（机械工程专业论文）炉前揭盖机的改造研究.pdf

! j ：_ 上 ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a le n g i n e e r i t h e i m p r o v e m e n t o ft h em a n i p u l a t o ri nf r o n t o ft h eb l a s tf u r n a c e b yl i uy o n g j a n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a og u a n g y a o n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 叶- _ - _ - ，+ l 囊 1 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 ：b 恧。 学位论文作者签名：亩1 拥翠 日 期： 文d 口8 仫 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： a - 东北大学硕士学位论文摘要 炉前揭盖机的改造研究 于两要 高炉在出铁期间散发的烟尘是钢铁厂对大气的主要污染源之一，为了减少对大气的 污染，改善工人的操作环境，出铁场的除尘越来越受到重视。 梅钢炼铁厂3 号高炉选用5t 液压揭盖机，专为铁沟除尘盖板起吊、安放使用。投 产后，由于揭盖机的性能不理想等原因而废弃不用，炉前主沟不能封盖，造成出铁时的 严重污染状况。对出铁时铁沟维护工作的安全性及炉前工的身体健康很不利，宝钢集团 l梅钢有限公司炼铁厂对其高炉炉前出铁场除尘提出整改的要求。本文在分析了梅钢3 号 高炉揭盖机现状及其常见问题基础上，结合工厂的实际情况，探讨该炉前揭盖机的改造 课题。 原揭盖机采用液压马达驱动，高温环境下密封性能下降，极易泄漏，甚至发生喷油 故障。揭盖机工作时有极大的惯性，液压马达定位刹车困难，曾造成现场事故。原系统 采用两级调速，满足不了揭盖机的使用要求。 本文立足保留原揭盖机主体结构与功能，对揭盖机系统做适应性的改进。结合工厂 的实际情况和现有的技术水平，采用了液压缸一曲柄机构替代液压马达驱动方案，并对 揭盖机其他相关零部件作适应性调整。 论文针对揭盖机存在的问题以及改造的可能方案，探讨专家系统思维，构建本课题 数学空间模型，力求科学的研究思路。设计了曲柄机构，并求解出曲柄系统的传递函数， 应用m a t l a b 软件进行速度与加速度运动数值解析。对液压系统进行了全面改进设计， 在液压缸方面，除进行液压缸常规工程设计外，还进行了传递函数求解和动态特性分析。 论文研究对进一步更好的控制揭盖机的运动特性提供了理论依据。 本课题的研究，完成了梅钢3 号高炉揭盖机的改造设计并现场实施，达到了预期研 究效果。解决了长期以来困扰工厂实际生产的问题，不仅使得工厂的维修成本大大减少， 而且使铁水出炉时的污染降到了最低程度，保证了厂区的环保指标。论文研究工作对揭 盖机相关技术研究具有一定的理论和工程实际参考价值。 o 关键词：揭盖机改造；液压缸一曲柄机构；传递函数；动态特性 ) ， ： 1 | 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei m p r o v e m e n to ft h em a n i p u l a t o ri nf r o n t o ft h eb l a s tf u r n a c e a bs t r a c t t h ed u s ti ni r o nb l a s tf u r n a c ed u r i n go u t f l o wo fh o tm e t a lo nt h es t e e lp l a n ti st h em a i n s o u r c eo fp o l l u t i o no ft h ea t m o s p h e r e ，i no r d e rt or e d u c ea i rp o l l u t i o na n di m p r o v et h e o p e r a t i n ge n v i r o n m e n to fw o r k e r s ，r e m o v i n gd u s th a sb e e ng a i n i n ga t t e n t i o na ti r o n w o r k s n o 3b l a s tf u r n a c eo fm e i s h a nk o n w o r k su s e5 th y d r a u l i cm a n i p u l a t o r ，f o rl i f t i n gt h e i r o