高炉炉前液压泥炮回转部分设计.pdf

问题研究 第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第 1 5 4 期 高炉炉前液压泥炮回转部分设计 苗勇 本钢集团公 司审计部本 溪1 1 7 0 0 0 摘要经过对高炉泥炮的多年研究， 完成了使用寿命长、 备件成本低和检修维护方便的泥炮回转部分的 设计 。 关键词 高炉泥炮回转设 计 l 引言 高炉液压泥炮属非标准设备， 近年来生产厂 家较多， 产品型式各异 ， 创新不断， 但都朝着体积 小 、 重量轻 、 造价低 、 运行 可靠 、 寿命长和维护方便 的方 向发展。 配合 2 号高炉大修改造本钢公司设计制造的 高炉炉前液压矮炮是一次成功 的尝试 ， 经过多年 的生产使用， 它的可靠性和实用性得以体现， 是高 效快捷堵高炉铁 口的专用设备， 适用高温多尘的 工作环境。 在此之前 的炉前 电动泥炮结构臃 肿 ， 可靠性 差 ， 耗电量大， 检修频繁， 备件费用高。由于该机 构工作环境灰尘大温度高， 加之开式齿轮传动， 经 常因为机械故障而影响正常生产。 新液压泥炮基本克服了这些缺点， 它以高压 油为动力， 通过油缸推动回转臂实现机构回转、 压 炮 、 打泥油缸打泥全部动作 。回转 和打泥油缸可 按要求订购， 现将回转机构的设计作一简述。 2 设计原则 设计参数 压炮力为 l 1 7 ． 6 k N 1 考虑到机构的工作环境、 设备冲击振动的 不 确定性 和材料 的不均匀性等 因素 ， 结构部分设 计全部采用 Q 2 3 5 B钢板焊接。 2 安全系数取3 ～ 4 。 3 考虑到回转油缸和回转臂的重心下沉， 在 竖直方向产生弯矩， 会增加各铰接处摩擦， 影响设 备使用周期 ， 在 回转臂重心处设一托轮机构。 3 机构设计 根据机构总体布置， 确定机构各点相对位置， 泥炮机构 见 图 1 ， 2 。 图1 泥炮机构平面示意 一 6 1 第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第 1 5 4 期 问题研究 图 2 机构立面图 3 ． 1 机构受力分析 图示 位置是机构 的工作位置 ， 此 时机构处 于 最大受力状态 。首先通过计算确定 出D点的力 和方向 ， F o 3 3 9 k N。 3 ． 2 计算回转臂上B， C点的力 和 作用在回转臂上的力 ， R， 构成一个平面 汇交力系； 建立以 B 点为原点 ， 平行于A C线为x轴 的坐标 系 。 是二力杆件 ， 方 向沿 A C连线 ， 由机 构几何图形求得力 ， 的作用线到 B点的垂直距 离分别 为 6 5 0 mm和4 6 0 mm， F D 与 二力 间夹角为 1 4 。 。 由∑ 0 有 6 5 0 F D 4 6 0 F c ， 解得 F c 4 7 9 k N， 是一个与 ， 的合力相平衡并等值反向的力， P F B J F D c o s l 4 。 F c F D s i n 1 4 。 8 1 2 k N 。 3 I 3 各点铰接设计及回转臂设计 主要材 料选择 轴 采用 4 5 号钢 ； 回转 臂选用 Q 2 3 5 B 钢板， 6 5 0 m m； 滑动轴承选用铸铝铁青铜 Z Q A l 9 4 材料 ， 机械性能 见表 1 。 表 1 材料机械 性能表 MP a 材质 屈服应力o r 抗压应力 剪切应力 3 ． 3 ． 1轴 径 设 计 由公式 F ,N ／ S ； ≤r 有4 F I N ／ 1 T i ≤r 式 中 该点的力 ； 安全系数； 丁 剪切应力； S i轴截面面积； 。 该点轴径。 因回转臂分上下两部分 ， 所以 应是该点力 一 6 2一 的 1 ／ 2 ， 代人数据 ， 解得 D点 D I7 6 m m， 取 D 8 0 m m； C 点 c ≥9 0 m m， 取 c 9 0 mm； B点 西B ≥1 1 7 mm， 取 B 1 2 0 mm。 3 ． 3 ． 2回转臂设计 1 回转臂 几何 形状 的设计 简化 回转臂 C D 段为一悬臂梁 ， 已知 C D段长度为 1 2 0 0 mm， 画受力 图， 建立剪力和弯矩方程 见 图2 ， 并截取几段进 行强度校核设计 ， 即 ∑ 0 ， q 1 ／ 2 F D 1 7 0 k N 剪力方程 ； ∑ 0 ， m q x ， 0 I3 3 4 mm， 当X 7 0 0 m m时h 5 1 0 mm， 式 中h 为回转臂在各点的宽度； 6 为为钢板的厚度。 