【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 全懸掛式配置傾動(dòng)機(jī)械綜合了落地式和半落地式的優(yōu)點(diǎn)，克服了二者的缺點(diǎn)，是大型轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)械發(fā)展的方向。 圖 比較 傾動(dòng)機(jī)械的優(yōu)缺點(diǎn) 最早的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐于 1949 年應(yīng)用于奧地利林茨鋼廠 ,傾動(dòng)裝置采用了液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力源 ,隨之電氣機(jī)械傳動(dòng)裝置取代了液壓傳動(dòng)裝置。 目前 ,傾動(dòng)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(zhuǎn)爐向大型化發(fā)展 ,轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)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(guó)內(nèi)外鋼廠中獲得廣泛應(yīng)用。其型式的特點(diǎn)如下 :屬現(xiàn)在使用最多的配置型式。它將整個(gè)傳動(dòng)裝置全部掛在了耳軸的外伸端上 ,末級(jí)齒輪常采用多點(diǎn)嚙合傳動(dòng) ,使這種配置型式的結(jié)構(gòu)緊湊 ,重量輕 ,占地面積小 ,運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhǎng) , 具有很好的緩沖及減振性能 ,尤其內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 在轉(zhuǎn)爐出鋼、對(duì)鐵水、扒渣等工藝過(guò)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(diǎn)有 : ①扭力桿緩沖止動(dòng)裝置的作用力不會(huì)傳遞到耳軸上 , 即耳軸上不會(huì)有附加水平力 。 ②扭力桿裝置的基礎(chǔ)與半懸掛型式比較要小。為了防止過(guò)載 , 避免扭力桿的損壞 ,在末級(jí)減速機(jī)機(jī)殼的下方 ,設(shè)置有止動(dòng)支座 (即保護(hù)擋鐵 ) 。當(dāng)傾動(dòng)力矩超過(guò)正常傾動(dòng)力矩的 2. 5 倍時(shí) ,末級(jí)減速機(jī)機(jī)殼底部與止動(dòng)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(zhuǎn)爐中 ,但現(xiàn)在也較多地應(yīng)用于中型轉(zhuǎn)爐中。 通過(guò)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(zhuǎn)爐上，缺點(diǎn)是末級(jí)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(shí)，末級(jí)齒輪的正常嚙合關(guān)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了半懸掛式配置傾動(dòng)機(jī)械，其缺點(diǎn)是懸掛減速其與主減速器之間需要用一個(gè)龐大的萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行連接，占地面積較大。而全懸掛式配置傾動(dòng)機(jī)械從電動(dòng)機(jī)到末級(jí)齒輪傳動(dòng)副全部傳動(dòng)裝置都懸掛在耳軸上，采用多點(diǎn)嚙合柔性支承傳動(dòng)，即使托圈發(fā)生變形也不會(huì)影響齒輪副的正常嚙合，同時(shí)也不需要通過(guò)笨重的萬(wàn)向聯(lián)軸器實(shí) 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(shè)備的重量和尺寸也減小，傳動(dòng)平穩(wěn)。 確定 傾動(dòng)機(jī)械布置 方案 本次設(shè)計(jì)的 80 噸轉(zhuǎn)爐采用全正齒輪多點(diǎn)嚙合傳動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速， 四臺(tái)固定在二次減速機(jī)箱體的一次減速機(jī)， 帶扭力桿緩沖止動(dòng)裝置的全懸掛式配置傾動(dòng)機(jī)械。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 第三章傾動(dòng)力矩的計(jì)算和最佳耳軸位置的確定 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩的計(jì)算，是由轉(zhuǎn)爐爐體重量及其重心的計(jì)算和力矩計(jì)算兩部分組成。其計(jì)算內(nèi)容包括： （ 1）空爐重量及其中心的計(jì)算 其中包括：爐殼重量及其重心的計(jì)算；新?tīng)t 爐襯及其重心的計(jì)算。 （ 2）爐內(nèi)液體（鐵水、爐渣）中心的計(jì)算 （ 3）預(yù)選耳軸和力矩的計(jì)算 （ 4）確定最佳耳軸位置和力矩的計(jì)算 （ 5）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行的特殊計(jì)算 轉(zhuǎn)爐爐殼質(zhì)量及重心位置的計(jì)算 建立空爐模型 轉(zhuǎn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)是適合鋼水的流動(dòng)、有利于保護(hù)爐底、有利于物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。