【正文】 在此運(yùn)動過程中，爐料受阻力、重力和氣體阻力P1的作用。并對布料器的虛擬裝配進(jìn)行了簡單的仿真，檢驗了布料器能夠完成要求的運(yùn)動。時沒有與布料器底座、水封和旋轉(zhuǎn)圓筒產(chǎn)生干涉。傾動到40176。/ 176。單擊計算模擬，零部件就可以根據(jù)模擬成分在其自由度之內(nèi)移動。 無鐘爐頂布料器的運(yùn)動仿真完成無鐘爐頂布料器的虛擬裝配和運(yùn)動副的連接后，就可以對布料器進(jìn)行運(yùn)動仿真。其余的零部件還包括標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)、電動機(jī)、聯(lián)軸器、密封件等，這些零件大多數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)件，為簡化模型的裝配，有利于模型的運(yùn)動仿真，故而沒有進(jìn)行創(chuàng)建和裝配。表31 布料器零件明細(xì)表序號名稱數(shù)量序號名稱數(shù)量1布料器箱體121曲柄22旋轉(zhuǎn)圓筒122傾動軸23小齒輪鍵123傾動軸鍵44小齒輪124端蓋(悶蓋)25小齒輪軸125端蓋(透蓋)26布料器底座126曲柄47銷軸827連桿48導(dǎo)軌428套筒169固定圓筒129滾輪軸1610中心喉管130導(dǎo)輪811軸承固定外套131溜槽112端蓋232端蓋(悶蓋)1613軸承233端蓋(透蓋)1614軸承3234底座415小齒輪圓螺母135滑動軸216支承軸承236水冷盤117耳軸軸瓦437花法蘭118耳軸238軸承懸吊裝置119托圈139油瓦420四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承240如前所述，爐頂布料器工作裝置傳動部分主要由兩部分組成：(1)溜槽旋轉(zhuǎn):旋轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器、小齒輪、外齒式四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承、旋轉(zhuǎn)圓筒、耳軸、布料溜槽等。同時，ＶＲ技術(shù)的發(fā)展為虛擬裝配人員建立了一個高度逼真的多模式交互式環(huán)境，更加利用設(shè)計人員自身智慧和經(jīng)驗的發(fā)揮[31]。通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，確保產(chǎn)品的零部件能夠裝配到位，也能夠分析維修過程中可能出現(xiàn)的問題，考慮工具以及安全性、視線和拆卸等方面的問題，既降低了裝配成本，又有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。(2)制造虛擬樣機(jī)，節(jié)約制造使用費(fèi)用。SolidWorks的裝配模塊為用戶提供了多種轉(zhuǎn)配方法，包括共面、同軸、平行、垂直等，方便實現(xiàn)零部件的裝配。從本質(zhì)上說，虛擬裝配就是利用計算機(jī)生產(chǎn)出“虛擬產(chǎn)品”，它將DFA技術(shù)與VR(Virtual Reality)技術(shù)結(jié)合，它是一種將CAD技術(shù)、可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論及裝配和制造過程研究、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等多鐘技術(shù)加以綜合運(yùn)用的技術(shù)[30]，可以解決設(shè)計與裝配對象在設(shè)計和研制過程中難以實現(xiàn)的動態(tài)性能。這些幾何形體的基礎(chǔ)是參數(shù)化的、可以基于裝配關(guān)系得二維或三維草圖，而草圖又是一些簡單的圖線。SolidWorks自1996年8月由生信實維有限責(zé)任公司正式引入中國以來，一直憑借其易學(xué)易用和功能強(qiáng)大等特點在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域里用著廣泛的應(yīng)用，在航空、航天、鐵道、兵器、電子和機(jī)械等領(lǐng)域擁有眾多的用戶。