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摘 要
鋼包回轉臺是現(xiàn)代煉鋼連鑄生產(chǎn)中的主要設備之一，其作用是支撐和運載鋼包進行澆鑄，為實現(xiàn)多爐連澆創(chuàng)造了條件。
鋼包回轉臺是連續(xù)鑄鋼設備中負荷最大、體積最大的焊接件。它的主要組成部分是回轉臂、推力軸承及塔座三部分。為了安全運轉，要求他的各個零部件有足夠的強度和剛度。
本設計說明書是以江蘇省鑌鑫特鋼材料有限公司煉鋼廠的連鑄車間方坯連鑄機的鋼包回轉臺為借鑒，以蝶式鋼包回轉臺為形式進行的設計。主要內容包括：鋼包回轉臺傳動方案的設計，回轉臺的結構尺寸的確定，主要零件的選擇、計算與校核；電動機、減速器的選擇與計算，以及鋼包升降裝置、稱量裝置、加蓋裝置的設計，此外，還介紹了部分主要零件具體的安裝、維修、潤滑、操作方法。
關鍵詞：連鑄；蝶式鋼包回轉臺；傳動方案；回轉臺結構尺寸。
Abstract
The ladle turret is one of the main casting equipments.Principal affect is supporting ladle
and carrying to operation. For continue us casting invent a condition that working with many ladles.
The ladle turret is the most load and volume jointing part in the casting equipments. It's making up of revolving arm,thrust-axletree,foundation. For the safety, needing every parts have enough intensity and rigidity.
To take a basis of the dishing ladle helicoid dado for the square-circle castings BinXin Steel Iron Works. This direction is involved in many respects including drive scheme device ,Construvtion and size of helicoid dado, main pare parts calibration, motor, reduction gear, aircylinder, and ladle lifting device, locking device, weighing device, cove lifting device, elicit introduced about the concert install, lubrication and operation.
Key words: casting equipment,dishing ladle helicoid dado, drive scheme, helicoid dado configurable.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 國內外連鑄機術的發(fā)展及我國與世界連鑄技術的差距 1
1.2 連鑄機的主要設備及分類 3
1.3 連鑄機鋼包旋轉 7
1.3.1 鋼包旋轉臺的形式 7
1.3.2 鋼包旋轉臺的主要結構特點 8
1.3.3 各類連鑄機鋼包回轉臺的特點 9
1.4 鋼包回轉臺的組成 11
1.5 鋼包回轉臺的工作特點 12
2 初步確定方案 13
2.1 已知條件 13
2.1.1 設計題目 13
2.1.2 技術參數(shù)及性能 13
2.2 方案的總體布置形式 13
2.3 回轉臺具體部件設計方案的確定 13
2.3.1 鋼包旋轉驅動方式 13
2.3.2 鎖緊方式 14
2.3.3 鋼包蓋的升降裝置 15
2.3.4 長水口機械手動作方式 15
2.3.5 鋼包升降驅動方案 15
3 電機的計算與選擇 17
3.1鋼包回轉功率的計算 17
3.1.1 基本數(shù)據(jù)的計算 17
3.1.2 情況Ⅰ的回轉功率計算 18
3.1.3 情況Ⅱ的回轉功率計算 19
3.1.4 情況Ⅲ的回轉功率計算 20
3.2 電動機和電氣馬達的選擇 21
3.2.1 電動機的選擇： 21
3.2.2馬達的選擇 22
3.3 減速器的設計 22
3.3.1 確定減速器的結構 22
3.3.2 傳動比的計算和分配，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 23
3.3.3 齒輪的設計 24
3.3.4 軸的設計 30
3.3.5 減速器箱體的結構尺寸 39
4 回轉臺主要構件分析 40
4.1 對回轉臂進行分析 40
4.2 滾柱回轉支承 40
4.2.1 徑向滾柱的分析 40
4.2.2 軸向滾柱的分析 42
4.3 地腳螺栓設計與計算 43
4.3.1 選擇材料 43
4.3.2 確定螺栓的基本數(shù)據(jù) 43
5 銷齒傳動的設計與計算 45
