机械毕业设计（论文）-包钢炼铁1400卸料小车【全套图纸】 .doc

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：包钢炼铁 1400 卸料小车 学生姓名： 学 号：200440401126 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机 2004-1 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 包钢炼铁包钢炼铁 14001400 卸料小车卸料小车 摘摘 要要 高炉炼铁己发展成为较成熟的技术，从近年来高炉技术的发展方向看，其总的特 点是大型化、高效化和自动化。随着高炉的发展对供料系统的要求也将越来越高，卸 料小车凭借自身的优点将会在供料系统中发挥其更大的作用。 卸料小车适用于不同规格、输送不同种类物料的带式输送机上。它可以将上料皮 带机上的料卸在指定的仓位或料棚里。其工作时串联在皮带机上，它能沿着上料皮带 机运行方向进行正反方面的运行。然后通过翻板使物料向单侧、双侧或中间卸料，物 料的流向可通过翻板的控制实现。 在这次设计中，我主要设计了卸料小车的传动系统，选择和确定了设计方案；选 择合适的电动机；设计和校核了主要的零部件。 关键词关键词：炼铁；高炉；供料系统；卸料小车；存储运输系统；设计 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii baotou steel ironmaking 1400 duty dumper abstract blast furnace ironmaking technology has developed more mature，from the blast furnace technology in recent years we can see the direction of development， the total characters are large, efficient and automated。with the development of blast furnace the requirements for giving system are also expected to increase high。with their own advantages the unloading car will play its greater role in the feeding system. the unloading car applys to different specifications, different types of materials conveying belt conveyor. it can be expected on the belt of the dumping of materials in designated positions or expected shelf. it works in tandem belt on the plane, it can expect along the belt machine running on the direction of the positive and negative aspects of the operation. and then through the shutter to materials to the unilateral, bilateral or intermediate unloading, the flow of materials can be realized through the shutter control. in this design, i mainly design the car unloading the transmission system, and determining the choice of design options; choose a suitable motor; design and verification of the main parts. key words: : iron-making ；bf；feed system；unloading car； storage and transportation system； design 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii 目目 录录 摘 要 i abstract .ii 第一章 绪论 .7 1.1 炼铁发展概况 7 1.2 高炉发展的现状 7 1.3 高炉炼铁工艺过程 9 1.4 高炉冶炼用的原料 9 1.5 高炉供料系统 .10 1.5.1 上料系统在高炉的地位与作用 .10 1.5.2 供料系统的基本形式 .10 1.5.3 供料系统主要设备 .13 1.5.4 卸料小车和犁式卸料器的比较 .14 1.6 对漏斗的改进 .15 第二章 确定传动方案并选择电动机 16 2.1 根据卸料小车工作情况初步设计两个传动方案 .16 2.2 电动机的选择 .17 2.2.1 电动机类型的选择 .17 2.2.2 计算负载功率 .17 2.2.3 初选电动机型号 .18 第三章 传动系统的设计 19 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iv 3.1 制动器的选择 .19 3.1.1 制动器的选择原则 .19 3.1.2 初选制动器型号 .19 3.1.3 计算制动力矩选择制动轮直径 .19 3.2 减速器的选择 .20 3.2.1 按机械强度初选减速器型号 .20 3.2.2 校核热功率 .21 3.3 联轴器的选择 .21 3.3.1 联轴器类型的选择 .21 