问题,从而推动开发新技术和研制新设备的能力。在现有提升设备中还存在一些技术问题,如刮渣设备通常不能够有效刮渣等。 随着我国综合国力的增强,不断推进时代的进步,钢铁冶炼在国民生产中占有不可估量的地位,作为一个机械专业的准本科毕业生而言,我对氧枪提升机构的理论及研究成果有着浓厚的兴趣,更希望能够通过努力在相关设计方法上提出新的观点,为相关研究贡献自己的一点力量。 毕业设计是培养学生综合运用本科理论、专业知识和基本技能,提高分析和解决实际问题的能力,这些都是科学研究工作和专业工程技术工作的基础训练。由于我本次设计的题目是氧枪提升机构的设计,因此和同组同学多次随老师去到鞍山热工仪表厂进行学习和研究,同时对相关资料参考和数据的计算都对我的设计有很大的帮助。 通过毕业设计可以巩固我这四年来所学的专业知识,学习设计一般专业设备的方法和步骤,并熟练掌握设计的基本技能,如计算、计算机绘图和学习使用设计资料、手册、标和规范等。 1.2 转炉氧枪系统介绍 1.2.1 我国氧气转炉炼钢的现状 钢铁工业是整个工业发展的基础,钢铁生产对于国民经济各个部门都有重大意义。随着工业的迅猛发展和现代科学技术的进步,对高质量钢的需求量日益增长,炼钢新技术和新工艺的不断涌现,与此相适应的炼钢设备也得到了很大的发展。过去很长的时期内,以平炉炼钢为主,六十年代初期,平炉钢在世界钢产量中占72%。自1952年氧气顶吹转炉问世以后,使炼钢工业发生了变革。使得世界钢产量得到了迅速的增长,氧气顶吹转炉钢占世界钢产量的比例逐年增加,六十年代是一个转折点,转炉钢又一次超过平炉钢到1974年转炉钢占世界产量的60%左右,1985年已达70%左右。中国的经济发展,由于工业化、城镇化进程加快和社会消费结构升级,拉动了房地产、汽车、机械、通讯产品等行业和城镇基础设施的高速增长,这种增长的重要特点是全社会对金属材料的持续的旺盛需求,为中国钢铁工业发展提供了有利的外部条件。而中国钢铁工业的价格竞争优势主要来源于以下几个方面: 首先,是一定的原料自给率.近三年来,中国的自产矿石保持在消费量的48%左右,由于自产矿石生产成本远低于进口矿石价格,这使中国比完全依赖进口的某些产钢国具有一定优势.由于中国是煤炭生产大国,与欧洲、日本、韩国相比,优势也很明显. 二,是人力要素方面,中国钢铁(tag:激光雕刻机)业劳动生产率虽然较低,但单位劳动力成本比发达国家低得更多,因此,单位产品中的劳动力成本明显低于发达国家,其他生产费用也相对较低.三,是由于业务量快速增加,固定费用明显下降.2007年与2001年相比,大中型企业实现销售收入增长3倍左右,而同期管理费用增长只有1倍,百元销售收入负担的管理费用由2000年的8.9元降低到2007年的4.1元. 四,是环保内部成本的外部化.中国钢铁工业的环保投入不足,确实在一定程度上降低了企业的成本.但是,出口钢材较多的大型钢铁企业环保基本上是达标的,因此这不是中国压低出口成本的决定因素。 1.2.2 氧气转炉炼钢技术展望 (一) 钢水的洁净化 为提高刚才质量,扩大优质钢生产,钢水的真空处理和后期炉外精练得到开发利用。世界现在投产使用的精练方法有:真空提升除气法(DH法)、真空循环除气法(RH法)、真空吹氧脱碳法(VOD法)、钢包精练法(ASEA-SKF法)、真空电弧加热法(VAD法)真空加热、吹氧脱碳法(VHD/VOD法)等。 (二) 设备大型化及自动化 由于钢产量的增长,炼钢设备日趋大型化,练钢厂的规模也越来越大。练钢生产过程是在高温下连续进行的,因此实现全自动化是非常必要的,这就使目前状况下发展很快的我国科技和钢铁行业带来很好的发展条件。今天,全世界大约有600台转炉在从事生产活动,粗钢产量4.5亿t,约占全球粗钢总产量60%。以奥钢联投产世界第—台转炉为起点,现代高效碱性氧气转炉是50余年不断发展的产物,在炉体寿命、增大装人量和降低维护等方面取得了显著的进步。这种设备暴露在高温环境中,遭受机械冲击和热应力的作用,其工程设计是一个巨大的挑战。悬挂系统在实现转炉长寿方面是高度重要的。为了生产优质钢,改进工艺的经济性,开发?发诸如副抢.炉底搅拌装置和高度精密而复杂的自动化系统。转炉技术继续深入开发的目标是改进工艺的经济性,即优化物流和设备操作,优化工艺技术。工艺技术的优化不是简单的局限于目标分析、目标温度的确定和添加材料的选择,他还包括生产操作,如氧枪的枪位吹炼模式、副枪的浸没时间与深度、添加系统的添加模式、炉底搅拌系统的搅拌模式等。所有这些都必须在设备投产前标准化,在试车调试中针对所生产的钢种进行优化。 (三) 控制模型化 中国钢铁产品的质量稳定性不够,其原因有很多,但转炉靠人工操作引起波动大是其主要原因。随着计算机技术的迅猛发展,炼钢模型的开发和利用不断进步。目前,中国大部分转炉实现了模型控制。转炉模型主要有转炉静态和动态模型、转炉自动吹炼模型、转炉合金模型等。模型的应用对生产操作的稳定、提高劳动生产率、减少质量波动等起着促进作用。