源文件-200噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【帶CAD圖紙】

源文件-200噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【帶CAD圖紙】,帶CAD圖紙,源文件,轉(zhuǎn)爐,傾動(dòng),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),cad,圖紙 第 頁(yè) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 200噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 傾動(dòng)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)最主要的設(shè)備之一，它的特點(diǎn)是傾動(dòng)力矩大、減速比大、啟制動(dòng)頻繁和能夠承受較大的動(dòng)載荷。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)工作在多渣塵和高溫的惡劣工作環(huán)境中，因而其可靠性和壽命對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)有著非常重要的影響。為獲得適應(yīng)于驅(qū)動(dòng)的低轉(zhuǎn)速，需要很大的減速比。轉(zhuǎn)爐爐體自重很大，再加裝料重量等，整個(gè)被傾轉(zhuǎn)部分的重量要達(dá)上百?lài)嵒蛏锨崱＾D(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)械的工作屬于“啟動(dòng)工作制”。機(jī)構(gòu)除承受基本靜載荷作用外，還要承受由于啟動(dòng)、制動(dòng)等引起的動(dòng)載荷。這種動(dòng)載荷在爐口刮渣操作時(shí)，其數(shù)值甚至達(dá)到靜載荷的兩倍以上。啟、制動(dòng)額繁，承受較大的動(dòng)裁荷。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)械隨著氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的普及和發(fā)展也在不斷的發(fā)展和完善，出現(xiàn)了各種型式的傾動(dòng)裝置。其中，帶有扭力桿緩沖止動(dòng)裝置的全懸掛式傾動(dòng)機(jī)械，由于其獨(dú)有的多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為主流。本文對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本形式做了簡(jiǎn)單介紹。重點(diǎn)介紹用3D法計(jì)算轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩的整體過(guò)程。完成了最佳耳軸位置的選擇計(jì)算，繪制了傾翻力矩曲線，完成對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的電機(jī)選擇與校核，并對(duì)整個(gè)傾動(dòng)系統(tǒng)的主要零部件進(jìn)行了計(jì)算和校核。本論文對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一種新思路。 關(guān)鍵詞：傾動(dòng)機(jī)構(gòu)；傾動(dòng)力矩；傳動(dòng)系統(tǒng)；柔性支撐 第 IV 頁(yè) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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 錄 1緒論 1 1.1轉(zhuǎn)爐研究的背景及意義 1 1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程 2 1.3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 3 1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4.1國(guó)外轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4.2 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 4 1.5 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)主要研究?jī)?nèi)容及方法 5 2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)總體方案的確定 6 2.1傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置形式的比較與選擇 6 2.2傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的選擇 10 2.3傾動(dòng)機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)方案 11 2.4聯(lián)軸器、齒輪、軸、軸承、制動(dòng)器的選擇 11 3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩的計(jì)算 12 3.1傾動(dòng)力矩的組成部分 12 3.2確定轉(zhuǎn)爐爐型 14 3.3確定轉(zhuǎn)爐重心 19 3.4確定預(yù)設(shè)耳軸位置 23 3.5計(jì)算爐液力矩與空爐力矩 23 3.6確定耳軸摩擦力矩 26 3.7運(yùn)用Excel繪制傾動(dòng)力矩表格 27 3.8確定最佳耳軸位置 28 3.9確定修正后的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩 29 3.10繪制傾動(dòng)力矩曲線圖 31 4電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與校核 31 4.1 電機(jī)容量計(jì)算與確定電機(jī)型號(hào) 31 4.1.1確定電機(jī)型號(hào) 31 4.1.2電動(dòng)機(jī)工作制度值及發(fā)熱值的校核 32 4.1.3電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校核 33 4.1.4確定啟動(dòng)時(shí)間 34 4.2 聯(lián)軸器的計(jì)算與選擇 35 4.3制動(dòng)器的計(jì)算與選擇 36 4.3.1制動(dòng)器的選擇計(jì)算 36 4.3.2制動(dòng)時(shí)間校核 38 5齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 38 5.1分配傳動(dòng)比 38 5.2運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 39 5.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 41 5.4其它齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 48 5.5齒輪的校核 49 6軸及軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 50 6.1軸材料的確定 50 6.