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矿热炉堵口机设计

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矿热炉 堵口 设计
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矿热炉堵口机设计,矿热炉,堵口,设计
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本科毕业设计(论文)题目:矿热炉出铁口堵口机设计矿热炉出铁口堵口机设计摘要随着我国工业水平的不断发展,矿热炉冶炼技术日趋强化,矿热炉生产效率得到很大的提升。这使得矿热炉的工作更加繁重,对工作性能及其环境要求更高。 出铁口堵口机是炉前四大设备之一,本文介绍了国内外的一些堵口机的现状及发展前景。通过在现有的堵口机的基础上,研究与设计出新的堵口机。 本设计是关于矿热炉出铁口堵口机的设计,对堵口机的工作机理进行研究,确定研究方案,对液压缸等驱动机构进行选型。分别对堵口机的堵孔机构、连杆、悬挂机构、回转机构等进行计算和详细设计。最终对堵口机进行了三维建模,对关键部件进行了力学分析,对液压缸和驱动机构进行了设计计算和选型。关键词: 堵口机 ;液压缸; 驱动机构 IVSubmerged Arc Furnace Taphole Machine Design Abstract With the continuous development of Chinas industrial level, increasingly strengthen -arc furnace smelting technology, production efficiency is greatly -arc furnace.This makes work more onerous -arc furnace, higher request on the working performance and its environment.Block iron furnace is one of the first four large equipment, this paper introduces the some of the plugging hole machine at home and abroad situation and development prospect.Through the previous block iron mouth machine, on the basis of research and design a new iron mouth machine.This design is about -arc furnace wall iron taphole opening machine overall design, the study of plugging the working mechanism of iron mouth machine, determine the research plan, selection of drive mechanism on hydraulic cylinder, etc.Institutions of taphole machine of blocking, connecting rod, hanging mechanism, slewing mechanism, the calculation and the detailed design.Keywords: Taphole machine;The hydraulic cylinder;Driving mechanism主要符号说明表D 炮嘴内径D1 打泥活塞直径D2 液压缸内径F 压炮力H 回转中心线的一段在z轴上的投影Po 最大油压P1 打泥压力P2 炮嘴出口处炮泥的压力P 打泥机构的最大推力 炮泥在泥缸过渡管、炮嘴中的压力损失L1 泥缸活塞有效行程 泥缸活塞最大行程 安全系数,一般取1.2G1 打泥机构重量G2 泥缸内泥重 打泥机构中心线与水平面的夹角 有效吐泥量 最大吐泥量 泥炮在水平面夹角 旋转炮臂的回转中心线在yoz面内的投影与z轴的夹角 旋转炮臂的回转中心线在xoy面内的投影与z轴的夹角目 录1 绪论11.1矿热炉出铁口堵口机课题背景、研究意义11.2 国外相关研究现状21.3 国内相关研究现状41.4液压泥炮的发展趋势81.5本课题研究的主要内容92 矿热炉堵口机总体结构的研究设计112.1矿热炉堵口机原理112.2矿热炉堵口机总体设计思路112.3矿热炉堵口机研究的类型及设计方案的确定112.4设计方案的确定153 矿热炉堵口机结构设计计算173.1矿热炉堵口机整体结构设计效果图173.2转炮机构193.3打泥机构213.3.1打泥机构的结构特点213.3.2打泥机构的计算223.4悬挂装置及缓冲置233.4.1悬挂装置及缓冲器结构233.4.2缓冲器最小工作负载P3的计算243.5矿热炉堵口机部件的校核254 现代化液压泥炮的结构和特点294. 