因此,有必要继续优化、完善冶金模型,进一步提高模型控制精度,全面推进大、中型转炉的全自动不倒炉炼钢技术,进行智能型转炉炼钢。 (四) 资源综合利用化 改变原有炼钢过程产生大量废弃物的概念,将炼钢过程产生的液态、固态和气态的物质定义为炼钢过程副产品加以利用。 1.2.3 氧气系统的简介 转炉的氧枪系统由机械设备和介质供应系统两部分组成。氧枪系统设备包括氧枪升降小车、氧枪横移小车和氧枪横移小车锁定电液推杆。其中两台氧枪横移车和两台氧枪升降小车(左右装配),正常生产时,一台工作(位于转炉中心上方),一台备用(位于待机位),交替使用;介质供应系统包括氧枪冷却水、氧气、氮气阀门站及管道等。 横移车行走采用交流电机驱动,在工作位设有电液缸定位锁紧装置。升降小车采用交流变频电机驱动卷扬升降,氧枪升降过程中速度可控制变化。升降卷扬钢丝绳装有测力传感器。 氧枪设备系统组成如下:1升降卷扬装置 2横移台车本体 3电缆拖链 4升降小车 5横移台车下部轨道 6横移台车上部轨道 7横移台车定位装置 8升降小车导轨 9氧枪本体 10升降小车缓冲器 11氧枪供氧供排水软管接头 12事故驱动装置 吹氧装置是氧气顶吹转炉车间的关键工艺设备之有一。它完成向转炉内吹送氧气的工作。吹炼时,与车间内供氧管路相连的氧枪由升降装置带动送入炉膛内,在距金属熔池表面一定高度上将氧气喷向液态金属,以实现金属熔池的冶炼反应。停吹时,氧枪由升降装置带动升起,至一定高度自动切断氧气,氧枪从炉内抽出后,转炉可进行其他操作。为了减少由于氧枪烧坏或其他故障影响正常吹炼,通常的吹氧装置都带有两支氧枪,一 支工作,另一支备用。两支氧枪都借橡胶软管与车间的供氧、供水和排水固定管路相连。当工作枪需要更换时,由换枪装置的横移机构迅速将其移开,同时将备用枪移至转炉上方的工作位置投入使用。 氧枪在炉内高温下工作,采用循环水冷却。它是由枪头、枪体和枪尾组成。水冷氧枪的基本结构及与外部氧、水管路连接的接头,同时还有用以固着三个同心圆管。此外还有与升降小车固定的装卡结构,在它的顶部有拆换氧枪时吊挂用的吊环。 三个同心管中的内管是氧气的通路。氧气流经内管由枪头吹入金属熔池,其上端被压紧密封装置牢固地装在枪尾,下端被焊固在枪头上。外管牢固地固定在枪尾和枪头之间。当外管承受炉内外显著的温差变化产生膨胀和收缩时,内管上的压紧密封装置允许内管在其中自由竖直伸缩移动;中间管是分离流过氧枪的进、出水之间的隔板。冷却水由内管和中间管之间的环状通路进入,下降至枪头后转180度经中间管与外管形成的环状通路上升至枪尾流出。为了保证中间管下端的水缝,其下端面在圆周上均布着三个凸爪,借出将中间管支撑在枪头内腔底面上。同时为了使三层管同心,以保证进、出水的环状通路在圆周上均匀,还在中间管和内管的外壁上焊有均布的三根限位短筋。枪头,在工作时处于炉内最高温度区。因此具有良好的导热性并有充分的冷却。枪头决定着冲向金属熔池的氧流特性,直接影响吹炼效果。枪头与管体的内管用螺纹或焊接连接,与外管采用焊接方法连接。氧枪的这种结构特征,对完成工艺要求和延长氧枪寿命都是不可缺少的。 1.3 氧枪系统存在的问题及改造方案和措施 存在的问题:氧枪枪体的主要问题是粘钢、粘渣和烧枪现象严重, 潜在隐患大, 换枪频繁。升降小车的主要问题是升降小车在运行后期, 导轮会经常脱落, 主要原因是导轮轴向限位设计不合理。原来的轴向限位是用一个弹簧钢卡子固定在轴端, 这样, 在导轮长期的运行过程中, 弹簧钢卡子会因塑性变形而脱落, 导轮失去了轴向限位, 工作时间过长后, 导轮就会脱落。升降小车上下运动的过程中,如果导轮脱落, 就会发生卡车事件, 这样小车在轨道里的摩擦力增加, 钢丝绳的张力会突然加大, 导致钢丝绳断裂, 出现坠枪和钢丝绳脱槽事故。 解决措施: (1)采用多空喷枪,改变吹炼钢水的搅拌运动,减少喷溅,提高钢水收得率。 (2)在进行高废钢比吹炼时,由于自身的热量不够,需要补给热量熔化废钢,采用氧—燃喷枪,即在供入氧气的同时,把固体颗粒燃料,液体燃料或气体燃料供入炉膛内,从而解决氧气转炉多吃废钢的问题。高废钢比吹炼还可采用双流氧枪,提高CO的燃烧比例,增加热量收入。 (3)在不改变炉子结构条件,可采用旋流式氧枪,通过火点围绕氧枪移动,改善熔池内钢水的搅拌,提高脱磷效果,缩短吹炼时间。 (4)改顶吹氧为底吹氧,降低渣中氧化铁含量,提高钢水收得率;或者采用顶底复合吹炼,顶部吹氧加底喷口吹入氧气或惰性气体。这些结构的改变可以使氧气转炉达到较完美的程度,获得“高产、优质、低耗”的效果。 (5)针对以上设备缺陷进行改造和优化, 首先对氧枪小车进行矫正加固, 减小或消除变形, 同时淘汰变形太严重的小车。其次, 在原有的基础上, 把钢卡子定位改成挡片定位, 即用螺丝把直径大于轴的挡片固定在轴端起到轴向定位的作用; 还制定了严格的设备维护制度, 坚持设备的巡、点检, 搞好润滑。 1.4 氧枪系统的优化 供氧是炼钢工艺中的一个重要环节,它是保证杂质去除速度与熔池升温速度、控制喷溅与造渣、去除钢中气体的关键操作,关系到钢水的质量和炉衬的寿命。