鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及8張CAD圖
鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及8張CAD圖,鋼包,加蓋,裝置,布置,及其,轉(zhuǎn)動(dòng),滾動(dòng),方式,設(shè)計(jì),開(kāi)題,cad
1 選題背景及意義
1.1 課題名稱(chēng)：鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動(dòng)方式
1.2 本課題國(guó)內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀
鋼鐵工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支出產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。鋼鐵工業(yè)對(duì)于國(guó)家的重要性不言而喻。
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用戶(hù)對(duì)鋼材質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提，也是提高武鋼產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證。
眾所周知，中問(wèn)罐鋼水的過(guò)熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來(lái)越多的鋼種要求用低過(guò)熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過(guò)熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是高鑄坯質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。以上這些要求的前條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個(gè)重要措施就是鋼包加蓋。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過(guò)程中，鋼包加蓋保溫是一項(xiàng)非常重要的工藝措施，國(guó)內(nèi)外新上的連鑄機(jī)鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計(jì)有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個(gè)整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。轉(zhuǎn)爐擴(kuò)容后，鋼包旋轉(zhuǎn)塔現(xiàn)已是超負(fù)荷運(yùn)行了，為此對(duì)大臂進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)加固處理，但回轉(zhuǎn)支承的壽命短仍無(wú)法解決，如再在大臂上面增加近10t重的加蓋裝置，勢(shì)必增加旋轉(zhuǎn)塔的負(fù)荷，為此，首先對(duì)大臂受力進(jìn)行分析，根據(jù)原設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)塔大臂能同時(shí)承受兩個(gè)120t的鋼包，即單邊承重120t，兩邊共承重240t。實(shí)際上這種狀況在生產(chǎn)過(guò)程中是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)樵谏a(chǎn)開(kāi)始時(shí)，首罐鋼水和結(jié)束時(shí)最后一罐鋼水，旋轉(zhuǎn)塔只能是單邊承受一罐鋼水，在生產(chǎn)過(guò)程中也只是在上一罐鋼水快澆完時(shí)下一罐鋼水才到旋轉(zhuǎn)塔上，這時(shí)旋轉(zhuǎn)塔兩邊，一邊是重罐，另一邊則是空罐。在設(shè)計(jì)加蓋裝置時(shí)，可將其設(shè)計(jì)為移動(dòng)式。使其能在旋轉(zhuǎn)塔大臂上走行，其重心也可以通過(guò)大臂的中點(diǎn)分別向兩端移動(dòng)。坐重罐時(shí)，小車(chē)駛向大臂另一端，小車(chē)的自重加上空罐的重量也不到50t，不超原設(shè)計(jì)負(fù)荷，完全能保證大臂在原設(shè)計(jì)的負(fù)荷條件下安全運(yùn)行。且小車(chē)永遠(yuǎn)是在坐重罐時(shí)大臂接收臂的另一端，這樣還可以平衡掉部分坐重罐時(shí)的負(fù)載，關(guān)于回轉(zhuǎn)支承的壽命問(wèn)題，由于回轉(zhuǎn)支承的損壞主要是因坐重罐時(shí)大臂單邊受力負(fù)載過(guò)大而造成的。移動(dòng)式加蓋裝置的自重在坐罐時(shí)可平衡掉部分坐重罐時(shí)的負(fù)載，有利于改善回轉(zhuǎn)支承的受力狀況?；谝陨戏治稣J(rèn)為：在直臂式鋼包旋轉(zhuǎn)塔上設(shè)計(jì)一臺(tái)移動(dòng)式加蓋裝置的設(shè)想完全可行。
合理的工藝過(guò)程，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；然而，新設(shè)備是實(shí)現(xiàn)新工藝的可靠保證，新工藝的研究要考慮新設(shè)備實(shí)現(xiàn)的可能性。因此，脫離工藝談設(shè)備，或者脫離設(shè)備制定不切實(shí)際的工藝，都無(wú)濟(jì)于事。同時(shí)還要做些體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的工作、重視輔助工序和自動(dòng)化以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。這些輔助工序機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化，對(duì)生產(chǎn)具有重大意義，同時(shí)又能取得巨大經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 課題研究的目的、意義
1.3.1 本課題的研究有什么實(shí)際作用：
采用鋼包加蓋裝置可減少中間罐溫度的波動(dòng)，提高鑄坯質(zhì)量采用鋼包加蓋裝置可以穩(wěn)定中闖罐溫度，穩(wěn)定拉速，減少?gòu)U品由于采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動(dòng)小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動(dòng)，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣鋼包全程加蓋節(jié)能系統(tǒng)向鋼廠(chǎng)提供了一套避免和阻止高成本熱能從盛鋼水的鋼包包襯和鋼液中向外散失的有效技術(shù)手段。從而，為降低生產(chǎn)成本、改善操作條件和提高生產(chǎn)率提供了一條成就之路。通過(guò)使用鋼包全程加蓋節(jié)能可獲得的年經(jīng)濟(jì)效益一般是該項(xiàng)目投資的幾十倍。
1.3.2 課題的理論和學(xué)術(shù)價(jià)值
大學(xué)期間，我們先后學(xué)習(xí)了《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械制造工藝學(xué)》、《軋鋼機(jī)械》、《液壓傳動(dòng)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》等課程，這些專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)為我們展開(kāi)此次設(shè)計(jì)奠定了一定的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)。此次設(shè)計(jì)，就是要實(shí)現(xiàn)將這些理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，理論服務(wù)與實(shí)踐，以達(dá)到學(xué)以致用的目的。誠(chéng)然，要對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，就要掌握相關(guān)設(shè)備技術(shù)知識(shí)和工藝流程。同時(shí)，我們要盡可能多的了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這樣才可以設(shè)計(jì)出更好的設(shè)備。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備有充分了解的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工藝條件下提出自己的改進(jìn)方案，使設(shè)備能夠更好地完成任務(wù)，要提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
2 總體設(shè)計(jì)要求
2.1 技術(shù)要求：
① 鋼包蓋尺寸：1800×150（直徑×厚度，單位：mm）
② 鋼水溫度： 1000℃
③ 舉升機(jī)構(gòu)選擇液壓缸傳動(dòng)
④ 懸臂總長(zhǎng) l=4000mm
⑤ 回轉(zhuǎn)半徑： 鋼包加蓋機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中心安裝在連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)上，為滿(mǎn)足工作要求，選定機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑L=4000mm。
⑥ 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速： 初定轉(zhuǎn)速n=3r/min
⑦ 工作周期： 根據(jù)連鑄機(jī)鋼包澆鑄時(shí)間，確定加蓋機(jī)構(gòu)工作周期為3min。
2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
查閱有關(guān)資料 30 篇，其中外文文獻(xiàn)不少于8 篇，翻譯一篇相關(guān)外文資料。設(shè)計(jì)方案論證，設(shè)計(jì)計(jì)算。繪制裝配圖，零件圖等設(shè)計(jì)圖紙折合A1 不低于6--8 張，編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)50 頁(yè)左右，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，具體要求依照《武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化要求》執(zhí)行。
3 主要設(shè)計(jì)思路
3.1 整體框架的搭建
