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电极 接长站 设计

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毕业设计（论文）中期报告题目：电极接长站设计1 毕业设计（论文）内容简介本课题主要内容为电极接长站的设计，包括电极拧紧装置、电极卡紧装置以及典型零件的加工工艺，其中电极拧紧装置是电极接长中重要的一部分，其合理性与可行性，更多的反映于生产的效率以及经济成本上面，电极卡紧装置的重要性与电极拧紧装置相当，其在确保电极是否变形以及电极是否完全接上并且确保电极不会滑落，起了决定性作用。2 设计（论文）进展状况2.1 通过前期对本设计课题探索与学习，完成了零件2D图和3D实体的绘制；图1 电极接长站二维装配图2.2 完成了一篇与本设计课题有关的外文翻译；2.3 分析电极自身重力对电极拧紧装置、电极卡紧装置的影响； 2.4 确定电极拧紧装置为全包式结构；2.5 用CAD绘制出了本设计的装配图，如图1所示；2.6 用SolidWorks绘制出了本设计的装配图，如图2所示；图2 电极接长站三维图装配图2.7 对于相应零部件的计算对于电极拧紧器选择的是Q235-B材料，由于Q235-B的含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好的配合，因此选用Q235-B材料。已知Q235-B材料会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小，当16板厚/直径40时，屈服强度为225Mpa；抗拉强度（b/Mpa）：375500；人手臂的拉力：成年男子平均拉力F=690N，女子为380N； =sn （塑性材料n=1.52.0；脆性材料n=2.53.0）即：许用应力 max=2252=112.5;抗弯截面系数WZ=d332 设拧紧手柄的直径为30,则WZ=2649.375 最大弯矩MmaxWZ FdWZ FWZd 当d=290时，F1045.23168N 因此，选择的长度合理。2.8 电极拧紧器的选型 目前市场上电极拧紧装置主要有两种方案，分别为半包式和全包式。半包式在电极夹紧的松紧程度控制上效果不佳，而全包式则克服了此种现象的发生，因此本次设计拟定以全包式为设计方案设计电极拧紧装置，如图3所示：图3 电极拧紧器图2.9 电极卡紧装置的选型目前市场上的电极卡紧装置缺少对电极卡紧位置的限制，从而容易导致电极扭曲或断裂，本次设计拟定以增添限位杆，从而准确的确定电极卡紧装置的范围，如图4所示：图4 电极卡紧装置图3 存在问题及解决措施3.1 存在问题：3.1.1 在设计中对电极和电极接长站之间的摩擦力未能考虑充足。 3.1.2 在设计中对摩擦块与压块的数量以及位置未能准确确定。3.1.3 在典型型零件的工艺设计中，对其加工余量、进给速度等数值的计算未能完成。3.2 解决措施：3.2.1对电极与电极接长站之间的摩擦力等尽快计算出来，并将摩擦块与压块根据摩擦力进行合理布局。3.2.2在做典型零件工艺设计方面上做到多查资料、多请教老师，对工艺方面的知识在近期用最短的时间进行查漏补缺，从而确保设计内容的准确性与可靠性。 4、后期工作安排第09周： 完善电极接长站的设计及计算，修改电极接长站的装配图；（2014年03月19日-2014年03月23日）第10周： 对电极接长站的各构件的合理性进行验证；（2014年03月24日-2014年03月30日）第11周：对电极接长站整体的合理性进行验证；（2014年03月31日-2014年04月06日）第12周 对电极接长站零件及整体进行校核计算；（2014年04月07日-2014年04月13日）第13-15周 将三维模型转化到二维图；并出零件图；（2014年04月14日-2014年05月04日）第16-18周撰写毕业设计说明书，完成论文，准备答辩。（2014年05月05日-2014年05月26日） 指导教师签字： 年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：电极接长站设计 1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景、研究意义石墨电极属于LF炉功能发挥的核心部件，石墨电极直接影响LF炉加热精炼工艺的顺利进行和生产成本的高低，然而电极接长站又是石墨电极不可或缺的一部分。工作中，电极臂以下任意两根电极的长度差超过150mm时，需调节电极，使电极臂以下的长度相等，电极的下端处于同一端面上，当三相电极中的任意一相没有调整的余量时（电极臂以上长度300mm），需要更换电极【1】。炉底寿命短、维护困难是直流电弧炉的一大缺点，而对于水冷钢棒型直流电弧炉则尤甚，底电极套筒砖的熔损过快与整个炉体耐材的长寿不匹配，但底电极套筒砖的熔损却给整个炉底带来破坏性损坏，一旦电极套筒砖熔损，则在底电极套筒砖附近的捣打料烧结层会随着底电极的通电而脱落，形成倒锥体形孔洞，且孔洞会越来越大，越来越深，最后导致三根底电极处的倒锥体形孔洞扩大到相互连通，炉体严重熔损而不得不提前进行大修，不但影响产能，而且大大增加了炉子的耐材成本【2】。因此电极接长操作的机械化水平及研制新型高效的电极接场站具有重要的意义【3】。本题目涉及到机械、结构设计、电子、液压等方面知识，来于自工程实际，具有很高的实用价值。1.2国内外相关研究情况在国内外有大量的此方面的研究，如株洲电炉厂就进行了铁合金炉的电极拧紧机构的设计。电极拧紧机构以前已有机械式、气动和液压联合式，这里叙述的是气动式电极拧紧机构。气动式电极拧紧机构由上、下抱闸及气缸、杠杆（摆杆）、弹簧、拉杆、松紧器、锥形环等组成。整个机构全部采用气动【4】。见图1和图2（1、 支架1 2、气缸 3、支架2 4、接头 5、销轴 6、滚轮 7、杠杆（摆杆） 8、压头 9、吊耳 10、法兰 11、弹簧 12、支架3 13、上拉杆 14、松紧器 15、下拉杆 16、锥形环）图1气缸、弹簧机构图图2气囊抱闸图上气囊抱闸固定在钢平台上，常处于不抱状态；下气囊抱闸联在上把持筒（悬挂筒）顶部，处于长抱状态，随着把持器一起运动，上、下抱闸交错工作，为防止电极自重下滑，上、下抱闸之间采用电器连锁。气缸是由一个焊于上把持筒上的支架1吊住，并加一卡环限制其摆动。支架2和支架3同样焊于上把持筒来导向和支承弹簧。大家知道气压比液压压力低很多，因此气缸的体积大，同时期拉力也比液压缸小，故特地设计一杠杆便于气缸的安装和增力。杠杆是纯固定支点作摆动。见图3为防止导向杆和拉杆在运动过程中发生变形，在杠杆板上设计了腰圆孔来满足运动的需要。为了减小机构运动的阻力，设计了两个滚轮使腰圆孔中的运动由滑动变成了滚动。整个机构的气源由移动式空气压缩机和储气罐提供【5】。 图3杠杆（遥杆）目前国内炼钢车间所用的电炉或精炼炉石墨电极接长手动工具有抱箍式及扳手式两种工具类型。