液壓橫移式加熱爐出鋼機設計含9張CAD圖
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中文摘要
液壓橫移式加熱爐出鋼機設計
摘 要
隨著現(xiàn)代科學技術的進步，市場競爭日趨激烈，如今鋼鐵行業(yè)受國際形勢影響也不景氣，國內鋼鐵行業(yè)正面臨著重組與改革，自動化程度高、設備先進、生產規(guī)模大的鋼鐵企業(yè)在場這競爭中的優(yōu)勢體現(xiàn)了出來。
論文首先討論了出鋼機設備主的主要形式和結構，闡述了橫移式出鋼機的工作原理及工作過程。在設計過程中，對主要的部件做了合理的選用，例如：傳動系統(tǒng)設計中電動機及減速器的計算和選用、分速箱的設計計算、聯(lián)軸器的選擇、水冷卻推桿和液壓系統(tǒng)的設計等等，同時對主要零件進行強度校核，包括壓輥和傳動軸分速箱中齒輪、軸的強度校核。以便達到最佳的經濟效益和工作效率。
關鍵詞：出鋼機 液壓系統(tǒng) 橫移 冷卻
Ⅰ
英文摘要
ABSTRACT
With the progress of modern science and technology, the increasingly fierce market competition, the steel industry is now subject to the impact of the international situation recession, the domestic steel industry is faced with restructuring and reform, a high degree of automation, advanced equipment, production of iron and steel enterprises large-scale presence of the competition the advantage of out.
Paper first discusses the tapping equipment of the main forms and the main structure, on a steel transferring the working principle and working process. In the design process, the main components have done a reasonable choice, for example: the design of motor drive system and the calculation and selection of reducer, sub box design speed, the coupling of the choice of putting water cooling and hydraulic system design, etc. At the same time, the main strength checking parts, including the pressure roller and the drive shaft sub-speed gear box, check the intensity axis. In order to achieve the best value for money and efficiency.
Keywords: cross pusher；Hydraulic System；transverse moving；Cooling
Ⅱ
目錄
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
1緒 論 1
1.1 出鋼機的形式種類與發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 本課題研究的意義 3
2出鋼機方案確定 4
2.1 出鋼機的結構及工作原理 4
2.2 出鋼機主要裝置形式的選擇及原因 4
3出鋼機結構設計計算 6
3.1 主傳動裝置設計方案的確定 6
3.2 電動機的選擇 6
3.3 減速器的選用 6
3.4 分速箱的設計 9
3.5 壓輥的設計計算 12
3.6 推桿的設計計算 14
3.7 聯(lián)軸器的選擇 16
3.8 制動器的選擇 17
3.9 出鋼機橫移機構的設計 18
4結 論 31
參考文獻 32
致 謝 33
附錄1 圖紙
重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 1 緒論
1 緒論
1.1 出鋼機的形式種類與發(fā)展現(xiàn)狀
1.1.1 出鋼機的形式種類
按照加熱爐端出料形式來分，可分為低位出鋼機和高位出鋼機。國內現(xiàn)有的加熱爐端出料方式均為低位機械出鋼機，少數(shù)企業(yè)使用高位出鋼機，。高位出鋼機采用梁式起重機與叉車相組合并配備一些特有的結構，水平運動的大小車驅動采用電動機帶動立式減速機，其輸出軸帶動圓柱齒輪與固定在梁下面的齒條嚙合完成大小車的走行任務。