nd u s tc o v e r ，t h eu s eo fp l a c e m e n t a f t e rb e i n gp u ti n t oo p e r a t i o n ，b e c a u s eo ft h eo p e n - s u c h a st h er e a s o n sf o rp o o rp e r f o r m a n c ea n dd i s u s e d ，t h ef r o n td i t c hw a sn o tb l o c k s ，c a u s e da s e r i o u sp o l l u t i o n i t sb a df o rt h es a f e t yo ft h ed i t c hm a i n t e n a n c ea n dt h ew o r k e r sh e a l t h y , t h u sb a o s t e e lg r o u pc o l t d m e i s h a ni r o n w o r k so r d e r e dr e m o v i n gd u s to fc a s t h o u s ef i e l d s h o u l db et e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h en o 3b l a s tf u r n a c e m a n i p u l a t o rs t a t u sa n dc o m m o np r o b l e mo nt h eb a s i so ft h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h ef a c t o r y ，w e d i s c u s st h et r a n s f o r m i n go ft h em a n i p u l a t o r t h eo r i g i n a lm a n i p u l a t o ru s e dh y d r a u l i cm o t o r - d r i v e n ，t h es e a l i n gp e r f o r m a n c ed e c l i n e a th j g h - t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t , i ti sh i 【g h l yl e a k a g e ，o re v e ni n j e c t i o n m a n i p u l a t o rh a v e g r e a ti n e r t i a , p o s i t i o n i n gt h eh y d r a u l i cm o t o rb r a k ed i f f i c u l t , h a se v e nc a u s e dt h ea c c i d e n t s c e n e t h es y s t e mu s e st w og o v e r n o r s ，f a i l e dt os u i tt h eu s eo fm a n i p u l a t o rr e q u i r e m e n t s i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h eo r i g i n a lr e s e r v a t i o n so ft h em a i no p e n s t r u c t u r ea n df u n c t i o n o ft h eo p e n - m a c h i n es y s t e m ，i tw a si m p r o v e dt os u i tw o r k i n gc o n d i t i o n sw i t ht h ea c t u a l s i t u a t i o na n dt h el e v e lo fe x i s t i n gt e c h n o l o g y ，u s e dh y d r a u l i cc y l i n d e r - c r a n km e c h a n i s m a l t e r n a t i v eh y d r a u l i cm o t o rd r i v e r ，a n do t h e rr e l a t e dm a c h i n ec o m p o n e n t sf o ra d a p t a t i o n t h et h e s i sa i m sa tt h em a n i p u l