由于布料器密封的重要性，闡述了密封不嚴(yán)的嚴(yán)重后果，并設(shè)計了布料器重要密封處的密封件，不僅提高了布料器密封的可靠性，還減少了氮氣的使用量。在完成布料器總體傳動方案的基礎(chǔ)上給出了布料器的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計性能，并對布料器的重要傳動部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，保證布料器能夠可靠安全地工作。密封座的外圓柱面與水封間隙配合，此處采用三道彈性密封環(huán)和一道石棉盤根密封。(3)由于高爐煤氣是有毒氣體，竄入布料器后，就完全有可能經(jīng)冷卻水、潤滑油出口逸散到大氣中，污染大氣，更嚴(yán)重的后果將是造成現(xiàn)場生產(chǎn)人員的傷亡 [27]。如滾輪與導(dǎo)軌間的潤滑油，曲柄連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈處的潤滑油。稀油潤滑的特點是：工作壓力低(一般在2 MPa以下)，成本相對較低，其流動、散熱性能較好，但如果對其各潤滑點的流量控制不好，易污染環(huán)境。 布料器的潤滑旋轉(zhuǎn)圓筒耳軸孔處的滑動軸承只能采用稀油潤滑，由于滑動軸承要承受耳軸的壓力，并且潤滑油從軸承端蓋內(nèi)的填料密封圈與耳軸的間隙流出時要有一定的壓力，以起到密封作用，故要保證潤滑油具有足夠的壓力。氮氣罐上要安裝壓力表和流量表控制氮氣壓力和流量。~，流量20~30 m3/h，氮氣溫度：常溫。為了增加傳熱面積，在旋轉(zhuǎn)圓筒的部分內(nèi)壁和部分外壁上也通入冷卻水，如圖210所示。C，布料器箱內(nèi)正?？刂茰囟?0176。C之間。據(jù)上選擇減速器的型號是：TB2SH410B，其傳動比是10，功率46 kW。根據(jù)該參數(shù)以及與之匹配電機(jī)的參數(shù)可選擇參數(shù)如下的減速機(jī)：型號：SKFA375，功率： kw，輸出轉(zhuǎn)速：11 r/min，輸出扭矩： kNm，傳動比：iq1=，使用系數(shù)：fB=。由圖25可知減速機(jī)的兩端都需要有輸出，故選擇可以扭力臂安裝(軸裝系列)的減速器，并且其輸出軸是實心軸，以便與聯(lián)軸器的連接。176。由圖29，當(dāng)溜槽傾角最大時，176。通過作圖法并圓整，最后確定曲柄b的長度L4和連桿的長度L3分別為300 mm和400 mm，176。此處中心距取300 mm。最后得旋轉(zhuǎn)圓筒的轉(zhuǎn)速為： r/min 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對于中小型高爐的無鐘爐頂布料器溜槽傾角一般在0176。如果要使減速電機(jī)的齒輪經(jīng)久耐用，那么工作母機(jī)的實際使用系數(shù)fBL應(yīng)小于使用系數(shù)fB，即：fBLfB。通過計算得到齒輪的主要參數(shù)如表23所示。其一，旋轉(zhuǎn)圓筒，軸承的慣性力矩按下式計算： (226)式中 I1——旋轉(zhuǎn)圓筒的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2 I2——軸承的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2 ε——旋轉(zhuǎn)圓筒角加速度，一般為0~ rad/s2。經(jīng)過對耳軸校核，滿足第三應(yīng)力強(qiáng)度條件，故而該耳軸滿足使用要求。從這些圖中可以看出，耳軸C截面內(nèi)的彎矩達(dá)到最大值，屬于危險截面。將以上兩重力向耳軸軸線簡化，簡化示意圖如圖27b所示，可得U型驅(qū)動臂施加的扭矩T1為： kNm (27)由耳軸上的扭矩平衡得到曲柄a施加在耳軸上的扭矩T2為： (29)式中 FT——曲柄a施加在耳軸上作用力，kN L2——曲柄a的中心距見圖29，m由式(27)可得： kN (210)在水平面內(nèi)，曲柄a在回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈的滑動槽內(nèi)滑動時有滾動摩擦力。但考慮到布料器的安全及長壽要求，假設(shè)這些力和扭矩完全由一個耳軸承擔(dān)，以增加其安全可靠性。 