按動力類型分又可以分為機械型和液壓型二種，機械出鋼機有很多種類，有齒輪齒條式出鋼機，摩擦式出鋼機，鏈條式出鋼機，鋼絲滾筒式出鋼機等。
以下分別為一種機械型和一種液壓型出鋼機的結構形式
（1）鋼絲滾筒式出鋼機，其結構形式如圖1.1所示：
圖1.1鋼絲滾筒式出鋼機
工作特點：采用鋼絲繩卷揚牽引，拉動推桿前后運動，本機具有使用噪音低，耗電量小，安裝簡單，維護成本低等優(yōu)點。
（2）液壓出鋼機，其結構形式如圖1.2所示：
圖1.2 液壓出鋼機
工作特點：
本機采用全液壓控制，具有使用噪音低，耗電量小，安裝簡單，維護成本低等優(yōu)點，是原絲桿型，齒條型推鋼機的替代產品。
性能特征：
（1）、采用的動力源為液壓式，其工作平穩(wěn)，無沖擊力，無振動，所以安裝基礎要求比老式機型必須有特別堅固的基礎要求低，且安裝簡易，周期短。
（2）、推動部件為液壓油缸，配兩根支承導向桿。具有承載負荷大，運行穩(wěn)定，推力大小可調，易損件為軟密封圈其維護成本低廉，拆裝方便等優(yōu)越性。
1.1.2 出鋼機的發(fā)展狀況
傳統(tǒng)的出鋼機的出料形式為低位出鋼，2005年，國內首臺板坯高位出鋼機在馬鞍山鋼鐵股份有限公司正式投運。此舉標志著困擾了中板生產線30年的出鋼時鋼坯下表面劃傷而影響質量的重大難題得到徹底根治，解決了鋼坯下表面劃傷，導致鋼板表面產生翹皮、結疤等現(xiàn)象，改善了鋼坯的表面質量。
在各行各業(yè)的生產過程中，隨著自動化程度的提高，對現(xiàn)場控制信號精度要求也越來越高。而現(xiàn)代化的軋鋼廠，利用PLC控制變頻器來調整加熱爐出鋼機系統(tǒng)的應用正越來越廣泛。傳統(tǒng)的軋鋼廠加熱爐出鋼機控制系統(tǒng)一般均采用電磁接觸器來控制電動機的反轉，起動時加頻敏電阻及電磁能耗制動等控制方式，以上起動方式在電動機起動過程中由于起動轉矩大，導致電動機起動電流過大，極易使設備損壞，而且電動機頻繁起動、制動。會消耗大量的電能，再加上電磁控制系統(tǒng)故障率高，給維護人員也會帶來大量工作，最終影響生產。而大功率變頻器的出現(xiàn)，它所具有的軟啟動待性、系調調速特性，強大的電子保護功能，及多種組合控制功能也引起了眾多現(xiàn)代化軋鋼廠的注意。目前在現(xiàn)代化的軋鋼廠，利用PLC控制變頻器來調整加熱爐出鋼機系統(tǒng)的應用正越來越廣泛。
1.2 本課題研究的意義
出鋼機是冶金軋鋼行業(yè)，加熱爐區(qū)的機械設備之一。出鋼機一旦出現(xiàn)問題，整條連軋線將會停止生產，所以出鋼機是軋制線上的重要生產設備；降低出鋼機的故障時間和延長設備的使用壽命對生產是十分有益的。隨著現(xiàn)代冶金企業(yè)連鑄連軋技術的發(fā)展，其對設備正常運行的要求也越來越高，所以設計合理的設備是非常必要的。
對于本課題的研究，需要瀏覽大量的書刊，查閱相關的資料，可以豐富自己知識，提高對問題的解決能力，同時可以檢驗大學四年的學習收獲，認清自己的能力，為以后進入企業(yè)工作打下基礎。
33
重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 出鋼機方案確定
2 出鋼機方案確定
2.1出鋼機的結構及工作原理
機械型出鋼機由電機、減速機及機械傳動部分、殼體等組成，其主要特點是推行平穩(wěn)，推力大。液壓型出鋼機由液壓油缸、液壓泵站、平衡推桿及底座等組成。其主要特點是：結構簡單、推力大、造價低。
出鋼機分為橫移式和非橫移式出鋼機，橫移式出鋼機有縱向驅動部分和橫向驅動部分，而非橫移式出鋼機只有縱向驅動部分，縱向驅動部分主要控制推桿的運動；橫向驅動部分主要功能是調節(jié)推頭所指的橫向位置。
根據(jù)設計要求，需要橫移出鋼機調節(jié)位置推出鋼坯，其工作過程為：在連軋工藝中，出鋼機將鋼坯不斷地推出加熱爐，使鋼坯進入軋制狀態(tài)。例如某廠加熱爐設備，位于爐后的出鋼機將鋼坯一個接一個地推出加熱爐，當軋制其他尺寸的鋼坯或者推鋼機速度放慢時，最后一根需要推出的鋼坯位置發(fā)生變化。因此為了能夠準確的推出鋼坯需要將出鋼機進行橫移，推桿對準鋼坯后將其推出。出鋼機在推進時出鋼機不能推入鋼坯，否則可能發(fā)生鋼坯移位，推出了其他的鋼坯或者同時推出了兩根鋼坯，可能對出鋼機和軋鋼機產生損壞，影響到整個生產線的生產。在出鋼機推桿返回時，推鋼機可以往加熱爐推入鋼坯。
2.2出鋼機主要裝置形式的選擇及原因
在橫向驅動部分本人將選擇機械摩擦式推動頂桿的方式而否定液壓推動的方式理由有以下幾點：
1）液壓推動受其行程的限制而摩擦式不會受到限制；
2）摩擦式出鋼機頂桿冷卻方式簡單、有效而液壓推桿冷卻方式較為復雜；
3）摩擦式出鋼機頂桿損壞后更換更簡單。
橫向驅動部分將選擇液壓橫移方式，其優(yōu)點有：
1）縱向驅動部分選擇了機械摩擦式，若橫移選擇了機械方式將會增加制作成本及復雜程度；