a t o r se x i s t e n tp r o b l e ma n dt h ep o s s i b l ep r o j e c to f r e f o r m a t i o n ， i n q u i r yi n t oe x p e r ts y s t e mt h i n k i n g ，s e tu pt h i st o p i cm a t h e m a t i c ss p a c em o d e l ， t r yh a r df o rt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hw a yo ft h i n k i n g d e s i g n e dc r a n ko r g a n i z a t i o n ，a n ds o l v ea c r a n ks y s t e mt od e l i v e rf u n c t i o n ，a p p l ym a t l a bs o f t w a r et oc a r r yo ns p e e da n da c c e l e r a t i o n n u m e r i c a la n a l y s i s t h eh y d r a u l i cs y s t e mh a sb e e nc o m p l e t e l yr e v a m p e dd e s i g n ，i nt h e h y d r a u l i cc y l i n d e r ，i na d d i t i o nt oc o n v e n t i o n a lh y d r a u l i cc y l i n d e re n g i n e e r i n gd e s i g n i n g ，t h e t r a n s f e rf u n c t i o nh a sa l s ob e e nc a r r i e do u tf o r t h ed y n a m i cs t a t ec h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i s t h e s i sr e s e a r c hf o rf u r t h e rb e t t e rc o n t r o l l e dt h em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i co ft h em a c h i n e p r o v i d e st h e o r i e sb a s i s t h er e s e a r c ho ft h i st o p i c ，c o m p l e t e dt h em a n i p u l a t o rr e f o r m a t i o nd e s i g no fm e i s h a n n o 3b l a s tf u r n a c e ，a n di m p l e m e n t a t i o no ft h e 双7 , c n ea c h i e v e dt h ee x p e c t e dr e s e a r c hr e s u l t s s o l v e dt h el o n g t r o u b l e df a c t o r ya c t u a lp r o d u c t i o np r o b l e m s ，n o to n l ym a d et h ef a c t o r y 1 1 1 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t m a i n t e n a n c ec o s t sg r e a t l yr e d u c e d ，b u ta l s om a k et h ep o l l u t i o nf o ri r o nw a t e rc o m i n go u t d e c l i n et ol o w e s td e g r e e ，p r o m i s e dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n d e xs i g no ff a c t o r ya r e a t h e s i sr e s e a r c hw o r kc o v e r e dc e r t a i nw o r t h yt h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a le n g i n e e r i n gr