开铁口机机械结构设计【4张图/13500字】【优秀机械毕业设计论文】
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开铁口机
机械
结构设计
优秀
优良
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,42页,13500字左右.
开题报告一份.
文献综述一份.
图纸共4张:
A0-开口机液压图.dwg
A0-开铁口机总装配图.dwg
A1-移动机构.dwg
A1-旋转机构.dwg
摘 要
开铁口机是炼铁厂的一种常用设备，其功能是用来打开高炉铁口，实现现代化高炉冶炼。本课题设计的是全液压开铁口机的机械结构，其结构主要由回转部分和钻进部分等组成。钻进部分主要由推进和冲钻部分组成，回转部分将其由停放位置送到工作位置，打开铁口后，再迅速将其送回至停放位置。本课题主要分析了开铁口机的结构组成，设计了组成各部分的机构部件，同时论述了各部分机构的运动特点及各部分的计算设计过程和必要的强度校核。
关键词 开铁口机，机械结构，设计
ABSTRACT
Taphole drill is the general equipment in the taphole plant .It is used to used to open the tahole, and to complete ironmaking in furnace. This topic is the design of hydraulic Taphole drill, the structure of the main part by the Rotary Drilling and some other components. Drilling by advancing some of the major salt and drilling components, rotary part of its location by the park to the working position, Rail open mouth and then quickly returned to its parking position. The main topic of Taphole drill’s structure and design of the component parts of the body parts, Meanwhile, the author discusses some of the characteristics of the movement and the part of the calculation of the design process and the necessary strength check.
Key words Taphole drill, mechanical constuction, design
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 3
1.1 本课题国内外发展状况 3
1.2 本课题研究的意义 4
1.3 本课题的发展前景 4
1.4 本课题的研究内容及其工作原理 5
2 本课题的总体设计方案 7
2.1 设计要求 7
2.2 设计方案 7
3 冲钻部分机械结构的设计 8
3.1 钻头结构的设计 8
3.1.1 钻头的几何参数的确定 8
3.1.2钻头的受力及功率计算 11
3.2 钻杆的设计 13
3.2.1 钻杆结构的确定 14
3.2.2 钻杆强度和稳定性的校核 14
3.2.3 钻头与钻杆的连接 15
3.2.4 冲钻部分内棘轮机构的设计 16
3.2.5 钻孔机构的连接 17
3.3 钻孔速度的确定 17
3.4 冲钻部分轴压力的确定 18
3.5 冲击活塞行程的确定 19
4 推进部分设计 21
4.1 链条的设计 21
4.2 工作载荷的确定 23
4.2.1 推进力的确定 23
4.2.2 工作载荷力矩的计算 24
4.3 推进小车的设计 25
4.3.1 小车在轨道上静摩擦力的计算 26
4.3.2 开铁口时所需驱动力矩的计算 26
5 回转部分的机械结构设计 27
5.1 回转机构各参数的确定 27
5.2 回转部分支臂油缸的负荷分析 28
5.3 回转部分平行拉杆稳定性的验算 30
5.4 回转部分机构的支臂强度计算 31
6 开铁口机机械结构的总体布置 34
总结与展望 37
参考文献 38
致 谢 40
开题报告
题目： 开铁口机的机械结构设计
本课题的研究意义：
满足现代化炼铁的需要，利用液压来控制，从而实现开口机效率高，体积小，重量轻，功能多，施工方便，劳动强度小，对开铁机的改造和设计，对炼铁具有举足轻重作用。
国内外研究现状、水平和发展趋势
开铁口机是高炉炼铁炉前的重要生产设备之一，随着高炉冶炼技术的发展,现代化大型高炉均采用高冶炼强度、高顶压的冶炼方法.以前的电动、气动、气液复合、电气复合、全液压等几种类型的开铁口机,已不适应高炉高强度冶炼技术的要求。因开出铁口的孔道不规则，铁口事故多，而且打开坚硬炮泥的铁口较困难，阻碍了炼铁生产的发展，新型开铁口机的研制势在必行。近年来，国外各大钢铁公司都相继研制出适合各自国情的不同类型开铁口机。主要流行的有德国DDS型，卢森堡Pw 型、日本的TPTY型及英国戴维型等。目前，国内外应用于高炉的开铁口机类型较多，但其钻冲机构、导向送进机构基本结构都基本相同，只是传动形式有所不同，大致可分为电动、气动、气液复合传动、液动型式等类型。随着高炉冶炼技术的发展和冶炼强度的提高，现今开铁口机正逐步向可靠性强、操作安全性高，控制系统远距离人工操作的全液压新型系统发展。
