鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動方式的設(shè)計含開題及8張CAD圖
鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動方式的設(shè)計含開題及8張CAD圖,鋼包,加蓋,裝置,布置,及其,轉(zhuǎn)動,滾動,方式,設(shè)計,開題,cad
1 選題背景及意義
1.1 課題名稱：鋼包加蓋裝置總布置及其轉(zhuǎn)動方式
1.2 本課題國內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀
鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟支出產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。鋼鐵工業(yè)對于國家的重要性不言而喻。
隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用戶對鋼材質(zhì)量提出了越來越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提，也是提高武鋼產(chǎn)品競爭力的重要保證。
眾所周知，中問罐鋼水的過熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來越多的鋼種要求用低過熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是高鑄坯質(zhì)量的一項重要措施。以上這些要求的前條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個重要措施就是鋼包加蓋。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過程中，鋼包加蓋保溫是一項非常重要的工藝措施，國內(nèi)外新上的連鑄機鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。轉(zhuǎn)爐擴容后，鋼包旋轉(zhuǎn)塔現(xiàn)已是超負(fù)荷運行了，為此對大臂進(jìn)行了專門加固處理，但回轉(zhuǎn)支承的壽命短仍無法解決，如再在大臂上面增加近10t重的加蓋裝置，勢必增加旋轉(zhuǎn)塔的負(fù)荷，為此，首先對大臂受力進(jìn)行分析，根據(jù)原設(shè)計，旋轉(zhuǎn)塔大臂能同時承受兩個120t的鋼包，即單邊承重120t，兩邊共承重240t。實際上這種狀況在生產(chǎn)過程中是不可能出現(xiàn)的，因為在生產(chǎn)開始時，首罐鋼水和結(jié)束時最后一罐鋼水，旋轉(zhuǎn)塔只能是單邊承受一罐鋼水，在生產(chǎn)過程中也只是在上一罐鋼水快澆完時下一罐鋼水才到旋轉(zhuǎn)塔上，這時旋轉(zhuǎn)塔兩邊，一邊是重罐，另一邊則是空罐。在設(shè)計加蓋裝置時，可將其設(shè)計為移動式。使其能在旋轉(zhuǎn)塔大臂上走行，其重心也可以通過大臂的中點分別向兩端移動。坐重罐時，小車駛向大臂另一端，小車的自重加上空罐的重量也不到50t，不超原設(shè)計負(fù)荷，完全能保證大臂在原設(shè)計的負(fù)荷條件下安全運行。且小車永遠(yuǎn)是在坐重罐時大臂接收臂的另一端，這樣還可以平衡掉部分坐重罐時的負(fù)載，關(guān)于回轉(zhuǎn)支承的壽命問題，由于回轉(zhuǎn)支承的損壞主要是因坐重罐時大臂單邊受力負(fù)載過大而造成的。移動式加蓋裝置的自重在坐罐時可平衡掉部分坐重罐時的負(fù)載，有利于改善回轉(zhuǎn)支承的受力狀況?；谝陨戏治稣J(rèn)為：在直臂式鋼包旋轉(zhuǎn)塔上設(shè)計一臺移動式加蓋裝置的設(shè)想完全可行。
合理的工藝過程，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；然而，新設(shè)備是實現(xiàn)新工藝的可靠保證，新工藝的研究要考慮新設(shè)備實現(xiàn)的可能性。因此，脫離工藝談設(shè)備，或者脫離設(shè)備制定不切實際的工藝，都無濟于事。同時還要做些體現(xiàn)人性化設(shè)計的工作、重視輔助工序和自動化以減輕工人的勞動強度。這些輔助工序機械化、自動化、智能化，對生產(chǎn)具有重大意義，同時又能取得巨大經(jīng)濟效益。
1.3 課題研究的目的、意義
1.3.1 本課題的研究有什么實際作用：
采用鋼包加蓋裝置可減少中間罐溫度的波動，提高鑄坯質(zhì)量采用鋼包加蓋裝置可以穩(wěn)定中闖罐溫度，穩(wěn)定拉速，減少廢品由于采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣鋼包全程加蓋節(jié)能系統(tǒng)向鋼廠提供了一套避免和阻止高成本熱能從盛鋼水的鋼包包襯和鋼液中向外散失的有效技術(shù)手段。從而，為降低生產(chǎn)成本、改善操作條件和提高生產(chǎn)率提供了一條成就之路。通過使用鋼包全程加蓋節(jié)能可獲得的年經(jīng)濟效益一般是該項目投資的幾十倍。
1.3.2 課題的理論和學(xué)術(shù)價值
大學(xué)期間，我們先后學(xué)習(xí)了《機械制圖》、《機械原理》、《機械設(shè)計》、《機械制造工藝學(xué)》、《軋鋼機械》、《液壓傳動》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》等課程，這些專業(yè)課程的學(xué)習(xí)為我們展開此次設(shè)計奠定了一定的專業(yè)理論基礎(chǔ)。此次設(shè)計，就是要實現(xiàn)將這些理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，理論服務(wù)與實踐，以達(dá)到學(xué)以致用的目的。誠然，要對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，就要掌握相關(guān)設(shè)備技術(shù)知識和工藝流程。同時，我們要盡可能多的了解相關(guān)專業(yè)知識，這樣才可以設(shè)計出更好的設(shè)備。在對現(xiàn)有設(shè)備有充分了解的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們所學(xué)的專業(yè)知識，在滿足現(xiàn)場工藝條件下提出自己的改進(jìn)方案，使設(shè)備能夠更好地完成任務(wù)，要提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
2 總體設(shè)計要求
2.1 技術(shù)要求：
① 鋼包蓋尺寸：1800×150（直徑×厚度，單位：mm）
② 鋼水溫度： 1000℃
③ 舉升機構(gòu)選擇液壓缸傳動
④ 懸臂總長 l=4000mm
⑤ 回轉(zhuǎn)半徑： 鋼包加蓋機構(gòu)回轉(zhuǎn)中心安裝在連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺上，為滿足工作要求，選定機構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑L=4000mm。
⑥ 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速： 初定轉(zhuǎn)速n=3r/min
⑦ 工作周期： 根據(jù)連鑄機鋼包澆鑄時間，確定加蓋機構(gòu)工作周期為3min。
2.2 設(shè)計內(nèi)容
查閱有關(guān)資料 30 篇，其中外文文獻(xiàn)不少于8 篇，翻譯一篇相關(guān)外文資料。設(shè)計方案論證，設(shè)計計算。繪制裝配圖，零件圖等設(shè)計圖紙折合A1 不低于6--8 張，編制設(shè)計說明書50 頁左右，撰寫設(shè)計計算說明書，具體要求依照《武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范化要求》執(zhí)行。
3 主要設(shè)計思路
3.1 整體框架的搭建
連鑄機鋼包自動加蓋裝置，該裝置主體為立柱5，立柱5上端設(shè)有帶有動力裝置的回轉(zhuǎn)支承3，回轉(zhuǎn)軸承3的動力裝置可為電驅(qū)動，也可為液壓驅(qū)動器4，本實施例采用液壓驅(qū)動器4，液壓驅(qū)動器4通過齒輪組與回轉(zhuǎn)支承3連接，液壓驅(qū)動器4固定在立柱5上。在回轉(zhuǎn)支承3上設(shè)有轉(zhuǎn)臺9，轉(zhuǎn)臺9可隨回轉(zhuǎn)支承3-起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺9上設(shè)可活動的懸臂梁1，懸臂梁1-端通過轉(zhuǎn)軸和鉸鏈與轉(zhuǎn)臺9連接，另一端設(shè)有用于吊裝鋼包蓋8的裝置，吊裝鋼包蓋8的裝置可采用簡單的鉤子或鉸鏈，在懸臂梁1中部設(shè)支承液壓缸2，支承液壓缸2固定在轉(zhuǎn)臺9上。為了使本裝置放置牢固且運動平穩(wěn)，本實用新型在立柱5底端設(shè)有固定支座7，同時也可以在立柱5底部設(shè)有加強筋6。示意圖如下：