氧气射流的性能取决于氧枪的特性,而射流特性是氧气炼钢的技术关键。 集束射流技术是近年开发出来的一种新型的吹氧技术,这种技术应用气体力学原理,在传统氧枪上加上伴随流系统,使氧气射流衰减速度大大放慢,形成类似于激光束的氧气射流。其技术特点是:为了使喷嘴中心的主氧气流保持聚合状态流吹向熔池,必须在主氧流外加一层高温低密度的燃气流对主氧气流形成封套,使其难以吸卷周围的空气,使喷射的主氧气流不会扩散,从而减缓氧气射流的衰减速度。这样,主氧气流就能在较长的距离上聚合在一起,提高了氧气的利用率。吹射的氧气流以类似于激光集束的方式吹入钢液中。集束射流氧枪的喷吹距离比传统超音速氧枪要更远离钢液面。集束喷吹对熔池穿透深度比传统方法高出80%,而喷溅却大大减少。集束射流技术作为一种已经在电炉炼钢工艺中成功应用的技术,在转炉中也得到了初步应用。试验效果表明:转炉采用这种高效吹氧技术可增加钢产量10%~20%,原料消耗也有所降低。现有工作已经显示了转炉用集束氧枪的优势,它势必会成为今后转炉氧枪发展的一个重要方向,对我国钢铁企业增产增效产生积极的推动作用。 1.5总结 氧枪是转炉的核心设备之一,在整个炼钢过程中,氧枪枪位是一个非常重要的参数,也是炼钢工艺控制的关键,因为它直接关系到炼钢过程中的脱碳、造渣、升温以及喷溅的发生,但由于氧枪定位控制系统工艺复杂、操作繁琐、联锁保护较多,因此,氧枪运行的安全性、稳定性、可靠性、操作简单以及定位的准确性都是顺利完成冶炼的先决条件,控制必须体现上述特点,才能使得炼钢过程平稳进行。 2 整体方案评述 2.1系统方案比较 氧枪升降设备是氧气转炉炼钢的关键设备,氧枪喷出的氧气流股的特性以及对熔池 的冲击效果与冶炼效果密切相关,满足冶炼工艺要求的氧枪是保证炼钢生产的重要条件。 当前国内外氧枪升降装置的基本形式都相同,即:采用起重卷扬机来升降氧枪。所不同的是,氧枪升降是直接由卷扬机带动,还是借重锤带动。借重锤带动的氧枪,工作氧枪和备用氧枪公用一套卷扬装置。所以氧枪升降装置按有无重锤又可分为:重锤提升式和无重锤提升式两种。按装置数量又可分为:单升降传动装置和双升降传动装置两种。 双升降传动装置与单升降传动装置相比,备用能力大,在一台卷扬设备损坏,离开工作位置检修时,另一台立即可以投入工作,保证正常生产。但多一套设备,并且两套设备都需装设在横移小车上,引起横移驱动机构负荷加大。同时,在传动中不适宜应用平衡重锤,这样,传动电动机的工作负荷增大,在事故断电时,必须用风动马达将氧枪提出炉外,因而又增加了一套压气机设备。 用单升降传动装置的主要优点是设备利用率提高。可以采用平衡重锤,减轻电动机负荷,当发生停电事故时可借平衡锤自动提枪,因此设备费用较低。但需要一套吊挂氧枪的吊具。生产中,曾发生过多次由于吊具失灵将氧枪掉入炉内的事故。所以,单升降传动装置不如双升降传动装置安全可靠。 而放坠落装置是在与升降小车相连的钢绳一旦断裂,将发生掉枪事故。对于单卷扬型吹氧装置,与升降小车相连的钢绳为平衡钢绳,为确保安全,该绳采用双绳,每根绳的尺寸都按全负荷计算。当氧枪在工作时,如果钢丝绳发生断裂,防坠落装置会立即进入工作状态。其中弹簧会伸长加速弹簧压板的下降从而更快更有效的阻止氧枪的下坠。最后主令控制器的工作原理就是通过凸轮盘的转动控制回路的开关。从而控制电机的开关,执行预定动作和其保护作用。 2.2主传动系统 氧枪提升机构卷扬装置由电动机、联轴器、减速器、主令控制器和卷筒组成,如图2.1所示。本方案由电机驱动,通过减速器带动卷筒装置转动,再由卷筒带动钢丝绳起到对升降小车调整升降的作用。 1减速器2卷筒3联轴器4电机5主令控制器 图2.1氧枪提升机构卷扬装置示意简图 2.2.1电动机 电动机是本装置的动力来源,根据本机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动,制动,反转,调速及工作环境要求来进行选取。直流电机的优点是响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,能承受频繁的冲击性负载。但直流电机也有其缺点,较交流电机相比结构复杂,制造成本高,维护工作量大,使用场合也受到限制。 采用交流电机驱动,中间需要一个变速箱,一个齿轮座。采用这传动方式的优点是:设备投资少,配套容易,使用和维护比用直流电机简便,缺点是:传动装置需要增加专门的变速箱,交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单,运行可靠,成本低廉等。综合考虑,该运行机构采用交流电动机变频调速三相异步电动机。 2.2.2联轴器 联轴器是机械传动中常用的部件。它主要用来连接轴与轴,以传递运动与转矩,本设计中的电动机与减速器之间的轴连接也需要使用联轴器。它可用来操纵机器传动系统的断续,以便进行变换及换向等;有时也可用做安全装置。