3.3.2 联轴器的选用计算 .21 第四章 开式齿轮传动部分的设计 24 4.1 传动装置的运动及动力参数计算 .24 4.1.1 各轴转速的计算 .24 4.1.2 各轴的输入功率计算 .24 4.1.3 各轴的输入转矩计算 .24 4.2 传动齿轮的设计 .25 4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .25 4.2.2 按齿面接触强度设计 .25 4.2.3 按齿根弯曲强度设计 .27 4.2.4 几何尺寸计算 .28 4.2.5 齿轮结构设计 .29 4.3 轴的设计 .30 4.3.1 轴的材料的选择和最小直径计算 .30 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） v 4.3.2 此传动部分装配草图的设计 .30 4.3.3 轴的结构设计 .31 4.4 车轮组的计算 .34 4.4.1 车轮强度的校核 .34 4.4.2 演算启动不打滑条件 .35 第五章 主要部件的校核 36 5.1 轴的校核 .36 5.1.1 高速轴的校核 .36 5.1.2 低速轴的校核 .39 5.2 键的校核 .42 5.2.1 高速轴上键的校核 .42 5.2.2 低速轴上键的校核 .42 5.3 轴承的校核 .43 5.3.1 高速轴轴承的校核 .43 5.3.2 低速轴轴承的校核 .44 第六章 设计的结论 .45 参考文献 .46 致 谢 .48 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 第一章第一章 绪论绪论 1.1 炼铁发展概况炼铁发展概况 近年来，中国炼铁工业处于高速发展时期，2005 年全国生铁产量达到 33 040. 47 万 t，比上一年增加了 7 265.08 万 t，增长 28.19 %；2006 年达到 40 416.7 万 t，增加 7 376 万 t ，增长 19. 78 %。2006 年全国焦炭、烧结矿和球团矿的产量分别达到 29 767.25 万 t 、42 977 万 t ( 其中高碱度烧结矿 41 061 万 t) 和 7 634.95 万 t 。据不完 全统计，近两年新建以上高炉 31 座，其中 2 0003 000 高炉 3 座， 3 000m1 3 m 以上高炉 3 座；与此同时，高炉炼铁生产技术指标有所改善(表 1.1)，以宝钢 3 m3000 为代表的部分技术经济指标达到或接近国际先进水平。14 表 1.1 全国重点钢铁企业高炉生产技术指标 项目2007 年 前 4 个 月 2006 年2005 年2004 年2003 年 全国生铁产量/t万 14633.7740416.7033040.4725185.0521366.68 高炉利用系数/）（ -13 dmt 2.6922.6752.6242.5162.474 燃料比/)t(kg -1 529531536543551 入炉焦比/)t(kg -1 392396412427433 喷煤比/)t(kg -1 137135124116118 热风温度/ c 11181100108410741082 入炉矿品位/%57.7757.7858.0358.2158.49 休风率/%1.4361.6611.8421.8501.860 炼铁工序能耗/)t(kg -1 429.71430.59456.79466.20464.68 1.2 高炉发展的现状高炉发展的现状 高炉炼铁己发展成为较成熟的技术，从近年来高炉技术的发展方向看，其总的特 点是大型化、高效化和自动化。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 世界生铁产量增加很快，但高炉数目却在减少，这除了高炉有效容积利用系数不 断提高外，主要与高炉大型化分不开。近几年来，高炉容积迅速扩大，其技术经济效 益表现为：大大节约投资，吨铁投资可节省 13%30%；可有效地节能，降低燃料比； 可提高劳动生产率 40%80%。 高炉冶炼高效化有以下几个方面：高压操作；先进的高风温技术；综合喷吹技术； 大力节约能耗，全面提高高炉生产技术和生产效率。 检测技术的现代化和高炉自动控制发展到一个新的水平。高炉的技术进步与检测 技术进步密切相关，特别是要实现高炉自动控制，没有良好的检测技术是不可想象的。 由于高炉是一个封闭的冶炼设备，而且是连续生产，因此用电子计算机控制的必要性 和重要性更大，但难度也大。自 1958 年美国首次把电子计算机应用于高炉配料控制以 来，已逐步发展到以下几方面的应用： 1上料系统：包括原料配料、称量以及装料程序的自动控制。 2热风炉系统：包括燃烧过程控制及自动换炉。送风系统的风量、风温、湿分和 燃料喷吹的自动控制。 3高炉过程控制：包括象征高炉热制度的生铁含硅控制，炉料和煤气运动的检测 与控制，冷却制度的检测与控制，炉衬侵蚀的控制等。 4值班室对高炉相关系统的集中管理和控制等。 与国外先进水平相比，我国炼铁技术仍然存在较大差距，主要表现：(1)工艺装备 水平落后，首先是炉容方面大型高炉少。其次是风温比国外低 150200c，顶压低 80100kpa，检测技术和自动控制差的更多。特别在高炉长寿方面，我们的差距尤为 突出。(2)生产技术指标较低，原因除工艺装备和生产管理落后外，主要是料不精。日 本精料最先进，品位高，烧结矿的品位一般为 5658%，质量好，尤其是还原性好 (feo 占 46%)。钢铁厂建有中和料场，原料成分十分稳定。而我国钢铁厂大多数无中 和料场，原料成分波动大，烧结矿还原性差(feo 一般高达 1012%)，品位只有 52%左 右。尤其是燃料消耗高，无论在节焦上，还是在余热余能回收上都有很大差距。 级以下的高炉由于劳动生产率偏低、能耗高、污染环境等缺点越来越不适 3 m300 应当今社会的发展。根据国家的技术政策，限制建设以下高炉，逐步淘汰 3 m1000 级以下的高炉。