5.1 銷輪軸轉矩 45
5.2 選材及許用應力的確定 45
5.2.1 材料的選擇 45
5.3 銷齒直徑確定 46
5.4 校核齒輪彎曲強度 47
5.5 確定尺寸 47
6 鋼包旋轉臺的加蓋裝置的設計 48
7 稱量傳感器的形式選擇與容量計算 49
8 地腳螺栓的設計與計算 50
8.1 選材及尺寸確定 50
8.2 螺栓工作負荷的確定 50
9 鋼包回轉臺設備安裝、使用和維護 52
9.1 一些設備的安裝 52
9.1.1 滾柱旋轉軸承的使用方法以及安裝 52
9.1.2 提升缸的安裝與拆卸 52
9.2 鋼包回轉臺的使用和維護 52
總 結 54
參考文獻 55
外文資料 56
中文翻譯 61
致 謝 65
IV
1 緒論
1.1 國內外連鑄機術的發(fā)展及我國與世界連鑄技術的差距
把高溫鋼水連續(xù)不斷地澆鑄成具有一定斷面形狀和一定尺寸規(guī)格鑄坯的生產(chǎn)工藝過程叫做連續(xù)鑄鋼。完成這一過程所需的設備叫連鑄成套設備。澆鋼設備、連鑄機本體設備、切割區(qū)域設備、引錠桿收集及輸送設備的機電液一體化構成了連續(xù)鑄鋼核心部位設備，習慣上稱為連鑄機。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。而在二十世紀五十年代在歐美國家出現(xiàn)的連鑄技術是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。自從20世紀50年代，連續(xù)鑄鋼技術進入工業(yè)性應用階段后，不同類型、不同規(guī)格的連鑄機及其成套設備應運而生。20世紀70年代以后，連鑄技術發(fā)展迅猛，特別是板、方坯連鑄機的發(fā)展對加速連鑄技術替代傳統(tǒng)的模鑄技術起到了決定性作用。
連鑄坯的噸數(shù)與總鑄坯(錠)的噸數(shù)之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平的重要標志之一，也是連鑄設備、工藝、管理以及和連鑄有關的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)展水平的綜合體現(xiàn)。1970年至1980年，世界平均連鑄比從4.4％發(fā)展到28.4％，中國的連鑄比從2.1％發(fā)展到6.2％；至1990年，世界和中國的連鑄比分別發(fā)展到62.8％和22.4％；到2001年，又分別發(fā)展到87.6％和92.0％。2003年，中國連鑄比達到95.3％左右，估計世界平均連鑄比2003年接近90％。從統(tǒng)計數(shù)字可以看出，中國的連鑄技術在近10多年內得到了迅速發(fā)展。
世界上有許多連鑄技術實力較強的公司，如西馬克·德馬格、奧鋼聯(lián)、日本JSP公司、達涅利(包括戴維)公司等。以板坯連鑄機為例，西馬克·德馬格公司從1962年至2001年新設計和改造板坯連鑄機共約370臺；奧鋼聯(lián)從1959年至2000年新建和改造板坯連鑄機共約181臺；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯連鑄機共約150臺；達涅利的戴維公司也設計了10多臺連鑄機。2001年末，世界上共有各類投產(chǎn)的板坯連鑄機約550臺800流(有一些是重復改造的，按估計值未計入)。截止到2002年底，中國共有551臺(1749流)連鑄機，其中板、方坯連鑄機分別為101臺(130流)、429臺(1564流)，圓坯、異形坯連鑄機分別為20臺(52流)、1臺(3流)。這些統(tǒng)計中，絕大部分連鑄機是立足于中國國內設計制造的。
我國加入WTO后，人才、知識、科技與經(jīng)濟的全球化趨勢越來越清晰地展現(xiàn)出來。由于歷史及其他各方面原因，國外先進技術和管理方式顯然具有競爭優(yōu)勢。近幾年，我國經(jīng)濟發(fā)展較快，冶金企業(yè)投放的技改資金比較大，新上項目很多，連續(xù)鑄鋼項目也較多，但連鑄機設備和技術大部分還是靠引進。我國薄板坯連鑄連軋已經(jīng)引進了將近10條生產(chǎn)線；從2000年開始，我國先后全部引進或引進核心部位設備與技術的常規(guī)板坯連鑄機共有24臺27流，還有繼續(xù)引進的趨勢；中薄板坯連鑄機、異型坯連鑄機全部引進；大方坯連鑄機也有引進的傾向。其原因主要是我國連鑄技術與國外先進水平還存在一定差距。
新材料是鋼鐵工業(yè)的永遠追求，進入21世紀后，以高新技術為先導的“產(chǎn)業(yè)革命”在材料領域出現(xiàn)了一些令人矚目的新現(xiàn)象，神奇的納米材料可能孕育著社會經(jīng)濟的巨大變革，新材料是高新技術的基礎。作為連續(xù)鑄鋼，就是要提高無缺陷坯的比率，在連鑄工藝、設備和生產(chǎn)操作等多方面下功夫。
連鑄產(chǎn)品合格率不僅僅取決于連鑄機本身，由于連鑄工藝的特殊性，需要進行澆鑄的鋼種往往對鋼水的成分、夾渣、氣體含量、溫度有一定的要求。因此，連鑄前工序的爐外精煉技術從20世紀80年代受到連鑄工藝的重視之后，在90年代已成為必不可少的手段