1斜底座294. 2回转机构294. 3回转机构304. 4液压系统304. 5润滑系统304. 6电气系统315 结束语32参考文献33致谢34毕业设计(论文)知识产权声明35毕业设计(论文)独创性声明361 绪论1.1矿热炉出铁口堵口机课题背景、研究意义长期以来,钢铁工业作为国民经济的基础和支柱产业,素有“工业粮食”.之称,其发展水平是一个国家综合国力的重要标志,是关系国计民生的基础性行业,美国、日本、西欧等经济发达国家都经历了以钢铁工业为支柱产业的重要发展阶段。钢铁行业作为一个原材料的生产和加工部门,处于产业链的中间位置,其发展与国家的基础设施建设以及工业发展水平密切相关,在经济发展中占据着举足轻重的地位。 改革开放以来,我国的钢铁工业生产获得了突飞猛进的发展,自1996年钢铁年产量突破1亿吨后,10年间产量翻了两番,跃居世界首位。2005年我国生铁产量达到了3.304亿吨,远远超过世界钢铁大国的历史最高产量,成为世界钢铁生产第一大国。至2009年底,我国大于1000m,的高炉已超过200座,2009年我国生铁产量5.43 7482亿吨,占全世界产量的60.53%,钢铁产业的迅速发展对高炉炼铁技术和设备提出了更高的要求1。高炉和矿热炉炼铁工序是钢铁企业的基础,矿热炉炉容的大小决定着钢铁企业的规模与装备水平,特别大型化矿热炉对设备的制造工艺及技术提出更高要求,矿热炉装备水平的高低密切影响着设备维修费用及工艺消耗件成本的多少。矿热炉出铁口经常经受着高温铁水和熔渣的冲刷和浸蚀作用,因此对出铁口的正确维护是十分重要的。否则,不仅会严重影响正常生产,还可能引起事故,危害炉前工人和设备的安全。矿热炉出铁口经常经受着高温铁水和熔渣的冲刷和浸蚀作用,因此对出铁口的正确维护是十分重要的。否则,不仅会严重影响正常生产,还可能引起事故,危害炉前工人和设备的安全。所以大力提高堵住出铁口操作的机械化水平及研制新型的高效能堵口机具有重要的意义。矿热炉堵铁口机是高炉炉前的关键设备之一,其运行效果的好坏直接影响到高炉的生产效率和生产安全。本文的研究内容结合我国钢铁行业的发展要求,针对炼铁厂堵铁口机装备存在的问题,旨在突破目前我国矿热炉开铁口领域存在的技术瓶颈,提高生产效率,降低生产成本,推动相关行业的发展。37泥炮又称为堵出铁口机器,是堵塞矿热炉出铁口的专用冶金设备。矿热炉泥炮技术始于1840年SMBanks关于喷吹焦炭和无烟煤的设想;世界最早的工业应用即是根据这一设想于18401845年间在法国博洛涅附近的马恩省炼铁厂实现的。但此后的一百多年,发展却相对缓慢,基本无进展;直至20世纪60年代初,欧洲、中国、美国的一些工厂才陆续开始在矿热炉上试验。近年来,中小型矿热炉在强化冶炼后,日出铁次数增加,绝大部分已由12次/日增加到15次/日,有的已增加到18次/日,并取消了放上渣工艺;大型矿热炉也因其通铁量大,对铁口炮泥质量的要求越来越高。70年代末,第二次石油危机的出现,加快了矿热炉泥炮技术的研究和发展,特别是欧洲和日本更是在实际应用上取得了重大突破。到90年代初,欧洲和日本已有小部分矿热炉月均吨铁喷煤超过了200kg大关,如:1991年l0月英国钢铁公司斯肯索普工厂维多利亚女王号矿热炉201kg(粒煤),1992年11月德国蒂森公司施韦尔根1号矿热炉2006kg,1992年11月荷兰霍戈文公司艾莫依登厂6号矿热炉205kg,1993年11月日本新日铁君津厂3号矿热炉200kg、1994年l0月NKK公司福山厂4号矿热炉218kg等指标均已是当时的世界一流水平2。国外主流矿热炉和现代化矿热炉大多都使用结构小、推力大、工作稳定的液压泥炮。我国近代矿热炉也普遍采用液压泥炮,提高了利用系数。液压泥炮并因为其机构简单、紧凑,活塞推力大,工作稳定可靠而得到迅速推广应用。本题目来自工程实际,具有很高的实用价值,涉及到机械、液压和结构设计方面的知识,通过本课题,对现有堵口机存在的问题进行改良设计,优化堵口机的现有结构,设计出适用、可靠的新型堵口机。延长了堵口机的使用寿命。通过对上述部分结构改良,并对具体工程项目的设计过程能有更进一步的了解,为以后的工作打下基础。 1.2 国外相关研究现状 近代高炉大型化以后,高炉普遍采用了高压操作,提高了利用系数。由于产铁量增多,因而每个铁口的出铁次数增多,出铁时间延长,并且出铁口处的压力增大。为了改善出铁口的质量和维护劳动强度,越来越多的工厂使用了无水炮泥,既提高了堵口的强度,又加快了干燥速度。