《機械畢業(yè)設計（論文）-80T轉爐全懸掛傾動裝置設計【全套圖紙sw三維】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《機械畢業(yè)設計（論文）-80T轉爐全懸掛傾動裝置設計【全套圖紙sw三維】（54頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 內蒙古科技大學 本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 題 目：80T轉爐全懸掛傾動裝置設計 學生姓名： 學 號：0607108203 專 業(yè)：機械設計制造及自動化系 班 級：機械06-4班 指導教師： 轉爐傾動機構的設計 摘 要 隨著氧氣轉爐煉鋼生產的普及和發(fā)展，轉爐傾動裝置也在不斷地更新和改革，為完美適應煉鋼生產的需要，世界各國研究開發(fā)出了許多新的設備結構和配置型式。 轉爐傾動裝置是轉爐煉鋼生產中主要設備之一，先后經歷了落地式、半懸掛式和目前應用廣泛的全懸掛裝置，此次采用全懸掛傾動裝置。 全懸掛式

2、配置的傾動裝置主要有以下設備：四臺電機、一次減速機（四套三級斜齒圓柱齒輪減速器）、二次減速機和扭力桿緩沖裝置。 本次設計80t轉爐全懸掛傾動裝置的性能是：傾動角度為連續(xù)回轉360°、傾動速度范到1.1r/min進行的設計、轉爐可連續(xù)工作并可根據工藝操作實現任意位置點動。 主要內容包括： 1.、轉爐傾動力矩的計算（本次設計采用SOLIDWORK模擬計算）。 2、傾動機械及其傳動件的設計（根據傾動力矩進行電動機的選擇和校核、傳動方案的選擇、、減速器的設計、主要零部件的強度校核）。 3、抗扭緩沖裝置的設計。 關鍵詞：轉爐；傾動裝置；傾動力矩；計算； Tilting Age

3、ncies Converter Design Abstract As oxygen converter steelmaking production developing universally, converter tilting device is continually updated and reforms, the perfect steel production needs to adapt to the world of developed many new types of device structure and configuration. Tilting conv

4、erter steelmaking production is one of the major equipment，has gone through the floor, half-hanging and full suspension tilting widely used now，and uses full suspension Tilting in my design this time. Full suspension Tilting mainly composed of the following equipment:four motor, a reducer (four set

5、s of three helical gear reducer), the second gear box and torsion bar buffer. The design of the 80t full suspension Tilting converter`s performance is: 360 °rotation continuously，，working continuously and start or brake according to the technical operation of an arbitrary position. The main co

6、ntents include: 1. calculation of tilting moment of converter (The design uses SolidWorks simulation). 2. The design of tilting machine and its transmission parts （motor selection and checking, the choice of transmission scheme, reducer design, the main components of the strength check). 3. The d

7、esign of torsional buffer. 4. Technical and economic analysis Key words: converter; Tilting device; Tilting Torque；Calculating； 目 錄 摘 要 II 第一章緒 論 8 氧氣轉爐煉鋼法簡介 8 氧氣頂吹轉爐車間的設備 10 設計概覽 12 第二章 方案分析與確定 13 設計簡介 13 設計題目 13 技術參數及性能 13 設計要求 13 轉爐傾動機械的配置形式 13 比較傾動機械的優(yōu)缺點 15 確

8、定傾動機械布置方案 16 第三章傾動力矩的計算和最佳耳軸位置的確定 17 轉爐爐殼質量及重心位置的計算 17 建立空爐模型 17 爐殼重量重心與轉動慣量的計算 18 轉爐爐襯質量及重心位置的計算 19 建立空爐爐襯模型 19 爐襯重量重心與轉動慣量的計算 20 空爐質量重心位置及其轉動慣量的計算 20 轉爐摩擦力矩的計算 21 轉爐爐液力矩的計算及最佳耳軸位置的確定 21 3.5.1 Solidworks計算原理及建模方法 21 3.5.2 最佳耳軸位置的確定 24 第四章傾動機械的設計計算 27 電動機的選擇與校核 27 電動機的容量計算及型號選擇 27 選定

9、電動機 28 過載校核 28 塌爐過載校核 28 事故過載校核 28 啟動時間校核 29 4.2 制動器選擇與制動時間校核 31 4.3 聯軸器的選擇 34 分配傳動比 34 在計算齒輪之前，首先要分配傳動比。設計減速器時，合理的分配各級傳動比是一個很重要的步驟，因為它將直接影響到減速器的外形尺寸、形狀、潤滑條件和各零件的裝配條件。 34 分配傳動比的一般原則 34 分配傳動比 35 選擇減速器的傳動方案 35 各級傳動齒輪的計算 36 軸設計與校核 38 箱體尺寸計算與選擇 42 傾動機械的潤滑 43 第五章扭力桿裝置的設計 44 平衡抗扭器的基本形式 44

10、 平衡抗扭器的設計 44 最佳間隙的確定 47 第六章技術經濟性分析 48 技術經濟分析概述 48 提高產品實用價值的途徑 48 比較分析 49 綜合分析 50 傾動機械價值優(yōu)化的措施及效果 51 結論 52 致謝 53 參考文獻 54 第一章緒 論 氧氣轉爐煉鋼法簡介 由于制氧技術的發(fā)展，可為工業(yè)提供大量廉價的氧氣，為氧氣煉鋼提供了條件[2]。氧氣轉爐煉鋼方法的特點是，由吹氧管向熔池吹入工業(yè)純氧進行冶煉，根據氧氣吹入轉爐的方式，可分為頂吹、底吹、“頂、底”復合吹、斜吹和側吹等幾種方法。由于這種煉鋼方法具有不用燃料、冶煉周期短、生產率高、冶煉品種多、質量好、