連鑄技術發(fā)展應關注的問題近終形和傳統(tǒng)斷面的板坯連鑄機各有千秋，很多人把薄板坯、中厚板坯連鑄機也稱作近終形板坯連鑄機。目前近終形板坯連鑄連軋工藝還有較大的發(fā)展空間，但這類連鑄連軋工藝的發(fā)展重點還是擴大產(chǎn)品品種，提高產(chǎn)品質量。過去曾有人認為，近終形連鑄連軋工藝的出現(xiàn)將大量地取代傳統(tǒng)斷面的板坯連鑄機和熱連軋機。然而，由于鋼種、產(chǎn)品用途、產(chǎn)品質量的實際情況，傳統(tǒng)斷面的板坯連鑄機不但不會被近終形連鑄連軋工藝大量代替，而且還會繼續(xù)向前發(fā)展。連鑄機的高效化改造今后若干年，新增連鑄機的勢頭將會明顯減弱，正在生產(chǎn)的連鑄機的高效化改造會越來越多。不論是新建連鑄機，還是老連鑄機的改造，人們不會單一地追求高拉速、高產(chǎn)量，而綜合經(jīng)濟效益、投入與產(chǎn)出的水平將成為連鑄機高效化的基本準則。
總之，連鑄機關鍵技術選用及配套使用的目的是為了提高連鑄機的裝機水平，提高連鑄板坯質量，提高拉速、生產(chǎn)率、金屬收得率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地發(fā)揮連鑄機的節(jié)能特點。連鑄設備將會圍繞工藝要求在設備結構的優(yōu)化、可靠性、維修性、可操作性、使用壽命等方面進一步改進。另外，在連鑄工藝方面也有很多需要深入研究的技術，如包晶鋼種連鑄、減少鑄坯半宏觀偏析和宏觀偏析技術、純凈鋼的生產(chǎn)技術、不銹鋼及其它特殊鋼種的生產(chǎn)技術、高等級鋼種的中間罐冶金生產(chǎn)技術、高效高速連鑄等。
1.2 連鑄機的主要設備及分類
連鑄機主要由鋼包運載裝置、中間包、中間包運載裝置、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直機、引錠裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成。
鋼包運載裝置主要有澆注車和鋼包回轉臺兩種方式，目前絕大部分新設計的連鑄機都采用鋼包回轉臺。它的主要作用是運載鋼包，并支撐鋼包進行澆注作業(yè)。采用鋼包回轉臺還可快速更換鋼包，實現(xiàn)多爐連鑄。
中間包是鋼包和結晶器之間用來接受鋼液的過渡裝置，它用來穩(wěn)定鋼流，減小鋼流對結晶器中坯殼的沖刷；并使鋼液在中間包內有合理的流動和適當長的停留時間，以保證鋼液溫度均勻及非金屬夾雜物分離上浮；對于多流連鑄機由中間包對鋼液進行分流；在多爐連澆時，中間包中貯存的鋼液在更換鋼包時起到銜接的作用。
中間包運載裝置有中間包車和中間包回轉臺，它是用來支撐、運輸、更換中間包的設備。
結晶器是一個特殊的水冷鋼模，鋼液在結晶器內冷卻、初步凝固成形，并形成一定的坯殼厚度，以保證鑄坯被拉出結晶器時，坯殼不被拉漏、不產(chǎn)生變形和裂紋等缺陷。
結晶器振動裝置是使結晶器能按一定的要求做上下往復運動，以防止初生坯殼與結晶器粘連而被拉裂。
二次冷卻裝置主要由噴水冷卻裝置和鑄坯支撐裝置組成。它的作用是：向鑄坯直接噴水，使其完全凝固；通過夾輥和側導輥對帶有液芯的鑄坯起支撐和導向作用，防止并限制鑄坯發(fā)生鼓肚、變形和漏鋼事故。
拉坯矯直機的作用是在澆注過程中克服鑄坯與結晶器及二冷區(qū)的阻力，順利地將鑄坯拉出，并對弧形鑄坯進行矯直。在澆注前，它還要將引錠裝置送入結晶器內。
引錠裝置包括引錠頭和引錠桿兩部分，它的作用是在開澆時作為結晶器的“活底”，堵住結晶器的下口，并使鋼液在引錠桿頭部凝固；通過拉矯機的牽引，鑄坯隨引錠桿從結晶器下口拉出。引錠桿拉出拉矯機后，將引錠桿脫去，進入正常拉坯狀態(tài)。
切割裝置的作用是在鑄坯行進過程中，將它切割成所需要的定尺長度。
鑄坯運出裝置包括輥道、推鋼機、冷床等，由它們完成鑄坯的輸送、冷卻等作業(yè)。
連鑄機可以按多種方法進行分類：
（1）按結晶器的運動方式，連鑄機可分為固定式（即振動式）和移動式兩類。前者是現(xiàn)在生產(chǎn)上常用的以水冷、底部敞口的銅質結晶器為特征的“常規(guī)”連鑄機；后者是輪式、輪帶式等結晶器隨鑄坯一起運動的連鑄機。
（2）按連鑄機結構的外形可分為立式連鑄機、立彎式連鑄機、弧形連鑄機（包括直結晶器多點彎曲型、直結晶器弧形、弧形多半徑弧形等）、水平連鑄機。
（3）按鑄坯斷面的形狀和大小可分為：方坯連鑄機（斷面不大于150×150mm的叫小方坯；大于150×150mm的叫大方坯，矩形斷面的長和寬小于3 的也稱為方坯連鑄機）；板坯連鑄機（鑄坯斷面為長方形，其寬厚比一般在3以上）;圓坯連鑄機（鑄坯斷面為圓形，直徑Ф60～Ф400mm）；異形坯連鑄機（澆注異形斷面，如H型、空心管等）；方、板坯兼用連鑄機（在一臺鑄機上既能澆注板坯也能澆注方坯）；薄板坯連鑄機（鑄坯厚度為40～80mm的薄板坯料）等。
（4）按鑄坯所承受的鋼液靜壓頭，即鑄機垂直高度（H）與鑄坯厚度（D）比值的大小，可將連鑄機分為高頭型（H/D＞50，鑄機機型為立式或立彎式）、標準頭型（H/D為40～50，鑄機機型為帶直線段的弧形或弧形）、低頭型（H/D為20～40，鑄機機型為弧形或橢圓形）和超低頭型（H/D＜20，鑄機機型為橢圓形）4種。隨著煉鋼和爐外精煉技術的提高，澆注前及澆注過程中對鋼液純凈度的有效控制，低頭和超低頭連鑄機的采用逐漸增多。
