220T过跨车设计【铁水过跨车的小车运行机构】【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 220T 过跨车设计 摘要 铁水运输是冶金企业关键工艺之一，随着钢铁生产工艺的不断发展，钢铁企业的不断发展壮大，铁水运输方式也在不断发展。铁水罐车是钢铁企业铁水运输的重要工具，目前国内铁水罐车主要有 2种：一种是敞口式铁水车，一种是鱼雷形混铁车 ( 简称鱼雷罐车 )。采用不同的铁水运输车辆，对于钢铁生产节奏和钢铁质量会产生不同的影响。目前的运输方式能否适应钢铁工业的发展是摆在我们面前十分迫切的课题。本论文是设计 220T 铁水过跨车，首先分析了 铁水车 的作用，分类以及发展现状与前景。然后多此课题进行设计，主要是对过跨 车的小车 走 行机构的设计 ，首先，确定过跨车的主要参数。然后，根据主要参数通过计算选择走行机构的电动机，减速器以及轴承。最后，校核车轮轴、减速器的齿轮，计算轴承的使用寿命，并且对其他的主要零件进行校核。 关键词： 铁水 运输 ； 220走机构；电动机； 立式 减速 器 辽宁科技大学本科生 毕业设计 (论文 ) 第 20T is of of in of of is an At of is of is of of to to of us is a is of of 20T we of of of of by to of of of 220T 宁科技大学本科生毕业 第 目录 摘要 . I . . 1 . 1 . 1 . 1 . 4 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 7 . 8 . 9 . 9 电机功率 . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 900 主动轮组 . 13 . 13 . 16 . 22 辽宁科技大学本科生毕业 第 . 27 900 从动轮组 . 28 . 28 5 传动系统的润滑 . 32 滑方 法 . 32 滑系统的选择原则 . 32 滑方式的选择 . 33 . 33 . 33 6. 环保与经济性分析 . 34 . 34 . 35 结束语 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 辽宁科技大学本科生毕业 第 1 页 随着钢铁工业突飞猛进的发展，冶炼方法及冶炼设备也在逐步得以改进。特别是转炉炼钢在我国的发展速度很快，转炉的钢产量和品种不断增加，转炉的容量也在不断扩大。为了提高生产效率，降低能耗，减轻工人劳动强度，保证在几十分钟内炼出合格的钢水，转炉设备及其擂助设备都必须具有较高的机械化和自动化水平。混铁水车及棍铁炉就是其中的主要辅助设备，它们负责向转炉提供铁水。 混铁水车及混铁炉不论在设备结构上还是工艺要求上都有很大不同，但两者的作用是相同的。它们通过本身的动作对贮存的铁水进行 化学成份的混均和对铁水的保温，而贮存铁水本身是其最为重要的功能。 按铁水罐的几何形状，铁水车可分为如下三种形式。 锥形罐式铁水车 锥形罐式铁水车存在如下缺点： 1）铁水表面积大，热量损失多。铁水罐在每次使用中由于铁瘤的逐渐增加而使容积逐渐减少，一般运送 50006000 t 铁水后就需送去修理。 2）不经济。这种铁水罐的容积较小。采用小容积铁水罐也增加了运输工作量及费用。 3）铁水飞溅损失大。铁水落到小铁水罐中的飞溅损失较大，还增多了每次铁瘤的形成。 我国采用的铁水车结构型式如图 示。铁水罐上部为圆柱形，罐底为半球形。铁水罐由两个铸钢吊架与钢板焊成，罐内壁砌有耐火砖。车架为焊接双弯梁“ ”形断面结构，两端有支座支承罐体，通过心盘将负荷传给转向架。这种型式的铁水罐清理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况比较方便，故这种型式的铁水车在我国得到广泛使用，并确定为我国的系列化产品。 辽宁科技大学本科生毕业 第 2 页 图 形罐式铁水车 梨形罐式铁水车 保温性能最好的铁水罐的几何形状应该是球形的，但制造比较困难，因此做成和球形相似的梨形铁水 罐。 它的结构型式如图 示。 梨形罐式铁水车主要由铁水罐、车架和两台运行小车组成。 1）铁水罐 梨形罐是由罐帽、圆柱形的中间部分和半球形的罐底三部分组成。 2）车架 车架由两个用向下弯曲的梁连接起来的平台组成。梁向下弯曲的目的是为了不妨碍铁水罐的倾翻。车架上装有自动挂钩。 3）运行小车 车架支承在两台四轮双轴的小车上，采用这种运行小车来代替标准铁路小车可以缩短铁水车的长度。 