11、生產費用低、建廠快和投資省等優(yōu)點，因而得到迅速發(fā)展，成為近代煉鋼生產的主要手段。 圖1.1是氧氣頂吹轉爐主體結構圖。它由爐體1、支承裝置2和傾動機械3所組成。 氧氣頂吹轉爐煉鋼法是1949年6月由奧地利的Voest-alpine聯合公司試驗成功的，并在1952年和1953年先后在其所屬的林茨（Linz）和多納維茨（Donawitz）兩鋼廠投入生產，當時爐子容量為30t。 氧氣頂吹轉爐煉鋼法是通過雙層水冷吹氧管自爐口處向爐內金屬熔池吹入氧氣進行冶煉。生產實踐證明，這種煉鋼法具有顯著的優(yōu)越性[3]： 1）冶煉時間短，生產率高。 2）投資少、成本低、建設速度快。 但這種煉鋼法具有一定

12、的缺點： 1）冶煉高磷生鐵有一定的困難。 2） 氧氣從上部吹入對熔池的攪拌能力不夠強烈，使鋼、渣不能充分混合。 3）不能大量采用低廉的廢鋼作原料。 4）吹氧設備和除塵系統需要較高的廠房。 1968年聯邦德國馬克西米利安冶金廠（Maximillan Shutte of Sulzbach-Rosenberg）,通過他們對托馬斯轉爐的改造，安裝和運轉了第一座商業(yè)用氧氣底吹轉爐。 氧氣底吹轉爐煉鋼法的新特征是它擁有雙層管狀噴嘴。這種噴嘴可通過氣體或液態(tài)碳氫化合物冷卻作保護。當氣體或碳氫化合物被吹入兩管所形成的間隙時，分解作用使其吸收大量的熱從而對噴嘴進行冷卻。適當的降低溫度可以減少對爐底和

13、噴嘴的化學侵蝕和磨損。 這種煉鋼法的優(yōu)點： 1）投資成本較低，特別適于新建工廠中投產或由平爐進行改造，因為其可以避免在高處安裝氧槍所造成的昂貴成本。 2）吹氧時間短、吹煉平穩(wěn)、噴濺少、煙塵少、金屬收得率高、生產率較高并且節(jié)省設備成本。 一些早期的支持者們甚至聲稱由于這種煉鋼法的應用使得氧氣供過于求。事實上，氧氣底吹轉爐煉鋼法只產生少量的棕色煙塵。幾乎沒有必要采用水煤氣處理設備。缺點是爐底和噴嘴壽命難以解決。 日本新日鐵1978年首先在八幡廠60噸轉爐上試驗成功頂吹和底吹復合吹煉的新技術，稱為“LD-OB法”。LD-OB法是頂吹氧氣轉爐采用在爐底輔助吹入攪拌氣體的方法，使頂吹和底吹煉鋼

14、法可以相互取長補短，提高了熔池攪拌能力，克服了底吹化渣、去磷的困難。 LD-OB法的優(yōu)點： 1）提高金屬收得率，降低氧、鐵合金消耗，降低鋼成本。 2）爐子可控性提高。 3）可生產特低碳的鋼種（1～0.003%C），可是鋼中含氮量仍維持在10ppm左右。 4）提高去磷能力。 5）可以充分發(fā)揮爐氣凈化系統的能力。 氧氣側吹轉爐煉鋼法是我國在側吹空氣轉爐煉鋼法的基礎上研制成功的新的氧氣煉鋼法。它的特定也是采用燃料油作為保護的雙層噴槍代替空氣側吹轉爐的風眼，利用噴槍 向熔池內吹氧煉鋼。 氧氣側吹轉爐煉鋼法的優(yōu)點： 1）氧氣側吹轉爐吹煉過程平穩(wěn)、噴濺少、煙塵少、熱效率高。 2）對

15、原料的適應性強，設備簡單，投資少。 從以上分析可以看出幾種煉鋼方法各有優(yōu)缺點。從目前來看，氧氣頂吹轉爐煉鋼方法仍占主導地位，其中工藝和設備發(fā)展較為成熟。 氧氣頂吹轉爐車間的設備 現代氧氣頂吹轉爐車間設備是以轉爐設備為主體，同時配備供氧、供料、出鋼、出渣、注錠、煙氣處理及修爐等操作系統，而各操作系統之間是通過各種運輸和起重設備聯系起來的。 轉爐主體設備是實現煉鋼工藝操作的主要設備，它由爐體、爐體支撐裝置和爐體傾動機構等組成。 供氧系統由輸氧管道、閥門和向轉爐吹氧的裝置等設備組成。氧氣頂吹轉爐煉鋼時，用氧量大，要求供養(yǎng)及時、氧壓穩(wěn)定，安全可靠。 鐵水是氧氣頂吹轉爐煉鋼的主要原料

16、，煉一噸鋼就需要一噸左右的鐵水。為確保轉爐正常生產，鐵水供應因充足、及時；成分均勻、溫度穩(wěn)定；稱量總確。鐵水供應設備由鐵水貯存、鐵水預處理、運輸及稱量等設備組成。鐵水貯存設備主要有混鐵爐和混鐵車。 轉爐生產對散裝狀料供應設備要求及時運輸、快速加料、稱量準確、運轉可靠、維修方便、能改善勞動條件。整個系統包括將散狀料由地下倉運至高位料倉的上料機械設備和將散狀料自高位料倉加入轉爐內的加料設備。 廢鋼由電磁起重機在原料廠裝入廢鋼料箱，再由機車或起重機械運至轉爐平臺，然后由爐前起重機械或廢鋼加料機加入轉爐。 鐵合金運于鋼水的脫氧和合金化。轉爐側面的平臺設有鐵合金料倉、鐵合金烘烤爐和稱量裝置

17、。出鋼時把鐵合金從料倉或烘烤爐卸出，稱量后運至爐后通過溜槽加入盛鋼筒中。 轉爐下設有電動盛鋼筒和渣車等設備。轉爐鋼水倒入盛鋼筒由盛鋼筒運至注錠車間進行澆注。渣則由渣罐車運至附近渣廠進行處理。鑄錠系統包括（鑄錠起重機、澆注平臺、盛鋼筒修理設備和脫模、整模設備）和連鑄設備。 當轉爐爐襯被侵蝕比較嚴重而無法修補時，就必須停止吹煉，進行拆爐和修爐。修爐機械設備包括補爐機、拆爐機和修爐機等。 由于氧氣頂吹轉爐煉鋼過程中產生大量的棕色高溫的煙氣（含有大量的CO和鐵粉，是一種很好的氣體燃料和化工原料），因此必須對轉爐排出的煙氣進行凈化和回收。煙氣凈化設備包括：活動煙罩、固定煙道、溢流文氏管可、調喉口文

