（机械工程专业论文）钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 鞍钢钢水罐滑动水口整备倾翻装置作为鞍钢三个炼钢厂连铸生产附属设备，长期以 来，该装置传动系统在现场一直存在着电机过载、非标的平面二次弧面蜗杆减速机蜗杆轴 折轴等一些问题。本文根据现场的一些情况及收集的一些资料。对该装置原有设计进行了 计算研究，重点对该装置的扭振系统进行了研究。 本文对鞍钢第三炼钢厂钢水罐滑动水口整备倾翻装置原有设计进行了校核计算，发现 电机过载、蜗杆轴折轴并不是因为设计强度不够；以该装置系统为研究对象，建立了二质 量扭振模型，通过对三种不同起动状况的扭振力矩进行计算，得到不同起动状况最大扭振 力矩值，并分析影响系统最大扭振力矩的因素。 本文根据理论计算的结果及现场的实际情况，首先对该装置的扭振系统进行了实验测 试，得到了实测扭振力矩曲线，发现倾翻装置在1 0 2 度的极限位置起制动时的最大扭振力 矩值超过了设计所依据的9 0 度位置时的最大倾翻力矩值，使轴的应力状态呈周期性地变 化，导致轴本身破坏；其次是根据现场对该装置重心位置的改进的情况，对改进后的扭振 系统进行了实验测试，根据实验结果发现改进后对该装置扭振系统受载状况略有改善，但 并未能从根本上解决现场实际问题；最后根据电控技术在传动机构中广泛应用的现象，对 扭振系统进行了变频调速实验，通过改变两极限位置起制动时的速度和加减速时间，得出 通过变频调速可以改善系统受载状况的结论。 根据理论计算的结果及实验分析得出的结论，提出了该装置的改造思路。 本文针对现场实际问题所进行的研究工作，对钢水罐整备倾翻装置在结构上、电控上 的改进以及对该装置的推广具有重大意义，同时，对现场设备的正常运转、降低维修成 本、提高经济效益具有十分重要的作用。 关键词：倾翻扭振实测变频调速 吕利：钢水罐整各倾翻装置扭振系统的研究 t h er e s e a r c ha b o u tt h et o r s i o nv i b r a t i o ns y s t e mo f t h es e r v i c e o v e r t u r no fs t e e ll a d l e a b s t r a e t s e r v i c eo v e r t u r ne q u i p m e n to fs l i p p i n gw a t e rg a po fs t e e ll a d l ei sap e r t a i nf a c i l i t yi nt h e t h i r ds t e e l - m a k i n gp l a n to fa ns h a ns t e e lc o r p o r a t i o n i te x i s t ss o m eq u e s t i o n so fd y n a m o o v e r l o a d ，b r e a k i n go f f s h a f to f n o n s t a n d a r da r cw o r m w h e e l sd e c e l e r a t i n gm a c h i n ei nt r a n s m i t t i n g s y s t e mf o rl o n gt i m e t h i sp a p e re m p h a s i z e so ns m d y i n gt o r s i o nv i b r a t i o ns y s t e ma n dc a l c u l a t i o n o f o r i g i n a l i t yd e s i g no f t h i se q u i p m e n t ，a c c o r d i n gt os c e n et h i n ga n ds o m ec o l l e c t e dd a t a a c c o r d i n gt oo r i g i n a l i t yd e s i g n sc a l c u l a t i o no fs e r v i c eo v e r t u r ne q u i p m e n to fs l i p p i n gw a t e r g a po fs t e e ll a d l ea b o u tt h et h i r ds t e e l - m a k i n gp l a n to fa ns h a hs t e e lc o r p o r a t i o n ，i n t e n s i o n i n a d e q u a t ei sn o tc a u s a t i o no fd y n a m oo v e r l o a da n db r e a k i n go f fs h a f t t h ea u t h o rm a k e st h i s e q u i p m e n ts t u d yo b j e c ta n db u i l d st w om a s st o r s i o nv i b r a t i o nm o d e l s t h em o