截錐型是截頭圓柱體，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熔池為平底、易于砌筑。本次設(shè)計(jì)中選用 筒球型來(lái)建立模型。 根據(jù)羅振才主編《煉鋼機(jī)械》表 21,表 22 綜合確定模型厚度 ? =50mm 材料 14MnNb 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 。 以下參數(shù)的選擇均參考自《 80 噸轉(zhuǎn)爐設(shè)備使用規(guī)程》和《氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備》。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 圖 空爐爐殼模型草圖尺寸 爐殼重量重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 本次爐殼、爐襯的重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法是利用 Solidwork 的查詢功能，對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行計(jì)算，免去大量計(jì)算，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，且較為準(zhǔn)確。 圖 空爐爐殼模型 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 根據(jù)設(shè)計(jì)已知參數(shù)計(jì)算，密度 ? = 310? Kg/ 3m 。 根據(jù)上述思想，通過(guò)軟件建模，求的爐殼重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： G爐 殼 = I爐 殼 =（ 0， ， 0） （米） J爐 殼 = (千克 *平方米 ) 轉(zhuǎn)爐爐襯質(zhì)量及重心位置的計(jì)算 建立空爐爐襯模型 參考譚牧田《氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 爐襯重量重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 根據(jù) 鐘欣 詹忘勇《 CAD在計(jì)算轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩過(guò)程中的應(yīng)用》取爐襯平均密度 ? = 3． 0 t／ 3m 由 SolidWork質(zhì)量屬性查詢得出 爐襯轉(zhuǎn)重量、重心及動(dòng)慣量： G爐 襯 = I爐 襯 =（ 0， ， 0） （米） J爐 襯 =23236(千克 *平方米 ) 空爐質(zhì)量重心位置及其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 進(jìn)行爐殼爐襯裝配（坐標(biāo)原點(diǎn)爐殼內(nèi)爐襯最低點(diǎn)），如下圖 所示 圖 爐殼爐襯合成空爐模型 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 轉(zhuǎn)爐摩擦力矩的計(jì)算 耳軸摩擦力矩計(jì)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(dòng)軸承取 ? =～ ） d —— d=(dd? 外內(nèi) )/2 根據(jù)煉鋼設(shè)備中表 23，取耳軸直徑為 ? 850，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(zhuǎn)爐爐液力矩的計(jì)算及最佳耳軸位置的確定 Solidworks 計(jì)算原理及建模方法 SolidWorks 中可以對(duì)三維模型進(jìn)行 較準(zhǔn)確的查詢，如質(zhì)量、重心、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，而且可內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 以設(shè)置其密度，彈性模量等一系列參數(shù)，這對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì) 、模擬仿真提供了條件，我 們可以利用這些特性，進(jìn)行比較準(zhǔn)確的模擬，省去了大量的近似計(jì)算和人 為誤差，錯(cuò)誤，且提高了設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，為設(shè)計(jì)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(lái)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(zhuǎn)爐在整個(gè)傾動(dòng)過(guò)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(shí)，比較繁瑣，不宜編程，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較分析。 為了解決以上難題，改用在基 準(zhǔn)面上繪制草圖，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)面角度，可重新 在某個(gè)角度 建模 ，且 調(diào)節(jié)液面高度，可以對(duì)模型進(jìn)行拉伸切除，所以只有兩個(gè)參數(shù)，就可以求得轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)力矩。