与锥形铁水罐相比，梨形铁水罐具有下列优点：保温性能好；罐内残铁和铁瘤较少；内衬使用寿命长。 辽宁科技大学本科生毕业 第 3 页 1 铁水罐 2 枢 轴 3 耳轴 4 支承凸爪 5 底盘 6 小轴 图 形罐式铁水车 3、鱼雷罐车 铁水罐的外壳是焊接的。旋转轴线高出几何轴线 110 样空铁水罐或装满铁水时铁水罐的重心均在旋转轴线以下。 铁水罐由一个圆柱体和两个圆锥体组成，枢轴固定在圆锥体的端部。铁水罐靠本身两端的枢轴支承在两台单独的车架的轴承上。罐的倾翻机构和电动机装在其中的一台车架上。每台车架支承在两台双轴小车上。 结构型式 如图 示。 图 雷罐车 大 容量的鱼雷罐车具有下列优点：热量损失小，形成的残铁和铁瘤较少、罐中铁水成分在一定程度上能起混匀的作用，砖衬的寿命较长等。 辽宁科技大学本科生毕业 第 4 页 高炉每次出铁只需 23 个罐位，这就解决了大量铁水的运输问题，可缩短出铁场的长度，减少铁沟的维修量和炉前废铁量。 从上面的情况来看，我国现在各钢铁公司使用的大部分是混铁炉，混铁水车用得较少。实际上这两种设备各有各的优缺点，但从发展的角度来看还是混铁水车的发展有一定的优势。 首先，混铁炉在炼钢车间要占有一定的面积，而且随着转炉的容积增大其占用面积 也需要增大。特别是对于改造 的车间来说厂房的面积是至关重要的。在这一点上混铁 水车占有一定优势。 其次，混铁炉在操作上也不如混铁水车。混铁炉为了减少热量的损失需要喷吹煤气加热，煤气管道又要随着炉体转动，而炉体的旋转中心又不是其几何中心，同时又要考虑煤气的密封问题。而且混铁炉的上部还要安装兑铁水口的盖子，这又需要一套卷扬机构和炉顶平台。这些都是混铁水车不需要的。 再者，混铁水车可以满足远距离输送，可以跨车间输送铁水，由于减少了铁水在混铁水车中的时间，能量的损失也可以控制在最 小值。另外，就其加工和维修方面来说，混铁水车也比混铁炉来得容易。辽宁科技大学本科生毕业 第 5 页 运行机构的任务是使起重机和小车作水平运动。有时用于搬运物品；有时用于调整起重机的工作位置，如门座起重机与装卸桥的大车运行机构等。 本方案就是设计铁水过跨车的小车运行机构。 运行机构分为无轨运行与有轨运行两类。前者采用轮胎和履带，可以在普通道路上行走，用于汽车起重机、轮胎起重机与履带起重机等。它们的机动性好，可以随时调到工作需要的地点；后者在专门的钢轨上运行。负荷能力大，运行阻力小，是一般起重机常用的运行装置。本方案是设计有轨运行机构的组成与设计原理。 运行机构由电动机、传动装置、联轴器、传动轴、车轮组和制动器所组成。 本方案主动轮的驱动型式是集中驱动。它是以一台电动机通过传动轴来带动两边主动轮的驱动型式。这种型式只用一台电动机与一台减速器，但传动轴系统（包括轴、轴承与联轴器）复杂笨重，故目前只用于小车运行机构及跨度与起重量较小（ 1 0 0 k N , 1 6 . 5 ）的桥式起重机的大车运行机构。 动机类型的选择 电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。 交流电机 与直流电机的主要区别是，交流电机利用的是电磁感应原理，而直流电机是主磁极建立起恒定不便的磁场，转子绕组通人电流，电机就会转动。 直流电机 的优点是 响应快速、 有 较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能， 能承受频繁的冲击性负载。 但直流电机 也有其 缺点， 较交流电机相比结构复杂，制造成本高，维护工作量大， 使用场合也受到限制 。 采用交流电机驱动，中间需要一个变速箱，一个齿轮座。采用这传动方式的优点是：设备投资少 ,配套容易，使用和维护比用直流电机简便，缺点是：传动装置需要增加专门的变速箱， 交流电动机分为异 步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的辽宁科技大学本科生毕业 第 6 页 不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等。 综合考虑，该运行机构采用交流电动机，为 频调速三相异步电动机，该电机是全数字式交流变频矢量控制调速控制系统具有性能好、可靠性高，可以满足各种不同控制功能要求，调速系统具有最佳自优化功能，并提供完备的监控保护和故障自诊断功能，同时还具有方便快捷的网络通讯功能，自动化系统通过网络可以对传动系统进行参数设定和信息交换。通过确定矫正力 ,从而来确定电动 机的矫正力矩。 