曾国全钢包车设计说明书.doc

精品文档摘 要钢包车是直流钢包精炼炉的主要设备之一。目前钢包车的传动形式、功能、自动化程度差异很大。有的钢包车是机械传动，有的是机械与液压或与气动相结合的传动形式，有的钢包车只有运行和定位两个功能。由于是技术改造项目，空间很有限，设计中采用了结构紧凑、驱动力大、调整范围广、便于自动控制的全液压传动形式。2钢包车H作程q和主要技术多过211作程序钢包车开始停在吊包工位。吊车将60t钢水包吊落在用包车的倾动。转炉钢水存在着气体多，成份不合适，温度不均匀，含硫量高等缺陷，从而影响和制约着铸坯的质量，为了更好地利用现有钢包澎东设备，为连铸提供优质合格的钢水，提高连铸坯的质量，减少低温回炉，冶炼优质品种钢。决定在原精炼台车基础上新增一台台车、当一辆台车上的钢包精炼结束后，另一辆座好重包的台车就可以立即进人精炼工位进行精炼，从而提高了设备的利用率，保证了向连铸提供连续的优质钢水。目前国内冶金、重机行业使用的不少 LF 炉钢包车液压系统在设计上存在着很多问题。突出表现在启动频繁、突然，定位有冲击定位准确度低运行速度范围小、定位时间长；能耗大，故障率高等方面。关键字：钢包车 ； 电机 ； 减速器 ； 轴承Abstractbuggy ladle was analyzed in detail according to the work principle of single arc and three top electrodes the ladle method to make cables has made the work less labor-intensive and made the job of the fitters easier. However, there are several operations 2 in the method H which need Q to be mechanized. For this purpose, we are introducting 2.11 up-to-date methods of making slings, reconditioning equipment, and bringing 60t in new devices. One of the most time-consuming operations in making slings was cutting the aluminum tubes into bushings. This operation was done previously on lathes with centers up to high using cutoff tools. Before the tubes were mounted on the lat he, they had blade made of steel with a cutting disk secured by flanges A holder was made for the rotating tube. The aluminum tube is cut into bushings by the rotating disk, which is moved into the buggy ladle.Key words ： buggy ladle ； dynamo ； moderator ； bearings 目 录1 绪论42 整体方案的选定52.1 钢包车简介52.2 钢包输送车的方案选定53 整体参数的确定73.1 钢包参数：73.2 钢包输送车的行走速度：73.3 电动机功率的计算73.4 电机的选择83.5 电动机的安装93.6 传动比的分配和轴的转速、转矩的分析计算103.7 总传动比的分析计算123.8 传动比的分配123.9 传动装置的运动和动力参数计算：124 钢包车直径及承重的计算134.1 电机轴承直径的计算144.2 应力计算：144.3 力矩的计算：144.4 轴的计算164.5 销轴的设计224.6 键连接的选择244.7 钢包车减速器的选择244.8 钢包车结构及传动机构特点284.9 缓冲装置305 设计小结32参考文献331 绪论钢包车是直流钢包精炼炉的主要设备之一。目前钢包车的传动形式、功能、自动化程度差异很大。有的钢包车是机械传动，有的是机械与液压或与气动相结合的传动形式，有的钢包车只有运行和定位两个功能。