s tt o r s i o nv i b r a t i o n m o m e n to fd i f f e r e n ts t a t u sa r co b t a i n e dt h r o u g ht o r s i o nv i b r a t i o nm o m e n t c a l c u l a t i o n so ft h r e e d i f f e r e n t j u m p - s t a r ts t a t u s ，a n da n a l y s e se f f e c t so f w o r k i n g o nt h em o s tt o r s i o nv i b r a t i o n f i r s t , t h ea u t h o ri sm a d ee x p e r i m e n tb a s e do nr e s u l to ft h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o na n ds c e n e t 1 1 i n g ，a n dp l o t t e dc u r v e so ft o r s i o nv i b r a t i o nm o m e n to fe x p e r i m e n t t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t s h o w sm a tt h er e a s o no fb r e a k i n go f fs h a f ti st h a tt h em o s tt h ea u t h o ri sm a d ee x p e r i m e n tw h i c hi s b a s e do nm o m e n to fj u m p s t a r ta n dt r i g g i n ga t1 0 2d e g r e el i m i tp o s i t i o ne x c e e d i n gt h em o s t o v e r t u r nm o m e n to fd e s i g na t9 0d e g r e ep o s i t i o n s e c o n d l y ，t h ea u t h o ri sm a d ee x p e r i m e n tt h a t w a sb a s e do ni m p m v i n go nt o r s i o n 啊b r a f i o ns y s t e mo f a l t e r i n gc e n t e ro f g r a v i t yo f t h i se q u i p m e n t t h er e s u i t so f e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h e ma r el i t t l ei m p r o v e m e n to f t h el o a ds t a t u so f t h et o r s i o n v i b r a t i o ns y s t e m ，b u tp r a c t i c ep r o b l e ma r en o tr e s o l v e d f i n a l l y , a c c o r d 协gt oa b r o a da p p l i c a t i o no f e l e c t r i c i t yc o n t r o lt e c h n o l o g yi nt r a n s m i s s i o ni n s t i t u t i o n ，t h ea u t h o ri sm a d ef r e q u e n c yc o n v e r s i o n t i m i n ge x p e r i m e n to ft h et o r s i o n 、，i b r a f i o ns y s t e m ，t h i se x p e r i m e n t s c o n c l u s i o ns h o w st h a t f r e q u e n c yc o n v e r s i o nt i m i n gc o u l di m p r o v e o ns y s t e ml o a dt h r o u g hc h a n g i n gv e l o c i t ya n dt i m eo f i n c r e a s i n ga n dd e c r e a s i n gw h e nt h i se q u i p m e n ts t a r t e da n dt r i g g e da tt w ol i m i tp o s i t i o n s b a s e d0 1 3 r e s u l t so ft h e o r e t i c a lc a l c u i a t i o na n dc o n c l u