高爐開鐵口機大臂旋轉(zhuǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高爐開鐵口機大臂旋轉(zhuǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計摘 要開鐵口機是完成打開高爐鐵口的關(guān)鍵設(shè)備，隨著在現(xiàn)代冶煉技術(shù)的發(fā)展進步, 老式簡易開鐵口機的不足逐漸暴露出來，已不能滿足現(xiàn)代化高爐的要求，開鐵口機的改制勢在必行。本課題研究的是全液壓開鐵口機的液壓系統(tǒng)設(shè)計，該控制系統(tǒng)利用液壓控制靈活、迅速的優(yōu)勢，一改以往人工操縱換向為液壓系統(tǒng)識別自動控制換向。開鐵口機從回轉(zhuǎn)開始工作到工作結(jié)束回到停放位置，均采用液壓全自動控制，不需人工干預(yù)，提高了開孔能力和開孔速度，適應(yīng)了現(xiàn)代化大型高爐的要求。該系統(tǒng)主要由沖擊、轉(zhuǎn)釬、推進及回轉(zhuǎn)四部分的液壓控制系統(tǒng)組成，本課題主要設(shè)計了這四部分中推進與回轉(zhuǎn)部分的液壓

2、控制系統(tǒng)，及對這兩部分液壓系統(tǒng)的組合和系統(tǒng)性能驗算，同時論述了各部分的計算設(shè)計過程和必要的強度校核。關(guān)鍵詞 開鐵口機；液壓系統(tǒng)設(shè)計；液壓全自動控制ABSTRACTTaphole drill is a key equipment to open the taphole blast furnace, With modern smelting technology in the development and progress, Easy open old iron deficiencies machine gradually exposed, Has been unable to satisfy

3、the requirements of modern blast furnace, Taphole drill restructuring inevitable. This topic research is entire hydraulic pressure opens the iron gate machine hydraulic system design, The control system uses hydraulic control flexibility, rapid advantages, as soon as changed formerly the manual cont

4、rol commutation for the hydraulic system recognition automatic control commutation. The Taphole driller from the beginning of the end of the work to return to the work space for parking, adopted hydraulic automatic control, does not need the manual intervention, enhanced has opened the hole ability

5、and opens the hole speed, adapted the modernized large-scale blast furnace request. This system mainly of the impact, the extension rock drill, advances and rotates four part of hydraulic control system composition, The design of the topics issues of this part of the four hydraulic systems, And the

6、total hydraulic system, the composition and properties of checking system, It also explains the parts of the design process and calculating the necessary strength check.Key words taphole trill；hydraulic hystem design；hydraulic system recognition automatic control commutation專心-專注-專業(yè)目 錄摘 要IABSTRACTII

7、目 錄III1緒論11.1開鐵口機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.1.1開鐵口機國內(nèi)引入狀況11.1.2開鐵口機國內(nèi)開發(fā)狀況11.1.3開鐵口機國外的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r21.2國內(nèi)外開鐵口機存在的問題21.3開鐵口機的發(fā)展前景31.3.1國內(nèi)各結(jié)構(gòu)開鐵口機應(yīng)用情況31.3.2國際開鐵口機的發(fā)展趨勢31.4 全液壓開鐵口機31.4.1全液壓開口機簡介31.4.2全液壓開口機的發(fā)展前景32 .本課題的總體設(shè)計方案52.1 設(shè)計要求52.2 設(shè)計方案52.3推進部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計53.液壓馬達各參數(shù)的確定73.1確定參數(shù)73.1.1 工作載荷力矩的計算73.1.2 小車在軌道上靜摩擦力的計算83.1.3 開鐵口時所需