3.2 轉(zhuǎn)動裝置相關(guān)設(shè)計
鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動機構(gòu)主要完成將操作臂旋轉(zhuǎn)一定的角度配合吊鉤液壓缸和舉升液壓缸實現(xiàn)對鋼包加蓋和揭蓋的任務(wù)。它主要包括以下幾個裝置：動力系統(tǒng)、減速裝置、回轉(zhuǎn)支承、電氣滑環(huán)等。
3.3 動力裝置的選擇
吊鉤和操作臂驅(qū)動選用液壓缸驅(qū)動，整體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動選用電機驅(qū)動
3.4 傳動裝置的設(shè)計
機械傳動裝置位于原動機和工作機之間，用以傳遞運動和動力或改變運動方式。傳動裝置方案設(shè)計是否合理，對整個機械的工作性能、尺寸、重量和成本等影響很大，因此傳動方案設(shè)計是整個機械設(shè)計中的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。合理的傳動方案要保證輥道的工作質(zhì)量，因此，該部位的結(jié)構(gòu)是否合理直接關(guān)系到整個加蓋裝置的工作性能的優(yōu)劣。
4 論文設(shè)計中可能遇到的困難和問題
1 如何使其實現(xiàn)自動加、揭蓋。
2 為了適應(yīng)人機工程學(xué)要求，如何對個聯(lián)接機構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計。
3 如何保證整個機構(gòu)的聯(lián)動性，并且保證各個部位協(xié)同動作、同步動作，并且還要滿足生產(chǎn)要求。
5 進(jìn)度安排
時 間 進(jìn) 度
1～3 周
到工廠實習(xí)，進(jìn)一步熟悉鋼卷出口輸送輥道和相關(guān)設(shè)備工作原理，查閱相關(guān)資料并初步擬定設(shè)計方案；
4～5 周
學(xué)習(xí)相關(guān)知識，了解機械設(shè)計的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比較各設(shè)計方案的優(yōu)劣，嘗試機構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計；
6～7
周確定鋼卷出口輸送輥道結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終方案，并完成初步的計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；
8～12 周
對設(shè)計進(jìn)行計算檢驗和校核，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整并畫出草圖；
13～15 周
整理設(shè)計資料，撰寫、打印論文及設(shè)備使用說明書；
16 周
準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
6 參考文獻(xiàn)
[1]陳道南等編.起重運輸機械.冶金工業(yè)出版社,1988
[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).起重機設(shè)計規(guī)范（GB3811-83）.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1984
[3]起重機設(shè)計手冊編寫組編.起重機設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社,1979
[4]東北工學(xué)院《機械零件設(shè)計手冊》編寫組.機械零件設(shè)計手冊（第二版）.中冊.冶金工業(yè)出版社,1987
[5]陳道南等編.起重機課程設(shè)計.冶金工業(yè)出版社.2000
[6]成大先主編.機械設(shè)計手冊（第4版） .北京化學(xué)工業(yè)出版社,2002
[7]張昌富，葉伯英主編.冶煉機械.北京；冶金工業(yè)出版社，2006
[8]嚴(yán)大考，鄭蘭霞主編.起重機械.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003
[9]廖漢元，孔建益主編.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社，2007
[10]黃華清.軋鋼機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.350～380
[11]劉鴻文主編.材料力學(xué)（第4版）.高等教育出版社,2004
[12] 濮良貴，紀(jì)名剛主編.機械設(shè)計.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006
[13]唐增寶，常建娥主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社,2006
[14]谷式強主編.冶金機械的安裝與維修.冶金工業(yè)出版社,1995
[15]H.H.Mabie&F.M.Ocvik.Mechanisms and Dynamics of Machinery.John Wiley and Sons.1975
[16]H.A.Rothbart.cams.John Wiley and sons ,1956
[17]F.Y.Chen.Mechanics and Desigh of Cam Mechnisms.Pergamon Press 1982
[16]H.H.Ryffel..Mechnery’s Hand book (22 nd Edition ).New York:Industrail Press,1984
[18]A.H.Seni.Mechaism Synthesis and nalysis.MCgraw-Hill Book Conpany,1974
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6
摘 要
鋼包加蓋裝置通常設(shè)置在鋼包回轉(zhuǎn)臺上，為到達(dá)回轉(zhuǎn)臺的盛有鋼水的鋼包加保溫蓋的裝置。該裝置具有回轉(zhuǎn)、升降等功能?；剞D(zhuǎn)和升降運動可用液壓方式，也有用電動機械方式的。可在回轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)設(shè)置兩套裝置，對澆注的鋼包和等待澆注的鋼包同時加蓋，亦可設(shè)一套裝置，只在澆注時加蓋。它在連鑄設(shè)備中的作用非常大，是重要的冶金設(shè)備之一。
本文主要解決鋼包加蓋裝置的總體布置及轉(zhuǎn)動機構(gòu)的設(shè)計問題。鋼包加蓋裝置要實現(xiàn)的功能主要包括：操作臂水平的旋轉(zhuǎn)運動和垂直的升降運動，以及加蓋和揭蓋動作。采用液壓缸驅(qū)動來完成加蓋和揭蓋動作，采用電機驅(qū)動來完成操作臂的轉(zhuǎn)動，為了實現(xiàn)鋼包加蓋裝置的自動控制，增加了接近開關(guān)裝置和電氣滑環(huán)裝置。
本文是依據(jù)鋼包加蓋裝置生產(chǎn)過程和工作原理，首先選定合適的方案，根據(jù)方案設(shè)計操作臂和支撐柱體，同時選擇相應(yīng)的液壓缸并進(jìn)行校核；然后根據(jù)相應(yīng)的條件設(shè)計計算轉(zhuǎn)動機構(gòu)；最后對傳動軸和其他零件進(jìn)行強度校核，最終完成設(shè)計。
關(guān)鍵詞： 冶金； 鋼包加蓋裝置； 轉(zhuǎn)動機構(gòu)
Abstract
Ladle stamping device usually set the stage in the ladle turret, turret to reach the ladle containing molten steel covered with thermal devices. The device has a rotating, lifting and other function. Hydraulic rotary and down movement means can also be useful way of electric machinery. Both sides of the rotary table can be set two devices, on the casting ladle and pouring ladle while waiting for stamping, a device can be set only when stamped in the casting. It's role in the continuous casting equipment is very large, is one of the important metallurgical equipment.