抱箍式工具是先将圆形抱箍固定在电极上，再通过转动焊接在抱箍上的3-4个手柄（形如轮船方向舵），将电极拧紧接长。其存在的不足是：抱箍在电极上的固定是靠分别装在抱箍两开闭口边缘的螺栓及用螺母来实现的，装拆时间长，且需附加工具，另外抱箍夹紧力大小全凭手动操作感觉，时松时紧。在转动抱箍手柄逐渐拧紧接长电极时，其转矩大小也全凭手感经验，如拧紧过余，则会损伤石墨电极，如拧紧太松，则会影响电极接长质量，增大接触电阻，降低炼钢电能的有效输入。抱箍式工具因其手柄焊在抱箍上，为增强结构强度，抱箍板应具有一定厚度，故使工具较重。另外由于其结构特点限制了转动手柄的长度，因此拧紧操作较吃力。扳手式工具由钳口及扳手手柄组成，操作时先将其活动钳口钳住电极，再通过转动扳手手柄拧紧接长电极。其存在的不足是:拧紧接长转矩大小也全凭手感经验，与抱箍式工具类似。这里介绍的一种新型石墨电极接长力矩扳手。这种扳手已获得国家专利（申请号：ZL00244326.0），并已成功应用于多项电炉或精炼炉工程中。该扳手结构简单巧妙，重量轻，操作方便快捷，自适应性好，可保证石墨石极在最佳拧紧状态下所需转动力矩的大小适中。其电极接长力矩扳手的结构及工作原理如图4图4电极接长力矩扳手机构原理及力学模型图图4为电极接长力矩扳手的机构原理及力学模型图。如图所示，力矩扳手由抱箍、齿块、铰接销、扳夹杆、挡块、弹簧、顶杆、手柄等组成；为档块上的斜面与纵坐标轴线所形成的角度，为顶杆中心线与档块上的斜面的法线所形成的角度，O点为电极的旋转中心，O1点为扳夹杆上的齿块与石墨电极外径的接触点，O2点为扳手抱箍与板夹杆的铰接点、A点为扳夹杆与手柄的铰接点，B点为F作用力在手柄上的作用点，C点为顶杆与档块斜面上的接触点，D点为顶杆与手柄的铰接点，E及G点为弹簧力在手柄和顶杆上的作用点。理论上将当顶杆中心线与档块上的斜面为90+角时，只要大于顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角。当扳手转动力矩接近电极最佳拧紧状态所需值时，手柄即绕A点转动，同时顶杆与扳夹杆上的档块斜面产生相对滑移，直至顶杆与档块上的斜面接触脱离，进入档块上的凹槽中，此时作用在扳手上的力矩突变卸载，电极接长拧紧结束。其中电极最佳拧紧状态所需力矩的设定，需根据顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角以及所需弹簧力大小的优化来实现。本实用新型结构紧凑、体积小，工作寿命长，操作适应性强，制造成本底，易于安装、维护和维修，可广泛应用在炼钢车间电炉或精炼炉石墨电极的接长以及其它需设定转动力矩值大小类似工具的应用领域中。新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶厂对石墨电极夹具进行了改进，改造前夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动双向气缸左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动拉带“包裹”电极。如图5图5改造前包裹型改造前的这种设备电弧炉投入试生产以来，由于部件制造的缺陷，夹持石墨电极的夹紧机构，C型铜头与石墨电极直径大小与夹头内弧面不吻合，径向夹持拉紧的力量，小于轴向电极垂直下降插入物料的力量，易造成电极倾斜，频繁出现定位C型内表面的电击，从而造成152156石墨电极夹持不紧，连接夹持构件，有在1400的高温灼烧，发生18*200销轴连杆加热受力发生弯曲，拉带孔与销轴熔焊，悬臂云母绝缘套管导通等一系列故障。连续几个月，设备运转率较低。特别是C型预埋水道铸造黄铜夹头，与石墨电极相吻合内弧表面，加工工艺困难，费用较高，修复周期长，严重影响电弧炉每天的熔炼生产。改造后重新设计制作夹紧机构，机体选用碳钢制作，以圆环定位，机体通水冷却，夹紧机构以舌型圆弧夹紧块紧密压紧石墨电极。整体部件不易打火，电击发热松懈，夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动气缸活塞左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动中心定位的连杆上销头，向前移位，下销头向后移位，带动下部铰链定位三角块，中部销孔带动以舌型圆弧夹块向后移位，电极松懈，反之，电极夹紧，这种夹紧机构使得石墨电极在悬臂圆环定位中，垂直受径力压力，圆环定位内的刚性贴片微压入石墨电极表面，从而消除石墨电极径向自由度，以“钳型”的方式将电极被牢牢锁紧。若电极直径侵蚀脱灰变小，可以利用螺纹杆微调力臂长短，二次再夹紧电极，使得石墨电极上的径向推力始终3MPa消除高温状态下的孔拉长、轴弯曲、拉杆的微变形造成下滑现象。改造后的机构，整体或局部所有部件都以铰链销轴连接，易拆卸，好更换，特别是在生产过程中，高温条件下更换零部件时间短、操作方便【6】。见图6图6改造后“全冷定水套”2研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1本课题研究的主要内容 本课题主要内容为电极接长站的设计，包括电极拧紧装置、电极卡紧装置以及典型零件的加工工艺，其中电极拧紧装置是电极接长中重要的一部分，其合理性与可行性，更多的反映于生产的效率以及经济成本上面，以往的电极拧紧装置在夹电极方面操作人员的经验占有很大的因素，在松紧力度上把握不够科学化，因此可以在电极拧紧装置的这个方向上寻找突破口，以求创新。电极卡紧装置重要性与电极拧紧装置相当，其在确保电极是否变形以及电极是否完全接上，起了决定性作用。故对电极卡紧装置的设计也是提升电极接长站整体性能的关键环节【7】。通过设计典型零件的加工工艺旨在熟悉掌握典型零件的工艺设计、如何确定工序、还有刀具、夹具及数控车床如何的选用以及制作工序卡片等。2.2本课题研究方案2.2.1改进电极拧紧装置 目前市场上电极拧紧装置主要有两种方案，分别为半包式和全包式。半包式在电极夹紧的松紧程度控制上效果不佳，而全包式则克服了此种现象的发生，因此本次设计拟定以全包式为设计设计方案设计电极拧紧装置【8】。2.2.2改进电极卡紧装置目前市场上的电极卡紧装置缺少对电极卡紧位置的限制，从而容易导致电极扭曲或断裂，本次设计拟定以增添限位杆，从而准确的确定电极卡紧装置的范围。2.3本课题的研究方法或措施a、 查阅相关文献，搜集有关的资料。初步了解电极接长站的发展及应用。b、 通过进入工厂参观实物，对电极接场站的结构、工作原理、特点有进一步的了解。c、 设计并制定出所有电极接长站结构部件的尺寸，通过计算选取标准化零件。d、 设计电极接长站的电极拧紧装置和电极卡紧装置。e、 用CAD软件画出电极接长站的全部设计图和零件图。f、 选择典型零件并完成设计其加工工艺。g、 完成相应的论文报告。