2）液壓機構體積小，占地面積也小，設備成本也低；
3）液壓機構運行穩(wěn)定性好，運行精確，操作簡單方便，受外界干擾影響小。
2.1液壓橫移式出鋼機簡圖
液壓橫移式加熱爐出鋼機如圖2.1所示，根據(jù)分析來看，這種液壓橫移式加熱爐出鋼機實用性強，可靠性也更高。在綜合情況考慮下，這種形式的出鋼機也更能受到企業(yè)的青睞，相信會給企業(yè)帶來很大的效益。
重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 3 出鋼機結構設計計算
3 出鋼機結構設計計算
3.1主傳動裝置設計方案的確定
設計條件為：
1）坯料尺寸：150×150×9700mm；
2）鋼坯重量：1.17t；
3）出爐速度：0.5m/s；
4）出爐條數(shù)：單條；
5）最大橫移距離：450mm；
3.2電動機的選擇
加熱爐中鋼坯與加熱爐底的摩擦系數(shù)為0.6～1，取摩擦系數(shù)為0.8
齒輪的傳動效率為
軸承的傳動效率為
聯(lián)軸器的傳動效率
根據(jù)設計方案，總的傳動效率
正常操作時推桿只推一根鋼坯，但考慮到鋼坯之間可能粘連，出鋼機應能夠推動兩根鋼坯，在推出兩根鋼坯的條件下，推桿需要的推力為：
所以電機的功率為：
選擇電機的型號為YZR200L-6型，具體參數(shù)如表3.1所示：
表3.1 YZR200L-6型電動機技術數(shù)據(jù)
S5
150次/h
Fc= 25%
額定功率
轉速
21Kw
965r/min
3.3、減速器的選用
推桿的速度為 0.5m/s,推桿與壓輥的接觸點距離壓輥中心線為100mm
壓輥的轉速
所以減速器的減速比
選用標準減速器ZLY型減速器，具體參數(shù)如表3.2所示：
表3.2 ZLY型減速器規(guī)格參數(shù)
規(guī)格
公稱傳動比
公稱輸入轉速
公稱輸出轉速
輸入功率(Kw)
160
20
1000
50
27
3.4、分速箱的設計
3.4.1 齒輪設計計算
由于漸開線圓柱齒輪的傳動功率和速度可以很大，效率高，對中心距的敏感性小，裝配維修方便，所以在攪拌機的改進設計中，用兩個相同的漸開線圓柱齒輪來實現(xiàn)兩軸的同速反向旋轉。
1）要確定分速箱內齒輪的中心距就要首先確定推桿和壓輥的形狀尺寸，其尺寸結構如圖3.1所示：
圖3.1 壓輥中心距尺寸
根據(jù)圖可以算出分速箱的中心距
減速箱輸出軸的功率
減速箱齒輪的轉速
2）選定齒輪類型、精度等級，材料及齒數(shù)
① 確定傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動
② 由于分速箱齒輪用于一般性工作和噪聲要求不高的齒輪，受載低于計算載荷的傳動齒輪，圓周速度的直齒輪，故選用7級精度。
③ 材料選擇。一般傳遞功率大，工作速度較低，周圍環(huán)境粉塵含量高，齒輪材料選擇鑄鋼或鑄鐵，查表選40Cr調質處理的材料，硬度為280HBS。
④ 選齒輪齒數(shù)Z=30
3）確定公式內的各計算數(shù)值
計算齒輪傳遞的載荷
查表選取齒寬系數(shù)0.8
4）計算
①計算圓周速度
②計算齒寬b
③計算齒寬與齒高比
模數(shù)
齒高
3.4.2 齒輪強度校核
載荷系數(shù)K的確定
根據(jù)齒輪的傳動情況，由《機械設計》[1]表10-2取其使用系數(shù)KA=1.25；
由齒輪的轉速
由圖10-8查得，動載荷系數(shù)=1.08；直齒輪，；由表104用插值法查得7級精度，齒輪相對支承對稱布置時，
由，查圖10-13得；故得載荷系數(shù)
①查表得材料的彈性影響系數(shù)，查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=1.81.8
②按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞極限
③假設分速箱工作壽命10年（設每年工作300天），三班制，則齒輪的應力循環(huán)次數(shù)
④取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN =0.90
⑤計算接觸疲勞許用應力
取失效概率1%，安全系數(shù)S=1.3，計算得：
觸疲勞壽命系數(shù)
所以,強度足夠.
3.4.3 分速箱輸入軸的設計
（1）按扭轉強度條件計算軸的最小直徑
由于碳鋼比合金鋼低廉,對應力敏感性較差,故選用45鋼,做調制處理。軸的扭轉強度條件為
式中：
——扭轉切應力，MPa；
T——軸所受的扭矩，N·mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉速，r/min;
P——軸傳遞的功率，
d——計算截面處軸的直徑，mm；
——許用扭轉切應力，MPa 。
由上式可得軸的直徑
其中軸傳遞的功率
軸的轉速
軸的扭轉切應力
∴軸的直徑為
1、 按彎扭合成強度條件計算
（1） 做出軸的計算