由于是技术改造项目，空间很有限，设计中采用了结构紧凑、驱动力大、调整范围广、便于自动控制的全液压传动形式。2钢包车H作程q和主要技术多过钢包车开始停在吊包工位。吊车将160t钢水包吊落在用包车的倾动。转炉钢水存在着气体多，成份不合适，温度不均匀，含硫量高等缺陷，从而影响和制约着铸坯的质量，为了更好地利用现有钢包澎东设备，为连铸提供优质合格的钢水，提高连铸坯的质量，减少低温回炉，冶炼优质品种钢。决定在原精炼台车基础上新增一台台车、当一辆台车上的钢包精炼结束后，另一辆座好重包的台车就可以立即进人精炼工位进行精炼，从而提高了设备的利用率，保证了向连铸提供连续的优质钢水。目前国内冶金、重机行业使用的不少 LF 炉钢包车液压系统在设计上存在着很多问题。突出表现在启动频繁、突然，定位有冲击定位准确度低运行速度范围小、定位时间长；能耗大，故障率高等方面。炉外精炼技术是生产高级特殊钢的必要手段，它应用炉外精炼炉（简称 LF 炉、采用钢包加热和真空处理相结合的方法，生产出优质的特钢产品。LF 炉的主要动作都由液压系统来完成其中包括加热电极的伺服升降、锁定和放松；加热炉盖的升降真空炉盖的升降钢包车的行走、定位等，本文主要介绍钢包车的行走、定位液压系统。钢包车液压系统驱动钢包车由座 吊、包工位到加热工位对钢水进行精炼并添加合金料；加热好的钢水由加热工位运到真空工位，进行脱氧、脱氢并测温取样；完全熔炼好的钢水由钢包车运回到座（吊，包工位，再由吊车吊走进行浇注。至此，整个炉外精炼周期结束。钢包车在此期间的驱动、定位都是由钢包车行走、定位液压系统来完成的。钢包车在此期间的驱动、定位由钢包车行走、定位液压系统来完成的。 z 液压系统原理及特性该钢包车行走、定位液压系统采用集成式叠加控制。系统由轴向柱塞泵 1 提供动力；利用马达 7 完成行走动作；利用液压缸进行定位。2 整体方案的选定2.1 钢包车简介目前钢包车的传动形式、功能、自动化程度差异很大。决定在原精炼台车基础上新增一台台车、当一辆台车上的钢包精炼结束后，另一辆座好重包的台车就可以立即进人精炼工位进行精炼，从而提高了设备的利用率，保证了向连铸提供连续的优质钢水。钢包车的行走、定位等，本文主要介绍钢包车的行走、定位液压系统。有的钢包车是机械传动，有的是机械与液压或与气动相结合的传动形式，有的钢包车只有运行和定位两个功能。因此在这次设计中，我们选用电机式带传动设计160t钢包输送车。2.2 钢包输送车的方案选定在钢包输送车方案的选取方面有很多不同的方案，例如：液压传动式、带传动式等。在这里我选用的是带传动式，因为此方案比较简单，而且成本相对较低，结构简单。下面就是确定的方案草图：1车架 2 刚包 3 电机 4减速器图2.2 钢包输送车整体方案钢包输送车的工作原理：由电动机带动，经过减速箱减速使速度达到理想要求后传动带动钢包车行走在轨道上。在安装过程中主要需要确定上述4个部件的基本位置。3 整体参数的确定3.1 钢包参数：钢包直径： 1200mm 高度： 1500mm 3.2 钢包输送车的行走速度：速度控制需要同时考虑一下两个方面：为适应机组速度变化而调整行走速度时，不应影响电机的驱动力矩；为适应行走变化而调整电机转速时，不应引起张力的波动。一般电机都同时采用恒力矩和恒功率两种调速方法，分别适应上述两种情况，以充分利用电机的容量。3.3 电动机功率的计算钢包承重 160t额定功率NN=KK-塑性弯曲及摩擦影响系数，取1.11.2T张力，NV-速度 m/s 传动功率 取0.850.9其中取K=1.2，T查表轧钢机械表12.4 T=2540KN=0.85N=1.2250100061.810000.85=3670KW3.4 电机的选择根据所算功率N=19.77KW查机械设计手册第五卷，选取YH-180L-4型高转差率三相异步电动机，额定功率22KW，满载转速1380r/min，同步转速1500r/min。