液压泥炮因为其机构简单、紧凑,泥塞推力大,工作稳定可靠,能适应这种工艺要求而得到了迅速推广应用。 国外从20世纪70年代就开始使用液压泥炮。见诸资料的主要有以下几种:日本三菱重工公司生产的MHG型液压泥炮,由打泥机构、回转机构、压紧机构、锁紧机构及液压系统组成,其主要特点是打泥油缸采用了固定式活塞和可动式油缸带动打泥活塞移动。各种型号的使用范围可覆盖1000m3 4000m3高炉。其中MHGS60型曾用于我国宝钢1#高炉,其结构如图1.1所示。 由日本石川岛播磨公司设计制造的IHI型液压泥炮。是由液压马达通过齿轮传动带动回转机构,还有压紧机构、锁紧机构、打泥机构等。曾用于我国首钢2#高炉。由英国DAVY公司制造的液压泥炮,由斜底座、回转机构、打泥机构组成,取消了压紧机构和锁紧机构,结构和控制系统大为简化。主要特点是使用了回转支承的内置式回转机构,打泥油缸采用了固定式缸体和可动式活塞带动打泥活塞。在印度、我国宝钢及台湾地区 1000m32500m3亩的大型高炉上有应用。1一打泥机构;2一压紧机构;3一回转机构;4一锁紧机构;5一液压系统图1.1 MHG型液压泥炮的结构 2000年以后,国内外高炉大型化趋势明显,液压泥炮随之进一步大型化。英国SIEMENS /VAI公司生产了适用于4000m3以上高炉使用的大型液压泥炮,基本保持了DAVY型液压泥炮的结构,产品用于印度等地的大型高炉。德国TMT公司生产的大型液压泥炮市场影响较大,己成为外国厂商进入我国大型高炉市场的代表。该公司的液压泥炮产品结合了德国DDS公司和卢森堡PW公司液压泥炮的技术优点,设备在斜底座上运转,并具有炮嘴轨迹调整功能,可实现泥炮在回转过程中自动倾斜后对准铁口,而且回转范围小,打泥时回转油缸可自动压紧炮嘴。主要由斜底座、打泥机构、回转机构和调整机构组成。据介绍,为其配套的液压及电气控制系统具有手动操作、遥控操作及自动控制功能,通过HMI可实现自动程序控制和远程可视操作。在我国武钢、鞍钢、沙钢的3200 m3以上高炉有应用。VAI型液压泥炮的结构如图1.2所示3。1一打泥机构;2一吊挂机构;3一调整杆;4一回转机构;5-斜底座;6一液压系统;7一电控系统图1.2 VAI型液压泥炮的结构 1.3 国内相关研究现状 液压泥炮在我国的发展可分为三个阶段。第一阶段的液压泥炮是在电动泥炮的基础上经过改造而成的,即将原有用电动机、电磁铁驱动的四个动作改为由液压油缸驱动,由于其它部件没有多大变化,高度依然较高,故也称为液压高炮。这种泥炮的结构己更加紧凑,设备重量显著减轻。缺点是打泥机构易于产生返泥现象,加速了打泥油缸的磨损,而且存在高度高,不能在风口平台下面操作等问题。代表型号为YP270 - 25 /55型液压泥炮,其结构如图1.3所示,技术性能如表1.1。1一打泥机构;2一送炮机构;3一回转机构图1.3 YP270 - 25 /55型液压泥炮的结构 表1.1 YP系列液压泥炮的技术性能 第二阶段,在引进和合作制造液压泥炮的基础上,北京科技大学、中钢集团西安重机有限公司等单位共同研制BG型国产液压泥炮。与第一阶段的液压泥炮相比,BG型液压泥炮大大降低了设备高度,取消了压炮及锁紧机构,重量进一步减轻。BG型液压泥炮相继开发出了BG300, BG400, BG500等系列产品,可适用于容积为1000m33200m3的高炉。BG型液压泥炮的结构如图1.4,技术性能如表1.2。1一打泥机构;2一压炮及锁紧机构;3一回转机构;4一液压系统图1.4 BG型液压泥炮的结构 表1.2 BG型液压泥炮的技术性能其后,性能更加优良的YPE型、YPF型和KD型液压泥炮相继问世。其中YPE型和YPF型液压泥炮分别是消化移植了国外的DDS型和PW型液压泥炮技术而改良设计的。KD型液压泥炮是在BG型液压泥炮的基础上增加了斜底座,取消压紧机构改进而成的。KD型液压泥炮的结构如图1.5。 1一打泥机构;2一吊挂机构;3一调整杆;4一回转机构;5-斜底座;6一液压控制系统图1.5 KD型液压泥炮的结构第三阶段,2003年以后,国内新建的现代化大型高炉( 3200m3)增多,液压泥炮随之迅速朝着大型化、自控化方向发展。中钢西重、北科大等单位相继研发出了YPSOOOE型、YP6000E型、KD700型等大型液压泥炮,并且配套开发了具有遥控和自控功能的液压及电控系统。应用于武钢、马钢、浦钢、宝钢、梅钢等。现代化的大型液压泥炮普遍采用了矮身结构,可与开铁口机布置在铁沟的同一侧,并都处于风口以下,有利于揭盖机、除尘管道等环保设备的使用,提高环保水平。其结构与第二阶段的液压泥炮相似,但工作压力更大、能力更强、自动化控制水平更高。YPE型大型液压泥炮的结构如图1.6,现代化大型液压泥炮的性能参数如表1.34。 表1.3 现代化大型液压泥炮的性能参数1一打泥机构;2一吊挂机构;3一调整杆;4一回转机构;5-斜底座;6一液压及电控系统图1.6 YPE型大型液压泥炮的结构1.4液压泥炮的发展趋势 当前,液压泥炮的设计制造水平在3200m3以下炉容的高炉上己经成熟,并应用广泛。