e f e r e n c et o m a n i p u l a t o rr e l a t e dt e c h n i q u er e s e a r c h k e yw o r d s ：m a n i p u l a t o rt r a n s f o r m a t i o n ；h y d r a u l i cc y l i n d e r c r a n km e c h a n i s m ；t r a n s f e r f u n c t i o n ；t h ed y n a m i cs t a t ec h a r a c t e r i s t i c s l v 一 ， ， 东北大学硕士学位论文 目 独创性声明。 摘要。 a b s t r a c t 第1 章绪论 1 1 高炉出铁场除尘技术的发展。 1 2 国内外揭盖机技术现状。3 1 3 典型揭盖机的技术状况5 1 3 1 揭盖机式揭盖机与专用揭盖机5 1 3 2 揭盖机的特点及应具有的功能5 1 3 3 带回转机构的液压连杆式揭盖机。5 1 3 4 吊钩可回转的揭盖机式揭盖机。6 1 3 5 宝钢2 号高炉的新揭盖机6 1 4 梅钢高炉出铁场的除尘技术8 1 5 课题研究内容9 第2 章揭盖机的改造方案与液压驱动原理1 0 2 1 揭盖机总体改造方案确定1 0 2 2 改造方案重点研究环节。1 1 2 3 液动驱动原理1 2 2 3 1 液压传动系统1 2 2 3 2 液压马达。1 5 2 3 3 液压缸1 7 2 3 4 液压锁2 0 第3 章揭盖机传动机构的分析与设计 3 1 任务分析2 2 3 1 1 任务描述2 2 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 2 任务建模2 3 3 1 3 任务分析2 5 3 1 4 方案分析2 8 3 2 曲柄机构设计2 8 3 2 1 设计参数2 8 3 2 2 曲柄机构简图3 0 3 2 3 曲柄机构系统3 1 3 2 4 曲柄设计3 3 3 2 5 曲柄分析3 6 3 3 曲柄设计小结4 0 第4 章液压缸的设计及其控制 4 1 液压流体力学分析4 1 4 1 1 流体静力学分析。4 1 4 1 2 流体动力学分析4 3 4 2 液压缸设计4 5 4 2 1 设计综述4 5 4 2 2 液压缸的设计4 7 4 2 3 液压锁设计5 0 4 3 液压缸的动态特性5 1 4 3 1 液压缸的动态特性5 1 4 3 2 传递函数5 2 4 3 3 动态特性分析5 3 4 4 研究小结5 6 第5 章改造后的揭盖机现场应用5 7 5 1 揭盖机现场安装与调试5 7 5 2 揭盖机现场运行效果。5 8 第6 章结论和展望 参考文献 一 东北大学硕士学位论文 目 录 致谢6 5 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 本文研究任务，主要针对梅钢3 号高炉揭盖机进行改造研究。旨在解决长期困扰工 厂实际生产的揭盖机存在的问题，以便使污染降到最低程度，保证厂区的环境环保指标， 同时缩减工厂的维修成本。 1 1 高炉出铁场除尘技术的发展 7 0 年代以前，我国高炉除尘技术还处于一片空白，以首钢为代表，在1 9 7 9 年的2 号高炉大修工程中，除冶炼工艺采用了大量国内外先进技术外，对高炉出铁场也参照日 本技术，自行设计了全面除尘设施。当时高炉容积1 3 2 7 m 3 ，为矩形出铁场，2 个出铁口， 在出铁场的出铁口、撇渣器、铁沟、渣沟、摆动流槽等处设置了一次烟尘的收集，同时 在出铁口和主沟上部设有l o x 5 m 垂幕收集二次烟尘，以上一二次除尘合并成一个系统， 总除尘风量为5 0 万m 3 h ，其中垂幕1 7 5 万m 3 h ，烟气由风道送入2 台1 7 2 8 m 2 耐高压 脉冲布袋除尘器净化，然后由2 台引风机抽出排入烟囱n 1 。为节约能源，每台风机配有 液力偶合器调速。2 号高炉出铁场除尘系统投产后，显著改善了高炉出铁场的劳动条件， 基本上控制了高炉出铁场烟尘对环境的污染乜1 。但这仅是对高炉出铁场除尘系统的首次 实践，难免有不足之处，主要还存在以下几个方面不足： ( 1 ) 出铁场厂房采用半敞开式结构，受横向气流( 穿堂风) 影响，收集二次烟尘的垂 幕被风刮坏或被瞬间高温烟气烧坏； ( 2 ) 沟槽的罩盖结构与工艺操作配合不够，往往因操作问题而影响烟尘的收集； ( 3 ) 摆动流槽的排烟罩采用侧吸，不能控制烟气上升，排烟效果不理想； ( 4 ) 受当时除尘器技术条件的制约，选用的高压脉冲布袋除尘器，过滤风速快，存 在清灰效果差、漏风严重、阻力过高( 3 0 0 0p a ) 、布袋易脱落且更换不便等缺陷，直接影 响了除尘效果。 