（5）其他。其他經(jīng)常用到的名稱有臺數(shù)、機數(shù)和流數(shù)等。
1）立式連鑄機
立式連鑄機的結晶器、二次冷卻裝置、拉坯裝置及切割鑄坯裝置等都是布置在垂直的中心線上，如圖1-1所示。立式連鑄機的優(yōu)點是鋼水在垂直的方向凝固，其所含的非金屬夾雜物，上浮時不受阻礙，容易分離出來。另一方面，鑄坯不經(jīng)過彎曲或矯直，不會產(chǎn)生因彎曲或矯直所造成的缺陷，因此它特別適用于優(yōu)質鋼及高合金鋼的澆鑄。它的缺點是設備較高，一般是35～45mm，因此需要較高的廠房，或較深的地坑。鋼水的提升及鑄坯的運送，都比較麻煩。近10年來，除了少數(shù)特殊鋼廠以外，很少采用這種機型。
圖1-1 雙流立式連鑄機
1- 運坯車；2- 中間包；3- 結晶器；4- 二冷夾輥；5- 拉輥； 6- 拉輥驅動裝置； 7-飛剪；8- 翻鋼斗；9- 運輸鏈
2）旋轉式連鑄機
旋轉式連鑄機也叫離心式連鑄機，也是一種立式連鑄機。其特點是結晶器、導輥及拉輥都和鑄坯一起圍繞其垂直中心線以一定的速度旋轉，鑄坯是在一邊旋轉一邊下行的運動中凝固的。這種鑄機適用于澆鑄圓坯。它的優(yōu)點是由于旋轉時產(chǎn)生的離心力，使結晶器內的鋼液能與結晶器壁有較好的接觸，可以生成厚度比較均勻的坯殼，鑄坯不易產(chǎn)生內裂。另一方面，由于離心力的作用，使鋼液面上的浮渣都集中在中心的旋渦內，可以很容易地將它撈出。由于鑄坯在旋轉的運動中下行，因此只要在二冷區(qū)的縱向上布置若干個噴水嘴，就可以獲得均勻的二次冷卻效果。用這種鑄機鑄出的圓坯，不須清理即可軋制。這種鑄機的缺點是設備的驅動系統(tǒng)比較復雜。
1-2 旋轉式連鑄機
1- 鋼包；2- 中間包；3- 結晶器；4- 二冷裝置；5- 導輥；6- 拉輥；7- 飛鋸； 8- 翻鋼斗。
近年來由于煉鋼及連鑄工藝的進步，特別是能在結晶器內安裝電磁攪拌裝置以后，已經(jīng)能用弧形及其它型式的鑄機澆出質量很好的圓坯，所以旋轉式連鑄機已經(jīng)較少采用。
3）立彎式連鑄機
立彎式連鑄機的上半部分和立式連鑄機相同，只是把凝固的鑄坯彎轉90。使它向水平方向出坯，并在水平線上切成定尺長度。為了便于出坯，這種連鑄機只能建在地平面上，或深度較淺的地溝內，使切斷的鑄坯能用地面的輥道，或地溝內坡度不大的輥道運走。這種連鑄機的高度和立式連鑄機相差不多，其優(yōu)點是所切鑄坯的定尺長度不受限制。立彎式連鑄機也是在連鑄技術發(fā)展的初期出現(xiàn)的機型，適用于小方坯的連鑄。近年來這種機型很
少采用。
4）弧形連鑄機
弧形連鑄機的特點是它的結晶器是弧形的，其高度比立式及立彎式連鑄機都低。其結晶器的中心線和二冷夾輥組的縱向中心線同在一個半徑的圓弧上。圓弧的長度約為一個圓的四分之一。鑄出的弧形坯在其下死點附近被矯直后，即沿水平方向前進，然后切成定尺長度。這是目前采用最廣泛的機型。
<1>弧形板坯連鑄機
板坯連鑄機由于鑄坯較寬，在受到鋼水靜壓時，其寬邊的坯殼容易鼓肚而產(chǎn)生內裂，所以從上到下安排了密布的夾輥。由于鑄坯在二次冷卻區(qū)內運行的阻力較大，所以采用了較多的拉矯輥。為了在檢修時快速取出或裝入二冷夾輥的扇形段，還設置了彎曲導軌，使各個扇形段能快速而準確地就位。為了縮短澆鑄準備時間，其引錠桿是從結晶器的上口裝入的。這樣就能在鑄坯還未拉出二冷區(qū)時，就開始安裝引錠桿。為此在澆鑄平臺上設有引錠桿運送車。大型板坯連鑄機能夠澆鑄的板坯厚度220～320mm，寬度為1870～2720mm，拉坯速度1～2.5m/min。鑄成的寬板坯可以在線縱切成幾條寬度較小的板坯，其年產(chǎn)量在170 萬噸以上。
<2>弧形大方坯連鑄機
鑄坯斷面在160X160mm 以上的方坯及斷面相等的矩形坯，統(tǒng)稱為大方坯。
<3>弧形小方坯連鑄機
由于小方坯在澆鑄過程中不易產(chǎn)生鼓肚，所以在二冷區(qū)可以不設夾輥，而只設少數(shù)幾個導向輥。小方坯弧形連鑄機一般采用管式結晶器，定徑水口。二冷裝置也采用管式支架。采用機械剪或液壓剪剪切鑄坯。
弧形小方坯連鑄機特點是采用了剛性引錠桿，這樣就把二冷區(qū)的導輥減至最少程度，從而為鑄坯的均勻冷卻及處理漏鋼事故創(chuàng)造了較好的條件，設備的重量也相應地減輕。
1.3 連鑄機鋼包旋轉
1.3.1 鋼包旋轉臺的形式
鋼包旋轉臺按旋轉臂旋轉方式不同，可以分為兩大類：一類是兩個轉臂可各自單獨旋轉；另一類是兩臂不能單獨旋轉。按臂的結構可以分為直臂式和雙臂式兩種。因此，鋼包旋轉臺有：直臂整體旋轉整體升降式；直臂整體旋轉單獨升降式；雙臂整體旋轉單獨升降式和雙臂單獨旋轉單獨升降式等型式；還有一種可承受多個鋼包的支撐架，也稱為鋼包移動車。蝶形鋼包旋轉臺是屬于雙臂整體旋轉單獨升降式，它是目前旋轉臺最為先進的一種形式。
圖1-3 蝶形鋼包旋轉臺
1.3.2 鋼包旋轉臺的主要結構特點
鋼包旋轉臺結構（見圖1-3）有兩個用來支撐鋼包的叉形臂，每個叉形臂的叉口上安裝有兩個樞軸式接受座，在每個鞍座下裝有稱量用的稱量梁，用以接受鋼包并顯示鋼水的質量。為給鋼水保溫，旋轉臺旋轉盤上方的立柱上還裝有鋼包加蓋裝置，可以單獨旋轉和升降。
A 鋼結構部分
鋼結構部分有叉形臂、旋轉盤與上部軸承座、回轉環(huán)和塔座組成。
