机械毕业设计（论文）-中间罐小车设计【全套图纸】

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） I 中间罐小车设计中间罐小车设计 摘要摘要 中间罐小车是在浇铸平台上起到放置和运送中间罐的作用。在浇铸前，小 车载着烘烤好的中间罐开至结晶器上方，使中间罐水口对准结晶器中心或宽度 方向的对称位置（当结晶器需要两个以上水口同时铸钢时） 。浇铸完毕或发生事 故不能继续浇铸时，它载着中间罐迅速离开浇铸位置。 中间罐车的设计与一般车辆的设计相比，相同之处在于必须有坚固的车架 及可靠的运行机构和必要的辅助装置，不同之处在于应该满足连铸工艺的技术 要求和操作要求，适应高温工作等特定条件。 本设计主要参考了包钢集团公司方坯连铸连轧厂的中间罐车，对中间罐车 完成不同功能的几个重要机构进行了设计，主要包括：车架，行走机构，横向 微调机构以及辅助装置的设计。车架的设计主要根据车间的布置和中间罐车的 承载能力，对车架的材料选择并对车架的形式及长，宽，高进行设计。行走机 构的设计主要根据中间罐车的承载能力，运行特点和车轮材料的选择，电动机 和车轮的设计等。横向微调机构除了对液压装置的选取外，还设计了横梁形式 和支承方式。辅助装置主要根据以上的设计和实际情况，对某些机构进一步补 充和优化，具体见装配图。 关键词：关键词： 门型 两侧驱动 液压驱动 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） II The design of the tundish car Abstract The tundish car is used for laying and transporting tundish on the casting platform. Before casting, the tundish car carries the well-baked tundish to the top of the mold, and makes the tundishs outlet align the center or the symmetrical position of the width of the mold(When the mold needs two or more outlet to cast at the same time). When the casting finishes or an accident occurs while it can not continue to cast, it quickly leaves the casting position carrying the tundish. Compared with the design of the design of the common vehicles, the design of the tundish car also needs solid rack reliable operation institutions and necessary assistive devices, but the differences lie that the tundish car should meet the technical and operational requirements of the continuous casting process and adapt to specific conditions such as high-temperature working environment. The design of the main reference to the Baotou Steel Group Company billet continuous casting and rolling plant in the middle of tankers, tanker perform different functions on the middle of several important design institutions, including: frame, running gear, horizontal fine institutions and assistive devices. The design of the frame is mainly based on the layout of the workshop and the carrying capacity of the tundish, and then choose the material of it and design its form, length, width as well 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） III as height. The walking mechanisms design is mainly based on the carrying capacity and operating characteristics of the tundish car, choose material of the wheel and electric motor, and then