尽管存在一些问题，但为首钢高炉出铁场除尘积累了不少经验，1 9 8 1 1 9 8 3 年，首 钢旧1 号、旧3 号( 现5 号) 、旧4 号高炉改造时，相继设置了出铁场除尘系统，克服了 当时2 号高炉出铁场除尘系统存在的一些问题，对出铁场一次烟尘的捕集罩设计和除尘 设备的选型有较大改进，除尘效果进一步提高。同时，包钢3 号高炉( 炉容1 8 0 0 肌3 ) 和鞍 钢4 号高炉( 炉容1 0 0 2 朋3 ) 也对出铁场除尘进行了实践，并取得了一些经验和教训。到 1 9 8 4 年9 月，宝钢1 号高炉建成投产，为我国解决高炉出铁场除尘提供了一套比较完善 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 有效的技术。随着环保技术的发展和环保要求的同益严格，在国内通过新建、扩建、改 建的一大批大中型高炉中，相继设计了具有不同水平的高炉出铁场除尘系统。经过认识 一实践一再认识的过程，积累了丰富的设计和运行管理经验。到9 0 年代，除尘技术水 平已有较大的提高m 】。 高炉出铁口的产尘量约占出铁场总污染物的3 0 ，是高炉出铁场的主要产生尘源。 因此，出铁口烟尘的有效捕集直接关系到整个高炉除尘的效果口1 。高炉出铁口烟尘捕集 的核心前提是不能影响高炉的正常生产。出铁口烟尘捕集的困难主要有：通常在高炉铁 口两侧设有开堵铁口机、泥炮等炼铁工艺机械设备，这些设备占去了出铁口前大部分使 用空间，在不影响开、堵铁口操作和清理出铁口的条件下，出铁口烟尘捕集系统的布置 要受到空间的限制，自上个世纪八十年代以来，国内已投产大型高炉出铁口烟尘捕集方 式主要有三种：铁口顶( 侧) 吸式、铁口密闭小室、铁口强力抽风式n 1 ，梅钢3 号高炉 采用的是铁口侧吸式，如图1 1 所示。 cb 图1 1 “铁口项( 侧) ”示意图 f i g 1 1s c h e m eo f l o p ( s i d e ) o ft h ei r o nn o t c h ” 考虑将铁口产生的烟气就近捕集，避免烟尘扩散外溢。但实践证明，这种方式对铁 口烟气的捕集是不彻底的，尤其是在开、堵铁口的时候，烟气捕集效果较差。主要是由 于高炉炉内压强非常的高( 约3 9 2 xl o s p a ) ，在开、堵铁口时，由铁口喷射出的烟气在 炉内高压的作用下，会瞬时冲出炉前的“负压区 ，造成大量烟尘外溢、失控，致使二 次烟尘产生。因此，对出铁场渣铁沟进行密封处理，形成类似于“密闭小室的形状作 为出铁口烟尘捕集措施。其特点是就地捕集烟尘，没有明显的一、二次除尘概念的划分。 因为对出铁口尘源区域作了密封处理，尘源相对集中，且罩内捕集的野风较小，故铁口 排风量比一般的铁口侧( 顶) 吸罩排风量较小，除尘效果好且节约能源。 从国内投产的几座1 2 6 0 m 3 1 7 2 6 m 3 的高炉出铁场的除尘风量分析，摆动流槽的风量 基本上接近2 0 万m 3 1 h 。出铁口风量在6 0 ( 0 ) 0 - 1 8 0 0 0 0m 3 h 不等。首钢2 ”高炉出铁场采 2 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 用主沟技术，即出铁期间主铁沟盖上主沟盖，以便有效减少出铁口散发的烟尘，并入出 铁口后的总风量为约6 0 0 0 锄3 h ；可以有效地控制烟尘；1 5 0 0 朋3 左右的高炉，2 个出铁 口出铁的时间是完全可以错开，开铁口时需盖沟盖，吊沟盖、堵铁口操作的时间只有数 分钟，占整个出铁时间的1 1 0 以下，这个期间出铁口吸风点可以抽走大部分烟尘。主沟 盖与揭盖机技术确实是一种经济有效的除尘手段。 高炉渣铁沟上设沟盖板虽然是控制出铁场烟尘、减少污染、改善操作条件的基础， 但主铁沟的第一段盖板在开、堵铁口时需要移开，以让出泥炮、开口机工作所需位置， 操纵这段沟盖的揭盖机( 或称移盖机) 是炉前除尘主要设备之一。本文研究改造对象就是 此种揭盖专用设备。 1 2 国内外揭盖机技术现状 目前在用的揭盖机主要有揭盖机式和专用揭盖机两类。国内近5 0 座1 0 0 0 m 3 以上高 炉( 包括宝钢1 号、2 号高炉) 中，绝大多数采用揭盖机式揭盖机。这类设备的特点是它 与沟盖间以较长的钢丝绳或链子等柔性件相联，目前国内在用的这类设备主要有： ( 1 ) 无小车行走机构的墙式揭盖机( 唐钢1 2 6 0m 3 高炉) ； ( 2 ) 无小车行走机构的柱式揭盖机( 马钢2 5 0 0m 3 高炉) ； ( 3 ) 有小车行走机构的墙式揭盖机( 宝钢1 号、2 号高炉) 。 国外高炉主要使用了多种型式的专用揭盖机，专用揭盖机与沟盖间大都采用刚性联 接，主要有下面几种： 图1 2 横移台式揭盖机 f i g 1 2c o v e rm a n i p u l a t o ro ft r a n s i t i o nb e n c h 1 提升钩：2 提升杠杆；3 提升缸；4 一行走轮；5 一项轮；6 侧轮； 7 - 行走气马达；8 一传动链；9 一旋转台架：1 0 一旋转汽缸 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 1 ) 气动或液压横移台车式揭盖机。