軸的受力簡圖如3.2所示
圖3.2 軸的受力簡圖
（2） 做出彎矩圖
根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產生的彎矩，并按計算結果分別做出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩MV圖，然后按下式計算總彎矩并做出M圖
圖中
其中為齒輪嚙合角，
垂直方向的彎矩
水平方向的彎矩
所以總彎矩
（3）做出扭矩圖
軸所受的彎扭矩如圖3.3所示
圖3.3 軸的彎扭矩圖
（4）軸的強度校核
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面做彎矩合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力，通常由彎矩所產生的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力，故取為1。
對于直徑為的圓軸，彎曲應力為，扭轉切應力
將
式中：——軸的計算應力，；
——軸所受的彎矩，N.mm；
——軸所受的扭矩，N.mm；
——軸的抗彎截面系數(shù)，；
計算得
（5）軸的結構設計
軸的結構尺寸如圖3.4所示
圖3.4 軸的結構尺寸
在不考慮公差配合下計算出各軸的基本尺寸，連接減速箱輸出軸的分速箱軸徑d1=70mm,根據(jù)公式軸肩高度，可確定各部分軸端面直徑。
,根據(jù)聯(lián)軸器的安裝形式取長度
,取長度
由于此處安裝軸承和軸套，軸承的內徑為95mm,所以取
,由于此處安裝齒輪，齒寬為260mm,齒輪需要用軸套來定位，所以取
，
3.5 壓輥的設計計算
3.5.1 壓輥的材料及制造方法
用球墨鑄鐵制造壓輥，鑄鐵壓輥硬度高，表面光滑、耐磨，制造過程簡單且價格便宜，壓輥的制造方法為：采用離心制造工藝，將金屬液注入模型中，在離心的作用下逐漸凝固成型。
3.5.2壓輥的形狀尺寸
壓輥是出鋼機的重要組成部分，依靠壓輥的摩擦力實現(xiàn)推桿的往復運動，使得鋼坯從加熱爐推出。
壓輥尺寸極其結構示意圖如圖3.5所示：
圖3.5 壓輥的結構尺寸
尺寸設計依據(jù)是根據(jù)推桿推鋼速度以及軸肩高度公式
3.5.2壓輥的校核
圖3.6 壓輥的受力簡圖
圖3.6為壓輥的受力簡圖，通常對于輥身只計算彎曲應力，對于傳動端軸頭只計算扭轉應力。
輥身的校核
推桿的推力（前面選電機時已算出）
單個壓輥的推力為
壓輥的預緊力（為鑄鐵與鋼的滾動摩擦系數(shù)）
水平方向的彎矩
垂直方向的彎矩
總彎矩
根據(jù)軸的彎矩合成條件
滿足條件。
傳動端端頭的校核
軸的扭轉強度條件為
可得軸端直徑滿足條件。
3.6 推桿的設計計算
3.6.1 推桿的工作情況
出鋼機分為縱向驅動部分和橫向驅動部分。縱向驅動部分主要控制推桿的運動；橫向驅動部分主要功能是調節(jié)推頭所指的橫向位置。其中推桿利用冷卻水冷卻，推桿的最大推力為3.52t，推桿行程12m，推桿速度0.5m／s。出鋼機主要是靠推桿的正常運動來實現(xiàn)出鋼。
出鋼機縱向驅動部分示意簡圖如圖3.7所示。
圖3.7 出鋼機的縱向驅動簡圖
3.6.2 推桿的結構尺寸設計
推桿工作時需要進入加熱爐把紅熱的鋼坯推出，鋼坯長為9.71m，假設加熱爐寬10m，因此推桿在加熱爐中運動的最長時間，可見時間是相當長的，加熱爐爐溫有將近，因此推桿需要水冷卻，否則將會軟化變形，無法正常推出鋼坯。
冷卻推桿，需要將冷的水輸入，熱的水排出，因此推桿內設計成單向通路，水可以不斷的輸入和排出。
推桿內部的結構示意圖如圖3.8所示，黑色箭頭代表水流動方式。
圖3.8 推桿的內部結構示意圖
推桿和通水管的選用
鋼管使用時經常處于高溫條件，管子在高溫煙氣和水蒸氣的作用下，會發(fā)生氧化和腐蝕。要求鋼管具有高的持久強度，高的抗氧化腐蝕性能，并有良好的組織穩(wěn)定性，因此選用推桿選用高壓鍋爐用無縫管。
規(guī)格及外觀質量：GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》熱軋管的外徑22～530mm，壁厚20～70mm不等。冷拔(冷軋)管外徑10～108mm，壁厚2.0～13.0mm不等。
鍋爐管采用鋼號：
（1）優(yōu)質碳素結構鋼號有 20G、20MnG、25MnG。
（2）合金結構鋼鋼號15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB等
物理性能實驗：
GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》規(guī)定。水壓試驗和壓扁試驗與GB3087-82規(guī)定相同；沖擊試驗按GB229-94。
推桿的尺寸為外徑140mm，壁厚35mm,長度為15mm。
通水管的尺寸為外徑40mm,壁厚5mm,長度為15mm。
通水管的安裝方式