（1）叉形臂 叉形臂有兩個，為鋼板焊接結構，叉形臂要有足夠的強度和剛度。
（2）旋轉盤和上部軸承座 旋轉盤即旋轉框架，是一個較大型的結構件，它的上部壓著支撐鋼包的兩個叉臂和鋼包加蓋裝置的立柱及構件，下部安裝著大軸承的上部軸承座，承受著巨大的負荷。因此，必須具有足夠的強度、剛度以及一定的熱負荷強度。
（3）回轉環(huán) 回轉環(huán)實際上是一個很大的推力軸承，安裝在旋轉框架和塔座之間，回轉環(huán)實際上是旋轉臺的心臟部分。為了長期安裝運行的需要，在旋轉框架、回轉環(huán)及塔座之間的連接部位均采用高強度的預緊螺栓。
（4）塔座 塔座設置在基礎上，通過回轉環(huán)支撐著旋轉臺旋轉盤以上的全部負荷。
B 回轉驅動裝置
回轉驅動裝置由電動機、大速比減速器及回轉小齒輪組成，旋轉臺旋轉頻率通常不大于1/60s。假如旋轉頻率過高，則在啟動及制動時會使鋼包內的鋼水產(chǎn)生動蕩，甚至溢出。
C 事故驅動裝置
鋼包旋轉臺一般都設計配有一套事故驅動裝置，以便在發(fā)生事故或其他緊急情況而無法用正常的驅動裝置時，仍可借助事故驅動裝置將處于澆注位置的鋼包旋轉到事故鋼包的上方。事故驅動裝置通常是氣動的，由氣動馬達代替電動機驅動大速比減速器和其他部分。
D 回轉夾緊裝置
回轉夾緊裝置是使大包固定在澆注位置的機構，它一方面保護了回轉驅動裝置在裝包是不受沖擊，另一方面保證了正在澆注的鋼包安全。
E 升降裝置
為了實現(xiàn)保護澆注，要求鋼包能在旋轉臺上做升降運動。當鋼包水口打不開時，要求使鋼包上升，便于操作工用氧氣澆水口，同時鋼包升降裝置對于快速更換中間包也很有利。
F 稱量裝置
鋼包的稱量裝置的作用是用來在多爐澆注時，協(xié)調鋼水供應的節(jié)奏以及預報澆注結束前鋼水的剩余量，從而防止鋼渣流入中間包。每套升降裝置都有4個稱量傳感器以及完整的稱量系統(tǒng)。
G 潤滑裝置
鋼包旋轉臺的回轉大軸承采取集中自動潤滑，分別由兩臺干油泵及其系統(tǒng)供給。
1.3.3 各類連鑄機鋼包回轉臺的特點
鋼包旋轉臺有不同的運動方式，不同的工作性能，因而有不同的結構形式。最簡單的旋轉臺只用一個轉臂，就能作旋轉運動。一般的旋轉臺除了旋轉運動之外，還能使鋼包作升降運動。多功能的旋轉臺還有鋼包傾倒裝置，鋼包蓋升降裝置及吹氣裝置等。在鋼包旋轉臺上，一般都有連續(xù)測重裝置，大都是在承托鋼包的鞍座上設置測力傳感器來實現(xiàn)的。
1.3.3.1 單驅動橫梁式旋轉臺
這種旋轉臺有一個橫梁式直臂，鋼包支承在直臂的兩端，可同時作旋轉運動，也可以同時作升降運動，如圖1-4所示。有的也設計成在橫梁式直臂的兩端裝有單獨的升降裝置和稱重裝置。
圖1-4 直臂式鋼包旋轉臺
1- 鋼包；2- 傳動裝置；3- 塔座；4- 轉臂
1.3.3.2 兩個轉臂可以單獨轉動的旋轉臺
這種旋轉臺有兩個轉臂，分上下兩層布置，如圖1-5所示。每個轉臂有各自的驅動裝置，因而能單獨旋轉，以便在任何角度都能接受鋼包。
圖1-5 兩臂分轉式旋轉臺
1- 轉臂；2- 驅動裝置；3- 齒輪；4- 鋼包
1.3.3.3 兩個轉臂可以單獨升降的旋轉臺（圖1-6）
這種旋轉臺的兩個轉臂可以單獨升降。每個轉臂的中部由兩個半球面軸承支承著，轉臂外端成叉形，內端是彎曲的懸臂梁。驅動轉臂的液壓缸裝在轉塔的內部，這就為在轉塔上部安裝其它附屬裝置如吹氣裝置或鋼包加蓋裝置等留出了余地。
圖1-6 轉臂單獨升降式旋轉臺
1.3.3.4 環(huán)形軌道式旋轉臺（圖1-7）
圖1-7 軌道式雙搖臂旋轉臺
1.4 鋼包回轉臺的組成
鋼包回轉臺：設在連鑄機澆鑄位置上方，用于運載鋼包過跨和支承鋼包進行澆鑄的設備。由底座、回轉臂、驅動裝置、回轉支撐、事故驅動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和錨固件等部分組成。
單臂鋼包回轉臺：由底座、立柱、上轉臂、上轉臂驅動裝置、下轉臂、下轉臂驅動裝置組成。
蝶形鋼包回轉臺：由底座、升降液壓缸、回轉架、鋼包支座、回轉臂、平行連桿、驅動裝置、防護板組成。
鋼包回轉臺是連鑄機的關鍵設備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉臺的回轉情況基本上包括兩側無鋼包、單側有鋼包、兩側有鋼包三種情況，而單個鋼包重量已超過140噸。三種情況下，鋼包回轉臺受力有很大不同，但無論在何種情況下，都要保證鋼包回轉臺的旋轉平穩(wěn)，定位準確，起停時要盡可能減小對機械部分的沖擊，為減少中間包液面波動和溫降，要縮短旋轉時間。
1.5 鋼包回轉臺的工作特點
（1）重載 鋼包旋轉臺承載幾十噸到幾百噸的鋼包，當兩個轉臂都托著盛滿鋼水的鋼包時，所承受的載荷最大；
（2）偏載 鋼包旋轉臺承載的工況有5種：即兩邊滿載，一滿一空，一滿一無，一空一無，兩空兩無。最大偏載出現(xiàn)在一滿一無的工況下，此時鋼包旋轉臺回承受最大的傾翻力矩。
（3）沖擊 由于鋼包旋轉臺的安裝、移去都是用起重機完成的，因此，在安放移動鋼包是產(chǎn)生沖擊，這種沖擊使鋼包旋轉臺上的零部件受到動載荷。
（4）高溫 鋼包中的高溫鋼水會對旋轉臺產(chǎn)生熱輻射，從而使鋼包旋轉臺承受附加的熱應力，另外，澆注的鋼水顆粒也會給鋼包旋轉臺帶來火警隱患.