本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施
本课程的基本内容：
内容：设计用于炼铁厂打开铁口的液压开口机的机械结构部分
可能遇到的困难：
1选择恰当的开口机设计参数；
2开口机运动受力结构的合理性；
3开口机零件的材料选择，结构合理的布局；
4 装配图完整的表达；
解决方法：
1查相关开铁口机的资料，收集数据，进行参照和对比
2 通过老师的辅导
3理论联系实践，到现场参观
4 机械和液压相结合进行分析 报告人签名：黄明强
2007-4-15
本课题采用的研究手段和可性分析
研究手段：
查阅国内外相关资料，理论联系实际，进行现场观看与分析，并记录相关的参数，在设计中参考《机械设计手册》〈〈炼铁机械〉〉《〈机械设计基础教材》《凿岩机教材》进行设计
可行性分析：
该课题主要是对传统的电动和气动的开铁口机的结构的改造，用来液压来实现全部控制的可能性。机械部分的技术已达到了较高的水准，而控制部分的液压改造，在其他很多机器上都已得到了实现，同时通过以前所学的液压知识和生产现场资料的收集和整理，可以确定本课题设计是能够达到要求的，具有充分的可行性。
速度计划
序号 日期 进度安排
1 2007-4-24-4-27 完成开题报告和开铁口机的组成和参数的选择
2 2007-4-28-5-1 钻头和钻杆的设计
3 2007-5-2-5-8 液压凿业机的设计
4 2007-5-9-5-12 推进油马达的设计
5 2007-5-13-5-16 链条的设计
6 2007-5-17-5-19 推进横梁及小车的选择
7 2007-5-20-5-23 转臂及四杆机构的设计
8 2007-5-24-5-27 回转油缸的设计
9 2007-5-28-5-31 基座的设计和安装
10 2007-6-1-6-4 零件图的绘制和装配总图绘制
11 2007-6-5-6-8 检查和修改
- 内容简介：
-
本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 开铁口机的机械结构设计 本课题的研究意义 ： 满足现代化炼铁的需要，利用液压来控制，从而实现开口机效率高，体积 小，重量轻，功能多，施工方便，劳动强度小，对开铁机的改造和设计，对炼铁具有举足轻重作用。 国内外研究现状、水平和发展趋势 开铁口机是高炉炼铁炉前的重要生产设备之一，随着高炉冶炼技术的发展 ,现代化大型高炉均采用高冶炼强度、高顶压的冶炼方法 动、气液复合、电气复合、全液压等几种类型的开铁口机 ,已不适应高炉高强度冶炼技术的要求。因开出铁口的孔道不规则，铁口事故多，而且打开坚硬炮泥的铁 口较困难，阻碍了炼铁生产的发展，新型开铁口机的研制势在必行。近年来，国外各大钢铁公司都相继研制出适合各自国情的不同类型开铁口机。主要流行的有德国 森堡 、日本的 前，国内外应用于高炉的开铁口机类型较多，但其钻冲机构、导向送进机构基本结构都基本相同，只是传动形式有所不同，大致可分为电动、气动、气液复合传动、液动型式等类型。随着高炉冶炼技术的发展和冶炼强度的提高，现今开铁口机正逐步向可靠性强、操作安全性高，控制系统远距离人工操作的全液压新型系统发展。 本课题的基本 内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施 本课程的基本内容： 内容：设计用于炼铁厂打开铁口的液压开口机的机械结构部分 可能遇到的困难： 1选择恰当的 开口机 设计参数； 2开口机 运动受力结构的合理性； 3开口机 零件的材料选择，结构合理的布局； 4 装配图完整的表达； 解决方法： 1查相关开铁口机的资料，收集数据，进行参照和对比 2 通过老师的辅导 3理论联系实践，到现场参观 4 机械和液压相结合进行分析 报告人签名：黄明强 2007 本课题采用的研究手段和可性分析 研究手段： 查阅国内外相关资料 ，理论联系实际，进行现场观看与分析，并记录相关的参数，在设计中参考机械设计手册炼铁机械机械设计基础教材凿岩机教材 进行设计 可行性分析 ： 该课题主要是对传统的电动和气动的开铁口机的结构的改造，用来液压来实现全部控制的可能性。 机械部分的技术已达到了较高的水准，而控制部分的液压改造，在其他很多机器上都已得到了实现，同时通过以前所 学的液压知识和生产现场资料的收集和整理，可以确定本课题设计是能够达到要求的，具有充分的可行性。 本科毕业设计（论文）开题报告 速度计划 序号 日期 进度安排 1 2007成开题报告和开铁口机的组成和参数的选择 2 2007头和钻杆的设计 3 2007压凿业机的设计 4 2007进油马达的设计 5 2007条的设计 6 2007进横梁及小车的选择 7 2007臂及四杆机构的设计 8 2007转油缸的设计 9 2007座的设计和安 装 10 2007件图的绘制 和装配总图绘制 11 2007查和修改 文献综述 题目：开铁口机机械结构设计 摘要 ：开口铁机就是高炉炼铁时打开出铁口的设备。