1、 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列2、工作机所需功率 22KW3、传动装置效率：（根据参考文献机械设计 濮良贵 纪名刚 主编 高等教育出版社 第264页得各级效率如下）其中：蜗杆传动效率1=0.70滚动轴承效率（一对）3=0.98联轴器效率c=0.99传动滚筒效率cy=0.96所以：=1233c2cy =0.70.990.9830.9920.96 =0.633电动机所需功率： Pr= Pw/ =3.0/0.633=4.7KW 工作机工作转速： nw601000v / 35027.9r/min根据容量和转速，根据参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社 第339-340页表附表15-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表3.4: 表3.4-1方案电动机型号额定功率Ped kw电动机转速 r/min额定转矩同步转速满载转速1Y132S1-25.5300029002.02Y132S-45.5150014402.23Y132M2-65.510009602.04Y160M-85.57507202.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见第3方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132M2-6其主要性能如下表3-2：表3.4-2中心高H外形尺寸L（AC/2AD）HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD132515（270/2210）315216178123880103338P2 = P1ccy=3.190.990.99=3.13kwn2= = = 27.4 r/minT2= 9550 = 9550 = 1089.24Nm运动和动力参数计算结果整理于下表3.3-3： 表3.4-3类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（Nm）传动比i效率蜗杆轴4.796046.75 10.679蜗轮轴3.1927.41111.84 35传动滚筒轴3.1327.41089.243.5 电动机的安装电动机是带动整个部件运动的根本，它安装在减速箱的边上。通过联轴器与减速箱连接。下端与固定端连接好即可。安装图如下：图3.5 电机的安装3.6 传动比的分配和轴的转速、转矩的分析计算滚筒直径的确定：=D-s-h- D刀刃圆周直径； S重叠量； h被剪切带钢厚度； 余量，一般=50-20mm，取=30mm则=D-s-h-=360-1.1-1.5-20=142mm 取=142mm轴的受力分析 图7.1X-Y平面受力分析 图7.2X-Z平面受力图： 图7.3 水平面弯矩 1102123.75216079797119图7.4垂直面弯矩 714000 图3.6-1 436150.8合成弯矩 1184736.3 714000 681175.5 图3.6-2当量弯矩T与aT3.7 总传动比的分析计算由电动机的满载转速和工作机主动轴转速（滚筒的转速）可确定传动装置应有的总传动比为：i/=1380r/min则i6.8由于i5，此减速器设计为双极圆柱齿轮减速器。3.8 传动比的分配高速级：=3.07低速级：=2.363.9 传动装置的运动和动力参数计算：（1）各轴转速的确定：=1380 r/min=449.51r/min=190.47r/min=190.47 r/min（2）各轴的输入功率计算：设、分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动、滚动轴承的效率查机械设计课程设计P6表2-2，得=0.99，=0.97，=0.99则=N=19.970.99=19.87KW =19.770.970.99=19.54KW = =18.990.970.99=18KW = =18.240.990.99=18.6KW（3）各轴的输入转矩计算：=9550=9550=156Nm=9550=9550=303.6Nm=9550=9550=814.5Nm=9550=9550=1096.5Nm4 钢包车直径及承重的计算4.1 电机轴承直径的计算直径公式：D式中E的弹性模量MPa-卷取温度下带材的屈服极限Mpa由于卷边机的工艺要求比一般的卷取机的工艺要求低很多，所以我们可以取D=（150200）h=610mm4.2 应力计算： 承重力 P=（0.3-0.5）Fb 式中 F被钢的横截面积； b时带钢的强度极限； 技术参数：钢板厚度h=1.5mm，材料45钢，板宽1000mm，带钢的最大宽度b=50mm则F=hb=1.550=7.5查金属工艺学上册表1-4，得材料45的钢的强度极限b=610M，延伸率=16%力P=0.5 Fb=0.57.5610N=22.875KN4.3 力矩的计算：总力矩 M=n（+）式中 n滚筒对数； 滚筒所需的力矩； 滚筒轴上的摩擦力矩；转动力矩 =PDsin式中 D滚筒直径； 查轧钢机械表8-13，得滚筒直径D=250-270mm，取D=270mm为弦AB与CD间夹角的一半。