2.4本课题的研究重点及难点，前期已开展工作2.4.1本课题的研究重点及难点本课题的研究重点在于电极拧紧装置设计的合理性，这是电极接长站的核心部件，对确保电极有效的接长起着关键性作用。难点在于根据电极拧紧装置设计其配套的电极卡紧装置、把持筒、平台等相关装置。 2.4.2本课题前期已开展的工作 通过网上搜取、图书馆查阅，以及观看相关专利视频文章等，发挥各个渠道作用加快了解电极接长站的机构及其组成和工作原理；并为进一步详细的设计做好充分准备。2.5完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第01-03周：查阅资料，了解工作原来及特点，完成基础知识的积累并撰写开题报告；(2013年11月15日-12月10日)第04-06周:论证，深化方案具体实施步骤；（2013年12月11日-12月27日）第07-10周:电极接长站的具体方案设计，图纸绘制，准备中期答辩；（2013年12月30日-2014年3月12日）第11-15周:毕业论文，论文修改，准备毕业答辩；（2014年3月17日-2014年4月23日）指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 郑传飞. 降低LF炉电极消耗的生产实践J.2006，2. 56-57.2 亓玉辉，薄海英.电极戴上“安全帽”J.2012，12. 1.3 柳盛飞.电极自动夹具的设计与分析 J.2013，8. 9-15.4 雷辉. 降低LF炉电极消耗的工艺技术探索J.2008，12. 12-13.5 祝智宏.贫化电炉电极提升控制系统改造项目技术方案 J.2013，7. 2.6 徐立山，郑文清，李勇强. 降低LF炉电极消耗研究J.2011，8. 12-13.7 刘志平，李昕忠. 3 000 kVA、5 000 kVA横臂式矿热炉电极夹紧装置的改进J.1999，12. 46-48.8 杨闯.电弧炉与LF炉电极夹放装置的设计与计算J.2013，2 59-66.9 罗建江,严永亮,林闻维. 超高功率直流电弧炉水冷钢棒型底电极冷态接长技术的研究J.2003，2. 12-14.10 余杨. 石墨电极接长力矩扳手的设计及计算J.2011，6. 33-38.11 李建平.石墨电极夹具的改进J.2012，12. 84-85.12 刘九方.3t电弧炉电极夹头改进 J.1991，1. 51 .13 欧勇. 铁合金炉的电极夹紧机构的设计J.2008，5. 48-55 .14 金吉庆.电焊机电极座夹紧机构的改进J.1983，5. 52.15 Wang L, Luo K, Li Z Q. Design and application of a small electrode experimental installation for resistivity measurement of mineral and solid insulating material J.2011，10.2013-2019.16 ZHANG Hui, WANG Zhenhui & ZHOU Shuping. Simultaneous determination of nitrophenol isomers atthe single-wall carbon nanotube compound conducting polymer film modified electrode J.2004.8. 177-182.17 LAI Yan-qing. Preparation and electrochemical characterization of C/PANI composite electrode materialsJ.2006.04.230-234. 本科毕业设计(论文)题目：电极接长站设计电极接长站设计摘 要本次设计是对电极接长站的整体设计，电极接长站主要应用于对LF炉中石墨电极的损耗进行接长，由于石墨电极直接影响LF炉加热精炼工艺的顺利进行和生产成本的高低，因此电极接长站整体结构的合理与否有着不可忽视的意义与作用。然而电极接长站中电极拧紧装置与电极卡紧装置的设计与选型则为本设计的重点内容，本设计对电极接长站依据石墨电极为600mm规格进行设计，从而确定上把持筒、下把持筒的尺寸规格，电极接长站存放电极数量设计为4套。该装置一般有 3 个电极存放位置，1 个电极接长位置。电极拧紧装置采用了全包式，电极卡紧装置设计增添了限位杆，从而很大程度上避免了石墨电极在接长过程中的滑落与折损。关键词：电极接长站；电极拧紧装置；电极卡紧装置Electrode Extension StationAbstractThe design of electrode extension station is overall design, electrode extension station that main application to LF furnace losing graphite electrode to pick up long, because graphite electrode is make sure that LF furnace heating and refineing craft go with a swing, meanwhile, making sure high and low production cost. such that, electrode extension station structure as a whole Reasonable or not have could not ignored a meaning and role. However , in electrode extension station electrode tighten the device and electrode clamping device is important to this design. this design according to graphite electrode 600mm specification to design electrode extension station, to determine the holding tube dimensions, electrode extension station havefour sets ofdevice to saving electrode. this electrode extension station have three electrode saving device and one electrode extension station. electrode tighten the device with the introduction of