为了保证炉前操作人员的安全，现代高炉打开铁口的操作都是机械化、远距离进行的。 开铁口机必须满足下列要求： （ 1） 开口的钻头应在出铁口中开出具有一定倾斜角度的直线通道，其孔径应小于 100（ 2） 在打开出铁口时，不应破坏覆盖在铁口区域炉缸内壁上的耐火材料； （ 3） 打开出铁口的一切工序都应机械化，并能进行远距离操作，保证炉前工人的安全； （ 4） 为了不妨碍炉前各种操作的顺利进行，开铁口机的外形尺寸应尽可能小，并在打 开出铁口后远离出铁口； of GK is a to of a of GK in F 绪论： 随着机械行业的不断发展，对 高炉炼铁提出了更高的要求；目前世界各国的开口铁机有不同的形式：主要包括有以下几中类型： 1 吊挂型电动式开口机 结构 ：它一般由 9 部分组成：送进机构转臂 1为 2 固定座子， 3 送进机构 4 钢丝 5 小车 6 调吊杆 7 电动机 8 减速器 9钻杆 2 全气动高架旋挂式开铁口机 ：结构特点：开口机为全气动的高架悬挂式开铁口机，固定在高炉的立柱上，能旋转退避， 可升降和进退，有钻进及正反钻打功能，通过 13 孔气路旋转接头及软管供气，钻进是需要挂钩固定， 使用中反映钻打能力较小，另外由于气动钻进机构由进口件，成本较高，且因气动钻进机构的备品 备件也需要进口，损害的部件更坏和维修困难。 3全液压开铁口机 S 开铁口机的组成 u 机为液 H驱动、落地式全机由机械部分、液压部分 组台 输油管路及遥控装 1211成。 1)机械部分 )开铁口机的机械部分由 转机构、钻进机掏两部分组成 1)回转机构同转机构的作用是将钻进机构由停放位置送到工作位 并在铁 打玎后能够迅速退回。回转机构由旋转臂、 转油缸、斜底座及阑角板等组成 铁以 转时避开铁沟淘帮。 (2)钻进机 钻进机构由 液压凿岩讥、液压马达、链条及导架等组成，其作用是：液压马达通过链条带动装有凿岩机的小车前进 打开铁口并能迅速退回。 (3)液压部分 液压系统由液压手动操作台、泵源、液压阀台、气源箱构成，联同无线遥控的发射接收装置组成完整的控制及传动系统手动操纵台设三个手柄完成凿岩机的冲击、正转钎 反转钎、钻进机构的前进后退、回转机构的前进后退，并没有压力表以显示各油路的工作压力。泵源由五台油泵、油箱及安全溢流阀组组成。其中三台主油泵两用一备分别提供冲击、转钎、凹转和钻进油路的压力油；一台小功率油泉提供操作台所 需的低压先导压力；一台小功率油泵用于完成系统的自循环，以保证液压介质的清洁度。液压阀台中安装了系统中各油路的阀件，提供设备所需的全部功能 . (4)管路系统 组台输油管路将各部分油路连接起来其核心元件有三路铰、四路铰、十路同转接头及减速阀等 (1)三路铰输油管路其结构形式如图 2所示一端定子固定在机架上，一端定子固定在钻进小车上，铰系可随钻进小车的进退而折叠、张开，并同时不间断的通过三条油路为凿岩机供油、供气。 (2)四路铰输油管路基本原理与三路铰相同町通过四条油路为凿岩机供油、供气。 (3)十路回转接头在直径 300 400钢铰上，集中了十条油气通路，定子固定在机座上转子可随开铁口机旋转臂旋转同时，通过十条通路连续为液压凿岩机、液压马 达及钎具排粉供油、供气 。 以下是全液压开口机的参数 工艺参数 由停放位置转到工作位置 10s 由工作 位置转到停放位 置 5s 钻头压紧力 2000杆的送进速度 s 钻杆的退回速度 s 凿岩机冲击功 岩机扭矩 杆的工作角度 8 钻孔深度 3500岩机行程 3800头直径 60杆直径 50压泵驱动电机总功率 压系统的最高工作压力 21压系统的最大流量 210l/压系统工作介质 冷却及排粉压缩空气量 15m/h 国内外研究现状、水平和发展趋势 开铁口机是高炉炼铁炉前的重要生产设备之一，随着高炉冶炼技术的发展 ,现代化大型高炉均采用高冶炼强度、高顶压的冶炼方法 动、气液复合、电气复合、全液压等几 种类型的开铁口机 ,已不适应高炉高强度冶炼技术的要求。因开出铁口的孔道不规则，铁口事故多，而且打开坚硬炮泥的铁口较困难，阻碍了炼铁生产的发展，新型开铁口机的研制势在必行。近年来，国外各大钢铁公司都相继研制出适合各自国情的不同类型开铁口机。主要流行的有德国 ，卢森堡 、日本的 及英国戴维型等。目前，国内外应用于高炉的开铁口机类型较多，但其钻冲机构、导向送进机构基本结构都基本相同，只是传动形式有所不同，大致可分为电动、气动、气液复合传动、液动型式等类型。随着高炉冶炼技术的发展和冶炼强度的提高， 现今开铁口机正逐步向可靠性强、操作安全性高，控制系统远距离人工操作的全液压新型系统发展。 可行性分析： 1通过参观攀钢生产应用的全液压开铁口机，并请教生产线上的工人师傅，全面了解其主要构成和原理，收集开铁口机液压系统方面的资料； 2综合运用四年来我们所学的各种课程，如机械原理、液压传动等； 3在具体设计过程中，主动与老师、同学讨论和交流，充分利用图书馆及网络丰富资源，一步步使设计合理达标。 该课题主要是对传统的电动和气动的开铁口机的结构的改造，用来液压来实现全部控制的可能性。 机械部分的技术已达到了较高 的水准，而控制部分的液压改造，在其他很多机器上都已得到了实现，同时通过以前所学的液压知识和生产现场资料的收集和整理，可以确定本课题设计是能够达到要求的，具有充分的可行性。 