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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 单驱动移盖机设计单驱动移盖机设计 摘要：随着钢铁工业的迅速发展，对钢铁生产过程中高炉铁水出口区的操作 及管理提出了更高的要求。从提高装备水平、改善铁口区及风口区的操作条件和除 尘效果、降低工人的劳动强度等方面考虑，炉前移盖机已在大型高炉炉前操作上充 分体现出了它的优越性，移盖机是现代高炉炉前必不可少的主要设备之一，它的结 构型式及性能对高炉炉前的操作、布置、除尘等均有直接的影响。在现代钢铁生产 中，根据高炉的不同条件设计出结构颖、动作灵活、可靠性好、操作维护方便的移 盖机已是炉前设备走向先进化和现代化的大势所趋，根据国内外移盖机现状，针对 上述问题，本设计选定为落地式专用移盖机。为四杆机构，结构简单，易损件少， 整机使用寿命长，维修方便。 关键字：移盖机；单驱动；四杆机构；液压 ABSTRACT With the rapid development of steel industry blast furnace molten iron in the iron and steel production process export zone, operating and management put forward higher request. From raising iron KouOu and the equipment level, to improve the operating conditions and the dust removal effect, reduce the labor intensity of workers and so on into consideration, the furnace forward cover before the machine has been in large blast furnace operation fully embodies its superiority, move the machine at one of the main equipment is essential before modern blast furnace, its structure and properties of blast furnace operation, before decorate, dust, etc all have direct influence. In modern iron and steel production, according to the different conditions of blast furnace design clever structure, flexible motion, good reliability, easy operation and maintenance of moving cover machine is already before the furnace equipment to advanced and modern, the trend of The Times, according to the situation of off shoring domestic machine, according to the above problem, this design selected for the floor dedicated machine. For four-bar linkage, simple structure, less wearing parts, the machine have long service life, convenient maintenance. 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Key words: moving cover machine; Single drive; Four-bar linkage; The hydraulic 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目目 录录 单驱动移盖机设计 1 目 录 . 3 1.引言 1.1. 高炉炉前移盖机的产生 5 1.2. 国内外移盖机的发展状况 5 1.3. 国内外专用移盖机的形式与特点 8 1.3.1. 国内外专用移盖机的形式 . 8 1.3.2. 移盖机的结构及工作原理 10 1.4. 移盖机的发展趋势和展望 . 11 2. 课题背景及开展研究的意义 . 12 2.1. 课题背景 . 12 2.2. 开展研究的意义 . 12 2.3. 设计思路和方案确定 . 13 3. 机构设计计算 . 17 3.1. 机构总体布置 . 17 3.2. 运用实体建立模型； . 17 3.3. 运动仿真 . 18 3.4. 应力分析 . 20 3.5. 强度校核 . 21 4. 液压传动系统的设计计算 . 24 4.1. 明确设计要求 制定基本方案： 24 4.2. 制定液压系统的基本方案 . 24 4.2.1. 确定液压缸的类型 25 4.2.2. 确定液压缸的安装方式 25 4.2.3. 缸盖联接的类型 25 4.2.4. 拟订液压执行元件运动控制回路 26 4.2.5. 