【文章內(nèi)容簡介】 電動機驅動調(diào)速。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 15 全懸掛式配置傾動機械綜合了落地式和半落地式的優(yōu)點，克服了二者的缺點，是大型轉爐傾動機械發(fā)展的方向。 圖 比較 傾動機械的優(yōu)缺點 最早的氧氣頂吹轉爐于 1949 年應用于奧地利林茨鋼廠 ,傾動裝置采用了液壓傳動作為動力源 ,隨之電氣機械傳動裝置取代了液壓傳動裝置。 目前 ,傾動裝置主要有 3 種基本形式 :落地式 ,半懸掛式及全懸掛式 。 隨著現(xiàn)代轉爐向大型化發(fā)展 ,轉爐傾動裝置已由全懸掛式配置取代落地式配置和半懸掛式配置 ,并在國內(nèi)外鋼廠中獲得廣泛應用。其型式的特點如下 :屬現(xiàn)在使用最多的配置型式。它將整個傳動裝置全部掛在了耳軸的外伸端上 ,末級齒輪常采用多點嚙合傳動 ,使這種配置型式的結構緊湊 ,重量輕 ,占地面積小 ,運轉安全可靠 ,工作性能好。這種配置型式必須考慮采用性能好的抗扭緩沖裝置。此裝置零部件少 , 使用壽命 較長 , 具有很好的緩沖及減振性能 ,尤其內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 16 在轉爐出鋼、對鐵水、扒渣等工藝過程中發(fā)揮緩沖吸振作用。與半懸掛型式相比較 , 最突出的優(yōu)點有 : ①扭力桿緩沖止動裝置的作用力不會傳遞到耳軸上 , 即耳軸上不會有附加水平力 。 ②扭力桿裝置的基礎與半懸掛型式比較要小。為了防止過載 , 避免扭力桿的損壞 ,在末級減速機機殼的下方 ,設置有止動支座 (即保護擋鐵 ) 。當傾動力矩超過正常傾動力矩的 2. 5 倍時 ,末級減速機機殼底部與止動支座接觸 ,扭力桿不再承受更大的扭矩。全懸掛式配置常用于大型轉爐中 ,但現(xiàn)在也較多地應用于中型轉爐中。 通過以 上的介紹我們知道，落地式是最早采用的一種布置形式，主要用于容量不大的轉爐上，缺點是末級大齒輪在托圈耳軸上，托圈變形引起耳軸軸線發(fā)生較大偏斜時，末級齒輪的正常嚙合關系被破壞，產(chǎn)生載荷的集中分布，加速了齒輪的磨損。在此基礎上發(fā)展起來了半懸掛式配置傾動機械，其缺點是懸掛減速其與主減速器之間需要用一個龐大的萬向聯(lián)軸器進行連接，占地面積較大。而全懸掛式配置傾動機械從電動機到末級齒輪傳動副全部傳動裝置都懸掛在耳軸上，采用多點嚙合柔性支承傳動，即使托圈發(fā)生變形也不會影響齒輪副的正常嚙合，同時也不需要通過笨重的萬向聯(lián)軸器實 現(xiàn)懸掛減速其與主減速器之間的連接，有較大的備用能力 , 能充分發(fā)揮大齒輪的作用，使各齒輪受力減小，設備的重量和尺寸也減小，傳動平穩(wěn)。 確定 傾動機械布置 方案 本次設計的 80 噸轉爐采用全正齒輪多點嚙合傳動，直流電動機驅動調(diào)速， 四臺固定在二次減速機箱體的一次減速機， 帶扭力桿緩沖止動裝置的全懸掛式配置傾動機械。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 17 第三章傾動力矩的計算和最佳耳軸位置的確定 轉爐傾動力矩的計算，是由轉爐爐體重量及其重心的計算和力矩計算兩部分組成。其計算內(nèi)容包括： （ 1）空爐重量及其中心的計算 其中包括：爐殼重量及其重心的計算；新爐 爐襯及其重心的計算。 （ 2）爐內(nèi)液體（鐵水、爐渣）中心的計算 （ 3）預選耳軸和力矩的計算 （ 4）確定最佳耳軸位置和力矩的計算 （ 5）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進行的特殊計算 轉爐爐殼質量及重心位置的計算 建立空爐模型 轉爐爐型可分為：筒球型、錐球型、截錐型。筒球型是由圓柱體和球缺體組成的，特點是結構簡單、爐殼制造容易、爐襯砌筑方便。錐球型是由球缺體和截頭圓錐體組成的，特點是適合鋼水的流動、有利于保護爐底、有利于物理化學反應的進行。截錐型是截頭圓柱體，特點是結構簡單、熔池為平底、易于砌筑。本次設計中選用 筒球型來建立模型。 根據(jù)羅振才主編《煉鋼機械》表 21,表 22 綜合確定模型厚度 ? =50mm 材料 14MnNb 低合金高強度結構鋼 。 以下參數(shù)的選擇均參考自《 80 噸轉爐設備使用規(guī)程》和《氧氣頂吹轉爐煉鋼設備》。