耳軸耳軸的長度由油瓦、滑動軸、曲柄a、軸承端蓋、軸向定位軸肩的寬度等確定，此外當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓筒的內(nèi)徑和其上的軸承孔的位置確定后，還應(yīng)保證溜槽在最大傾角處不與旋轉(zhuǎn)圓筒的低端發(fā)生干涉。 傳動部件設(shè)計據(jù)以上的傳動方案和基本參數(shù)可以設(shè)計固定圓筒，旋轉(zhuǎn)圓筒，耳軸，曲柄a，嚙合齒輪，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，傾動軸驅(qū)動系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。除此之外布料器還必須具備以下性能：；耐高溫能力，正常爐頂溫度為300176。溜槽本體采用耐熱鑄鋼制造，但是它在爐喉條件下工作，槽內(nèi)表面要承受爐料的猛烈沖擊，為了保證溜槽的壽命，必須保證槽內(nèi)表面的耐磨性，所以襯有魚鱗狀襯板。經(jīng)過計算各布料器的基本參數(shù)如表21所示。按式(21)計算得中心喉管的直徑為D=。據(jù)此可以確定布料器的總體尺寸以及布料器中心喉管的基本尺寸。這種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用了模塊化的設(shè)計思想，任何一個模塊出現(xiàn)了故障，對其整體更換即可。該傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，傳動可靠，雖然傳動比隨時間變化，但是，可以利用變頻調(diào)速技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)來調(diào)節(jié)耳軸的轉(zhuǎn)速，滿足溜槽傾動速度要求?；剞D(zhuǎn)支承的外圈由螺栓緊固件與托圈連接，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈可以隨旋轉(zhuǎn)圓筒一起旋轉(zhuǎn)，相對旋轉(zhuǎn)圓筒是靜止的。傾動軸通過雙列圓錐滾子軸承支承于布料器箱體上。調(diào)心球軸承主要承受徑向載荷和不大的雙向軸向載荷，能夠自動調(diào)心，以適應(yīng)軸的變形或安裝誤差，適用于剛度較小的軸，二軸承同心度較低以及多支點的支承中。小齒輪安裝在減速裝置的輸出軸上，把減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給旋轉(zhuǎn)圓筒。1減速電機(jī)、2中心喉管、3固定圓筒、4外齒式轉(zhuǎn)盤軸承、5曲柄b、6連桿、7無齒式回轉(zhuǎn)支承、8托圈、9布料器箱體、10旋轉(zhuǎn)圓筒、11水冷盤、12溜槽、13耳軸、14曲柄a、15小齒輪圖21 布料器的傳動方案圖21中兩套驅(qū)動系統(tǒng)分別是：溜槽通過耳軸懸掛在旋轉(zhuǎn)圓筒上，減速電機(jī)通過小齒輪，外齒式四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓筒旋轉(zhuǎn)，因此溜槽可以做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；回轉(zhuǎn)支承可沿布料器軸線上下運(yùn)動，托圈固定在回轉(zhuǎn)支承上，因而曲柄b，連桿和回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄a由鍵與耳軸連接，曲柄a上的銷軸插入托圈的滑槽內(nèi)，當(dāng)曲柄b擺動時，就可以改變溜槽的傾角。(3)利用三維建模軟件SolidWorks建立布料器的三維裝配模型，并進(jìn)行運(yùn)動仿真和干涉檢驗，以檢測布料器的工作情況。 本文研究內(nèi)容及意義綜上所述，隨著煉鐵裝備向大型化、自動化、高效化、長壽化、綠色化、節(jié)能降耗的方向發(fā)展，無鐘爐頂布料器必將得到更大范圍的應(yīng)用。