18、氏管、彎頭脫水器和抽風機等。 1.3設計概覽 本文的主要研究內容包括以下幾個方面： ①在計算分析轉爐傾動過程中傾動力矩的基礎上，確定傾動載荷及最佳耳軸位置（采用 SolidWork 3D 爐液模型模擬計算爐液力矩及最佳耳軸位置的確定）； ②進行電動機的選擇與校核，以及一次減速機、二次減速機的設計（包括對相關零件的設計與校核）且研究傳動中傳動比的優(yōu)化分配； ③扭力桿裝置的設計； ④技術經濟性分析。 第二章 方案分析與確定 設計簡介 80噸轉爐全懸掛傾動機械設計 驅動形式為：全懸掛四點嚙合驅動； 轉爐容量：80T；

19、 轉爐連續(xù)回轉：360°； 速度可調，在轉爐回轉任意角度可以停止并定位； 工作狀態(tài)：任意傾動位置起制動 2.2設計要求 傳動裝置緊湊,維護和操作容易,傳動效率高和可靠性高。 (1) 應滿足轉爐工藝操作的要求。例如能使爐體連續(xù)正反轉360°,并能平穩(wěn)而準確地停 止在任意角度的位置上。 (2) 傾動機構安全可靠,不應發(fā)生齒輪及軸、制動器等設備事故,且在某一部分發(fā)生故障 時,也要求傾動機械有能力繼續(xù)工作至一爐冶煉結束。 (3) 傾動機構能適應載荷的變化和轉爐結構的變形。 2.3轉爐傾動機械的配置形式 本次設計的課題是80噸轉爐傾動裝置，由電動機、一次減速機、二次減速

20、機、扭矩緩沖平衡等組成，使轉爐爐體完成兌鐵水、出鋼、加料、修爐等一系列工藝操作，而且關系到產品安全和人生安全等重大問題，對于轉爐傾動裝置的研究是非常必要的。 落地式配置傾動機械的特點是：全部傳動機械均安裝在地基上，通過連軸器或大齒輪與耳軸連接，實現轉爐的傾動。落地式配置中按傳動機械的結構又可分為蝸輪－正齒輪傳動，全正齒傳動，和行星齒輪傳動。落地式傾動機械結構簡單，只要采用適當傳動結構形式，就可以使傾動機械適應托圈下凹引起的耳翹曲變形。但其占地面積比其它配置形式大，抗沖擊及抗扭振疲勞性能差。 半懸掛式配置傾動機械的特點是：將最末一級齒輪副的主動小齒輪裝在該齒輪副的殼體上，與大齒輪一

21、起懸掛在耳軸上。而其它傳動裝置仍安裝在基礎上。初級減速機與末級減速機齒輪副之間，任用萬向聯軸器或齒型聯軸器連接。半懸掛式配置傾動機械從傳動結構又可分為：正齒傳動傾動機械、行星差動齒輪傳動機械、小車式雙扭桿柔性傾動機械。半懸掛式配置傾動機械能適應托圈下凹引起的耳翹曲變形，克服了末級減速機齒輪嚙合的不良影響，但由于初級減速機與懸掛減速機之間使用連軸器連接，使傾動機械占地面積大，布置不夠緊湊。 全懸掛式配置傾動機械（如圖1.1所示）的特點是：從電動機到末級齒輪傳動副全部傳動裝置都懸掛在耳軸上。全懸掛式配置傾動機械根據緩沖止動裝置的結構型式，可分為：帶有彈簧止動裝置的全懸掛式配置傾動機械；帶橡膠塊緩

22、沖止動裝置的全懸掛式配置傾動機械；帶扭力桿緩沖止動裝置的全懸掛式配置傾動機械。全懸掛式配置傾動機械采用多電動機，多初級減速機共同帶動懸掛在耳軸上的大齒輪使轉爐傾動。其優(yōu)點是：有較大的備用能力 ，一個驅動系統發(fā)生故障仍可繼續(xù)進行工作，直到一爐冶煉結束；其次能充分發(fā)揮大齒輪的作用，使各齒輪受力減小，設備的重量和尺寸也減小。全懸掛式配置傾動機械從傳動結構上分為：全正齒輪多點嚙合傳動，直流電動機驅動調速；大、小交流電動機驅動，多點嚙合傳動，行星差動調速；正齒輪－蝸輪雙點嚙合傳動，直流電動機驅動調速。 全懸掛式配置傾動機械綜合了落地式和半落地式的優(yōu)點，克服了二者的缺點，是大型轉爐傾動機械發(fā)展的方向。

23、 四點嚙合全懸掛扭力桿式傾動裝置 2.4比較傾動機械的優(yōu)缺點 最早的氧氣頂吹轉爐于1949 年應用于奧地利林茨鋼廠,傾動裝置采用了液壓傳動作為動力源,隨之電氣機械傳動裝置取代了液壓傳動裝置。 目前,傾動裝置主要有3 種基本形式:落地式,半懸掛式及全懸掛式。隨著現代轉爐向大型化發(fā)展,轉爐傾動裝置已由全懸掛式配置取代落地式配置和半懸掛式配置,并在國內外鋼廠中獲得廣泛應用。其型式的特點如下:屬現在使用最多的配置型式。它將整個傳動裝置全部掛在了耳軸的外伸端上,末級齒輪常采用多點嚙合傳動,使這種配置型式的結構緊湊,重量輕,占地面積小,運轉安全可靠,工作性能好。這種配置型式必須考慮采用性能好的抗