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 18 圖 空爐爐殼模型草圖尺寸 爐殼重量重心與轉動慣量的計算 本次爐殼、爐襯的重量、重心及轉動慣量的計算方法是利用 Solidwork 的查詢功能，對實體模型進行計算，免去大量計算，節(jié)約設計時間，且較為準確。 圖 空爐爐殼模型 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 19 根據(jù)設計已知參數(shù)計算，密度 ? = 310? Kg/ 3m 。 根據(jù)上述思想，通過軟件建模，求的爐殼重量、重心及轉動慣量為： G爐 殼 = I爐 殼 =（ 0， ， 0） （米） J爐 殼 = (千克 *平方米 ) 轉爐爐襯質量及重心位置的計算 建立空爐爐襯模型 參考譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》表 421，爐帽 540mm；爐身永久層 100mm，工作層 580mm，填充層 60mm；爐底永久層 350mm，工作層 550mm，填充層 50mm； 建立空爐爐襯模型及尺寸（如下圖 圖 所示） 圖 空爐爐襯模型尺寸 圖 空爐爐襯模型 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 20 爐襯重量重心與轉動慣量的計算 根據(jù) 鐘欣 詹忘勇《 CAD在計算轉爐傾動力矩過程中的應用》取爐襯平均密度 ? = 3． 0 t／ 3m 由 SolidWork質量屬性查詢得出 爐襯轉重量、重心及動慣量： G爐 襯 = I爐 襯 =（ 0， ， 0） （米） J爐 襯 =23236(千克 *平方米 ) 空爐質量重心位置及其轉動慣量的計算 進行爐殼爐襯裝配（坐標原點爐殼內(nèi)爐襯最低點），如下圖 所示 圖 爐殼爐襯合成空爐模型 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 21 轉爐摩擦力矩的計算 耳軸摩擦力矩計算公式： m k d t uo xua nM ( G G G G ) d / 2?? ? ? ? ? 式（ ） 式中： kG —— 空爐重量（ KN） dG —— 爐液重量（ KN） tuoG —— 托圈及附件重量（ KN） xuanG —— 懸掛減速器的重量（ KN） ? —— 摩擦系數(shù)（滾動軸承取 ? =～ ） d —— d=(dd? 外內(nèi) )/2 根據(jù)煉鋼設備中表 23，取耳軸直徑為 ? 850，查機械設計手冊第四卷，表 28215，取軸承外徑 ? 1120。 取 ? = 其中 kG = =2938KN dG =(G鋼 +G渣 )=101 = xuanG = = m K d tuo xua nM ( G G G G ) d / 2 0 02 ( ) 2KNm?? ? ? ? ???? ??? ?? ????? ? ? ? ? ? ? ? ???? ??? ?? ???? 轉爐爐液力矩的計算及最佳耳軸位置的確定 Solidworks 計算原理及建模方法 SolidWorks 中可以對三維模型進行 較準確的查詢，如質量、重心、 轉動慣量等，而且可內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 22 以設置其密度，彈性模量等一系列參數(shù)，這對參數(shù)化設計 、模擬仿真提供了條件，我 們可以利用這些特性，進行比較準確的模擬，省去了大量的近似計算和人 為誤差，錯誤，且提高了設計效率，縮短設計周期，為設計人員提供了方便。 在 SolidWorks 中直接用它所提供的前視面，上視面，右視面來建立草圖模型雖然可以求出一些數(shù)據(jù)，但是不能很好的模擬轉爐在整個傾動過程中，尤其是爐液的重心、重量等的變化，且在提取數(shù)據(jù)時，比較繁瑣，不宜編程，結合數(shù)據(jù)庫進行比較分析。 為了解決以上難題，改用在基 準面上繪制草圖，調(diào)節(jié)基準面角度，可重新 在某個角度 建模 ，且 調(diào)節(jié)液面高度，可以對模型進行拉伸切除，所以只有兩個參數(shù)，就可以求得轉爐的傾動力矩。由于時間較緊，為能建立轉爐爐體詳細結構和其支撐傾動裝置的模型，也希望 SolidWorks 有更強大的功能，可以模擬整個 過程，包括電機調(diào)速，到各種環(huán)境參數(shù)設定及各個零部件有限元分析。 