主要的研究成果如：文獻(xiàn)[13]建立了理想條件下的爐料運(yùn)動方程任廷志、金昕等考慮了溜槽參數(shù)，潛體阻力對爐料運(yùn)動的影響[14] [15]，使?fàn)t料運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步接近爐料運(yùn)動的真實情況；鞍鋼進(jìn)行了料面測試并根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整布料時溜槽的始末位置，本鋼做了布料參數(shù)測定試驗；張建良等開發(fā)了預(yù)測料面的數(shù)學(xué)模型等。所以設(shè)計結(jié)構(gòu)更簡單，方便維修且溜槽的旋轉(zhuǎn)及其傾動采用獨立的傳動系統(tǒng)顯得非常重要，因此人們嘗試了多鐘傳動方案，例如：鋼絲繩傳動，液壓傳動，曲柄滑塊傳動，差動關(guān)節(jié)傳動等等，不同傳動方案的布料器在實際生產(chǎn)中得到了一定的應(yīng)用。(a)(b)(c)(d)圖15 無鐘爐頂布料器典型的布料方式 當(dāng)前無鐘爐頂布料器研究的熱點對布料器的研究主要表現(xiàn)為對布料器的重新設(shè)計和改進(jìn)。當(dāng)爐內(nèi)某部位發(fā)生“管道”或“過吹”時，需用定點布料。由于旋轉(zhuǎn)溜槽的傾角可任意調(diào)節(jié)，所以可在爐喉的任一半徑做單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)布料，將焦炭和礦石布在不同半徑上以調(diào)整煤氣分布。當(dāng)高爐料柱發(fā)生偏行或“管道”時，可以及時采取有效的補(bǔ)救措施。(4)由于原料由一股小料流裝入爐內(nèi)，不影響爐喉煤氣的通道，因此由煤氣帶出的爐塵比較少。與鐘式爐頂布料器相比，無鐘爐頂布料器布料有如下特點：(1)布料理想，調(diào)劑靈活。這些布料器有的還只停留在設(shè)計階段，沒有進(jìn)入投產(chǎn)或廣泛的應(yīng)用階段，有的存在很大的缺陷，不能滿足高爐生產(chǎn)的需要。這種布料器的主要優(yōu)點就是簡化了PW布料器的傳動系統(tǒng)。其優(yōu)點也很明顯。但是其驅(qū)動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)不再采用齒輪、行星輪、差動減速器、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)，完全由液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，而其溜槽則通過環(huán)形萬向節(jié)懸吊。 新型無鐘爐頂布料器的研制自從PW無料鐘爐頂布料器誕生以來，人們就沒有停止對布料器及布料理論的研究，用以滿足冶煉技術(shù)更新?lián)Q代的需要，促進(jìn)企業(yè)改革發(fā)展、提高經(jīng)濟(jì)效益。無料鐘爐頂布料器以其布料方式靈活多樣，布料均勻的優(yōu)勢，很快在高爐上得到廣泛使用。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，布料器的形式也在發(fā)生重大的改變，由敞開式爐頂、鐘式爐頂布料器逐漸向無鐘式爐頂布料器發(fā)展。 高爐爐頂?shù)陌l(fā)展歷程爐頂裝料設(shè)備是用來裝料入爐并使?fàn)t料在爐內(nèi)合理分布，同時要起爐頂密封作用的設(shè)備。第1章 緒 論1200m3無料鐘布料器結(jié)構(gòu)設(shè)計第1章 緒論 高爐無鐘爐頂布料器 高爐煉鐵在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位鋼鐵是國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國防建設(shè)重要的基礎(chǔ)原材料，是工業(yè)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)材料和功能材料，沒有鋼鐵就沒有工業(yè)化。目前高爐生產(chǎn)的生鐵占世界生鐵產(chǎn)量的95%左右[1]，在煉鐵生產(chǎn)中占統(tǒng)治地位。布料器作為高爐爐頂裝料設(shè)備的一個重要的組成部分，直接關(guān)系到高爐能否正常生產(chǎn)，它的研制和開發(fā)一直受到世界的關(guān)注。圖11 PW布料器三十多年來，高爐無料鐘爐