联轴器的种类很多,无弹性元件的挠性联轴器十字滑块联轴器滑块联轴器齿式联轴器滚子链联轴器有弹性元件的挠性联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器星形弹性联轴器梅花形弹性联轴器轮胎式联轴器膜片联轴器无弹性元件的挠性联轴器因具有挠性,故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件,故不能缓冲减振。M车=1450kg M枪=2200kg M氧、水=500kg M渣=1500kg M软=350kgv=40m/min ; 3.2 提升拉力的计算 小车在竖直导轨上运行,小车后导向轮与导轨接触产生相对作用力,如图3.1所示: 导轨与升降小车各车轮的相互作用力:F1、F2、F3、F4(3.1) (3.2) ——钢丝绳拉力 ; ——升降小车的重量 ; ——升降小车重心到2点的水平距离 ; ——氧枪到2点的水平距离 ; 图 3.2 小车侧向轮受力析 式中=610mm =1750mm =95mm L=70mm 对1点取矩 (3.3) (3.5) (3.6) 式中 f —升降小车后导向轮竖直方向总摩擦力; —升降小车侧轮摩擦力。 其中由文献[1,表4.2-8]得: 式中 d — 走轮直径; f —滚动摩擦半径,f=0.5mm; —轴颈摩擦系数(滑动轴承),=0.08; x —轮缘摩擦的特性系数,x=0.22。 求得摩擦系数=0.035 , 钢丝绳总拉力T=60334.5N。 4 钢丝绳滑轮及电动机的选择 4.1钢丝绳的选择 钢丝绳挠性好,承载能力大,传动无噪音,因绳股中钢丝断裂是逐渐产生的,一般不会发生整根钢丝绳突然断裂,故工作较为可靠,本次设计中也要选择可以适应相应强度的钢丝绳。 由于滑轮组的倍率为2 ,且为滑动轴承由文献[2,2.3.1]得: (4.1) 计算钢丝绳最大静拉力 ,由文献[2,2.3.1] (4.2) 由文献[3,,(4.3) 查得此钢丝绳的公称抗拉强度为,查文献[3,表31.1-6]得 钢丝绳最小断面拉力=40kN,且满足 (4.4) 选定钢丝绳型号为:6×19-20-1550 -I-甲-镀-右同 4.2 确定滑轮主要尺寸 滑轮槽底半径R,查文献[5,(4.5) 取 滑轮直径,查文献[5,(4.6) 取D=435mm 绳槽两侧夹角 (4.7) 一般为 此处取 4.3 电动机的选择与校核 4.3.1 电机选择 计算稳定运行功率 —滑轮组效率 =0.9925 ; —绳索卷筒效率 =0.98 ; —传动机构效率 ==0.98 ; 总效率:=0.9925×0.98×=0.934 (4.8) 由文献[6,式16.13] kW (4.9) 由文献[6,式16-106],初选电机型号为YTSZ280-8; 功率; 额定转速 4.3.2 电动机发热校核 查文献[5,118页] 按照等效功率法得: 当%=25时 ,所需的等效功率 (4.10) 式中—工作类型系数,由参考文献[7]表 30 查得=0.75 r—系数,根据值查得。 由参考文献[7]图44 查得=0.1 r=0.87 带入公式 (4.10)得: =0.75×0.87×43=28kW 故初选电机满足发热条件 即 5 传动系统的动力和运动参数 5.1 计算总传动比 卷筒转速: (5.1) 总传动比: (5.2) 取两级齿轮减速器高速机传动比: (5.3) 低速级的传动比: (5.4) 5.2 标准减速器的选择 减速机是一种相对精密的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。它的种类繁多,型号各异,不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多,按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星齿轮减速机;按照传动级数不同可分为单级和多级减速机;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥-圆柱齿轮减速机;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速机。 5.2.1 选用减速器的额定功率 由文献[7,表32]得 ,选用启动系数和可靠系数,查文献[7,表33] 得到 按文献[7,式195]算出功率 (5.5) 式中 — 计算功率 —载荷功率 —工况系数 —启动系数 —可靠度系数 为满足减速器的机械强度,要求 ,按照 i=11.98 , n=730 查文献[7,附62] ,初选ZLY280 ,i=14 , ,=149kW 5.2.2 校核热平衡许用应力 查文献[7,表34] 得 : ,,,按照文献[7 ,式199] 计算热平衡许用功率 (5.6) 查文献[7,表38] 对于ZLY280型减速器 , 因此,可选用ZLY280型减速器。 5.3 卷筒的设计 卷筒用来驱动钢丝绳,使升降小车运行,采用单层卷绕单联卷筒,共需两个卷筒。此卷筒结构是氧枪提升机构的典型结构,为开式传动。优点是卷取方便,承受的作用力大。 