連鑄機(jī)鋼包自動(dòng)加蓋裝置，該裝置主體為立柱5，立柱5上端設(shè)有帶有動(dòng)力裝置的回轉(zhuǎn)支承3，回轉(zhuǎn)軸承3的動(dòng)力裝置可為電驅(qū)動(dòng)，也可為液壓驅(qū)動(dòng)器4，本實(shí)施例采用液壓驅(qū)動(dòng)器4，液壓驅(qū)動(dòng)器4通過(guò)齒輪組與回轉(zhuǎn)支承3連接，液壓驅(qū)動(dòng)器4固定在立柱5上。在回轉(zhuǎn)支承3上設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)9，轉(zhuǎn)臺(tái)9可隨回轉(zhuǎn)支承3-起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)9上設(shè)可活動(dòng)的懸臂梁1，懸臂梁1-端通過(guò)轉(zhuǎn)軸和鉸鏈與轉(zhuǎn)臺(tái)9連接，另一端設(shè)有用于吊裝鋼包蓋8的裝置，吊裝鋼包蓋8的裝置可采用簡(jiǎn)單的鉤子或鉸鏈，在懸臂梁1中部設(shè)支承液壓缸2，支承液壓缸2固定在轉(zhuǎn)臺(tái)9上。為了使本裝置放置牢固且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，本實(shí)用新型在立柱5底端設(shè)有固定支座7，同時(shí)也可以在立柱5底部設(shè)有加強(qiáng)筋6。示意圖如下：
3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置相關(guān)設(shè)計(jì)
鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要完成將操作臂旋轉(zhuǎn)一定的角度配合吊鉤液壓缸和舉升液壓缸實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼包加蓋和揭蓋的任務(wù)。它主要包括以下幾個(gè)裝置：動(dòng)力系統(tǒng)、減速裝置、回轉(zhuǎn)支承、電氣滑環(huán)等。
3.3 動(dòng)力裝置的選擇
吊鉤和操作臂驅(qū)動(dòng)選用液壓缸驅(qū)動(dòng)，整體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)
3.4 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
機(jī)械傳動(dòng)裝置位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)方式。傳動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)整個(gè)機(jī)械的工作性能、尺寸、重量和成本等影響很大，因此傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。合理的傳動(dòng)方案要保證輥道的工作質(zhì)量，因此，該部位的結(jié)構(gòu)是否合理直接關(guān)系到整個(gè)加蓋裝置的工作性能的優(yōu)劣。
4 論文設(shè)計(jì)中可能遇到的困難和問(wèn)題
1 如何使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加、揭蓋。
2 為了適應(yīng)人機(jī)工程學(xué)要求，如何對(duì)個(gè)聯(lián)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3 如何保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)性，并且保證各個(gè)部位協(xié)同動(dòng)作、同步動(dòng)作，并且還要滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
5 進(jìn)度安排
時(shí) 間 進(jìn) 度
1～3 周
到工廠(chǎng)實(shí)習(xí)，進(jìn)一步熟悉鋼卷出口輸送輥道和相關(guān)設(shè)備工作原理，查閱相關(guān)資料并初步擬定設(shè)計(jì)方案；
4～5 周
學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，了解機(jī)械設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比較各設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，嘗試機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)；
6～7
周確定鋼卷出口輸送輥道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終方案，并完成初步的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
8～12 周
對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)和校核，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整并畫(huà)出草圖；
13～15 周
整理設(shè)計(jì)資料，撰寫(xiě)、打印論文及設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)；
16 周
準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
6 參考文獻(xiàn)
[1]陳道南等編.起重運(yùn)輸機(jī)械.冶金工業(yè)出版社,1988
[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-83）.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1984
[3]起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組編.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1979
[4]東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）.中冊(cè).冶金工業(yè)出版社,1987
[5]陳道南等編.起重機(jī)課程設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社.2000
[6]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4版） .北京化學(xué)工業(yè)出版社,2002
[7]張昌富，葉伯英主編.冶煉機(jī)械.北京；冶金工業(yè)出版社，2006
[8]嚴(yán)大考，鄭蘭霞主編.起重機(jī)械.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003
[9]廖漢元，孔建益主編.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[10]黃華清.軋鋼機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.350～380
[11]劉鴻文主編.材料力學(xué)（第4版）.高等教育出版社,2004
[12] 濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006
[13]唐增寶，常建娥主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社,2006
[14]谷式強(qiáng)主編.冶金機(jī)械的安裝與維修.冶金工業(yè)出版社,1995
[15]H.H.Mabie&F.M.Ocvik.Mechanisms and Dynamics of Machinery.John Wiley and Sons.1975
[16]H.A.Rothbart.cams.John Wiley and sons ,1956
[17]F.Y.Chen.Mechanics and Desigh of Cam Mechnisms.Pergamon Press 1982
[16]H.H.Ryffel..Mechnery’s Hand book (22 nd Edition ).New York:Industrail Press,1984
[18]A.H.Seni.Mechaism Synthesis and nalysis.MCgraw-Hill Book Conpany,1974
??
6
摘 要
鋼包加蓋裝置通常設(shè)置在鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)上，為到達(dá)回轉(zhuǎn)臺(tái)的盛有鋼水的鋼包加保溫蓋的裝置。該裝置具有回轉(zhuǎn)、升降等功能?；剞D(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)可用液壓方式，也有用電動(dòng)機(jī)械方式的。可在回轉(zhuǎn)臺(tái)的兩側(cè)設(shè)置兩套裝置，對(duì)澆注的鋼包和等待澆注的鋼包同時(shí)加蓋，亦可設(shè)一套裝置，只在澆注時(shí)加蓋。它在連鑄設(shè)備中的作用非常大，是重要的冶金設(shè)備之一。
本文主要解決鋼包加蓋裝置的總體布置及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。鋼包加蓋裝置要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：操作臂水平的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直的升降運(yùn)動(dòng)，以及加蓋和揭蓋動(dòng)作。采用液壓缸驅(qū)動(dòng)來(lái)完成加蓋和揭蓋動(dòng)作，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)完成操作臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)鋼包加蓋裝置的自動(dòng)控制，增加了接近開(kāi)關(guān)裝置和電氣滑環(huán)裝置。
本文是依據(jù)鋼包加蓋裝置生產(chǎn)過(guò)程和工作原理，首先選定合適的方案，根據(jù)方案設(shè)計(jì)操作臂和支撐柱體，同時(shí)選擇相應(yīng)的液壓缸并進(jìn)行校核；然后根據(jù)相應(yīng)的條件設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；最后對(duì)傳動(dòng)軸和其他零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，最終完成設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 冶金； 鋼包加蓋裝置； 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
Abstract
Ladle stamping device usually set the stage in the ladle turret, turret to reach the ladle containing molten steel covered with thermal devices. The device has a rotating, lifting and other function. Hydraulic rotary and down movement means can also be useful way of electric machinery. Both sides of the rotary table can be set two devices, on the casting ladle and pouring ladle while waiting for stamping, a device can be set only when stamped in the casting. It's role in the continuous casting equipment is very large, is one of the important metallurgical equipment.