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 50 6.3軸的校核 55 6.4軸承的校核 59 7扭力桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 61 7.1 扭力桿緩沖止動(dòng)裝置 61 7.2 扭力桿設(shè)計(jì)計(jì)算 62 7.2.1扭力桿直徑和曲柄半徑的確定 62 7.2.2 安全座空隙的選擇 62 8 設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 63 8.1 設(shè)備的可靠性 63 8.1.1設(shè)備平均壽命 63 8.1.2 可靠度的計(jì)算 64 8.1.3 機(jī)械設(shè)備的有效度 64 8.2 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 66 8.2.1 投資回收期 66 8.2.2 盈虧平衡分析 67 結(jié) 論 69 致 謝 70 參考文獻(xiàn) 71 第 73 頁(yè) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 1.1轉(zhuǎn)爐研究的背景及意義 鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)，是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家重要綜合國(guó)力的表現(xiàn)。1837年德國(guó)人貝斯賣(mài)［2］提出底吹酸性轉(zhuǎn)爐冶煉方法是近代煉鋼工藝的開(kāi)始，借此生產(chǎn)了大量廉價(jià)鋼，對(duì)歐洲第二次工業(yè)革命發(fā)起起了間接推動(dòng)作用，但是此種煉鋼工藝并不能快速有效的去除磷和硫，所以它的發(fā)展受到了很大限制。隨著1882年底吹式堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法的發(fā)明，可用堿性爐襯轉(zhuǎn)爐來(lái)解決高磷生鐵問(wèn)題，然而這種方法對(duì)生鐵的成分有比較嚴(yán)格要求。1847年法國(guó)出現(xiàn)了蓄熱方式的平爐煉鋼法。1869年又出現(xiàn)了堿性平爐冶煉的方法，這種方法對(duì)冶煉配料的限制不是很苛刻，而且有冶煉產(chǎn)品種樣多、冶煉容量大等優(yōu)點(diǎn)，因而出現(xiàn)僅僅30年便成為鋼鐵行業(yè)最主要的冶煉鋼方式。到上世紀(jì)中葉平爐冶煉出來(lái)的鋼總量大概占世界鋼產(chǎn)量85%。20世紀(jì)50年代奧地利率先使用純氧頂吹式轉(zhuǎn)爐煉鋼法，其最大的不同點(diǎn)就是有效解決了鋼中氮?dú)獾扔泻Τ煞輪?wèn)題，而且降低了廢氣產(chǎn)生量（　采用普通空氣吹煉時(shí)，空氣中含有約79%沒(méi)用的氮?dú)狻。?，避免了熱能的大范圍損失。而且它的重量與平爐很接近，這樣可以冶煉出相對(duì)低溫狀態(tài)的平爐生鐵，從而能利用更加多的廢鋼，且節(jié)省冶煉鋼鐵所需要的燃料。 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置是轉(zhuǎn)爐煉鋼機(jī)械設(shè)備里面最為關(guān)鍵的設(shè)備，在轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)過(guò)程中，它起到的主要作用是確保轉(zhuǎn)爐準(zhǔn)確定位使得傾動(dòng)裝置能夠平穩(wěn)傾動(dòng)，并完成后續(xù)轉(zhuǎn)爐操作流程包括：兌鐵水、加料、出鋼和修爐等［2］。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置傾動(dòng)作業(yè)特點(diǎn)包含以下幾點(diǎn)： (1) 傾動(dòng)力矩比較大。因?yàn)檗D(zhuǎn)爐爐體質(zhì)量大，再加上其中鋼鐵爐液、廢料等料的質(zhì)量，使整體可能達(dá)到數(shù)百?lài)嵰灾翑?shù)千噸，所以?xún)A動(dòng)機(jī)構(gòu)須輸出數(shù)百或者數(shù)千噸牛米的傾動(dòng)力矩以此保證轉(zhuǎn)爐機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2) 減速比大。轉(zhuǎn)爐爐體中高溫的金屬熔液在不斷翻轉(zhuǎn)，出鋼、兌換鐵水等工藝之中，要求轉(zhuǎn)爐爐體能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)并能停在正確位置。所以，需要用相對(duì)小的傾動(dòng)速度，為了獲得低的轉(zhuǎn)速，需要很大的減速。 (3) 承受較大的動(dòng)載荷，啟、制動(dòng)頻繁。煉一爐鋼的時(shí)間通常大約在40min，在40min左右的煉鋼時(shí)間里，轉(zhuǎn)爐啟、制動(dòng)的次數(shù)達(dá)25次或以上，再加上慢速度下操作的3～5次點(diǎn)動(dòng)控制加起來(lái)總共達(dá)三十多次。加上原料之中含磷量過(guò)高，轉(zhuǎn)爐吹冶煉過(guò)程更加需要頻繁的提升倒渣的次數(shù)[5]。 1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程 以下為轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過(guò)程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過(guò)程主要由以下六步組成： （1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動(dòng)設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理； （2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）； （3）降槍開(kāi)吹，同時(shí)加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；3～5min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）； （4）3～5min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）； （5）倒?fàn)t，測(cè)溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼； （6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。 圖1.1高爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐系統(tǒng)煉鋼流程圖 1.3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 1．轉(zhuǎn)爐運(yùn)行工藝操作主要有：兌鐵水、裝料、取樣、測(cè)溫、出鋼、出渣以及返回等。過(guò)程中我們需要保證爐體能夠進(jìn)行360°的正序、反序的旋轉(zhuǎn)，這樣才能夠保證爐體能夠在任意角度的位置上準(zhǔn)確而平穩(wěn)的停滯。此外還需要配合煙罩提升和吹氧管機(jī)構(gòu)等操作，避免出現(xiàn)操作失誤。 2．機(jī)構(gòu)必須連貫并且靈活。轉(zhuǎn)爐在運(yùn)行過(guò)程中一般要具有兩種以上的傾動(dòng)速度：當(dāng)轉(zhuǎn)爐整體轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較大時(shí)，應(yīng)選擇較快的速度，以保證能夠縮短冶煉的周期；當(dāng)轉(zhuǎn)爐出鋼、出渣、測(cè)溫取樣時(shí)，應(yīng)選擇較慢速度，這樣能夠避免由于鋼渣的猛烈沖擊而導(dǎo)致的爐液噴濺和溢出等事故的發(fā)生。 3．傾動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)保證安全并且可取。由于轉(zhuǎn)爐內(nèi)含有高溫液體金屬，因此傳動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中必須具備備用的能力，即如果在生產(chǎn)中某一部分的功能發(fā)生異常出現(xiàn)故障，它仍然能夠繼續(xù)運(yùn)行到該爐的冶煉工作結(jié)束。 4．傾動(dòng)機(jī)構(gòu)要可以適應(yīng)載荷以及結(jié)構(gòu)的變化。也就是說(shuō)當(dāng)由于托圈出現(xiàn)繞曲變形而導(dǎo)致耳軸軸線的偏斜時(shí)，各部位的傳動(dòng)齒輪副仍能正常工作保持嚙合狀態(tài)。此外，機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有減緩動(dòng)載荷的性能以及沖擊載荷的能力。 5． 