24、扭緩沖裝置。此裝置零部件少, 使用壽命較長, 具有很好的緩沖及減振性能,尤其在轉爐出鋼、對鐵水、扒渣等工藝過程中發(fā)揮緩沖吸振作用。與半懸掛型式相比較, 最突出的優(yōu)點有: ①扭力桿緩沖止動裝置的作用力不會傳遞到耳軸上, 即耳軸上不會有附加水平力; ②扭力桿裝置的基礎與半懸掛型式比較要小。為了防止過載, 避免扭力桿的損壞,在末級減速機機殼的下方,設置有止動支座(即保護擋鐵) 。當傾動力矩超過正常傾動力矩的2. 5 倍時,末級減速機機殼底部與止動支座接觸,扭力桿不再承受更大的扭矩。全懸掛式配置常用于大型轉爐中,但現在也較多地應用于中型轉爐中。 通過以上的介紹我們知道，落地式是最早采用的一種布置形式

25、，主要用于容量不大的轉爐上，缺點是末級大齒輪在托圈耳軸上，托圈變形引起耳軸軸線發(fā)生較大偏斜時，末級齒輪的正常嚙合關系被破壞，產生載荷的集中分布，加速了齒輪的磨損。在此基礎上發(fā)展起來了半懸掛式配置傾動機械，其缺點是懸掛減速其與主減速器之間需要用一個龐大的萬向聯軸器進行連接，占地面積較大。而全懸掛式配置傾動機械從電動機到末級齒輪傳動副全部傳動裝置都懸掛在耳軸上，采用多點嚙合柔性支承傳動，即使托圈發(fā)生變形也不會影響齒輪副的正常嚙合，同時也不需要通過笨重的萬向聯軸器實現懸掛減速其與主減速器之間的連接，有較大的備用能力, 能充分發(fā)揮大齒輪的作用，使各齒輪受力減小，設備的重量和尺寸也減小，傳動平穩(wěn)。 2

26、.5確定傾動機械布置方案 本次設計的80噸轉爐采用全正齒輪多點嚙合傳動，直流電動機驅動調速，四臺固定在二次減速機箱體的一次減速機，帶扭力桿緩沖止動裝置的全懸掛式配置傾動機械。 第三章傾動力矩的計算和最佳耳軸位置的確定 轉爐傾動力矩的計算，是由轉爐爐體重量及其重心的計算和力矩計算兩部分組成。其計算內容包括： （1）空爐重量及其中心的計算 其中包括：爐殼重量及其重心的計算；新爐爐襯及其重心的計算。 （2）爐內液體（鐵水、爐渣）中心的計算 （3）預選耳軸和力矩的計算 （4）確定最佳耳軸位置和力矩的計算 （5）根據生產工藝要求進行的特殊計算 3.1轉爐爐殼質量及重心位置的計算

27、3.1.1建立空爐模型 轉爐爐型可分為：筒球型、錐球型、截錐型。筒球型是由圓柱體和球缺體組成的，特點是結構簡單、爐殼制造容易、爐襯砌筑方便。錐球型是由球缺體和截頭圓錐體組成的，特點是適合鋼水的流動、有利于保護爐底、有利于物理化學反應的進行。截錐型是截頭圓柱體，特點是結構簡單、熔池為平底、易于砌筑。本次設計中選用筒球型來建立模型。 根據羅振才主編《煉鋼機械》表2-1,表2-2 綜合確定模型厚度 =50mm 材料14MnNb低合金高強度結構鋼。 以下參數的選擇均參考自《80噸轉爐設備使用規(guī)程》和《氧氣頂吹轉爐煉鋼設備》。 空爐爐殼模型草圖尺寸 3.1.2爐殼重量重心

28、與轉動慣量的計算 本次爐殼、爐襯的重量、重心及轉動慣量的計算方法是利用Solidwork的查詢功能，對實體模型進行計算，免去大量計算，節(jié)約設計時間，且較為準確。 圖3.2 空爐爐殼模型 根據設計已知參數計算，密度Kg/。 根據上述思想，通過軟件建模，求的爐殼重量、重心及轉動慣量為： =（0，3.20768，0） （米） =6758.99 (千克*平方米) 3.2轉爐爐襯質量及重心位置的計

29、算 3.2.1建立空爐爐襯模型 參考譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》表4-21，爐帽540mm；爐身永久層100mm，工作層580mm，填充層60mm；爐底永久層350mm，工作層550mm，填充層50mm； 建立空爐爐襯模型及尺寸（如下圖3.3 圖3.4所示） 圖3.3空爐爐襯模型尺寸 圖3.4 空爐爐襯模型 3.2.2爐襯重量重心與轉動慣量的計算 根據 鐘欣 詹忘勇《CAD在計算轉爐傾動力矩過程中的應用》取爐襯平均密度 = 3．0 t／ 由SolidWork質量屬性查詢得出爐襯轉重量、重心及動慣量： =（0，3

30、.10647，0） （米） =23236(千克*平方米) 3.3空爐質量重心位置及其轉動慣量的計算 圖 3.5 爐殼爐襯合成空爐模型 3.4轉爐摩擦力矩的計算 耳軸摩擦力矩計算公式： 式（3.9） 式中： ——空爐重量（KN） ——爐液重量（KN） ——托圈及附件重量（KN） ——懸掛減速器的重量（KN） ——摩擦系數（滾動軸承取2～0.05） ——d=()/2 根據煉鋼設備中表2-3，取耳軸直徑為850，查機械設計手冊第四卷，表28-2

31、-15，取軸承外徑1120。取 其中 ×9.8=2938KN =(+)=101× × 3.5轉爐爐液力矩的計算及最佳耳軸位置的確定 .1 Solidworks計算原理及建模方法 SolidWorks中可以對三維模型進行較準確的查詢，如質量、重心、轉動慣量等，而且可以設置其密度，彈性模量等一系列參數，這對參數化設計、模擬仿真提供了條件，我們可以利用這些特性，進行比較準確的模擬，省去了大量的近似計算和人為誤差，錯誤，且提高了設計效率，縮短設計周期，為設計人員提供了方便。 在SolidWorks中直接用它所提供的前視面，上視面，右視面來建