5.3.1 卷筒参数计算 卷筒的名义直径 : 由文献[3,表31.1-2] mm (5.7) h—与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数 绳槽节距: (5.8) 取=24mm 表5.1 工作等级系数参照表 机构工作等级 卷筒 滑轮 机构工作等级 卷筒 滑轮 14 16 20 22.4 16 18 22.4 25 18 20 25 28 注: 1.采用不旋转钢丝绳时,h值应按比机构工作等级高一级的值选定。 2.对于流动式起重机,建议卷筒h值取16及滑轮h值取18。 3.平衡滑轮直径,对于桥式类型起重机取值与D相同,对于闭架式起重机取值不小于D的0.6倍。 (3)绳槽半径: (5.9) 取mm (4)绳槽深度: (5.10) 取mm (5)卷筒厚度: (5.11) 取mm (6)卷筒长度: (5.12) =100+2(360+65) =950mm —中间光滑部分长度,根据钢丝允许偏斜角确定; —固定绳尾所需长度; —有绳槽部分的长度。 图5.1 卷筒各部分长度 根据以上计算,所设计卷筒直径为500,卷筒长度为950,卷筒壁厚为22.5,绳槽螺距为20。 5.3.2 卷筒强度计算 由于, =56。 (5.13) 式中 —钢丝绳所受的最大拉力; —绳槽的螺距; —单层卷绕筒压应力,; —卷筒壁厚; A—应力减小系数。 由于卷筒竖直方向有力的作用,剪应力弯矩图如图5.2所示, 图5.2 卷筒剪力弯矩图 最大弯矩发生在两钢丝绳之间的部分,即卷筒之间气滑部分 最大弯矩: (5.14) = =6375Pa 卷筒的断面系数 w= (5.15) 式中 D—卷筒外径,取得D=50mm; —卷筒内径,=455mm。 由文献[1,式4.5.8] 可得: MPa (5.16) 由文献[1,式4.5.9]合成应力为: MPa (5.17) 由于所以设计满足其要求。 5.4 选择键连接的类型和尺寸 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面,键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择;键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定[5.表4-1,4-2]查的KA=2.3,计算转矩为: (5.20) 5.5.2联轴器型号选择 从GB/T5015-1985中选用ZL15,其许用转矩: ,,故所选联轴器符合要求。由文献[4,表5.2.2]联轴器的工况系数如表5.2 表5.2 工作情况系数 d 原动机 分类 工作情况及举例 电动机 汽轮机 四缸及四缸以上内燃机 双缸内燃机 单缸内燃机 1 转矩变化很小,如发电机小型通、风机 1.3 1.5 1.8 2.2 2 转矩变化小如木工机床、压缩机 1.5 1.7 2.0 2.4 3 转矩变化中等,如搅拌机、增压泵、冲床 1.7 1.9 2.2 2.6 4 转矩变化和冲击载荷中等,如织布机、水泥搅拌机、拖拉机 1.9 2.1 2.4 2.8 5 转矩变化和冲击载荷,如造纸机、起重机、碎石机 2.3 2.5 2.8 3.2 6 转矩变化的并有极强烈冲击载荷,如压延机、无飞轮的活塞泵、重型 3.1 3.3 3.6 4.0 因此选用 YA70×112型联轴器 5.6 制动器的选择 垂直载荷对载荷轴的转矩: T1=FR=N·m (5.21) 换算到制动轴上的载荷转矩N·m (5.22) 由文献[3表29.13-2]选取S=1.75 由文献[3表29.13-3]得制动转矩: T==1056×1.75=1848N·m (5.23) 式中 R---卷筒外径; S---保证重物可靠悬吊的制动安全系数; i---制动轴到载荷轴的传动比; η---制动轴到载荷轴机械效率由上计算所得。 查文献[3表29.13-16],选择制动器型号YWZ400145。 6 钢绳拉力传感装置和防坠落装置 6.1 拉力传感装置 防坠落装置钢绳拉力传感装置是氧枪提升系统的保护装置,通过测力传感器的数据显示,来判断是否超重。装置由测力传感装置、销、吊板、轴套等部件组装而成,安装时需调整两钢丝绳所受拉力,误差1%; 使用过程中应定期检查,以保持两钢丝绳张力一致;钢丝绳夹应把夹座扣在钢丝绳的工作端上。U形螺栓扣在钢丝绳的段上。钢丝绳夹不得在钢丝绳上交替布置。 传感器形式为电桥,它把电阻片的电阻变化率ΔR/R转换成电压输出,然后提供给放大电路放大后进行测量,测量精确。由于电桥输出端接有放大器时,由于放大器的输入阻抗很高,所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大,因此电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压。 