要求占地面積少、結(jié)構(gòu)緊湊、高效率、維修方便等。 1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1國(guó)外轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 氧氣轉(zhuǎn)爐的發(fā)展早在20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用于鋼鐵煉制，并在之后的10年得到了飛速的發(fā)展，成為煉鋼的主要設(shè)備之一。在煉鋼生產(chǎn)主要大國(guó)德國(guó)、美國(guó)、日本等，基本都采用以氧氣轉(zhuǎn)爐為主導(dǎo)的煉鋼法。而在這些發(fā)達(dá)國(guó)家中轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)量的總比例平均超過(guò)了70%。隨著鋼鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的要求也越來(lái)越高，多點(diǎn)柔性嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成為最新的傳動(dòng)形式。田日玄一傅［2］將穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基本原理應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，使之成為日本鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展的重要因素。分別通過(guò)研究齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)要求、加工制造誤差、安裝精度等因素對(duì)齒輪副的故障診斷、動(dòng)態(tài)特性、噪聲特性的影響，分析表明輪齒齒廓加工誤差的幅值和相位的變化對(duì)齒輪副的振動(dòng)影響較大，同時(shí)也會(huì)對(duì)齒輪設(shè)計(jì)的基本參數(shù)的重新優(yōu)化有明顯的影響。Paclot［7］利用固有頻率法分別通過(guò)單級(jí)、兩級(jí)、多級(jí)齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫向振動(dòng)的耦合對(duì)軸承彈性支撐的影響進(jìn)行了研究，給出了一種研究齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)研究的新型方法。Umezawa［7］等學(xué)者通過(guò)選取結(jié)構(gòu)形式不同的齒輪軸與長(zhǎng)度不等的光軸進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，研究了本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)擺動(dòng)研究的影響。Kahraman［7］同樣研究了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)擺動(dòng)影響因素，并建立了與之相對(duì)應(yīng)的斜齒輪線性、非線性動(dòng)態(tài)模型，并重點(diǎn)研究了兩種模型下的齒輪軸軸向振動(dòng)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響，這些研究為轉(zhuǎn)爐多點(diǎn)齒輪柔性傳動(dòng)的設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。 1.4.2 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行了多方面的探討，于文妍［3］等對(duì)某煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐托圈如何產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行了分析研究，并提出了改造的方案措施，從而消除了由于轉(zhuǎn)爐托圈裂紋而帶來(lái)的潛在事故隱患。楊彥宏［5］等分析了轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置傳動(dòng)側(cè)耳軸發(fā)生擺動(dòng)的原因，對(duì)耳軸中心呈現(xiàn)橢圓形運(yùn)動(dòng)的軌跡行了分析測(cè)量，并根據(jù)耳軸實(shí)際受力環(huán)境找到其影響因素，提出改進(jìn)措施。陳宏偉［3］等對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的的點(diǎn)頭現(xiàn)象進(jìn)行了深沉次的探討，并給出了相應(yīng)的解決方案，為轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保證。劉海宇［3］等為降低轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中受到的動(dòng)載沖擊，進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)二次設(shè)計(jì)及改進(jìn)，為保證轉(zhuǎn)爐設(shè)備安全運(yùn)行提供了保障。從不同角度同樣分析了轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)側(cè)耳軸中心呈圓形軌跡的原因，探討了轉(zhuǎn)爐托圈傳動(dòng)側(cè)耳軸發(fā)生回轉(zhuǎn)擺動(dòng)、減速機(jī)偏擺等現(xiàn)象、實(shí)地測(cè)量扭力桿止動(dòng)裝置間隙的數(shù)值，通過(guò)分析對(duì)比尋找規(guī)律，為轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的使用、保養(yǎng)提供了實(shí)踐參考價(jià)值。李文秀［3］等從傾動(dòng)機(jī)構(gòu)各級(jí)齒輪軸的斷裂口的金相組織、材料的化學(xué)組成、材料力學(xué)等多方面進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。采用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真的方法，對(duì)全懸掛轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，探討了緩沖零部件的預(yù)緊力對(duì)耳軸所受扭矩的影響程度。為了降低轉(zhuǎn)爐設(shè)備經(jīng)費(fèi)，提高設(shè)備運(yùn)行的可行性，在保證設(shè)備性能基礎(chǔ)的前提下對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)爐設(shè)備龐大、笨重、不宜安裝、調(diào)試、拆裝的問(wèn)題。 1.5 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)主要研究?jī)?nèi)容及方法 在生產(chǎn)過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)爐起動(dòng)、制動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力很大，很大程度上會(huì)減少各個(gè)零部件使用壽命，并且機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比方案復(fù)雜，傳動(dòng)比很大（可達(dá)到600～800），因此傾動(dòng)機(jī)構(gòu)整體的尺寸依舊存在問(wèn)題，就是結(jié)構(gòu)龐大，需要投入巨資。為了提高設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的必要。 本文對(duì)于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作和方法主要在以下幾個(gè)方面： 1）選擇合理的傾動(dòng)方案，對(duì)存在的幾種傾動(dòng)方案進(jìn)行比較，選出最佳的傾動(dòng)方案作為設(shè)計(jì)對(duì)象，規(guī)定設(shè)計(jì)的研究方向，為選擇參考資料作準(zhǔn)備。 