In this paper, stamped with the device address ladle overall layout and design of rotating bodies. Ladle stamped device to achieve the main functions include: operating arm of the level of vertical lift rotary motion and movement, as well as stamped and Uncovery action. Driven by hydraulic cylinders to complete the seal and expose cover actions to complete the operation with motor-driven rotating arm, ladle stamped in order to achieve the automatic control device, an increase of nearly switchgear and electrical slip ring device.
This article is a stamp device according to the ladle and working principle of the production process, first select the appropriate option, based on program design, operation and support arm cylinder, and select the appropriate hydraulic cylinders and the check; then calculated according to the corresponding rotating body design conditions; the final drive shaft and other parts of the strength check, the final design completion.
Key words： Metallurgy； Ladle stamped device； Slewing mechanism
目 錄
緒 論 1
1 概述 2
1.1 鋼包加蓋裝置簡(jiǎn)介 2
1.2 設(shè)計(jì)方案選擇 4
1.2.1 鋼包加蓋裝置方案介紹 4
1.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇 7
2 鋼包加蓋裝置的總體設(shè)計(jì) 8
2.1 初定數(shù)值 8
2.1.1已知數(shù)據(jù) 8
2.1.2所需數(shù)據(jù) 8
2.2 鉸點(diǎn)的確定 9
2.2.1 液壓缸支撐點(diǎn)位置的確定 9
2.3 箱型梁的計(jì)算 10
2.4 懸臂梁上進(jìn)、退鉤液壓缸的選擇與計(jì)算 13
2.4.1 液壓缸的安裝方式 13
2.4.2 液壓缸性能參數(shù) 13
2.5 接近開(kāi)關(guān)的選擇 14
3 鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.1 回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算與選擇 15
3.1.1 回轉(zhuǎn)支承載荷計(jì)算 15
3.1.2 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式 17
3.1.3 計(jì)算回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量載荷 18
3.2 減速機(jī)的計(jì)算與選擇 19
3.3 減速齒輪的計(jì)算 19
3.3.1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 19
3.3.2 齒輪設(shè)計(jì) 20
3.3.3 幾何尺寸計(jì)算 22
3.3.4 大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 23
3.4 主傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 24
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.4.2 校核軸的疲勞強(qiáng)度 25
3.5 軸承和鍵的選擇 27
3.6 電氣滑環(huán) 27
結(jié)束語(yǔ) 28
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
30
緒 論
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)鋼材質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提。眾所周知，中問(wèn)罐鋼水的過(guò)熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來(lái)越多的鋼種要求用低過(guò)熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過(guò)熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是提高鑄坯質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。以上這些要求的前提條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個(gè)重要措施就是鋼包加蓋。在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過(guò)程中，鋼包加蓋保溫是一項(xiàng)非常重要的工藝措施，國(guó)內(nèi)外新上的連鑄機(jī)鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計(jì)有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個(gè)整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。國(guó)內(nèi)的連鑄機(jī)大多沒(méi)有鋼包自動(dòng)加蓋功能。必須采用連鑄車(chē)間的起重機(jī)吊裝鋼包蓋，增加了起重機(jī)作業(yè)負(fù)擔(dān)，制約了生產(chǎn)節(jié)奏，降低了煉鋼產(chǎn)量，同時(shí)增加了鋼液熱量損失。
本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)上有鋼包設(shè)計(jì)的，用于連續(xù)鑄鋼過(guò)程中給鋼包加蓋保溫或揭蓋換包。為減輕工人的勞動(dòng)，本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，可大大減少事故的發(fā)生。一個(gè)自動(dòng)的鋼包加蓋裝置可以在很大程度上提高鋼廠(chǎng)的工作效率，提高設(shè)備的使用率和產(chǎn)品的質(zhì)量。鋼包快速自動(dòng)加蓋，有效地減少連鑄車(chē)間起重機(jī)作業(yè)沖突，降低起重機(jī)作業(yè)率，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，提高煉鋼產(chǎn)量；由于鋼包加蓋比較及時(shí)，減少鋼液熱量損失，提高鑄坯質(zhì)量；該裝置提高了煉鋼設(shè)備裝備水平。
鋼包加蓋機(jī)構(gòu)主要用于連鑄機(jī)用鋼包的加蓋，以保證鋼水在調(diào)運(yùn)過(guò)程中盡量減少熱量損失，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動(dòng)小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動(dòng)，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣。采用鋼包加蓋裝置，后期溫降小，可明顯減少前后期溫度低造成的水口堵塞、漏鋼和回爐等生產(chǎn)中斷事故。因此，鋼包加蓋裝置在整個(gè)連鑄設(shè)備中的作用是至關(guān)重要的。
1 概述
1.1 鋼包加蓋裝置簡(jiǎn)介
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用戶(hù)對(duì)鋼材質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提，也是提高武鋼產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證。