通水管的安裝方式如圖所示，通水管前后兩端各焊接一塊圓形鋼板，將兩個圓形鋼板焊入到推桿中去，前端鋼板與推頭后端留有50～100mm的間隙，為了能夠通排水，前端鋼板上開若干孔，孔的總面積必須大于或等于通水管的內徑的截面積，出水口的面積也必須滿足這樣的條件。
推頭的設計
推桿推頭每推出一根鋼坯，就要撞擊一次熱透的1.71t的鋼坯，推頭要承受很大的沖擊，因此選用合適的推頭能減少維修率。
推頭材料選用鋼，鋼的特點：強度高，硬度高，塑性變形率低。
推頭的形狀尺寸如圖3.9所示：
圖3.9 推頭的尺寸
推頭前端端面尺寸為，厚度為100
推頭后端為尺寸的圓面，厚度為，將推桿前端倒角，推頭后端放入推桿孔內進行焊接。
3.7 聯(lián)軸器的選擇
3.7.1連接電機與減速器的聯(lián)軸器選擇
選用LH型彈性柱銷聯(lián)軸器，彈性柱銷聯(lián)軸器結構簡單，制造容易，裝拆更換方便。不需潤滑，并有較好的耐磨性。其結構尺寸如圖3.10所示：
圖3.10 LH型彈性柱銷聯(lián)軸器結構尺寸
已知電機輸出軸直徑為60mm,減速器輸入軸直徑為32mm，無法找到相匹配的聯(lián)軸器，為非標準件，因此需要對聯(lián)軸器進行設計，改選后聯(lián)軸器的基本參數(shù)和主要尺寸為：
軸孔直徑：
軸孔長度：
3.7.2 連接減速器和分速箱的聯(lián)軸器選擇
已知減速器輸出軸的直徑為75mm,分速箱輸入軸直徑為70mm,查《機械設計手冊》[14]，可使用LH7型彈性柱銷聯(lián)軸器，基本參數(shù)和主要尺寸如下：
公稱轉矩：6300
許用轉矩：2240
軸孔直徑：
軸孔長度：
D=320mm, l=112mm
3.7.3 連接分速箱和壓輥的聯(lián)軸器選擇
選用萬向聯(lián)軸器，因為在生產中，由于壓輥和推桿之間的摩擦會造成磨損
從而導致頂桿與壓輥的打滑，為了保證推桿足夠的推力，需要有壓緊裝置來對壓輥進行調整，這樣就會使分速箱軸與壓輥軸產生偏移，為此選擇的聯(lián)軸器能使軸有一定的徑向位移，因此選擇十字萬向聯(lián)軸器。
選用SWP型十字軸式萬向聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器徑向外形尺寸小，緊湊，維修方便，傳遞轉矩大，傳動效率高使用壽命長，噪聲低，能傳遞空間兩相交軸之間的傳動，兩軸之間的夾角大。主要適用于軋制機械，起重運輸機械，工程機械、礦山機械、石油機械及其它重型機械。
SWP型十字軸式萬向聯(lián)軸器的選擇計算
聯(lián)軸器的理論轉矩為，查《機械設計手冊》選擇SWP225型萬向聯(lián)軸器。
3.8 制動器的選擇
制動器是用于機構或機器減速或其停止的裝置。有時也用作調節(jié)或限制機構或機器的運動速度。它是保證機構或機器正常安全工作的重要部件。
出鋼機工作時要求推桿推出鋼坯后及時停止，然后推桿返回等待推下根鋼坯，推桿質量和慣性校大，因此需要制動器來制動。
計算電機轉矩
電機的負載轉矩
—— 電動機軸上的負載轉矩；
—— 生產機械的負載功率；
—— 傳動機構的傳動效率；
—— 電動機軸的角速度
所以
因此選擇YWA型電力液塊式制動器，制動器規(guī)格為400～1250，額定退距為1.25，額定制動轉矩為1800N.m ，基本尺寸參照《機械設計手冊》[14]。
3.9出鋼機橫移機構的設計
出鋼機的橫移機構包括橫移車輪和液壓橫移系統(tǒng)
3.9.1 橫移車輪的設計計算
車輪與軌道是出鋼機的主要運行支承裝置，其特點是承載能力大，運行阻力小，制造和維護費用低，踏面起支承作用。
車輪一般用ZG340-640制造，對于輪壓大的車輪可用ZG50SiMn,ZG65Mn等合金鋼鑄造。為了提高車輪的使用壽命，車輪踏面和輪緣內側應進行熱處理，表面硬度應達到H300～380。對于淬硬層的深度應大于15～20mm。
選用橋式起重機小車車輪作為出鋼機橫移車輪。
A、輪壓
輪壓是指車輪對軌道的壓力，通常在設計小車是應盡量使車輪輪壓相等，在初步計算時，小車的輪壓可取平均值。
P為車輪平均輪壓，G為出鋼機自重，n為車輪個數(shù)。
B、車輪的選擇
直徑是車輪的主要幾何參數(shù)，通常由軌道基礎的承載能力所允許的最大輪壓確定。出鋼機車輪直徑可根據(jù)起重量按表3.3所示，然后進行強度校核。
表3.3 橋式起重機小車車輪直徑
重量（t）
5
8
12.5
20
32
50
小車車輪直徑（mm）
200
250
315
315
400
500
根據(jù)上表初選車輪直徑為200mm
C、車輪踏面疲勞計算
按赫茲彈性接觸理論計算車輪踏面疲勞強度。根據(jù)踏面和軌道頂面形狀不同，車輪與軌道分為線接觸和點接觸。根據(jù)實際情況校核車輪與軌道的線接觸情況。
車輪曲率半徑，軌道的曲率半徑，車輪與軌道的彈性模量，泊桑比代入赫茲接觸切應力公式，整理得：
令，則
上式由車輪和軌道靜止接觸時導出，引入與壽命有關的轉速系數(shù)和工作級別系數(shù)。于是，車輪與軌道接觸時車輪踏面的疲勞計算載荷應滿足下式：
式中 P——車輪踏面疲勞計算載荷
——轉速系數(shù)