In this paper, stamped with the device address ladle overall layout and design of rotating bodies. Ladle stamped device to achieve the main functions include: operating arm of the level of vertical lift rotary motion and movement, as well as stamped and Uncovery action. Driven by hydraulic cylinders to complete the seal and expose cover actions to complete the operation with motor-driven rotating arm, ladle stamped in order to achieve the automatic control device, an increase of nearly switchgear and electrical slip ring device.
This article is a stamp device according to the ladle and working principle of the production process, first select the appropriate option, based on program design, operation and support arm cylinder, and select the appropriate hydraulic cylinders and the check; then calculated according to the corresponding rotating body design conditions; the final drive shaft and other parts of the strength check, the final design completion.
Key words： Metallurgy； Ladle stamped device； Slewing mechanism
目 錄
緒 論 1
1 概述 2
1.1 鋼包加蓋裝置簡介 2
1.2 設(shè)計方案選擇 4
1.2.1 鋼包加蓋裝置方案介紹 4
1.2.2 轉(zhuǎn)動機構(gòu)的方案選擇 7
2 鋼包加蓋裝置的總體設(shè)計 8
2.1 初定數(shù)值 8
2.1.1已知數(shù)據(jù) 8
2.1.2所需數(shù)據(jù) 8
2.2 鉸點的確定 9
2.2.1 液壓缸支撐點位置的確定 9
2.3 箱型梁的計算 10
2.4 懸臂梁上進(jìn)、退鉤液壓缸的選擇與計算 13
2.4.1 液壓缸的安裝方式 13
2.4.2 液壓缸性能參數(shù) 13
2.5 接近開關(guān)的選擇 14
3 鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動機構(gòu)設(shè)計 15
3.1 回轉(zhuǎn)支承的計算與選擇 15
3.1.1 回轉(zhuǎn)支承載荷計算 15
3.1.2 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式 17
3.1.3 計算回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量載荷 18
3.2 減速機的計算與選擇 19
3.3 減速齒輪的計算 19
3.3.1 選精度等級、材料及齒數(shù) 19
3.3.2 齒輪設(shè)計 20
3.3.3 幾何尺寸計算 22
3.3.4 大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù) 23
3.4 主傳動軸的設(shè)計 24
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
3.4.2 校核軸的疲勞強度 25
3.5 軸承和鍵的選擇 27
3.6 電氣滑環(huán) 27
結(jié)束語 28
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
30
緒 論
隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對鋼材質(zhì)量提出了越來越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提。眾所周知，中問罐鋼水的過熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來越多的鋼種要求用低過熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是提高鑄坯質(zhì)量的一項重要措施。以上這些要求的前提條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個重要措施就是鋼包加蓋。在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過程中，鋼包加蓋保溫是一項非常重要的工藝措施，國內(nèi)外新上的連鑄機鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。國內(nèi)的連鑄機大多沒有鋼包自動加蓋功能。必須采用連鑄車間的起重機吊裝鋼包蓋，增加了起重機作業(yè)負(fù)擔(dān)，制約了生產(chǎn)節(jié)奏，降低了煉鋼產(chǎn)量，同時增加了鋼液熱量損失。
本設(shè)計主要是針對連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺上有鋼包設(shè)計的，用于連續(xù)鑄鋼過程中給鋼包加蓋保溫或揭蓋換包。為減輕工人的勞動，本設(shè)計基本實現(xiàn)了自動化，可大大減少事故的發(fā)生。一個自動的鋼包加蓋裝置可以在很大程度上提高鋼廠的工作效率，提高設(shè)備的使用率和產(chǎn)品的質(zhì)量。鋼包快速自動加蓋，有效地減少連鑄車間起重機作業(yè)沖突，降低起重機作業(yè)率，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，提高煉鋼產(chǎn)量；由于鋼包加蓋比較及時，減少鋼液熱量損失，提高鑄坯質(zhì)量；該裝置提高了煉鋼設(shè)備裝備水平。
鋼包加蓋機構(gòu)主要用于連鑄機用鋼包的加蓋，以保證鋼水在調(diào)運過程中盡量減少熱量損失，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣。采用鋼包加蓋裝置，后期溫降小，可明顯減少前后期溫度低造成的水口堵塞、漏鋼和回爐等生產(chǎn)中斷事故。因此，鋼包加蓋裝置在整個連鑄設(shè)備中的作用是至關(guān)重要的。
1 概述
1.1 鋼包加蓋裝置簡介
隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用戶對鋼材質(zhì)量提出了越來越高的要求。為了更好地適應(yīng)這種要求，提高鑄坯質(zhì)量成為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的前提，也是提高武鋼產(chǎn)品競爭力的重要保證。