s i o no fe x p e r i m e n ta n a l y s e s ，t h ea u t h o r b r i n g sf o r w a r da ni d e ao f i m p r o v i n ge q m p m e n t s m d yo ft h i sp a p e rp o s s e s s e sg r e a ts i g n i f i c a t i o no fi m p m v e m e n to fs t r u c t u r ea n de l e c t r i c i t y c o n t r o lo ns e r v i c eo v e r t u r ne q u i p m e n to fs l i p p i n gw a t e rg a po fs t e e ll a d l e ，a st h es a m et i m e ，t h i s 大连理工大学专业学位硕士学位论文 s t u d yh a sg r e a ta c t i o nt on o r m a lr u n n i n go fs c e n ef a c i l i t y ，d e c r e a s i n gm a i n t a i nc o s t , i m p r o v i n g e c o n o m i cb e n e f i t k e y w o r d s ： o v e r t u r n ；t o r s i o nv i b r a t i o n ；p r a c t i c em e a s u r e m e n t ；f r e q u e n c y c o n v e r s i o nt i m i n g 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了 谢意。 作者签名：日期：兰! ! f ! ! 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学论文版权使用授权的说明 本学位论文作者及指导教师完全了解大连理工大学硕士、博士论文版权使用规定， 同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；允许论 文被查阅和借阅；本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：昱血 导师签名： i 垒生 塑砗卫月卫日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 连续铸钢由于与传统模铸相比具有工序简化、金属收得率提高，劳动条件得到改善和 连铸坯质量好等优越性，因此是当前钢铁工业生产中发展最快的技术之一。现在，全世界 的连铸比和连铸坯产量在不断增长，围绕连铸的新技术、新工艺、新设备在不断开发成功 并被加以推广应用。连铸已成为钢铁生产中必不可少的工艺环节，是否发展连铸技术以及 技术水平的高低、生产如何进行已成为衡量各钢铁企业生产、技术、管理水平的标志之一 1 1 2 1 1 3 。 连铸生产设备及其附属设备的不断更新和改进是保证铸坯顺利生产，提高产量和质量 的重要因素之一。连铸车间的主要工艺设备包括：盛钢罐及回转台、中间包及其台车、结 晶器及其振动和冷却水设施、二次冷却段、铸坯切割设备、铸坯输送辊道、循环水系统 等。盛钢罐由于长时间的工作，其滑动水口需要定期除渣和检修。因此适用于盛钢罐滑动 水口的检修和除渣附属设备钢水罐滑动水口整各倾翻装置的设计与研究具有十分重要 的意义。 1 j 课题的来源 1 1 1 钢水罐整备倾翻装置的介绍 钢水罐滑动水口整备倾翻装置是用于把钢水罐倾翻一定角度而检修其滑动水口的设 备。 鞍钢第三炼钢厂原有的倾翻装置( 如图1 , 1 所示) ，其结构形式为一“摇蓝”式框 架，液压缸传动，两个液压缸与框架一端铰接，使框架在两个轴承座中摇摆1 2 。，钢水 罐横放在框架上，以便修理滑动水口。由于是卧式坐罐，使吊车在取、放罐时用3 个吊 钩，且辅以人工摘、挂钩，这样一方面使吊车作业时间较长，另一方面又增加了人工操 作，大大降低了劳动生产率；另外由于框架结构单薄，且两个轴承座离框架坑过近，使框 架在放罐时有“塌腰”、轴承座螺栓松动的现象发生，严重影响设备正常工作【4 】。因此， 在1 9 9 8 年鞍钢决定对设备进行了改造，在改造前，考察了宝钢炼钢厂从日本引进的3 0 0 吨钢水罐倾翻装置，其结构形式是：利用一类似机械手的装置“抱住”钢水罐的付耳轴， 使钢水罐旋转到一定角度以便对滑动水1 ：3 进行修复，其结构形式如图1 2 所示。但这种结 构形式要求所有的钢水罐均为带有方形付耳轴的钢水罐。而大连重机厂正在研制的一种翻 罐机的结构形式就比较科学合理，但由于它是采用悬挂传动，“抱住”钢水罐罐座，结构 比较复杂，精度要求也高，尚处于研制阶段。由于鞍钢第三炼钢厂的钢水罐均为国内制造 的2 0 0 吨短耳轴( 不带付耳轴) 钢水罐，因此不能采用宝钢炼钢厂倾翻装置那种结构形 吕利：钢水罐整各倾翻装置扭振系统的研究 式；又由于鞍钢资金短缺，也不能采用大重那种比较复杂的结构形式。