32、立草圖模型雖然可以求出一些數據，但是不能很好的模擬轉爐在整個傾動過程中，尤其是爐液的重心、重量等的變化，且在提取數據時，比較繁瑣，不宜編程，結合數據庫進行比較分析。 為了解決以上難題，改用在基準面上繪制草圖，調節(jié)基準面角度，可重新在某個角度建模，且調節(jié)液面高度，可以對模型進行拉伸切除，所以只有兩個參數，就可以求得轉爐的傾動力矩。由于時間較緊，為能建立轉爐爐體詳細結構和其支撐傾動裝置的模型，也希望SolidWorks有更強大的功能，可以模擬整個過程，包括電機調速，到各種環(huán)境參數設定及各個零部件有限元分析。 綜上，建立兩個面，一個是傾動角度控制面，一個是爐液高度平面控制面，一個耳軸線（基準軸）

33、，這樣，隨著角度的變化，模型沿著基準軸轉動，得到任意位置的傾動力矩,如下圖為63deg 時爐液狀態(tài)模型 圖 3.6 63deg 時爐液狀態(tài)模型 圖3.8 爐液力矩曲線 92deg 波谷 圖 3.9 合成力矩曲線 .2 最佳耳軸位置的確定 當轉爐的空爐和鐵水重心及預選耳軸下的力矩計算完之后，即可以確定最佳耳軸位置。 由傾動力矩計算公式可知，轉爐傾動力矩值與爐型

34、、爐體重量、鐵水重量、傾動角度和耳軸位置有關。 實踐指出，耳軸位置越高，傾動力矩越大，傳動設備尺寸加大，電動機容量增加，很不經濟。如果耳軸位置太低，一旦傾動機械發(fā)生事故時，可能發(fā)生“翻爐倒鋼”事故。所以，合理選擇耳軸位置是十分重要的。 一、 確定最佳耳軸位置的兩種原則和條件式 這種原則是以最大安全可靠為出發(fā)點，要求爐子在任意傾動位置上，一旦出現無法控制的事故（如斷軸、斷齒、軸承損壞、電氣事故等），爐子不但不會自行傾翻，相反還要借助去克服把爐子轉回到原來吹煉位置（直立位置）。為此爐子在傾動過程中不允許出現負值即使在最小處（波谷處），也應大于。用這種原則確定的傾動力矩必定是全正力矩，故亦

35、稱全正力矩原則，全正力矩條件式為： 2. 經濟原則 這種原則的出發(fā)點是傾動力矩具有最小值，從而可使傾動機械尺寸和重量都是最小，因此，這種原則稱為經濟原則。根據這個出發(fā)點，應滿足以下條件，即轉爐在一個路徑過程中可能出現的波峰力矩最大值和波谷力矩最小值，分別處于正力矩區(qū)和負力矩區(qū)，并且其絕對值相等，這時的傾動力矩絕對值為最小，這種力矩也稱為正負力矩等值。 在一個爐役中波峰力矩最大值可能是新爐也可能是老爐，應由具體分析確定，但爐口一定是無結渣，放爐運轉時會出現；波谷力矩最小值一般在爐役后期，爐口有大量結渣時，抬爐運轉時會出現，此原則的條件為：

36、 并且 即 目前國內外大部分國家為了節(jié)省投資，取消備用設備，一般采用全正力矩作為設計轉爐傾動力矩曲線的依據。 因此，本次設計也將采用全正力矩（安全原則）來確定最佳耳軸位置。 二、 按全正力矩確定最佳耳軸位置 最佳耳軸位置的計算公式： 式中—傾動力矩為波谷時相應爐子傾動角度 、—傾動力矩為波谷時相應爐液重心坐標 H—預選耳軸位置 最佳耳軸位置： 即最佳耳軸位置的坐標為（0、） 第四章傾動機械的設計計算 4.1電動機的選擇與校核 4.1.1電動機的容量計算及型號選擇

37、 根據譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》公式3-15 轉爐電動機所需功率： 式（4.1） 式中： N—電動機需要的功率，千瓦； —轉爐計算最大傾動力矩，千?！っ?； n—轉爐轉速，轉/分； —正常運轉時，運轉電動機的個數 ; —電壓降引起的力矩誤差，取1.1～1.3，常取1.2； —電動機不同步造成的誤差，一般取1.1，如單電動機工作，則=1； —傾動機械的總效率，初步計算時，對于齒輪傳動5～0.95；對于某一級傳動采用蝸輪蝸桿時，則=0.6～0.8；精確計算時： =

38、 式中—齒輪傳動效率，有n對齒輪即為n次方。 當傳動是減速機時，可以直接取減速機效率； —耳軸軸承傳動效率； —當有萬向聯軸器或圓弧、齒形聯軸器時，取聯軸器的機械效率； —其它傳動元件的機械效率； 根據本設計的結構及布置形式，采用四臺電動機，正常運轉時，四臺電動機同時工作。 取=4，1.1=1.32 4.1.2選定電動機 選取冶金起重用直流電動機，根據電動機的工作制度和輸出最大功率，初選電動機為 ZZJ-812 額定功率為45KW，額定轉速為565r/min,轉動慣量為23kg·， 勵磁方式：他勵，重量為1700kg。

39、4.1.3過載校核 4.1. 塌爐力矩按3倍于最大計算力矩考慮，即要求電動機的最大過載力矩大于最大傾動力矩的三倍。 根據： 式（4.2） 將過載系數=2.8，N=67KW，K=1.2， =0.875，n=0.7rad/min代入上式得： 故滿足塌爐校核要求。 4.1. 當一臺電動機出事故時，另一臺電動機要繼續(xù)工作直到本爐冶煉結束。假設電動機在轉爐1 r/min下的過載工作，此時過載系數 根據： 式（4.3） 則

40、故一臺電動機事故時，只要轉爐轉速低于1 r/min，過載運轉就能滿足要求。 4.1. 按《氧氣轉爐煉鋼設備》一書上公式3-22。計算 式中：N—電動機達穩(wěn)定運轉后的轉速；r/min M—折合到電機軸上的轉爐最大力矩 —傾動機械總速比 —傾動機械總效率 —轉爐最大計算傾動力矩 K—安全系數 —電動機啟動力矩 —轉爐及其傾動機械折合到電動機軸上的飛輪力矩總和 =303 為方便，以下按《氧氣轉爐煉鋼設備》中的老單位