all inclusive, electrode clamping device added limited rod, so From a very large extent avoid of graphite electrode slide and wreck in the process of the extension.Key words：Electrode extension station；Electrode tighten the device；Electrode clamping device主要符号表b 抗拉强度max 许用应力WZ 抗弯截面系数Mmax 最大弯矩F 拉力u 摩擦系数26目 录1 绪论11.1电极接长站课题背景11.2国内相关研究情况11.3电极接长站性能影响因素51.4本课题研究的主要内容62 电极接长站的总体结构的设计72.1电极接长原理与步骤72.2电极接长站总体设计思路72.3电极接长站设计方案的确定82.4电极接长站整体结构设计效果图93 电极接长站拧紧装置的设计123.1电极接长站拧紧装置的原理123.2电极接长站电极拧紧装置的方案123.3电极接长站电极拧紧装置的部件计算及校核143.3.1电极接长站电极拧紧装置部件计算143.3.2电极接长站电极拧紧装置部件校核144 电极接长站的卡紧装置的设计174.1电极接长站的卡紧装置的原理174.2电极接长卡紧装置的方案174.3电极接长站卡紧装置的部件计算及校核194.3.1电极接长站卡紧装置的部件计算194.3.2电极接长站卡紧装置的部件校核195 电极接长站的其他部分的设计215.1电极接长站的上把持筒的设计215.2对电极接长站中摩擦力的考虑与计算235.3电极接长站的下把持筒设计255.4电极接长站的平台设计266 电极接长站中典型零件加工工艺简述286.1 轴类零件加工工艺分析286.2典型零件选择方案296.3零件图分析296.4零件加工方案的确定306.5工件的装夹306.5.1定位基准的选择306.5.2定位基准选择的原则306.5.3确定销轴的定位基准306.5.4装夹方式的选择316.5.5确定合理的装夹方式317 总结与展望32参考文献33致谢341 绪论1.1电极接长站课题背景石墨电极属于LF炉功能发挥的核心部件，石墨电极直接影响LF炉加热精炼工艺的顺利进行和生产成本的高低，然而电极接长站又是石墨电极不可或缺的一部分。工作中，电极臂以下任意两根电极的长度差超过150mm时，需调节电极，使电极臂以下的长度相等，电极的下端处于同一端面上，当三相电极中的任意一相没有调整的余量时（电极臂以上长度300mm），需要更换电极。炉底寿命短、维护困难是直流电弧炉的一大缺点，而对于水冷钢棒型直流电弧炉则尤甚，底电极套筒砖的熔损过快与整个炉体耐材的长寿不匹配，但底电极套筒砖的熔损却给整个炉底带来破坏性损坏，一旦电极套筒砖熔损，则在底电极套筒砖附近的捣打料烧结层会随着底电极的通电而脱落，形成倒锥体形孔洞，且孔洞会越来越大，越来越深，最后导致三根底电极处的倒锥体形孔洞扩大到相互连通，炉体严重熔损而不得不提前进行大修，不但影响产能，而且大大增加了炉子的耐材成本。因此电极接长操作的机械化水平及研制新型高效的电极接场站具有重要的意义。1.2国内相关研究情况伴随着我国国民经济的持续健康快速发展，各行各业的新材料技术应用，新产品开发的潜在需求，对各种需要特殊炼制的钢材，其需求呈现出阶梯式上升，逐年广泛的势头，从而自然带动了上游的电弧炉炼钢技术发展，其技术发展包括了外精炼的大型炉技术，超高功率大容量的电弧炉，这些技术的有无在市场上已成为钢铁行业的风向标，成为企业步入现代炼制钢铁行业的高技术水平标志。我国国内各大钢铁炼制作业现有十几台上百吨的粗炼式电弧炉，数十台百吨以下的电弧炉，有几百台超过百吨的精炼炉。这些电炉均使用不同规格的超高功率石墨电极。不断提高电弧功率，优化冶炼工艺技术，相对应的就是对石墨电极的理化指标性能提高的潜在要求，在使用过程中各大炼钢企业对电极的消耗指标要求越来越低。根据现有大型大容量的超高功率电弧炉来看，其消耗水平的平均值出现逐年下降，之前的平均3.5KG/T左右，降到了目前的1.2KG/T的吨钢消耗水平，而LF炉也处于低于0.5KG/T平均消耗均。由于石墨电极在冶炼中消耗量很大，且具有较高的成本的比例，所以各使用厂家对石墨电极的消耗和使用效果均十分看重。随着最近几年生产技术水平的提高，石墨电极的使用规格数量不断增加，质量也迅速提高，其制作技术已成为影响电炉炼钢关键技术之一。在炼钢过程中石墨电极的正常使用是保证电炉炼钢稳定运行的一个重要保证。另外一方面，电炉电极使用一段时间后会被侵蚀，通过电炉电极接长站将石墨电极进行加长，设计一个临时存放电极的台架，通过台架上的拧紧装置，卡紧装置固定电极。电极上端通过夹钳靠自重固定于接长站上，可以有效解决电极的末端损耗。在国内外有大量的此方面的研究，如株洲电炉厂就进行了铁合金炉的电极拧紧机构的设计。电极拧紧机构以前已有机械式、气动和液压联合式，这里叙述的是气动式电极拧紧机构。气动式电极拧紧机构由上、下抱闸及气缸、杠杆（摆杆）、弹簧、拉杆、松紧器、锥形环等组成。整个机构全部采用气动。见图1.1（1、支架12、气缸 3、支架2 4、接头 5、销轴 6、滚轮 7、杠杆（摆杆） 8、压头 9、吊耳 10、法兰 11、弹簧 12、支架3 13、上拉杆 14、松紧器 15、下拉杆 16、锥形环）图1.1 气缸、弹簧机构图气缸、弹簧机构和上气囊抱闸固定在钢平台上，常处于不抱状态；下气囊抱闸联在上把持筒（悬挂筒）顶部，处于长抱状态，随着把持器一起运动，上、下抱闸交错工作，为防止电极自重下滑，上、下抱闸之间采用电器连锁。气缸是由一个焊于上把持筒上的支架1吊住，并加一卡环限制其摆动。支架2和支架3同样焊于上把持筒来导向和支承弹簧。大家知道气压比液压压力低很多，因此气缸的体积大，同时期拉力也比液压缸小，故特地设计一杠杆便于气缸的安装和增力。杠杆是纯固定支点作摆动。为防止导向杆和拉杆在运动过程中发生变形，在杠杆板上设计了腰圆孔来满足运动的需要。为了减小机构运动的阻力，设计了两个滚轮使腰圆孔中的运动由滑动变成了滚动。整个机构的气源由移动式空气压缩机和储气罐提供。目前国内炼钢车间所用的电炉或精炼炉石墨电极接长手动工具有抱箍式及扳手式两种工具类型。抱箍式工具是先将圆形抱箍固定在电极上，再通过转动焊接在抱箍上的3-4个手柄（形如轮船方向舵），将电极拧紧接长。其存在的不足是：抱箍在电极上的固定是靠分别装在抱箍两开闭口边缘的螺栓及用螺母来实现的，装拆时间长，且需附加工具，另外抱箍夹紧力大小全凭手动操作感觉，时松时紧。在转动抱箍手柄逐渐拧紧接长电极时，其转矩大小也全凭手感经验，如拧紧过余，则会损伤石墨电极，如拧紧太松，则会影响电极接长质量，增大接触电阻，降低炼钢电能的有效输入。抱箍式工具因其手柄焊在抱箍上，为增强结构强度，抱箍板应具有一定厚度，故使工具较重。