参考文献 1 冶金工业出版社 2 冶金工业出版社 3 冶金工业出版社 4 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 5 冶金工业出版社 6 冶金工业出版社 7 机械工业出版社 8 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 9冶金工业出版社 10攀钢高炉新型开铁口机的研制与应用 J刘树芳 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 摘 要 I 摘 要 开铁口机是炼铁厂的一种常用设备，其功能是用来打开高炉铁口，实现现代化高炉冶炼。本课题设计的是全液压开铁口机的机械结构，其结构主要由回转部分和钻进部分等组成。钻进部分主要由推进和冲钻部分组成，回转部分将其由停放位置送到工作位置，打开铁口后，再迅速将其送回至停放位置。本课题主要分析了开铁口机的结构组成，设计了组成各部分的机构部件，同时论述了各部分机构的运动特点 及 各部分的计算设计过程和必要的强度校核 。 关键词 开铁口机 ，机械 结构 ，设计 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) I is in It is to to to in is of of by by of of by to to s of of of of of of 枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 致谢 3 目 录 摘 要 . I . 绪 论 . 错误 !未定义书签。 课题国内外发展状况 . 错误 !未定义书签。 课题研究的意义 . 错误 !未定义书签。 课题的发展前景 . 错误 !未定义书签。 课题的研究内容及其工作原理 . 错误 !未定义书签。 2 本课题的总体设计方案 . 错误 !未定义书签。 计要求 . 错误 !未定义书签。 计方 案 . 错误 !未定义书签。 3 冲钻部分机械结构的设计 . 错误 !未定义书签。 头结构的设计 . 错误 !未定义书签。 头的几何参数的确定 . 错误 !未定义书签。 头的受力及功率计算 . 错误 !未定义书签。 杆的设计 . 错误 !未定义书签。 杆结构的确定 . 错误 !未定义书签。 杆强度和稳定性的校核 . 错误 !未定义书签。 头与钻杆的连接 . 错误 !未定义书签。 钻部分内棘轮机构的设计 . 错误 !未定义书签。 孔机构的连接 . 错误 !未定义书签。 孔速度的确定 . 错误 !未定义书签。 钻部分轴压力的确定 . 错误 !未定义书签。 击活塞行程的确定 . 错误 !未定义书签。 4 推进部分设计 . 错误 !未定义书签。 条的设计 . 错误 !未定义书签。 作载荷的确定 . 错误 !未定义书签。 进力的确定 . 错误 !未定义书签。 作载荷力矩的计算 . 错误 !未定义书签。 进小车的设计 . 错误 !未定义书签。 车在轨道上静摩擦力的计算 . 错误 !未定义书签。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 致谢 4 铁口时所需驱动力矩的计算 . 错误 !未定义书签。 5 回转部分的机械结构设计 . 错误 !未定义书签。 转机构各参数的确定 . 错误 !未定义书签。 转部分支臂油缸的负荷分析 . 错误 !未定义书签。 转部分平行拉杆稳定性的验算 . 错误 !未定义书签。 转部分机构的支臂强度计算 . 错误 !未定义书签。 6 开铁口机机械结构的总体布置 . 错误 !未定义书签。 总结与展望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 摘 要 I 摘 要 开铁口机是炼铁厂的一种常用设备， 其功能是 用来打开 高炉 铁口，实现现代化高炉 冶炼 。 本课题设计的是全液压开铁口机的机械结构，其结构主要由 回 转部分和钻进部分等组成。 钻进部分主要由推进和冲钻部分组成， 回转部分将其由 停放位置送到工作位置，打开铁口后，再迅速 将其 送回至停放位置。 本课题主要分析了开铁口机的结构组成 ， 设计了组成各部分的机构 部件， 同时论述 了 各部分 机构 的 运动特点 及 各部分的计算设计过程和必要的强度校核 。 关键词 开铁 口 机 ，机械 结构 ，设计 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) I is in It is to to to in is of of by by of of by to to s of of of of of of 枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 目录 1 目 录 摘 要 . I . 绪 论 . 3 课题国内外发展状况 . 3 课题研究的意义 . 4 课题的发展前景 . 4 课题的研究内容及其工作原理 . 5 2 本课题的总体设计方案 . 7 计要求 . 7 计方 案 . 7 3 冲钻部分机械结构的设计 . 8 头结构的设计 . 8 头的几何参数的确定 . 8 . 11 杆的设计 . 13 杆结构的确定 . 14 杆强度和稳定性的校核 . 14 头与钻杆的连接 . 15 钻部分内棘轮机构的设计 . 