液压源系统 26 4.3. 确定液压系统的主要参数 . 26 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.3.1. 载荷的组成与计算： 26 4.4. 液压缸 . 31 4.4.1. 初选系统压力 31 4.4.2. 计算液压缸的主要结构尺寸 32 4.4.3. 确定液压泵的参数 34 4.4.4. 管道尺寸的确定 35 4.4.5. 油箱容量的确定 36 4.4.6. 缸体 36 4.4.7. 活塞 37 4.4.8. 活塞杆 38 4.5. 液压原理图 . 40 5. 安装及维护 . 42 5.1. 设备安装 . 42 5.1.1. 安装形式 42 5.1.2. 设备的重心确定 42 5.1.3. 膨胀螺栓选型、设计 42 5.1.4. 膨胀螺栓设计计算 43 5.1.5. 安装方法 43 5.2. 液压管路安装 . 43 5.3. 液压管路配管 . 45 5.4. 液压阀类元件安装 . 46 5.5. 液压泵安装 . 47 5.6. 液压缸安装 . 47 5.7. 液压系统维护的主要内容 . 48 5.7.1. 具体内容 48 5.7.2. 处理方法 48 5.7.3. 检查过程说明 50 参 考 文 献 53 致谢 . 55 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1.1. 引言引言 1.1. 高炉炉前移盖机的产生 随着现代炼铁新技术的发展, 高炉的容积和风口平台出铁场呈现出大型化的趋 势, 而高炉的大型化以及文明环保生产, 则对高炉的炉前机械化提出了新的更高要 求。为了减少高炉出铁场渣铁沟处逸出的粉尘和烟气，降低高炉炉前工人的劳动强 度，以及改善现场操作环境，在大中型高炉的渣铁沟上均设有沟盖板，然而在使用 开铁口机打开铁口并使用泥炮封堵出铁口时, 主铁沟沟盖板在开铁口以及堵铁口时 需要被移开，从而为开铁口机和泥炮让出操作空间。基于这个目的，就产生了专门 用于起吊和移放主沟盖的专用设备移盖机（又称揭盖机） 。国内外的高炉生产实 践证明, 移盖机是现代化大型高炉实现炉前机械化所不可缺少的关键设备之一 1 。 高炉主铁沟的炉前移盖机是上世纪 90 年代发展起来的高炉炉前新设备，其主要 结构有车架、提升机构、走行机构和接近开关。移盖机在发展初期，无论是国内还 是国外，主要采用的形式是气动悬挂式的。然而经过多年的运行实践,，气动悬挂式 移盖机暴露出了一些问题,：受气动驱动形式的限制，该型移盖机的外形体积较大， 结构较复杂，故障隐患点也多，制造加工的难度大，安装检修苦难等。针对这些暴 露的问题，国内外专家们又研制出来液压驱动的移盖机，液压式移盖机与气动式相 比，具有以下的特点： （1）驱动机构相对简单、杆件的几何尺寸合理、整体结构紧 凑、车体强度高、设备重量轻。 （2)采用全液压驱动, 可以用液压缸来完成沟盖的提 升和车体的走行动作, 运行平稳且无冲击, 操作控制容易。 （3)在机械结构和液压系 统中设置了多重的保护装置, 因而保证了动作的安全性和可靠性 2 。 1.2. 国内外移盖机的发展状况 高炉炉前渣铁沟上设沟盖板是控制出铁场烟尘排放、减少污染以及改善操作条 件的基础。而主铁沟的第一段沟盖需要在开、堵铁口时被移开，从而让出泥炮和开 口机工作所需的位置，操纵这段沟盖的移盖机(或称揭盖机)是炉前的主要设备之一。 目前在用的揭盖机主要可以分为悬臂吊式和专用移盖机两大类。在国外，绝大多数 的高炉都使用的是多种型式的专用揭盖机，然而在国内任然有近 50 座 1000 m3 以上 的高炉(包括宝钢 1、2 号高炉在内)，绝大多数采用的是悬臂吊式移盖机。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 悬臂吊式这类移盖机的特点是它与沟盖板间以较长的钢丝绳或链子等柔性件相 联接，目前国内在用的这类设备主要有以下几种形式：1)无小车行走机构的墙式悬 臂吊(唐钢 1260m3 高炉)；2)无小车行走机构的柱式悬臂吊(马钢 2500m3 高炉)；3) 有小车行走机构的墙式悬臂吊(宝钢 1、2 号高炉) 6 。 专用移盖机的特点是它与沟盖板间大都采用的是刚性联接，目前国内外在用的 主要由以下几种形式：1)气动或液压横移台车式移盖机。这类移盖机在风口平台下 面设两根直轨道，台车沿轨道行走，台车上具有回转机构和沟盖升降杠杆。目前日、 德、英等国的多家公司就是生产这种设备，如下图 l 所示 图 1 横移台车式移盖机 l升钩；2提升杠杆；3提升缸；4行走轮；5顶轮；6侧轮；7走行 气马达； 8传动链；9旋转台架；10旋转气缸 2）液压连杆式揭盖机。这类移盖机通过两套连杆机构分别实现沟盖的升降与横 移，设备基础则在出铁场上，有的带有回转机构。德国 DDS 公司、卢森堡 PW 公司(现 在两家公司已经合并为 TMT 公司)等就是生产的这种设备，目前改型设备已用于欧洲 和韩国的多座高炉上，如下图 2 所示 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 2 液压连杆式移盖机 吊钩带回转机构且与行走小车间为硬联接的墙式悬臂吊移盖机。这种设备早在 70 年代就已经用于日本的高炉了，1998 年千叶 6 号高炉大修时就采用了机构与之相 似的移盖机，因为该高炉铁口夹角较小(只有 45 度)，一台移盖机就能操纵相邻两条 主沟上的沟盖了。如下图 3 所示 图 3 吊钩带旋转机构的悬臂吊式移盖机 芬兰 RAUTARUUKKI 厂采用了类似伸缩式的全液压汽车吊的移盖机。