另外由于其结构特点限制了转动手柄的长度，因此拧紧操作较吃力。扳手式工具由钳口及扳手手柄组成，操作时先将其活动钳口钳住电极，再通过转动扳手手柄拧紧接长电极。其存在的不足是:拧紧接长转矩大小也全凭手感经验，与抱箍式工具类似。这里介绍的一种新型石墨电极接长力矩扳手。这种扳手已获得国家专利（申请号：ZL00244326.0），并已成功应用于多项电炉或精炼炉工程中。该扳手结构简单巧妙，重量轻，操作方便快捷，自适应性好，可保证石墨石极在最佳拧紧状态下所需转动力矩的大小适中。其电极接长力矩扳手的结构及工作原理如图1.2图1.2为电极接长力矩扳手的机构原理及力学模型图。如图所示，力矩扳手由抱箍、齿块、铰接销、扳夹杆、挡块、弹簧、顶杆、手柄等组成；为档块上的斜面与纵坐标轴线所形成的角度，为顶杆中心线与档块上的斜面的法线所形成的角度，O点为电极的旋转中心，O1点为扳夹杆上的齿块与石墨电极外径的接触点，O2点为扳手抱箍与板夹杆的铰接点、A点为扳夹杆与手柄的铰接点，B点为F作用力在手柄上的作用点，C点为顶杆与档块斜面上的接触点，D点为顶杆与手柄的铰接点，E及G点为弹簧力在手柄和顶杆上的作用点。理论上将当顶杆中心线与档块上的斜面为90+角时，只要大于顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角。当扳手转动力矩接近电极最佳拧紧状态所需值时，手柄即绕A点转动，同时顶杆与扳夹杆上的档块斜面产生相对滑移，直至顶杆与档块上的斜面接触脱离，进入档块上的凹槽中，此时作用在扳手上的力矩突变卸载，电极接长拧紧结束。其中电极最佳拧紧状态所需力矩的设定，需根据顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角以及所需弹簧力大小的优化来实现。图1.2 电极接长力矩扳手机构原理及力学模型图本实用新型结构紧凑、体积小，工作寿命长，操作适应性强，制造成本底，易于安装、维护和维修，可广泛应用在炼钢车间电炉或精炼炉石墨电极的接长以及其它需设定转动力矩值大小类似工具的应用领域中。新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶厂对石墨电极夹具进行了改进，改造前夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动双向气缸左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动拉带“包裹”电极。如图1.3图1.3 改造前包裹型改造前的这种设备电弧炉投入试生产以来，由于部件制造的缺陷，夹持石墨电极的夹紧机构，C型铜头与石墨电极直径大小与夹头内弧面不吻合，径向夹持拉紧的力量，小于轴向电极垂直下降插入物料的力量，易造成电极倾斜，频繁出现定位C型内表面的电击，从而造成152156石墨电极夹持不紧，连接夹持构件，有在1400的高温灼烧，发生18*200销轴连杆加热受力发生弯曲，拉带孔与销轴熔焊，悬臂云母绝缘套管导通等一系列故障。连续几个月，设备运转率较低。特别是C型预埋水道铸造黄铜夹头，与石墨电极相吻合内弧表面，加工工艺困难，费用较高，修复周期长，严重影响电弧炉每天的熔炼生产。改造后重新设计制作夹紧机构，机体选用碳钢制作，以圆环定位，机体通水冷却，夹紧机构以舌型圆弧夹紧块紧密压紧石墨电极。整体部件不易打火，电击发热松懈，夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动气缸活塞左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动中心定位的连杆上销头，向前移位，下销头向后移位，带动下部铰链定位三角块，中部销孔带动以舌型圆弧夹块向后移位，电极松懈，反之，电极夹紧，这种夹紧机构使得石墨电极在悬臂圆环定位中，垂直受径力压力，圆环定位内的刚性贴片微压入石墨电极表面，从而消除石墨电极径向自由度，以“钳型”的方式将电极被牢牢锁紧。若电极直径侵蚀脱灰变小，可以利用螺纹杆微调力臂长短，二次再夹紧电极，使得石墨电极上的径向推力始终3MPa消除高温状态下的孔拉长、轴弯曲、拉杆的微变形造成下滑现象。改造后的机构，整体或局部所有部件都以铰链销轴连接，易拆卸，好更换，特别是在生产过程中，高温条件下更换零部件时间短、操作方便。见图1.4图1.4 改造后“全冷定水套”1.3电极接长站性能影响因素电弧炉炼钢在钢铁生产企业使用逐年的广泛和普通趋势，目前平炉、转炉、电弧炉炼钢中后者的比例达到三分之一以上。电弧炉炼钢使用石墨电极作为导电材料。电弧炉炼钢石墨电极的消耗量即取决于电极的质量以及与其相关的辅助设施，以应相对应的管理水平。其中电极极长站合理的设计使用能极少的减少这一消耗所产生的损耗，可以在效降低成本，提高其综合效益。电极接长站在电极炼钢时起着连接的关键作用，接长可靠性直接关系到电极在电炉炼钢时的使用，无论电极质量多好，如果没有优质的长极接长站与之合理搭配，在炼钢时也会出现问题。据有关资料表明，在电炉炼钢中， 80% 以上的电极使用事故是由接头折断和松动脱扣造成的，因此，设计优质的电极接长站，确保电弧炉炼钢电极的正常使用是内在首因。设计电极接长站要考虑的设计因素包括：（1）电极的体积密度、电阻率、强度、弹模和热膨胀系数等质量指标。（2）长极接长站的体积密度、电阻率、强度、弹模等质量指标。（3）电极和接长站的加工精度，电极和接头质量再好，没有好的加工精度（主要指电极与接长站接头的配合），使用效果也不好。（4）电极与接头的内部结构质量，要求内部没有造成使用隐患的裂纹存在。电极的相关指标如表2.1所示：表2.1 电极的计算指标抗折强度Mpa比电阻/(.mm2/m)真重比/（g/cm3）假重比/（g/cm3）灰分/%电极169.02181.590.5接头108.52181.680.51.4本课题研究的主要内容本题目研究的主要内容为电极接长站的设计，包括电极接长站的电极拧紧装置的选型与设计、电极卡紧装置的选型与设计以及其中一个典型零件的加工工艺等方面的内容本题目涉及到机械、结构设计等方面知识，来于自工程实际，具有很高的实用价值。2 电极接长站的总体结构的设计2.1电极接长原理与步骤将需接长的电极固定好，拧下提升塞头，然后用有油压缩空气将电极螺纹内孔及电极端面吹扫干净（不能用钢棉或铁刷清扫擦拭），将联接用螺纹塞头也吹扫干净，插入螺纹内孔，用手拧紧（不加任何外力）且使之不能倾斜。将需接上的电极去掉头、尾部包装，然后用有油压缩空气将电极螺纹内孔及电极端面吹扫干净（不能用钢棉或铁刷清扫擦拭），将提升塞头也吹扫干净插入螺纹内孔，用手拧紧（不用任何外力）且使之不能倾斜；把另一端（没有提升塞头的一端）用软垫子垫起来（以免在提升过程中损坏）。用悬臂吊吊住电极尾部提升塞头的吊环，慢慢提起到待接电极的上方，对正，再慢慢落下，用专用扳手拧紧，拧紧前上下电极相距3-5mm时，要求再次用压缩空气将两电极端面吹扫，避免残留杂物影响导电，两节电极之间不得有空隙，不能松动。