目前我国级高炉还较多，特别是级高炉其许多指标 3 m300 3 m300 3 m300 优于大高炉，加上较低的投资、区域资源和市场的优势使这些在成本上有一定的竞争 力。企业的生产规模和合理的高炉座数(34 座为宜)也是当前制约高炉扩容的一个客 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 观因素。14 1.3 高炉炼铁工艺过程高炉炼铁工艺过程 高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石） ，从位于炉子下部沿 炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气 等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程 中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的 杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后， 作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产 高炉渣和高炉煤气。 炼铁过程实质上是将铁从其自然形态矿石等含铁化合物中还原出来的过程。 炼铁方法主要有高炉法（应用最多的） 、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在 特定的气氛中（还原物质 co、c；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。 2 h 生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。 1.4 高炉冶炼用的原料高炉冶炼用的原料 高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。 通常，冶炼 1 吨生铁需要 1.5-2.0 吨铁矿石，0.4-0.6 吨焦炭，0.2-0.4 吨熔剂，总计需要 2-3 吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。 高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年 到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶 和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风 （10001300 摄氏度） ，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁 和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石 中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水 从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂 结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业 用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。 生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁） ，而高炉的产品不只是生铁，还有锰铁等，属 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。高炉炼铁过程中还产生副 产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。 1.5 高炉供料系统高炉供料系统 1.5.1 上料系统在高炉的地位与作用上料系统在高炉的地位与作用 在高炉生产中，料仓(又称矿槽)上下所设置的设备，是为高炉上料服务的。其所属 的设备称为供料设备:包括贮矿槽、过筛、输送、称量及上料机等一系列设备。其生产 过程构成上料系统或供料系统，俗称为槽下系统。主要作用是保证及时、准确、稳定 地将合格原料从贮矿槽送上高炉炉顶。 高炉上料系统是供高炉炉料的重要环节，其基本工艺参数是由高炉的冶炼需求确 定的。为了满足冶炼要求，必须合理确定配矿方案。配矿方案不仅与设计和选用设备 有关，而且直接影响高炉的操作条件。高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温 生产过程。炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉 内。只要使高炉吃饱、吃好、吃精料，这对高炉实现优质、高产、低耗，提高高炉冶 炼水平具有十分重要的意义。 1.5.2 供料系统的基本形式供料系统的基本形式 在我国高炉中，供料系统有以下三种基本形式: 1称量车供料形式 为保证高炉连续性生产，防止供料暂时中断，要具有一定的 原料储备能力。储备能力通过设置料仓来解决，图 1.1 为料仓平面布置图。在上料机斜 桥 3 的下面有两个比较大的料仓 2 是焦仓，其余容积较小数目较多的料仓是矿仓，各 种矿石和溶剂分别装在各矿仓内。矿仓上部的物料是采用皮带机来运输的，料仓的下 部仓壁不与地面接触，形成空架以便利用重力落差放料。称量车设有两个称量漏斗， 按照工艺提供的料批组成，它可停留在任一料仓下面取料，然后运行到料车坑的位置， 将炉料卸入料车。称量车是向料车供给矿石和溶剂的一个种重要设备。为保证高炉连 续生产，防止称量车故障，均设有备用称量车。焦炭由焦仓经振动筛、称量漏斗直接 卸入料车。 称量车式的供料形式有适应矿石品种多的优点。但存在很多缺点。称量车结构复 杂，其设备的坚固性、耐用性和可靠性较差;实现自动化比较困难，一般需要人工操作。 