design the wheel. The design of the lifting mechanism is mainly the selection of the hydraulic devices as well as the calculation and design of the hydraulic system. While for the design of the horizontal adjustment mechanism, not only select the hydraulic devices, but also design the form of the beams and its way of bearing. The design of the assistive devices are mainly based on the above design and the actual situation, make further complement and optimization, please look them on the assembly drawings. Keywords: door-type; bilateral driving; hydraulic driving 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IV 目 录 摘要I AbstractII 第一章 绪论.1 1.1 概要 1 1.1.1 中间罐车设计要求.1 1.1.2 中间罐车型式.1 1.2 中间罐车的结构及特征 3 1.2.1 车架.3 1.2.2 行走机构.3 1.2.3 提升机构.5 1.2.4 横向微调机构.5 1.2.5 称量机构.6 1.2.6 电缆卷筒.6 1.3 中间罐车的问题和改进 6 1.3.1 中间罐车常见的问题.6 1.3.2 中间罐车设计的改进.8 第二章 中间罐车的基本设计参数及方案10 2.1 中间罐车的基本设计参数 .10 2.2 设计方案及其选择 .10 第三章 车架的设计12 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） V 第四章 行走机构的设计计算14 4.1 载荷和轮压的计算 .14 4.1.1 载荷计算14 4.1.2 轮压计算14 4.2 车轮设计 .16 4.2.1 车轮踏面疲劳载荷计算16 4.2.2 车轮直径的选择16 4.2.3 车轮转速计算17 4.2.4 车轮校核17 4.2.5 轨道的选择17 4.3 运行阻力的计算 .17 4.3.1 运行时摩擦阻力的计算17 4.3.2 轨道弯曲变形引起的附加阻力计算18 4.3.3 电缆拖链阻力计算18 4.3.4 启动惯性阻力计算19 4.3.5 运行阻力计算19 4.4 行走机构传动功率计算 .20 4.4.1 运行静功率计算20 4.4.2 启动功率计算20 4.5 电动机的选取及校核 .20 4.5.1 电动机的选择20 4.5.2 电动机的校核21 4.6 传动机构的传动比计算 .22 4.7 减速器、联轴器的选择 .22 4.7.1 减速器的选择22 4.7.2 联轴器的选择23 第五章 提升机构的设计计算24 5.1 液压缸的选择及校核 .24 5.1.1 液压缸的选择24 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） VI 5.1.2 液压缸工作压力的选取25 5.1.3 液压缸的校核25 5.2 液压系统的计算 .25 5.2.1 系统流量的计算25 5.2.2 泵站电机功率的计算26 5.3 液压系统的设计 .26 5.3.1 液压系统的描述26 5.3.2 液压泵站连锁控制26 5.3.3 升降液压缸的控制27 第六章 横向微调机构的设计计算28 6.1 横向微调负载的计算 .28 6.2 液压缸的选取 .28 6.3 液压缸的工作压力的选择 .28 6.4 液压缸的校核 .29 6.5 中间罐支承梁的设计 .29 第七章 中间罐小车三维建模设计31 7.1 零部件三维建模设计 .31 7.1.1 车轮31 7.1.3 电动机32 7.1.4 减速器32 7.1.5 联轴器33 7.1.6 闷盖33 7.1.7 透盖33 7.1.8 水口对中装置34 7.1.9 支撑装置34 7.1.10 制动器.35 7.1.11 中间罐.35 7.1.12 中间罐盖.36 7.1.13 轴承座.36 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） VII 7.1.14 从动轮装配体.37 7.1.15 主动轮装配体.37 7.2 中间罐小车三维装配设计 .37 7.2.1 中间罐小车三维装配37 7.2.2 二维图纸应用38 7.3 三维设计对于生产实际的意义 .39 总结.40 致谢.41 参考文献.42 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 概要概要 中间罐车作为中间罐运输和承载设备，是连铸设备中的一个重要设备。工 作时，在浇铸平台上将烘烤好中间罐的从准备位置运送到浇铸位置，利用行走 机构，提升机构，横向微调装置使中间罐水口与结晶器水口对中，然后进行浇 铸。