改型移盖机 使用的时候，沟盖挂在主臂头部，主臂可以伸缩、倾动以及回转，同时移盖机布置 在风口平台外侧的出铁场上。 西班牙有两座 2731m3 的高炉则采用了升降一回转式的移盖机，移盖机设在出铁 场上 4 。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 两类移盖机之间进行比较，我们发现悬臂吊式移盖机除了移动沟盖外，还可用 于其它作业，但它与专用移盖机相比具有以下两点不足： 1） 前者需要在沟盖中部上方的风口平台处开个豁口， 使该处风口平台变得窄小。 然而因为操作空间狭小以及主沟的热辐射作用，导致了风口设备的日常检查与更换 的工作环境很差。比如宝钢 1、2 号高炉采用的是悬臂吊式移盖机，高炉主沟上方风 口平台最窄处宽度仅为 2.1m，小于换风口机轨道的长度，因此检修风口设备时需要 加上活动盖板，十分的不方便。 2)设备与沟盖间采用的是柔性件相联，因此操作中不可避免地会存在沟盖晃动 的不稳现象，沟盖就位比较烦锁、费时，沟边溅渣相对较多 3 。 通过对比和国内外的实践证明，专用移盖机比悬臂吊式移盖机具有更加明显的 优势与特点，它在世界高炉炉前生产中的应用也越来越广泛。 1.3. 国内外专用移盖机的形式与特点 1.3.1. 国内外专用移盖机的形式 根据不同的高炉大小以及出铁场的布局特点，目前国内外出铁场处的专用移盖 机大小和型号种类较多，但总的来说有两种形式：一种是悬挂式移盖机，这种移盖 机安装在风口平台下沿，沿轨道移动杠杆升降，其主要动作为杠杆升降，小车行走 及回转。韩国光阳的高炉以及宝钢 3 号高炉就是采用了这种设备。此种设备可以采 用气动或液压来进行驱动，如下图 4 和 5 所示： 图 4 液压悬挂式 1油缸；2曲臂；3缓冲器；4驱动装置； 4 3 2 1 5 6 7 8 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 5吊挂小车；6连杆；7挂板；8沟盖 图 5 气动悬挂式 l升钩；2提升杠杆；3提升缸；4行走轮；5顶轮；6侧轮；7走行 气马达；8传动链；9旋转台架；10旋转气缸 另一种是落地式移盖机，这种移盖机则坐落在出铁场平台上，杠杆机构采用液 压来驱动，它主要以德国 DDS（现已和 PW 合并成为 TMT 公司）生产的设备为代表， 其主要动作为机座回转，主臂伸缩及升降，目前欧洲大部分的高炉以及国内主要的 大中型高炉采用的是这种设备。如下图 6 所示： 图 6 液压落地式 1起吊油缸；2位移油缸；3底座；4曲臂；5大臂 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 以上两种设备与沟盖板均采用硬连接，能较好的解决悬臂吊车在操作中产生的 问题，从而使这种设备在世界各大高炉上得以迅速推广 9 。 1.3.2. 移盖机的结构及工作原理 在现代出铁场处，为了防止高炉出铁的时候铁水及其热辐射侵蚀高炉的炉前设 备，如泥炮、开口机还有高炉的风口平台，会在铁口正前方设置一个适当重量的铁 沟盖。出铁时，我们需要将该沟盖盖在铁沟上方从而将铁沟与周围的环境隔开，减 少对周围环境的热辐射作用，堵铁口的时候，需要再把沟盖撤回，而移盖机就是用 来移放铁沟盖的设备。 如下图 4 所示，这是一个悬臂式全液压式的移盖机工作简图：移盖机主要由走 行油缸，拖链，提升机构，车架以及导轨等组成。走行油缸一端与车架相连，另一 端固定在风口平台下钢梁上，由提升油缸和连杆机构组成的升降机构连接在车架内， 车架通过四个车轮悬挂在与风口平台下钢梁相固定的轨道上，液压系统通过装有高 压软管的拖链与移盖机相连，从而保证其行走自如。当铁口打开后，先将提升机构 落下并将沟盖挂上并提起，然后走行油缸将推动车架把沟盖移动至铁沟正上方，再 将沟盖下落盖在铁沟沿上，之后移盖机撤走。同理，堵铁口的时候，移盖机将把沟 盖挂起并提起撤回至地面，从而使泥炮能顺利上去堵住铁口 5 。 图 4 移盖机的工作简图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1.4. 移盖机的发展趋势和展望 随着钢铁工业的迅速发展，对钢铁生产过程中高炉铁水出口区的操作及管理提 出了更高的要求。从提高装备水平、改善铁口区及风口区的操作条件和除尘效果、 降低工人的劳动强度等方面考虑，炉前移盖机已在大型高炉炉前操作上充分体现出 了它的优越性。 由于移盖机的工作环境及其恶劣：高温、多尘且空间狭小。此外当移盖机出现 故障时，会直接影响高炉的出铁，从而给企业造成巨大的经济损失，因此要求在设 计移盖机的时候，移盖机的结构尽量简单，可靠性要好，能保证长期在恶劣的环境 下工作，并且便于平时的维护和维修。 总之，移盖机是现代高炉炉前必不可少的主要设备之一，它的结构型式及性能 对高炉炉前的操作、布置、除尘等均有直接的影响。在现代钢铁生产中，根据高炉 的不同条件设计出结构颖、动作灵活、可靠性好、操作维护方便的移盖机已是炉前 设备走向先进化和现代化的大势所趋. 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.2. 课题背景及开展研究的意义课题背景及开展研究的意义 2.1. 课题背景 众所周知，现代工业生产作业中，国家和企业已不单单只关注产能和效益了， 我们同时对生产作业中的操作环境以及生产过程中对环境的污染也越来越重视。无 论是国内还是国外，钢铁生产永远都是这个国家整个工业生产链的基础，而高炉炼 铁又可以说是钢铁生产链中的基础。然而炼铁厂的生产环境之恶劣又是大家所关心 和担忧的地方。