41、計算，換算關系： 1 由式（3-25）知： 求得總飛輪力矩，需求出各級傳動零件的飛輪力矩。 其求解如下： 1）電動機飛輪力矩：=23 2）HLL12聯軸器：=328 3）一次減速機飛輪力矩： 4）懸掛減速小齒輪軸飛輪力矩： 幾何尺寸： （5）懸掛減速器大齒輪飛輪力矩 幾何尺寸 齒寬B=550 m=20 z=127 取A=467 則 將上述計算的飛輪力矩折合到電機軸上，由于轉爐爐體（包括鋼水、爐襯、爐殼）和托圈的飛輪力矩，不易求的，根據國內120t轉爐實際測定及計算，得出如下結論：

42、 啟動時間在2～5秒之間 s滿足要求。 4.2 制動器選擇與制動時間校核 轉爐傾動機械制動器在電動機出軸或減速機高速軸上。在選擇制動器時，既要考慮到制動器要有足夠的制動力矩，保證轉爐安全準確定位，不致因制動器失靈造成工藝要求事故；又要考慮到制動時間不宜太短，否則會造成傾動機械承受過大的動負荷引起扭曲疲勞。 4.2.1 制動器型號選擇 根據[1]式（3-27）： 當一個制動器失靈時，其余制動器能保證可靠工作。故 式中k—制動安全系數。保證制動器靜止狀態(tài)下能安全制動，以防止轉爐自動傾動。其 最小值，按下面要求選取。

43、 1.5； 1.25； —制動器正常工作時的個數 —幾個制動器不同步，造成制動力矩減小， 需增加的安全系數： 當=1時，=1；當時，。 []—制動器額定制動力矩，公斤力米。 —轉爐傾動力矩反作用產生的靜力矩，按下式計算： —由轉爐及傾動機械慣性力矩在制動器軸上產生的動力矩，公斤力*米 —2秒，大型轉爐取25秒； n—電動機轉速，轉/分；

44、 取 因傳動系統設置四個制動器同時工作，故取， 根據公式得： 選取YWZ5-630/201制動器。制動輪直徑，制動力矩4500Nm，推動器型號Ed201/6，電動機功率450W，最大工作頻率2000.，提升功1200Nm。=450公斤力米，故滿足需要。 當一個制動器失靈，另三個制動器工作時，根據公式： 譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》東北重型機械學院，（3-27）要求： 故能滿足要求。 最短制動時間是發(fā)生在轉爐旋轉方向與傾動力矩方向

45、不一致時，即當 時，此時制動時間為： 5秒之間，大轉爐取大值。 制動時間太短，應延長以減少動負荷及扭振疲勞。由于機械方法延長制動時間較困難，只能先再生制動，將轉爐轉速降低后再制動。 4.3 聯軸器的選擇 轉矩 選取軸徑 軸的材料45鋼 按轉矩由手冊查用TL9型彈性套柱銷聯軸器，其半聯軸器工的孔徑，半聯軸器長。故與聯軸器相聯接的軸徑取55mm，滿足。 4.4分配傳動比 在計算齒輪之前，首先要分配傳動比。設計減速器時

46、，合理的分配各級傳動比是一個很重要的步驟，因為它將直接影響到減速器的外形尺寸、形狀、潤滑條件和各零件的裝配條件。 4.4.1分配傳動比的一般原則 分配傳動比一般應遵循以下原則： 1.盡可能使各級傳動的承載能力相等，即強度一致。因為減速器在運轉時，無論是并聯傳動或是串聯傳動，只要其中有承載能力最差的一級失效，整個減速機就會失去正常工作的能力。因此，減速器的各級傳動的強度相差不能太大，這一原則成為等強度原則。 2.各級傳動大齒輪浸入油池的深度大致相等。如果齒輪浸入油池的深度適當，所有齒輪將有良好的潤滑。如果油面過低，只有低速極大齒輪進入油內，而高速及齒輪浸不到油內，造成潤滑不良，就必須提高

47、油面，但如果油面過高不但增加減速器的運油量，而且還增加了低速極大齒輪攪油的功率損失。 3.要使減速器外形尺寸小，重量最輕，符合主機的要求。僅靠正全分配各級傳動比已完全達到上述各項要求，一般是不易辦到的。除了正確分配傳動比外，還應適當的選擇各級齒輪的參數，才能使上述各項要求得到基本的滿足。 4.4.2分配傳動比 轉爐最低轉速0.1r/min，所選電動機的額定功率為45KW, 額定轉速為565r/min，則電動機到轉爐的整個傳動比，參考《機械設計手冊》中冊第二版表8-390，單級斜齒輪的傳動比i8～10,三級展開式減速器傳動比i=40～400，懸掛齒輪副可根據制造條件和可能，傳動比略大取7-

48、9較為合理，一次減速機傳動比=74。參考《機械設計手冊》中冊第二版表3-8-34中選a=1450的ZSH型標準減速器，由表3-8-20中查得=300，=450，=700 4.5選擇減速器的傳動方案 齒輪減速器根據齒輪形狀的不同，可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、圓錐——圓柱齒輪減速器。根據傳動基數的不同，可分為單極、兩極和多極減速器。根據傳動軸布置形式的不同，可分為展開式、分流式和同軸式減速機。 轉爐傾動裝置是轉爐煉鋼最主要的機械設備，其作業(yè)負荷的突出特點是：低速、重載、正反轉、頻繁啟制動、強烈沖擊，如何提高設備的可靠性，一直是業(yè)界孜孜不倦研究的重要課題。 在選擇減速器的傳動方案時