该设备主要由以下八部分组成：车架，行走机构，提升机构，横向微调机 构，称量装置，电缆卷筒，防护装置和操作平台。 1.1.1 中间罐车设计要求中间罐车设计要求 结合中间罐车的操作要求，其设计要求如下： 1. 中间罐车运行迅速，平稳，停位准确，安全可靠。 2. 中间罐水口与结晶器水口对中灵活快捷，更换水口方便。 3. 中间罐车的结构设计要简单，结晶器上面的操作空间和视野范围较大， 便于操作人员观察结晶器内液位，操作方便，还应保证中间罐吊装和就位便利。 4.车架结构必须有足够的强度和刚度，充分考虑热辐射及钢夜喷溅的影响， 保证小车在热负荷下工作性能良好，并设置相应的保护罩以防止热辐射及钢水 飞溅损伤设备。特别是在车体上装有液压系统时，液压元件和管路要有可靠的 保护措施。 5.当采用无氧化浇铸和自动控制时，中间罐应设置提升和称量装置，并能 根据铸造情况实时调整出钢量。 6.事故时可迅速开动中间罐车至事故位放渣。 1.1.2 中间罐车型式中间罐车型式 现代生产条件下，随着连铸工艺和技术的发展，中间罐车发展了多种形式， 按中间罐升降位置分，可分为升降式和普通式；按行走机构的传动方式，可分 为集中和分散驱动两种；按中间罐车运行轨道的布置和中间罐相对小车主梁位 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 置分，可分为门型，半门型，悬臂型和悬挂型的型式，其中主要以门型和悬臂 型为主。 1. 门型中间罐车 门型中间罐车的主要特点是：浇铸时中间罐水口位于小车主梁之内，即结 晶器位于小车运行轨道之间。其重心处于车框中，稳定，易于实现中间罐升降， 但对结晶器内钢液面的观察和有些操作不便。门型中间罐车适用于大型连铸机。 2. 半门型中间罐车 为了便于操作人员靠近结晶器，出现了半门型中间罐车。半门型中间罐车 与门型中间罐车的区别在于靠近结晶器内弧轨道不是布置在浇铸平台上的，而 是布置在浇铸平台上方的轨道梁上，从而空出了操作平台的部分地方，改善了 操作条件。在半门型的基础上，有的把中间罐的两条轨道均架设在浇铸平台操 作区上方的钢结构梁上，呈架空布置，使浇铸平台得到充分利用，但这种布置 需增设专用轨道梁，从而增加了造价，现在基本不用了。 3. 悬臂型中间罐车 悬臂型中间罐车的主要特点是中间罐水口位于小车主梁之外，小车的两条 轨道均布置在结晶器的外弧侧。由于布置关系，一般轨矩较窄。中间罐在小车 的放置有两种形式:一种是中间罐放在小车上，其长度方向与小车运行轨道方向 垂直；另一种是整个中间罐悬置于车体之外，罐体的长度方向与小车运行轨道 方向一致，两条轨道分别布置在浇铸平台上和其上方的轨道上。 由于中间罐罐体部分或全部悬挂于车体外，使小车受偏心载荷造成的倾翻 力矩，车轮受力非常不均匀，影响小车运行的稳定性。必须在车体上布置平衡 重或在外侧车轮上增设护轨，来平衡倾翻力矩。 采用这种形式的中间罐在浇铸时，小车位于结晶器的一侧，便于观察结晶 器内钢液面和浇铸操作，结构简单，但稳定性差。 4. 悬挂型中间罐车 悬挂型中间罐车，中间罐水口也是伸出车体之外，小车的运行轨道都在高 架梁上，对浇注平台的影响最小，操作方便，但稳定性最差。 悬臂型和悬挂型中间罐车只适用于生产小断面钢坯的连铸机。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 此外，还有环行式和龙门型中间罐车。在实际设计工作中，采用何种形式 需要根据工程的具体情况确定。不同的车间布置，生产能力，操作方式及近些 年来为提高铸坯质量和产量附加于中间罐车上的辅助设备，所选形式就不同， 往往是各种形式的综合体现。 1.2 中间罐车的结构及特征中间罐车的结构及特征 中间罐车一般由车架，行走机构，提升机构，横向微调机构，称量装置及 辅助装置等组成。 根据浇铸钢种和提高铸坯质量的要求, 有的中间罐车上还装有等离子加热 导电装置, 结晶器加保护渣装置等辅助设备。 1.2.1 车架车架 为了便于操作，车架采用门型结构，其开口侧在浇铸工人的操作面。为了 加强刚性，车架梁采用箱型结构，横梁、立柱及主梁连接部位增设加强板，车 架的左视图为门型，形成了车架的异型结构与复杂受力状况。 中间罐车的车架用于支撑中间罐, 安装和固定行走机构、升降机构、横向 微调机构、称量装置及辅助设备等。以往生产小方坯的中间罐车车架多采用门 型结构, 其开口侧在浇注工的操作侧。目前常采用的半高架式、高架式及全悬 挂式中间罐车的车架由于将轨道架起, 克服了操作不便的特点, 车架均采用箱型 结构, 在主梁和横梁连接处用钢板或型钢加强, 大大增加了车体的刚性。通常车 架全部采用焊接结构。 此外，在车架上还设置有供操作人员观察中间罐液面位置及供其他设备安 装操作用的平台、走台、防热辐射和钢水飞溅用的防护装置。同时在结构设计 中还要充分重视供线电路及液压回路的布线，既要布线方便，又要保证管线能 得到充分保护。 1.2.2 行走机构行走机构 中间罐车的行走机构通常采用电动机驱动。根据车架结构，为使行走机构 传动平稳，将主动轮和传动装置布置在主梁的一侧，主动轮为双缘轮，起导向 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 作用。中间罐车运行时一般有快慢两种行走速度：快速主要用于将中间罐由烘 烤位运送到浇铸位置或发生事故时逃离；慢速用于启、制动及中间罐水口与结 晶器对中。一般快速为15-20m/min, 慢速为1-2m/min。 1.行走机构的变速方式 为实现两种速度的转换,行走机构的变速有以下三种方式。 （1）双交流电动机组变速方式 通过减速装置将两台带制动器的快、慢速电动机串联起来，快速运转时快 速电动机打开，与慢速电动机断开；但在慢速电动机运转时，通过快速电动机 的制动器及电枢传动悬挂减速器，再驱动车轮运行。这种方式增加了装置复杂 性。 （2）双输入轴行星减速方式 采用两台交流电机驱动行星减速器，减速器的两个主动轴分别与两台带制 动器的交流电机相连。当快速电机接电时，其制动器打开（慢速电机不接电， 其制动器闭合） ，快速电机转动，使行星轮绕中心旋转，实现快速驱动。当慢速 电机接电，其制动器打开（快速电机不接电，其制动器闭合） ，慢速电机转动， 通过两级圆柱齿轮使行星轮绕与快速电机相连的中心轮旋转，实现慢速驱动。 这种结构比较复杂，维护不便。 （3）变频调速方式 此方式是近年来, 尤其是引进设备多采用的一种变速方式。它是通过变频 调速的方法带动常规减速器以获得快慢两种速度, 使机构得到简化。有时, 为了 操作方便在传动机构上装有手轮, 在与结晶器对中时还可以采用手动方式。 2.行走机构驱动方式 中间罐车行走机构的驱动方式有三种: （1）单侧驱动 每套传动机构驱动一个主动车轮。在不影响操作人员操作的前提下, 传动 机构尽量布置在结晶器内弧侧。此种传动方式省去了两个车轮的连接轴, 使车 架底部有足够的空间跨过结晶器。由于车架本身采用箱形结构, 即使是容量较 大的中间罐车也能保证运行的平稳可靠，一般门型中间罐车多采用这种方式。 （2）双侧集中驱动 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 由一台电机集中驱动两侧车轮，当采用集中驱动时, 驱动两个主动车轮的 横轴必须通过链轮、链条或齿轮带动车轮, 并将横轴倒换至较高位置, 让出车架 下部空间（使其能跨过结晶器） 。 （3）两侧单独驱动 由两台电动机分别驱动两侧车轮，这种方式会增加中间罐车的横向宽度， 对操作人员的操作有影响。 无论采用哪种驱动方式, 为保护行走机构, 防止由于溢钢或钢水飞溅烧损传 动装置, 传动装置上方必须安装保护罩。 1.2.3 提升机构提升机构 当采用浸入式水口或低液面进行保护浇铸时, 为了调整水口插入结晶器的 深度, 必须设有中间罐提升机构。提升行程通常为 450-750mm, 提升速度一般 为 1.2-2.4m/min。 中间罐提升有电动提升和液压提升两种方式。 1.电动提升 一般采用蜗轮蜗杆螺母丝杠的传动方式驱动支撑中间罐的提升框架。丝杠 可采用普通梯形螺纹，也可采用滚珠丝杠。每套提升机构要求配有两根丝杠， 由两套传动机构分别驱动同侧的两个丝杠, 并用同步轴将两套传动机构连起来。 电动提升方式结构复杂, 对加工精度和安装精度的要求都较高。 2.液压提升 采用四个液压缸位于提升框架的四个支点，用液压同步马达保证四个液压 缸的同步升降。液压提升方式比电动提升方式使车体简化,维护方便 ，但液压 设备调整较复杂。 1.2.4 横向微调机构横向微调机构 用于中间罐水口与结晶器的对中。一般有三种方式, 即手动、电动机驱动 及液压缸传动。其原理均为通过移动支撑中间罐耳轴的支撑座来调整中间罐的 位置, 以达到水口与结晶器对中的目的。对于承载能力较大的中间罐车，一般 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 采用液压缸驱动。 横向微调的行程通常为 100-600mm。 1.2.5 称量机构称量机构 为了控制中间罐的液面高度, 实时控制浇铸过程中中间罐内钢水的容量,中 间罐车上还装有称量系统。 在中间罐车上中间罐耳轴支撑座下方分别装有四个测力传感器 （称量压头） 。利用压力变化引起磁性材料磁导率的变化使输出电信号与压力（重量）成正 比，以显示中间罐内钢水的容量。为防止吊放中间罐时或中间罐车启、制动时 对传感器带来的损害，保证测力传感器的测量精度， 在称量装置上通常装有高 强度的硅橡胶衬套。 1.2.6 电缆卷筒电缆卷筒 中间罐车的输电电缆是通过电缆卷筒传送的。卷筒内装有发条弹簧，一端 固定在卷筒上，另一端固定在卷筒轴上，卷筒和轴之间没有固定，可以相对转 动。当电缆从卷筒拖出时，卷筒旋转施发条储能，卷筒反转，电缆自动卷起。 卷筒端带有滑环和电刷，使电流从转动的卷筒上的电缆送往卷筒轴孔内的固定 电缆，从而输送到电控箱。 1.3 中间罐车的问题和改进中间罐车的问题和改进 由于中间罐长期处于高温状态下，工作环境恶劣，中间罐车的性能直接影 响连铸机的正常运行及连铸机的寿命和产量。 1.3.1 中间罐车常见的问题中间罐车常见的问题 结合国内一些钢厂连铸机中间罐车实际使用情况，发现目前国内外各种机 型连铸机的中间罐车普遍存在一些设计上的缺陷，给中间罐车的使用和维护带 来了诸多麻烦，主要问题如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 1.传统中间罐车的设计，其升降机构为机械升降或液压升降。中间罐提升 时，为保证四个立柱升降运动的同步，机械升降采用同步轴，而液压升降采用 分流阀控制，升降立柱为箱形焊接结构，升降立柱与车架之间相对运动的导向 是通过四周的衬板进行的。 在使用过程中，由于车架受热变形的影响及四个升降立柱与衬板的间隙难 以保持一致，因此，常发生卡阻现象，造成升降同步误差大。 2.