、由图得 cos=1-式中 S滚筒重叠量查轧钢机械表8-41，得S=1.1mm，侧向间隙=0.2mmEF=（1-）h 式中 断裂时的相对切入深度； =，=1.2-1.6取=1.6，则=1.60.16=0.256则EF=（1-）h=（1-）1.5mm=1.308mm Cos=1-=1-=0.991得 =所以=PDsin=22.8752700.134=833.79Nm又有=Pd 式中 轴承处摩擦系数； d轴承处轴径；滚筒轴承的使用寿命至少五年，转速n=10r/s=600r/min根据 式 C=P查机械设计手册第二卷表7-2-87-2-11，得 =4.75，=0.42，=1，=1，=1轴承受径向载荷=Psin=22.8750.134=3.065KN得C=P=3.065=34.66KN根据式 =查机械设计手册第二卷表7-2-14，=3.065KN查机械设计手册第二卷表7-2-16,=2.5则 =2.53.065=7.6625KN查机械设计手册第二卷表7-2-67，得 38.5KN，=45KN选取N1012型圆柱滚子轴承，其内径d=60mm，D=95mm，B=18mm查机械设计手册第二卷表7-2-17，得摩擦系数 =0.0015所以 =Pd=22.875600.0015=2.059Nm总力矩 M=n（+）=1(833.79+2.059)=835.849 Nm4.4 轴的计算图4.4-1根据图示轴承中心线可知：mmmmmm在水平方向上， 如图所示，根据弯矩平衡 所以 在垂直方向上， N 对A点求矩， 将，代入上式，得 =253.08 =2836.85 水平方向， 竖直方向， 计入力偶后对轴的弯矩进行合成， = =265124.72 = =52128.8 轴所受扭矩为 T=28388.82 弯扭合成强度公式为： 已知扭转切应力为对称循环变应力，取=0.60.1=0.1=11366.12 = =23.37 即满足强度要求。M=9549M-轴的扭矩P电机的功率n轴的转速n=32.3r/minM=9549=5844.7Nm=-轴的最大切应力T= M许用应力查表机械设计得取选取轴为实心轴号钢调制处理所以推出.取 查机械设计手册（2卷）表6-1-1可知抗拉强度=580Mpa 屈服点=290Mpa弯曲疲劳极限=235Mpa许用疲劳应力=156180 Mpa图4.4-2，分别为公称转矩，分别为分度圆直径，。=829000=9.55轴传递的功率为 =0.18kW由于磨擦损耗的功率为 ，则产生的热流量（单位为1W=1J/s）为 =10000.18（1-0.7）J/s =54J/s以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为 箱体的表面传热系数，可取=（8.1517.45）；内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积；油的工作温度，一般限制在6070，最高不应超过80；周围空气的温度，常温情况可取为20。取=15， =65，在既定条件下，保证正常工作温度所需要的散热面积s为 =实际散热面积足够，热平衡满足。4.5 销轴的设计其中导板通过销轴与下面支架连接，并以销轴为转动轴。其直径可根据联接的结构特点按经验确定，必要时再做强度校核。当量齿数 =62.3根据=-0.2063，=62.3，可查得齿形系数 =2.42；图4.5螺旋角系数 =1-=0.977许用弯曲应力 查表知由铸锡磷青铜制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 =56MPa寿命系数 =1.04 =561.04MPa=58.24MPa MPa=89.66MPa即弯曲强度满足。 已知；与相对滑动速度有关。=0.176m/s ,查表用插值法算得 =0.072 =1.18代入式中得 =0.704.6 键连接的选择轴高速轴中速轴低速轴键10870（C型）161070(A型)161070（C型）4.7 钢包车减速器的选择几种传动的电动机、减速器等传动部件均与均衡架固定连接，因而均衡架可以绕铰轴相对车架自由摆动。传动输入轴与均衡架的铰轴都是错开布置的，当均衡架带动传动输入轴绕铰轴对车架摆动时，将会受到与传动输入轴相连但相对于车架固接的减速器输出轴的限制，产生传动的干涉。