眾所周知，中問(wèn)罐鋼水的過(guò)熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來(lái)越多的鋼種要求用低過(guò)熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過(guò)熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是高鑄坯質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。以上這些要求的前條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個(gè)重要措施就是鋼包加蓋。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過(guò)程中，鋼包加蓋保溫是一項(xiàng)非常重要的工藝措施，國(guó)內(nèi)外新上的連鑄機(jī)鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計(jì)有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個(gè)整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。
采用鋼包加蓋裝置可減少中間罐溫度的波動(dòng)，提高鑄坯質(zhì)量采用鋼包加蓋裝置可以穩(wěn)定中闖罐溫度，穩(wěn)定拉速，減少?gòu)U品由于采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動(dòng)小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動(dòng)，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣鋼包全程加蓋節(jié)能系統(tǒng)向鋼廠(chǎng)提供了一套避免和阻止高成本熱能從盛鋼水的鋼包包襯和鋼液中向外散失的有效技術(shù)手段。從而，為降低生產(chǎn)成本、改善操作條件和提高生產(chǎn)率提供了一條成就之路。通過(guò)使用鋼包全程加蓋節(jié)能可獲得的年經(jīng)濟(jì)效益一般是該項(xiàng)目投資的幾十倍。
鋼包加蓋機(jī)構(gòu)是基于連鑄機(jī)設(shè)計(jì)的，因此介紹一下連鑄機(jī)的工作原理，以幫助理解鋼包加蓋機(jī)構(gòu)的位置和工作原理。
轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來(lái)的鋼水經(jīng)過(guò)精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類(lèi)型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續(xù)鑄造成鋼坯的生產(chǎn)工序，主要設(shè)備包括回轉(zhuǎn)臺(tái)、中間包，結(jié)晶器、拉矯機(jī)等。
連鑄工藝的流程如下：將裝有精煉好鋼水的鋼包運(yùn)至回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個(gè)結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機(jī)與結(jié)晶振動(dòng)裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長(zhǎng)度的板坯。
圖1.1 連鑄工藝流程簡(jiǎn)圖
鋼包加蓋裝置安裝在鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)上，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)：設(shè)在連鑄機(jī)澆鑄位置上方用于運(yùn)載鋼包過(guò)跨和支承鋼包進(jìn)行澆鑄的設(shè)備。由底座、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)支撐、事故驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和錨固件6部分組成。
單臂鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)：由底座、立柱、上轉(zhuǎn)臂、上轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)裝置、下轉(zhuǎn)臂、下轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)裝置組成。
蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)：由底座、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)架、鋼包支座、回轉(zhuǎn)臂、平行連桿、驅(qū)動(dòng)裝置、防護(hù)板組成。
鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)情況基本上包括兩側(cè)無(wú)鋼包、單側(cè)有鋼包、兩側(cè)有鋼包三種情況，而單個(gè)鋼包重量已超過(guò)140噸。三種情況下，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)受力有很大不同，但無(wú)論在何種情況下，都要保證鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，起停時(shí)要盡可能減小對(duì)機(jī)械部分的沖擊，為減少中間包液面波動(dòng)和溫降，要縮短旋轉(zhuǎn)時(shí)間。因此，我們?cè)谧冾l器的容量選擇上，留有余地，即比電機(jī)功率加大一級(jí)。同時(shí)利用變頻器的s曲線(xiàn)加速功能，通過(guò)調(diào)整s曲線(xiàn)保證加、減速曲線(xiàn)平滑快速，減少對(duì)減速機(jī)的沖擊，再通過(guò)PLC判斷變速限位、停止限位實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中高、低速自動(dòng)變換及到位停車(chē)，同時(shí)滿(mǎn)足了對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)間和平穩(wěn)運(yùn)行的要求。
鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)用于把鋼包回轉(zhuǎn)到或旋轉(zhuǎn)出澆注位置。通常通過(guò)起動(dòng)“鋼包自動(dòng)更換”按鈕來(lái)自動(dòng)完成鋼包回轉(zhuǎn)。在這種情況下，鋼包的加速、減速及定位通過(guò)PLC系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)或編碼器來(lái)完成，另外，也可采用手動(dòng)回轉(zhuǎn)模式。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置了兩個(gè)回轉(zhuǎn)臂，因而可實(shí)現(xiàn)多爐連澆。每個(gè)臂可獨(dú)立提升，兩臂同時(shí)旋轉(zhuǎn)。主傳動(dòng)安裝在底座上，并通過(guò)減速箱及小齒輪與回轉(zhuǎn)支承外齒的嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)。裝在鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂上的稱(chēng)重傳感器有熱防護(hù)罩保護(hù)，以免熱輻射，同時(shí)稱(chēng)重傳感器所在區(qū)域還要通壓縮空氣冷卻。在澆注位置，通過(guò)過(guò)載連軸器將旋轉(zhuǎn)部件固定在澆注位，以避免用吊車(chē)更換鋼包時(shí)損壞驅(qū)動(dòng)部分。一旦斷電，液壓馬達(dá)把鋼包旋出澆注位至事故鋼包上面。該操作通過(guò)設(shè)置在澆注平臺(tái)上的手動(dòng)閥執(zhí)行。在準(zhǔn)備位置。鋼包滑動(dòng)水口液壓缸與滑動(dòng)水口連接，由滑動(dòng)水口液壓站提供動(dòng)力。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)部分，如回轉(zhuǎn)大軸承等由一個(gè)集中潤(rùn)滑站供潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，各種防護(hù)罩和保護(hù)墻用于保護(hù)回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)免受鋼水噴濺。在回轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有鋼包加蓋裝置，當(dāng)回轉(zhuǎn)臺(tái)接收鋼包或鋼包吊離回轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，鋼包蓋可旋出吊車(chē)吊鉤區(qū)。采用液壓設(shè)備驅(qū)動(dòng)。更換鋼包的時(shí)間一般在一分鐘左右，設(shè)備占用澆注平臺(tái)面積較小,易于定位,便于遠(yuǎn)距離操作。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，而液壓系統(tǒng)也因?yàn)槠湟子趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，工作平穩(wěn)，可無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。 主要有鋼包升降，鋼包回轉(zhuǎn)兩個(gè)動(dòng)作，附加鋼包蓋升降，圓盤(pán)制動(dòng)器等動(dòng)作。均由液壓驅(qū)動(dòng)