在风口平台下面设两根直轨道，台车沿轨道行走。 台车上有回转机构和沟盖升降杠杆。日、德、英等国的多家公司生产这种设备。图1 2 为用于宝钢3 号高炉的这种设备。 ( 2 ) 液压连杆式揭盖机，见图1 3 。通过两套连杆机构分别实现沟盖的升降与横移， 设备基础在出铁场上，有的带有回转机构。德国d d s 公司、卢森堡p w 公司等生产的 这种设备已用于欧洲和韩国的多座高炉。 图1 3 液压连杆式揭盖机 f i g 1 3c o v e rm a n i p u l a t o ro fh y d r a u f i cc o n n e c t i n gr o d ( 3 ) 吊钩带回转机构且与行走小车间为硬联接的墙式揭盖机( 图1 4 ) ，这种设备早在 7 0 年代就用于日本高炉。1 9 9 8 年千叶6 号高炉大修时采用了机构与之相似的揭盖机， 因该高炉铁口夹角较小( 4 5 ) ，一台揭盖机操纵相邻两条主沟上的沟盖。 支柱旋转马达 图1 4 吊钩带回转机构的悬臂式揭盖机 f i g 1 4c a n t i l e v e rm a n i p u l a t o rw i t hs w i n g e ri nt h eh o o k ( 4 ) 芬兰r a i 腿r u u l 厂采用了类似伸缩式全液压汽车吊的揭盖机。沟盖挂在主 一4 ， 一 ( 2 ) 设备与沟盖间以柔性件相联，操作中不可避免地存在沟盖晃动不稳现象，沟盖就 位较烦琐、费时，沟边溅渣相对较多畸1 。 1 3 2 揭盖机的特点及应具有的功能 揭盖机的特点如下： ( 1 ) i 作环境极其恶劣，高温、多尘、空间狭小； ( 2 ) 设备故障会直接影响高炉出铁； 芎 ( 3 ) 其结构型式、性能与炉前设备布置、炉前操作、风口平台布置及风口设备检修更 换等都密切相关； ( 4 ) 能把沟盖移到足够远处，便于进行铁口、主沟维修操作。能在更换沟盖时方便地 把沟盖移到出铁场吊车作业区内。 国内外的经验表明，好的专用揭盖机操作方便、动作迅速，用它可实现沟盖迅速、 准确就位，能带来如下好处： ( 1 ) 改善铁口区除尘效果； ( 2 ) 减少沟边溅渣，降低劳动强度： ( 3 ) 简化炉前及风口区操作。 1 3 3 带回转机构的液压连杆式揭盖机 带回转机构的液压连杆式揭盖机的优点是设备传动部件距主沟较远，工作条件好， 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 但存在下面问题。 设备回转中心离主沟中心线较远( 这是设备的机构决定的) ，设备基础的倾翻力矩较 大，土建结构改造工作量与难度均较大。现2 号高炉沟盖长约为5 8 m 。若主沟盖宽度为 2 6m ( 1 号高炉大修后尺寸) ，揭盖机的水平行程至少3 2m ，设备回转中心与主沟中心线 问垂直距离有6 0 6 8m ，设备基础所受的倾翻力矩达到1 0 0 1 4 0 k n m 。 设备中心线应在沟盖中部，如沟盖长度不变沟盖前端到铁口距离加大到1 9 2 2 朋( 原为1 0 5 m ) ，相当部分原本由一次除尘系统吸走的烟尘只能靠二次除尘系统，从除尘 角度讲不太合理。且加长沟盖，基础所受倾翻力矩还要增加1 。 1 3 4 吊钩可回转的揭盖机式揭盖机 采用前述几种专用揭盖机，即与千叶6 号高炉大修所用揭盖机相似。设备的柱形基 础设在两铁口间。选用此方案可能遇到的问题是： ( 1 ) 因风口平台表面只高于出铁场表面约2 7 朋，炉前净空很小，设备布置比较困难； ( 2 ) 设备结构很复杂，设计、制造要求较高，估计要从国外引进，投产后设备维护要 求也比较高。 图1 5 轨道可回转的横移台式揭盖机 f i g 1 5m a n i p u l a t o rw i t hr o t a r y - r a i lt r a c k s 1 3 5 宝钢2 号高炉的新揭盖机 轨道可回转的横移台车式揭盖机。该机由带回转轴承( 为外齿回转支承) 的机座、回 转轨道、横移台车、升降机构等组成，见图1 5 。 机座设在出铁场高炉中心线上，回转轨道与图1 5 轨道可回转的横移台车式揭盖机。 6 东北大学硕士学位论文 机座上的回转轴承相联；横移台车沿回转轨道行走；由与沟盖相联的吊臂、吊臂驱动缸组 成的升降机构设在横移台车上。台车走行采用链传动，部分传动链上设保护轨道的防护 板，驱动链子的传动部件设在回转轨道后部。一台设备可分别操纵相邻两个沟盖，实现 升降、进退及回转3 个动作。回转、进退均为液压马达驱动，升降可为气动或液动。 戳嚣湖固铃叁 巾一j 擀这 f 雒毒嚣渤淋室 。