——運行機構工作級別系數(shù)
——與車輪材料有關的許用線接觸應力常數(shù)
——車輪與軌道的有效接觸長度
——車輪直徑
，滿足條件。
3.9.2 液壓橫移系統(tǒng)的設計
圖3.11 出鋼機橫移機構簡圖
一、設計依據(jù)
如圖所示，出鋼機工作平臺運用液壓傳動，其工作循環(huán)為：快速推進，快速回退。給定條件：
①工作臺自重約為4t,車輪與車軌的摩擦系數(shù)
②快速推進 總行程：
勻速段速度：
③快速回退 總行程：
勻速段速度：
啟動，制動的時間均為0.5S
二、工況分析
（1）運動分析
首先分析各變速階段的加速度和位移。
①啟動 加速度：
位移：
②制動 加速度：
位移：
③反向啟動 加速度：
位移：
④反向制動 加速度：
位移：
速度和位移分析由表3.4所示
表3.4 液壓缸的速度和位移
工況
位移/mm
速度（）
啟動
0→150
勻速推進
150
制動
150→0
反向啟動
0→100
勻速回退
100
反向制動
100→0
（2）負載分析
工作平臺水平進退運動，由于使用液壓同步回路，兩個液壓缸的工作負載不同，現(xiàn)求單個液壓缸實現(xiàn)平臺移動的情況。
①工作負載
②慣性負載
啟動時：
制動時：
反向啟動時：
反向制動時：
三、初步擬訂液壓系統(tǒng)原理圖
擬訂液壓系統(tǒng)圖時，主要考慮以下幾點：
（1）執(zhí)行元件選擇
橫移平臺做水平進退運動，總行程只有450mm,行程負載不大，速度相對校慢，故可選用單桿液壓缸。
（2）調速方式
工作平臺橫移時，功率不大，進退速度穩(wěn)定，無需調速。
（3）供油方式
使用分流閥同步回路，用分流閥供給兩個液壓缸，在它們承受不同載荷的情況下仍能保證其執(zhí)行元件同步，其同步精度約為2%～5%。
（4）換向、卸荷及安全保護
用三位四通H型電磁換向閥換向，在液壓泵旁邊并聯(lián)一個減壓閥起保持壓差作用，使液壓缸輸出的壓力基本保持恒定。在油箱上串聯(lián)一個減壓閥可使出油口有恒定的壓力值。
擬定出的出鋼機液壓系統(tǒng)圖，
圖3.12 出鋼機液壓系統(tǒng)圖
四、初步確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
（1）確定液壓缸工作壓力
通常，執(zhí)行元件的工作壓力是指元件的輸入壓力。由于主機的性能和使用場合不同，執(zhí)行元件的工作壓力也不盡相同。執(zhí)行元件的工作壓力是設計液壓系統(tǒng)時由設計者自行選定的。工作壓力選的越低，執(zhí)行元件的容量越大，即尺寸大、質量大，系統(tǒng)所需的流量也大，但對液壓元件的制造精度與密封要求較低；壓力選的越高，則與上相反。因此，執(zhí)行元件工作壓力的選擇取決于尺寸限制、成本、使用可靠性等多方面因素。一般可參考現(xiàn)有的同類液壓系統(tǒng)來初步確定執(zhí)行元件工作壓力。目前，常用液壓設備的工作壓力見表 ，供參考。隨著液壓技術水平的提高，就目前的材質和生產水平看，液壓系統(tǒng)的工作壓力有向高壓化發(fā)展的趨勢。有資料表明，低壓系統(tǒng)的價格要比高壓系統(tǒng)的價格高出50%～200%，因此，系統(tǒng)工作壓力向高壓化發(fā)展也符合經濟規(guī)律的要求，表3.5為常用液壓設備工作壓力.
表3.5 常用液壓設備工作壓力
設備類型
磨床
車、銑、刨床
組合機床
拉床、龍門刨床
農用機小型工程機械
液壓機、挖掘機起重機械
工作壓力
0.8～2
2～4
3～5
<10
10～16
20～32
初選液壓缸工作壓力，=2MPa。
（2）確定液壓缸主要結構參數(shù)
由于系統(tǒng)為簡單的中低壓系統(tǒng)，取背壓。根據(jù)在相同供油量情況下快速推進和快速回退的速度關系，可求得有桿腔和無桿腔的面積之比為：
則：
活塞直徑D為：
按標準液壓缸內徑系列，選取D =80mm。
根據(jù)快速推進和快速回退的速度比求活塞桿直徑，即
所以，求出。
液壓缸的實際有效面積為：
無桿腔：
有桿腔：
面積比：
校核最低穩(wěn)定工作速度
因為所以缸徑合適。
（3）繪制液壓缸工況圖
1）液壓缸壓力計算
利用求得的液壓缸有效工作面積和負載，求得的液壓缸在一個工作循環(huán)中各階段的工作壓力值，表3.6為液壓缸的工作壓力。
表3.6 液壓缸的壓力
工況
壓力計算式
壓力/MPa
啟動
1.157
勻速推進
1.157
制動
1.157
反向啟動
1.676
勻速回退
1.676
反向制動
1.676
由此可繪出液壓缸的壓力循環(huán)圖，如圖3.13所示：
圖3.13 液壓缸的壓力循環(huán)圖
2）液壓缸流量計算
要繪制流量循環(huán)圖，只需計算出特殊點的流量便可。利用求得的液壓缸有效工作面積和速度循環(huán)圖，求得的液壓缸在循環(huán)中各階段的流量見下表
液壓缸勻速推進和勻速回退時流量相同，所以單個液壓缸的流量為
3）液壓缸功率計算