3200m3以上高炉的液压泥炮技术正趋于成熟,并在以下几方面将进一步提升。 (1) 大型化。国际和国内3200m3以上炉容的高炉数量逐步增多,所需要的液压泥炮的有效装泥容积为0. 28m3以上,泥塞推力在5OOOkN以上,并以25 MPa以上的压力工作。 (2) 自动化。大型液压泥炮的操作要求远程操作,可遥控,并一定程度地实现程序控制,对打泥量、回转速度、即时位置等参数进行在线检测并反馈和处理,对液压、润滑系统各部分的工作状态等进行监测。 (3) 长寿技术的应用。泥缸、油缸内表面加工技术的提升,炮身冷却、防护装置的优化,自动润滑系统的应用,都能有效延长液压泥炮的检修和备件更换的周期,对提高设备的正常作业率有很大作用。 (4) 设计和制造水平提高。应用Solidworks三维软件、有限元分析等设计手段,提高设计的水平和效率,在满足大型化、高压操作的要求下,尽可能缩小机体尺寸,保持矮式结构,促进出铁场的环保设计。 (5) 自动装泥机等辅机的开发与应用。1.5本课题研究的主要内容高炉炼铁技术进一步朝着优质、高产、低耗、长寿的方向发展,高炉炉型也进一步朝着大型化、自动化和高压操作发展。泥炮是高炉炼铁的关键设备,其工作的安全可靠性直接影响高炉的安全生产和作业效率。近年来,国外主流高炉和现代化高炉大都使用了结构小、推力大、工作稳定的液压泥炮。我国在新建高炉的设计中,也普遍采用了液压泥炮。为了不断适应高炉大型化和高压操作的发展,越来越多的炼铁厂更加注重泥炮的综合性能,要求操作方便、安全可靠、维护量小。泥炮设计和制造单位除了满足主机性能外,还在控制系统、操作辅机方面进行了深入的研究,取得了较大的技术进步。现代化液压泥炮是由斜底座、回转机构(包括回转油缸和转臂)、吊挂机构、打泥机构、调整机构和液压、润滑及电气控制系统组成,工作安全可靠,操作更加方便。工作时只需控制回转和打泥两个动作,倾斜对口及锁紧的功能由机构自动完成。本课题研究的主要内容有: (1)矿热炉出铁口堵口机的设计; (2)堵口机的堵眼机构、连杆、悬挂机构、回转机构等方面选型和计算; (3)驱动装置设计理论及选择;(4)完成三维建模并能作出运行原理动态图,最终形成二维工程图。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)2 矿热炉堵口机总体结构的研究设计2.1矿热炉堵口机原理该泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置等组成。泥炮由打泥机构和回转机构组成,它没有专门的压炮机构和锁紧装置,依靠回转机构使炮嘴压紧在出铁口的泥套上。当炮嘴接近出铁口时,炮嘴在水平面内做近似直线运动。这种泥炮回转机构的特点是不用油马达,而是采用活塞油缸。油缸通过一组杆机构带动旋转臂架回转,打泥时,另由蓄压器向回转机构的液压缸补压,使炮嘴压紧在出铁口上。打泥机构的液压缸与泥缸在同一种心线上,泥缸在前,液压缸在后。液压缸和泥缸之间用法兰和螺栓连接起来,并吊挂在炮架的小车上。在压紧机构中,用液压缸来代替电动泥炮压紧机构中的电动机、齿轮和螺母传动。液压缸活塞的前端与泥炮移动小车前轮的轴相联结。活塞杆做前后转移时就带动小车沿炮架的导向槽移动。回转机构采用特殊的回转油缸,由定叶用联接键和联接螺栓与固定的中心轴套相固定,动叶则用联接键和联接螺栓与回转缸体相固接。2.2矿热炉堵口机总体设计思路泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置等组成。其中打泥机构由炮唇、炮嘴、过渡管、炮身、可动油缸、打泥活塞、油缸座和固定活塞杆等组成。转炮机构由回转杆、主力连杆、旋转炮臂、转炮液压缸及固定杆、炮嘴导向杆等组成。对所选定的方案进行结构设计,传动系统设计及限位系统设计,用三维软件模拟系统的运行。2.3矿热炉堵口机研究的类型及设计方案的确定 堵铁口机按照驱动方式的不同泥炮可分为气动式、电动式和液压式。气动式泥炮由于活塞推力小以及打泥压力不稳定而被淘汰。目前我国矿热炉上广泛使用电动泥炮,由于矿热炉大型化和高压操作技术的实现以及炉前操作机械化的要求;再加上电动泥炮在实际使用中存在的问题,例如:外形尺寸大,特别是高度太大,妨碍出铁口附近的风口进行机械化更换工作;打泥活塞推力不足,尤其采用无水泥炮时;丝杠及螺母磨损快、更换困难等等原因;促使液压泥炮得到迅速发展。液压泥炮打泥推力大,打泥致密,能适应矿热炉高压操作;压紧机构具有稳定的压紧力,使炮嘴与泥套始终压得很紧,不易漏泥;泥炮结构紧凑,高度矮小,便于操作;油压装置不装在泥炮本体上,从而简化了泥炮的结构。鉴于液压泥炮的优点和电动泥炮的缺点,国内外都在研制液压泥炮。