当设计将中间罐车的承载中心与车轮中心在同一轴线上时，中间罐耳轴 在高温状态下使用产生变形，使中间罐对其支承横梁产生侧向分力，承载立 2 P 柱在中间罐的侧向分力作用下产生扭矩，行走车架在此扭矩作用下产 2 P 2 PH 生向上的弯曲变形（图 1.1） 。 图 1.1 中间罐小车受力简图 1行走车轮；2承载立柱；3行走车架 3.当中间罐车承载中心与中间罐车行走车轮有一相对距离 L 时，当扭矩 大于时，行走车架产生向下弯曲变形，严重时车轮将无法正常着地，LP 1 HP 2 造车中间罐车无法正常行走（图 1.2） 。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 图 1.2 中间罐小车受力简图 1行走车轮；2承载立柱；3行走车架 4.前后车架受损严重主要是因为所有中间罐承载支撑均设计在车架上，行 走时横梁单薄，极易造成扭车现象。 1.3.2 中间罐车设计的改进中间罐车设计的改进 中间罐由于长期处于高温状态下，其耳轴在钢水高温热辐射影响下，其持 久极限值急剧下降，逐渐产生弯曲变形。因此，中间罐耳轴与中间罐车横梁支 承点的接触、受力发生变化，由理论的竖直向下的正应力。由于支撑点较高， 力臂较长，该侧向分应力形成了较大的变形力矩，使中间罐发生严重的扭转变 形，最终导致无法正常工作。 为了克服侧向力矩造成的扭转变形，采取力矩平衡法，经过反复核算，合 理地确定中间罐承载中心与车轮支承中心的距离 L ，减少侧向分力的力臂，同 时由于位置的改变，产生一个反向支承力矩，从而达到了力矩的平衡，减少侧 向力产生的力矩对车架造成的弯曲变形（ 图 1.3） 。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 图 1.3 中间罐小车受力简图 1行走车轮；2承载立柱；3行走车架 12 21 / )(PHPL HPLP 式中 垂直载荷 1 P 侧向分力 2 P 支承点到行走车轮中心距离H 偏移距离L 为确定偏移距离 L ，关键是正确确定侧向分力。 2 P 原来的设计中，钢水载荷是直接作用在车架上的，在长期作用下，受交变 应力的影响，车架会逐渐产生变形。改进设计是将横梁扩展为平台横梁，载荷 布置在平台横梁上，再将平台横梁压在前后车架上，使前后车架承受的是由平 台横梁传下来的均布载荷，消除交变应力点，载荷压强随之减少，使车架受交 变应力产生的变形也降低了。同时，克服了前后车架行走时产生的扭车现象， 增加了前后车架的使用寿命，并为操作和维修提供方便。 中间罐车原始设计均采用方柱滑槽导向，由于升降导致滑槽中心与液压缸 支承中心不在同一线上，产生一个不平衡力矩的侧向力矩，并且导向间隙较大， 所以在使用中极易产生卡阻及不同步现象。为确保横梁升降同步，以往把希望 寄托在同步阀上，没有对机械导向进行太多的设计，认为有了同步阀就能保证 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 同步，实践证明，再好的同步阀在没有受到很好的机械导向控制时，也很难达 到所要求的同步精度。为此，在设计时选用从意大利进口的分流阀来实现液压 缸的同步运动，对机械导向进行了全新的设计。通过采用圆柱导向，选取适当 的配合，并将外置液压缸移至导向立柱中央，使液压缸与受力点在同一中心线 上，不产生力矩，从而消除了升降卡阻现象，提高了升降同步精度。液压缸在 设计时采用了缓冲装置，使中间罐升降平稳，并且使液压缸得到很好的保护。 通过对后车架的反复核算，在确保强度和刚度的前提下，缩小后车架的宽 度，减少迎水面的面积，把顶部做成 15的斜面，并采取加盖不锈钢板的方法， 使其不易粘钢。另外，将钢板的厚度增加到 30mm，提高了抗烧蚀强度，确保 使用寿命。车体设计成组合式，具有很好的加工工艺性和装配工艺性，并为以 后的使用和维护提供方便。车载采用独立液压站，提高了中间罐车的操作灵活 性和机动性，满足了现场生产的需求。所有管线均采用暗藏式布置，使其整齐、 美观、安全、不易损坏。 在设计中引入了工业设计理念，对中间罐车的外观造型进行综合设计，将 横梁两端设计成方形，与车体的线条相映衬，给人一种简洁、明快、气派的感 觉。 第二章第二章 中间罐车的基本设计参数及方案中间罐车的基本设计参数及方案 2.1 中间罐车的基本设计参数中间罐车的基本设计参数 中间罐车的基本设计参数如下表 2.1 所示。 表 2.1 中间罐车基本设计参数 名称 数值 单位 负载能力 120 t 步行距离 18 m 步行速度 19 m/min 提升高度 500 mm 缓行距离 1.5 m/min 提升速度 2.4 m/min 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 中间罐车自重根据已使用的中间罐车可初步定为 46.0t，中间罐质量为 35t，中间罐盖质量为 6t，钢水质量为 65t（溢流位） ，正常工作时为 60t，其他 附件（如塞棒等）约为 5t，故中间罐总质量为 111t（溢流位） ，中间罐车的总质 量为 157t，中间罐轨距 L=6600mm，钢水液位高度为 1000mm，正常工作时为 900mm 中间罐水口流数为 6 流，流间距为 1650mm。 2.2 设计方案及其选择设计方案及其选择 中间罐车设计的不同之处主要体现在车架，行走机构，提升机构及横向微 调机构上，这些机构的不同组合即为中间罐车的设计方案。 如前所述，中间罐车有门型，半门型，悬臂型，悬挂型等形式，车架可以 做成相应的形式。由于本设计中间罐车的负荷能力较大，故选择门型车架。 