于是鞍钢根据自身 情况，设计研究出了适应鞍钢生产需要的钢水罐滑动水口整备倾 - q 心 图l _ i 卧式整备倾翻装置 f i g 1 1h o r i z o n t a ls e r v i c eo v e r t u i ne q u i p m e n t 图1 2宝钢整备倾翻装置 f i g 1 2 b a o g a n gs e r v i c e o v e r t u i ne q u i p m e n t 翻装置( 如图1 3 所示) ，该装置采用电动立式坐罐这种形式，当钢水罐需要检修时，先 把钢水罐立式座在倾翻支架上，利用液压装置将钢水罐锁紧在倾翻支架上，然后使钢水罐 随着倾翻支架旋转到利于工人维修的角度进行维修，使钢水罐在倾翻过程中不致掉下来， 而当钢水罐滑动水口检修完成后，倾翻支架恢复原位时，钢水罐又能顺利地被吊车吊走。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 3 钢水罐滑动水口整各倾翻装置 f i g 1 3s e r v i c eo v e r t u r n e q u i p m e n to f s t e e ll a d t e 3 - 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 1 1 2 钢水罐整备倾翻装置现场砖- z - 在问题 由于该装置是鞍钢自行设计研究出来的设备，在国内也尚属首例，因而，在现实使用 中也存在一些问题，如电机过载、减速器折轴等现象。电机过载表现在当钢水罐需要 检修时，用吊车将钢水罐立式座在钢水罐整备倾翻装置待倾翻检修。当现场操作人员 起动传动系统后，电机得电，但钢水罐处于0 度位置而不能倾翻；减速器折轴具体表 现在平面二次包络弧面蜗杆减速器的蜗杆轴经过一段时间的使用会出现断裂的现象 吼图1 4 所示的是蜗杆减速器蜗杆折轴断口的实摄照片。 图1 - 4 减速器折轴的断口实摄照片 f i g 1 4 t h e p h o t o o f t _ h er u p t u r e o f r e t a r d e r sa x i s 1 2 课题的意义和内容 1 2 1 课题的意义 由于该装置是鞍钢以节约资金为目的、自行设计研究出来的设备，在国内也尚属首 例，技术相对来说也很不成熟，在使用中存在着一些长期困绕生产的问题。现场也由 于这些问题的存在，进行了多次改进，但并没有从根本上解决这些实际问题。而鞍钢 随着多条连铸生产线的建立，钢水罐滑动水口整备倾翻装置的应用更为广泛，这使得 对该装置的研究变得紧迫和必要。本文通过对该装置的结构及扭振系统的研究，找出 现场存在问题的原因，从而提出改造思路，对于解决该装置现存的问题，使该装置各 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 方面的性能和技术水平达到更高的水平具有十分重要的作用，同时，对于现场设备正 常的工作、生产的顺行、降低维修成本、提高经济效益及该装置的推广具有十分重大 的意义拍1 。 1 2 2 课题的内容 本课题主要包括以下四个方面内容： 根据现场资料及收集的材料，对原有改造设计进行校核计算： 根据整个装置的结构，以该装置扭振系统为研究对象，建立扭振模型，通过 对扭振模型的研究，来分析影响系统最大扭振力矩的因素； ( 3 ) 在几种不同的情况下，现场实测出该装置扭振系统倾翻力矩的变化情况，通过对 实验数据的分析，得出扭振系统受载状况得到改善的因素。 ( 4 ) 根据理论计算的结果及实验得出的结论，提出改造思路，解决现场存在的问题。 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 2 生产工艺 钢水罐滑动水口整各倾翻装置是连铸生产的附属设备，对连铸生产工艺及其设备 的熟悉，是研究整备倾翻装置扭振系统的前提。本章将在略讲连铸生产工艺的基础上 介绍与钢水罐滑动水口整备倾翻装置相关的生产工艺和设备。 2 1 连铸生产工艺及设备 连铸是一项直接把钢水浇铸成钢坯的工艺嘲【3 】。其工艺流程为：由炼钢跨送来的盛满 钢水的钢水罐装在连铸机的钢包回转台上，通过钢水罐滑动水口把钢水注入到中间包内， 钢水通过中间包滑动水口被注入到结晶器，在那里凝结成一定厚度的坯壳，即由引锭杆牵 引着拉出结晶器，进a - - - 次冷却夹棍，铸坯在二次冷却区内被雾化的冷却水冷却，继续凝 固，当它通过了最末一段二冷夹棍之后，先被弯坯装置顶弯，然后再被矫直机矫直，使铸 坯沿着水平方向前进，引锭杆的头部出了矫直机以后，就用脱引锭的装置使之与铸坯脱 离，并用提升机把引锭杆提升到引锭杆车上，铸坯沿水平方向继续前进，达到预定的距离 时，就用火焰切割机把铸坯切断，使之进入下步工序。连铸生产过程简图如图2 1 。 l 一钢水罐：2 一中间包；3 一结晶器；4 一二冷水：5 一拉坯机；6 弯坯装置 7 矫直机：8 铸坯；9 一切割装置；l o 运输辊道；1 1 振动装置 图2 1 连铸生产过程简图 f i g 2 1d i a g r a mo f t h ep r o c e s so f t h ec o n t n o u sf o u n d a r y 。