该套装置为称重传感器系列,传感器采用悬臂剪切结构,具有测量精度高、防尘好、安装容易、使用方便等特点,一般以用于应用领域:各种电子汽车衡、单轨吊称、料斗称等。传感器结构如图6.1所示。该套装置为称重传感器系列,传感器采用的是悬臂剪切机构,具有精度高,防尘好,安装容易,使用方便等特点。如图: 图6.1侧力传感器 6.2防坠落装置 根据图6.2对防坠落装置工作原理进行分析: 图6.2 升降小车防坠落装置工作原理图 小车正常工作时弹簧3处于压缩状态,一旦钢丝绳1断裂,滑轮组框架将对弹簧3解除约束,这时弹簧将在无外力下恢复原状,在弹簧复原的过程中,释放了一个较大的变形力,该力通过连杆机构2传给了制动器上的楔形铁5,迫使楔形铁5向上移动。而该楔形铁的上移,受钳形楔铁4的制约。迫使与固定垂直导轨6接触的楔形铁4上的摩擦块向固定垂直导轨6的轨道面上传递一个正压力,当楔形铁产生的正压力足以克服下滑氧枪小车的重力时,氧枪小车停止坠落,就完全可以解决氧枪坠落的问题了。 由防坠落装置工作原理图进行受力分析得简图(如图6.3)1.对AO杆进行受力分析 受力分析图如图6.4: 图6.4 AO杆受力分析图 图中: F=G (6.1) l1=2.1m ,l2=4.25m 得: F(1+2)=F12 即 得 = 44 kN 2.对CD杆进行受力分析 受力分析如图6.5 图6.5 CD杆受力分析 其中m,m得: (6.3) 带入数据得: 440001.9= 所以 kN 即可知升降小车防坠落装置对楔块的提升力为35.6kN,则制动楔之间的摩擦力,故选用kN的制动楔。 4. 防坠落装置楔块对导轨作用力的计算 由计算已知升降小车防坠落装置工作状态与导轨接触的楔形结构向上提升力与大小相等,方向相反,即: =35.6kN 楔形结构如图6.6: 图6.6楔形结构 对此楔形结构进行受力分析,受力分析图6.7:—楔形结构斜面的法向分力; —沿楔形结构斜面的摩擦力; α—楔形结构斜面与水平面夹角,α=。 由楔形结构平面受力分析可列出方程,如下: - =0 (6.4) -=0 (6.5) 即: 解得:kN,kN。 楔形块对导轨的横向压力为kN。 7 传动系统的润滑 在钢厂的生产过程中,各种大型设备要保持良好的工作运行采用先进的润滑材料和润滑技术是必不可少的。运用好润滑可以大大延长设备的寿命、提高生产效率、减少停机维护等,在全方面提高了工厂的效益。有效的运用润滑技术,可以大大改善设备的安全性和连续运转能力,随着科技的发展,更先进的设备对润滑要求也越来越高,所以润滑技术也要随着时代的发展而前进。 机械运动件的摩擦,是造成零件磨损、发热、功率损耗并造成机械设备损坏的主要原因。加工精度再好的机械,如果不解决运动件的摩擦磨损,也将无法保证其运动寿命而磨损。而解决摩擦磨损的方式就是采用润滑。润滑的作用是润滑工作表面,以减少磨损,提高效率和延长机件的寿命。在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦,减轻磨损,保护零件不遭侵蚀,而且在采用循环润滑是还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性,润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂,既可以防止内部的润滑剂外泄,又可阻止外部杂质侵入,避免加剧零件的磨损,起到密封作用。氧枪提升机构中的各个设备经常在繁重的条件下工作。合理的对本机构进行润滑,对减少机件的磨损和延长提升机构的使用寿命具有十分重要的作用。 针对不同的零件说采用的润滑方式的不同。提升机构都采用自动化的干、稀油集中润滑系统,普遍具有自监自控、自调功能。 稀油润滑一般用于要求对摩擦面实行液体半液体摩擦的地方,以及除了润滑油外,还要冷却、清洗摩擦表面的地方。 甘油润滑主要是为了减少摩擦、保护摩擦表面不受腐蚀和防止外来水、氧化铁皮等污物进入。对转速较低或不经常工作的摩擦表面,常用干油润滑,凡是用于油润滑油可以满足要求的机械设备,可以不用稀油润滑。 7.1润滑方法 润滑方法有多种,它们在复杂程度、装置成本、可靠性、冷却与清洁摩擦副能力等方面有很大差别。润滑方法主要有:1手工加油(或脂)润滑主要用于开式齿轮、链条、钢丝绳及不经常使用的粗糙机械。通过油松和油杯加油,结构最简单。可以分别控制各个润滑点的油量。对于相距很远的各个润滑点,它可以省去集中润滑系统所需要的很长的管路,从而可减轻重量。其缺点是如加油不及时,就容易造成磨损。手工加油用的油杯和油枪已有国家标准。2 滴油润滑,依靠油的自重通过装在点上的油杯中的针阀或油绳滴油进行润滑。结构简单,使用方便,一般只需每8h往油杯中加一次油,而且可以装在油壶够不着的地方。但给油量不容易控制,振动、温度的变化及油面的高低,都会影响给油量。不宜使用高粘度的油,否则针阀被堵塞。主要用于滑动及滚动轴承、齿轮、链条及滑动导轨上。常用滴油润滑装置见表10-19。3飞溅润滑靠浸泡在油池中的零件本身或附装在轴上的甩油环将油搅动,使之飞溅在摩擦表面上。