8、驅(qū)動力矩的計算83.2 液壓馬達的選擇83.2.1 工進時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算83.2.2 快退時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算93.2.3 液壓馬達的選擇93.3 液壓馬達工作壓力的計算93.4 液壓馬達實際流量的計算93.5 液壓系統(tǒng)圖的擬定104.回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計114.1 回轉(zhuǎn)部分各參數(shù)計算124.1.1 參數(shù)的計算124.1.2 各階段的負(fù)載計算134.2 執(zhí)行元件工作壓力的確定184.3 液壓缸尺寸的計算184.3.1 液壓缸工作面積的計算184.3.2 液壓缸尺寸的計算194.4 液壓缸強度校核204.4.1 液壓缸聯(lián)接方式及材料選擇204.4.2 缸筒壁厚和外徑計算214.4.3 活塞

9、桿強度驗算224.4.4 液壓缸固定螺栓的校核計算234.5 液壓缸工作壓力、流量和功率的計算244.5.1 液壓缸工作壓力的計算244.5.2 液壓缸輸入流量的計算244.5.3 液壓缸輸入功率的計算254.6 液壓系統(tǒng)圖的擬定255 總液壓系統(tǒng)圖的確定265.1 總液壓系統(tǒng)的分析275.1.1 液壓回路的選擇275.1.2 總液壓系統(tǒng)原理圖的確定275.2 總液壓控制系統(tǒng)組成及控制原理305.3 總液壓系統(tǒng)控制下的自動作業(yè)過程315.3.1 總液壓系統(tǒng)鉆孔前的控制過程315.3.2 總液壓系統(tǒng)在鐵口鉆穿后的控制過程316 液壓元件的選擇及輔助裝置的確定326.1 液壓泵的選擇336.2 閥

10、類元件的選擇346.2.1 液壓閥的選取原則346.2.2 液壓閥的選擇356.3 液壓輔件的確定366.3.1 油箱容積的確定376.3.2 油管尺寸的確定376.4蓄能器的選擇386.5液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升的計算396.5.1 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率的計算406.5.2 液壓系統(tǒng)的散熱功率的計算417 液壓系統(tǒng)性能的驗算427.1 系統(tǒng)壓力損失的驗算437.1.1 快進時壓力損失的驗算437.1.2 工進時壓力損失的驗467.1.3 快退時壓力損失的驗算477.1.4 總壓力損失的確定507.1.5 閥及壓力繼電器調(diào)整壓力的確定51結(jié) 論51致 謝52參考文獻531緒論 開鐵口機是高爐出鐵時打開

11、鐵口的重要機械，它的可靠性和使用性能直接關(guān)系到高爐的生產(chǎn)效率。1.1開鐵口機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1開鐵口機國內(nèi)引入狀況 隨著高爐的大型化和現(xiàn)代化的進程，對開鐵口機的要求也在不斷的提高，特別是近年來，我國一批大型高爐開始引進消化吸收國外先進技術(shù)，使我國高爐爐前設(shè)備的硬件水平進入一個新的階段。 1)20世紀(jì)80年代末期，國內(nèi)引進DDS公司第一代開口機(CHQ1000)用于湘鋼3BF，采用矮柱雙軌式，在同一行走梁上并排掛兩臺開口機，集沖鉆為一體，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)1000m3以下高爐。 2)20世紀(jì)90年代初期，DDS公司第二代開口機(CHQ2000)在武鋼3BF使用，采用沖鉆分離式，此機與CHQ100

12、0型相比，轉(zhuǎn)速提高了25%，扭矩提高了30%，沖擊功提高了40%。 3)1998年12月，DDS公司第三代開口機(CHQ2000L)在昆鋼6BF使用，開口機轉(zhuǎn)臂為低柱斜座式，此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強，離地面空間小，便于設(shè)備檢修及備件拆換。此外，該機還根據(jù)國外開口工藝增設(shè)了逆打裝置，1999年10月三峽工業(yè)設(shè)計研究院將其國產(chǎn)化，并迅速在國內(nèi)1000m3以上至2000m3以下高爐推廣。4)20世紀(jì)末，DDS公司與PW公司重組，組建為TMT公司。21世紀(jì)初，該公司生產(chǎn)的HS573GH型全液壓開口機，隨著爐前設(shè)備的引入，先后在武鋼6BF、7BF，馬鋼新區(qū)1BF、2BF，韶鋼6BF，太鋼8BF，本鋼6BF、7BF