电极连接的目标是：要使相邻两节电极之间的连接处具有各向机械应力相等，断面上具有连惯的导电性和连接坚固牢靠。电极下放时的高度，要使电极处于上限时，电极下端的高度应高于钢包200mm以上。电极夹紧时把持器把持部位应在电极安全线以外。2.2电极接长站总体设计思路电极接长装置用于接长，存放石墨电极，装置的底部采用型钢焊接而成，其上有锥筒及直筒组成，直筒内壁焊有板条，经机加工成圆弧面。在卡紧体的圆弧面上有齿形。扳动卡紧体上的把手，使偏心机构卡紧石墨电极，从而确保电极接长的顺利进行。具体组件分为底座平台，拧紧器，上把持筒，顶紧标杆，销轴，垫圈，开口销，下把持筒，螺栓，垫片等组成。其中底座平台分为面板，耳座，热轧槽钢等。上把持筒又分为锥形桶，筒，垫块，筋板，法兰，立板等。下把持筒包括筒，垫块，筋板，法兰，立板等。顶紧杠杆包括筋板，手柄，固定钢板，限位杆，弧形板，热轧无缝钢管等。电极拧紧器包括手柄，筋板，连接板，销轴，垫片，开口销，拉板，摩擦块，压板，拉杆，螺母，拧紧手柄等。石墨电极直径选用600mm规格,存放电极数量设计为4套。该装置一般有 3 个电极存放位置，1 个电极接长位置。石墨电极存放装置如果过为简易，电极存放装置反而操作不方便。在实际使用过程中，通过观察钢包精炼炉600mm 的电极接长操作，电极接长装置使用频率并不高，原因是增加了电极接长的吊运次数，而直接在电极存放位进行接长的操作反而还多些，而且也没有发现凸轮对电极表面有明显的损伤。另外在熔炼炉炼钢时，废钢在炉内燃烧，同时由于炉内吹氧，火焰柱高度往往会高于接长站的卡紧体上端的电极端面，易使电极端面氧化，若氧化严重会造成电极端面变形由平面成为斜面，当在上端接入新电极时，下部电极端面氧化变形与新电极不能很好的接触，电极缝隙较大，易造成内部接头的氧化和折断。在不改变炼钢条件的情况下，最好的预防措施就是在卡紧体上端的电极端面上加设保护罩，阻隔火焰和空气，以达到保护电极端面的目的。2.3电极接长站设计方案的确定电极接长站设计的方案选择主要是对电极拧紧装置和电极卡紧装置设计方案的选择，目前国内市场上多数设备供应商生产制造的电极接长站，其电极拧紧装置主要有两种方案，分别为半包式和全包式。全包式与半包式相比，更具有优越性：在电极卡紧的松紧程度控制上效果不佳，极易出装安装不到位，拧紧电极松脱，电极出现晃动，而全包式则克服了此种现象的发生，并且操作方便快捷，无需任何附加工具，自适应性好。因此本次设计拟定以全包式为设计方案设计电极拧紧装置。而其目前市场上使用电极接长装置，普遍存在一个问题，在电极的卡紧的位置处没有设计限位，操作者在操作时，卡紧电极的过程中，容易出现用力时的作用力度无法准备掌握的情况，因此会出现用力过松不能卡紧电极，但用力过大，拉板会将电极紧紧抱死，电极受力过大，极易折断，出现不必要的损耗。对操作比较熟练的人员来说，是通过长期的累积，依靠技术经验来进行卡紧装置的操作，即便如此，也会有一定程度的电极损坏率，对于普通操作者或者技术能力稍差的人员来说，损坏的比率会急剧上升，整体电极接长装置的电极损坏率无法进行有效管理，通过技术手段进行控制，故在本次设计给顶紧杆添加了限位杆，结构简单巧妙， 强度好，重量轻，体积小，工作寿命长，操作适应性强，制造成本底，易于安装、维护和维修并且能够有效的减少了石墨电极的折损现象的发生。对于电极接长站大多数部件材料的选择，选择为Q235-B材料，由于Q235-B主要大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。其材料特性的化学成分有C siMn P S （Q235B 0.140.22 0.30 0.300.70 0.045），抗拉强度在375460 ，屈服强度235，伸长率（%） 26。Q235-B的含碳量适中，综合性能较好，具有良好的韧性和铸造性，有一定的伸长率、强度，塑性和焊接等性能得到较好的配合，易于冲压和焊接，并且Q235B是国内最常见的钢材之一，价格低廉，能够胜任大多数对性能要求不高的产品，因此选用Q235-B材料。在电极接长站的零部件加工方面则选择冲压加工，因为考虑到冲压加工的生产便利性以及经济成本，技术难度易于实现等特点，本电极接长站中的连接板、销轴、拉杆、上、下把持筒等部件都是采用冲压工艺进行加工成形的。压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。与其它方法相比，冲压加工具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。因此选择冲压加工。2.4电极接长站整体结构设计效果图本设计是在solidworks绘图软件的基础上，采用参数化模块和交互式绘图法相结合进行设计和计算，实现3D建模，并辅以AUTOCAD图形软件进行二维图纸的转化及工艺要求参数标注。利用草绘，实体建模，组装总成等模块以及图形输入输出，可以快速，就可迅速准确地进行设计意图图纸化，并能进行快速的修改完善。这里，设计总长度L=3590mm，宽度W=1350mm，总高度H=1790mm。电极接长站的二维图与三位图，如图2.1、2.2所示：图2.1 电极接长站二维设计图图2.2 电极接长站三维设计图3 电极接长站拧紧装置的设计3.1电极接长站拧紧装置的原理此种电极接长拧紧结构是最早是在国外开发的在普通型基础上演变而来的，它与半包型主要区别在于两边相的电极臂不是一个整体，而是分成两段，左右两段分别向电极圆中心贴合，两段横臂是用相同直径的钢板制成。电极卡紧装置拉板进行卡紧电极，连接板与拉板通过焊接形式进行连接，在连接板上设计孔位，可以装配开口销，垫片及销轴进行锁紧固定。在拉板的另外一侧设计摩擦块，可以对电极施加一定的摩擦力，防止电极的转动旋转以及松脱等情况，有效的保证电极安装到位的稳固性，同时在摩擦块附件也设计有压块，拉杆，可以双向从两侧进行固定电极，确保了操作的简易方便性，由于分为两段全部自由组装，并增加了强度，改善其与电极的松脱性，因此进一步降低了发热在横臂材料上造成热应力集中无法释放的损耗，从而减少电极损坏可能性。同时，拉板也会产生向心力直接拉紧抱带，抱紧电极，卡紧更加可靠，安装、检修也方便。更重要在于电极圆直径减小至最小，提高了包板寿命。3.2电极接长站电极拧紧装置的方案图3.1、3.2所示为电极接长站的电极拧紧装置设计，采用的是全包式的设计方案，此电极拧紧装置采用普通钢板和热轧槽钢制成圆环形向心结构。、电极用热轧钢带抱紧，电极与拉板有一定的弧形分布，拉板上两侧锁紧的销轴呈180度直线对称式排列分布，开口销与拧紧扳手分别位于两侧进行布置，进行操作较为简易，使用灵活可靠。