200T转炉倾动机构设计
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主减速器大齿轮（A1）.dwg
二齿轮轴(A2).dwg
分减速机装配图(A0).dwg
扭力杆装配(A1).dwg
200T转炉倾动机构总装配（A0）.dwg
200T转炉倾动机构设计说明书.doc
200吨转炉倾动机构设计
摘 要
倾动机构是实现转炉炼钢生产最主要的设备之一，它的特点是倾动力矩大、减速比大、启制动频繁和能够承受较大的动载荷。转炉倾动机构工作在多渣尘和高温的恶劣工作环境中，因而其可靠性和寿命对于整个转炉设备的安全运转有着非常重要的影响。为获得适应于驱动的低转速，需要很大的减速比。转炉炉体自重很大，再加装料重量等，整个被倾转部分的重量要达上百吨或上千吨。转炉倾动机械的工作属于“启动工作制”。机构除承受基本静载荷作用外，还要承受由于启动、制动等引起的动载荷。这种动载荷在炉口刮渣操作时，其数值甚至达到静载荷的两倍以上。启、制动额繁，承受较大的动裁荷。转炉倾动机械随着氧气转炉炼钢生产的普及和发展也在不断的发展和完善，出现了各种型式的倾动装置。其中，带有扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式倾动机械，由于其独有的多点啮合柔性传动的优势，逐渐成为主流。本文对转炉倾动机构的基本形式做了简单介绍。重点介绍用3D法计算转炉倾动力矩的整体过程。完成了最佳耳轴位置的选择计算，绘制了倾翻力矩曲线，完成对转炉倾动的电机选择与校核，并对整个倾动系统的主要零部件进行了计算和校核。本论文对转炉倾动机构的设计提供了一种新思路。
关键词：倾动机构；倾动力矩；传动系统；柔性支撑
ABSTRACT
Tilting mechanism is to achieve one of the main steelmaking production equipment, which is characterized by a large dump Moment, gear ratio, starting and braking frequently and withstanding greater dynamic load. Converter tilting mechanism works in harsh working environments, more slag dust and high temperatures. Thus their reliability and longevity for the safe operation of the equipment throughout the converter has a very significant impact. Adaptation to obtain a low rotational speed of the drive requires a large reduction ratio. Great weight converter furnace, plus loading weight, etc., the entire weight of the part to be tilting up hundreds of tons or thousands of tons. BOF furnace steel smelting a time, usually only four minutes later. Converter tilting mechanical work belongs to "start working system." In addition to the basic institutions to withstand static loads, but also to withstand dynamic loads due to start, braking caused. This dynamic load in the mouth skimming operation, more than twice its value even to static loads. Kai, the amount of braking complex, dynamic cut withstand greater load. As the steelmaking process low, heavy and harsh working conditions, coupled with the start, brake frequently, especially on a different way to start the motor on the dynamic behavior of the converter. With the converter tilting BOF steelmaking machinery popularization and development also continues to develop and improve, there have been various types of tilting the device. With torsion bar stopper buffer full hanging tilting mechanical, diagonally arranged into four main transmission system of a reducer drive one at the center of the second gear, so as to drive the rotary converter work performed. This paper converter tilting mechanism gives a brief introduction. Introduction tilting mechanism structure, design principles, the basic design parameters, as well as several forms of structure and configuration of the drive tilting mechanism and the transmission format.