眾所周知，中問罐鋼水的過熱度是直接影響鑄坯質(zhì)量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質(zhì)量，越來越多的鋼種要求用低過熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質(zhì)量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是高鑄坯質(zhì)量的一項重要措施。以上這些要求的前條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個重要措施就是鋼包加蓋。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)工藝過程中，鋼包加蓋保溫是一項非常重要的工藝措施，國內(nèi)外新上的連鑄機鋼包旋轉(zhuǎn)塔，都設(shè)計有鋼包加蓋裝置，加蓋設(shè)備都固定在旋轉(zhuǎn)塔上，與旋轉(zhuǎn)塔成為一個整體，設(shè)備較為龐大，設(shè)備重量也比較大。
采用鋼包加蓋裝置可減少中間罐溫度的波動，提高鑄坯質(zhì)量采用鋼包加蓋裝置可以穩(wěn)定中闖罐溫度，穩(wěn)定拉速，減少廢品由于采用鋼包加蓋裝置，中間罐溫度波動小，拉速可以穩(wěn)定，提高了典型拉速的達(dá)標(biāo)率，減小了拉速的頻繁波動，減少了卷渣。特別是避免了澆注前后期的澆注溫降大，有利于夾雜物的上浮，有利于前后期結(jié)晶器的化渣鋼包全程加蓋節(jié)能系統(tǒng)向鋼廠提供了一套避免和阻止高成本熱能從盛鋼水的鋼包包襯和鋼液中向外散失的有效技術(shù)手段。從而，為降低生產(chǎn)成本、改善操作條件和提高生產(chǎn)率提供了一條成就之路。通過使用鋼包全程加蓋節(jié)能可獲得的年經(jīng)濟效益一般是該項目投資的幾十倍。
鋼包加蓋機構(gòu)是基于連鑄機設(shè)計的，因此介紹一下連鑄機的工作原理，以幫助理解鋼包加蓋機構(gòu)的位置和工作原理。
轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續(xù)鑄造成鋼坯的生產(chǎn)工序，主要設(shè)備包括回轉(zhuǎn)臺、中間包，結(jié)晶器、拉矯機等。
連鑄工藝的流程如下：將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯。
圖1.1 連鑄工藝流程簡圖
鋼包加蓋裝置安裝在鋼包回轉(zhuǎn)臺上，鋼包回轉(zhuǎn)臺：設(shè)在連鑄機澆鑄位置上方用于運載鋼包過跨和支承鋼包進(jìn)行澆鑄的設(shè)備。由底座、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支撐、事故驅(qū)動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和錨固件6部分組成。
單臂鋼包回轉(zhuǎn)臺：由底座、立柱、上轉(zhuǎn)臂、上轉(zhuǎn)臂驅(qū)動裝置、下轉(zhuǎn)臂、下轉(zhuǎn)臂驅(qū)動裝置組成。
蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺：由底座、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)架、鋼包支座、回轉(zhuǎn)臂、平行連桿、驅(qū)動裝置、防護(hù)板組成。
鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)情況基本上包括兩側(cè)無鋼包、單側(cè)有鋼包、兩側(cè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)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(zhuǎn)時間。因此，我們在變頻器的容量選擇上，留有余地，即比電機功率加大一級。同時利用變頻器的s曲線加速功能，通過調(diào)整s曲線保證加、減速曲線平滑快速，減少對減速機的沖擊，再通過PLC判斷變速限位、停止限位實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過程中高、低速自動變換及到位停車，同時滿足了對旋轉(zhuǎn)時間和平穩(wěn)運行的要求。
鋼包回轉(zhuǎn)臺用于把鋼包回轉(zhuǎn)到或旋轉(zhuǎn)出澆注位置。通常通過起動“鋼包自動更換”按鈕來自動完成鋼包回轉(zhuǎn)。在這種情況下，鋼包的加速、減速及定位通過PLC系統(tǒng)和行程開關(guān)或編碼器來完成，另外，也可采用手動回轉(zhuǎn)模式。由于回轉(zhuǎn)臺設(shè)置了兩個回轉(zhuǎn)臂，因而可實現(xiàn)多爐連澆。每個臂可獨立提升，兩臂同時旋轉(zhuǎn)。主傳動安裝在底座上，并通過減速箱及小齒輪與回轉(zhuǎn)支承外齒的嚙合來驅(qū)動回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)。裝在鋼包回轉(zhuǎn)臺叉形臂上的稱重傳感器有熱防護(hù)罩保護(hù)，以免熱輻射，同時稱重傳感器所在區(qū)域還要通壓縮空氣冷卻。在澆注位置，通過過載連軸器將旋轉(zhuǎn)部件固定在澆注位，以避免用吊車更換鋼包時損壞驅(qū)動部分。一旦斷電，液壓馬達(dá)把鋼包旋出澆注位至事故鋼包上面。該操作通過設(shè)置在澆注平臺上的手動閥執(zhí)行。在準(zhǔn)備位置。鋼包滑動水口液壓缸與滑動水口連接，由滑動水口液壓站提供動力。鋼包回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)部分，如回轉(zhuǎn)大軸承等由一個集中潤滑站供潤滑脂潤滑，各種防護(hù)罩和保護(hù)墻用于保護(hù)回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)免受鋼水噴濺。在回轉(zhuǎn)臺上裝有鋼包加蓋裝置，當(dāng)回轉(zhuǎn)臺接收鋼包或鋼包吊離回轉(zhuǎn)臺時，鋼包蓋可旋出吊車吊鉤區(qū)。采用液壓設(shè)備驅(qū)動。更換鋼包的時間一般在一分鐘左右，設(shè)備占用澆注平臺面積較小,易于定位,便于遠(yuǎn)距離操作。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動化程度越來越高，而液壓系統(tǒng)也因為其易于實現(xiàn)自動化，又易于實現(xiàn)過載保護(hù)，工作平穩(wěn)，可無級調(diào)速等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。 主要有鋼包升降，鋼包回轉(zhuǎn)兩個動作，附加鋼包蓋升降，圓盤制動器等動作。均由液壓驅(qū)動
某鋼廠加蓋示意圖：
出鋼
澆鑄
倒液
更換滑板等
等待出鋼
出鋼
加蓋
取蓋
加蓋
取蓋
圖1.2 加蓋過程示意圖
1.2 設(shè)計方案選擇
1.2.1 鋼包加蓋裝置方案介紹
方案一
直接利用連鑄車間的起重機對鋼包蓋進(jìn)行裝吊，鋼包蓋由人工掛鉤。
方案二