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有 40 余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器 ；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 综合考虑，行走机构的减速器选择立式减速器。 立式减速器的 主要特点 ： 一、高速比和高效率 的 高级传动， 单级传动 就能达到 1： 87 的减速比，效率在 90%以上，如果采用多级传动，减速比更大 ； 二、结构紧凑体积小 由于采用了行星传动原理，输入轴与输入轴在同一轴心上，所以结构紧凑，体积小 ； 三、运转平稳噪声低 摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平稳的机理，使振动和噪声限制在最小 程度。 联轴器的种类很多， 无弹性元件的挠性联轴器 ， 如 十字滑块联轴器 、 滑块联轴器 、齿式联轴器 、 滚子链联轴器 ； 有弹性元件的挠性联轴器 ，如 弹性套柱销联轴器 、 弹性柱辽宁科技大学本科生毕业 第 7 页 销联轴器 、 星形弹性联轴器 、 梅花形弹性联轴器 、 轮胎式联轴器 、 膜片联轴器 。 无弹性元件的挠性联轴器 因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。 有弹性元件的挠性联轴器因装有 弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力， 制造弹性元件的材料有非金属和金属两种。非金属有橡胶、塑料等，其特点为质量小，价 格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强。金属材料制成的弹性元件 (主要为各种弹簧 )则强度高、尺寸小而寿命较长。 根据这些特点，本方案采用两个鼓形齿式联轴器，两 车轮是用来支承整台起重机重量并使其行驶的装置。车轮按轮缘形式可以分为双轮缘的、单轮缘的和无轮缘的三种。轮缘的作用是导向和防止脱轨。 车轮的材料应根据驱动方式、运行速度和起重工作级别等因素来确定。对机械驱动而速度大于 30 中级及中级以上工作类型，建议采用不低于 铸钢，并进行表面淬火（火焰淬 火或表面淬火），硬度不低于 50，淬火深度不小于 5人力驱动或机械驱动轻级工作类型，速度小于 30 可采用铸铁车轮，表面硬度为 40。 轨道用来承受起重机车轮传来的集中压力，并引导车轮运行。所有起重机用的轨道都采用标准的或特殊的轧制型钢或钢轨。它们应符合车轮的要求，同时也应考虑如何让固定。通常中小型起重机，小车轨道采用 P 型铁路钢轨，也可以采用方钢。大型起重机，大车轨道多采用 P 型与 起重机专用钢轨。这些轨道用压板和螺丝固定。 综上所述，本方案选用双轮缘的车轮（见图 材料为r n 3 5 C M S。轨道采用P 型铁路钢轨，用压板的螺丝固定。 制动器就是刹车。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备 (如矿井提升机、电梯等 )则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。 综上所述，制动器的作用有三种： 支持 将物品、吊臂或机器闸住不动； 辽宁科技大学本科生毕业 第 8 页 停止 用摩擦消耗运动部分的动能，以一定得减速度使机构停止下来； 落重 制动与重力平衡，重物以恒定的速度下降。 对于各种制动器的构造和性能必需满足以下要求： 能产生足够的制动力矩； 松闸和合闸要迅速，制动要平稳； 构造简单，维修方便； 制动器的零件要有足够的强度和刚度，摩擦零件要有较高的耐磨性和耐热性； 制动器的结构要紧凑。 为了使制动器能获得较大的制动力矩和较小的结构尺寸，提高接触表面的摩擦系数是最有效的方法。因此在起重机械的制动器中，大多采用较高的摩擦系数和耐磨 性的材料，用作互相接触的制动零件之一的复面。常用的制动复面材料是制动石棉带和碾压带。 本方案采用抱闸制动器。 本方案选用调心滚子轴承。 调心滚子轴承具有两列滚子，主要承受径一载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。高温环境下 轴承的使用寿命长。辽宁科技大学本科生毕业 第 9 页 总重量： 220T 行走速度： 3 30 电机功率 由参考文献 1 摩擦总阻力矩公式： m ( ) ( )2 Q k （ 式中 G+Q 总重量；由设计参数得 G+Q=220T=220000 456000N； k 滚动摩擦系数；由参考文献 1表 7 1 查得 k= 轴承摩擦系数；由参考文献 2表 6 2 17 查得 = 附加阻力系数；由参考文献 1表 7 3 查得 = d 轴承内外径平均值； d= 2 0 0 3 4 0 2702 带入公式 ： 0 . 