行走机构有单侧驱动，双侧集中驱动和两侧单独驱动三种方式，按照现有 的生产经验，选择两侧单独驱动，由两台电机分别带动操作侧的两套传动装置 驱动中间罐行走。 提升机构有电动提升和液压提升两种，电动提升的加工精度和安装精度较 高，结构较复杂，维护不便，故这里选择液压提升，由液压缸来控制中间罐升 降。 同样，本着是结构简单的目的，横移机构采用液压缸来调节中间罐与结晶 器的横向相对位置。 综上，本设计方案为：车架采用门型，行走机构采用电机双侧单独驱动， 提升机构采用液压升降，横向微调机构采用液压缸控制。技术性能见下表。 表 2.2 中间罐车技术参数 技术性能 中间罐水口流数 6 流 流间距 1650mm 承载能力 120t 轨距 6600mm 型号 YH16L-6 行 传动电机功率 11 2KW 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 额定转速 890r/min 同轴圆柱齿轮减速器 速比 125 快速 19m/min 行走速度 慢速 1.5m/min 走 机 构 车轮直径 850mm 传动形式 液压（180/125 800） 行程 500mm 提 升 机 构 速度 2.4m/min 传动形式 液压（50/36160） 横向微调机构 调整范围 80mm 拖链装置 ( 靠近操作侧) 第三章第三章 车架的设计车架的设计 根据工艺布置和操作要求，中间罐车可以设计成各种不同形式，按照中间 罐水口相对于中间罐车主梁位置及中间罐车运行轨道的布置方式，车架有门型， 半门型，悬臂型和悬挂型四种主要方式。门型中间罐车的车架见下图 3.1 所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 图 3.1 门型中间罐车车架 门型中间罐车所在中间罐的水口位于罐体主梁之内，小车骑跨在结晶器的 上方，也即中间罐车的两条轨道分别布置在结晶器内外弧的两侧。两条轨道均 铺设在浇铸平台上，而且轨道的标高与浇铸平台的标高一致。由于中间罐的重 心位于两条轨道之间，所有车轮均受压，合理设计尺寸，可以使轮压的分布更 趋均匀。 车架用于支撑中间罐，安装和固定各种传动装置及溢流槽等，而且还要考 虑在车架上安装塞棒启闭机构，液压站等。车架均采用钢板和型钢焊接而成， 材料初步选择 Q235 钢。为了保证车架的强度和刚度，车架各梁柱都采用箱型 结构，在其连接处用钢板后或型钢加强连接。 实际生产中，中间罐车的车架所用钢板厚度一般为 2030mm，本设计中 中间罐承载 60t 钢水，故钢板厚度可选 20mm 和 30mm 两种，加强筋厚度 12mm。为了方便安装并且在发生事故时易于检修和维护，中间罐车在组装时以 部件装配。因此，车架上应焊接液压缸支座、电动机底座和立柱底座，并在其 上部加工出相应的连接螺栓孔。 根据中间罐的容量，确定车架的总长和宽度如下： 车架主梁长度：7300mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 车架横梁长度：5945mm 车架部分具体尺寸见车架装配图。 第四章第四章 行走机构的设计计算行走机构的设计计算 门型中间罐车的行走机构采用双侧单独驱动，即每套传动机构驱动一个主 动轮，这样可以省去横轴，以便让出车架底部空间，使车架可以跨过结晶器运 行。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 4.1 载荷和轮压的计算载荷和轮压的计算 4.1.1 载荷计算载荷计算 已知中间罐满罐质量为 Q=111t，中间罐车质量为 G=46t。 中间罐车计算重量为: G=GY 1 . 11046 3 Kg 4 1006. 5 中间罐满罐计算重量为： Q=QC Kg 5 3 105554 . 1 4 . 110111 4.1.2 轮压计算轮压计算 中间罐车车架及车轮相对位置见下图 4.1 图 4.1 中间罐车车架及车轮的相对位置 图中各参数的意义如下： A罐体中心线至主动轮中心线的距离，mm B罐体中心线至从动轮中心线的距离，mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 C车体中心线至主动轮中心线的距离，mm D车体中心线至从动轮中心线的距离，mm L轨距 1.主动轮压计算 有资料，根据车架受力平衡方程式，可得轮压计算公式为： 3 P=(GgD+QgB)/2L （1）中间罐满罐时 ，主动轮轮压为 66002/ )32508 . 910554 . 1 32958 . 91006 . 5 ( 54 1 P =498.74KN （2）中间罐空罐时，主动轮轮压为 此时，中间罐质量为 =35+6+5=46t 1 Q 中间罐的计算重量为 C 1 1 QQ Kg 4 3 1044 . 6 4 . 11046 66002/ )32508 . 91044 . 6 32958 . 91006. 5( 44 1 P =279.17KN 2.从动轮轮压计算 （1） 中间罐满罐时，从动轮轮压为 66002/ )33508 . 910554 . 1 33058 . 91006 . 5 ( 54 2 P =510.66KN （2）中间罐空罐时，从动轮轮压为 66002/ )33508 . 91044 . 6 33058 . 91006. 