这是闭式箱体中的滚动轴承、齿轮传动、蜗杆传动、链传动、凸轮等的轮为广泛应用的一种循环润滑方式。为考虑搅拌功率损失和润滑的有效性,零件的浸泡深度有一定限制。浸在油池中的机件的圆周速度v一般控制在小于 12m/s,速度过高,则搅拌功率损失过大,油的氧化严重;但速度也不易过低,否则影响润滑效果。4油环与油链润滑依靠套在轴上的油环或油链将油从油池中带到润滑部位。 5油绳与油垫润滑一般是与摩擦表面接触的毛毡垫或油绳从油中吸油,然后将油涂在工作表面上。有时没有油池,仅在开始时吸满油,以后定期用油壶补充一点油。主要应用于小型或轻载滑动轴承。这种方式的主要优点是简单,便宜,毡垫与油绳能起过滤的作用,因此比较适合多尘的场合。但由于油量少,不适用于大型或高速轴承。供油量不易调整。6 油雾润滑油雾润滑系统由油雾润滑装置、管道和凝缩嘴组成。油雾润滑装置主要由分水滤气器、调压阀及油雾发生器等组成。油雾润滑主要用于高速滚动轴承和高温工作条件下的链条等。此方法不仅达到润滑目的,还起冷却和排污作用,耗油量小。其缺点是排出的气体含有悬浮的油雾,造成污染。这种方法将被油气润滑所取代。 7.2 润滑系统的选择原则 在设计润滑系统时,应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析,确定所使用润滑剂的品种,尽量减少润滑剂和润滑装置的类别在保证主要总值件的良好润滑条件下,综合考虑其他润滑点的润滑,要保证润滑质量应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要,又应与设备的工况条件和使用环境相适应,以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。应使润滑系统供送的油保持清洁,防止外界尘屑等的侵入造成污染、损伤摩擦表面,提高使用中的可靠性。复杂润滑系统的主要元件如泵、分配阀、过滤器等应适当地组合在一起并尽可能标准化,便于接近进行维护、清洗,降低设备运转与维修、保养费用,防止发生人身、设备安全事故。在选择润滑系统时,要注意该系统自动化程度和可靠性,注意装设指示、报警和工况监控装置,预测和防止早期润滑故障,以提高设备开动率和使用寿命。1)12~14 米每秒的情况。2)12~14米每秒时,使用内部循环会使油温升高,而且一些大型的减速器当使用内部循环润滑不理想,此时需要使用外部循环。外部循环是用油泵向齿轮和轴承喷油,这样不但起润滑的作用,而且有冷却的作用。对于不重要的减速器外部循环只是把减速器中的油通过油泵抽出来送入各个润换点,然后润滑油流入箱体中,依次循环。对于重要的减速器,还需要在外部增设油站,此时润滑油不是直接被送入润滑点,而是进入油站,油站对润滑油进行处理()4 影响齿轮润滑油选择的因素 1)2)3)4)5)5小结 正确选择减速器的润滑油和润滑方式,达到最佳的润滑效果,使运动更容易、平滑,降低摩擦所产生的损毁,但是在确定减速器的润滑方案时要综合考虑各种因素,在使用性能和经济型上找到平衡点。因此合理选择减速器的润滑油和润滑方式,对于提高减速器的可靠性、节约能源和增加效益具有重要意义。 7.3.2 轴承的润滑 一、轴承润滑的作用 润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温度、振动等有重要影响,没有正常的润滑,轴承就不能工作。分析轴承损坏的原因表明,40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关。因此,轴承的良好润滑减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外,轴承的润滑还有散热,防锈、密封、缓和冲击等多种作用,轴承润滑的作用可以简要地说明如下: a.在相互接触的二滚动表面或滑动表面之间形成一层油膜把二表面隔开,减少接触表面的摩擦和磨损。 b. 采用油润滑时,特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时,润滑油能带走轴承内部的大部分摩擦热,起到有效的散热作用。 c. 采用脂润滑时,可以防止外部的灰尘等异物进入轴承,起到封闭作用。 d. 润滑剂都有防止金属锈蚀的作用。 e. 延轴承的疲劳寿命。 二、脂润滑和油润滑的比较 轴承的润滑方法大致分为脂润滑和油润滑两种。为了充分发挥轴承的功能,重要的是根据使用调减和使用目的,采用润滑方法。 三、脂润滑 润滑脂是由基础油,增稠剂及添加剂组成的润滑剂。当选择时,应选择非常适合于轴承使用条件的润油脂,由于商标不同,在性能上也将会有很大的差别,所以在选择的时候,必须注意。 轴承常用的润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。轴承中充填润滑脂的数量,以充满轴承内部空间的1/2-1/3为适宜。高速时应减少至1/3。过多的润滑脂将使温升增高。 