加蓋裝置設(shè)計為小車型式，在旋轉(zhuǎn)塔大臂上鋪設(shè)走行軌道，小車能在大臂上獨立行走，駛向大臂的兩端。車體設(shè)計為箱形梁，立柱為框架式結(jié)構(gòu)，走行系統(tǒng)采用“三合一”減速機驅(qū)動，升降系統(tǒng)采用電動或電液推桿。示意圖如下：
圖1.3 鋼包加蓋裝置示意圖一
方案三
一種新型連鑄機鋼包自動加蓋裝置，該裝置主體為立柱5，立柱5上端設(shè)有帶有動力裝置的回轉(zhuǎn)支承3，回轉(zhuǎn)軸承3的動力裝置可為電驅(qū)動，也可為液壓驅(qū)動器4，本實施例采用液壓驅(qū)動器4，液壓驅(qū)動器4通過齒輪組與回轉(zhuǎn)支承3連接，液壓驅(qū)動器4固定在立柱5上。在回轉(zhuǎn)支承3上設(shè)有轉(zhuǎn)臺9，轉(zhuǎn)臺9可隨回轉(zhuǎn)支承3-起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺9上設(shè)可活動的懸臂梁1，懸臂梁1-端通過轉(zhuǎn)軸和鉸鏈與轉(zhuǎn)臺9連接，另一端設(shè)有用于吊裝鋼包蓋8的裝置，吊裝鋼包蓋8的裝置可采用簡單的鉤子或鉸鏈，在懸臂梁1中部設(shè)支承液壓缸2，支承液壓缸2固定在轉(zhuǎn)臺9上。為了使本裝置放置牢固且運動平穩(wěn)，本實用新型在立柱5底端設(shè)有固定支座7，同時也可以在立柱5底部設(shè)有加強筋6。示意圖如下：
圖1.4 鋼包加蓋裝置示意圖二
方案比較與選擇：
方案一，利用連鑄車間的起重機來吊裝鋼包蓋，增加了起重機的作業(yè)負(fù)擔(dān)，制約了生產(chǎn)節(jié)奏。降低了生產(chǎn)效率，增加了熱量損失。
方案二，整體結(jié)構(gòu)體積小、重量輕，在接收重罐鋼水時，加蓋裝置必須駛向大臂的另一端。此時裝置的重量對重罐而言起到平衡重的作用，改善了旋轉(zhuǎn)塔的受力狀況，減輕了回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷。鋼包蓋的吊掛不能采用傳統(tǒng)的吊鉤型式，鋼包蓋的升降只能通過挑桿實現(xiàn)，功能單一。
方案三，能實現(xiàn)鋼包快速自動加蓋，有效地減少連鑄車間起重機作業(yè)沖突，降低起重機作業(yè)率，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，提高煉鋼產(chǎn)量；由于鋼包加蓋比較及時，減少鋼液熱量損失，提高鑄坯質(zhì)量；占地面積小結(jié)構(gòu)小，重量輕，緩解了煉鋼現(xiàn)場空間緊張的矛盾。
綜上所述，方案三適用面廣，結(jié)構(gòu)性能能達(dá)到預(yù)期效果，故選擇方案三。
1.2.2 轉(zhuǎn)動機構(gòu)的方案選擇
方案一，利用液壓驅(qū)動：
在鋼包加蓋裝置回轉(zhuǎn)機構(gòu)中所用的動力裝置選擇液壓馬達(dá)來驅(qū)動，液壓馬達(dá)的優(yōu)點是可以與舉升機構(gòu)的液壓缸同處于一個液壓系統(tǒng)中，并且可以提供很大的轉(zhuǎn)矩。
方案二，利用電機驅(qū)動：
在鋼包加蓋裝置回轉(zhuǎn)機構(gòu)中所用的動力裝置選擇電機來驅(qū)動，在選擇中可以選擇電機和減速器連在一起的裝置。電機驅(qū)動的主要優(yōu)點是對環(huán)境的要求比較低，也可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。
方案比較與選擇：
方案一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，維修困難，但便于自動控制，工作起來比較穩(wěn)定。
方案二結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，便于安裝和維護(hù)，對環(huán)境要求較低，也便于自動控制。和方案一相比較，不足之處就在于方案二不夠穩(wěn)定。
綜合考慮，我選擇方案二，成本低，經(jīng)過認(rèn)真的設(shè)計也可以達(dá)到預(yù)期的效果。
2 鋼包加蓋裝置的總體設(shè)計
2.1 初定數(shù)值
2.1.1已知數(shù)據(jù)
① 鋼包蓋尺寸：1800×150（直徑×厚度，單位：mm）
② 鋼水溫度： 1000℃
③ 舉升機構(gòu)選擇液壓缸傳動
④ 懸臂總長 l=4000mm
⑤ 回轉(zhuǎn)半徑： 鋼包加蓋機構(gòu)回轉(zhuǎn)中心安裝在連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺上，為滿足工作要求，選定機構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑L=4000mm。
⑥ 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速： 初定轉(zhuǎn)速n=3r/min
⑦ 工作周期： 根據(jù)連鑄機鋼包澆鑄時間，確定加蓋機構(gòu)工作周期為3min。
2.1.2所需數(shù)據(jù)
① 吊臂頭部的圓周速度（最大）：Vmax=2×π×1=1.256m/s
② 鋼包蓋質(zhì)量: m=π×r2=π×(1800÷2﹚2×180＝4580kg
③ 此鋼包加蓋裝置為專用裝置，設(shè)定額定載荷為5噸
④ 回轉(zhuǎn)功率
（2.1）
⑤ 最大額定起重 5噸
⑥ 起升高度
由設(shè)計條件知：鋼包總重M=20000kg
設(shè)鋼包高度為h,則有：d2×ρ×π/4×h=20000kg
解得：h=995mm
所以起升高度 H＞h+δ=1145mm
取H=1200mm
B
A
O
L
液壓缸
圖2.1 鋼包加蓋裝置原理圖
2.2 鉸點的確定
設(shè)OB=1200mm y=1600mm
由實際情況知，起升高度約為1200mm。
在此機構(gòu)中，由起重臂、變幅油缸和轉(zhuǎn)臺組成的變幅機構(gòu)三鉸點，是平面運動機構(gòu)，三鉸點需六個坐標(biāo)確定，再加上變幅油缸伸縮比λ、起重臂最大仰角和最小仰角，共有八個設(shè)計變量。
2.2.1 液壓缸支撐點位置的確定
① 如下圖所示，懸臂梁水平時：O
B
A
C
α
圖 2.2
由OA=1600mm AC=600mm
α=
OC=mm
② 當(dāng)懸臂梁處于最高位置時：
O
A
C
B
H
α1
α2
圖 2.3
取升降液壓缸的伸縮比λ=1.25。即
解得 OB=1200mm
代入得 （2.2）
2.3 箱型梁的計算
箱型梁由鋼板焊接而成
箱型梁的長度 L=4000mm
鋼板厚度δ=24mm
材料選擇：Q345
安全系數(shù) n=3.0
許用應(yīng)力σ=130MPa
抗彎截面系數(shù)
（2.3）
面積 A≈4aδ
慣性矩
（2.4）
抗彎截面系數(shù)
（2.5）
M—最大危險截面上的彎矩
[σ]—許用應(yīng)力，130MPa
圖2.4 受力分析
A
B
C
1200
1400
圖2.4 受力分析
M
A
B
C
圖2.5 彎矩圖
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
已知：；
；
最大彎矩為：
最大截面處所受應(yīng)力應(yīng)滿足以下條件：
（2.10）
為安全起見，取a=0.36m
2.4 懸臂梁上進(jìn)、退鉤液壓缸的選擇與計算