当前，随着国家钢铁产业振兴计划的实施，我国正在逐步淘汰能耗 过高的小型高炉，整合资源进行大中型高炉改建、扩建、新建，从而达到节能降耗、 优化资源、高效利用的目的。同时，为了积极响应国家对环境保护的号召，各钢厂 在生产过程中不断提出环保措施，积极改善各生产厂的工作环境和污染排放。 而在高炉炼铁厂，出铁场环境可以说是非常恶劣的。原因是在高炉炼铁的生产 过程中，高炉出铁沟是高温铁水或熔渣流经的通道，其衬体主要受铁水、熔渣及微 量元素的冲刷侵蚀及浸润。这要求出铁沟需要使用耐火材料，该材料不仅要对渣铁 水的侵蚀性有较强的抵抗性，而且抗高温的性能也要好。同时，烟气、灰尘、粉粒 等对周围具有一定的污染作用，因此出铁场环境较为恶劣。 为了改善出铁口的生产环境和减少对大气的污染排放，现代钢铁企业基本均采 用沟盖来防尘，效果比较明显，显著的改善了相对恶劣的炉前工作环境，对于人体 和设备的保养都起到了一定的保护作用。在高炉渣铁沟上设沟盖虽然是控制出铁场 烟尘、减少污染、改善操作条件的基础，但主铁沟的沟盖板在开、堵铁口时需要移 开，从而让出泥炮、开口机工作的所需位置，为了解决这一问题，专家们就研制出 了一种专门设备移盖机。 2.2. 开展研究的意义 当前国内有不少高炉炼铁厂使用的一些移盖机，特别是气动式的的移盖机普遍 存在以下一些问题： （1）由于移盖机的走行轨道上常因出铁喷溅，铁渣产生附加阻 力，尽管有是四轮驱动的小车，但有时仍走行不顺； （2)有些高炉的沟盖设计重量为 10 吨，移盖机的提升力设计为 12 吨，由于沟盖与铁渣粘接等因素，导致移盖机的 提升力偏小； （3)因气缸速度不易控制，沟盖惯性大，造成旋转气缸损坏； （4)由于 炉前温度高，给设备的润滑带来问题 2 。此外这些移盖机普遍还带有结构笨重，造 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 价偏高，高温下可靠性不够，维修维护不够方便等问题，针对这些问题，本次课题 希望能在老师的指导下设计出一种既满足技术要求，又结构相对简单，成本较低， 动作灵活，可靠性较好的单驱动液压落地式移盖机。通过此次的研究和设计，对我 国高炉炉前设备的国产化具有一定的现实意义，现阶段我国国内的高炉炉前设备普 遍都是国外厂家设计生产的，价格昂贵，维护和维修又不方便，该型移盖机若能设 计成功，将有可能大大缩小炉前设备的投资成本，并能逐步摆脱我国钢铁生产设备 对国外的依赖，这对如今不是特别景气的钢铁行业无疑具有比较好的意义。 2.3. 设计思路和方案确定 移盖机作为高炉炉前重要设备，具有以下的特点： (1)工作环境极其恶劣：高温、多尘以及空间狭小； (2)若设备发生故障，则会直接影响高炉的出铁； (3)移盖机的结构型式、性能与炉前设备的布置状况、炉前操作、风口平台布置 以及风口设备检修更换等都密切相关； (4)要能能把沟盖移到足够远处，以便于进行铁口、主沟的维修操作。需要更换 沟盖的时候，能方便地把沟盖移到出铁场的吊车作业区内。 移盖机除了具有以上的特点外，还应具备以下的功能： (1)设备稳定性要好，要能在恶劣的环境下长期稳定的工作； 设备高度要低(这里指的是高于出铁口中心线部分，该处风口平台不开豁口； (3)移盖机与主沟盖之间最好能采用硬联接方式，因为这样能实现沟盖迅速又准 确的就位； (4)要能把沟盖移到足够远处，以便于进行铁口、主沟维修操作。需要更换沟盖 的时候，能方便地把沟盖移到出铁场的吊车作业区内。 根据国内外移盖机现状，针对上述问题，本设计选定为落地式专用移盖机。为 四杆机构，结构简单，易损件少，整机使用寿命长，维修方便， 本设计的关键是油缸的受力和布置。先对以下四种方案进行分析： 方案一： 如下图， 提升高度 600， 横向移动距离 2857， 提升轨迹的角度大于 45.6 度，油缸固定在四杆中固定杆中部。 优点：结构紧凑，占地面积小，工作状态为油缸大腔受力，可使相同作用力下， 油缸内部压力小。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 缺点：油缸离沟盖距离较小，受到热影响大，油缸在整个运行过程中，力臂相 对较小；左侧杆件为受压部件，不能调节长度，应对复杂情况的能力差。 ? 方案二： 如下图， 提升高度 600， 横向移动距离 2857， 提升轨迹的角度大于 45.6 度，油缸固定在四杆中固定杆中部并向上移。 优点：工作状态为油缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸内部压力小油缸在 整个运行过程中，力臂相对最大。 缺点：油缸离沟盖距离较小，受到热影响大，油缸固定位置受限，横向尺寸大； 左侧杆件为受压部件，不能调节长度，应对复杂情况的能力差。 方案三： 如下图， 提升高度 600， 横向移动距离 2857， 提升轨迹的角度大于 45.6 度，油缸固定在四杆中固定杆外部。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 方案三：如下图，提升高度 600，横向移动距离 2857，提升轨迹的角度大于 45.6 度， 油缸固定在四杆中固定杆中部外侧。 优点：油缸离沟盖距离较大，受到热影响小。 缺点：占地面积大，工作状态为油缸小腔受力，可使相同作用力下，油缸内部 压力大，油缸在整个运行过程中，力臂相对较小；左侧杆件为受压部件，不能调节 长度，应对复杂情况的能力差。 方案四：如下图，提升高度 600，横向移动距离 2857，提升轨迹的角度大于 45.6 度， 油缸固定在四杆中固定杆内部部。 