2）選用Solidworks2014建立三維立體模型，對(duì)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的各參數(shù)進(jìn)行分析，減少大量計(jì)算和繁瑣編程過(guò)程，減少設(shè)計(jì)勞動(dòng)量，縮短設(shè)計(jì)周期。 3）選定合理的正力矩設(shè)計(jì)原則，正確地計(jì)算和分析轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)力矩曲線；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐操作工況以及傾動(dòng)力矩曲線各區(qū)域力矩值的分析，確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)載荷及工作壽命。 4）合理選擇電機(jī)類(lèi)型，考慮其過(guò)載能力與電流值在合適的范圍內(nèi)，以減小變頻器的選型容量，節(jié)省變頻器的投資。 5）根據(jù)設(shè)計(jì)載荷對(duì)減速機(jī)傳動(dòng)比進(jìn)行合理分配，目標(biāo)是減小齒輪的體積，同時(shí)使各級(jí)齒輪傳動(dòng)比的安全系數(shù)接近以減小個(gè)別傳動(dòng)級(jí)的富余強(qiáng)度。 6）改進(jìn)并且簡(jiǎn)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)功能的前提下減少設(shè)備的零件種類(lèi)。 7） 對(duì)重要零部件進(jìn)行校核和可靠性分析，選擇合理的尺寸和大小，減小設(shè)備重量。 具體設(shè)計(jì)流程如圖1.2 圖1.2 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)總體方案的確定 2.1傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置形式的比較與選擇 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)避免使高大的轉(zhuǎn)爐跨間柱距加大，增加土建困難，所以總體配置要緊湊，同時(shí)傳動(dòng)裝置的配置不得高于操作平臺(tái)，使轉(zhuǎn)爐具有良好的操作環(huán)境。經(jīng)過(guò)對(duì)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了一些不同的配置形式，可歸納為落地式、半懸掛式、全懸掛式三種類(lèi)型。 1落地式 最早采用的一種布置形式的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)是落地式。應(yīng)用于小容量轉(zhuǎn)爐上，它的傾動(dòng)機(jī)構(gòu)除末級(jí)大齒輪裝在托圈耳軸上與安裝在地面上的傳動(dòng)裝置中的小齒輪嚙合外，其余都安裝在地基上。 圖2.1落地式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu) 落地式存在的主要問(wèn)題是當(dāng)托圈撓曲出現(xiàn)嚴(yán)重變形時(shí)，會(huì)引起如圖2.1所示中耳軸軸線發(fā)生較大偏斜，進(jìn)而會(huì)影響末級(jí)齒輪副的正常嚙合，造成齒輪輪齒上的載荷集中，經(jīng)常會(huì)因此導(dǎo)致齒輪磨損嚴(yán)重和小齒輪輪齒斷裂或傳動(dòng)裝置上的其它事故。對(duì)小轉(zhuǎn)爐來(lái)說(shuō)，只要托圈剛性較好，落地式的布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還是可取之處的。但是對(duì)于大、中型轉(zhuǎn)爐來(lái)說(shuō)存在著缺點(diǎn)，由于它的低速級(jí)聯(lián)軸器的尺寸和重量都很大的，所以占地面積較大。即使轉(zhuǎn)爐增加基建投資，加大跨間建筑面積，而且設(shè)備重量較大。 2半懸掛式 半懸掛式的產(chǎn)生是以落地式的配置為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來(lái)的。它的特點(diǎn)就是通過(guò)齒式聯(lián)軸器或萬(wàn)向聯(lián)軸器把減速器小齒輪與主減速器聯(lián)接起來(lái)，然后通過(guò)減速器箱體把末級(jí)齒輪懸掛在轉(zhuǎn)爐耳軸上，其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍然在地基上安裝。如圖2.2所示 圖2.2 半懸掛式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于半懸掛式裝置的末級(jí)大、小齒輪均通過(guò)減速機(jī)懸掛在耳軸上，所以當(dāng)耳軸軸線發(fā)生偏斜時(shí)，它們之間仍然可以保持正常的嚙合。因此半懸掛裝置的占地面積和重量要相對(duì)少一些。但是半懸掛裝置中懸掛減速器和主減速器之間一般還是需要通過(guò)齒式聯(lián)軸器或萬(wàn)向聯(lián)軸器來(lái)連接，所以它的占地面積還是比較大的。 半懸掛式結(jié)構(gòu)也存在一些新的問(wèn)題，既懸掛減速器必須配套安裝抗扭轉(zhuǎn)裝置。懸掛減速器被懸掛在耳軸上，當(dāng)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外力矩的作用會(huì)使它產(chǎn)生一種圍繞耳軸回轉(zhuǎn)的力矩。所以，為了避免懸掛減速器由于回力矩的作用發(fā)生圍繞耳軸回轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，必須在它上面安裝一個(gè)抗扭裝置。此外，半懸掛式傾動(dòng)機(jī)構(gòu)中沒(méi)有末組體積龐大的聯(lián)軸器，所以其在占地面積以及重量上面都要相對(duì)減小了一些。但是，選懸掛式裝置的占地面積也是比較可觀的，因?yàn)樗匀恍枰ㄟ^(guò)萬(wàn)向按軸或者齒式聯(lián)軸器在懸掛減速器以及主減速器之間進(jìn)行聯(lián)接。 3全懸掛式 全懸掛式傾動(dòng)機(jī)構(gòu)是指包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、一級(jí)減速器在內(nèi)所有的傾動(dòng)機(jī)構(gòu)全都固定在二級(jí)減速機(jī)箱體上，然后懸掛在驅(qū)動(dòng)耳軸的外端上，只有扭力桿平衡止動(dòng)裝置放置在地基上。到目前為止，一般的大型全懸掛式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上都采用的都是多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比不僅減小了重量和尺寸，還保證了運(yùn)行期間的可靠性，我們所謂的多點(diǎn)嚙合柔性支撐傳動(dòng)其實(shí)就是在末級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)中，許多各自帶有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的小齒輪共同驅(qū)動(dòng)同一個(gè)末級(jí)大齒輪，然而整個(gè)二級(jí)減速器的兩端是由兩根立桿通過(guò)曲柄與水平扭力桿連接支撐在基礎(chǔ)上。 全懸掛式多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)有其他配置沒(méi)有的諸多優(yōu)點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、重量輕、工作性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等。由于多點(diǎn)嚙合的傳動(dòng)裝置一般至少采用兩套以上，所以即使其中有一到兩套發(fā)生故障的時(shí)候，仍然能保證整個(gè)系統(tǒng)正常的運(yùn)行，具有較高的安全系數(shù)。整個(gè)傳動(dòng)裝置都是懸掛在耳軸之上，即使當(dāng)托圈發(fā)生扭曲或者邊形的時(shí)候，齒輪不會(huì)受到影響，仍然能夠正常嚙合。