利用求得的液壓缸壓力和流量，求得的液壓缸在循環(huán)中各階段的功率值，其功率值由表3.7所示：
表3.7 液壓缸的功率
工況
功率計算式
功率/W
啟動
0→655.6
勻速推進
655.6
制動
655.6→0
反向啟動
0→949.7
勻速回退
949.7
反向制動
949.7→0
五、液壓元件的計算和選擇
前面已求出液壓缸的活塞直徑D、活塞桿直徑，此處要確定液壓缸的其余主要結構尺寸，并進行必要的校核。
①確定液壓缸的有效行程，。
②確定液壓缸缸體壁厚和缸體外徑。
參照《工程力學》[10]中薄壁筒強度計算方法：
其中，，若缸體選用45熱軋無縫鋼管，調制處理，屈服強度，取安全系數(shù)，材料的許用應力為：
則
按熱軋無縫鋼管系列，并考慮要有一定的剛度，取，缸外徑。
③活塞桿校核
強度校核 參照《工程力學》[10]的相關知識，活塞桿用45鋼，調質處理，則：
，強度足夠。
B.穩(wěn)定性校核 參照《工程力學》[10]中壓桿穩(wěn)定性計算方法計算。
液壓缸的長度是考慮結構因素后的增加長度）；計算長度折算系數(shù)；活塞桿回轉半徑；活塞桿的慣性矩；因柔性系數(shù)為：
所以，此活塞桿屬細長桿，臨界載荷為：
取穩(wěn)定安全系數(shù)，則
，穩(wěn)定性足夠。
（2）液壓泵和電動機的選擇
1）選擇液壓泵
①計算液壓泵的最高工作壓力
工作平臺反向啟動時工作壓力最大，由于液壓系統(tǒng)是簡單系統(tǒng)，估取
，則
②計算液壓泵的流量
根據(jù)前面的流量計算結果。，并取系統(tǒng)泄露修正 K=1.1，由于系統(tǒng)為液壓同步回路，兩個液壓缸的流量相同，則液壓泵的流量為
③選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)壓力和流量值，查相關液壓元件產品目錄，選用YB型葉片泵
型號:YB-B92B
理論排量/: 93.5
額定壓力/MPa: 7
輸出流量/: 83.5
驅動功率/kW: 13.4
轉速/|額定: 1000
轉速/ |最低: 600
轉速/|最高: 1200
2）選擇電動機
按液壓泵的最大功率確定電動機功率。在液壓缸反向啟動時，液壓缸的壓力最大。此時，液壓泵的壓力為
液壓泵流量為
則電動機功率
選用功率為7.5KW，轉速為970，型號為Y 160M-6的電動機。
（3）液壓控制閥的選擇
根據(jù)在系統(tǒng)中各閥的最大工作壓力和流量選擇閥件。選出的液壓控制閥如表3.8所示：
表3.8 液壓系統(tǒng)的各類元件一覽表
元件名稱
型號
規(guī)格
數(shù)量
葉片泵
YB-B92B
7MPa，，轉速1000
1
減壓閥
DR型先導式減壓閥
10MPa，80，通徑10mm
2
三位四通換向閥
34E型電磁換向閥
31.5MPa,40,通徑10mm
2
液控單向閥
C5G-815-※
35MPa,80,通徑20mm
1
壓力表
Y-60
0～10MPa,通徑8mm
1
濾油器
WU-100
100,通徑35mm
1
電動機
Y 160M-6
7.5KW, 970
1
分流閥
FL-B20H
32MPa,100,通徑20mm
1
液壓缸
JB/ZQ4395-86
F1型
液壓缸內徑80mm
2
(4)液壓輔助元件的選擇
①油箱容積的確定 參考《機械設計手冊》[14]，油箱容積V為
②確定油管直徑 根據(jù)閥件的連接油口尺寸決定吸油管直徑，取公稱直徑10mm、內徑為8mm的紫銅管。
③濾油器設在吸油管上，選WU-100型網式濾油器。
六、系統(tǒng)發(fā)熱及溫升計算
1）發(fā)熱量計算
從整個工作循環(huán)看，功率變化校大，計算平均發(fā)熱量。
①計算循環(huán)周期 此處不考慮工作平臺的停留時間，屬保守計算。
啟動： 勻速推進：
制動： 反向啟動：
勻速回退： 反向制動：
循環(huán)周期：
②計算系統(tǒng)輸出功率
根據(jù)所得功率可求得各階段液壓缸的輸出功率，但應扣除液壓缸內摩擦造成的功率損失的影響，因功率循環(huán)圖是液壓缸的輸入功率的變化規(guī)律。
啟動：
勻速推進
制動：
反向啟動：
勻速回推：
反向制動：
③計算系統(tǒng)輸入功率
系統(tǒng)為同步回路，兩液壓缸承受負載不同，現(xiàn)求單個液壓缸滿足工作平臺的情況，根據(jù)工作情況，位于分速箱下的液壓缸提供的推力最大。
啟動： 泵壓力：
泵流量：
泵輸入功率：
勻速推進： 泵壓力：
泵流量：
泵輸入功率：
制動： 該階段，泵卸荷，運動平臺靠慣性運行最后一段微小距離，故此時泵的輸入功率近似為0，即。
反向啟動：泵壓力：
泵流量：1
泵輸入功率：
勻速回退：泵壓力：
泵流量：
泵輸入功率：
反向制動：該階段，泵卸荷，運動平臺靠慣性運行最后一段微小距離，故此時泵的輸入功率近似為0，即。
系統(tǒng)單位時間的發(fā)熱量為：
式中 ——在整個工作循環(huán)中，系統(tǒng)（液壓泵）在第i階段的輸入功率；
——在整個工作循環(huán)中，系統(tǒng)（執(zhí)行元件）在第i階段的輸出功率；