使用鋼包旋轉臺的主要優(yōu)點
（1）鋼包旋轉臺能迅速、精確的實現(xiàn)鋼包的快速變換，只要旋轉半周就能將鋼包更換到位；同時在等待與澆注過程中支撐鋼包，不占用有關起重機的作業(yè)時間；
（2）鋼包旋轉臺占用澆注平臺的面積較小，也不影響澆注操作；
（3）操作安全可靠、易于定位和實現(xiàn)遠距離操作。
2 初步確定方案
鋼包運載裝置主要有澆注車和鋼包回轉臺兩種方式，目前絕大部分新設計的連鑄機都采用鋼包回轉臺。它具有迅速、精確的實現(xiàn)鋼包的快速變換，占用澆注平臺的面積較小，
操作安全可靠、易于定位和實現(xiàn)遠距離操作等優(yōu)點。蝶形鋼包旋轉臺是屬于雙臂整體旋轉單獨升降式，它是目前旋轉臺最為先進的一種形式，故本設計采用蝶式鋼包回轉臺。
2.1 已知條件
2.1.1 設計題目
蝶式鋼包回轉臺結構設計
2.1.2 技術參數(shù)及性能
結構形式為：液壓單臂升降蝶式； 鋼包最大滿包重量：1500KN；
回轉半徑：5500mm； 大包提升高度：800mm；
回轉速度：1.0 事故旋轉：氣動0.5；
承載能力：兩側滿包，一滿一空，一滿一無；
2.2 方案的總體布置形式
圖2.1回轉臺總體布置示意圖
1.升降液壓缸 2.回轉臂 3.稱量裝置 4.回轉環(huán) 5.三列滾子軸承 6.固定支座 7.基礎 8.回轉傳動裝置 9.球絞
2.3 回轉臺具體部件設計方案的確定
2.3.1 鋼包旋轉驅動方式
2.3.1.1 工作驅動
工作驅動為電機驅動系統(tǒng)，由一個電機，撓性聯(lián)軸器和一個氣動盤式制動器完成。在圓錐齒輪系統(tǒng)的輸出軸上安裝一個小齒輪，它與支撐環(huán)上的銷齒輪外齒相嚙合,從而帶動回轉臺轉動。回轉臺可正向反向旋轉，氣動盤式制動器用于停止時制動，在電機停止前不能使用。
圖2.2傳動布置方式
d-銷齒直徑 R-銷齒所在弧半徑 l-銷齒節(jié)距
2.3.1.2 事故驅動
事故驅動為氣動驅動系統(tǒng)，氣動電機通過一個氣動離合器驅動圓錐齒輪的第二個驅動軸頭，它由一個空壓機提供所需的空氣，它通過關閉電氣系統(tǒng)實現(xiàn)功能測試。如果突然出現(xiàn)電源故障，一個自動切換釋放控制空氣到閥柜和控制盤。
2.3.2 鎖緊方式
回轉臺處于澆注位和接受位時，回轉臺通過一個鎖緊裝置進行鎖定防止轉動。該鎖緊裝置包括一個氣動鎖緊棘爪，它固定在回轉臺轉柱上并與安裝在回轉環(huán)上的兩個匹配元件相咬合。該裝置使齒輪箱避免在放鋼包時產(chǎn)生沖擊，并可防止在澆注位置上的鋼包的塞棒孔由于這樣的沖擊而產(chǎn)生的運動。
圖2.3 鎖緊裝置
1-氣缸 2-連桿 3-導位槽 4-隔板
2.3.3 鋼包蓋的升降裝置
圖2.4鋼包蓋的提升裝置
2.3.4 長水口機械手動作方式
長水口機械手由一個多重絞合的管連接裝置組成。長水口可以保護大包滑動口和中間包的鑄流，使其不被氧化。
圖2.5長水口機械手示意圖
2.3.5 鋼包升降驅動方案
鋼包升降采用液壓缸驅動形式
圖2-6回轉臂驅動示意圖
1-鋼包 2-回轉臂 3-升降液壓缸 4-橫梁 5-球絞
鋼包升降驅動時以球絞為支點由液壓缸驅動大臂實現(xiàn)鋼包升降，由液壓系統(tǒng)控制液壓缸的行程，同時由大臂、稱量裝置、球絞、連桿其中組成的四連桿保持鋼包的水平，防止鋼液傾翻，造成事故。
提升液壓系統(tǒng)的供油裝置（高壓泵、再循環(huán)泵和油罐）布置在大包回轉臺下的液壓油室中。
3 電機的計算與選擇
3.1鋼包回轉功率的計算
已知條件：
空包重：=60t
鋼水重： =90t
滿包重： =150t
轉臂自重：=42t
鋼包平均外徑： =3200mm
鋼包平均內徑： =2500mm
旋轉臺轉速：=1.0rpm
推力球軸承平均直徑：=3345mm
塔座中心至鋼包中心距：=5500mm
鋼包工作載荷狀況：
Ⅰ對于一端放置滿包鋼水的鋼包，另一端不放鋼包的情況。
Ⅱ一端放置滿包鋼水的鋼包，另一端放置空鋼包。
Ⅲ兩端都放置滿包鋼水的鋼包
3.1.1 基本數(shù)據(jù)的計算
1.一個裝滿鋼水的鋼包對回轉中心，即塔座中心的慣性矩為：
= =64957500
2.一個空包對回轉中心的慣性矩為：
==1938675
3.轉臂對回轉中心的慣性矩為：
式中—轉臂總長，b--轉臂總寬，根據(jù)轉臂的幾何關系得：
b=5.17m =11m
則有：
4.一個鋼包對回轉中心的慣性矩為：
5.在各種情況時推力軸承的摩擦力矩為：
式中 M——合成傾翻力矩，;
P——垂直力矩，;
系數(shù)1.5——考慮了除推力軸承以外，還有密封系統(tǒng)的摩擦阻力;
系數(shù)2——考慮了推力軸承是雙向的;
系數(shù)1.1——考慮了推力軸承以外還有一個定心徑向軸承。
6.計算旋轉臺的加速度
式中 ——啟動時間=制動時間=5s
則有：
3.1.2 情況Ⅰ的回轉功率計算
第一種情況Ⅰ：一端放置滿包鋼水的鋼包，另一端不放置鋼包的情況：
1. 合成傾翻力矩:
2. 垂直力矩：
3. 推力軸承的摩擦力矩:
=1.5×0.03（2×1.1×825000+×192000）=96125.4
4. 在各種情況下的動力矩:
=（6457500+517051.15）×0.0209=145768.12
5. 摩擦力矩功率：
=
6. 動力矩功率:
=
7. 總功率：
3.1.3 情況Ⅱ的回轉功率計算
第二種情況Ⅱ：一端放置滿包鋼水的鋼包，另一端放置空包。
1. 合成傾翻力矩：
2. 垂直載荷:
3.推力軸承的摩擦力矩：
4.在各種情況下的動力矩：
=（6457500+1938675+517051.15)×0.0209 =186286.43
5.摩擦力矩功率：
式中——總傳動功率，取0.9
6.動力矩總功率：
=21.67
7. 總功率：
=7.91+21.76 =29.58 KW
3.1.4 情況Ⅲ的回轉功率計算
第三種情況Ⅲ：兩端都放置滿包鋼水的鋼包
1.合成傾翻力矩:
2.垂直力矩:
= 342000
3.推力軸承的摩擦力矩：
4.在個種情況下的動力矩：
5.摩擦力矩功率：