根據(jù)鋼包加蓋裝置進(jìn)、退鉤的工作條件，工作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、負(fù)載情況、速度要求、行程大小和動作要求，選取單桿雙作用液壓缸。其工作特點是活塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力，活塞在行程終止時不減速。
2.4.1 液壓缸的安裝方式
因為在工作過程中，液壓缸要做一定的擺動，參照液壓缸安裝類型，選擇頭部耳環(huán)安裝形式。
2.4.2 液壓缸性能參數(shù)
1.行程選擇
初定液壓缸的行程為300mm。
2.工作壓力
查表得，冶金設(shè)備用液壓缸工作壓力一般選取為16MPa
3.負(fù)載力的估算
粗略估算
（2.11）
4.缸筒計算
由液壓缸負(fù)載力F和工作壓力P來確定缸筒內(nèi)徑
當(dāng)無桿腔進(jìn)油時
（2.12）
若
D= （2.13）
工作壓力選擇 P=16MPa
D==13mm
根據(jù)需要選擇內(nèi)徑為D=63mm
5.活塞桿直徑的計算
活塞桿直徑一般按照液壓缸往復(fù)運動速比=2
由計算公式
(2.14)
已知D=63mm
解得d=44.54mm
根據(jù)相關(guān)規(guī)格，由表可以查得元整后的值d=45mm。
6.強度驗算
主要受軸向拉力
（2.15）
σ——活塞桿的內(nèi)應(yīng)力
F——液壓缸負(fù)載力
[σ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力
[σ]= （2.16）
其中 n=3
符合要求。
選擇液壓缸型號為HSGL01-63/45 16-3221
設(shè)定最大行程為300mm。
2.5 接近開關(guān)的選擇
接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護(hù)外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。特點有工作可靠、壽命長、功耗低、復(fù)定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。
圖2.6 接近開關(guān)原理圖
3 鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動機構(gòu)設(shè)計
鋼包加蓋裝置轉(zhuǎn)動機構(gòu)主要完成將操作臂旋轉(zhuǎn)一定的角度配合吊鉤液壓缸和舉升液壓缸實現(xiàn)對鋼包加蓋和揭蓋的任務(wù)。它主要包括以下幾個裝置：動力系統(tǒng)、減速裝置、回轉(zhuǎn)支承、電氣滑環(huán)等。
3.1 回轉(zhuǎn)支承的計算與選擇
3.1.1 回轉(zhuǎn)支承載荷計算
B
O
A
L
C
D
圖3.1 受力簡圖
1.受力分析圖
OC 桿：
1200
4000
O
B
C
Fb
α
Fc
圖3.2 OC桿受力分析
OA 桿：
A
M
O
圖3.3 OA桿受力分析
剪力圖：
F
O
A
圖3.4 OA桿剪力圖
彎矩圖：
M
O
A
圖3.5 桿OA彎矩圖
2.由圖知在A點產(chǎn)生的彎矩
水平方向的力=1.372N
鉛垂方向的力N
各結(jié)構(gòu)自重：
G=1.2+0.4=1.6噸
取懸臂梁為2噸，載荷為5噸，其中液壓缸0.4噸
計算載荷
V=G+1.25Q=2+1.25×5=8.25噸 （3.1）
(3.2)
回轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩
3.1.2 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式
回轉(zhuǎn)支承軸承又叫轉(zhuǎn)盤軸承，有些人也稱其為：旋轉(zhuǎn)支承 、 回旋支承。
英文名字叫: slewing bearing 或 slewing ring bearing 又或 turntable bearing，
回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)實工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，被人們稱為：“機器的關(guān)節(jié)”，其主要應(yīng)用在被廣泛應(yīng)用于：汽車起重機、鐵路起重機、港口起重機、船用起重機、冶金起重機、集裝箱起重機、挖掘機、灌裝機、以及CT機駐波治療儀、航海儀、雷達(dá)天線座、導(dǎo)彈發(fā)射架、坦克、機器人以及旋轉(zhuǎn)餐廳等等方面。示意圖如下：
圖3.6 回轉(zhuǎn)支承示意圖
回轉(zhuǎn)支承主要分為柱式和轉(zhuǎn)盤式兩大類，這里選擇滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置（回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)采用單排四點接觸球式）。
3.1.3 計算回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量載荷
通過查表（起重機械手冊）得，
工況參數(shù)：
fs=1.45 (靜態(tài))
fd=1.5 （動態(tài)）
載荷換算系數(shù)：
選擇滾動接觸角為45度
Ka=1.225
Kr=2.675
靜態(tài)
（3.3）
=1.45×（1.225×0.085+2.675×0.372）×N
N·m
由此選擇010.40.1000 JB/T 2300-1999 回轉(zhuǎn)支承。
圖3.7 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖
表一 回轉(zhuǎn)支承參數(shù)
基本型號
外形尺寸
安裝尺寸
結(jié)構(gòu)尺寸
010.40.1000
D
d
H
D1
D2
n
n1
D3
d1
H1
h
1122
878
100
1198
1042
36
22
6
1001
998
90
10
3.2 減速機的計算與選擇
由于此鋼包加蓋機構(gòu)是專用產(chǎn)品
直接選擇動力機構(gòu)和減速機構(gòu)連在一起的減速器
根據(jù)要求需要得到的轉(zhuǎn)速在3r/min左右
機構(gòu)回轉(zhuǎn)功率為=1.528kw
選擇減速機的型號為XLEDQ2.2 8160B143F的減速器
擺線立式二級減速電機直連型 YZ 系列起重電機，輸入功率為 2.2kw
型號為8160B 傳動比為i=143 非標(biāo)準(zhǔn)特殊型
輸出轉(zhuǎn)速 n=10r/min
電機功率 2.2kw
輸出轉(zhuǎn)矩 1520N·m
3.3 減速齒輪的計算
3.3.1 選精度等級、材料及齒數(shù)
1） 材料及熱處理；
選擇小齒輪材料為15CrMn（調(diào)質(zhì)），硬度為HRC58，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），
硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
2） 精度等級選用7級精度；
3） 初選小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=80；
3.3.2 齒輪設(shè)計
Ⅰ 按齒面接觸強度設(shè)計
因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計計算