5( 44 2 P =284.34KN 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 4.2 车轮设计车轮设计 4.2.1 车轮踏面疲劳载荷计算车轮踏面疲劳载荷计算 由资料查得，车轮踏面疲劳计算载荷的计算公式为 1 3/ )2( minmax PPPc 式中： 车轮踏面疲劳计算载荷; c P 设备正常工作时最大轮压，= ; max P max P 2 P 设备正常工作时最小轮压，= ; min P min P 1 P 则 3/ )10279.171066.5102( 33 c P = 433.50KN 4.2.2 车轮直径的选择车轮直径的选择 由资料查得，车轮直径计算公式为： 1 )/( 211 CLCKPD c 式中： -与材料有关的作用线或点接触应力常数，这里为先接触应 1 K 力常数，=7.2 ，单位 N/mm ； 1 K 2 -车轮与轨道有效接触长度，=100mm;LL -转速系数，=1.14; 1 C 1 C -工作级别， =1.0; 2 C 2 C 则 =529mm0 . 114 . 1 1002 . 7/1034 . 4 5 D 选取车轮直径为 D=850mm，车轮为双轮缘。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 4.2.3 车轮转速计算车轮转速计算 n =V/pD=19/（3.14 0.85）=7.12r/min 1 4.2.4 车轮校核车轮校核 车轮的直径为 D=850mm 接触线长度 L=100mm，材质为 42GrMo4V，其屈 服极限 =930MPa，材料系数为 K =7.2，车轮转速 n =5.6r/min，转速系数 C s11 =1.14，工作级别系数 C =1.0。 12 车轮踏面疲劳强度计算： P=K DC C 112 =7.2 850 100 1.14 1.0 =697.68KN 433.50KN 因此，车轮满足要求。 对车轮踏面进行表面淬火，淬火层深度 16mm，强度 340-360HBS。 4.2.5 轨道的选择轨道的选择 由资料，选取轨道型号 QU100。 1 4.3 运行阻力的计算运行阻力的计算 中间罐车运行时，除了需要克服摩擦阻力，启动时的惯性阻力外，还要克 服轨道弯曲变形引起的附加阻力以及电缆拖链引起的附加阻力。 4.3.1 运行时摩擦阻力的计算运行时摩擦阻力的计算 摩擦阻力计算公式为： W =2(Q+G)g/D (d/2+f) 1 式中： W 摩擦阻力，KN； 1 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 Q中间罐满罐重量，kg； G中间罐车体重量，kg； g地球重力系数，g=9.8N/kg； 中间罐自重系数，=1.2； D车轮直径， cm； 轴承摩擦系数，=0.02； d轴承直径， d=（d+d ）/2=（16+29）/2=22.5cm； 外内 f车轮在轨道上滚动摩擦系数，0.05-0.08，取 f=0.07； 考虑轮缘与轨道摩擦的附加阻力系数，=1.25； 则 W = 2（111+46 1.2） 9.8/85 (0.02 22.5/2+0.07) 1.25 1 =14.13KN 4.3.2 轨道弯曲变形引起的附加阻力计算轨道弯曲变形引起的附加阻力计算 由于中间罐车是在钢结构平台上运行，轨道铺设在平台梁上，一般结构平 台不可避免的产生一定的挠度。 轨道弯曲变形引起的附加阻力计算公式为： W =(Q+G)g 2 式中：- 轨道弯曲变形引起的附加阻力系数，=0.001； 则 W =（111+1.2 46） 9.8 0.001 2 =1.63KN 4.3.3 电缆拖链阻力计算电缆拖链阻力计算 电缆拖链阻力的计算公式为： W =0.5lq 3 式中： l电缆拖链长度 ，l=18m； q电缆拖链平均每米引起的附加载荷，q=600N/m； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 则 W =0.5 18 600 3 =5.4KN 4.3.4 启动惯性阻力计算启动惯性阻力计算 启动惯性阻力计算公式为： W =(Q+G) V/t 4 式中： V中间罐运行速度，m/s； t启动时间，24s，取 t=3s； 则 W =（111+46 1.2） 19/（3 60） 4 =17.54KN 4.3.5 运行阻力计算运行阻力计算 中间罐正常启动的静阻力： W=W + W +W 静123 = 14.13+1.63 +5.4 =21.16KN 中间罐启动加速时的总阻力： W= W+W 总静4 =21.16+17.54 =38.70KN 有时为了简化计算，静阻力可仅考虑 W ，但考虑到轨道弯曲变形及电缆 1 拖链的影响，在计算 W 时，附加阻力系数 应加大，取 =1.35-2.5。 1 此外，中间罐车的运行的静阻力也可按照德马克公司推荐的经验公式计算： W=(Q+G)gK 静w 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 式中： K =15KN； w 则 W=(111+1.2 46) 9.8 15/1000 静 =30.94KN 由此可见，两种方式计算的 W差值不大。 