由于采用了柔性抗扭的緩沖裝置，所以大幅度減少了動(dòng)載荷，使得轉(zhuǎn)爐運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)更加安全平穩(wěn)。 與半懸掛式相比較而言，全懸掛式具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，此外即使托圈發(fā)生變形扭曲，也不會(huì)影響到其他傳動(dòng)部件的正常嚙合。同時(shí)，不需要安裝低速級(jí)的大型聯(lián)軸器或萬(wàn)向聯(lián)軸器，這大大減少了懸掛式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)縫隙。而且，它采用的柔性抗扭緩沖裝置，使得力矩在傳動(dòng)過(guò)程中逐漸增加或減少，大幅度減少了動(dòng)載荷和沖擊力。但是，全懸掛式同時(shí)也存在著一些問(wèn)題，例如對(duì)抗扭緩沖裝置的性能有比較高要求，同時(shí)還要把懸掛減速器箱體的剛度問(wèn)題考慮在內(nèi)，必須加強(qiáng)箱體的剛度才能有效避免由于剛性不夠而影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，全懸掛機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)爐耳軸軸承的負(fù)荷增大了不少，因此對(duì)耳軸強(qiáng)度要求也相對(duì)變得比較高。最后，全懸掛式中的嚙合點(diǎn)有所增加，因此它的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，這對(duì)機(jī)構(gòu)的工程要求比較嚴(yán)格。 本文對(duì)傾動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)采用了全懸掛式的配置 圖2.3全懸掛式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.2傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的選擇 目前國(guó)內(nèi)以電機(jī)作為大型爐的驅(qū)動(dòng)裝置主要有兩種形式，一種為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，另一種為交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)快速、慢速兩種傾動(dòng)速度要求，但是由于大型爐需要經(jīng)常啟制動(dòng)，平均每分鐘四次甚至更多，這使得傾動(dòng)機(jī)械的電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊尖峰載荷，而且經(jīng)常造成接觸器觸點(diǎn)和制動(dòng)器電磁線圈燒毀，增加了電器事故，影響了正常的生產(chǎn)安全和人員安全，不適合在大型爐使用。而直流電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)或無(wú)級(jí)變速，通過(guò)一般的齒輪減速機(jī)就能充分滿足不同傾動(dòng)速度的要求，而且直流電動(dòng)機(jī)具有相當(dāng)?shù)倪^(guò)載能力，有利于保證轉(zhuǎn)爐操作要求。我國(guó)轉(zhuǎn)爐一般使用交流電動(dòng)機(jī)JZR型（JZRB型）及直流電動(dòng)機(jī)ZZ或ZZJ型作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。 2.3傾動(dòng)機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)方案 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)減速機(jī)主要是由四個(gè)展開(kāi)式多級(jí)圓柱斜齒輪減速機(jī)組成，在主減速機(jī)的對(duì)角線位置分布，這種減速機(jī)由于使用了斜齒輪，能有效降低噪聲，而且嚙合平穩(wěn)，沖擊較小。然而會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生較大的軸向力，故可以使用圓錐滾子軸承加以穩(wěn)定平衡。 圖2.4全懸掛式轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)減速器 2.4聯(lián)軸器、齒輪、軸、軸承、制動(dòng)器的選擇 聯(lián)軸器要選擇帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器，根據(jù)計(jì)算公式到機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查找所需要的聯(lián)軸器。齒輪設(shè)計(jì)要根據(jù)有關(guān)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)并要進(jìn)行校核，軸承、軸也是按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行并對(duì)其校核，軸承校核壽命，軸校核強(qiáng)度。在選擇制動(dòng)器時(shí)，既要考慮到制動(dòng)器要有足夠的制動(dòng)力矩、保證轉(zhuǎn)爐安全和準(zhǔn)確定位、不致因制動(dòng)器失靈造成工藝操作事故；又要考慮到制動(dòng)時(shí)間不應(yīng)太短，否則會(huì)造成傾動(dòng)機(jī)械承受過(guò)大的動(dòng)負(fù)荷引起扭振疲勞。為了確保安全，轉(zhuǎn)爐的每個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中至少有兩個(gè)以上的制動(dòng)器。 3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩的計(jì)算 3.1傾動(dòng)力矩的組成部分 傾動(dòng)力矩是轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)，是確定轉(zhuǎn)爐最佳的耳軸位置重要參數(shù)依據(jù)，同時(shí)也是合理操作轉(zhuǎn)爐并提高其可靠性與壽命的依據(jù)之一。 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩［1］構(gòu)成部分由三塊組成： (3.1) 式中 —空爐力矩（由爐殼和爐襯重量引起的靜阻力矩），空爐的重心與耳軸中心的距離是不變的，在傾動(dòng)過(guò)程中，空爐力矩與傾動(dòng)角度存在正弦函數(shù)關(guān)系； —爐液力矩（爐內(nèi)液體鐵水和爐渣引起的靜力矩），在傾動(dòng)過(guò)程中，爐液的重心位置是變化，出鋼時(shí)其重量也發(fā)生變化的，均隨傾動(dòng)角度的變化而變化，故傾動(dòng)角度存在函數(shù)關(guān)系； —轉(zhuǎn)爐耳軸上的摩擦力矩，在出鋼過(guò)程中其值也有變化，但其值較小，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，在傾動(dòng)過(guò)程中可視為常量。 轉(zhuǎn)爐對(duì)耳軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由空爐和爐液對(duì)耳軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)蓚€(gè)部分組成： (3.2) 式中 —空爐對(duì)耳軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是常量，不隨傾動(dòng)角度改變； —爐液對(duì)耳軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因?yàn)闋t液重量和重心均隨著傾動(dòng)角度變化而變化，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值也隨傾動(dòng)角度而改變。 