优点：油缸离沟盖距离较大，受到热影响小；右侧杆件为受拉部件，可以设计 为可调节长度的杆件，能应对复杂情况的，抵消误差和不利因素的影响。 缺点：油缸离沟盖距离较小，受到热影响大，油缸在整个运行过程中，力臂相 对较小。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 对以上四种方案进行分析，方案一工作状态为油缸大腔受力，可使相同作用力 下，油缸内部压力小油缸在整个运行过程中，力臂相对较大。方案二工作状态为油 缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸内部压力小油缸在整个运行过程中，力臂相 对最大。但是，油缸固定位置受限，使横向尺寸大，占地面积大，不能满足窄小空 间的要求。方案三上，油缸离沟盖距离较大，受到热影响小，可是同时存在占地面 积大，受力状态差的缺点，而方案四，从力臂上略处劣势，但是从空间布置上，和 对复杂情况的适应性强，综合分析，选定为最优方案，也是本设计的最终方案。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.3. 机构设计计算机构设计计算 3.1. 机构总体布置 其余详细部分见工程图. 3.2. 运用实体建立模型； 本机构运用 pro/E 软件的关联性，通过至上而下设计方法，逐步建立整套实体 模型，实体三视图如下： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 主要由底座、撑杆、拉杆、主梁和液压系统组成。 3.3. 运动仿真 在实体模型里选择程序自带的机构分析模块；添加机构接头，如下图： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 四杆之间通过销轴连接，油缸自身为滑动杆连接，油缸和四杆为销钉连接，然 后添加马达，根据实际设计参数，在油缸上添加马达，参数如下： 然后运行机构分析命令，添加时间，机构类型为运动学，得出分析结果。 点击插入-轨迹曲线 选择吊耳中心点为轨迹参照点，点击确定，系统自动获得沟盖运动轨迹。 通过点击回放-捕捉-可以得到运动仿真视频。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.4. 应力分析 在整个机构上，主梁是主要受力部件，其强度直接影响结构的安全和运行，现 运用 pro/E 进行有限元分析，步骤如下： 打开实体模型 进入有限元分析模块 添加载荷和约束，指定材质和分配， 运行静力学分析： 得出应力分布图： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 由分析可知，主梁受力最大为 91Mp，选择 Q235 材质钢板即可满足使用要求。 3.5. 强度校核 调节杆选用有级调节方式，调节杆收拉力，整个拉力值在运行中的数值及变化 重实体分析中可以得出： 定义测量： 得出测量结果： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 重结果上看出调节杆受拉力最小值为 9.05T，最大值为 12.5T。 添加受力，为了可靠分析，把所有力施加在一个受力面上，进行有限元分析， 得出 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 从分析结果可以看出，最大应力为 95.84MP，选用普通碳钢即可满足强度需要。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.4. 液压传动系统的设计计算液压传动系统的设计计算 4.1. 明确设计要求 制定基本方案： 设计之前先确定设计产品的基本情况，再根据设计要求制定基本方案。以下列 出了本设计单驱动移盖机的一些基本要求： 主机的概况：主要用途用于高炉炉前沟盖起升，便于维修，占地面积小，适用 于室外，总体布局简洁； 主要完成起升与下降沟盖的动作，速度较缓，液压冲击小； 最大载荷量定为 10 吨，采用单液压缸控制四杆机构升降动作。最大起升高度大 于 400； 运动平稳性好； 人工控制操作，按钮启动控制升降； 工作环境：工作环境极其恶劣：高温、多尘以及空间狭小； 性能可靠，成本低廉，便于移动，无其他附属功能及特殊功能； 4.2. 制定液压系统的基本方案 确定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运 动，二者的特点及适用场合见下表。 名 称 特 点 适 用 场 合 双活塞杆液压缸 双向对称 双作用往复运动 单活塞杆液压缸 有效工作面积大、 双向不对称 往返不对称的直线 运动，差动连接可实现 快进，A1=2A2 往返速度 相等 柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力 或其他外力返回 摆动缸 单叶片式转角小于 360 度 双叶片式转角小于 180 度 小于 360 度的摆动 小于 180 度的摆动 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 齿轮泵 结构简单，价格便宜 高转速低扭矩的回 转运动 叶片泵 体积小，转动惯量小 高转速低扭矩动作 灵敏的回转运动 摆线齿轮泵 体积小，输出扭矩大 低速，小功率，大 扭矩的回转运动 轴向柱塞泵 运动平稳、 扭矩大、 转速范围 宽 大扭矩的回转运动 径向柱塞泵 转速低， 结构复杂， 输出大扭 矩 低速大扭矩的回转 运动 注：A1无杆腔的活塞面积 A2有无杆腔的活塞面积 对于本设计实现单纯并且简单回转运动的机构，可以采用柱塞液压泵及单活塞 杆液压缸，这样不仅简化液压系统降低设备成本，而且能改善运动机构的性能和液 压执行元件的载荷状况。 