某鋼廠(chǎng)加蓋示意圖：
出鋼
澆鑄
倒液
更換滑板等
等待出鋼
出鋼
加蓋
取蓋
加蓋
取蓋
圖1.2 加蓋過(guò)程示意圖
1.2 設(shè)計(jì)方案選擇
1.2.1 鋼包加蓋裝置方案介紹
方案一
直接利用連鑄車(chē)間的起重機(jī)對(duì)鋼包蓋進(jìn)行裝吊，鋼包蓋由人工掛鉤。
方案二
加蓋裝置設(shè)計(jì)為小車(chē)型式，在旋轉(zhuǎn)塔大臂上鋪設(shè)走行軌道，小車(chē)能在大臂上獨(dú)立行走，駛向大臂的兩端。車(chē)體設(shè)計(jì)為箱形梁，立柱為框架式結(jié)構(gòu)，走行系統(tǒng)采用“三合一”減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，升降系統(tǒng)采用電動(dòng)或電液推桿。示意圖如下：
圖1.3 鋼包加蓋裝置示意圖一
方案三
一種新型連鑄機(jī)鋼包自動(dòng)加蓋裝置，該裝置主體為立柱5，立柱5上端設(shè)有帶有動(dòng)力裝置的回轉(zhuǎn)支承3，回轉(zhuǎn)軸承3的動(dòng)力裝置可為電驅(qū)動(dòng)，也可為液壓驅(qū)動(dòng)器4，本實(shí)施例采用液壓驅(qū)動(dòng)器4，液壓驅(qū)動(dòng)器4通過(guò)齒輪組與回轉(zhuǎn)支承3連接，液壓驅(qū)動(dòng)器4固定在立柱5上。在回轉(zhuǎn)支承3上設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)9，轉(zhuǎn)臺(tái)9可隨回轉(zhuǎn)支承3-起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)9上設(shè)可活動(dòng)的懸臂梁1，懸臂梁1-端通過(guò)轉(zhuǎn)軸和鉸鏈與轉(zhuǎn)臺(tái)9連接，另一端設(shè)有用于吊裝鋼包蓋8的裝置，吊裝鋼包蓋8的裝置可采用簡(jiǎn)單的鉤子或鉸鏈，在懸臂梁1中部設(shè)支承液壓缸2，支承液壓缸2固定在轉(zhuǎn)臺(tái)9上。為了使本裝置放置牢固且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，本實(shí)用新型在立柱5底端設(shè)有固定支座7，同時(shí)也可以在立柱5底部設(shè)有加強(qiáng)筋6。示意圖如下：
圖1.4 鋼包加蓋裝置示意圖二
方案比較與選擇：
方案一，利用連鑄車(chē)間的起重機(jī)來(lái)吊裝鋼包蓋，增加了起重機(jī)的作業(yè)負(fù)擔(dān)，制約了生產(chǎn)節(jié)奏。降低了生產(chǎn)效率，增加了熱量損失。
方案二，整體結(jié)構(gòu)體積小、重量輕，在接收重罐鋼水時(shí)，加蓋裝置必須駛向大臂的另一端。此時(shí)裝置的重量對(duì)重罐而言起到平衡重的作用，改善了旋轉(zhuǎn)塔的受力狀況，減輕了回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷。鋼包蓋的吊掛不能采用傳統(tǒng)的吊鉤型式，鋼包蓋的升降只能通過(guò)挑桿實(shí)現(xiàn)，功能單一。
方案三，能實(shí)現(xiàn)鋼包快速自動(dòng)加蓋，有效地減少連鑄車(chē)間起重機(jī)作業(yè)沖突，降低起重機(jī)作業(yè)率，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，提高煉鋼產(chǎn)量；由于鋼包加蓋比較及時(shí)，減少鋼液熱量損失，提高鑄坯質(zhì)量；占地面積小結(jié)構(gòu)小，重量輕，緩解了煉鋼現(xiàn)場(chǎng)空間緊張的矛盾。
綜上所述，方案三適用面廣，結(jié)構(gòu)性能能達(dá)到預(yù)期效果，故選擇方案三。
1.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇
方案一，利用液壓驅(qū)動(dòng)：
在鋼包加蓋裝置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中所用的動(dòng)力裝置選擇液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是可以與舉升機(jī)構(gòu)的液壓缸同處于一個(gè)液壓系統(tǒng)中，并且可以提供很大的轉(zhuǎn)矩。
方案二，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)：
在鋼包加蓋裝置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中所用的動(dòng)力裝置選擇電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在選擇中可以選擇電機(jī)和減速器連在一起的裝置。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境的要求比較低，也可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。
方案比較與選擇：
方案一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維修困難，但便于自動(dòng)控制，工作起來(lái)比較穩(wěn)定。
方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，便于安裝和維護(hù)，對(duì)環(huán)境要求較低，也便于自動(dòng)控制。和方案一相比較，不足之處就在于方案二不夠穩(wěn)定。
綜合考慮，我選擇方案二，成本低，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的設(shè)計(jì)也可以達(dá)到預(yù)期的效果。
2 鋼包加蓋裝置的總體設(shè)計(jì)
2.1 初定數(shù)值
2.1.1已知數(shù)據(jù)
① 鋼包蓋尺寸：1800×150（直徑×厚度，單位：mm）
② 鋼水溫度： 1000℃
③ 舉升機(jī)構(gòu)選擇液壓缸傳動(dòng)
④ 懸臂總長(zhǎng) l=4000mm
⑤ 回轉(zhuǎn)半徑： 鋼包加蓋機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中心安裝在連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)上，為滿(mǎn)足工作要求，選定機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑L=4000mm。
⑥ 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速： 初定轉(zhuǎn)速n=3r/min
⑦ 工作周期： 根據(jù)連鑄機(jī)鋼包澆鑄時(shí)間，確定加蓋機(jī)構(gòu)工作周期為3min。
2.1.2所需數(shù)據(jù)
① 吊臂頭部的圓周速度（最大）：Vmax=2×π×1=1.256m/s
② 鋼包蓋質(zhì)量: m=π×r2=π×(1800÷2﹚2×180＝4580kg
③ 此鋼包加蓋裝置為專(zhuān)用裝置，設(shè)定額定載荷為5噸
④ 回轉(zhuǎn)功率
（2.1）
⑤ 最大額定起重 5噸
⑥ 起升高度
由設(shè)計(jì)條件知：鋼包總重M=20000kg
設(shè)鋼包高度為h,則有：d2×ρ×π/4×h=20000kg
解得：h=995mm
所以起升高度 H＞h+δ=1145mm
取H=1200mm
B
A
O
L
液壓缸
圖2.1 鋼包加蓋裝置原理圖
2.2 鉸點(diǎn)的確定
設(shè)OB=1200mm y=1600mm
由實(shí)際情況知，起升高度約為1200mm。
在此機(jī)構(gòu)中，由起重臂、變幅油缸和轉(zhuǎn)臺(tái)組成的變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)，是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，三鉸點(diǎn)需六個(gè)坐標(biāo)確定，再加上變幅油缸伸縮比λ、起重臂最大仰角和最小仰角，共有八個(gè)設(shè)計(jì)變量。
2.2.1 液壓缸支撐點(diǎn)位置的確定
① 如下圖所示，懸臂梁水平時(shí)：O
B
A
C
α
圖 2.2
由OA=1600mm AC=600mm
α=
OC=mm
② 當(dāng)懸臂梁處于最高位置時(shí)：
O
A
C
B