彤“ 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 2 滑动水口整备 2 2 1 滑动水口概况 连铸机浇铸过程中的钢流控制装置滑动水口能够精确地调节从钢水罐到连铸 中间包的金属流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更易控制。特别 是当多流连铸机的一流或多流停产，而要相应地延长浇铸时间时，其作用更为明显， 连续铸钢是连续操作的不间断过程，钢水罐与滑动水口则是周期性工作的。周期性的 热冲击常使滑动水口滑板孔口部位出现裂纹，大大降低了滑动水口滑板的寿命，提高 了连铸的生产的成本、降低产量、减弱了产品的竞争力。另外，近几年随着冶金工业 的发展和科学技术的进步，对钢的质量和机械性能提出了更高的要求，于是出现了钢 水罐内进行的二次精炼( 脱硫、脱磷、脱氰、除气，调温和合金化等) 的新技术和新 工艺。这使得滑动水口技术得到了更加广泛的应用和推广。 2 2 1 1 滑动水口技术的发展 在钢水罐外用一种滑动水口( 以下简称s v ) 启闭，这种技术上的探索可追溯到1 8 8 5 年d 路易斯在u s 所获专n t 强1 。只是由于当时耐火材料的性能和机械加工技术均较差， 而未能实现。直到1 9 6 4 年西德的b e n t e l e r 钢厂才开始把s v 应用与工业生产中。s v 不受 出钢温度或处理时间的影响，有利于实现“罐内冶金”来提高钢水质量。s v 能准确控制 钢流，获得更均匀的浇注速度，增加操作的安全可靠性，减轻劳动强度，减低耐火材料的 消耗，可实现远距离的操作。同时，由于部分炼钢操作可转入钢水罐内进行，从而减轻了 炼钢炉的负荷，提高生产率。世界各国传统的s v 技术主要有西德的l a t e r s t o p 型和美国的 f r o c o n 型两种，前者特点为刚性压紧，由滑动框架、滑动盒等组成，面压靠加在压板上的 螺栓来调节。后者特点为非刚性压紧，采用空气冷却的弹簧，在浇注时对滑板造成固定的 压力，且滑板装在钢套内，简化了它在罐底的安装与拆卸。砌筑耐火般不用火泥，而无须 烘烤，组装简单等特点。目前，世界各国仍在对s v 作进一步的研究工作，使之得到进一 步的发展和完善，从而促进了现代冶炼技术的发展。 鞍钢第三炼钢厂2 0 0 吨钢水罐s v 引进的是日本品川株式会社的技术。该技术在 f i o c o n 技术的基础上，又有所发展。s v 的有效启闭除了决定于耐火材料质量之外，s v 机 构的安全可靠，操作上的简便等，同样也是十分重要的。因此，在近几年引进的连铸技术 中，均将机构设计成组合形式，并采用了空气冷却的弹簧和电子器件测量滑板的温度和行 程，来满足远距离操作、自动化控制的需要。 2 1 1 2 鞍钢第三炼钢厂2 0 0 t 钢水罐s v 的机构性能和特点 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 下面介绍鞍钢第三炼钢厂2 0 0 t 铜水罐s v 的机构性能和特点，钢水罐滑动水口的机械 简图如图2 2 所示。 图2 2 钢水罐滑动水口机械简图 f i g 2 2m e c h n i c a ls k e t c ho f t h e k e t t l e sw a t e rg a p ( 1 ) 主要运行机构 托架为s v 的基体，通过四个螺栓吊装在钢水罐底上。在托架的两侧分别布置两个对 称的座块，其上各有一个导向槽，弹簧箱的两个耳轴置于其中。在一侧的两个座块上还各 有一个小轴，为连接和悬挂滑盒的铰链点。滑盒在托架下可绕该点做单向打开动作，形成 “折叶”。托架的下面镶有上滑板砖，而镶有下滑板砖的滑体，安装在滑盒的滑道上，形 成一个自由度，可做往复运动。滑体与滑盒之间，靠两个耐磨、耐热的导轨相接触，形成 滑动面。这时挂在两个弹簧箱耳轴上的两组肘节组件靠肘节上的咬口“咬”住滑盒上对应 位置的四个小轴上。这时，位于弹簧底部与上托架两侧翼板之间的弹簧被压缩，从而使托 架内的上滑板与滑盒上滑体内的下滑板紧密接触，形成面压力。这时，托架与滑盒形成一 个自由度的“非刚性”框架，被夹在其中的滑体在液压缸的带动下，带动下水口同时动 作，可实现水口开闭来实现节流的目的。 1 2 ) 面压弹簧 面压力靠弹簧箱内的一组弹簧产生，而不是刚性压紧，从而保证上、下滑板之间密合 接触，形成密封压力，能满足耐火材料受热膨胀的需要。组弹簧还能解决单个弹簧的性能 差异和安全系数问题，具有耐高温和连续负载使用时机械性能比较稳定的特点，为s v 安 全可靠的关键部件。由于采用弹簧箱结构而易于实现快速安装与拆卸的需要。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 3 ) 冷却和防辐射 空气冷却系统的采用。钢水罐s v 的工作环境温度很高( 通常达到3 0 0o c ) ，所以， 在钢水罐s v 的滑盒下不止了内设石棉绳的防热板。对s v 机构加以防辐射保护。 面压弹簧为s v 的关键部件，在高温状态下工作时，其刚度系数有所降低，使面压力 减小，还会产生一些永久性变形而降低应有的弹性。因此，s v 机构采用了对弹簧进行强 制冷却的系统。另外，还对液压缸的筒壁进行冷却，来保证它的可靠工作。 ( 4 ) 使用与维护 使用与维护时，操作简化。