(3.4)
試選=1.6
選取齒寬系數(shù)=1
選取彈性影響系數(shù)=189.8MPa
小齒輪的接觸疲勞強度
大齒輪的接觸疲勞強度
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（3.5）
（3.6）
接觸疲勞壽命系數(shù)
KHN1=0.95; KHN2=0.98
接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
[σH]1=0.95×600MPa=570MPa
[σH]2=0.98×550MPa=539MPa
[σH]=（[σH]1+[σH]2）/2=554.5MPa
1） 試算小齒輪的分度圓直徑
（3.7）
代入數(shù)值解得=207.1mm
其中T=2.09N·m （3.8）
2） 小齒輪圓周速度
（3.9）
3） 計算齒寬b及模數(shù)
b=
h=2.25=2.25×40.142mm=9.32mm
b/h=8.9
4） 計算載荷系數(shù)K
已知載荷平穩(wěn)，所以取
KA =1.25
根據(jù)v=0.071m/s，7級精度，動載系數(shù)
KV=1.00
查表得：
KHβ=1.445
KFΒ=1.40
KHα=KFα=1.4
故載荷系數(shù)
5) 按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑，
（3.10）
6） 計算模數(shù)
= （3.11）
=12mm
Ⅱ 按齒根彎曲強度設(shè)計
（3.12）
1） 計算載荷系數(shù)
2） 查取齒型系數(shù)
YFa1=2.80
YFa2=2.220
3）查取應(yīng)力校正系數(shù)
YSa1=1.56
YSa2=1.77
4） 計算[σF]
σF1=500MPa
σF2=380MPa
KFN1=0.95
KFN2=0.98
[σF1]=339.29MPa
[σF2]=266MPa
5） 計算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大。
6）計算模數(shù)
=7.78 =8
3.3.3 幾何尺寸計算
1） 計算中心距
（3.13）
取=27
=μ=4×27=108 （3.14）
由此得中心距
（3.15）
a圓整后取540mm
2） 計算大小齒輪的分度圓直徑
=·=27×8=216mm
=·=108×8=864mm
3） 計算齒輪寬度
（3.16）
大齒輪齒厚 B1=90mm
小齒輪齒厚 B2=85mm
3.3.4 大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)
已知：
α=20o
齒頂高
=m=8×1mm=8mm （3.17）
齒根高
=×（1+0.250）mm=10mm （3.18）
齒全高
h=+=8+10=18mm （3.19）
大齒齒頂圓直徑
==864+2×8=880mm （3.20）
大齒齒根圓直徑
==864－2×10=844mm （3.21）
由α=20o查得
跨側(cè)齒數(shù)
K=15
公法線長度
ω=44.649
當(dāng)量齒數(shù)系數(shù) 1.090
3.4 主傳動軸的設(shè)計
由于此軸為主傳動軸，承受的載荷在整個機構(gòu)中幾乎是最大的。為了減輕機構(gòu)的重量，并且提高該軸的強度，把此軸設(shè)計為空心的軸。初設(shè)該軸的最小外徑為160mm。
壁厚δ=30mm。
圖3.8 軸的結(jié)構(gòu)示意圖
所受力矩
T=9550000P/n=1520kN·m
大齒輪分度圓直徑
d=576mm
大齒輪所受切向力
Ft=2T/d=5277.78N
徑向力為：
Fr=Ft×tanα=5277.8×tan20N=1920.95N
軸向力為：
Fa=Ft/cosα=5616.59N
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1） 擬定軸上零件的裝配方案
1. AB段軸用于安裝軸承61832，故取直徑為160mm。
2. BC段軸肩用于固定軸承，查手冊得直徑為170mm。
3. CD段為大齒輪，外徑864mm。
4. DE段安裝套筒和軸承NU1010，直徑為200mm。
2） 確定軸的各段長度
1. AB段長度為254mm，安裝兩個軸承61832，起穩(wěn)固作用。
2. BC段考慮到相對位置，設(shè)計長度為42mm。
3. CD段為大齒輪，大齒輪齒寬為90mm，設(shè)計長度為138mm。
4. DE段考慮到各個零件的相對位置，便于安裝，設(shè)計長度為123.5mm。
5. EF段是傳動軸與支撐柱體之間的間隔，兩部分焊接成一個整體，預(yù)留156.5mm的長度。
3.4.2 校核軸的疲勞強度
判斷危險截面：
由于截面CD處直接承受齒輪所傳遞的載荷，所受載荷最大，直徑較小，所以判斷CD截面為危險截面
截面D右側(cè)
d=190mm
d1=100mm
軸的抗彎截面系數(shù)
W=
=0.1×0.19 3×（1－）
=633×
其中
M=1347.98N·m
T=9550000×2.2/2.5M=840N·m
截面上的彎曲應(yīng)力
（3.22）
截面上的切應(yīng)力為
（3.23）
（3.24）
由于軸選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，所以
， ，
1） 綜合系數(shù)的計算
軸肩形成的應(yīng)力集中為：
，
軸的材料敏感系數(shù)為：
，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
（3.25）
（3.26）
查得尺寸系數(shù)為
扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為
軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為
軸表面未經(jīng)強化處理，即，則綜合系數(shù)值為：
（3.27）
（3.28）
2） 碳鋼系數(shù)的確定
碳鋼的特性系數(shù)取為，
3） 安全系數(shù)的計算
軸的疲勞安全系數(shù)為
（3.29）
（3.30）
（3.31）
因此，軸的設(shè)計滿足要求。
3.5 軸承和鍵的選擇
AB段軸選用深溝球軸承61832；
DE段軸選用圓柱滾子軸承NU1010；
由于軸的直徑為190mm，選擇的鍵型號（A型）為：
鍵45×110 GB/T 1.96﹣2003
3.6 電氣滑環(huán)
為了能夠使本鋼包加蓋裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的自動控制，在轉(zhuǎn)動機構(gòu)部分設(shè)計安裝了一個電氣滑環(huán)。
電氣滑環(huán)屬于電接觸滑動連接應(yīng)用范疇，它又稱集電環(huán)、或稱旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)電氣接口、滑環(huán)、集流環(huán)、回流環(huán)、線圈、換向器、轉(zhuǎn)接器，是實現(xiàn)兩個相對轉(zhuǎn)動機構(gòu)的圖像、數(shù)據(jù)信號及動力傳遞的精密輸電裝置。特別適合應(yīng)用于無限制的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場所。