綜上，建立兩個面，一個是傾動角度控制面，一個是爐液高度平面控制面，一個耳軸線（基準軸） ，這 樣，隨著角度的變化，模型沿著基準軸轉動，得到任意位置的傾動力矩 ,如下圖為 63deg 時爐液狀態(tài)模型 圖 63deg 時爐液狀態(tài)模型 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 23 圖 空爐力矩曲線 圖 爐液力矩曲線 92deg 波谷 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 24 圖 合成力矩曲線 最佳耳軸位置的確定 當轉爐的空爐和鐵水重心及預選耳軸下的力矩計算完之后，即可以確定最佳耳軸位置。 由傾動力矩計算 公式可知，轉爐傾動力矩值與爐型、爐體重量、鐵水重量、傾動角度和耳軸位置有關。 實踐指出，耳軸位置越高，傾動力矩越大，傳動設備尺寸加大，電動機容量增加，很不經(jīng)濟。如果耳軸位置太低，一旦傾動機械發(fā)生事故時，可能發(fā)生“翻爐倒鋼”事故。所以，合理選擇耳軸位置是十分重要的。 一、 確定最佳耳軸位置的兩種原則和條件式 這種原則是以最大安全可靠為出發(fā)點，要求爐子在任意傾動位置上，一旦出現(xiàn)無法控制的事故（如斷軸、斷齒、軸承損壞、電氣事故等），爐子不但不會自行傾翻，相反還要借助 kdMM? 去克服 mM 把爐子轉回到原來吹煉位置（直立 位置）。為此爐子在傾動過程中 kdMM? 不允許出現(xiàn)負值即使在最小處（波谷處）， min()kdMM? 也應大于 mM 。用這內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 25 種原則確定的傾動力矩必定是全正力矩，故亦稱全正力矩原則，全正力矩條件式為： 0 k d mM M M? ? ? 這種原則的出發(fā)點是傾動力矩具有最小值，從而可使傾動機械尺寸和重量都是最小，因此，這種原則稱為經(jīng)濟原則。根據(jù)這個出發(fā)點，應滿足以下條件，即轉爐在一個路徑過程中可能出現(xiàn)的波峰力矩最大值和波谷力矩最小值，分別處于正力矩區(qū)和負力矩區(qū)，并且其絕對值相等，這時的傾動力矩絕對值為最小，這種力矩也稱為正負力矩等值。 在一個爐役中波 峰力矩最大值可能是新爐也可能是老爐，應由具體分析確定，但爐口一定是無結渣，放爐運轉時會出現(xiàn)；波谷力矩最小值一般在爐役后期，爐口有大量結渣時，抬爐運轉時會出現(xiàn)，此原則的條件為： m a x( ) 0k d mM M M? ? ? m in( ) 0k d mM M M? ? ? 并且 m a x m in( ) ( )k d m k d mM M M M M M? ? ? ? ? ? 即 m a x m in( ) ( ) 0k d m k d mM M M M M M? ? ? ? ? ? 目前國內(nèi)外大部分國家為了節(jié)省投資，取消備用設備，一般采用全正力矩作為設計轉爐傾動力矩曲線的依據(jù)。 因此，本次設計也將采用全正力矩（安全原則）來確定最佳耳軸位置。 二、 按全正力矩確定最佳耳軸位置 最佳耳軸位置 39。H 的計算公式： 39。 ( ) si n c os( ) si nk k g d d g mk d gM g H Z m gx MHH M M g?? ?? ? ??? ? 式中 g? — 傾動力矩 為波谷時相應爐子傾動角度 dx 、 dz — 傾動力矩為波谷時相應爐液重心坐標 H— 預選耳軸位置 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 26 39。( ) si n c os( ) si nk k g d d g mk d gM g H Z m gx MHH M M g?? ?? ? ??? ? dH= H= 最佳耳軸位置： 39。H H dH?? 即最佳耳軸位置的坐標為（ 0、 ） 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 27 第四章傾動機械的設計計算 電動機的選擇與校核 電動機的容量計算及型號選擇 根據(jù)譚牧田《氧氣轉爐煉鋼設備》公式 315 轉爐電動機所需功率： maxKM nN 975???? 式（ ） 式中： N— 電動機需要的功率，千瓦； maxM — 轉爐計算最大傾動力矩，千牛米； n— 轉爐轉速，轉 /分； ? — 正常運轉時，運轉電動機的個數(shù) 12K KK? 。 1K — 電壓降引起的力矩誤差，取 ～ ，常取 ； 2K — 電動機不同步造成的誤差，一般取 ，如單電動機工作，則 2K =1； ?? — 傾動機械的總效率，初步計算時，對于齒輪傳動