16 孔机构的连接 . 17 孔速度的确定 . 17 钻部分轴压力的确定 . 18 击活塞行程的确定 . 19 4 推进部分设计 . 21 条的设计 . 21 作载荷的确定 . 23 进力的确定 . 23 作载荷力矩的计算 . 24 进小车的设计 . 25 车在轨道上静摩擦力的计算 . 26 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 目录 2 铁口时所需驱动力矩的计算 . 26 5 回转部分的机械结构设计 . 27 转机构各参数的确定 . 27 转部分支臂油缸的负荷分析 . 28 转部分平行拉杆稳定性的验算 . 30 转部分机构的支臂强度计算 . 31 6 开铁口机机械结构的总体布置 . 34 总结与展望 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 40 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪 论 3 1 绪 论 课题国内外发展 状况 开铁口机是炼铁厂的一种常用设备，用来打开铁口，实现现代化高炉炼铁。它的可靠性和使用性能直接关系到高炉炼铁的生产效率 。 现今，国内外应用于高炉的开铁口 机类型较多，可谓五花八门。从传动形式上可分为电动、气动、气液复合传动 等； 从安装方式上可分为悬挂式、落地式。通过从国外引进具代表性的开铁口机结构，国内再新开发应用较多的开铁机结构。 20 世纪 80 年代初宝钢 1号高炉从日本引进了全气动的悬挂式 (旋转支座固定在高炉框架上 )开铁口机 (日本罔崎工业开铁口机 )； 20 世纪 90 年代初鞍钢 11 号高炉从德国 司引进了气动、液压复合传动的落地式开铁口机；上钢一厂引进的英国 外，武钢 3200 3m 高炉的全电动开口机是从前苏联引进的；昆钢新建 2000 3m 高炉的气动、液压复合式开铁口机是从卢森堡 些曾经代表了东西方先进技术不同的典型范例。对我国开发、研制新型现代化开铁口机启发、影响较大，为我国消化移植、研制开发新型开铁口机设备提供了途径和积累了经验，并得到快速发展。落地式气动、液压复合传动的开铁口机在全国大、中、小高炉上应用最多，其次是悬挂式全气动型式和落地式全液压型式。这几种典型的开铁口机的共同结构特点是都具有导向轨梁和送进机构，钻机 沿着一定角度的倾斜轨道行进，开出的铁口孔道是和这个角度相同的圆孔，钻机都具有冲打功能。 电动开铁口机 我国目前绝大多数的大中型高炉采用简易的电动开铁口机。这种开铁口机采用电动钻机钻孔，钻机是悬挂在简易钢梁上，一般靠人工对位，进退用电动卷扬机通过钢绳牵引。这种开铁口机整体结构的 刚 度很差 ， 开出的出铁口孔道是一条枣核形的倾斜孔道，出铁过程中时常被焦炭块卡住通道；它不能一次钻透 ， 还需在钻孔至红铁层时依靠工人用钢钎捅开 。而且 这种开铁口机悬挂电缆容易被烧坏，工人操作亦很危险 ，同时它也 不适应无水快干的高硬度炮泥 。 由于没 有冲打功能 ，更无法适应埋钎法开铁口。 气动开铁口机 宝钢 从 日本 引进的是 冈崎公司 自 制悬挂式全气动开铁口机 。在 使用过程中出现的主要问题是埋钎后开铁口机必须长期停留在主铁 沟 上受高温烘烤，设备的润滑较为困难，管路中的软管较多，易烧坏 。 气液复合开铁口机 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪 论 4 气液 复合 传动的 开铁口机只是旋转采用液压马达其他钻削、送进 等 都是采用气动，由单独的空压机供气；因旋转机构不能承受较大的冲钻返退力矩，轨梁前端有锚钩，通过轨梁绕固定点的升降摆动来实现挂钩和脱钩。 通过具体总结 ， 发现这些简易开铁口机 普遍存在 的 问题表现为 如下几个方面 ： 开铁口机开出的铁口孔道是一条曲弓形的倾斜孔道，由于人工对位，钻机摆动大，钻出的孔道不规则，难于操作、维护，且劳动强度大 ； 设备结构刚、强度较差，简易钢梁易变形，钻机设备易损坏，悬挂的电缆经常烧坏等，设备故障多，可靠性差 ； 由于钻进功率小，使得开铁口时间较长，特别是快干无水炮泥的应用，实践证明，简易开铁口机已无法适应无水快干的高强度炮泥 ； 人工对位不能直接打开铁口，用人工烧开或捅开铁口，安全隐患较大。 课题研究的意义 从上可以看出，随着 在现 代 冶炼 技术 的 发展进步， 老式简易开铁口机 的不足逐 渐暴露出来。 有的机构复杂 ， 动作多，导致故障点多，维护量大，可靠 性 差；有的设备体积过于庞大，不能满足现代化高炉大型、连续风口平台的要求 ； 有的能力较低动作性能不好 ， 可调性差；还有的是需配备大型空压站等附属设 施。 现代化大型高炉均采用高冶炼强度、高顶压的冶炼方法 ， 为保证铁口强度及出铁后铁口直径基本不变，强度高达 5时，高炉炉容加大，导致炉墙增厚，炉门变深，至使开铁口机必须增加开口能力及工作 行程。另外，开铁口机的工作位置处于铁水喷溅范围之内，环境温度高 400，粉尘浓度达 6g/ 3m 8g/ 3m 。在打开铁口瞬间，喷出的铁水具有很高的速度，设备容易被烧毁。鉴于恶劣的工作环境及苛刻的工艺要求，现今许多一直延用的旧式简易电动、气动等开铁口机，显然不能与之相适应 ，这也就 提高了对开铁口机的要求 ，必须加快对开铁口机的改造和研制 。 