高炉开铁口机大臂旋转设备液压系统设计

辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第页 高炉开铁口机大臂旋转设备液压系统设计摘 要开铁口机是完成打开高炉铁口的关键设备，随着在现代冶炼技术的发展进步, 老式简易开铁口机的不足逐渐暴露出来，已不能满足现代化高炉的要求，开铁口机的改制势在必行。本课题研究的是全液 压开铁口机的液压系统设计，该控制系统利用液压控制灵活、迅速的优势，一改以往人工操纵换向为液压系统识别自动控制换向。开 铁口机从回转开始工作到工作结束回到停放位置，均采用液压全自动控制，不需人工干预，提高了开孔能力和开孔速度，适应 了现代化大型高炉的要求。该系统主要由冲击、 转钎、推进及回转四部分的液压控制系统组成，本课题主要设计了这四部分中推进与回转部分的液压控制系统，及对这两部分液 压系统的组合和系统性能验算，同时论述了各部分的计算设计过程和必要的强度校核。关键词 开铁口机；液压系统设计；液压全自动控制辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第I 页 ABSTRACTTaphole drill is a key equipment to open the taphole blast furnace, With modern smelting technology in the development and progress, Easy open old iron deficiencies machine gradually exposed, Has been unable to satisfy the requirements of modern blast furnace, Taphole drill restructuring inevitable. This topic research is entire hydraulic pressure opens the iron gate machine hydraulic system design, The control system uses hydraulic control flexibility, rapid advantages, as soon as changed formerly the manual control commutation for the hydraulic system recognition automatic control commutation. The Taphole driller from the beginning of the end of the work to return to the work space for parking, adopted hydraulic automatic control, does not need the manual intervention, enhanced has opened the hole ability and opens the hole speed, adapted the modernized large-scale blast furnace request. This system mainly of the impact, the extension rock drill, advances and rotates four part of hydraulic control system composition, The design of the topics issues of this part of the four hydraulic systems, And the total hydraulic system, the composition and properties of checking system, It also explains the parts of the design process and calculating the necessary strength check.Key words taphole trill；hydraulic hystem design；hydraulic system recognition automatic control commutation辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第II 页 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第页 目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III1绪论 .11.1开铁口机国内发展现状 .11.1.1 开铁口机国内引入状况 .11.1.2 开铁口机国内开发状况 .11.1.3 开铁口机国外的应用与发展状况 .21.2国内外开铁口机存在的问题 .21.3开铁口机的发展前景 .31.3.1 国内各结构开铁口机应用情况 .31.3.2 国际开铁口机的发展趋势 .31.4 全液压开铁口机 .31.4.1 全液压开口机简介 .31.4.2 全液压开口机的发展前景 .32 .本课题的总体设计方案 .52.1 设计要求 .52.2 设计方案 .52.3推进部分液压系统的设计 .53.液压马达各参数的确定 .73.1确定参数 .73.1.1 工作载荷力矩的计算 .73.1.2 小车在轨道上静摩擦力的计算 .83.1.3 开铁口时所需驱动力矩的计算 .8辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第I 页 3.2 液压马达的选择 .83.2.1 工进时液压马达转速的计算 .83.2.2 快退时液压马达转速的计算 .93.2.3 液压马达的选择 .93.3 液压马达工作压力的计算 .93.4 液压马达实际流量的计算 .93.5 液压系统图的拟定 .104.