H
α1
α2
圖 2.3
取升降液壓缸的伸縮比λ=1.25。即
解得 OB=1200mm
代入得 （2.2）
2.3 箱型梁的計(jì)算
箱型梁由鋼板焊接而成
箱型梁的長(zhǎng)度 L=4000mm
鋼板厚度δ=24mm
材料選擇：Q345
安全系數(shù) n=3.0
許用應(yīng)力σ=130MPa
抗彎截面系數(shù)
（2.3）
面積 A≈4aδ
慣性矩
（2.4）
抗彎截面系數(shù)
（2.5）
M—最大危險(xiǎn)截面上的彎矩
[σ]—許用應(yīng)力，130MPa
圖2.4 受力分析
A
B
C
1200
1400
圖2.4 受力分析
M
A
B
C
圖2.5 彎矩圖
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
已知：；
；
最大彎矩為：
最大截面處所受應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：
（2.10）
為安全起見(jiàn)，取a=0.36m
2.4 懸臂梁上進(jìn)、退鉤液壓缸的選擇與計(jì)算
根據(jù)鋼包加蓋裝置進(jìn)、退鉤的工作條件，工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載情況、速度要求、行程大小和動(dòng)作要求，選取單桿雙作用液壓缸。其工作特點(diǎn)是活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力，活塞在行程終止時(shí)不減速。
2.4.1 液壓缸的安裝方式
因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中，液壓缸要做一定的擺動(dòng)，參照液壓缸安裝類(lèi)型，選擇頭部耳環(huán)安裝形式。
2.4.2 液壓缸性能參數(shù)
1.行程選擇
初定液壓缸的行程為300mm。
2.工作壓力
查表得，冶金設(shè)備用液壓缸工作壓力一般選取為16MPa
3.負(fù)載力的估算
粗略估算
（2.11）
4.缸筒計(jì)算
由液壓缸負(fù)載力F和工作壓力P來(lái)確定缸筒內(nèi)徑
當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)
（2.12）
若
D= （2.13）
工作壓力選擇 P=16MPa
D==13mm
根據(jù)需要選擇內(nèi)徑為D=63mm
5.活塞桿直徑的計(jì)算
活塞桿直徑一般按照液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比=2
由計(jì)算公式
(2.14)
已知D=63mm
解得d=44.54mm
根據(jù)相關(guān)規(guī)格，由表可以查得元整后的值d=45mm。
6.強(qiáng)度驗(yàn)算
主要受軸向拉力
（2.15）
σ——活塞桿的內(nèi)應(yīng)力
F——液壓缸負(fù)載力
[σ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力
[σ]= （2.16）
其中 n=3
符合要求。
選擇液壓缸型號(hào)為HSGL01-63/45 16-3221
設(shè)定最大行程為300mm。
2.5 接近開(kāi)關(guān)的選擇
接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護(hù)外，還是一種非接觸型的檢測(cè)裝置，用作檢測(cè)零件尺寸和測(cè)速等，也可用于變頻計(jì)數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動(dòng)銜接等。特點(diǎn)有工作可靠、壽命長(zhǎng)、功耗低、復(fù)定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開(kāi)關(guān)通或斷的目的，這就是接近開(kāi)關(guān)。
圖2.6 接近開(kāi)關(guān)原理圖
3 鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要完成將操作臂旋轉(zhuǎn)一定的角度配合吊鉤液壓缸和舉升液壓缸實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼包加蓋和揭蓋的任務(wù)。它主要包括以下幾個(gè)裝置：動(dòng)力系統(tǒng)、減速裝置、回轉(zhuǎn)支承、電氣滑環(huán)等。
3.1 回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算與選擇
3.1.1 回轉(zhuǎn)支承載荷計(jì)算
B
O
A
L
C
D
圖3.1 受力簡(jiǎn)圖
1.受力分析圖
OC 桿：
1200
4000
O
B
C
Fb
α
Fc
圖3.2 OC桿受力分析
OA 桿：
A
M
O
圖3.3 OA桿受力分析
剪力圖：
F
O
A
圖3.4 OA桿剪力圖
彎矩圖：
M
O
A
圖3.5 桿OA彎矩圖
2.由圖知在A點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩
水平方向的力=1.372N
鉛垂方向的力N
各結(jié)構(gòu)自重：
G=1.2+0.4=1.6噸
取懸臂梁為2噸，載荷為5噸，其中液壓缸0.4噸
計(jì)算載荷
V=G+1.25Q=2+1.25×5=8.25噸 （3.1）
(3.2)
回轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩
3.1.2 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式
回轉(zhuǎn)支承軸承又叫轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，有些人也稱(chēng)其為：旋轉(zhuǎn)支承 、 回旋支承。
英文名字叫: slewing bearing 或 slewing ring bearing 又或 turntable bearing，
回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，被人們稱(chēng)為：“機(jī)器的關(guān)節(jié)”，其主要應(yīng)用在被廣泛應(yīng)用于：汽車(chē)起重機(jī)、鐵路起重機(jī)、港口起重機(jī)、船用起重機(jī)、冶金起重機(jī)、集裝箱起重機(jī)、挖掘機(jī)、灌裝機(jī)、以及CT機(jī)駐波治療儀、航海儀、雷達(dá)天線(xiàn)座、導(dǎo)彈發(fā)射架、坦克、機(jī)器人以及旋轉(zhuǎn)餐廳等等方面。示意圖如下：
圖3.6 回轉(zhuǎn)支承示意圖
回轉(zhuǎn)支承主要分為柱式和轉(zhuǎn)盤(pán)式兩大類(lèi)，這里選擇滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置（回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)采用單排四點(diǎn)接觸球式）。
3.1.3 計(jì)算回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量載荷
通過(guò)查表（起重機(jī)械手冊(cè)）得，
工況參數(shù)：
fs=1.45 (靜態(tài))
fd=1.5 （動(dòng)態(tài)）
載荷換算系數(shù)：
選擇滾動(dòng)接觸角為45度
Ka=1.225
Kr=2.675
靜態(tài)
（3.3）
=1.45×（1.225×0.085+2.675×0.372）×N
N·m
由此選擇010.40.1000 JB/T 2300-1999 回轉(zhuǎn)支承。
圖3.7 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖
表一 回轉(zhuǎn)支承參數(shù)
基本型號(hào)
外形尺寸
安裝尺寸
結(jié)構(gòu)尺寸
010.40.1000
D
d
H
D1
D2
n
n1
D3
d1
H1
h
1122
878
100
1198
1042
36
22
6
1001
998
90
10
3.2 減速機(jī)的計(jì)算與選擇
由于此鋼包加蓋機(jī)構(gòu)是專(zhuān)用產(chǎn)品
直接選擇動(dòng)力機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)連在一起的減速器
根據(jù)要求需要得到的轉(zhuǎn)速在3r/min左右
機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)功率為=1.528kw
選擇減速機(jī)的型號(hào)為XLEDQ2.2 8160B143F的減速器
擺線(xiàn)立式二級(jí)減速電機(jī)直連型 YZ 系列起重電機(jī)，輸入功率為 2.2kw
型號(hào)為8160B 傳動(dòng)比為i=143 非標(biāo)準(zhǔn)特殊型
輸出轉(zhuǎn)速 n=10r/min
電機(jī)功率 2.2kw
輸出轉(zhuǎn)矩 1520N·m
3.3 減速齒輪的計(jì)算