液压泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构、和液压控制系统组成。液压泥炮的类型很多,为了获得炉前风口的完整性,液压泥炮的设计高度已经逐渐变矮,这里对国内外典型的矮式液压泥炮:PW型、MHG型、IHI型、BG型和DDS型加以叙述。一般泥炮由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统组成,其回转机构有些可以替代压炮机构和锁紧机构。 (1)PW型泥炮PW型液压泥炮是卢森堡设计的,它由打泥机构、回转机构和液压系统组成,压炮和锁紧机构由回转机构所代替。如图2.1,它采用了独特的倾斜固定支柱,转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置,回转机构是四杆机构,采用液压缸驱动,密封性能好,其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近,油缸外露,占地空间较大。 图2.1 PW型液压泥炮 (2)MHG型泥炮MHG型液压泥炮是由日本三菱公司设计的,它是由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统组成。如图2.2,其回转机构采用了油马达驱动,由独立的锁紧装置锁紧,压炮机构用四杆机构实现,它的轨迹较好,接触铁沟时间较短,但是,回转液压马达泄漏较大,驱动装置多,结构复杂。 图2.2 MHG型液压泥炮 (3)IHI型泥炮IHI型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司研制的,它是由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统组成。如图2.3,其回转机构采用了油马达驱动,由独立的锁紧装置锁紧,压炮机构用杆件系统实现,它的压炮轨迹可以实现迅速下降或抬起,接近铁沟时间很短,不宜烧坏炮嘴并且高度很小,但是,结构太复杂,回转机构采用液压马达驱动,密封性能较差。 图2.3 IHI型液压泥炮 (4)BG型泥炮BG型液压泥炮是北京科技大学设计、西安冶金机构制造厂制造、包头钢铁集团公司在3号高炉首次开发性试用并且逐渐改进的,它由打泥机构、回转机构、压炮机构和液压系统组成,锁紧机构是由回转机构所代替。如图2.4,其回转装置类同于PW型,是四杆机构,采用油缸驱动,密封性能好,压炮机构采用了老式苏联电动泥炮小车轨道式的结构,其炮嘴的运行轨迹较好,但是,炮身的高度相对较高。 图2.4 BG型液压泥炮 (5)DDS型泥炮目前在包钢四号高炉正在使用的DDS型液压泥炮是由德国DDS公司研制的,它由打泥机构、回转机构和液压系统组成,压炮和锁紧机构由回转机构所代替。DDS型泥炮的设计类同于PW型泥炮,其不同之处在于回转油缸放置于回转臂内部,如图2.5,它也采用了独特的倾斜固定支柱,转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置,回转机构由双四杆机构组成,如图2.6,采用油缸驱动,密封性能好,由于油缸置于转臂内,占地空间较小,结构紧凑,其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近,回转角略小。 图2.5 DDS型液压泥炮 图2.6 DDS型液压泥炮回转机构简图综上所述:PW型、MHG型、IHI型、BG型和DDS型液压泥炮是现代大型高炉采用的泥炮,而DDS型液压泥炮吸取了很多优点,其优化的结构设计是:打泥机构采用活塞杆固定,液压缸缸体运动,避免了泄漏炮泥磨损活塞杆和密封件,炮嘴前端局部使用了铸铁材料,使铸铁的炮嘴口耐冲刷,提高了使用寿命,打泥深度采用螺旋键转换成刻度盘上来显示。回转机构采用油缸驱动,可以自锁,因此可省去锁紧机构,使机构得以简化,采用液压马达驱动时不能自锁,需要设置锁紧机构进行锁紧。本方案采用全液压堵铁口机机构,其特点有: (1) 采用了液压控制,提高了工作压力和泥缸推力,安全可靠,使用寿命延长。 (2) 电气操作、遥控操作和自动控制技术的应用,使操作更加方便,改善了工人的工作条件,降低劳动强度和提高了工作效率。 (3) 取消了压炮机构和锁紧机构,省去了很多液压油缸和机构动作,操作和维护都更加简便。 (4) 设备结构大大减小,机身矮,重量轻,制造成本降低,并适于与开铁口机布置在铁沟同侧,方便移盖机、除尘管道等环保设备的布置。2.4设计方案的确定对所选定的方案进行结构设计,传动系统设计及限位系统设计,用三维软件模拟系统的运行。对以下几部分进行分析: (1)选择恰当的堵口机设计参数; (2)堵口机运动受力结构的合理性; (3)堵口机结构合理的布局; (4)装配图完整的表达。