4.2.1. 确定液压缸的类型 工程液压缸主要用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械的液压系 统。 重载液压缸分为 CD 型单活塞杆双作用差动缸和 CG 型双活塞杆双作用等速缸两 种，特别适用于环境恶劣、重载的工作状态，用于钢铁、铸造及机械制造等场合。 根据主机的运动要求， 选择液压缸的类型为： 缸杆 140、 缸径 200， 额定压力 35Mp， 安装距 1600，行程 1000，查表知等速时推力为 5607KN。 4.2.2. 确定液压缸的安装方式 工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸，安装方式多采用耳环型。由于本设计 中液压缸在作用过程中是一端固定，一端在垂直面上自由摆动的形式，因此根据表 37-7-6 选择液压缸的安装方式为：尾部耳环联接。 4.2.3. 缸盖联接的类型 按缸盖与缸体的联接方式，可分为外螺纹联接式、内卡键联接式及法兰联接式 三种。这里采用法兰联接。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.2.4. 拟订液压执行元件运动控制回路 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压回路的核心 问题。方向控制用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统， 大多数通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对于高压大流量的液压系统，现 多采用插装阀于先导控制阀的组合来实现。本设计单驱动移盖机其特点：起升压力 大，运行缓慢、平稳，能人工控制起升至某一固定高度时并保持该高度自锁。 4.2.5. 液压源系统 液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵。在无其他辅 助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经过溢流阀回油 箱，溢流阀同时起到开展并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供 油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源并提高效率，液压泵的供油量要尽量于系统所需流量相匹配。对在 工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况下，则采用多泵供油或变量泵供油。 对于本设计，由于工作周期短，循环次数少，供油量可以适当减少以节省能源，采 用单泵供油即可，不需蓄能器储存能量。 对于油液的净化：油液的净化装置在液压源中是必不可少的。一般泵的入口要 装有粗滤油器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器再次 过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤或其他形式滤油器。 根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 4.3. 确定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主 要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 4.3.1. 载荷的组成与计算： 缸头耳环处油缸受力，根据上面分析运用分析软件 PROE 得出油缸受力图： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 在上图中的受力点处，在抬起沟盖并移动过程中，变化规律如下图： 由上图受力点的受力可以看出，油缸在起始时受力较大，为 374KN，随后受力减 少，当油缸支撑立柱为垂直时受力最小，随后受力变大，最后增加到最大压力为 427.5KN。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 以上为不计摩擦时受力，最大受力为起盖结束时为压力 427.5KN。 当考虑摩擦因素时，重新计算得： 由上图受力点的受力可以看出，油缸在起始时受力较大，为 389KN，随后受力减 少，当油缸支撑立柱为垂直时受力最小，随后受力变大，最后增加到最大压力为 410KN。 以上为计摩擦时受力，最大受力为起盖结束时为压力 410KN。 在上图中的受力点处，在沟盖从打开位置移动到工作位置时中，变化规律如下 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图： 由上图受力点的受力可以看出，油缸在起始时受力最大，为 427.5KN，随后受力 减少， 当油缸支撑立柱为垂直时受力最小， 随后受力变大， 最后增加到压力为 370KN。 以上为不计摩擦时受力，最大受力为起盖结束时为压力 427.5KN。 