为处理这种干涉采用的是齿形联轴器和中间浮动轴，允许在较小偏角下有效地传动 但这种补偿作用是有限的，特别是当轨距小，浮动轴很短将更是如此，因而要求轨道极其平直。此种传动方式适用于大跨度的桥式起重机大车运行机构，可以补偿桥架的弹性变形。图4.7参照参考文献机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1： 表4.7-1箱体的结构尺寸设计内容计 算 公 式计算结果箱座壁厚度=0.04225+3=12mma为蜗轮蜗杆中心距取=12mm箱盖壁厚度1=0.8512=10mm取1=10mm机座凸缘厚度bb=1.5=1.512=18mmb=18mm机盖凸缘厚度b1b1=1.51=1.510=15mmb1=18mm机盖凸缘厚度PP=2.5=2.512=30mmP=30mm地脚螺钉直径dd=20mmd=20mm地脚螺钉直径dd=20mmd=20mm地脚沉头座直径D0D0=48mmD0=48mm地脚螺钉数目n取n=4个取n=4底脚凸缘尺寸（扳手空间）L1=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm轴承旁连接螺栓直径d1d1= 16mmd1=16mm轴承旁连接螺栓通孔直径d1d1=17.5d1=17.5轴承旁连接螺栓沉头座直径D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间）C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱连接螺栓直径d2d2 =12mmd2=12mm上下箱连接螺栓通孔直径d2d2=13.5mmd2=13.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径D0=26mmD0=26mm箱缘尺寸（扳手空间）C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4, d3=10mmn=4d3=10mm检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圆锥定位销直径d5d5= 0.8 d2=9mmd5=9mm减速器中心高HH=340mmH=340mm轴承旁凸台半径RR=C2=16mmR1=16mm轴承旁凸台高度h由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。取50mm轴承端盖外径D2D2=轴承孔直径+(55.5) d3取D2=180mm箱体外壁至轴承座端面距离KK= C1+ C2+(810)=44mmK=54mm轴承旁连接螺栓的距离S以Md1螺栓和Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取S=D2S=180蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离）L1=K+=56mmL1=56mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm取=15mm蜗轮端面与箱体内壁之间的距离=12mm取=12mm机盖、机座肋厚m1,mm1=0.851=8.5mm, m=0.85=10mmm1=8.5mm, m=10mm以下尺寸以参考文献机械设计、机械设计基础课程设计 王昆等主编 高等教育出版社 1995年表6-1为依据蜗杆顶圆与箱座内壁的距离=40mm轴承端面至箱体内壁的距离=4mm箱底的厚度20mm轴承盖凸缘厚度e=1.2 d3=12mm箱盖高度220mm箱盖长度（不包括凸台）440mm蜗杆中心线与箱底的距离115mm箱座的长度（不包括凸台）444mm装蜗杆轴部分的长度460mm箱体宽度（不包括凸台）180mm箱底座宽度304mm蜗杆轴承座孔外伸长度8mm蜗杆轴承座长度81mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离61mm（2）减速器附件的选择以下数据均以参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的P106-P118表4.7-2视孔盖（Q235） 单位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M 