更换耐火材料时，只要将肘节组件上的“咬口”与滑盒上 的小轴脱开，便能使面压消失。这时，滑盒连同滑体可绕托架上的铰链点单侧打开，松开 紧固斜楔，可迅速更换耐火材料。安装时程序相反。 另外，安装下水口的水口套设计成可更换形式。更换下水口时，只需旋转水口套，使 之旋出滑体上固定套内斜面卡槽即可，此项操作可独立地进行。 维护工作也很必要。应定期对托架滑盒、弹簧箱和弹簧，以及肘节、液压缸等进行检 查，确认损伤、变形情况后，再决定能否重新使用。 ( 5 ) 先进的检测手段 钢水罐s v 滑板行程的大小是通过在托架两侧设置的指示标尺来显示的。 ( 6 ) 液压与润滑 在液压缸内采用水乙二醇为介质，并给钢体镀铬，对活塞杆进行高频淬火处理。采用 了4 5 。斜面接口形式的活塞环和丁睛橡胶的密封圈等。在液压系统内，广泛采用了金属软 管、高压胶管和快速接头等。 滑板之间用石墨进行润滑。滑轨接触面等采用二硫化钼进行润滑。 2 2 2 滑动水口整备 钢水罐滑动水口由于属于易损部件，上、下滑板一般浇2 3 罐钢水即需更换，而下水 口浇1 - 2 罐也须更换，由于钢水罐滑动水口检修频繁，故须有固定的钢水罐检修区域，因 而建立了钢包整备坑。鞍钢第三炼钢厂钢包整备场包括两个整各坑，每个整备坑包括倾翻 装置、活动平台、修罐车、固定挡火门、透气塞、内水口拔取装置、液压站、阀站等【5 】 【9 】。 2 2 2 1 倾翻装置 ( 1 ) 用途 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 安放在整备坑里，用来把直立放置的空钢水罐倾翻到水平，以便对钢水罐罐底的滑动水 口、透气塞等进行检修、更换的一种机械设备。 ( 2 ) 技术性能 最大负荷 5 0 t 最大倾翻力矩 3 5 6 5k n m 倾翻角度0 一1 0 2 0 倾翻速度n = 0 6 3r r a i n 传动机构电机y z r 2 5 0 m z 一8 , n = 5 2 k w ，n = 7 0 6 r m i n 传动机构总速比 11 2 5 卡紧机构液压缸y - h g l 一e 2 0 0 11 0x1 6 0 l e l b l l w l 总重 6 8 t ( 3 ) 设备组成 倾翻装置由倾翻支座、卡紧机构、传动机构、固定端轴承、浮动端轴承等组成。 倾翻支座为一中间带大孔、两侧带凹形力矩块的钢结构焊接件，以便钢水罐的罐座直 立安放在凹形力矩块中。 在倾翻支座上设有卡紧机构，卡紧机构由液压缸、联接头、斜楔等组成。钢水罐坐放 前，液压缸带动斜楔缩进在凹形力矩块中，坐放后，液压缸带动斜楔伸出正好卡住钢水罐 上自带的楔块。 传动机构由电机、行星减速器、蜗轮蜗杆减速器、传动耳轴等组成。 固定端轴承、浮动端轴承用于承载倾翻支座及其其上的钢水罐。 2 2 2 2 活动平台 ( 1 ) 用途 在整备坑一侧，主要用做操作平台。钢水罐通浏 页翻装置由直立倾翻到水平后，活动 平台由液压缸传动开到修罐位，工人站在其上对钢水罐罐底处的滑动水口、透气塞进行检 修、更换。修罐后，活动平台开离修罐位，钢水罐再由水平倾翻到直立位置。 技术性能 平台尺寸2 5 0 0 4 4 0 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 负荷 液压缸 总重 设备组成 2 t t v r l 6 d l o o ，6 3 1 2 0 0 l w 3 8 t 该设备由平台钢架、液压缸、车轮、轨道等组成。平台钢架为焊接钢结构。液压缸固 定在地坪上带动平台钢架沿轨道前进、后退。 2 2 2 3 修罐车 ( 1 ) 用途 修罐车位于钢水罐倾翻装置、活动平台等设备上方的高架轨道上，勇于吊装钢水罐盖 及透气塞拔取装置、内水口拔取装置等检修工具。 技术性能 卷扬起重量 6 t 提升速度3 n g m i n 电机x w e d - 1 0 6 - 5 9 5 ( 与减速器一体) ，n = 4 k w 电葫芦起重量 2 t 走行速度 2 0n g m i n 走行电机z d 3 1 4 , n = 3 k w ，n = 1 3 8 0r m i n 提升速度8 m r a i n 提升电机z d y l 2 - 4 , n = 0 4 暮w ，i f l 3 8 0r m i n 大车轨距8m 轮距 2 3m 走行速度 1 4 2 9r 1 1 m i n 走行电机y e j 9 0 l 一6 ，n = i 1 k w ， n - - 9 1 0 r m i n 减速器q s 一1 0 一恤， i = 1 0 0 设备组成 修罐车由车架、主动车轮组、被动车轮组、起升装置、电机葫芦等组成。 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 车架为焊接钢结构，上有一圈栏杆。 主动车轮、被动车轮由z g 3 1 0 5 7 0 制作，主动车轮由直联式三合一减速器驱动。 起升装置由卷扬、滑轮、钢丝绳、吊架等组成，卷筒直径中3 6 0 n v n ，长度1 5 0 0 m m 。 电动葫芦型号为。2 9 d 。 2 2 2 4 固定挡火门 ( 1 ) 用途 与活动平台相对而立，在整备坑的另一侧，当钢水罐倾翻到水平时，挡住罐口，做挡 火墙用，工人通过其上的孔伸进铁棒帮助顶开透气塞和清残渣。 ( 2 ) 技术性能 挡火门尺寸 2 0 0 0 x 4 0 0 0 平台尺寸2 5 0 0 x 4 4 0 0 总重 4 8 t ( 3 ) 设备组成 主要由一固定平台和其上的挡火门组成。固定平台直接锚固在地坪上，用做操作平 台。挡火门与固定平台焊在一起，靠近钢水罐一侧衬有耐火纤维。 2 2 2 5 透气塞拔取装置 ( 1 ) 用途 为检修工具，用于拔掉钢水罐罐底上的透气塞 技术性能 液压缸j y - t b l 0 型由1 0 0 2 0 0 1 6 行程 2 0 0 总重03t ( 3 ) 设备组成 主要由液压缸、托架、卡板、连接体、顶板等组成。 2 2 26 内水口拔取装置 ( 1 ) 用途 大连理工大学专业学位硕士学位论文 为检修工具， 技术性能 液压缸 行程 总重 用于拔取钢水罐罐底的滑动水口。 胂1 0 型中1 6 0 x 2 0 0 - 1 6 2 0 0 0 5 t ( 3 ) 设备组成 主要由液压缸、托架、卡板、连接体、顶板等组成。 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 3 立式整备倾翻装置的改造设计 3 1 总体方案设计 3 1 1 传动和结构形式 钢水罐滑动水口倾翻装置的传动形式主要有两种，一种是电动，另一种是液压传动或 气动。采用电动这种传动形式，钢水罐的倾翻角度不受限制，可以从0 。到3 6 0 。，而且 坐罐形式也不受限制，可立式坐罐，也可卧式坐罐。而液压传动或气动传动形式，虽然结 构比较简单，但倾翻角度不能太大，并且只能采用卧式坐罐形式才能检修钢水罐底部的滑 动水口。由于卧式坐罐检修滑动水口时，吊车取、放罐占用很多时间，不经济。因此，现 在普遍采用电动立式坐罐这种形式，而结构形式的变化也主要围绕着这样一个问题：即如 何把钢水罐立式固定在倾翻支架上，在倾翻支架旋转时，钢水罐不致掉下来，而当倾翻支 架恢复原位时，钢水罐又能顺利地被吊车吊走。 3 1 2 方案选择 由于鞍钢第三炼钢厂的钢水罐均为国内制造的2 0 0 吨短耳轴( 不带付耳轴) 钢水罐， 因此不能采用本文第1 部分中所提到的宝钢炼钢厂那种倾翻装置的结构形式；又由于鞍钢 资金短缺，也不能采用大重那种比较复杂的结构形式。鉴于上述原因，做了如下三种新的 结构形式，如图3 1 所示，以供选择。 这些方案的共同点是：均采用电动立式坐罐形式，传动机构相同，都是通过电机、联 轴器、减速机带动倾翻支架旋转。而不同点是：钢水罐固定在倾翻支架上的方式不同即卡 紧机构不同。( a ) 方案，卡紧机构是采用座在倾翻支架上的气缸带动一个连杆式的钩子， 钩住已摘钩的钢水罐耳轴，铜水罐修复后，气缸带动连杆使钩子脱离耳轴，此方案缺点 为：工作时钩子卡不紧( 因其运动轨迹不好设计，不能与耳轴充分接触好) ，工作不可 靠，机构较复杂。( b ) 方案，卡紧机构是采用人工拨动压板，压住钢水罐的罐箍，钢水 罐修复后，再人工拨开压板。该方案特点为：简便易行，但由于罐箍上可能有飞溅的钢渣 而使压板与罐箍接触不好，人工操作不安全。( c ) 方案，卡紧机构是采用座在倾翻支架上 的气缸带动拉杆前进或后退。当钢水罐立式坐在倾翻支架上时，气缸动作，带动拉杆前 进，使拉杆插入钢水罐耳轴下方的罐座内( 共有四个拉杆，前后、左右对称) ，使钢水罐 固定在倾翻支架上。然后传动机构带动倾翻支架及钢转到所要求的位置，对钢水罐滑动水 口进行修复。钢水罐修复后，倾翻支架返回原位，这时气缸带动拉杆退出钢水罐耳轴下方 的罐座。修复后的钢水罐可用吊车吊走。 d 大连理王大学专业学位硕士学位论文 ( a ) a a a 一一a a 一一a ( c ) 翻3 1 三种立式靡罐结构彤式 f i g 3 tt h i n es a u c m r ef o mo f u p r i g h te q u i p m e n t 吕利：钢水罐整备倾翻装鬣扭振系统的研究 综上所述，( c ) 方案不仅由于采用电动立戏坐罐、克服了“摇篮”结构的缺点，而 短其卡綮机构阍( a ) 、( b ) 方案相比又具有简单、合璇、安全可靠、蠢动纯弦度离静後 点，因此选择( c ) 方案为本设计方案。 3 2 关键机构 立鬣整备颈聚装置融终动鞔l 梅、卡蘩枫鞫、颓繇支架、雷寇臻辘承裙浮动麓辘最等缀 成。传勘机构由电机、行星减速机、平面二次包络弧面蜗杆减速机等组成；卡紧机构由气 艇密力簸痤缝袋，力矩簇带畜譬淘寮戮秘滋裁予镪承罐懿罐座菝遴去；籁熬支絮为一疆黧 的焊接结构，并汗有一火孔，以利于钢水罐立式放入；固定端轴承和浮动端轴承采用双列 岛心球瓣滚子辘承，露定壤辘承中心嚣浮动壤辘琢孛心缳灞整嚣露一拳平线上。 当钢水罐被立式放鬣后，四个卡紧机构的气缸同时动作，拉杆插入钢水罐的罐座中， 使钢承疆被固定在 l 委翻支架上；然磊传凌凝褥电凝舞始褥窀，襄l 劾器捡开，续懿装菱开始 在1 0 2 。范围内倾翻。钢水罐修完，倾翻装置返回到原始位置后，电机断电、制动器闸 琵；然嚣卡紧掇褥夔拉轷嚣鼓遴塞罐座，宠或令王痒援麓。 3 2 1 参数的确定 3 2 1 1 骤始数攒 由予在曩 式坐罐孵，顿翻装霪倾角为+ 1 2 。，现改麓立式坐罐形式孵，其 啖翻惫度燮 鹭3 2 受力分毫蓐圈( 1 f i 9 3 2 s k e t c hm a p o f t h ef o r c e ( 2 ) 为主1 0 2 。