亓铲嶙f 至 一、 图1 6 轨道可回转的横移台车式揭盖机的各种工作状态 f i g 1 6w o r kc o n d i t i o n so fc a r - t y l m a n i p u l a t o rw i t hr o t a r y - r a i l 二 该设备的各种工作状态如图1 6 所示。a 图为沟盖在主沟上，台车行至最前端；b 图 为吊起沟盖，台车退至最后端。此时可进行开、堵铁口操作：c 图、d 图为回转机构转 1 1 0 。，台车从轨道最后端行至最前端，沟盖处于出铁场吊车作业区内，可在此更换沟盖， 沟盖在e 图所示位置时，沟盖与主沟间空间较大，可在此进行铁口及主沟维护，出现异 常情况时人员亦可由此离开现场。 设备主要技术参数为： 沟盖重量最大1 5t ；提升高度0 7 小； 设备外形尺寸高于铁口中心线约2 2 历、长5 2 小( 行程3 5 历时) 、宽1 7 朋； 横移行程3 0 4 0 所；回转角度最大3 6 0 ，正常2 2 0 。 回转、进退为液压马达传动，液压马达离主沟较远。 揭盖机与泥炮、开口机不同时工作，它对液压系统的压力、流量要求较低，只增加 一个阀组就可与泥炮共用一个液压站。 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 4 梅钢高炉出铁场的除尘技术 梅钢是一年产3 5 0 万丁钢的大型钢铁企业，地处南京，对环保要求非常突出，每年 都要对环保工程投入巨额资金随着环保技术的不断发展，经过许多环保工程设计和管理 者的共同努力，在学习首钢、武钢的基础上，一些经济实用、效果明显的防尘新技术、 新设备在梅钢钢铁冶炼系统中得到广泛应用，一些技术在国内属于领先水平。 宝钢( 集团) 梅钢有限公司炼铁厂现役3 座高炉总有效容积3 7 8 0 m 3 ，其中3 号炉 于1 9 9 3 年1 0 月2 1 日开始开工建设，于1 9 9 5 年1 2 月1 6 日胜利竣工并开炉生产。其设 计容积为1 2 5 0m 3 ，设计利用系数为2 0t m 3 d ，东西两个铁口流出铁，正常情况下，一 天出铁约1 4 炉。3 号高炉目前单位炉容产铁7 0 8 6 砌3 。至今已投产十多年，已经是长 寿高炉，进入炉役后期。 i 黼谶i 说服1 、本固喇萌蹭柳懒 2 堑拥瞰在隘盯- - 月配莹帕! 鲢垤瓤渫 又雠i 出晰路蟹绷瓯1 6 f y t - 2 3 4 、姆划| i l 擂口弓i 出禹察髓龟i | j 粥i 刭用哇叛蠡曲缸卑澍髓欧刳劫毪i 酷历自旁亳 孓萄妒陶痰翅辅高厶1 1 8 d 图1 7 东西泥炮操作室与揭盖机布置图 f i g 1 7e a s t e r na n dw e s t e r no p e r a t i n gr o o mo fc l a yg u na n dm a n i p u l a t o rp l a n 高炉在出铁期间散发的烟尘是钢铁厂对大气的主要污染源之一，为了减少对大气的 污染，改善工人的操作环境，出铁场的除尘越来越受到重视。梅钢对治理高炉烟尘的污 染非常重视，1 、2 、3 号高炉都设置了出铁场除尘设施，提高除尘的风量，以达到更好 的除尘效果。 梅钢3 号高炉设东西2 个铁口，每个铁口各设1 台d d s 泥炮、d d s 开铁口机、摆 8 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 动流嘴、液压揭盖机。d d s 泥炮及揭盖机为全液压驱动，d d s 开铁口机为气动、液压 相结合。泥炮和开铁口机布置在主沟的同一侧，揭盖机布置在主沟的另一侧。可在炉前 操作室阀台操作或使用遥控器操作，如图1 7 。 梅钢炼铁厂3 号高炉在大修设计时，双出铁场铁沟均为活动盖板密封式，设有主 铁沟沟盖，位于开口机和泥炮作业范围内。在开堵铁口时，用专用揭盖机将其从主沟上 移开，沟盖前部设一挡板，一方面防止铁水喷溅伤人，另一方面可挡住出铁口喷溅产生 的烟尘，使烟尘尽可能的得到捕集。因此东西两出铁口的泥炮对侧均安装了由北京钢铁 设计总院设计的5t 液压揭盖机，专为铁沟除尘盖板起吊、安放使用。并附装5t 的电 动葫芦辅助。投产后，由于揭盖机的性能差，检修频繁，经常影响高炉出铁等原因而废 弃不用，炉前主沟也无封盖，造成出铁时黄烟满天的严重污染状况，对出铁时铁沟维护 工作的安全性及炉前工的身体健康很不利，宝钢集团梅钢有限公司炼铁厂对其高炉炉前 出铁场除尘提出整改的要求。 1 5 课题研究内容 本课题针对梅钢炼铁厂3 号高炉炉前出铁场除尘环境需要，就原液压揭盖机存在的 不足，进行技术改造性研究，以实现揭盖机除尘效果良好，运转可靠，满足冶金行业环 保的技术要求。为此，本文重点开展如下几方面研究工作： ( 1 ) 深入分析原揭盖机工作原理，保持原揭盖机主体结构与功能情况下，加强现 场实用性与适应性分析，探讨新的揭盖机整体驱动方案； ( 2 ) 针对揭盖机存在的问题以及改造的可能方案，探讨专家系统思维，构建本课 题数学空间模型，力求科学的研究思路： ( 3 ) 原揭盖机驱动系统设计上有其固有缺陷，如采用2 q j m 5 2 型液压马达的两级 调速方式等，研究采用液压缸一曲柄驱动方式，进行全面驱动系统设计； ( 4 ) 研究液压缸、曲柄机构的动态特性设计问题。