图3.1 电极拧紧器三维图（1、手柄 2、筋板 3、连接板 4、销轴 5、垫片 6、开口销 7、连接板1 8、拉板 9、摩擦块 10、筋板 11、压块 12、拉杆 13、压块 14、螺母 15、销轴 16、垫片17、开口销 18、拧紧手柄）图3.2 电极拧紧器二维图3.3电极接长站电极拧紧装置的部件计算及校核3.3.1电极接长站电极拧紧装置部件计算已知Q235-B材料会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小，其材料特性的化学成分有C siMn P S （Q235B 0.140.22 0.30 0.300.70 0.045），伸长率（%） 26当16板厚/直径40时，屈服强度为225Mpa；抗拉强度（b/Mpa）：375500；人手臂的拉力：成年男子平均拉力F=690N，女子为380N； =sn (2.1)（塑性材料n=1.52.0；脆性材料n=2.53.0）即：许用应力max=2252=112.5抗弯截面系数：WZ=d332 （2.2）设拧紧手柄的直径为30,则WZ=2649.375最大弯矩MmaxWZ （2.3）FdWZ FWZd当d=290时，F=1045.23因此，选择的长度合理。3.3.2电极接长站电极拧紧装置部件校核对拉板进行应力分析，通过三维软件建模后，将拉板模型导入solidworks设定材料属性，设定边界条件，并摸拟拉板在电极接长站的装配使用情况进行约束条件的设定。通过对模型的简化，采用网格化对模型进行处理。如图3.3所示：图3.3 拉板网格化模型图通过分析得出拉板的变形及位移趋势图，验证拉板的设计合理性。如图3.4所示。图3.4 拉板的受力变形分析图对拉杆进行应力分析，通过三维软件建模后，将拉杆模型导入solidworks设定材料属性，设定边界条件，并摸拟拉杆在电极接长站的装配使用情况进行约束条件的设定。通过对模型的简化，采用网格化对模型进行处理。如图3.5所示图3.5 拉杆网格化模型图通过分析得出拉杆的变形及位移趋势图，验证了拉杆的设计合理性。如图3.6所示。图3.6 拉杆的受力变形分析图4 电极接长站的卡紧装置的设计4.1电极接长站的卡紧装置的原理在技术累积发展的基础上，目前一些西方经济技术发达国外已发研制成功了全臂式的复合横臂，并广泛投入市场。其最大特点就是结构简单化，手柄采用无缝钢管，外形整体呈半圆柱的箱形式结构，它不仅支承电极夹紧的作用力，而且通过手柄臂向电极夹头传递力，并可对电极圆直径微调，进而上下完全进行卡紧，电极在拉板内各个方向均无法自由进行移动，其显著的特点主要有几下几个方面：（1）重量轻；(2)操作轻便，力损耗小（3）电极外圆部分的包裹直径尺寸可以减小；(4)安装与折卸时使用方便，维修费用低的特点。4.2电极接长卡紧装置的方案本论文设计的电极接长站卡紧装置，通过在设计前期的调查了解，并实地进行走访，测绘，在设计思路上考虑增加一个限位杆，通过卡紧手柄装配到卡紧装置上，当操作者作用力于卡紧装置时，通过了手柄进行力的传导，会通过半圆形全包方式抱紧电极，但抱紧电极到设计的位置时，此时电极处于刚刚抱紧，不会出现松动下脱，但也不至于抱紧过度，出现电极受力过大的状态时，弧形板此时会升出，此时再加大作用力于卡紧手柄时，手柄在拉动方向不再具有移动自由度，此时无法再施加更大的力于卡紧装置，弧形板作用于电极的抱紧力会处于一个均匀稳定的恒值上，电极受力的限值可以依据设计的定值进行受力，极少会出现损耗的情况，有效的提高了对更换电极工序的操作效率，同时极大的提高了使用的经济效益。此限位杆的设计尺寸是通过对电极直径尺寸的计算，受力曲线的均值包括了卡紧手柄对电极力的传导等综合因素进行考虑的，限位杆应处于电极刚刚被抱紧，但不会过度抱紧时起到限位的作用。目前市场上的电极卡紧装置缺少对电极卡紧位置的限制，从而容易导致电极扭曲或断裂，本次设计以增添限位杆，从而准确的确定电极卡紧装置的范围，如图4.1、4.2所示：（1、筋板 2、手柄 3、钢板18020510 4、限位杆 5、弧形板 6、侧板 7、热轧无缝钢管11010）图4.1 电极卡紧装置二维图图4.2 电极卡紧装置三维图4.3电极接长站卡紧装置的部件计算及校核4.3.1电极接长站卡紧装置的部件计算由计算电极接长站的电极拧紧装置的部件可知，Q235-B材料当16板厚/直径40时，屈服强度为225Mpa；抗拉强度（b/Mpa）：375500；人手臂的拉力：成年男子平均拉力F=690N，女子为380N；=sn (4.1)（塑性材料n=1.52.0；脆性材料n=2.53.0）即：许用应力max=2252=112.5抗弯截面系数WZ=bh2d (4.2) IZ=bh212 (4.3)已知b=20mm ，h=50mm，则：WZ=8333.3IZ=2050312=208333.33由WZ=8333.333最大弯矩MmaxWZFdWZ FWZd (4.4)F=WZd=8333.333112.5550=18750NF690N因此，不会出现折损等想象的发生。4.3.2电极接长站卡紧装置的部件校核对顶紧杆进行应力分析，通过三维软件建模后，将顶紧杆模型导入solidworks,设定材料属性，设定边界条件，并摸拟顶紧杆在电极接长站的装配使用情况进行约束条件的设定。通过对模型的简化，采用网格化对模型进行处理。如图4.3所示图4.3 顶紧杆网格化图通过分析得出顶紧杆的变形及位移趋势图，验证了顶紧的设计合理性。如图4.4所示：图4.4 顶紧杆受力变形分析图5 电极接长站的其他部分的设计5.1电极接长站的上把持筒的设计为了避免电极在电极接长的过程中电极与上把持筒装配不易操作，甚至导致电极出现折损等现象的发生，因此在上把持筒上增添了锥形桶，从而确保了装配的准确性，提高了电极的使用寿命。同时考虑到电极在接长过程中可能会因为自身重力的影响，使得电极出现滑落的现象，故在上把持筒中添加了垫块，从而增大了摩擦力，避免了电极不会出现滑落等现象的发生，电极接长站的上把持筒如图5.1、5.2所示：（1、锥形桶 2、筒 3、垫块 4、筋板 5、法兰 6、筋板20023020 7、立板 8、筋板） 图5.1 上把持筒二维图图5.2 上把持筒三维图已知电极接长站的上把持筒所受的摩擦力为1978.68N，对上把持筒进行应力分析，通过三维软件建模后，将上把持筒模型导入solidworks,设定材料属性，设定边界条件，并摸拟上把持筒在电极接长站的装配使用情况进行约束条件的设定。通过对模型的简化，采用网格化对模型进行处理。如图5.3所示：图5.3 上把持筒的网格化图通过分析得出上把持筒的变形及位移趋势图，验证了顶紧的设计合理性。如图5.4所示：图5.4 上把持筒的受力变形分析图5.2对电极接长站中摩擦力的考虑与计算由于电极自身的重力影响，为了确保电极在电极接长站中不出现滑落现象，特别在电极拧紧装置中以及电极接长站的上把持筒装置中分别添加了摩擦块与压块，从而达到了增加摩擦力的效果。