称量车在多尘的环境中工作，人工操作劳动条件恶劣;另外，称量车的作业方式限制了 它的生产率。事实上，我国属于称量车供 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 料形式的高炉，在生产中普遍存在着称量车供料不足的现象。 图 1.1 料仓平面布置图 1-矿石仓；2-焦炭仓；3-上料机斜桥；4-高炉 2运输与称量分开的供料型式 这种供料型式(见图 1.2)设备职能单一，构造大为 简化，可靠性增强，并且有利于提高生产能力和实现自动化。 采用两个容积比较大的料仓分别作为主焦仓 7 和主矿仓 1，有若干个容积比较小的 分别作为备用焦仓 8 和备用矿石仓 16。 焦炭和矿石均采用称量漏斗计量，除杂矿和溶剂的称量漏斗布置在杂矿仓出口外， 焦炭和主要矿石的称量漏斗均布置在料车坑的两侧。每一料车上面均布置有焦炭称量 漏斗和矿石称量漏斗。这两个称量漏斗的排料口，由不同方向对准料车，靠落差向料 车供料。 冷料是用皮带机来运输的，热烧结矿用链板式运输机输送。直接布置在料车坑上 方的四个主仓，仓内物料直接进入称量漏斗。备用仓内的物料则通过带式运输机进入 料车坑的称斗内。杂矿和熔剂的用量较少，需要称量后再由皮带机 6 送到料车坑的料 斗内。从备用仓或主焦仓 7 来的焦炭，均通过焦炭筛 10，再流入焦炭称量漏斗 11。 这种供料型式虽然克服了前述称量车供料型式的缺点，但还存在其它缺点。由于 每侧矿石仓只设一个矿石称量漏斗，如矿石品种较多，显然不易胜任。此外，在每个 烧结矿仓下面，往往都设有振动筛，增加了设备。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 图 1.2 运输与称量分开的供料型式 1-主矿仓；2-运输机；3-矿石称量漏斗；4-杂矿仓；5-杂矿称量漏斗； 6-杂矿运输皮带机；7-主焦仓；8-备用焦仓；9-焦炭运输皮带机； 10-焦炭筛；11-焦炭称量漏斗；12-料车；13-碎焦仓；14-碎焦料车； 15-高炉；16-备用焦仓 3皮带上料机的供料系统 国内外大型高炉采用皮带上料机的越来越多。其平面 布置如图 1.3。 这种供料型式的料仓，不论焦仓或矿仓，都由若干个同样容积的料仓排列在同一 条直线上，不分主仓和备用仓。由于所有原料均为冷态，因此可以广泛采用皮带运输 机。仓下不用笨重的链板式运输机，来料也不用铁路车厢运输，在焦仓下面只装有皮 带运输机 7，在矿仓 8 下面装有振动筛 9 和漏斗 10 以及皮带运输机 11、12。矿石品种 较多，需在每个料仓下面设置筛分和称量设备，分别完成筛分和称量任务。 矿仓采用分散筛分和称量的好处还在于可以使筛分和称量设备小型化，便于制造 和维修，对易于出问题的设备(例如振动筛)还可以起备用作用。这种供料型式较好地满 足了对供料系统所提出的各项要求。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 图 1.3 供料系统平面布置示意图 1.5.3 供料系统主要设备供料系统主要设备 1称量车和称量漏斗 称量车是一种带有称量、装卸机构的电动运输车辆。对于中小型高炉生产，其原 料采用烧结矿时，当遇到烧结矿难于冷却下来的情况时，采用称量车比胶带运输机供 料更为合适。 由于称量车结构复杂，维修工作量大，人工操作条件差，实现机械化自动化较为 困难。但是，首钢，马钢和湘钢等厂采用有触点和无触点的遥控和程序控制，实现称 量车机械化和自动化，均取得了满意的生产效果。 称量漏斗根据称量传感原理不同，可分为杠杆式称量漏斗和电子式称量漏斗。 杠杆式称量系统存在着一个共同的缺点，每个承载杠杆或传力杠杆的支点、力点 2 以及作用点，均由刀口构成，刀口的磨损和变钝是不可避免的。对于往返运行的称量 车更为突出。当刀口磨损和变钝后，称量精度必然降低，给生产带来危害，必须加强 维修。杠杆式称量机构的另一个缺点是杠杆系统比较复杂，整个尺寸比较庞大。因此， 目前国内外已广泛应用了电子式称量装置。 电子式称量漏斗与杠杆式称量漏斗相比，只是称量方式不同。这种称量漏斗的外 面设有互成 120角的三个传感器，构成稳定的受力平面。 电子式称量装置，主要有一次元件和二次仪表组成。一次元件又称传感器，其上 贴有电阻丝应变片。当传感元件受力变形时，贴在传感元件上的应变片亦随之产生相 同的变形，即伸长或缩短。贴在传感器上的应变片，可以构成电桥，然后接入放大器 和指示仪。当传感元件变形时，改变了应变片的电阻值，电桥失去平衡，从而输出一 个微小的电压信号，进入二次放大仪表。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 机械量变化转化为电参量变化，由仪表将被称量的数值反映出来。 电子式称量装置除了体积小、重量轻、结构简单和拆卸方便等优点外，不存在刀 口的磨损和变钝的为题，其计量精度高，一般误差不超过 5/1000。 2启闭器与给料机 目前有关料仓放料设备的形式很多，但在高炉生产中常见的放料设备基本上有两 种，一种为启闭器 ，一种为放料机。 启闭器按构造形式可分为单扇形板式、双扇形板式。s 性翻版式和溜嘴式四种。 按驱动方式可分为手动和机动两种类型。 给料机常用的形式有链板式给料机、往复式给料机和振动式给料机三种。 3振动筛 振动筛是一种广泛用于散性物料分级的设备。物料通过筛面的筛孔，可根据需要 按力度要求分成几种级别，这项工作简称为筛分。而炼铁厂所用的筛分机械，通常为 振动筛。 4输送设备 供料系统的输送设备主要有带式输送机、板式输送机、刮板输送机、埋刮板输送 机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。 本文所设计的卸料小车即属于带式输送机系列 卸料小车适用于不同规格、输送不同种类物料的带式输送机上。其工作时串联在 皮带机上，根据不同物料的堆积角，使物料随卸料小车角度提升至一定高度。然后通 过电动翻板使物料向单侧、双