当考虑摩擦因素时，重新计算得： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 由上图受力点的受力可以看出，油缸在起始时受力最大，为 449KN，随后受力减 少，当油缸支撑立柱为垂直时受力最小，随后受力变大，最后增加到压力为 354KN。 以上为计摩擦时受力，最大受力为起盖结束时为压力 449KN。 综上可知：液压油缸受力最大时为放置沟盖开始时，为 449KN。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.4. 液压缸 本图表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注于图 上，其中 w F 是作用在活塞杆上的外部载荷， m F 是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套 之间的密封阻力。 作用在活塞杆是的外部载荷包括工作载荷 g F ， 导轨的摩擦力 f F 和 由于速度变化而产生的惯性力 a F 。 （1）工作载荷 g F 常见的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、切削力、挤压力等，这些作用 力的方向与活塞的运动方向相同为负，相反为正。在实际工作过程中，由于载荷量 较大，活塞自身的重力可以忽略不计，切削力与挤压力共同组成的外力即为工作载 荷 g F ， g F =P。由于本设计按最大载荷量定为 41 吨来计算，所以每个液压缸 g F =P=412.3KN。 （2）导轨摩擦载荷 f F 对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦相 对于总载荷可以忽略不计，因此 f F =0。 （3）惯性载荷 a F a Fma ， v a t 。 v 速度变化量 m/s t 起动或制动时间，s。一般机械=0.10.5s，对轻度载荷低速运动部件取 小值，对重载荷高速部件取大值。行走机械一般取=0.51.5s 4.4.1. 初选系统压力 液压缸的选择要遵循系统压力的大小，要根据载荷的大小和设备类型而定。还 要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在载荷一定的情况 下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到 限制，从材料消耗角度看也不是很经济；反之，压力选的太高，对泵、缸、阀等元 件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 定尺寸不太受限的设备，压力可选低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。 按下表初步选取 35Mpa。 各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机 床 农业机械小型工 程机械建筑机械 液压机大中型 挖掘机重型机械 磨床 组合 机床 龙门 刨床 拉床 工作压力 MPa 0.80.2 35 28 810 1018 2032 4.4.2. 计算液压缸的主要结构尺寸 液压缸的相关参数和结构尺寸 液压缸有关的设计参数见图所示： 图 3-4 液压缸设计参数 图 a 为液压缸活塞杆工作在受压状态，图 b 表示活塞杆受拉状态。 活塞杆受压时 1122 w m F Fp Ap A 活塞杆受拉时 1221 w m F Fp Ap A 式中 2 1 4 AD 无杆腔活塞有效工作面积 2 m 22 2 () 4 ADd 有杆腔活塞有效工作面积 2 m 1 p 液压缸工作腔压力 Pa 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 p 液压缸回油腔压力 Pa，其值根据回路的具体情况而定，一般可以按照下 表估算 D活塞直径 m d活塞杆直径 m 执行元件背压力表 系 统 类 型 背 压 力 MPa 简单系统或轻载节流调速 系统 0.20.5 回油带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系 统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短，可直接回油 路 可忽略不计 在这里我们取背压力值 2 0.2pMPa 在本设计中，液压缸不存在受拉的状态，所以只考虑其收压。一般液压缸在收 压状态下工作时，其活塞面积为： 21 1 1 Fp A A p 用运此公式须事先确定 1 A 与 2 A 的关系，或是活塞杆径 d 与活塞直径 D 的关系， 令杆径比=d/D，其比值可按下表选取。 按工作压力选取 d/D 工作压力 MPa 5.0 5.07. 0 7.0 d/D 0.50.5 3 0.620 .7 0.7 按速度比要求确定 d/D 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 （ 21 /vv ） 1.25 1.33 1.46 0.161 2 d/D 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：速度比 ，为活塞两侧有效面积 1 A 与 2 A 之比。即 2 1 22 2 AD ADd 如按工作压力应选取 d/D=0.7，则相应的速度比=2，由于活塞不受拉力作用， 所以活塞杆收缩时可以适当提高其速度， =2 也是完全可以的。 