式中——總傳動功率,取0.9
6.動力矩功率：
7.總功率：
整理以上數(shù)具如下表：
序號
項 目
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
慣性力矩
4615951
6231514
8714851
2
垂直載荷
192000
2520000
3420000
3
合成力矩
825000
495000
0
4
摩擦力矩
96125.4
67971.15
25739.78
5
動力矩
145768.12
186286.43
280929.87
6
摩擦力矩功率
11.18
7.91
2.99
7
動力矩功率
16.96
21.67
32,66
8
總功率
28.14
29.58
35.65
表一 三種情況力矩匯總
3.2 電動機和電氣馬達的選擇
3.2.1 電動機的選擇：
根據(jù)表格中的由《機械設計手冊》可選定交流電機為：YR250M1-6,其大致數(shù)據(jù)為：
6極 同步轉速：1042 轉速：980
電流：60.3A 效率：90% 功率因數(shù)：0.84
電動機功率驗算：
由《機械設計手冊》的驗算公式為：
式中K——電機過載系數(shù),取K=2
則有：
30
即最大摩擦力矩功率為：19.81
3019.81
因此，電機選用合適。
3.2.2馬達的選擇
查《機械設計手冊》選取馬達為：DW015/12
基本參數(shù)為：額定功率為： 額定轉速：400r/min
額定扭矩為：
3.3 減速器的設計
3.3.1 確定減速器的結構
根據(jù)傳動比為90，查《機械設計手冊》，選擇圓錐——圓柱齒輪減速器。如圖3-1減速器結構簡圖。
圖3-1減速器結構簡圖
3.3.2 傳動比的計算和分配，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
3.3.2.1 傳動比的分配
按“前大后小”的原則進行，相鄰兩級傳動比相差不易過大，且高速傳動比略低于低速級的傳動比，這樣逐級減速，可使機構較為緊湊。
1、傳動裝置總傳動比
2、分配各級傳動比
對圓錐—圓柱齒輪減速器，為保證大錐齒輪尺寸不致過大，查《機械設計實踐》表10.6，取，圓柱齒輪傳動一般安排在高速級，考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪直徑相近，取。
故：
3.3.2.2計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
1、各軸的轉速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
2、各軸的輸入功率
聯(lián)軸器的效率η1 =0.99，一對滾動軸承的效率η2 =0.99，各級齒輪傳動的效率圓錐齒輪效率，η3 =0.96，圓柱齒輪的效率η4=0.97。
電動機到各級齒輪軸的功率為：
Ⅰ軸 PⅠ= P0η1=30×0.99=29.7 KW
Ⅱ軸 PⅡ= PⅠη2η3=29.7×0.99×0.96=28.23KW
Ⅲ軸 PⅢ= PⅡη2η4=28.23×0.99×0.97=27.11KW
Ⅳ軸 PⅣ= PⅢη2η4=27.11×0.99×0.97=26.03KW
3、各軸輸入轉矩
電動機軸的輸出轉矩T0為：
T0=9.55×106×9.55×106×=292
Ⅰ軸 TⅠ=9.55×106×=9.55×106×=289
Ⅱ軸 TⅡ=9.55×106×=9.55×106×=1045
Ⅲ軸 TⅢ=9.55×106×=9.55×106×=6315
Ⅳ軸 TⅣ=9.55×106×=9.55×106×=54041
參數(shù)
軸號
功率P
Kw
轉矩T
轉速n
r/min
傳動比
效率η
電動軸
30
292
980
1
0.99
Ⅰ軸
29.7
289
980
3.8
0.96
Ⅱ軸
28.23
1045
258
6.3
0.97
Ⅲ軸
27.11
6315
41
8.9
0.97
Ⅳ軸
26.03
54041
4.6
表二 傳動裝置的動力和運動參數(shù)
3.3.3 齒輪的設計
3.3.3.1 圓錐齒輪的設計與計算
已知參數(shù)：
輸入功率： P1=29.7Kw
主動輪轉速：=980r/min
轉矩： TⅠ=289
圓周速度： 估計v17 m/s
齒數(shù)比：
屬工作載荷穩(wěn)定，高速，重要性、可靠性一般的齒輪傳動。
1、選擇齒輪材料熱處理方式及計算許用應力
(1)、按使用條件屬高速、重要性和可靠性一般的齒輪傳動?？蛇x用軟齒齒輪，也可選用硬齒齒輪，此處選用硬面齒輪。
小齒輪：40Gr，調質處理，硬度為241~286 HBS。
大齒輪：40Gr，調質處理，硬度為241~286 HBS。
(2)、確定許用應力
a、確定極限應力和。
齒面硬度：小齒輪按270 HBS，大齒輪按250 HBS。查《機械設計》(第二版)圖3-16，接觸疲勞極限得：
σHlim1=720 MPa σHlim2=700 MPa
查《機械設計》(第二版)圖3-17，彎曲疲勞極限得：
σFlim1=300 MPa σFlim2=280 MPa
b.計算應力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)。
查《機械設計》(第二版)圖3-18，得：。
查《機械設計》(第二版)圖3-19，得：。
c、計算許用應力：
由《機械設計》(第二版)表3-4，取=1.1, =1.5
由《機械設計》(第二版)式(3-11)，得：
σHp1== =655 MPa
σHp2== =636 MPa
由《機械設計》(第二版)式(3-12)，得:
σFp1= ==400 MPa
σFp2= ==373 MPa
式中--為試驗齒輪的修正系數(shù)，按國家標準取=2
2、初步確定出輪的基本參數(shù)和主要尺寸
(1)、選擇齒輪類型
根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用直齒圓錐齒輪傳動。