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)3 矿热炉堵口机结构设计计算随着高炉容积的不断扩大、炉顶压力的提高,采用无水炮泥和高炉风口平台需要一定的空间,以及出铁场对泥炮的要求,过去长期沿用的电动泥炮已不能满足高炉生产发展的需要,因此已被性能更好的矮身液压泥炮所取代。目前国内外使用的矮式液压泥炮主要有IHI式、MHG式、PW式及DDS式。其中IHI式和MHG式由转炮机构、锁炮机构、压炮机构和打泥机构等组成。PW式和DDS式将转炮机构、锁炮机构和压炮机构合为一体,用一个转炮机构来代替,从而使机构变的简单。3.1矿热炉堵口机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,设计其主要技术性能参数如下:打泥机构 泥缸有效容积 0.2lm3 泥缸额定容积 0.25m3 泥缸直径 500mm 油缸直径 400mm 打泥压力 16MPa 活塞行程 1270mm 打泥全行程时间 53s 吐泥量 4.7L/s 转炮机构 最大旋转角 1360 旋转角富裕量 4 0 压紧力 280kN 旋转臂回转半径 R3500mm 液压装置 油箱有效容积 0. 2 m3 冷却器的冷却水量2.5m3/h 加热器 3 kW 过滤器过滤净度 25m 主体泵(2台) 功率:245kW 转数:1470r/min 输送能力:290L/min 系统压力:25MPa 活塞式存储器 2100L 蓄能器 10100L用于中央液压室的电控设备 操作电压 380V 控制电压 220V 阀电压 24V 电控设备重量 700kg矿热炉堵口机的二维图与三位图,如图3.1、3.2所示:图3.1 矿热炉堵口机二维设计图 图3.2 矿热炉堵口机三维设计图3.2转炮机构转炮机构(见图3.3)由回转杆、主力连杆、旋转炮臂、转炮液压缸及固定杆、炮嘴导向杆等组成。转炮立柱为斜立柱,同时向两个方向倾斜(见图3.4)。=80, = 40。角度是为了使炮身离出铁沟有较远的距离,也方便炮身出入铁水沟,同时保证打泥机构的中心线与水平面倾斜一定的角度,与出铁口的中心线较一致。角度是为了使炮身在停放位置有较低的高度,不与同一侧的开口机发生干涉。旋转炮臂在一个倾斜角为(见后面的计算)的平面中旋转。旋转驱动和压炮力是通过带有连杆机构的油缸来完成的。驱动系统装在旋转炮臂的内部。旋转炮臂与底座通过大墅回转滚动轴承联接。图3.5是旋转机构的工作原理图。旋转炮臂的旋转由杆DF、EB、AC、DK、KC和FA等组成的六杆机构来控制。F和A点是固定铰点,即FA为固定杆,DF为回转杆,EB为主力连杆,B点为旋转炮臂上的一点,AC为旋转炮臂,DC为活塞杆件,活塞外圆柱面沿缸体内圆柱面滑移,其接触位置用K表示,则DK与CK也为两个杆件。活塞相对缸体运动时,AC杆绕大轴承中心线回转。一般回转角度为13001400。炮嘴的运动轨迹则由AG、AM、MH和HG等组成的四杆机构控制。H和M为打泥机构上的两个点,HM为连杆,A和G为固定铰点,即AG为固定杆,GH为导向杆,炮嘴N是连杆HM上的一个点。按照工艺要求,炮嘴N点轨迹在靠近出铁口的一段距离内应接近直线,且尽量与出铁口中心线一致,这样才能顺利堵住出铁口,而不破坏出铁口的泥套。泥炮在停放位置应占较小的空间并便于装泥。本文所设计的全液压泥炮,AG=700mm,AM=3500mm,MH=800mm,HG=2840mm,就很好地满足了上述要求。 图3.3 液压泥炮总图 图3.4 旋转炮臂旋转中心线倾斜角度 图3.5 转炮机构工作原理图 在打泥过程中,转炮液压缸保持恒压,以便炮嘴贴紧出铁口泥套,防止漏泥; 打泥时转炮液压缸处于伸长的趋势,打泥毕,向转炮液压缸另一侧通入压力油,使活塞杆缩短,将泥炮回转到停放位置。3.3打泥机构3.3.1打泥机构的结构特点 打泥机构由炮唇、炮嘴、过渡管、炮身、可动油缸、打泥活塞、油缸座和固定活塞杆等组成(见图3.6)。打泥时从进油孔通入压力油,推动可动油缸,进而带动泥缸中的活塞前进,将堵铁口泥从炮嘴挤出注入出铁口。在油缸座的前端沿周向开有两个门和两个孔,以便清理炮泥浸入液压缸活塞所占据的空间。 图3.6 泥炮打泥机构三维总图 图3.7 泥炮打泥机构二维总图本结构的主要特点有: (1) 加了一个便于更换的炮唇。在生产中炮唇直接与高炉出铁口接触,经常被烧损,以往更换整个炮嘴。该结构只要更换炮唇即司,即经济又方便, (2) 对打泥机构采用双重隔热措施,在泥缸简正下方设有用隔热材料制成的护罩,在护罩下面又设有隔热护板。从而满足了对炮泥保护的要求。在油缸的下面也设有隅热板来保护油缸; (3) 用经过扭转带有麻花劲的方钢来转动行程指示器的指针,这种结构简单可靠。