课题 的发展前景 随着现代高炉冶炼技术的发展和冶炼强度的提高，现今开铁口机会逐步被可 靠性强、操作安全性高、控制系统远距离人工操作的新型系统所取代。而液压开铁口机正 是具备了这些特点，其动力由压缩性较小的液压油提供，工作速度的平衡性大大提高了。液压系统通过各种液压阀等装置控制，人能远距离操控按钮实现控制。随着高炉冶炼技术的发展，液压开铁口机这些及其它一系列的优点，会逐渐展示出来，其 先进的结构和控制方式 ， 将会是现代化高炉设备的发展方向 。同时液压开铁口机 造价低廉，维修方便 ，随着现代技术的为断发展， 全液压驱动攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪 论 5 开铁口机 会逐步朝着高效、低噪声、高度集成化等方向发展，并不断 适用于 各种熔积的高炉。 课题的研究内容及其工作原理 本设计通过对电动、气动、气 液混合等多种驱动形式的比较，最终采用驱动功率大、效率高的全液压驱动方式；设计中尽可能地减少绞链点，全机基本上都采用钢性联接，避免了以往某些开铁口机绞链点多、钢性差等缺陷；为使本机安全可靠，减少维护检修量，采用全钢管及钢制回转铰链液压油输送系统，取消高压软管，因而大大地增加整机对残铁沟幅射热的烘烤及铁水喷溅的抵抗能力；设置自动退钎系统，当钻头打开铁口后，不需要人工操作，钻杆可自动高速退回，开铁口机本体也随之高速回至停放位置，从而保证开铁口机的安全，避免重大设备事故的发生。 图 开铁口机 示意图 本课题是设计 液压 开铁 口机 的 机械 结构 (图 它 可分 为以下几 个部分 ： 转钎部分由 液压马达 驱动旋转，液压马达 通过 带动钻套旋转，再经卡具使钻杆转动完成旋转运动，从而开始钻孔。 冲击部分有正 反 冲功能，此部分由液压缸提供动力，活塞杆正反运动，高频率地冲击钻杆尾部，从而提高了开铁口的速度，加快开铁口的进程。转钎和冲击同攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪 论 6 时联合动作，即钻头边旋转边冲打完成开口功能。这两套装置联结于四个车轮上，构成了一个移动小车，经链条牵引，实现小车整体前进和后退。 推进部分主要 由送进液压马达、链轮、导向轮、链条、导向轨粱等组成。导向轨粱由两根槽钢焊接而成，在导向轨梁的尾部装有液压马达，液压马达旋转带动链轮旋转，经导向链轮，使链条拖着移动小车沿导向轨粱移动，从而为钻杆提供一个钻进的轴向力。 回转部分由固定立柱、固定臂、回转臂、高度调整装置、液压缸和杆机构等组成。固定立柱由地脚螺栓固定在高炉炉前的基石上，一个焊接成箱形结构的回转臂通过一个大直径的球面轴承和固定臂相联，在箱形的回转臂里装有液压缸和杆机构。液压缸活塞杆的伸缩驱动，使回转臂实现回转运动，以使整机转到工作位置或停机位置 。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 2 本课题的总体设计方案 7 2 本课题 的 总 体 设计 方案 计要求 本液压开铁口机适合炉口深度为 1500铁口机的钻进方向与铁口轴线的倾斜角度 10 ，回转部分从停放位置到工作位置需旋转 105 ，旋转时间 。打铁口时，钻头直径 600速范围 000 r ，送进速度 ，反退速度为 ，冲击部分的冲击频率 ，而冲击能量为 。 计方案 本设计主要是设计 液压 开铁口机的机械结构，主要包括 以下几个 部分 的设计 ： 钻进 部分 主要 由 钻架装置 、推进 液压 马达、链条、行走小车、 冲钻部分、 钻 具等 组成 ，其中推进 液压 马达通过链条和行走小车，带动凿岩机等在推进横梁上运动，并为 冲钻部分 提供工作反力， 开铁口机 冲击 旋 转打开铁口 后 ，然后快速回退 。 推 进 部 分主要 由送进 液压 马达 、 链轮 、 导向轮、链条、导向轨粱等组成 。 导向轨粱由两根槽钢焊接而成 ， 在导向轨梁的尾部装有 液压 马达 ，液压 马达 旋转带动链轮旋转，经导向链轮 ， 使链条拖着 移动 小车沿导向轨粱移动 ，从而为钻杆提供一个钻进的轴向力。 回转 部分 由固定立柱、固定臂、回转臂 、 高度调整装置 、 液压缸和杆机构等组成 。 本课题先后对这几部分进行了机构结构设计，然后进行整体各方面的校核。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 8 3 冲钻部分机械结构的设计 在 打开无水快干炮泥 时，采用旋转式多刀切割钻孔是有效的方法，旋转式钻孔过程是钻头在一定轴向压力 续 旋转切割 炮泥 ，使其钻刃以螺旋线推进，并将破碎的 炮泥 排除孔外，形成圆形炮孔。 冲击部分的设计包括钻头设计，钻头设计的内容主要有结构形式的选择，重量的确定以及结构构造设计等，钻头是直接破碎岩石的工具，凿岩效率，钻进速度及钻头寿命，所以要求钻头有较高的表面硬度，较好的耐磨性及足够的冲击韧性。就结构而言，钻头可以分整体式与分体式两种，根据钻刃形状的不同，钻头可以分为刃片型，柱齿型和片柱混装型三种。 头结构的设计 头几何参数的确定 几何参数 钻头 几何参数 (图 要包括以下几个方面： 图 钻头几何参数 示意图 1)翼口角 角为两翼切割刃的夹角。角与钻翼口宽度 大角可以提高钻头的耐用程度，但工作中需要较大的推进力。 2)钻体斜度角 4A 4A 角的作用在于减小钻体与孔壁间的摩擦。