由于時(shí)間較緊，為能建立轉(zhuǎn)爐爐體詳細(xì)結(jié)構(gòu)和其支撐傾動(dòng)裝置的模型，也希望 SolidWorks 有更強(qiáng)大的功能，可以模擬整個(gè) 過(guò)程，包括電機(jī)調(diào)速，到各種環(huán)境參數(shù)設(shè)定及各個(gè)零部件有限元分析。 綜上，建立兩個(gè)面，一個(gè)是傾動(dòng)角度控制面，一個(gè)是爐液高度平面控制面，一個(gè)耳軸線（基準(zhǔn)軸） ，這 樣，隨著角度的變化，模型沿著基準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，得到任意位置的傾動(dòng)力矩 ,如下圖為 63deg 時(shí)爐液狀態(tài)模型 圖 63deg 時(shí)爐液狀態(tài)模型 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 圖 合成力矩曲線 最佳耳軸位置的確定 當(dāng)轉(zhuǎn)爐的空爐和鐵水重心及預(yù)選耳軸下的力矩計(jì)算完之后，即可以確定最佳耳軸位置。 由傾動(dòng)力矩計(jì)算 公式可知，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩值與爐型、爐體重量、鐵水重量、傾動(dòng)角度和耳軸位置有關(guān)。 實(shí)踐指出，耳軸位置越高，傾動(dòng)力矩越大，傳動(dòng)設(shè)備尺寸加大，電動(dòng)機(jī)容量增加，很不經(jīng)濟(jì)。如果耳軸位置太低，一旦傾動(dòng)機(jī)械發(fā)生事故時(shí)，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(diǎn)，要求爐子在任意傾動(dòng)位置上，一旦出現(xiàn)無(wú)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(huì)自行傾翻，相反還要借助 kdMM? 去克服 mM 把爐子轉(zhuǎn)回到原來(lái)吹煉位置（直立 位置）。為此爐子在傾動(dòng)過(guò)程中 kdMM? 不允許出現(xiàn)負(fù)值即使在最小處（波谷處）， min()kdMM? 也應(yīng)大于 mM 。用這內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 種原則確定的傾動(dòng)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(diǎn)是傾動(dòng)力矩具有最小值，從而可使傾動(dòng)機(jī)械尺寸和重量都是最小，因此，這種原則稱為經(jīng)濟(jì)原則。根據(jù)這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)滿足以下條件，即轉(zhuǎn)爐在一個(gè)路徑過(guò)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(fù)力矩區(qū)，并且其絕對(duì)值相等，這時(shí)的傾動(dòng)力矩絕對(duì)值為最小，這種力矩也稱為正負(fù)力矩等值。 在一個(gè)爐役中波 峰力矩最大值可能是新?tīng)t也可能是老爐，應(yīng)由具體分析確定，但爐口一定是無(wú)結(jié)渣，放爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)；波谷力矩最小值一般在爐役后期，爐口有大量結(jié)渣時(shí)，抬爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)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(guó)內(nèi)外大部分國(guó)家為了節(jié)省投資，取消備用設(shè)備，一般采用全正力矩作為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩曲線的依據(jù)。 因此，本次設(shè)計(jì)也將采用全正力矩（安全原則）來(lái)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(jì)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(dòng)力矩 為波谷時(shí)相應(yīng)爐子傾動(dòng)角度 dx 、 dz — 傾動(dòng)力矩為波谷時(shí)相應(yīng)爐液重心坐標(biāo) H— 預(yù)選耳軸位置 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(biāo)為（ 0、 ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 第四章傾動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的選擇與校核 電動(dòng)機(jī)的容量計(jì)算及型號(hào)選擇 根據(jù)譚牧田《氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備》公式 315 轉(zhuǎn)爐電動(dòng)機(jī)所需功率： maxKM nN 975???? 式（ ） 式中： N— 電動(dòng)機(jī)需要的功率，千瓦； maxM — 轉(zhuǎn)爐計(jì)算最大傾動(dòng)力矩，千牛米； n— 轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn) /分； ? — 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù) 12K KK? 。 1K — 電壓降引起的力矩誤差，取 ～ ，常取 ； 2K — 電動(dòng)機(jī)不同步造成的誤差，一般取 ，如單電動(dòng)機(jī)工作，則 2K =1； ?? — 傾動(dòng)機(jī)械的總效率，初步計(jì)算時(shí)，對(duì)于齒輪傳動(dòng)