通过传递函数构建，分析揭盖 机动态特性，分析设计可行性； ( 5 ) 揭盖机的现场实施。 9 东北大学硕士学位论文第2 章揭盖机的改造方案与液压驱动原理 第2 章揭盖机的改造方案与液压驱动原理 鉴于梅钢3 号高炉服役时间长，已进入护炉保产期，而且出现了较多问题。本章对 3 号高炉揭盖机的现状作一个概括性的分析，并集中讨论该类揭盖机现场所出现的问题， 确定出该揭盖机的改造方案。其改造的具体细节和性能将在后继章节中详细讨论。 2 1 揭盖机总体改造方案确定 梅钢3 号高炉在1 9 9 5 年投产前期，其双出铁场的除尘状况良好，两台5t 揭盖机 的性能也能满足工程使用要求。但几个月后相继出现了以下一些问题： ( 1 ) 由于安装在揭盖机下部的液压马达( 2 q j m 5 2 _ 4 o ，宁波液压件厂生产) 在炉 前铁沟上方长期受高温烘烤，其密封性能受到严重影响，极易泄漏，甚至发生喷油故障， 在炉前铁口旁极其危险。 ( 2 ) 液压马达驱动揭盖机时，由于揭盖机自身总重约达1 5 5 9 t ，其起吊的铁口盖 板重达3 t 多，摆动时有极大的惯性，液压马达无法及时刹车，定位时晃动幅度较大， 曾因惯性问题，其悬臂撞毁了其机械限位和泥炮操作室的墙壁。 ( 3 ) 由于2 q j m 5 2 型液压马达为两级调速型，在现场调速不便，且两级速度满足 不了揭盖机的使用要求。 这些问题如果能够得到较好的解决，不仅能够满足冶金行业环保的技术要求，而且 还可以把工厂的资源充分利用利用起来，无论对工厂还是对员工都有益处，可谓一举多 得。 通过对以上问题的认真分析和讨论，结合工厂的实际情况和现有的技术水平，最终 决定把这次改造的重点放在揭盖机的驱动系统上，此外还要对揭盖机其他的相关的零部 件作适应性调整。 在梅山炼铁厂，液压马达仅此处使用，因故障频繁口1 ，需较充足的多种备件，而液 压缸在梅山炼铁厂设备中使用广泛。故在揭盖机轴承座上方安装一个曲柄，采用液压缸 一曲柄驱动方式，利用系统的节流伐调速，从新调整并改进液压驱动系统设计，则完全 可解决目前故障和缺陷问题，又解决了备件问题。因此，本改造项目可明确为：把原揭 盖机上的驱动由液压马达改换成液压缸一曲柄机构，由液压缸驱动曲柄机构转动，曲柄 机构的转动带动悬臂的转动。设计核心任务是：保留原揭盖机悬臂等工作机构结构不变， 使其真正满足工作现场需求，如何合理确定液压缸及其活塞参数，如何合理设计曲柄机 构参数，还要注重对设计产品进行动态特性分析阳1 。揭盖机改造方案拟定如图2 1 所示。 1 0 东北大学硕士学位论文 一、- ，一盈吕 t 帚i 高 炉 立 柱 口千台 出t 髯平台 图2 1 揭盖机改造方案不意图 f i g 2 1s c h e m eo ft h em a n i p u l a t o ri m p r o v e m e n tp l a n 由图2 1 可以看出，改造方案对高炉整体上没有大的改动，不影响揭盖机原来的功 能，也没有改变其运动特性，对原来的操作流程不会有太大影响。 2 2 改造方案重点研究环节 上述揭盖机改造方案仅是给出总体轮廓，具体方案细化工作本文将全面陆续进行。 首先，在第三章，从设计机构的运动轨迹和揭盖机的技术参数结合空间的限制条件给出 曲柄定量分析，然后进行曲柄的载荷分析。由于本次设计是把液压马达更换为液压缸， 中间机构要作适应性的修改。液压马达是将液压能转换为机械能，直接输出转矩驱动揭 盖机，而液压缸既可以作直线往复运动又可以作小于一周的摆动，此次采用推力液压缸。 为了适应液压缸的运动，需要设计一个中间运动转换元件曲柄机构。曲柄机构是动力驱 动元件( 液压缸) 和执行元件( 揭盖机) 的中间纽带，是这次设计的重点，其性能的好 坏直接决定这次改进任务的胜败，因此，在设计中要特别关注这个工作环节。其次，在 第四章，将对改进揭盖机结构进行运动分析，其中最重要的是对液压缸进行设计和分析， 确定液压缸的参数，然后结合工厂的实际情况选择适宜的液压缸。在取消液压马达，安 装液压缸一曲柄后，原揭盖机的液压驱动系统需要重新进行设计与研究。在液压缸的油 路上还要增加双重液压锁。液压锁控制油口，在通常情况下，使油液以一定的压力在某 一方向能自由的通过，而反向则不允许通过，起到油路锁定的作用；当需要反向液流通 过时，只需要在控制口加控制压力，使反向截止作用得到解除，起到锁定的作用。为了 便于双向驱动，需要增加双重液压锁。最后，要对设计的系统进行总体评价，例如技术 总结、可靠性分析、寿命预测、故障预测等，以确保设计系统实用性。 东北大学硕士学位论文第2 章揭盖机的改造方案与液压驱动原理 2 3 液动驱动原理 液压缸和液压马达( 又称油马达