锈瘩罐叁豢为8 5 t ，镪东罐重心在镪采罐对髂中心线上，鞭莓辘默t8 2 0 r a m 处。 3 2 1 。2i 擘参数 一烂三查兰妻些堂垡堡圭兰焦丝 ( 1 ) 传动机构的最大倾魏力矩m m a x 的计算对钢水罐及其倾翻支架进行受力分析如图 3 2 所示。 取网转中心0 与耳轴中心c 的距离磊- - 7 0 0 r a m ， 蚀算倾翻支架重心。2 与耳辙中 心c 的距离一0 2 c = l s 0 0 n m l 、倾翻支架煎g 虐= 2 8 t 。肺轴上方的配重对耳轴中心线的 力矩秀7 t m 。 由型3 2 可知： m m a x = g 一0 1 0 + g 鹿一0 2 0 州配 将各参数代入上式中，可得 酝拱双3 4 t 曩a = 3 4 0k n ( 2 ) 卡紧机构的最大卡紧力q m a x 的计算 对铡水罐进舒受力分析如图3 , 3 所示。由图3 3 可知钢水罐最大下滑力f 、钢水罐与倾 熬支絮阕瓣正压力n 分裂为： f 2 g s i n l 2 。 将参数值代入上式中，可得 雾1 7 6 7 ：n n = g c o s l 2 。 将参数值代入上式中，可得 n s 3 1 4k n 则簸大卡紧力为： q m a x = f - f f f n f 上蔽中f f - 一下涛摩攘力， f 摩擦系数，f = - o 1 5 r l o l 醋3 3 受力分析图( 2 ) f f g33s k e t c hm a p o f t h ef o r c e ( 2 ) 吕利：钢水罐整备倾翻装置扭振系统的研究 可得q m a x 5 2 k n 3 2 2 传动机构 传动机构简图如图3 4 所示。取钢水罐转数为n t = o 6 3 r m i n ，整个传动机构效率为r t = o 5 3 。 电机选择 电机计算功率为 图3 4 传动机构简图 f i g 3 ，4s k e t c ho f d r i v i n gf r a m e w o r k n ：丝些：坐行：3 4 0 0 0 x 0 6 3 0 5 3 。4 1 4 5 k w 9 7 5 9 7 5 则选电机为：y z r 2 5 0 m 2 8 ，n = 5 2 k w ，n = 7 0 6 r m i n ，f c = 1 5 t 1 ( 2 ) 减速器选择 减速器总速比为 8 轴承座 塑曼三查堂堂些堂窒堡圭堂垡燕塞 江，z n _ _ 。= o 6 3 7 0 6 “1 1 2 0 6 = + 岛暖 是) 校撵猿速捉遴 1 分配、毫礁功率、毫褫转速等选嚣个城速魂鸯： 第一个减速机为n g w 9 2 ，允许输入转滚7 5 0 咖妇，i 1 = 2 5 ，主动轴允许输入功率为 5 5 4 k w ，被动辘允诲辕密摆矩爻1 6 7 5 k g 。1 1 2 。 第= 个减速机为非标的平面= 次包络弧面蜗杼减速机，其中心距a = 6 7 0 m r n ，速比 i 2 - - 4 5 ，输懑辘_ 直辍d - - 3 7 0 m m 。 3 2 。3 卡紧机构 卡紧机构简图如图3 5 所示，它由气缸、支座和拉秆等组成，气缸型号为b 1 2 5 1 6 0 粥1 4 4 5 7 4 。 广一， 广一。7 i f 。7 l 。一i “”一 1 靛杆；2 液压缸 蚕3 , 5 卡紧壤梅燕塑 f i g 3 5s k e t c ho f p r e s sf r a m e w o r k 3 2 。4 倾翻支架致圈定端、浮动端嚣轴 倾翻支架为焊接钢结构。固寇端耳轴、浮动端耳轴通过螺栓、圆柱销与倾翻支架联接 农一起，固定端霹辘、浮动端耳轴分另q 装在固定端轴承和浮动端挑瘴t 上。 3 3 关键机构计算 吕利：钢水罐整各倾翻装置扭振系统的研究 3 3 1 传动机构验算 ( 1 ) 电机校核 由于实际算得的倾翻支座重心0 2 与耳轴中心c 的距离0 ，c = 1 8 0 0 m m ，后经计算得倾 翻支座实际重为g 座_ 2 9 5 t ，所以实际的最大倾翻力矩为： m 吣= g o l o + g 麂0 2 0 m 配 3 5 6 5 t m = 3 5 6 5 0 k g m = 3 5 6 5 k n i t i 则电机功率为： ：丝：生丌：3 5 6 5 0 。0 6 3 0 5 3 4 3 5 k w 5 2 k w 9 7 5 9 7 5 转化到电机轴的最大力矩m 电帆。： m 电n m 缸2丝业： ! ! 箜! i x ”1 1 2 0 6 0 5 3= 6 0 k g - m m 一，1 8 k g m 当钢水罐倾翻到9 0 。时制动，然后再起动，这时最大起动力矩为： m = 1 5 m 电帆= 1 5 6 0 = 9 0 k g m m 电札】= 1 3 5 k g m 式中， m 电帆。 电机最大输出力矩 所以，本倾动装置可在任何位置起动和制动，完全满足了检修的要求。因此， 所选电机y z r 2 5 0 m 2 8 , n = 5 2 k w , n = 7 0 6 r r a i n 符合要求，功率足够。 ( 2 ) 两个减速机承载能力的校核 1 1 对于n g w 9 2 减速机【1 2 】 减速机输出扭矩m 1 ：9 7 5