3.3.1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1） 材料及熱處理；
選擇小齒輪材料為15CrMn（調(diào)質(zhì)），硬度為HRC58，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），
硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
2） 精度等級(jí)選用7級(jí)精度；
3） 初選小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=80；
3.3.2 齒輪設(shè)計(jì)
Ⅰ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算
(3.4)
試選=1.6
選取齒寬系數(shù)=1
選取彈性影響系數(shù)=189.8MPa
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（3.5）
（3.6）
接觸疲勞壽命系數(shù)
KHN1=0.95; KHN2=0.98
接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
[σH]1=0.95×600MPa=570MPa
[σH]2=0.98×550MPa=539MPa
[σH]=（[σH]1+[σH]2）/2=554.5MPa
1） 試算小齒輪的分度圓直徑
（3.7）
代入數(shù)值解得=207.1mm
其中T=2.09N·m （3.8）
2） 小齒輪圓周速度
（3.9）
3） 計(jì)算齒寬b及模數(shù)
b=
h=2.25=2.25×40.142mm=9.32mm
b/h=8.9
4） 計(jì)算載荷系數(shù)K
已知載荷平穩(wěn)，所以取
KA =1.25
根據(jù)v=0.071m/s，7級(jí)精度，動(dòng)載系數(shù)
KV=1.00
查表得：
KHβ=1.445
KFΒ=1.40
KHα=KFα=1.4
故載荷系數(shù)
5) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑，
（3.10）
6） 計(jì)算模數(shù)
= （3.11）
=12mm
Ⅱ 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（3.12）
1） 計(jì)算載荷系數(shù)
2） 查取齒型系數(shù)
YFa1=2.80
YFa2=2.220
3）查取應(yīng)力校正系數(shù)
YSa1=1.56
YSa2=1.77
4） 計(jì)算[σF]
σF1=500MPa
σF2=380MPa
KFN1=0.95
KFN2=0.98
[σF1]=339.29MPa
[σF2]=266MPa
5） 計(jì)算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大。
6）計(jì)算模數(shù)
=7.78 =8
3.3.3 幾何尺寸計(jì)算
1） 計(jì)算中心距
（3.13）
取=27
=μ=4×27=108 （3.14）
由此得中心距
（3.15）
a圓整后取540mm
2） 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
=·=27×8=216mm
=·=108×8=864mm
3） 計(jì)算齒輪寬度
（3.16）
大齒輪齒厚 B1=90mm
小齒輪齒厚 B2=85mm
3.3.4 大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)
已知：
α=20o
齒頂高
=m=8×1mm=8mm （3.17）
齒根高
=×（1+0.250）mm=10mm （3.18）
齒全高
h=+=8+10=18mm （3.19）
大齒齒頂圓直徑
==864+2×8=880mm （3.20）
大齒齒根圓直徑
==864－2×10=844mm （3.21）
由α=20o查得
跨側(cè)齒數(shù)
K=15
公法線(xiàn)長(zhǎng)度
ω=44.649
當(dāng)量齒數(shù)系數(shù) 1.090
3.4 主傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
由于此軸為主傳動(dòng)軸，承受的載荷在整個(gè)機(jī)構(gòu)中幾乎是最大的。為了減輕機(jī)構(gòu)的重量，并且提高該軸的強(qiáng)度，把此軸設(shè)計(jì)為空心的軸。初設(shè)該軸的最小外徑為160mm。
壁厚δ=30mm。
圖3.8 軸的結(jié)構(gòu)示意圖
所受力矩
T=9550000P/n=1520kN·m
大齒輪分度圓直徑
d=576mm
大齒輪所受切向力
Ft=2T/d=5277.78N
徑向力為：
Fr=Ft×tanα=5277.8×tan20N=1920.95N
軸向力為：
Fa=Ft/cosα=5616.59N
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 擬定軸上零件的裝配方案
1. AB段軸用于安裝軸承61832，故取直徑為160mm。
2. BC段軸肩用于固定軸承，查手冊(cè)得直徑為170mm。
3. CD段為大齒輪，外徑864mm。
4. DE段安裝套筒和軸承NU1010，直徑為200mm。
2） 確定軸的各段長(zhǎng)度
1. AB段長(zhǎng)度為254mm，安裝兩個(gè)軸承61832，起穩(wěn)固作用。
2. BC段考慮到相對(duì)位置，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為42mm。
3. CD段為大齒輪，大齒輪齒寬為90mm，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為138mm。
4. DE段考慮到各個(gè)零件的相對(duì)位置，便于安裝，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為123.5mm。
5. EF段是傳動(dòng)軸與支撐柱體之間的間隔，兩部分焊接成一個(gè)整體，預(yù)留156.5mm的長(zhǎng)度。
3.4.2 校核軸的疲勞強(qiáng)度
判斷危險(xiǎn)截面：
由于截面CD處直接承受齒輪所傳遞的載荷，所受載荷最大，直徑較小，所以判斷CD截面為危險(xiǎn)截面
截面D右側(cè)
d=190mm
d1=100mm
軸的抗彎截面系數(shù)
W=
=0.1×0.19 3×（1－）
=633×
其中
M=1347.98N·m
T=9550000×2.2/2.5M=840N·m
截面上的彎曲應(yīng)力
（3.22）
截面上的切應(yīng)力為
（3.23）
（3.24）
由于軸選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，所以
， ，
1） 綜合系數(shù)的計(jì)算
軸肩形成的應(yīng)力集中為：
，
軸的材料敏感系數(shù)為：
，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
（3.25）
（3.26）
查得尺寸系數(shù)為
扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為
軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為
軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即，則綜合系數(shù)值為：
（3.27）
（3.28）
2） 碳鋼系數(shù)的確定
碳鋼的特性系數(shù)取為，
3） 安全系數(shù)的計(jì)算
軸的疲勞安全系數(shù)為
（3.29）
（3.30）
（3.31）
因此，軸的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。
3.5 軸承和鍵的選擇
AB段軸選用深溝球軸承61832；
DE段軸選用圓柱滾子軸承NU1010；
由于軸的直徑為190mm，選擇的鍵型號(hào)（A型）為：
鍵45×110 GB/T 1.96﹣2003
3.6 電氣滑環(huán)
為了能夠使本鋼包加蓋裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)控制，在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)電氣滑環(huán)。
電氣滑環(huán)屬于電接觸滑動(dòng)連接應(yīng)用范疇，它又稱(chēng)集電環(huán)、或稱(chēng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)電氣接口、滑環(huán)、集流環(huán)、回流環(huán)、線(xiàn)圈、換向器、轉(zhuǎn)接器，是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖像、數(shù)據(jù)信號(hào)及動(dòng)力傳遞的精密輸電裝置。特別適合應(yīng)用于無(wú)限制的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場(chǎng)所。