回转部分液压系统的设计 .114.1 回转部分各参数计算 .124.1.1 参数的计算 .124.1.2 各阶段的负载计算 .134.2 执行元件工作压力的确定 .184.3 液压缸尺寸的计算 .184.3.1 液压缸工作面积的计算 .184.3.2 液压缸尺寸的计算 .194.4 液压缸强度校核 .204.4.1 液压缸联接方式及材料选择 .204.4.2 缸筒壁厚和外径计算 .214.4.3 活塞杆强度验算 .224.4.4 液压缸固定螺栓的校核计算 .234.5 液压缸工作压力、流量和功率的计算 .244.5.1 液压缸工作压力的计算 .244.5.2 液压缸输入流量的计算 .244.5.3 液压缸输入功率的计算 .254.6 液压系统图的拟定 .255 总液压系统图的确定 .265.1 总液压系统的分析 .27辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第II 页 5.1.1 液压回路的选择 .275.1.2 总液压系统原理图的确定 .275.2 总液压控制系统组成及控制原理 .305.3 总液压系统控制下的自动作业过程 .315.3.1 总液压系统钻孔前的控制过程 .315.3.2 总液压系统在铁口钻穿后的控制过程 .316 液压元件的选择及辅助装置的确定 .326.1 液压泵的选择 .336.2 阀类元件的选择 .346.2.1 液压阀的选取原则 .346.2.2 液压阀的选择 .356.3 液压辅件的确定 .366.3.1 油箱容积的确定 .376.3.2 油管尺寸的确定 .376.4蓄能器的选择 .386.5液压系统的发热温升的计算 .396.5.1 液压系统的发热功率的计算 .406.5.2 液压系统的散热功率的计算 .417 液压系统性能的验算 .427.1 系统压力损失的验算 .437.1.1 快进时压力损失的验算 .437.1.2 工进时压力损失的验 .467.1.3 快退时压力损失的验算 .477.1.4 总压力损失的确定 .507.1.5 阀及压力继电器调整压力的确定 .51结 论 .51辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第III 页 致 谢 .52参考文献 .53辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第0 页 1绪论开铁口机是高炉出铁时打开铁口的重要机械，它的可靠性和使用性能直接关系到高炉的生产效率。1.1 开铁口机国内发展现状1.1.1开铁口机国内引入状况随着高炉的大型化和现代化的进程，对开铁口机的要求也在不断的提高，特别是近年来，我国一批大型高炉开始引进消化吸收国外先进技术，使我国高炉炉前设备的硬件水平进入一个新的阶段。1)20 世纪 80 年代末期，国内引进 DDS 公司第一代开口机(CHQ1000) 用于湘钢3BF，采用矮柱双轨式，在同一行走梁上并排挂两台开口机，集冲钻为一体，广泛应用于国内 1000m3 以下高炉。2)20 世纪 90 年代初期，DDS 公司第二代开口机(CHQ2000) 在武钢 3BF 使用，采用冲钻分离式，此机与 CHQ1000 型相比，转速提高了 25%，扭矩提高了 30%，冲击功提高了 40%。3)1998 年 12 月，DDS 公司第三代开口机(CHQ2000L)在昆钢 6BF 使用，开口机转臂为低柱斜座式，此结构稳定性强，离地面空间小，便于设备检修及备件拆换。此外，该机还根据国外开口工艺增设了逆打装置，1999 年 10 月三峡工业设计研究院将其国产化，并迅速在国内 1000m3 以上至 2000m3 以下高炉推广。4)20 世纪末，DDS 公司与 PW 公司重组，组建为 TMT 公司。21 世纪初，该公司生产的 HS573GH 型全液压开口机，随着炉前设备的引入，先后在武钢 6BF、7BF，马钢新区 1BF、2BF，韶钢 6BF，太钢 8BF，本钢 6BF、7BF 、8BF 和宝钢 4BF 使用，这一新技术的应用，对提高中国炉前设备自动化水平起到了积极的推动作用。1.1.2开铁口机国内开发状况2005 年 1 月，三峡工业设计研究院组织专班成立项目组，走科研与生产结合道路，用了近半年时间对使用 CHY4000A 型全液压开口机现场进行观察、跟踪、了解，对泥辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第1 页 炮、铁口、钻头、钻杆、开口机给进机构以及风压、水压、油压等进行了反复研究、解剖、试验、分析，终于在 2006 年逐一解决了以上六个重点问题，并研究开发出具有自主知识产权 CHY4000A 型全液压开口机，该机主要针对 2000m3 以上高炉的炉前开铁口作业。它集旋转、振打、逆打、吹扫为一体，钻杆、钻头、水雾化为一体，整机各部位结构紧凑，克服了其它机型在加大冲击功，加大扭矩情况下易松动的问题。具有功率大、效率高、消耗低、故障少、带逆打、安全环保等特点。改写了国内大高炉无大功率、无逆打装置液压开口机的历史。产生了较好的社会效益，并迅速在全国大高炉和特大高炉推广使用。这一新技术的应用使国内炉前操作水平、管理水平都将有一个新的提高。1.1.3开铁口机国外的应用与发展状况日本冈崎工业株式会社框架式框架式开铁口机：该开铁口机主机旋转点设在高炉框架立柱上，整套机构为全气动式；德国 DDS 公司立柱高架式开铁口机：该开铁口机有一庞大立柱，转臂以此为轴转动。大臂旋转、倾动机构、提升机构为全液压式。开铁口机、行走马达为全气动式；美国乔伊公司生产的开铁口机是一种全电动开铁口机：该开铁口机打开铁口后能自动退回原位，具有电动进给、电动钻削、无冲击振打功能。大臂转动是电机变速后带动回转，因其为全电动，电机使用寿命不长，近年来在使用中已逐步改为电动转臂、气动钻削、气动前进后退。其立臂回转、钻削、行走为全电动，开铁口角度手工调整，主臂受力不强，大高炉使用不合适；另外卢森堡 PW公司 PW 型开铁口机与德国 DDS 型结构及原理几乎相伺，采用的同是液压转臂气动开口机、气动行走马达，优越性在于其小结整个机身矮小受力性强结构紧凑，功能齐备。1.2 国内外开铁口机存在的问题进人 21 世纪，国内外高炉开始向大型化和特大型化方向发展，在高炉操作中，炉前设备面临着比较突出的问题，即现有各机型开口机在功能与功率方面满足不了开铁口工艺要求，尤其是 2000m3 等级以上的高炉，冶炼强度高、铁口深，采用高强度无水炮泥堵铁口，炮泥在铁口中烧结时间长，且变素很大，造成开口困难、铁口孔道不规则、出铁时间难以控制影响炉内操作、铁口深度不稳定且难维护等，集中反映六个问辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第2 页 题:l)开铁口时间长 10min30min； 2)钻杆消耗大 35 根/炉； 3)铁口侵蚀快； 4)正点率较差 67%；5)铁口合格率较差 51%；6)泥炮的打泥量不稳；1.3 开铁口机的发展前景1.3.1国内各结构开铁口机应用情况对我国 300m3 以上的 206 座高炉进行了统计，各机型开铁口机使用情况大致如下：全气动式 4.6%，全液压式 13.2%，液气结合式 24.1%，气动吊挂有轨式 22.4%，液压吊挂有轨式 0.4%，电动吊挂有轨式 35.3%。1.3.2国际开铁口机的发展趋势根据世界各国开铁机综合分析，发现开铁口机基本采用液压驱动大臂的转动。因为液