3.3.2打泥机构的计算打泥压力P1可用下式计算: (3.1)式中D1_打泥活塞直径(500mm) D2_液压缸内径(400mm) Po_最大油压(25MPa) 打泥机构的最大推力P可用下式计算: (3.2)打泥活塞压力P1与最大推力P确定的原则是:首先根据工艺要求,妥善确定炮嘴出口处炮泥的压力P2及炮泥在泥缸过渡管、炮嘴中的压力损失。对于大型高炉,采用较硬炮泥时,取P2=91OMPa,= 4.55MPa,所以Pl =P2+=(13.515) MPa (3.3) 本泥炮的P1=16MPa,大于15Mpa,所以能满足要求。 有效吐泥量为: (3.4)式中 L1泥缸活塞有效行程(1.070m) 最大吐泥量为: (3.5)式中泥缸活塞最大行程(1.270m) 压炮力F可用下式计算: 254282kN (3.6)式中 安全系数,一般取1.41.6 d炮嘴内径(mm)3.4悬挂装置及缓冲置3.4.1悬挂装置及缓冲器结构 本次设计的液压泥炮的悬挂形式很独特(见图3.8),它是由吊架和缓冲器来实现的。吊架与旋转炮臂之间由止推轴承和一对圆锥滚子轴承相联接。缓冲器与泥炮的尾部相铰接,同时又与吊架的最上端相铰接。这种悬挂方式避免了PW式液压泥炮的吊卦方式所存在的缺点,即在堵出铁口时,打泥机构对旋转炮臂作用的附加扭矩。这里采用的缓冲器是为了在打泥过程中出铁口处若有渣铁块或硬泥块时,泥炮能够自动调解缓冲,以免损坏吊架和旋转炮臂。缓冲器既可以被拉伸,又可以被压缩,其结构如图3.8。缓冲杆与环孔螺栓之间是用螺纹联接。相对旋转时,可改变缓冲器的长度,但不改变蝶形弹簧的压缩量。缓冲器还有一个特点。在安装和使用过程中,如炮嘴对不准出铁口时,可调整缓冲器的长度使炮嘴对准出铁口。 图3.8 缓冲器3.4.2缓冲器最小工作负载P3的计算 缓冲器是为了泥炮在非打泥状态下打泥机构和吊架之间不相对传动。若缓冲器最小工作负载P3过大,炮嘴与出铁口接触时,缓冲器就起不到保护出铁口及泥炮的作用。 首先确定泥炮回转的倾斜平面(见图3.9):xoy面与水平面平行,x轴垂直于高炉出铁日中心线。设旋转炮臂的回转中心线在yoz、xoy面内的投影与z轴的夹角分别为和,取回转中心线的一段在z轴上的投影为h。则有 BD=CE=h tg (3.7) BC= DE=h tg (3.8) (3.9) (3.10) (3.11) 图 3.9 泥炮回转平面设计的泥炮的=80,=40,则得= 8.920,= 63.550。即泥炮在水平面夹角为= 8.920。的平面内旋转。由图3.10打泥机构的受力状况,可建立如下平衡方程:图 3.10 打泥机构受力状况 (3.12) (3.13)式中 安全系数,一般取1.2 G1打泥机构重量 G2泥缸内泥重 打泥机构中心线与水平面的夹角 泥炮从停放位置旋转到打泥位置的过程中,先爬1360 - 630= 730左右的坡,然后再下630左右的坡。在这一过程中总有一个位置打泥机构处于水平状态,即=O,cos=l。此时P3最大: 本次设计的泥炮:a=260mm,b= 1800mm,c=500mm,=160,G1=76000N,G2=4260N,所以=67660N。3.5矿热炉堵口机部件的校核对炮嘴进行应力分析,通过三维软件建模后,将炮嘴模型导入solidworks设定材料属性,设定边界条件,并摸拟炮嘴在矿热炉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3.11所示。图3.11 炮嘴网格化模型图通过分析得出炮嘴的受力及位移趋势图,验证炮嘴的设计合理性。如图3.12所示。图3.12 炮嘴的受力变形分析图对泥塞进行应力分析,通过三维软件建模后,将泥塞模型导入solidworks设定材料属性,设定边界条件,并摸拟泥塞在矿热炉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3.13所示。图3.13 泥塞网格化模型图通过分析得出泥塞的变形及位移趋势图,验证了泥塞的设计合理性。如图3.14所示。 图3.14 泥塞的受力变形分析图对连杆进行应力分析,通过三维软件建模后,将连杆模型导入solidworks设定材料属性,设定边界条件,并摸拟连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3.15所示。 原始模型 分析过的模型 图3.15 连杆网格化模型图通过分析得出连杆的变形及位移趋势图,验证了连杆的设计合理性。如图3.16所示。 图3.16 连杆的受力变形分析图4 现代化液压泥炮的结构和特点现代化液压泥炮是由斜底座、回转机构(包括回转油缸和转臂)、吊挂机构、打泥机构、调整机构和液压、润滑及电气控制系统组成,工作安全可靠,操作更加方便。工作时只需控制回转和打泥两个动作,倾斜对口及锁紧的功能由机构自动完成。4.1斜底座 斜底座是承载整个泥炮重量及倾翻载荷的部件,起到连接泥炮本体和基础的作用。它与回转机构的连接面具有一定的倾斜角度和倾斜方向,可使打泥机构在工作位置时与水平面形成一定角度,即打泥角度,同时还使打泥机构与铁沟的方向相同。