其他各点略 ， 由此设计 回转臂几何形状。 2 回转臂各铰接处设计 根据机构受力分析 可知 ， 回转臂 B处受 力最大 ， 此处受拉力 为 1 ／ 2 F ． 4 0 6 k N， 见图 4 图4 托轮位置简图 由公 F N ／ A t r 式中F为该点受的力 ； b 5 O mm， 问题研究 第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第1 5 4 期 A 2 R 一西 b ， 代 人 公 式 得 R≥1 3 4 mm， 取 R 1 5 0mm。 3 滑动轴 承设计 回转 臂 B处受力 最大 8 1 2 k N ， 初选每处滑动轴承的宽度为9 5 m m， 因回转 臂分上下两部分， 则总宽度 为 1 9 0 m m， 并校核其 强度， 代人F d 2 8 ．5 M P a 。 式 中 3 0 MP a 见 表 1 ， 可见每个 滑动轴承 的宽度为9 5 m m， 可以满足强度要求 ， 其它各处设 计校核略。 3 ． 4 托轮 机 构设 计 托轮机构设在 回转臂的重心处 ， 中心在距 B点 的 r - 1 0 0 0 m m的位置 ， 初选托轮 的厚 度为 1 0 0 m m， 则 r l 9 5 0 m m， r 2 1 0 5 0 m m， 西 1 9 0 m m， 因托轮机构 在水平面做圆周运动， 各点线速度不等， 由r ， r 2 ／ 解得 2 1 0 mm， 锥度为 1 5 ， 材质为4 5 号钢。 按额定动负荷选择双排单列向心球轴承， 经 计算 ， 径 向负荷 F a 1 5 9 0 k g ， 轴 向负荷 F A 1 6 7 0 k g ， 额定寿命丁 按一年考虑， 即8 6 4 0 h ， 取2 倍的安全系 数计算后得额定动负荷C 6 2 0 k g ， 以此查轴承样本 选取轴承型号为 4 1 0 ， 内径 b 5 0 m m， 托轮和轨道设 计 略。 4结语 液压 泥炮 较 电动泥炮有较大 的优越性 ， 经过 几年的使用表明具有如下特点 1 检修周期长时间短， 检修周期可由3 个月 延长至6 个月， 检修时间可由1 2 h 降至到2 h 。 2 备品备件成本低， 且加工制作容易， 仅备 件费可由原来的3 万元， a ， 降至3 千元， a ， 费用降低 9 0％ 。 3 使用安全可靠， 经多年的使用证明， 该机 构运行可靠， 从未因机械故障而造成临时检修， 作 为老厂设备改造实属一大进步 。 本钢公 司 自行设计并制造 的高炉液压泥炮尚 属首次 ， 为设备更新改造积累了经验 ， 根据实际经 验设计中的安全系数还可适当降低， 设备体积仍 可减小， 重量仍可减轻。 2 0 1 0 0 5 1 7 收稿 质量问题和设计时未考虑元件更换的系统排油通 道， 导致液压系统工作时故障频繁， 严重影响吊装 作业效率； 同时处理元件故障时液压油污染钢板 表面， 引发顾客质量异议 。 2 相应对策 由于液压系统在永磁铁组件 中 所占的费用比例并不大 ， 因此将原系统进行了重 新设计和改造。在设计上考虑了故障状态下可先 通过卸油管将系统中的液压油排出再处理故障， 同时全部采用高品质系统元件 ， 提高系统的可靠 性。改造后基本杜绝了液压系统突发故障， 维修 时也未再发生液压油污染钢板的事故。 5 电缆断裂 1 原 因分析 原制造 中采用 了普通 电缆 ， 由 于吊具起降频繁 ， 在使用中经常出现随吊具升降 的电缆发生断裂的现象， 经分析认为是电缆抗拉 能力较弱， 质量欠佳所致。 2 相应对策 由于电缆使用量不大 ， 费用也 不高， 因此决定采用高品质电缆。更换后再未出现 电缆断裂现象。 6 控制系统有缺陷 1 原因分析 该磁力吊的控制系统设计 ， 在 分张吸放过程中， 要求四个磁条必须满负荷同时 工作， 任何一个磁条发生故障， 则其余三个均不能 工作。 2 相应对策 对磁力 吊最大磁力的选择是针 对最重的钢板产品， 而通常条件下， 根据钢板产品 规格， 若一个磁条发生故障时， 其余的三个磁条也 可满足转运需求 ， 因此， 对控制系统进行改造， 将 控制系统程序设计成三台联动和四台联动两种模 式， 并可以方便的随时切换， 有效地提高了作业效 率。 7结语 通过持续地对钢板转运用永磁铁吊具故障的 深人分析并采取有效对策措施， 故障得到了有效的 控制， 13 常保养时间远低于同步运行的行车， 有效 地提高了行车的整体作业率， 再没有因为永磁铁吊 具故障影响钢板发运。 2 0 1 l 一 0 2 1 4收稿 一 6 3