运用直径求法公式 22 12 44 449300 187.7 (1)150.2(1 0.71 ) F Dmm pp ，可以求出 d=133mm。 液压缸的直径 D 和活塞杆径 d 的计算值要按国家标准规定的液压缸的有关标准进行 圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产液压缸，免于自行设计加工。按照 机械手册中工程液压缸的技术规格表 37-7-7 可以选择圆整后的参数：缸径 200mm， 活塞杆 140mm,速度比=2，工作压力 26.5Mpa，推力 560.7kN。 4.4.3. 确定液压泵的参数 确定液压泵的最大工作压力 1P ppp Pa， 式 中 1 p 液 压 缸 最 大 工 作 压 力 ， 根 据 1122 w m F Fp Ap A 可 以 求 出 2 1 1 0. 2 26. 2 FA pMPa A p 从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失。 初算可按经验数据 选取： 管路简单、 流速不大的取0.20.5Mpa； 管路复杂， 进油口有调速阀的， 取0.51.5 Mpa。这里取 0.5Mpa。 即 26.20.526.7 P pMPa 确定液压泵的流量 P Q maxP QKQ 3 /ms K系统泄漏系数，一般取 1.11.3，这里取 1.2 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 max Q 液压缸的最大流量，对于在工作中用节流调速的系统，还需加上溢流 阀的最小溢流量，一般取 43 0.5 10 m /s 在前面已经初步选定台面速度变化量 v =0.15m/s，求出动作时间为 21s 由 1000mm 行程可知，则活塞的运动速度应用公式 1m =0.0476m/s 21s v 333 01 0.0476 3.14 0.1 0.1 101.477 10/Qv Ams 选择液压泵的规格 根据以上求得的和值，按系统中拟订的液压泵的形式，从手册中选择相应的液 压泵产品。为使液压泵油一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压 力大 2560%。 查找手册 P21-1173 选择 A2F 系列斜轴式轴向柱塞泵，其参数如下表 型号 排量 压 力 转 速 特点 生产 厂 额 定 最高 额定 最高 A2F 9.4500 35 40 1500 5000 定量泵 北京 华德 确定液压泵的驱动功率 在工作中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则 3 10 PP P p Q PkW ，其中 P 液压泵的总效率，参考下表选择 P =0.7 液压泵类 型 齿轮 泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.6 0.7 0.650. 80 0.600 .75 0.800 .85 则 3 33 35 1.477 10 64.6 10100.8 PP P p Q PkW ，据此可选择合适的电机型号。 4.4.4. 管道尺寸的确定 在液压、气压传动及润滑的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管等，钢管能 承受较高的压力，价廉，但安装时的弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便 的地方。这里我们采用钢管连接。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 管道内径计算 4Q dm / s v m 式中 Q通过管道内的流量 3 m / s v管道内允许流速 m / s，取值见下表： 允许流速推荐值 油液流经的管道 推荐流速 m/s 液压泵吸油管道 0.51.5，一般取 1 以下 液压系统压油管道 36，压力高，管道粘度小取大 值 液压系统回油管道 1.52.6 取 v吸 =0.8m/s ， v压 =4m/s, v回 =2m/s. 分 别 应 用 上 述 公 式 得 d吸 =20.2mm, d压 =10.7mm, d回 =15.2mm。根据内径按标准系列选取相应的管子。按表 37-9-1 经过圆整后分别选取 d吸 =20mm， d压 =10.7mm, d回 =15mm。对应管子壁厚 1 6 . mm 。 4.4.5. 油箱容量的确定 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排 油时，油箱不能溢出，以及系统最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 初设计时，按经验公式 4 VP VaQQ 3 m 选取。 式中 V Q 液压泵每分钟排出压力油的容积 a经验系数,按下表取 a=4： 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压系统 冶金机械 a 12 24 57 612 10 则 460195 VP VaQQL 。 液压缸主要零件结构、材料及技术要求 4.4.6. 缸体 缸体端部联接模式 采用简单的焊接形式，其特点：结构简单，尺寸小，重量轻，使用广泛。缸体 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139