精密電氣滑環(huán)屬于高科技產(chǎn)品，一直以來被應(yīng)用于尖端軍事領(lǐng)域，是各種精密轉(zhuǎn)臺、離心機和慣導(dǎo)設(shè)備的關(guān)鍵器件。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，民用領(lǐng)域也越來越多的涉足使用此類產(chǎn)品，用于工業(yè)自動系統(tǒng)控制中。在國外先進(jìn)發(fā)達(dá)國家，該類產(chǎn)品已逐漸由軍用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為民用產(chǎn)品，近幾年已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)，被廣泛應(yīng)用于安防、工廠自動化、電力、金融、儀表、航空、軍事、運輸、建筑等機電設(shè)備上。
結(jié)束語
經(jīng)過大半個學(xué)期的工作，本人的畢業(yè)設(shè)計課題已經(jīng)基本完成。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和所畫的圖紙，還有同組的胡星同學(xué)的設(shè)計，可以得到一個完整的鋼包加蓋裝置。
我所設(shè)計的鋼包加蓋裝置總體布置及轉(zhuǎn)動機構(gòu)已經(jīng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能。
1. 揭蓋功能：當(dāng)操作臂接近鋼包時，在操縱臂上的接近開關(guān)可以檢測到信號，此時吊鉤液壓缸工作，將吊鉤放進(jìn)鋼包蓋的耳環(huán)中，再由舉升液壓缸將鋼包蓋提起，同時吊鉤液壓缸停止工作。
2. 轉(zhuǎn)動功能：當(dāng)鋼包蓋升到一定角度，剛包加蓋裝置的轉(zhuǎn)動機構(gòu)開始工作，這時轉(zhuǎn)動機構(gòu)的電氣滑環(huán)開始檢測數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到一定角度時，轉(zhuǎn)動機構(gòu)停止工作。
3. 加蓋功能：當(dāng)操縱臂上的接近開關(guān)檢測到鋼包在放蓋范圍內(nèi)時，由舉升液壓缸將鋼包蓋放下，并調(diào)整好位置，然后吊鉤液壓缸開始工作，將吊鉤從鋼包蓋中取出。
由于本人的知識水平有限，時間也比較緊迫，所設(shè)計的裝置在某些地方還不夠完善，可能還有錯誤的地方，懇請讀者能夠提供寶貴的批評和改正意見。
參考文獻(xiàn)
[1]陳道南等編.起重運輸機械.冶金工業(yè)出版社,1988
[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).起重機設(shè)計規(guī)范（GB3811-83）.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1984
[3]起重機設(shè)計手冊編寫組編.起重機設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社,1979
[4]東北工學(xué)院《機械零件設(shè)計手冊》編寫組.機械零件設(shè)計手冊（第二版）.中冊.冶金工業(yè)出版社,1987
[5]陳道南等編.起重機課程設(shè)計.冶金工業(yè)出版社.2000
[6]成大先主編.機械設(shè)計手冊（第4版） .北京化學(xué)工業(yè)出版社,2002
[7]張昌富，葉伯英主編.冶煉機械.北京；冶金工業(yè)出版社，2006
[8]嚴(yán)大考，鄭蘭霞主編.起重機械.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003
[9]廖漢元，孔建益主編.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社，2007
[10]黃華清.軋鋼機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.350～380
[11]劉鴻文主編.材料力學(xué)（第4版）.高等教育出版社,2004
[12] 濮良貴，紀(jì)名剛主編.機械設(shè)計.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006
[13]唐增寶，常建娥主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社,2006
[14]谷式強主編.冶金機械的安裝與維修.冶金工業(yè)出版社,1995
[15]H.H.Mabie&F.M.Ocvik.Mechanisms and Dynamics of Machinery.John Wiley and Sons.1975
[16]H.A.Rothbart.cams.John Wiley and sons ,1956
[17]F.Y.Chen.Mechanics and Desigh of Cam Mechnisms.Pergamon Press 1982
[18]H.H.Ryffel..Mechnery’s Hand book (22 nd Edition ).New York:Industrail Press,1984
[19]A.H.Seni.Mechaism Synthesis and nalysis.MCgraw-Hill Book Conpany,1974
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計的順利完成,離不開同學(xué)和老師的悉心幫助.
首先要感謝指導(dǎo)老師鐘東階老師的細(xì)心教誨,正是他的博學(xué)和指點,使我有了設(shè)計靈感,并指引我走向正確的設(shè)計方向.這個課題對我來說比較陌生,之前并沒接觸類似的設(shè)備,在心里并沒有鋼包加蓋裝置的結(jié)構(gòu)概念,在自己摸索了幾天后,對它的結(jié)構(gòu)仍然比較生疏,這對設(shè)計來說是比較致命的,如果不能清晰認(rèn)識設(shè)備的功能和結(jié)構(gòu),設(shè)計將無從下手.就在百愁莫展時,鐘老師的耐心講解,使我對鋼包加蓋裝置有了比較感性的認(rèn)識,之后,鐘老師又找來相關(guān)圖紙給我參考,在鐘老師的指點下,我終于對設(shè)計課題有了全面認(rèn)識,并尋找到了突破口.在此,再次感謝鐘老師的教導(dǎo).
經(jīng)過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。理論計算一直的我的弱項,在這個過程中多虧了同學(xué)不斷對我的計算進(jìn)行檢查指點,才最終使計算滿足了設(shè)計要求.在后期的制圖過程中,由于對軟件不熟悉,經(jīng)常出現(xiàn)制圖錯誤,后來時間緊迫,多虧了有同學(xué)們在一旁幫忙,才使工作進(jìn)度得以保證。在此感謝同一小組的同學(xué)們，有了你們的幫助，我不僅提前完成了設(shè)計，而且學(xué)到了好多東西。
設(shè)計的完成離不開老師同學(xué)的幫助,感謝你們對我?guī)椭?同時也感謝授予我專業(yè)知識的老師們,再次謝謝你們!最后我還要感謝機械工程及自動化學(xué)院和我的母校武漢科技大學(xué)四年來對我的栽培。
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