精密電氣滑環(huán)屬于高科技產(chǎn)品，一直以來(lái)被應(yīng)用于尖端軍事領(lǐng)域，是各種精密轉(zhuǎn)臺(tái)、離心機(jī)和慣導(dǎo)設(shè)備的關(guān)鍵器件。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，民用領(lǐng)域也越來(lái)越多的涉足使用此類(lèi)產(chǎn)品，用于工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)控制中。在國(guó)外先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家，該類(lèi)產(chǎn)品已逐漸由軍用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為民用產(chǎn)品，近幾年已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)，被廣泛應(yīng)用于安防、工廠(chǎng)自動(dòng)化、電力、金融、儀表、航空、軍事、運(yùn)輸、建筑等機(jī)電設(shè)備上。
結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)大半個(gè)學(xué)期的工作，本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題已經(jīng)基本完成。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和所畫(huà)的圖紙，還有同組的胡星同學(xué)的設(shè)計(jì)，可以得到一個(gè)完整的鋼包加蓋裝置。
我所設(shè)計(jì)的鋼包加蓋裝置總體布置及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能。
1. 揭蓋功能：當(dāng)操作臂接近鋼包時(shí)，在操縱臂上的接近開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)到信號(hào)，此時(shí)吊鉤液壓缸工作，將吊鉤放進(jìn)鋼包蓋的耳環(huán)中，再由舉升液壓缸將鋼包蓋提起，同時(shí)吊鉤液壓缸停止工作。
2. 轉(zhuǎn)動(dòng)功能：當(dāng)鋼包蓋升到一定角度，剛包加蓋裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電氣滑環(huán)開(kāi)始檢測(cè)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止工作。
3. 加蓋功能：當(dāng)操縱臂上的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到鋼包在放蓋范圍內(nèi)時(shí)，由舉升液壓缸將鋼包蓋放下，并調(diào)整好位置，然后吊鉤液壓缸開(kāi)始工作，將吊鉤從鋼包蓋中取出。
由于本人的知識(shí)水平有限，時(shí)間也比較緊迫，所設(shè)計(jì)的裝置在某些地方還不夠完善，可能還有錯(cuò)誤的地方，懇請(qǐng)讀者能夠提供寶貴的批評(píng)和改正意見(jiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]陳道南等編.起重運(yùn)輸機(jī)械.冶金工業(yè)出版社,1988
[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-83）.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1984
[3]起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組編.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1979
[4]東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）.中冊(cè).冶金工業(yè)出版社,1987
[5]陳道南等編.起重機(jī)課程設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社.2000
[6]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4版） .北京化學(xué)工業(yè)出版社,2002
[7]張昌富，葉伯英主編.冶煉機(jī)械.北京；冶金工業(yè)出版社，2006
[8]嚴(yán)大考，鄭蘭霞主編.起重機(jī)械.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003
[9]廖漢元，孔建益主編.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[10]黃華清.軋鋼機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.350～380
[11]劉鴻文主編.材料力學(xué)（第4版）.高等教育出版社,2004
[12] 濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006
[13]唐增寶，常建娥主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社,2006
[14]谷式強(qiáng)主編.冶金機(jī)械的安裝與維修.冶金工業(yè)出版社,1995
[15]H.H.Mabie&F.M.Ocvik.Mechanisms and Dynamics of Machinery.John Wiley and Sons.1975
[16]H.A.Rothbart.cams.John Wiley and sons ,1956
[17]F.Y.Chen.Mechanics and Desigh of Cam Mechnisms.Pergamon Press 1982
[18]H.H.Ryffel..Mechnery’s Hand book (22 nd Edition ).New York:Industrail Press,1984
[19]A.H.Seni.Mechaism Synthesis and nalysis.MCgraw-Hill Book Conpany,1974
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成,離不開(kāi)同學(xué)和老師的悉心幫助.
首先要感謝指導(dǎo)老師鐘東階老師的細(xì)心教誨,正是他的博學(xué)和指點(diǎn),使我有了設(shè)計(jì)靈感,并指引我走向正確的設(shè)計(jì)方向.這個(gè)課題對(duì)我來(lái)說(shuō)比較陌生,之前并沒(méi)接觸類(lèi)似的設(shè)備,在心里并沒(méi)有鋼包加蓋裝置的結(jié)構(gòu)概念,在自己摸索了幾天后,對(duì)它的結(jié)構(gòu)仍然比較生疏,這對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是比較致命的,如果不能清晰認(rèn)識(shí)設(shè)備的功能和結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)將無(wú)從下手.就在百愁莫展時(shí),鐘老師的耐心講解,使我對(duì)鋼包加蓋裝置有了比較感性的認(rèn)識(shí),之后,鐘老師又找來(lái)相關(guān)圖紙給我參考,在鐘老師的指點(diǎn)下,我終于對(duì)設(shè)計(jì)課題有了全面認(rèn)識(shí),并尋找到了突破口.在此,再次感謝鐘老師的教導(dǎo).
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲,作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。理論計(jì)算一直的我的弱項(xiàng),在這個(gè)過(guò)程中多虧了同學(xué)不斷對(duì)我的計(jì)算進(jìn)行檢查指點(diǎn),才最終使計(jì)算滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求.在后期的制圖過(guò)程中,由于對(duì)軟件不熟悉,經(jīng)常出現(xiàn)制圖錯(cuò)誤,后來(lái)時(shí)間緊迫,多虧了有同學(xué)們?cè)谝慌詭兔?才使工作進(jìn)度得以保證。在此感謝同一小組的同學(xué)們，有了你們的幫助，我不僅提前完成了設(shè)計(jì)，而且學(xué)到了好多東西。
設(shè)計(jì)的完成離不開(kāi)老師同學(xué)的幫助,感謝你們對(duì)我?guī)椭?同時(shí)也感謝授予我專(zhuān)業(yè)知識(shí)的老師們,再次謝謝你們!最后我還要感謝機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院和我的母校武漢科技大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的栽培。
收藏