Keywords: converter; tilting mechanism; pour Moment; transmission system；
Resilient mounting
目 录
1绪论 1
1.1转炉研究的背景及意义 1
1.2转炉炼钢工艺流程 2
1.3转炉倾动机构的设计原则 3
1.4国内外研究现状和发展趋势 3
1.4.1国外转炉倾动装置的研究现状和发展趋势 3
1.4.2 国内转炉倾动装置的研究现状和发展趋势 4
1.5 转炉倾动机构主要研究内容及方法 5
2转炉倾动机构总体方案的确定 6
2.1倾动机构的配置形式的比较与选择 6
2.2倾动机构的驱动的电机的选择 10
2.3倾动机构减速器的设计方案 11
2.4联轴器、齿轮、轴、轴承、制动器的选择 11
3转炉倾动力矩的计算 12
3.1倾动力矩的组成部分 12
3.2确定转炉炉型 14
3.3确定转炉重心 19
3.4确定预设耳轴位置 23
3.5计算炉液力矩与空炉力矩 23
3.6确定耳轴摩擦力矩 26
3.7运用Excel绘制倾动力矩表格 27
3.8确定最佳耳轴位置 28
3.9确定修正后的转炉倾动力矩 29
3.10绘制倾动力矩曲线图 31
4电动机、制动器及联轴器的设计与校核 31
4.1 电机容量计算与确定电机型号 31
4.1.1确定电机型号 31
4.1.2电动机工作制度 值及发热值的校核 32
4.1.3电动机的过载校核 33
4.1.4确定启动时间 34
4.2 联轴器的计算与选择 35
4.3制动器的计算与选择 36
4.3.1制动器的选择计算 36
4.3.2制动时间校核 38
5齿轮传动系统的设计计算 38
5.1分配传动比 38
5.2运动以及动力参数计算 39
5.3齿轮传动设计 41
5.4其它齿轮设计计算 48
5.5齿轮的校核 49
6轴及轴承的设计计算 50
6.1轴材料的确定 50
6.2轴的设计计算 50
6.3轴的校核 55
6.4轴承的校核 59
7扭力杆系统的设计 61
7.1 扭力杆缓冲止动装置 61
7.2 扭力杆设计计算 62
7.2.1扭力杆直径和曲柄半径的确定 62
7.2.2 安全座空隙的选择 62
8 设备的可靠性和经济评价 63
8.1 设备的可靠性 63
8.1.1设备平均寿命 63
8.1.2 可靠度的计算 64
8.1.3 机械设备的有效度 64
8.2 设备的经济评价 66
8.2.1 投资回收期 66
8.2.2 盈亏平衡分析 67
结 论 69
致 谢 70
参考文献 71
1绪论
1.1转炉研究的背景及意义
钢铁工业是国民经济的重点发展行业，是发展国民经济和国防建设的物质基础，它的发展水平是一个国家重要综合国力的表现。1837年德国人贝斯卖［2］提出底吹酸性转炉冶炼方法是近代炼钢工艺的开始，借此生产了大量廉价钢，对欧洲第二次工业革命发起起了间接推动作用，但是此种炼钢工艺并不能快速有效的去除磷和硫，所以它的发展受到了很大限制。随着1882年底吹式碱性转炉炼钢法的发明，可用碱性炉衬转炉来解决高磷生铁问题，然而这种方法对生铁的成分有比较严格要求。1847年法国出现了蓄热方式的平炉炼钢法。1869年又出现了碱性平炉冶炼的方法，这种方法对冶炼配料的限制不是很苛刻，而且有冶炼产品种样多、冶炼容量大等优点，因而出现仅仅30年便成为钢铁行业最主要的冶炼钢方式。到上世纪中叶平炉冶炼出来的钢总量大概占世界钢产量85%。20世纪50年代奥地利率先使用纯氧顶吹式转炉炼钢法，其最大的不同点就是有效解决了钢中氮气等有害成份问题，而且降低了废气产生量（ 采用普通空气吹炼时，空气中含有约79%没用的氮气 ），避免了热能的大范围损失。而且它的重量与平炉很接近，这样可以冶炼出相对低温状态的平炉生铁，从而能利用更加多的废钢，且节省冶炼钢铁所需要的燃料。
转炉倾动装置是转炉炼钢机械设备里面最为关键的设备，在转炉炼钢的生产过程中，它起到的主要作用是确保转炉准确定位使得倾动装置能够平稳倾动，并完成后续转炉操作流程包括：兑铁水、加料、出钢和修炉等［2］。转炉倾动装置倾动作业特点包含以下几点：
(1) 倾动力矩比较大。因为转炉炉体质量大，再加上其中钢铁炉液、废料等料的质量，使整体可能达到数百吨以至数千吨，所以倾动机构须输出数百或者数千吨牛米的倾动力矩以此保证转炉机构的正常运转。
(2) 减速比大。转炉炉体中高温的金属熔液在不断翻转，出钢、兑换铁水等工艺之中，要求转炉炉体能够稳定的转动并能停在正确位置。所以，需要用相对小的倾动速度，为了获得低的转速，需要很大的减速。