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算步驟： （1）預(yù)選一個(gè)參考的耳軸的位置； （2）新?tīng)t爐型的空爐重量、重心和空爐力矩的計(jì)算； （3）新?tīng)t爐型在不同傾動(dòng)角度下（每隔）的爐液重量、重心和爐液力矩的計(jì)算； （4）新?tīng)t爐型摩擦力矩的計(jì)算及新?tīng)t在不同傾動(dòng)角度下的合成傾動(dòng)力矩計(jì)算； （5）確定最佳耳軸的位置； （6）按最佳耳軸位置，重新計(jì)算新?tīng)t空爐力矩、新?tīng)t爐型在隨傾動(dòng)角度變化的爐液重量、重心和爐液力矩、新?tīng)t合成傾動(dòng)力矩。并畫(huà)出隨傾動(dòng)角度變化的傾動(dòng)力矩曲線。 空爐力矩，爐液力矩，轉(zhuǎn)爐耳軸上的摩擦力矩的具體計(jì)算公式和分析方法如下： (3.3) 式中 —空爐重量（噸）； —空爐重心K至耳軸中心L的距離（m）； —傾動(dòng)角度（°） —與z軸線的夾角，； H—預(yù)先給定耳軸中心L的z坐標(biāo)值（m）； 、—空爐合成重心的x、z的坐標(biāo)值。 (3.4) 式中 —爐液重量（噸）； H—預(yù)先給定耳軸中心L的z坐標(biāo)值（m）； 、—爐液重心的x、z的坐標(biāo)值； —傾動(dòng)角度（。）。 (3.5) 式中 —空爐重量（噸）； —爐液重量（噸）； —托圈及附件重量； —懸掛減速機(jī)的重量； —摩擦系數(shù)；對(duì)滑動(dòng)軸承?。粚?duì)滾動(dòng)軸承??； d—滑動(dòng)軸承取耳軸直徑（m）；滾動(dòng)軸承取軸承的平均直徑。 3.2確定轉(zhuǎn)爐爐型 國(guó)內(nèi)外氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐型大概有以下圖3.2三種類(lèi)型： A型：爐帽是截錐形、爐底為球缺形、爐身為圓筒形； B型：爐帽是截錐形、爐底為球缺形或倒截錐形、爐身為圓筒形； C型：爐帽是傾角比較大的截錐形、爐底為球缺形、爐身是上面大下面小的倒截錐形。 圖3.1轉(zhuǎn)爐爐型 爐型設(shè)計(jì)步驟 列出原始條件：公稱(chēng)容量，鐵水條件，廢鋼比，氧槍類(lèi)型，吹氧時(shí)間等 爐子的平均出鋼量為200t，鋼水收得率取92%，最大廢鋼比去20%，采用廢鋼礦石法冷卻 鐵水采用p08低磷生鐵｛｝ 氧槍采用四孔拉瓦爾型噴頭，設(shè)計(jì)氧壓為1.0Mpa 1． 根據(jù)條件選擇爐型 采用筒球形轉(zhuǎn)爐，既圖3.2 A型 2． 確定爐容比 取V/T=1.05 3． 計(jì)算熔池直徑，熔池深度等尺寸 1．計(jì)算熔池直徑 A． 確定初期金屬裝入量G：取B=15%則 ） B.確定吹氧時(shí)間：根據(jù)生存赫斯基，一般低磷鐵水約50~57，高磷鐵水約為62~69，本設(shè)計(jì)采用低磷鐵水取57吹氧時(shí)間為14min。 取K=1.57 D=5.960(m) 2．熔池深度計(jì)算 公式如下： 確定D=5.96m，h=1.405m 3．熔池其他尺寸計(jì)算 球冠弓形高度： 爐底球冠曲率半徑： 4． 計(jì)算爐帽尺寸 爐口直徑：取 爐帽直徑： 爐帽高度 取 在爐口處設(shè)置水箱式水冷爐口。 爐帽部分容積為 5． 計(jì)算爐身尺寸 爐膛直徑 根據(jù)爐溶比為1.05，可求出爐子的總?cè)萘? 爐身高度 則爐型內(nèi)高 6． 計(jì)算出鋼口尺寸 出鋼口直接 出鋼口襯磚外徑 出鋼口長(zhǎng)度 出鋼口傾角 7． 確定爐襯厚度 爐身工作層選700mm，永久層115mm，填充層100mm，總厚度為915mm 爐殼內(nèi)徑 爐帽和爐底工作層選600mm，爐帽永久層150mm，爐底永久層用標(biāo)準(zhǔn)鎂磚立砌 一層230mm，黏土磚平砌三層共195mm則爐底總厚度為1025mm 爐殼內(nèi)型高度 工作層材質(zhì)全采用鎂碳磚。 8． 計(jì)算爐殼厚度 爐身全采用75mm厚的鋼板，爐帽和爐底采用65mm厚鋼板 則 爐殼轉(zhuǎn)角半徑 9． 校核H/D 可見(jiàn)，符合高寬比的推薦值，因此認(rèn)為所設(shè)計(jì)的爐子的基本尺寸基本上都是合適的，能保證轉(zhuǎn)爐的正常冶煉，根據(jù)以上尺寸繪制出爐型圖如下。 10． 繪制爐型圖 圖3.2 200噸轉(zhuǎn)爐爐型圖 3.3確定轉(zhuǎn)爐重心 本文運(yùn)用Solidworks2013軟件畫(huà)出轉(zhuǎn)爐爐體的三維圖像，并通過(guò)選定密度合適的材料作為爐襯以及爐殼的材料進(jìn)而確定空爐重心的位置。在本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)爐爐殼采用16MnCr5合金鋼板材料，密度為7800kg/m3。該材料目前為國(guó)內(nèi)最為廣泛的轉(zhuǎn)爐材料，物理性能優(yōu)越，價(jià)格較低，具有較高的性?xún)r(jià)比。而爐襯本文采用平均密度為2240kg/m3的耐火材料作為原材料。 確定空爐重心具體操作過(guò)程如下： （1） 根據(jù)確定的200噸轉(zhuǎn)爐爐型圖，運(yùn)用Solidworks2013軟件畫(huà)出轉(zhuǎn)爐爐體的三維圖像。分別畫(huà)出爐殼以及爐襯的三圍立體圖形。然后分別選定爐殼以及爐襯的材料。如圖3.3和圖3.4 （2） 圖3.3 爐殼以及所選材料 圖3.4 爐襯以及所選材料 （2） 將選定好材料的爐殼和爐襯進(jìn)行裝配。裝配完成后，點(diǎn)擊〔評(píng)估〕→〔質(zhì)量特性〕就可得到轉(zhuǎn)爐空爐時(shí)的重量、體積、重心等等參數(shù)?？蔀橄乱徊接?jì)算作準(zhǔn)備。如圖3.5 圖3.5 空爐質(zhì)量屬性 具體數(shù)值如下： 輸出坐標(biāo)系 : -- 默認(rèn) -- 質(zhì)量 = 518367.371千克 體積 = 187882135895.330 立方毫米 表面積 = 879396411.104 平方毫米 重心 : ( 毫米 ) X = 0.000000 Y = -5479.832 Z = 0.000000 慣性主軸和慣性力矩 : ( 千克 * 平方毫米 )由重心決定。 Ix = (0.000, 1.000, 0.000) Px = 4839522416208.008 Iy = (0.000, 0.000 1.000) Py = 6325218454458.700 Iz = (1.000, 0.000, 0.000) Pz = 6325218454458.700 （3） 慣性張量 : ( 千克 * 平方毫米 )由重心決定，并且對(duì)齊輸出的坐標(biāo)系。 （4） Lxx = 6325218454458.706 Lxy = -0.000 Lxz = 0.000 （5） Lyx = -0.000 Lyy = 4839522416207.996 Lyz = 0.000 （6） Lzx = 0.000 Lzy = 0.000 Lzz = 6325218454458.706 （7） 慣性張量: ( 千克 * 平方毫米 )由輸出座標(biāo)系決定。 （8） Ixx = 21891042901566.543 Ixy = -0.003 Ixz = 0.000 （9） Iyx = -0.003 Iyy = 4839522416207.996 Iyz = -0.000 （10） Izx = 0.000 Izy = -0.000 Izz = 21891042901566.543 3.4確定預(yù)設(shè)耳軸位置 預(yù)設(shè)耳軸位置為空爐重心之上100mm。在距離圖3.2.2爐底4620mm的中心線上。在Solidworks2013軟件中，按照預(yù)設(shè)耳軸位置來(lái)裝配爐殼和爐襯便于計(jì)算空爐力矩以及爐液力矩。 3.5計(jì)算爐液力矩與空爐力矩 在Solidworks2013軟件中，使用爐液在裝配體中的直接切割方法計(jì)算爐液力矩與空爐力矩的總和。算定爐液的平均密度為7200kg/m3。如圖3.6 圖3.6 爐液以及所選密度 這樣計(jì)算不需要將爐液力矩以及空爐力矩分別算出，可以簡(jiǎn)便的算出爐液力矩以及空爐力矩的總和。為計(jì)算傾動(dòng)力矩的總和提供了簡(jiǎn)便。 繪圖過(guò)程可分為三個(gè)階段：爐液傾倒前、爐液傾倒中和爐液傾倒后。旋轉(zhuǎn)的角度也可分為三個(gè)階段，0°~91.435°、91.435°~115.1815 °、115.1815°~360°。其中91.435°為爐液剛開(kāi)始傾倒時(shí)的角度，115.1815°為爐液全部?jī)A倒時(shí)的角度。 