润滑脂的选择 按照工作温度选择润滑脂时,主要指标应是滴点,氧化安定性和低温性能,滴点一般可用来评价高温性能,轴承实际工作温度应低于滴点10-20℃。合成润滑脂的使用温度应低于滴点20-30℃。根据轴承负荷选择润滑脂时,对重负荷应选针入度小的润滑脂。在高压下工作时除针入度小外,还要有较高的油膜强度和极压性能。根据环境条件选择润滑脂时,钙基润滑脂不易溶于水,适于干燥和水分较少的环境。 五、油润滑 在高速高温的条件下,脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环,可以带走大量热量。粘度是润滑油的重要特性,粘度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面间形成的油膜厚度,轴承工作温度下润滑油的粘度一般是12-15cst。转速愈高应选较低的粘度,负荷愈重应选较高的粘度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、气缸油等。 8 经济性与可靠性分析 8.1 设备的经济性分析 市场经济条件下,企业的设备管理以经济效益为中心,因此如何做好经济管理工作,也是企业设备管理水平的综合体现。设备磨损后需要进行补偿,而任何一种补偿方式,设备的大修、改造和更新都需要较大的投资,对企业经济效益影响也很大,因此,在对设备磨损的补偿方式进行选择时不能凭空想象,必须从实际出发,尊重设备运行的客观规律,研究它的科学性、经济性、先进性、透明性,以取得最佳的经济投资效益回报。 8.2 设备的可靠性 转炉氧枪是冶炼生产的关键设备。首先,由于工艺要求,氧枪需要作频繁的移动和定位,氧枪定位的快速、准确、可靠,可以提高冶炼效果及生产率。其次,吹氧炼钢属于高温、高压、气体大流量作业,如出现设备故障时操作错误,或安全措施不利,则可能发生爆炸,严重影响安全生产。所以,提高氧枪控制的可靠性和安全性具有重要意义。氧枪控制特点:(1)负载大,惯性大,而工艺要求快速准确定位,控制难度大;(2)生产中移动频率高,要求自动化控制;(3)与其他设备的联锁较多,如转炉不在零位时氧枪不能下移炉内,氧阀报警则停止吹氧并提升氧枪等;(4)高温高压作业危险性大,易造成设备及人身安全事故。 根据实际工艺,考虑不同需要,氧枪控制设计了四种操作方式,每种方式要求的设备条件和控制级别不同。 (1) COMP()PLC接收来自上位机的枪位值、氧气流量值、氧气累积量值。氧枪移动、各阀门开关、过程检测及控制由PLC程序自动完成。此方式用于自动化炼钢。要求外部设备满足自动条件。所有控制由程序自动完成。 (2) AUTO()(3) MANU()(4) LOCAL()①用于氧枪检修和更换,此时解除相关联锁,通过操作台按钮控制氧枪;②转炉炼钢有时需要溅渣护炉,在此方式完成溅渣操作,此种方式的可靠性主要由操作员控制。 8.3 设备的有效度 应用氧枪炼钢优点有:1.冶炼时间短,生产率高。2.投资少、成本低、健身速度快。但是也存在着一定的缺点:氧气从上部吹入对熔池的搅拌能力不够强烈,使钢、渣不能从分混合。并且吹氧设备和除尘设备需要较高的厂房。 结 论 毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业,他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用,又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端,毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结,能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力;是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。.沈阳:东北大学出版社,2000.12 [2]大连起重机厂主编.起重机设计手册 辽宁人民出版社,1977.7 [3] 徐灏等.机械设计手册第四卷.机械工业出版社.1991 [4] 徐灏等.机械设计手册第一卷.机械工业出版社.1991 [5] 江耕华 陈启松等 机械 传动设计手册 煤炭工业出版社 1983.4 [6] 机械设计手册编委会.机械设计手册·单行本·机架、箱体及导轨.北京机械工业出版社,2007.7 [7] 伊万琴柯等著.起重运输机械计算.中国铁道出版社.1982 [8] 刘鸿文. 材料力学Ⅰ. 北京. 高等教育出版社. 2004.1 [9] 濮良贵.纪名刚. 机械设计(第八版). 北京. 西北高等教育出版社. 2006.5 [10] 徐灏等.机械设计手册第三卷.机械工业出版社.1991 辽宁科技大学本科生毕业设计 第I页 辽宁科技大学本科生毕业设计 第32页 本文来自织梦

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