KD型、YPF型及PW型液压泥炮的斜底座采用了长方形的上下底面,YPE型、DDS型和DAVY型液压泥炮的斜底座的上底面与回转机构连成一体,成为回转机构的一部分,下底面通过一个单独的基础座与地基连接。4. 2回转机构 回转机构是驱动液压泥炮动作的主要部件。它包括回转油缸、转臂和杆机构,并在其上附着有液压、润滑、水冷、电气等管线和元件。在回转油缸的驱动下,通过杆机构,转臂绕固定中心转动。在打泥及闷炮的过程中,回转机构还起到提供压紧力和止退的作用。回转机构的驱动方式有以下几种: (1) 回转油缸外置式。回转油缸一端固定在机架上,另一端驱动三连杆,三连杆驱动二连杆,再驱动转臂转动。如KD型、YPF型及PW型液压泥炮。 (2) 回转油缸内置式。回转油缸一端固定在转臂上,一端固定在三连杆上,回转油缸长度的变化驱动转臂相对机架的位置发生改变,从而产生转动。这种结构的转臂是一个较大的封闭或半封闭箱体结构,将回转部件都包含于其内,并通过一个大回转支承实现转动。如YPE型、DDS型和DAVY型液压泥炮。 (3) 回转油缸直接驱动式。回转油缸一端固定在机架上,另一端直接驱动转臂转动。由于这种方式的转动角度小、作用到炮嘴的压紧力也小,使用较少。4. 3打泥机构 打泥机构通过吊挂机构挂在转臂的前端,并通过水平及垂直调整机构与其它部件连接。工作时,当转臂旋转到工作位置时,打泥机构的炮嘴正好可抵住出铁口。并可事先通过水平及垂直调整机构上的螺杆进行调节。调整机构设有弹簧缓冲装置,可吸收工作时的冲击。打泥时,打泥油缸动作,驱动泥塞将炮泥从泥缸内推出,经炮嘴压入出铁口通道。4. 4液压系统液压系统实现对回转油缸和打泥油缸的控制。液压系统具有以下功能和特点: (1) 回转油缸回路中应有一定背压,防止液压泥炮在回转过程中下坡时发生“俯冲”或动作过快。 (2) 回转油缸在液压泥炮前进过程中,由于要求速度快,所需流量较大。为了节省主泵能力,该回路采用差动回路,同时泵源还要有一台备用泵。 (3) 在闷炮过程中,要回转油缸的液压回路要有保压功能,必要时要进行补压。 (4) 液压系统一般采用25 MPa以上的高压系统,对泵、阀及液压管件的要求较高,大多数泵、阀都采用了更适合冶金行业液压系统的力士乐系列产品。4. 5润滑系统 现代化大型高炉的液压泥炮长期在高温、重载及多尘的环境下工作,所需的润滑油量大,频次高,润滑剂在对设备起到润滑作用的同时,还要冲走老化的陈油并带走其中粘附的粉尘。传统的人工润滑方式不但工人劳动强度大,而且不能满足设备的保养要求。因此针对液压泥炮等炉前设备的干油自动润滑系统技术应用而生。大型高炉的炉前干油自动润滑系统的压力一般达到40 MPa,可以实现定时定量自动加油和润滑点监测,并具有油包自动补油功能。4. 6电气系统通过电气系统可对液压泥炮进行动作控制,实时显示系统状态,并对液压站内的补油泵、冷却器等进行操作。近年来,许多高炉都实现了对液压泥炮的遥控操作。在一些现代化大型高炉上,还在液压泥炮及其液压系统上配备的各种传感器和检测仪表,通过PLC系统对液压泥炮及其液压系统实现在线检测和程序控制,实现了远程自动操作。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)5 结束语毕业设计(论文)是对整个大学课程的综合运用。它培养了理论结合实际的设计思想,训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际分析和解决工程实际分析和解决问题的能力,巩固,加深和扩展有关机械设计方面的知识通过制定设计方案,合理选择传动机构和零件工作能力,确定尺寸和校核,以及较全面的考虑制造工艺,维护等要求之后进行结构设计,达到了解和掌握机械零件,机械传动和简单机械的设计方法。此次设计主要是针对矿热炉出铁口堵口机的改进,提高其工作性能,加快生产效率。 (1) 全液压泥炮在满足打泥工艺所要求的回转、打泥、压紧、自锁四个功能的前提下,取消了传统泥炮必有的压炮、锁炮机构。因此设备高度小,机构简单,结构紧凑。 (2) 转炮立柱为斜立柱,回转臂在一个倾斜平面中旋转。旋转驱动和压紧力是通过带有连杆机构的油缸来完成的,在旋转过程中用导向杆导向,使泥炮能获得最佳的静止位置和打泥位置。 (3) 炮嘴是可调的:向上可调400mm,向下可调250mm,向左右可调200mm,调整装置带有超载保护设施。 (4) 在整个旋转过程中,可不间断地获得有效的旋转力矩。这个旋转力矩在泥炮达到墙泥位置前的瞬间,达到恒定的最大值。 (5) 中央液压系统另有循环泵并带有精过滤器和加热、冷却装置。活塞式蓄能器具有足够的能力,在没有泵组的支持下完成一套向前回转,压紧、打炮
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