——第i階段持續(xù)的時間；
——整個工作循環(huán)的階段數(shù)；
——整個工作循環(huán)的周期（時間）。
2）系統(tǒng)熱平衡溫度計算
設油箱邊長比1：1：1～1：2：3范圍，參考《液壓與氣動技術》[3]，油箱的散熱面積為：
假定自然通風不好，取油箱散熱系數(shù)：
設室內環(huán)境溫度為 ，則系統(tǒng)熱平衡溫度：
滿足，油箱容量不合適。
式中 ——液壓系統(tǒng)的允許油溫，。允許油溫視具體系統(tǒng)而異，例如，對于組合機床，取55～70。一般來說，系統(tǒng)溫度保持在30～50之間，最高不超過60，最低不低于15。
由于系統(tǒng)油溫超過允許值，必須采取降溫措施，如增設冷卻器、增大油箱體積等。對于寒冷地區(qū)的冬季，當油溫低于15，還應考慮設加熱器。
液壓系統(tǒng)效率驗算
把液壓系統(tǒng)看作一個能量載體，電動機為它輸入能量（功率），而它又通過執(zhí)行元件向外輸出能量（功率），輸出能量（功率）與輸入能量（功率）之比便是液壓系統(tǒng)的效率。由于在整個工作循環(huán)中，系統(tǒng)的功率是變化的，因此，不同時刻的效率也是變化的可利用整個工作循環(huán)的平均功率來計算系統(tǒng)的平均效率。
與前面計算系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升類似，在整個工作循環(huán)中，系統(tǒng)的平均輸出功率由下式計算：
系統(tǒng)的平均輸出功率由下式計算：
式中，符號與前相同，執(zhí)行元件的輸出功率和液壓泵的輸入功率的計算方法也與前相同。求得系統(tǒng)的平均輸出、輸入功率后，邊可有下式求得液壓系統(tǒng)的平均效率：
液壓系統(tǒng)的效率總的來說不高，這是液壓傳動的主要缺點之一，原因主要在于泄漏損失和摩擦損失。
重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 4 結論
4 結論
本設計的主要工作是對液壓橫移式出鋼機進行了設計。設計中總的目的和方向是在滿足生產條件的情況下，設計和選擇出經濟、使用和維修更為方便的設備。設計中的主要工作為：
①首先列舉了一些出鋼機的結構形式，分析了出鋼機在企業(yè)中穩(wěn)定正常工作的意義，并因此提出了自己的設計方案。
②論文中對于標準的設備和零件如電動機、減速器、液壓元件、聯(lián)軸器等進行了選擇，選擇中同時對重量、功率、維修難易度等方面進行了考慮，使選擇更為合理。
③論文中對于非標準設備和零件進行了合理的設計，列出了大量的表格和圖進行說明，使得設計更加易懂，增加了說服力。
④論文中的重點是對液壓橫移部分進行設計計算。
通過以上四點工作，使我對出鋼機設備加深了了解，同時對比了實習中參觀的機械橫移出鋼機，使我了解了本設計的優(yōu)點，設計中使用了液壓橫移機構所占空間小，結構簡單，維修簡單，運行也更加平穩(wěn)。通過這次設計，也讓我體會到了設計的艱辛，在以后工作中要有耐心、有計劃地去克服解決問題。
由于時間和工作量的問題，論文中存在著不足，論文中對于分速箱箱體，螺栓的強度，以及制動器控制推桿行程方面的問題沒有進行過多的分析解釋，給本次設計留下遺憾，還望老師能夠理解。
重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 參考文獻
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重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 致謝
致謝
四年的大學生活即將結束，仔細想來，畢業(yè)課題的順利完成是與許多人對我的關心和幫助分不開的，在此對所有關心和幫助過我的人表示感謝。
本設計得以完成首先要感謝我的設計指導老師王久華老師。王老師在設計的選題、方案的確定、設計計算及其裝配圖和零件圖的繪制過程中，給予了耐心細致的指導，使我深受啟迪，獲益匪淺，在此表示最真誠的謝意。王老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富的實踐經驗和理論知識、誨人不倦的精神，在此設計過程中，給予了我莫大的幫助，使我能夠有耐心地去完成這次設計。
同時，我還要感謝所有幫助過我的老師們。在我大學的學習過程中，他們給了我無私的幫助和教誨，授予我扎實的專業(yè)理論知識，傳授他們豐富的實踐經驗，這些都促使我養(yǎng)成了良好的學習態(tài)度，為我即將順利走到工作崗位打下了堅實的基礎。
最后，我要感謝在設計過程中衷心幫助我的所有的同學。他們在自己設計任務非常繁重的情況下，仍然對我不懂的地方給予耐心的幫助，為我順利完成畢業(yè)設計起了很大作用。
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