操作過(guò)程如下： （1） 當(dāng)傾角為0°~91.435°時(shí)，在爐襯的內(nèi)側(cè)圓邊界上引一條水平直線和一個(gè)平行于爐口的平面。將該平面以該直線為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)做拉伸切除。點(diǎn)擊（質(zhì)量屬性）調(diào)整拉抻切除長(zhǎng)度以保證爐液質(zhì)量為200噸。可得到轉(zhuǎn)爐在不同角度時(shí)的爐液與空爐的總力臂L。在此階段重量為空爐和爐液的總重量為698367.371Kg。如圖3.7 10°時(shí)爐液狀態(tài) 30°時(shí)爐液狀態(tài) 50°時(shí)爐液狀態(tài) 60°時(shí)爐液狀態(tài) 70°時(shí)爐液狀態(tài) 80°時(shí)爐液狀態(tài) 90°時(shí)爐液狀態(tài) 91.435°時(shí)爐液狀態(tài) 圖3.7各角度時(shí)爐液狀態(tài) （2）當(dāng)傾角為91.435°~115.1815°時(shí)，按（1）中所做直線與平面旋轉(zhuǎn)，但只需調(diào)整平面角度。調(diào)整后，在總裝配圖中（質(zhì)量屬性）中，可查得沒(méi)個(gè)角度下的爐液與空爐總質(zhì)量以及總力臂。如圖3.8 100°時(shí)爐液狀態(tài) 115.1815°時(shí)爐液狀態(tài) 圖3.8 （3） 當(dāng)傾角為115.1815°~360°時(shí)，此時(shí)爐液已全部?jī)A倒，該階段為空爐旋轉(zhuǎn)。 3.6確定耳軸摩擦力矩 根據(jù)3.1中的公式有 耳軸軸承的摩擦系數(shù)=0.02~0.05 本設(shè)計(jì)中耳軸軸承摩擦系數(shù) 耳軸軸承直徑D=1180mm 采用雙列向心滾子軸承 摩擦直徑 本次設(shè)計(jì)取耳軸摩擦系數(shù)=0.04； 分瓣式托圈質(zhì)量=285.78t；耳軸上懸掛的減速箱組的重量=157.93t 已知+=698.367t 由公式 計(jì)算可得摩擦力矩=32.435t·m 3.7運(yùn)用Excel繪制傾動(dòng)力矩表格 操作過(guò)程為點(diǎn)擊（插入）—（表格）選中所需要的表格類(lèi)型即可完成。 綜合上述經(jīng)計(jì)算后可得出預(yù)設(shè)耳軸位置時(shí)的傾動(dòng)力矩。如表3.1 表3.1 預(yù)設(shè)耳軸傾動(dòng)力矩 傾轉(zhuǎn)角度 （°） 綜合力臂 L（m） 空爐、爐液總質(zhì)量+（t） 空爐、爐總力矩+(t·m) 10 0.053754 698.367 37.540 20 0.106053 698.367 74.064 30 0.153447 698.367 107.162 40 0.199031 698.367 138.997 50 0.235017 698.367 164.128 60 0.248628 698.367 173.634 70 0.215711 698.367 150.645 80 0.129202 698.367 90.230 90 0.019397 698.367 13.546 91.435 0.047967 698.367 33.499 100 0.041023 567.708 23.289 110 0.072475 523.519 37.942 115.1815 0.090344 518.367 46.831 由表3.6.1可知，當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)91.435°時(shí)，轉(zhuǎn)爐開(kāi)始傾倒?fàn)t液，115.1815°時(shí)轉(zhuǎn)爐爐液全部?jī)A倒。當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)60°時(shí)，傾動(dòng)力矩最大為173.634t·m。當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)90°時(shí)，傾動(dòng)力矩最小為13.546t·m。 3.8確定最佳耳軸位置 最佳耳軸的位置確定，大致可分為兩種方案，一種為“正負(fù)力矩等值”，另一種則為“全正力矩”。由于考慮到轉(zhuǎn)爐的安全性能，目前對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)爐的最佳耳軸位置確定大多采用“全正力矩”原則。因此也本文采用“全正力矩”原則確定耳軸位置。其基本原則是整個(gè)傾動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)力矩。合成力矩曲線全在“正力矩”的區(qū)域內(nèi)，耳軸位置高出爐體重心位置較多，當(dāng)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的任一環(huán)節(jié)發(fā)生事故時(shí)，轉(zhuǎn)爐在任何傾動(dòng)角度下都能依靠其自身重力的力矩自動(dòng)返回零位，故其安全可靠性好。 根據(jù)全正力矩原則，（Mk+My）min-Mm≥0，代入最佳耳軸修正公式 其中：ΔΗ—最佳耳軸修正值 —為代入最小力矩時(shí)所對(duì)應(yīng)的傾轉(zhuǎn)角度=90° （Mk+My）min=13.546t·m 代入公式計(jì)算得 最佳耳軸位置 因此最佳耳軸位置在距離爐底4647.047mm處。 3.9確定修正后的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩 確定最佳耳軸位置后，要重新修正轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)力矩。運(yùn)用Solidworks2013軟件，將原先的預(yù)設(shè)耳軸中心線參照原來(lái)的位置，向上調(diào)整修正值27.047mm，也就是確保最佳耳軸位置中心線距離爐底的距離H=4647.047mm。然后按照3.5中的方法，轉(zhuǎn)爐每?jī)A轉(zhuǎn)5°時(shí)，計(jì)算爐液力矩和空爐力矩的總和。從而確定修正最佳耳軸后的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩。如表3.2 表3.2 修正后的傾動(dòng)力矩 傾轉(zhuǎn)角度（°） 綜合力臂（m） 空爐、爐液總質(zhì)量（t） 空爐、爐液總力矩(t·m) 耳軸摩擦力矩(t·m) 傾動(dòng)力矩 (t·m) 5 0.028957 698.367 20.222 32.435 52.657 10 0.058451 698.367 40.820 32.435 73.255 15 0.087609 698.367 61.183 32.435 93.618 20 0.115304 698.367 80.525 32.435 112.960 25 0.141191 698.367 98.603 32.435 131.038 30 0.166971 698.367 116.607 32.435 149.042 35 0.192359 698.367 134.337 32.435 166.772 40 0.216417 698.367 151.138 32.435 183.573 45 0.237998 698.367 166.210 32.435 198.645 50 0.255736 698.367 178.598 32.435 211.033 55 0.267895 698.367 187.089 32.435 219.524 60 0.272052 698.367 189.992 32.435 222.427 65 0.264436 698.367 184.673 32.435 217.108 70 0.241127 698.367 168.395 32.435 200.830 75 0.204936 698.367 143.121 32.435 175.556 80 0.155838 698.367 108.832 32.435 141.267 85 0.091503 698.367 63.903 32.435 96.338 90 0.007650 698.367 5.343 32.435 37.778 91.435 0.020929 698.367 14.616 32.435 47.051 95 0.031487 633.371 19.943 32.435 52.378 100 0.014387 567.708 8.168 32.435 40.603 105 0.050760 536.834 27.250 32.435 59.685 110 0.097891 523.519 51.248 32.435 83.683 115 0.114880 518.395 59.553 32.435 91.988 115.1815 0.114821 518.367 59.519 32.435 91.954 120 0.109880 518.367 56.958 32.435 89.393 3.10繪制傾動(dòng)力矩曲線圖 結(jié)合3.9中修正最佳耳軸后的傾動(dòng)力矩，通過(guò)使用WPS2013繪制隨著傾轉(zhuǎn)角度改變的傾動(dòng)力矩曲線圖。