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 9 3)后角5 的作用是减少钻头与孔底的摩擦。后角一般小于 20 ，过大会降低钻刃的坚固性，钻进比较硬的岩石时，后角不应大于 10 。 4)前角3垂直平面 构成的角度，角叫大时，钻头锐利，易于钻进，但钻刃的坚固性降低，故的大小应根据岩石的软硬程度来选择，为了加强钻刃的坚固性，可以选用前角的钻头。 5)刃尖角7度小钻进容易，但坚固性较 差。切割角6与 后角之和，对于正前角的钻头，63 ，对于负前角的钻头，3A 90 。 6)钻刃角 1A 1A 角为二主切割刃之间的夹角，角越大，可以提高钻头的坚固性，但工作中需要较大的推进力。 7)钻刃前角2 三角锥 型钻头 部分参数的计算 三角锥 型钻头是焊接的硬质合金片的钻头 ， 这 种钻头应用很多，跟 柱齿型和片柱混装型钻头相比较，具有以下 特 点： 成孔规则，钻刃磨钝较慢，且因凿岩粗颗粒岩粉生长率较多而使粉 尘浓度下降，与其它钻头有较高的钻进速度 。 1)钻头结构要素 对于刃片型钻头，钻刃角一般为 12090 。 2)钻头的单位冲击功 钻头的 单位冲击功 可由下式进行计算： / 1 8 0 0 0 / 6 0 3 0 0 L （ J ） 3)钻头长径 钻头的长径可由下式进行计算： )(3 式中 i 长径比 ，即 钻头长度与钻头直径之比 ， 一般 取 。 4)钻头断面 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 10 钻头的 断面 可由下式进行计算： )(060/ 3 式中 j 断面比系 数，即 钻头直径长度 D 与钻尾直径之比 ， 。 5)钻帽长度 钻帽长度指钻头大头长度，其值为： 3( 0 . 3 3 0 . 3 5 ) 9 0 1 0 0 . 3 5 3 1 . 5 ( ) m m 钻头重量 的确定 理想的钻头重量应与活塞重量相等，在这种情况下，凿岩功率消耗少，国内现在有的冲击器的活塞与钻头重量比一般在： 据冲击器质量为 2可以取钻头质量为 钻头结构尺寸 的 确定 钻头的材料选择和结 构 , 此钻头是采用 3 个刀片组合而成的 ， 其结构如 图 图 三角锥形刃钻头图 为了增加钎头的耐磨性 ,在钎头的前均镶嵌硬质合金片，在镶嵌硬质合金片时，应先将合金片作净化处理 与槽的间隙在 25 微米左右为好，间隙过大则嵌焊后会造成缺铜，间隙过小铜水流不会造成焊接不牢。 焊接前，可以用高频加热将钎头体加热至 C 900800 。焊接时将铜片放置在合金片上，撒上硼砂以脱锈和污垢，至铜片熔化完为止。试验表明，以 105#焊接和 68#黄铜焊接合金片时，均无脱落现象发生，合金片材料利用 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 11 头的受力及功率计算 图 公式，可以 计算出 钻头每转一周时每个钻刃的切削厚度 。 ）（ 0 0 式 (钻头一个钻刃的切割面积为： 321 式中 2S 主切割刃 22 ； 2S 副切割刃 3 ； D 为钻头直径； d 钻翼口宽度。 故 21 (图 钻头钻进时的受力 图 由于钻头周边磨损最快，而中心处可以认为磨损量为零，因此， 切割刃端的磨损面积 S，为三角形。 54 式 (式 中 4S 主切割刃 端面积 14 ； 5S 副切割刃 端面积 ； 2 分别是主副切割刃外的磨损宽度 。 由图 出： 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 12 2 2 令 d/D=，则有 /121 ； 所以 )2s i i 154 22 式 (如 果近似考虑岩石沿 45 方向剪切（见图 则钻头切割面积 1S 上的切割推进力为： )(2 11 式 (由于切割 1P 的作用在切割面积 1S 上产生的摩擦力为： )(11 式 (式中 矿岩的极限抗剪强度； 钻头和岩石的摩擦系数； 侧面剪切系数，1。 2221 (1 )4 s i 式 ()(2s 33 式 (式 中 岩石的临界积压强度。 作用在主副切割刃磨损端面积 p 及摩擦力力 )2s 1 222 式 ()(2 式 (因此，每个钻人上沿 1 2 3s i n s i n s i e F P P F （ ）式 (式中 e 钻刃数 。 查机械设计手册和凿岩资料 ，可 求出 其 推进力 。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 13 21 2)co s( s 式 (式中 1N 正面正压力； 2N 侧面的侧压力。 于是代入数据可得到 )( 4 2 2)(103 1 4 2 22 333 作用在钻头上的阻力矩 为： 321 式 (式中 1 切割力产生的阻力矩， 1 4； 2 力产生的阻力矩 ， ,式中2端面积 2)12(62 ； 3由力 3 2 2c o R R e，其中为副切割刃 磨损端面心的回转半径 ； 32322 所以 1 2 3 4 2 5 ( )P P M M n m 查机械设计手册，得到相关数据代如上式 可得： )3/()s in/t a ( 23 切削所需的功率 )(5200756010230102 式中 主轴的角速度； N 主轴的转速（转 /分）； 钻杆的机械传动的效率； K 考虑电钻负荷不均匀性的附加系数 ,一般取 K= 杆的 设计 开铁口机 用的钻杆的断面形状有六角形 ,圆形和矩形 即轴向压应力 ,扭转应力和弯曲应力 ,从计算和实验可以断定 ,弯曲应力及弯曲疲劳强度是钎杆承受的主要应力和主要破断因素 ,目前常用的钎杆钢为 35攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 14 硅锰钼钒和 55硅锰钼两种材料组成 。 