(2)、選擇齒輪精度等級
按估計的圓周速度，由《機械設計》(第二版)表3-5，初步選用7級精度。
(3)、初選參數(shù)
=21，，φr=0.3，δ1+δ2=90°
(4)、初步計算齒輪的主要尺寸
由公式 =，得：
1=14.1° 2=75.9°
當量齒數(shù) zv1==22 zv2==328
因電機驅動，工作機載荷平穩(wěn)，查《機械設計》(第二版)表
(3-1)，得KA=1，因齒輪轉速不高，取Kv=1.1,因不對稱布置，軸的剛性不大，取Kβ=1.13，Kα=1.2，則：
K=KAKvKβKα=1×1.1×1.13×1.2=1.49
由《機械設計》(第二版)圖(3-11)，查得：ZH=2.5
由《機械設計》(第二版)表(3-2)，查得：ZE=188
由《機械設計》(第二版)式(3-22)，可初步計算出齒輪的分度圓直徑d1(齒寬中點處)：
＝＝84mm
齒寬中點模數(shù)：mm===4mm>2 mm
大端模數(shù)：m===4.7 mm,
取標準模數(shù)為：m=5
則齒輪的大端分度圓直徑分別為：
d1=105mm, d2=400mm
則齒輪的錐頂距為：
則圓周速度：
齒寬： b=φr·R==72 mm
圓整后取, b2=72mm, b1= b2+(5~10)=80mm
3、驗算輪齒彎曲強度條件
查《機械設計》(第二版)圖3-14，得：YFa1=2.83 YFa2=2.35
查《機械設計》(第二版)圖3-15，得：YSa1=1.56 YSa2=1.74
由《機械設計》(第二版)式(3-23)，得：
σF1＝
＝＝40 MPaσFp1
σF2＝＝＝37 MPaσFp2
因此，所選齒輪合格。
3.3.3.2 圓柱齒輪的設計與計算
已知參數(shù)：
輸入功率： PⅡ=28.23Kw
主動輪轉速：nⅡ=258r/min
轉矩： TⅡ=1045
圓周速度： 估計v2≤4 m/s
齒數(shù)比：
屬工作載荷穩(wěn)定，高速，重要性、可靠性一般的齒輪傳動。
1、選擇齒輪材料熱處理方式及計算許用應力
(1)、按使用條件屬高速、重要性和可靠性一般的齒輪傳動?？蛇x用軟齒齒輪，也可選用硬齒齒輪，此處選用硬齒輪。
小齒輪：20Gr，淬火滲碳，硬度為56~62 HRC。
大齒輪：40Gr，表面淬火，硬度為48~55 HRC
(2)、確定許用應力
a、確定極限應力和。
齒面硬度：小齒輪按58 HRC，大齒輪按54 HRC。查《機械設計》(第二版)圖3-16，得：
σHlim1=1500 MPa σHlim2=1210 MPa
查《機械設計》(第二版)圖3-17，得：
σFlin1=430 MPa σFlin2=370 MPa
b.計算應力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)。
查《機械設計》(第二版)圖3-18，得：。
查《機械設計》(第二版)圖3-19，得：。
c、計算許用應力：
由《機械設計》(第二版)表3-4，取=1.1, =1.5。
由《機械設計》(第二版)式(3-11)，得：
== =1364 MPa
== =1100 MPa
由《機械設計》(第二版)式(3-12)，得:
= ==610 MPa
= ==525 MPa
式中，--為試驗齒輪的修正系數(shù)，按國家標準取=2
2、初步確定出輪的基本參數(shù)和主要尺寸
(1)、選擇齒輪類型
根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪傳動。
(2)、選擇齒輪精度等級
按估計的圓周速度，由《機械設計》(第二版)表3-5，初步選用8級精度。
(3)、初選參數(shù)
=19 ；，取120 ；φd=0.5(由《機械設計》(第二版)表3-6查得)
(4)、初步計算齒輪的主要尺寸
因電機驅動，工作機載荷平穩(wěn)，查《機械設計》(第二版)表(3-1)，得KA=1，因齒輪轉速不高，取Kv=1.1,因不對稱布置，軸的剛性不大，取Kβ=1.13，Kα=1.2，則：
K=KAKvKβKα=1×1.1×1.13×1.2=1.49
由《機械設計》(第二版)圖(3-11)，查得：ZH=2.5
由《機械設計》(第二版)表(3-2)，查得：ZE=188
取Zε=0.8, Zβ=0.8
根據(jù)《機械設計》(第二版)式(3-16)和式(3-18)，可初步計算出分度圓直徑和模數(shù)沒mn：
d1≥
＝＝92.28mm
mn＝＝＝4.79 mm
按《機械設計》(第二版)表表(3-7)，取標準模數(shù)mn＝5，
圓整后?。?348mm。
=
=
m/s
與估計值相近。
齒寬： =0.5×95=47.5mm，取=48 mm
= b2+(5~10)=48+8=56mm
3、驗算輪齒彎曲強度條件
按《機械設計》(第二版)式(3-17)驗算輪齒彎曲強度條件。
查《機械設計》(第二版)圖3-14，得：YFa1=2.68 YFa2=2.2
查《機械設計》(第二版)圖3-15，得：YSa1=1.6 YSa2=1.78
取Yε=0.7，Yβ=0.9
由《機械設計》(第二版)式(3-17)，計算彎曲應力得：
σF1＝＝＝354 MPaσFp1
σF2＝＝＝323 MPaσFp2
4、驗算輪齒接觸疲勞強度條件
按《機械設計》(第二版)式(3-15)驗算。
查《機械設計》(第二版)圖3-11，得：ZH=2.46
取Zε=0.8, Zβ=0.8, ZE=188
σH1＝
＝2.46×188×0.8×0.989×＝1023 MPaσHp1
σH2＝
＝2.46×188×0.8×0.989×＝150 MPaσHp2
故齒輪滿足。
3.3.4 軸的設計
3.3.4.1 軸的設計與計算
軸的使用條件：
傳遞功率： PⅠ=29.7 Kw
轉速： nⅠ=980 r/min
齒寬： B=100mm
模數(shù)： m=8
1、選擇軸的材料
選擇軸的材料20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火+低溫回火，其機械性能由《機械設計》(第二版)