2 72 4 5 6 0 0 0 ( 0 . 0 0 0 9 0 . 0 0 3 0 ) 1 . 62 =m 运行摩擦阻力： 2 式中 车轮直径；00 带入公式 ： =电动机： 辽宁科技大学本科生毕业 第 10 页 由电动机静功率公式： 1 0 2 6 0j x （ 式中 满载运行时静阻力； m 驱动电动机台数； m=2； 机构总效率； = 机构行走速度；取8 带入公式 ： 6 3 3 7 . 3 3 2 81 0 2 6 0 0 . 9 2 =选电动机功率： N=上所述： 选用电机型号： 25 M 6； 功率： 0 转速： 1n=720 由参考文献 6公式： 按照等效功率法求得：当 % 25 时，所需的等效功率： 25k N （ 式中 25k 工作类型系数，由参考文献 1表 6 4 查得 25k= 系数，根据t 值查得，由参考文献 1查得当 t = = 带入公式 ： 辽宁科技大学本科生毕业 第 11 页 0 . 7 5 0 . 8 7 2 8 . 9 7 1 8 . 9 0 由以上计算结果可知，初选电动机能满足发热条件，即 动机过载能力校核 对于室外工作的起重机，为了校核电动机能否克服工作状态最大风压所引起的载荷，以免工作过程中发生停车现象。其计算式： m a x m a x 2m p f P （ 式中 电动机实际最大启动力矩（ ） m a x m a 7 5电动机最大过载系数，由参考文献 7表 7 2 查得： ，取 313 0 1 09 . 5 5 9 . 5 5720 = 所以 m a x 0 . 7 5 2 . 8 3 9 7 . 9 8 3 5 . 5 9 Nmm 电动机个数； i 运行机构总传 动比； 运行机构的效率； 道路坡度阻力矩；忽略不计，； 由工作状态最大风压（内陆 21 5 0 N /；沿海 22 5 0 N /）所引起的风阻力（ N ）。 辽宁科技大学本科生毕业 第 12 页 1 5 0 4 0 6 0 0 0 所以 m a 3 9 5 . 8 4 0 6 0 0 0 0 . 92 7 2 . 7 3 0 . 9 2 = 综上计算可得 m a x m a 以 电动机过载能力校核合格。 车轮转速： （ 式中 机构行走速度； 8 车轮直径；00 带入公式 ： =机构传动比： 10n = 上所述： 选取减速器型号： 1000 辽宁科技大学本科生毕业 第 13 页 900 主动轮组 图 轴的载荷分析图 辽宁科技大学本科生毕业 第 14 页 按弯扭合成应力校核轴的强度 由上述计算可得： 0 30 0n=720 机构总效率： = 0=30 27 007207 2 nn i =32 7 1 09 . 5 5 9 . 5 59 . 9 0PT n = 如图 1 2 6 0 4 5 . 4 522= 32 2 0 1 0 9 . 84=539000N 由公式： 12t 得： 12 2 1 3 0 2 2 . 7 30 . 9t = 1） 做出轴的力学模型。 2 8 9 3 9 . 4 00 . 2 2 0 . 2 222M 辽宁科技大学本科生毕业 第 15 页 = （ 2） 做出轴的弯矩图。 12 5390000 . 2 2 0 . 2 222 =59290 （ 3） 做出轴的扭矩图。 2 2 2 23 1 8 3 . 3 3 5 9 2 9 0 M = （ 4） 校核轴的强度。 由参考文献 3公式 15 4 轴的弯扭合成强度条件： 22 22 11 1()4 2 W （ 式中： 轴的计算应力， M 轴所受弯矩， N ； T 轴所受的扭矩， N ； W 轴的抗弯截面系数； 1 对称循环应变力时轴的许用弯曲应力，其值按参考文献 3表 15 1选 用。 取 ； 由参考文献 3表 15 4 得： 辽宁科技大学本科生毕业 第 16 页 32()3 2 2d b t d tW d （ 式中： 由参考文献 4表 4 3 19 得： b=45 t=15 d 轴的直径； d=200 带入公式 ： 322 2 0 4 5 1 5 ( 2 2 0 1 5 )3 2 2 2 2 0W =把上述数据带入公式 ： 3 2 3 2( 5 9 3 7 5 . 4 0 1 0 ) ( 0 . 6 1 3 0 2 2 . 7 3 1 0 )9 8 0 8 9 4 . 8 =3表 15 1 得： 材料选取 40制处理。 1 =70 因为 1 所以 轴检验合格。 （ 1） 判断危险截面 截面 A， B 只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A， B 均无需校核。 