根据对市场上的石墨电极规格进行调查研究以及查阅相关资料，石墨电极规格、性能等相关性能指标数值如表5.1、5.2、5.3所示：表5.1 采用的性能值物理性能电极纵向电极横向接头纵向接头横向杨氏模量 106psi1.220.5432.42 0.877室温热膨胀系数（10-6/）0.71.60.52.7泊松比0.20.20.20.2剪切模量10-60.30.5 表5.2 应力参数连接件螺纹齿根位置应力（psi）紧端松端电极接头孔底部第一个啮合螺纹1720670第二个啮合螺纹 910 410第三个啮合螺纹 720 310接头中部第一个啮合螺纹25001510第二个啮合螺纹1020900第三个啮合螺纹570720表5.3 石墨电极的规格尺寸尺寸（mm）直径（mm）长度（mm）重量（kg）直径长度标准公差标准公差SGHSGR750 2700764.5759-7652830255028502076-75024002473227524751083-7002700713.5708-71428302250-28501815-700240024732275-24751577-6002700611.5608-61228302550-28501344-600240024732275-24751169-600210021731975-21751022-5502400560.5557-56124732275-2475858-550210021731975-2175735-550180018731700-1875981-5002400509.5506-51024732275-2475812786500210021731975-2175711687500180018731700-18756095894502400458.5455-45924732275-2475652630450210021731975-2175569550450180018731700-18751700-18754874704001800407.5404-4081873392376400150015471400-15503203073501800356.5353-35718731700-1875301288350150015471400-1550246236由上表可知设计以直径为600mm，长度在2100mm2700mm范围之间，其质量的范围区间为1022kg1344kg取其质量最大值时的情况进行计算，即：Mmax=1344kg令重力加速度的值g=9.80 则：Gmax=13449.80=13171.2N通过查阅相关资料可知石墨电极与普通碳素钢之间的摩擦系数为：0.15则f=Gmax=13171.20.15=1978.68N5.3电极接长站的下把持筒设计在电极接长站的下把持筒的设计上面增添了保护筒以及在把持筒上留有开口，由于电极在接长的过程中，使用过的电极可能会出现断裂或滑落现象，废弃的电极会掉入下把持筒中，如果未设计保护筒和上把持筒上的开口，则会增添操作工人的步骤，然而增添设计了保护筒以及在上把持筒上留有开口后，操作工人可以很方便的从中取出废弃的电极部分，一方面简约了操作工人的操作步骤，另一方面很大的提高了工作效率，从而也确保了生产的工作效益。电极接长站下把持筒设计如图5.5、5.6所示：（1、法兰 2、螺栓M1630 3、垫圈 4、保护筒）图5.5 电极接长站下把持筒的二维图图5.6 电极接长站下把持筒的三维图5.4电极接长站的平台设计电极接长站的平台设计主要依据为石墨电极直径以及上、下把持筒的尺寸规格进行设计,存放电极数量设计为4套。该装置设计为有 3 个电极存放位置，1 个电极接长位置。石墨电极存放平台如果过为简易，电极存放装置反而操作不方便。因此电极接长站的平台设计如图5.7、5.8所示：（1、耳座 2、面板 3、热轧槽钢 4、热轧槽钢）图5.7 电极接长站平台设计二维图图5.8 电极接长站平台设计三维图6 电极接长站中典型零件加工工艺简述6.1 轴类零件加工工艺分析 轴类零件的技术要求：轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。对于轴类零件的毛坯选择：轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。对于轴类零件的定位基准选择：轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。对于轴类零件的预备加工：车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:直-毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装、夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。切断-用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。车端面和钻中心孔对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。对于轴类零件的热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火、退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。加工工序的划分一般可按下列方法进行：（1）刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。（2）以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。（3）以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。6.2典型零件选择方案在学校金工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析，工艺规程制订不够合理。轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。因此本次设计选取销轴为零件进行其加工工艺卡片制作。所选零件如图6.1所示：图6.1 销轴6.3零件图分析该零件表面由圆柱、圆孔、倒角等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，110360无处理热处理和硬度要求。6.4零件加工方案的确定加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以没有取平均值，而取其基本尺寸。通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削。零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。毛坯先加持右端，车左端轮廓345mm处，左端毛坯加工90mm的外圆，并于左端