钻杆作用是带动冲击器旋转，并通过其中心孔向冲击器输送压力油，由于钻孔深度是 ： ( 钻孔超深可以用下列公式计算： l =(m) 式中 H 台阶高度（ l 钻孔超深（ 底部抵抗线长度（ 。 )( 台肩高度一般 为 815 m。 杆结构 的确定 钻杆是由无缝钢管和两端接头焊接而成的组合体，其结构 见 图 杆承受回转和周压的作用，其外壁又受孔壁和岩渣的强烈摩擦，工作条件比较恶劣，因此钻杆接头是个易损件，螺纹连接时，需要二硫化钼润滑脂或石墨润滑润滑。 图 钻杆示意图 杆强度和稳定性 的 校核 由于 钻头是由螺栓连接的，而轴是承受主要的工作载荷，则由拉伸强度条件62219481 1 . 1 5 1 03 . 1 4( ) ( 0 . 0 2 1 5 )44F M P （ ）式 (由机械设计手册查得 钎杆钢为 35硅锰钼钒和 55硅锰钼的强度为 72 10 。 661 . 1 5 1 0 2 1 0 ，所以强度是满足要求的。 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 15 钻杆稳定性 的 校核 由于钻杆承受轴向压力 F，在该上可能发生弯曲，所以需要进行温度性验算，其受力模型见图 图 杆受力模型图 钻杆可以看 成 是细长杆，由材料力学公式， 求得 其临界载荷为 ： 2 4 4 3 4 4 3 9 4 4 42 2 2( ) ( ) 2 1 0 ( 0 . 0 6 0 . 0 3 8 ) 3 . 2 5 1 06 4 6 4 6 4 1 . 8 d E D dF （ N ） 钎杆钢为 35硅锰钼钒和 55硅锰钼的屈服应力为 235s ，因此是钻杆 压缩屈服的轴向压力为： 22 26 43 . 1 4 0 . 0 3 8 2 3 5 1 0 4 . 0 1 044ss c F 2（ ） （ 0 . 0 6 - ） 由式（ F=19481N,所以可以满足条件的，则钻杆 是 稳定的 。 头与钻杆的连接 钻头与钻杆的连接方式有螺旋连接和销锥销连接两种方式。对连接的要求是紧固，装卸方便和易于加工制造。便冲击力作用下 有变形的可能；在结构上还应使钻杆的凸缘支持到钻头底面或顶面，使螺纹不冲击载荷。但是螺母的方向需要与钻杆的转动方向 相反。我国矿山一般都采用锥销连接是靠钻杆和钻头之间的摩擦阻力来传递冲击和扭矩的，锥角一般选用 303302 。锥角过大时钻头易脱落；锥角过小拆卸困难。实际证明制造简单，便于拆卸。要求螺母的节圆直径稍大于 便在冲击力作用下有变形的可能；在以便冲击力作用下有变形的可能；在结构上还应使钻杆的凸缘支持到钻头底面或顶面，使螺纹不冲击载荷，但是螺母的方向 需要与钻杆的转动方向相反，其连接方式见图 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 16 图 钻头与钻杆的连接图 12 钻 部分内棘轮机构的设计 冲击部分 的棘爪已标准化， 它主要是用来连接钻杆的 尾部 ,其形状如图 爪的圆头直径及厚度分别为 爪只是长度 a 和宽度 爪的形状是对称的，可以两面使用，以延长寿命 。 爪和内棘轮示意图 根据上图棘爪与棘 轮的关系可知，从螺旋中心到棘爪回转中心的距离必须保证棘爪与棘轮内齿的正常啮合，否则便影响转钎机构的可靠工作。 设已知 则 2 4 . 7 5t a n 0 . 1 143 2a r c t a n 6 . 2 7 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 17 又 22 38 200s i n 0 . 1 9 m m 一 般齿间角 因此 4 5 6 . 2 7 3 9 3 3 从而可以 确定螺旋棒中心 与棘爪转动中心间距离为 ： 122 21 2 2 1 1 2 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) c o s 4 1 3 4 . 5 6O O A O A O A O A O m m （ ） 求出中心间距后，就可以确定棘爪的布置形式了，这样就可以防止钻杆 的反转。 孔机构的连接 钻孔机构的旋转运动是由 液压 马达 提供驱动力，钻头与钻杆采用了螺纹联结，然后钻杆再与液压马达相接， 其联接方式 如图 图 钻孔机构联接示意图 123孔速度的确定 由于钻头同时作两种运动，所以钻刃前进运动的轨迹是一螺旋面，见 图 钻刃上 一点 A 的坐标为（ X， Y， Z），当钻头运动时， A 点即成为一条螺旋线，这条螺旋线各点的坐标可以用以下的参数方程表示： 式 ( 式 ( 式 (式中 螺旋线上一点距螺旋轴心的距离； 攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 冲钻部分机械结构 的 设计 18 钻头旋转角速度
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