(3) 承受较大的动载荷，启、制动频繁。炼一炉钢的时间通常大约在40min，在40min左右的炼钢时间里，转炉启、制动的次数达25次或以上，再加上慢速度下操作的3～5次点动控制加起来总共达三十多次。加上原料之中含磷量过高，转炉吹冶炼过程更加需要频繁的提升倒渣的次数[5]。
1.2转炉炼钢工艺流程
以下为转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成：
（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；
（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；
（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；
（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；
（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；
（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。
结 论
经过本次毕业设计，我深刻体会到所学的专业知识十分重要 。在本次毕业设计中，我运用了大学四年以来所学的各种专业知识。我的毕业设计课题是200吨转炉倾动机构的设计。在毕设前夕，我们学院老师安排我们到了炼钢厂，参观到了鞍钢的炼钢转炉，转炉倾动装置以及更多的大型钢铁冶金设备，让我看到了很多书本上并不会展现的东西，也让我对我所设计的转炉倾动装置有了初步的认识。
在本次设计中，我所用软件为Solidworks2013，绘制转炉的三维立体模型并以此计算转炉倾动力矩，相对于传统的计算转炉倾动力矩方法提供了简便，而在此基础上，我又更进一步简化了计算方法，之前的理论知识与实际相结合。在设计过程中多方面对转炉倾动装置的设计进行描述。其中包括转炉倾动的发展过程对比了中外的发展动态、总体的方案设计、转炉倾动扭力杆的设计与校核、减速器的设计与校核和倾动装置的可靠性以及经济评价验算，全方位的对200吨转炉倾动装置做了介绍和设计。设计期间，在老师的指导下我了解到提高转炉倾动装置的承载能力，减小的震动缓冲，减小了齿轮传动的中心距，使分减速机的结构更加紧凑等细节的重要性，很好的减小了加工费用。但是受于本人的能力有限，在本设计中应该还有能够更加合理的设计部分。所以仍有待提高。
毕业设计让我学会灵活运用自己所学的知识，将所有所学到的知识技能投入其中以此完成所分配的任务，对我来说，受益匪浅。这次毕业设计，多少对于年纪轻轻的我有一种提升能力的作用，对于设计方法与计算方法有了更加严谨的态度和更加开阔的设计理念。没有最好，只有更好。这句话让我充分体会了机械设计的精髓理念。应该融会贯通，严苛谨慎，做设计和做人一样，精益求精！。
致 谢
这次毕业设计中，我要首先感谢的是我的指导老师精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。老师给我树立了良好的学习榜样，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本次毕业设计从开始的选题，过程中所遇到的问题以及最后的修改，都是在老师细心的指导下完成的。所以在这里，我要向老师表达我最诚挚的谢意。
然后，我要感谢学院各位老师在大学四年学习和生活中给予了我多方面的指导和帮助，使我成为了一名合格的大学本科毕业生。在学习上，我要感谢在大学四年学习生活中曾给我诸多方面帮助的教学各位老师，让我在困难中学会了不畏险阻、勇往直前。正是因为有了他们孜孜不倦地教诲，我才夯实了专业知识，端正了学习态度。我才在这四年的时间里有了质的成长，学术上得到了很大的进步。在生活上，我要感谢在四年生活和工作上给我无微不至关怀的机械学院从事学生工作的各位老师，正是在他们不厌其烦的教导和帮助下，我在各方面的能力的到了显著地提高，使我成为了一名德才兼备的大学生，。也正是由于有了以上所有老师的关心，我的大学学习生活才能够顺利进行。在他们身上，我看到了诲人不倦、无私奉献的优秀教师形象。这一切都将深深地印在我内心的最深处，并且会伴随我的一生。最后，由衷感谢答辩组的各位老师对机械学院的学生的指导和教诲。我也会在日后的工作生活中努力的积蓄着力量，尽自己的绵薄之力回报母校的培育之恩，争取使自己成为一个对社会，对国家有贡献的栋梁之才！
参考文献
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