49、，要求達到既能滿足主機的工作要求，又要結構緊湊，重量輕，工藝性好、成本低，裝配檢修方便。按照傳動比的要求，決定采用分流式三級斜齒圓柱齒輪減速器，減速器的總傳動比為74，=5.1 =4.6 =3.4 =7 4.6各級傳動齒輪的計算 4.6.1高速軸斜齒圓柱齒輪的基本參數的確定 材料，精度等級及齒數 考慮到減速器功率較大，由《機械設計》表10-1，選大、小齒輪材料均為40Cr，調質處理后表面淬火，齒芯硬度241～286，齒面硬度48-55HRC,初選7級精度（GB10095-88），初選小齒輪齒數=18，=，取=91，初選螺旋角β=14°。 2.按齒輪彎曲強度計算 1）確定

50、許用彎曲應力 由圖10-20c查得=500Mpa， =380Mpa 由圖10-18取 pa pa 由圖10-26查得=0.745，=0.845，則=+ 查圖10-28知 取=2，=1.4。 假設壽命為50年 齒輪循環(huán)齒數 N1=60nat=60×565×1×24×300×50=1.2204× N2=N1/5.1=0.23929 × 取壽命系數=1 則 2）計算小齒輪傳遞的轉矩 ==N·m 3）選取載荷系數 K 因為是斜齒輪傳動，加工精度取7級，故。 4）初步選定齒輪參數 =18，=，取=91，β=14°， ，U=5.1

51、 5）確定齒形系數，應力校正系數 當量齒數： 由表10-5查得 =、= =、= 比較/ 大齒輪數值大 將上述參數代入，得 = 取標準模數=6mm。則中心距 mm 為了便于箱體孔加工和校驗，取a=340mm =13.92 6）計算幾何尺寸 mm mm mm 取

52、=104mm 度校核 齒輪均取 齒面許用接觸應力按（5-27）計算，因為較重要的傳動，取最小安全系數， 由圖10-30選取區(qū)域系數 由圖10-26查得=0.745，=0.845，則=+ 帶入參數得= 5MPa 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數= 0.88 =880Mpa =910MPa 許用接觸應力==895Mpa 因為，故接觸疲勞強度足夠。 依次類推，求出各級齒輪參數如下

53、 4.7軸設計與校核 軸的設計在減速器設計中是很重要的一步，下面以一次減速機中第二根軸為例進行，其他軸與此相同，不再贅述。 輸入軸及第二根軸上各齒輪參數如下表： 級別 高速級 18 91 6 14 低速級 18 83 9 12 表4.2 中速軸齒輪參數 4.7.1求軸上功率，轉速和轉矩 取每級齒輪傳動功率（含軸承）=0.97 所以 = 4

54、.7.2作用在齒輪上力 知高速級小齒輪的分度圓直徑 圓周力 徑向力 軸向力 知低速級大齒輪的分度圓直徑 其方向如下圖所示： 圖4.1 斜齒輪受力分析圖 4.7.3初步確定最小徑 根據《機械設計》課本表15-3 選取材料為合金鋼，調質處理，=98 =99.89mm 圓整后 d=100.00mm 為安裝軸承的最小徑，選7320c d= 100mm D=215mm，B=47mm 4.7.4軸上載荷 圖4.2 載荷分析圖 在xoy面內

55、 在xoz面內 Xoy面彎矩圖如（b） xoz面彎矩圖如（c） 合成彎矩圖（d） 4.7.5 按彎扭合成應力校核軸的強度 N·m []=70MPa MPa<[]=70MPa 該軸安全 4.8箱體尺寸計算與選擇 4.8.1內腔寬度 式（4.18） 式中：——最低數齒輪與次低速級齒輪齒輪的齒寬之和； ——齒輪端面到內腔側面的間隙，取20mm； ——兩齒輪端面間的距離，通常取3～

56、5mm； =405+40+5=450mm 4.8.2箱座壁厚 式中：A——低速級齒輪的中心距； ——壁厚增量，三級傳動減速器的=6。 ×567+6=mm 取為：30mm。 4.9傾動機械的潤滑 采用H：-40 ， H：-50號潤滑油 4.9.1一次減速機的潤滑 4.9.嚙合處的潤滑 采用油池潤滑，也可采用循環(huán)潤滑，本次設計采用油池潤滑，油池注油量應符合以下規(guī)定，中間大齒輪浸油1、2個齒輪高，對于油池潤滑，在必要時可在油池內裝置蛇形冷卻水管，以降低油池溫度。在一次減速機裝有兩個油標，上油標可測約裝入有的最大值，下油標測量裝入油量的最小值。 4.9. 當

57、齒輪嚙合處采用油池潤滑時，軸承飛濺潤滑一般可靠；特殊情況下，軸承發(fā)熱，可以將擋油環(huán)去掉，或設法采用循環(huán)潤滑。 4.9.2二次減速機的潤滑 二次減速機采用強制潤滑，設噴油管和出油管，用減速器箱體下部作為油箱，通過油管直接噴到嚙合點上，在減速機外部設一稀油站，油管中進油管管徑比回油管管徑略小一些。 第五章扭力桿裝置的設計 5.1平衡抗扭器的基本形式 由于傾動機械處于復雜的工作狀態(tài)下，在進行操作時，傾動機械產生強烈得扭轉振動——簡稱扭振。扭振引起的零部件最大應力可超過傾動力矩的幾倍，會造成零件的突發(fā)性損壞。為此應盡可能降低扭振載荷，把它控制在最低范圍之內，參考國內外現狀，本設計采用PG

58、C抗扭系統。另外，在懸掛傾動機械中，懸掛在耳軸上的箱體作用翻轉力矩，為防止懸掛部分繞耳軸旋轉，因此設置了抗扭器。按受力狀態(tài)區(qū)分，抗扭器可分為單力平衡式和力偶平衡式兩種。本設計采用力偶平衡式。 5.2平衡抗扭器的設計 平衡懸掛減速箱殼旋轉力矩和緩沖傳動系統沖擊的扭力桿裝置的主要參數，應保證扭力桿具有足夠的緩沖性能和強度。 扭力桿裝置的主要參數可由扭力變形能公式和強度條件來確定。 扭力桿變形能公式： 式中 垂直桿之間的距離，即扭力桿的有效長度； r—曲柄半徑； d—扭力桿直徑； Cn—扭力桿抗扭剛度系數， G