81.5表4.7-3吊耳 单位mm箱盖吊耳dR eb42424220箱座吊耳BHhb3619.29.6924表4.7-4起重螺栓 单位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226表4.7-5通气器 单位mmDd1d2d3d 4DabsM181.5M331.583164012722Chh1D1Rkef1640825.4406224.8 钢包车结构及传动机构特点钢包车是用在转炉炼钢车问将由注入钢包中的钢水从转炉平台下方运出，送至起重机可到达的适当位置，再由起重机将钢包车上的钢包连同钢水送至模铸或连镣车间进行浇注。由于钢包车载重量通常为1OO200t，长期处在恶劣环境中工作，如传动机构出现故障，注入钢包中的钢水不能及时运出，包内的钢水将凝固或成为低温废品，同时影响转炉的连续生产，故对钢包车的传动机构有极高的可靠性要求。图4.8 160t钢包车的传动简图该车有4个车轮，每2个车轮为一组，所有车轮均为驱动轮。图6表示该传动机构综合电机与立式减速器均固定在车架上，减速器输出轴一端用齿形联轴器加浮动轴与均衡架上中间开式齿轮固接的传动输人轴相接；另一端受轨距限制没有设浮动轴，减速器输出轴仅通过半齿联轴器与传动输入轴直接相连。显然，当均衡架绕铰轴相对车架摆动时，存在着如上所述的干涉现象。钢包车车架的主梁在结构上相当于桥式起重机的端粱。 由上式可看出，当其它参数不变时，bZ值越小，则 越大。重载桥式起重机端梁的bZ值为06 1 c ，而钢包车的bz值仅02 桥式起重机通常对端粱不作刚度验算，对主梁要验 水平刚度与垂直刚度 但主粱绕支点的相对转角不会 I起均衡架绕铰支点相对车架摆动，只影响均衡架上车轮的垂直度。主梁与端梁之间是刚性连接的，主梁变形后在端梁附近与车轮平面基本能保持垂直关系，故主梁变形对传动机构影响很小。钢包车在主梁变形后的情况则不然，受力变形后的 角就是均衡架绕铰轴的相对转角，如图7所示。特别是由于钢包车的运行轨道表面有钢渣等异物，当车轮通过这些异物时，车体摆动及由载荷 I起的 转角产生综合效应，使摆动幅度超过了传动机构中齿形联轴器的允许偏角，造成传动机构损坏电动机也会由于阻力矩增大烧坏，传动轴会折断。4.9 缓冲装置(1)根据结构和空间位置等，确定用碟形弹簧作为缓冲元件，以碱小对传感器的冲击，起缓冲减振作用最大工作负荷P叫=12ot(钢水+钢包体+炉盏+自重，冲击等其它影响)；最小工作负荷P =10t(称赶台自重)由结构设计中己选定用8组弹簧支承，则每组受力：最大受力尸=15t最小受力P选形弹簧参数如下：最大受力P = 1St；最小受力P =I25t选形弹簧参数如下：D =160；d=81 2；占= 10； =955； =35；=135； =0 75；k =2 625=14110kg；计算负荷P(，：h)对， h (d )式中，k无支承面时极限变形。有支承面时极限变形杠杆。助值查表口=0 745 x 10，代人数计算有_P )；1907218kg(2)确定变形和叠台层数利用手册中查图形法有关己知数据为：坩；3 510=035k， =35955=066htl-， = 39519 55 0 4 每个弹簧最小形量(只有称量台P一125t时的变形量)，k =P- ，_ J= 1 2511907218=0665541N88，则有=022939l7l；每个弹簧最大变形量 (钢水+钢包体+炉盖+自重，冲击等15th)=151907218则 =2753 m，每组弹簧叠台层数n，最大变形工作行程取15.945每组用6片弹簧叠台而成应力校棱：按最大负荷P =120t(考虑冲击等影响时)应力 使用不频繁按静应力校零(h ， 0s )+ r，( )式中， = * =2527005x 1 055=29c9059，h ； (H )* = (135955) 1055：425mm其余参数分别查表，最后计算得应力 F=一29O4O99O599 551213(4 16725110052904o55)+1365(0745 x 10x 1 )=-245=260300 m = h 时刚包车机架如下图所示：图4.9 钢包车机架简图5 设计小结通过这将近两个多月的紧张设计，本次钢包输送车的设计终于完成了。在整个设计过程中我发现了许多问题，也解决了许多问题。就是在这个发现问题和解决问题的过程中，我对自己的课本知识有了更系统的认识和理解，同时也加强了我的空间思维能力、空间想像能力和对工程软件的应用，以及自己的制