静 4.4 行走机构传动功率计算行走机构传动功率计算 4.4.1 运行静功率计算运行静功率计算 运行静功率计算公式为： N=WV/60 静静 式中: W中间罐车正常工作时的静阻力，KN； 静 V中间罐车的运行速度，m/min； 传动机构的总效率，0.75-0,85，取 =0.8； 则 N= （21.16 19） / （60 0.8）=8.61KW 静 4.4.2 启动功率计算启动功率计算 行走机构启动时的总功率： N=WV/60 总总 =（38.70 19）/（60 0.8） =15.32KW 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 4.5 电动机的选取及校核电动机的选取及校核 4.5.1 电动机的选择电动机的选择 电动机的选择按照计算所需要的静功率来初选电动机的额定功率，且 NN ，然后用电动机的平均启动功率 N来验算启动时的总功率，只有在 额静启 NN时，所选电动机才满足要求。 启总 初选电动机的计算功率为： N=K N d静 式中：K 电动机功率增大系数，K =1.1； dd 则 N=1.1*8.61=9.47KW 由资料，选取电动机型号为：YH160L6 1 其技术参数如下： 额定功率： N=11KW； 额 同步转速： n=890r/min; 电流： I=25.8A; 功率因数： cos=0.81； 效率： =0.8； 最大转矩： T=2.5KN.m； 质量： M =147kg； 伸出长度： L=112mm； 伸出端直径： D= 42 mm； 4.5.2 电动机的校核电动机的校核 电动机的平均启动功率： N=N 启平额 式中： =（0.7-0.8） 平 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 过载系数，取 =2 则 =1.4-1.6 平 取 =1.5 平 则 N=1.5*11 启 =16.5KW NN 启总 故所选电机满足要求 4.6 传动机构的传动比计算传动机构的传动比计算 传动比计算公式： i=n/ n 电轮 式中： n电动机转速，r/min； 电 n车轮转速，r/min； 轮 则 i= 890/7.12=125 4.7 减速器、联轴器的选择减速器、联轴器的选择 同轴式圆柱齿轮减速器（JB/17000-1993）是采用回归布置的渐开线圆柱齿 轮外啮合传动，包括 TZL、TZS、TZLD、TZSD 型四个系列，TZL、TZLD 型 （二级传动）减速器输入轴与输出轴同轴线，TZS、TZSD 型（三级传动）减速 器与电动机通过法兰盘直接连接。具有规范的范围和承载能力大、效率高的特 点。 工作条件：输入轴转速不大于 1500r/min，齿轮的圆周速度不大于 20m/s， 允许正、反转。 同轴式圆柱齿轮减速器适用于水平卧式安装，允许输出轴向下倾斜安装， 输出轴与水平面夹角不大于 20。主要用于冶金、矿山、能源、建材、化工等 行业同轴线布置的机械传动系统。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24 4.7.1 减速器的选择减速器的选择 行走机构，传动装置电动机输出端减速器的选择。 由于电动机安装在车架的底座上，电动机输出轴与车轮轴不平行，故行走 机构选择减速器选择 TZSD425-160 型 JB/T7000-1993 型，其参数如下： 公称传动比 i =125.5; 0 公称输入转速 n =1000r/min； 1 公称输出转速 n =7.2r/min； 2 公称输入功率 P=18.5KW 公称输出转矩 T=29.4KN.m 减速器的高速轴直径 50mm，低速轴直径 130mm 车轮的实际行驶速度：V =Vi/i c0 =19 125/125.5 =18.92m/min 速度的相对误差： =（V-V ）/V 100% c =（19-18.92）/19 100% = 0.42% 4.7.2 联轴器的选择联轴器的选择 1. 电动机与减速机高速轴间联轴器的选择 电动机输出轴直径 D=50mm，轴伸长度 E=110mm，联轴器选择 LT7 型弹 性套柱销联轴器。 ZC42 112/JB50 112，GB4323-2002 公称转矩为： Tn=500N.m 2. 减速器输出轴与车轮轴间联轴器的选择 由于车轮轴与减速器输出轴连接处的直径为 130mm，故联轴器选用 LT12 型弹性套柱销联轴器。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 JB130 202/YB130 252， GB4323-2002 公称转矩为： Tn=8000N.m 第五章第五章 提升机构的设计计算提升机构的设计计算 提升机构的作用是控制中间罐的上升和下降，从而调节中间罐水口在结晶 器内的高度。由于液压设备具有体积小、重量轻、制造安装方便等特点，本设 计采用液压缸来实现中间罐的升降。 提升机构主要由独立的液压站、分流阀、液压缸及相关管线组成，由于中 间罐车的工作环境较高，因此，应注意液压设备及管路的防护和合理布置。 提升机构采用四个液压缸支承中间罐及其横梁，为了保证四个液压缸的同 步动作，采用分流阀实现。 5.1 液压缸的选择及校核液压缸的选择及校核 5.1.1 液压缸的选择液压缸的选择 提升机构所受负荷按所承受的最带负荷计算： W=（Q+CG）g 式中： Q中间罐满罐是重量，Q=111t； G提升框架的重量，G=6t； C提升框架的自重系数，C=1.1； 则 W=（111+1.1 6） 9.8=1152.48KN 四个液压缸同步提升，则每个液压缸的负荷； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 F=W/4 =1152.48/4=288.12KN