59、—材料剪切彈性模數。 扭力桿強度公式： 式中M—由譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》東北重型機械學院，式（3—32）或式（3—33）確定，在考慮傳動間隙時，應加上沖擊動力矩； Wp—抗扭斷面系數； —扭力桿材料的抗扭許用應力。 分析上式可知，減小扭力桿長度可以增大扭力桿變形能容量；但隨著的減小, 連桿傳遞的力M/增大，這不僅影響扭力桿的強度，還影響到兩垂直桿（連桿）和曲柄的強度，故不宜太小，通常取約等于大齒輪的直徑。故，是個確定的參數。 增大r，減小d對扭力桿V的影響十分顯著。但在確保強度的前提下，增大r就必須增大d，減小d就必須相應

60、的減小r。絕不允許只增大r而保持d不變，或者只減小d而保持r不變。 在滿足強度條件下，增大曲柄半徑對增大扭力桿變螚能力是有利的。但是，r的增加，一方面受設備占有空間面積的限制；另一方面，r太大將引起啟動制動時懸掛減速箱殼發(fā)生過大的扭擺。 最后應指出，扭力桿是一個柔性緩沖元件，在材料選擇和熱處理上，應以提高 彈性極限為目的。 （一）扭力桿參數的確定 式中r—扭力桿曲柄半徑，取r=480mm P—垂直桿作用力 Mer—耳軸力矩 —兩垂直桿中心線距離，不能太小，否則連桿傳遞的力M/增大，影響扭力

61、桿連桿及曲柄的強度，在此去=3700mm。 扭力桿切應力 式中Wn—抗扭桿抗扭斷面系數 扭轉桿滿足強度要求的條件為： —扭力桿許用應力 扭力桿材料選用40CrNiMn；由《互換性與測量技術基礎》表5-7可知， S=3.5-5.0，取S=5.0，則 綜上得： =249.62mm 取d=250mm （二） 扭力桿柔性系數 由譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》東北重型機械學院式（3-60）

62、知： 式中：—扭力桿承受扭轉段長度； G—桿的剪切彈性模量 查取公斤力/ —桿的扭轉慣性矩 扭力桿的柔性系數，是一個表示扭力桿在工作狀態(tài)下緩和沖擊能力的參數。柔性系數大，標志扭力桿扭轉變形能力大，緩沖性能好，但剛性小。 5.3最佳間隙的確定 止動裝置與箱體底部的間隙選擇合適與否直接關系到傾動機械抗扭緩沖裝置，如實際間隙過小，當傾動力矩是正常值三倍時，間隙過早消除，勢必造成傾動機械零部件之間的沖擊載荷過大，從而容易損壞傳動零部件和電器控制系統過載跳閘，影響轉爐生產，如果間隙

63、過大，將會出現扭力桿過載扭斷或扭轉塑性變形。 經閱讀大量資料中關于最佳間隙的探討，確定扭力桿止動支座 與減速箱體底部的最佳間隙為。 第六章技術經濟性分析 6.1技術經濟分析概述 本次設計的80t轉爐全懸掛傾動裝置，是一個能適應托圈變形的全懸掛傾動裝置。整個傾動裝置由傳動裝置和抗扭緩沖裝置兩部分組成。傳動裝置懸掛在轉爐耳軸上，抗扭緩沖裝置安裝在地基上。為了防止過載，引起扭力桿的損壞，在二次減速機殼的下方，設置有止動支座（保護擋鐵）。當傾動力矩超過正常傾動力矩三倍時，二次減速機殼底部與止動支座接觸，扭力桿不再承受更大的扭矩。 傳動裝置由電動機、聯軸器、止動器、一次減速器、二次減速器主

64、要零部件組成。 6.2提高產品實用價值的途徑 價值是產品功能與成本的綜合反應。用數學式來表示就可以寫成： 式中：V是產品的實用價值； F是產品具有的功能； C是取得該功能耗費的成本。 為了提高產品的實用價值，可采用或增加產品的功能，或降低產品的成本或即增加產品功能又降低成本及多種多樣模型?？傊?，提高產品實用價值就是低成本實現產品的功能，而產品的設計問題就成為用最低成本向用戶提供必要功能的問題了。 提高產品的價值可以從以下三個方面著手： 一 功能分析：從用戶需要出發(fā)，保證產品的必要功能，去除多余功能，調整過剩功能，必要

65、時增加功能。 二 性能分析：研究一定功能下提高產品性能的措施； 三 成本分析：分析成本的構成，從各方面探求降低成本的途徑。 本次設計的80t轉爐全懸掛機械，提高其價值的主要途徑是降低其成本。而本產品基本上由傳動部分和抗扭緩沖部分兩大部分組成，而傳動部分中的減速器成本占總成本的很大比例，因而此處價值優(yōu)化主要考慮降低減速器的成本。 6.4比較分析 評價經濟效果的基本過程：（1）選擇對比方案；（2）確定對比方案的指標體系；（3）將被比較方案的使用價值等同化；（4）分析比較指標；（5）綜合分析評價。 （1）選擇對比方案 方案1：落地式傾動機械傳動系統 方案2：半懸掛傾動機械傳

66、動系統 方案3：全懸掛傾動機械傳動系統 （2）確定對比方案的指標體系 基建投資，維修費用，運行可靠度，維修周期，壽命，結構工藝性。 （3）將被比較方案的使用價值等同化 方案1的單位產量投資額和經營費用： 式（6.2） 式（6.3） 方案2的單位產量投資額和經營費用： 方案3的單位產量投資額和經營費用： 式中： 、、—1、2方案的產量； 、、—1、2方案的總投資額； 、、—1、2方案的總經營額； 、、—1、2方案的單位產量投資額； 、、—1、2方案的單位產量經營費用。 （4）分析比較指標 方案1 方案2 方案3 基建投資 最多 較多 較少 維修費用 最多 較多 較少 運行可靠度 一般 較好 最好 維修周期 較長 較長 較短 壽命 較短 較長 較長 結構工藝性 較差 較好 較