辽宁科技大学本科生毕业 第 17 页 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面 C 上的应力最大。截面的应力集中的影响和界面的相近，但界面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面 C 上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面 C 也不必校核。截面和显然更不必校核。由参考文献 3第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。 （ 2） 截面左侧 抗弯截面系数： 330 . 1 0 . 1 2 0 0 =800000 3抗扭截面系数： 330 . 2 0 . 2 1 8 0 =1600000 3截面左侧的弯矩 M 为： 2 2 0 1 0 859375400220M = 截面上的扭矩2 2T=13022730 N 截面上的弯曲应力： 30227476. 36800000b = 2 130227301600000T =第 18 页 轴的材料为 40质处理。 由参考文献 3表 15 1 查得： B=735=355=200 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按参考文献 3表 3 2 查取。 因为 3 0 5200 220 1 经插值后可查得： ， 又由参考文献 3附图 3 1 可得轴的材料的敏感系数为： q=q=有效应力集中系数按式（附表 3 4）为： 1 1 1 0 . 9 1 2 . 0 1 = 1 1 1 0 . 9 4 1 . 3 3 1 =参考文献 3附图 3 2 的尺寸系数 ； 由参考文献 3附图 3 3 的扭转尺寸系数 。 轴按磨削加工，由参考文献 3附图 3 4 查得表面质量系数为： 0 轴未经表面强化处理，即 1q 。 由参考文献 3式 3 12 得综合系数为： 1 1 . 9 1 1110 . 6 0 0 . 9 0 =宁科技大学本科生毕业 第 19 页 由参考文献 3式 3 12a 1 1 . 3 1 1110 . 7 3 0 . 9 0 =由参考文献 3 3 1 及 3 2 得碳钢的特性系数： 0 0 ， 取 0 0 ，取 于是，计算安全系数 由参考文献 3式 15 6 得： 1 2 9 3 7 . 7 8 0 . 1 0 =参考文献 3式 15 7 得： 1 1 4 8 . 1 41 . 9 1 0 . 0 522 =参考文献 3式 15 6 得： 2 2 22 . 8 6 2 5 . 0 72 . 8 6 2 5 . 0 7=参考文献 3中查得设计安全系数值： 因为 以可知其安全。 （ 3） 截面右侧 抗弯截面系数： 辽宁科技大学本科生毕业 第 20 页 330 . 1 0 . 1 2 2 0 =1064800 3抗扭截面系数： 330 . 2 0 . 2 2 2 0 =2029600 3截面左侧的弯矩 M 为： 2 2 0 1 0 859375400220M = 截面上的扭矩2 2T=13022730 N 截面上的弯曲应力： 30227476. 361064800b = 2 130227302029600T =k，由参考文献 3附表 3 8 用插值法求得： 并取 ，于是得： 0 . 8 4 . 0 5 3 . 2 4k 轴按磨削加工，由参考文献 3附图 3 4 查得表面质量系数为： 辽宁科技大学本科生毕业 第 21 页 0 轴未经 表面强化处理，即 1q 。 由参考文献 3式 3 12 得综合系数为： 111 4 . 0 5 10 . 9 0 =参考文献 3式 3 12a 111 3 . 2 4 10 . 9 0 =由参考文献 3 3 1 及 3 2 得碳钢的特性系数： 0 0 ， 取 0 0 ，取 于是，计算轴在截面右侧的安全系数 由参考文献 3式 15 6 得： 1 1 6 2 8 . 3 9 0 . 1 0 =参考文献 3式 15 7 得： 1 4 2 6 . 4 23 . 3 5 0 . 0 522 =参考文献 3式 15 6 得： 2 2 23 . 0 1 1 8 . 3 23 . 0 1 1 8 . 3 2=参考文献 3中查得设计安全系数值： 辽宁科技大学本科生毕业 第 22 页 因为 以可知其安全。 校核的轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静