傾動(dòng)力矩單位(t·m)。如圖3.9 圖3.9 傾動(dòng)力矩曲線圖 4電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與校核 4.1 電機(jī)容量計(jì)算與確定電機(jī)型號(hào) 4.1.1確定電機(jī)型號(hào) 要選擇電機(jī)，根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］可知：一般轉(zhuǎn)爐高速取0.6～1.5 r/min；低速取0.1～0.3 r/min。本文取轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速n=1.0 r/min。確定電機(jī)功率可根據(jù)公式（4.1） （4.1） 式中：N——電機(jī)需要的功率，KW； ——轉(zhuǎn)爐計(jì)算最大傾動(dòng)力矩，；=222.427t·m=2224.27KNm ——正常工作時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)； n——轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速，r/min； ——考慮到電壓降引起力矩誤差以及傾動(dòng)力矩計(jì)算誤差，取1.1～1.3，常用1.1； ——考慮到多電動(dòng)機(jī)傾動(dòng)時(shí)，電機(jī)不同步造成的力矩誤差，一般取1.1； ——傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的總機(jī)械效率，初步計(jì)算時(shí)，對(duì)于齒輪傳動(dòng)=0.85～0.95； ——安全系數(shù)， 根據(jù)百度上鋼鐵工業(yè)重要?jiǎng)恿υO(shè)備可查得所選電機(jī)應(yīng)為ZZJO-82型復(fù)勵(lì)直流電機(jī)（復(fù)勵(lì)直流電機(jī)可以?xún)蓚€(gè)轉(zhuǎn)向，只需要在改變主勵(lì)磁極性的同時(shí)也改變串勵(lì)極性貨只改變電樞極性，電機(jī)就可以反轉(zhuǎn)，在惡劣的工作環(huán)境中，能經(jīng)受頻繁的啟制動(dòng)和轉(zhuǎn)向，重復(fù)大的過(guò)載轉(zhuǎn)矩。），其主要參數(shù)有： 額定功率N=83KW；額定轉(zhuǎn)速n=500 r/min；過(guò)載系數(shù)=3；電動(dòng)機(jī)飛輪力矩GD=58。 4.1.2電動(dòng)機(jī)工作制度值及發(fā)熱值的校核 200噸轉(zhuǎn)爐從出鋼一直到返回吹煉之間，這段時(shí)間內(nèi)啟、制動(dòng)頻繁電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，其值為： 故值滿足條件，由于值較低，發(fā)熱不會(huì)有問(wèn)題，故不再做發(fā)熱校核。 4.1.3電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校核 （1）塌爐過(guò)載校核 轉(zhuǎn)爐最大力矩是塌爐力矩，通常為正常工作最大傾動(dòng)力矩的三倍，因此要求電動(dòng)機(jī)的最大過(guò)載力矩比三倍最大傾動(dòng)力矩要大些，即： 塌爐力矩 （4.2） 轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速n=1.0r/min；電機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min；過(guò)載系數(shù)=3。 則有： ，即：（KNm） 故塌爐時(shí)，只要電機(jī)在500 r/min以下運(yùn)轉(zhuǎn)，則電動(dòng)機(jī)過(guò)載即可滿足。 （2）事故過(guò)載 當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)出事故時(shí)，另幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)要繼續(xù)工作直至本爐冶煉結(jié)束。假設(shè)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)爐1.1 r/min下過(guò)載工作，此時(shí)有， 按公式： （4.3） 2224.27KNm，故一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，只要轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速低于1.1 r/min以下，過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)就能滿足要求。 （3）高速過(guò)載 當(dāng)電動(dòng)機(jī)電壓超出額定電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，此時(shí)設(shè)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速為=1.5 r/min，則有，所以。按文獻(xiàn)［2］公式： （4.4） 有2224.27KNm，故高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)過(guò)載也能滿足要求。 4.1.4確定啟動(dòng)時(shí)間 轉(zhuǎn)爐用電動(dòng)機(jī)，除功率、過(guò)載等要求滿足外，為了降低啟動(dòng)時(shí)動(dòng)負(fù)荷以及疲勞對(duì)傾動(dòng)機(jī)械強(qiáng)度的影響，還要對(duì)其啟動(dòng)力矩及啟動(dòng)時(shí)間加以控制。通常，啟動(dòng)力矩取電動(dòng)機(jī)額定力矩的1.1～1.2倍，常取1.15倍。啟動(dòng)時(shí)間控制在2～5秒之間（大轉(zhuǎn)爐取大值）。啟動(dòng)時(shí)間按下式計(jì)算： 式中 n——電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)速，r/min； M——折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)爐最大力矩，； ——傾動(dòng)機(jī)械總速比； ——傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的總機(jī)械效率； ——轉(zhuǎn)爐計(jì)算最大傾動(dòng)力矩，； ——安全系數(shù)； ——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩，； （4.5） ——轉(zhuǎn)爐及其傾動(dòng)機(jī)械折合到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩，； （4.6） 式中 ——電動(dòng)機(jī)飛輪力矩，； ——聯(lián)軸器的飛輪力矩，； ——考慮到各級(jí)大齒輪、高速軸，轉(zhuǎn)爐爐體及托圈產(chǎn)生的飛輪力矩引起的影響因數(shù)。 啟動(dòng)時(shí)間為3.76秒，可以滿足要求。 4.2 聯(lián)軸器的計(jì)算與選擇 聯(lián)軸器按下式計(jì)算選擇： （4.7） 即： 式中 ——驅(qū)動(dòng)功率，KW； n——工作轉(zhuǎn)數(shù)，r/min； ——?jiǎng)恿C(jī)系數(shù)，電動(dòng)機(jī)取1.0； ——工況系數(shù)，重沖擊載荷取2.75； —