13、、8BF和寶鋼4BF使用，這一新技術(shù)的應(yīng)用，對提高中國爐前設(shè)備自動化水平起到了積極的推動作用。1.1.2開鐵口機國內(nèi)開發(fā)狀況2005年1月，三峽工業(yè)設(shè)計研究院組織專班成立項目組，走科研與生產(chǎn)結(jié)合道路，用了近半年時間對使用CHY4000A型全液壓開口機現(xiàn)場進行觀察、跟蹤、了解，對泥炮、鐵口、鉆頭、鉆桿、開口機給進機構(gòu)以及風(fēng)壓、水壓、油壓等進行了反復(fù)研究、解剖、試驗、分析，終于在2006年逐一解決了以上六個重點問題，并研究開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)CHY4000A型全液壓開口機，該機主要針對2000m3以上高爐的爐前開鐵口作業(yè)。它集旋轉(zhuǎn)、振打、逆打、吹掃為一體，鉆桿、鉆頭、水霧化為一體，整機各部位結(jié)構(gòu)

14、緊湊，克服了其它機型在加大沖擊功，加大扭矩情況下易松動的問題。具有功率大、效率高、消耗低、故障少、帶逆打、安全環(huán)保等特點。改寫了國內(nèi)大高爐無大功率、無逆打裝置液壓開口機的歷史。產(chǎn)生了較好的社會效益，并迅速在全國大高爐和特大高爐推廣使用。這一新技術(shù)的應(yīng)用使國內(nèi)爐前操作水平、管理水平都將有一個新的提高。1.1.3開鐵口機國外的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r 日本岡崎工業(yè)株式會社框架式框架式開鐵口機：該開鐵口機主機旋轉(zhuǎn)點設(shè)在高爐框架立柱上，整套機構(gòu)為全氣動式；德國DDS公司立柱高架式開鐵口機：該開鐵口機有一龐大立柱，轉(zhuǎn)臂以此為軸轉(zhuǎn)動。大臂旋轉(zhuǎn)、傾動機構(gòu)、提升機構(gòu)為全液壓式。開鐵口機、行走馬達為全氣動式；美國喬伊公司

15、生產(chǎn)的開鐵口機是一種全電動開鐵口機：該開鐵口機打開鐵口后能自動退回原位，具有電動進給、電動鉆削、無沖擊振打功能。大臂轉(zhuǎn)動是電機變速后帶動回轉(zhuǎn)，因其為全電動，電機使用壽命不長，近年來在使用中已逐步改為電動轉(zhuǎn)臂、氣動鉆削、氣動前進后退。其立臂回轉(zhuǎn)、鉆削、行走為全電動，開鐵口角度手工調(diào)整，主臂受力不強，大高爐使用不合適；另外盧森堡PW公司PW型開鐵口機與德國DDS型結(jié)構(gòu)及原理幾乎相伺，采用的同是液壓轉(zhuǎn)臂氣動開口機、氣動行走馬達，優(yōu)越性在于其小結(jié)整個機身矮小受力性強結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊備。1.2國內(nèi)外開鐵口機存在的問題 進人21世紀(jì)，國內(nèi)外高爐開始向大型化和特大型化方向發(fā)展，在高爐操作中，爐前設(shè)備面臨著比

16、較突出的問題，即現(xiàn)有各機型開口機在功能與功率方面滿足不了開鐵口工藝要求，尤其是2000m3等級以上的高爐，冶煉強度高、鐵口深，采用高強度無水炮泥堵鐵口，炮泥在鐵口中燒結(jié)時間長，且變素很大，造成開口困難、鐵口孔道不規(guī)則、出鐵時間難以控制影響爐內(nèi)操作、鐵口深度不穩(wěn)定且難維護等，集中反映六個問題: l)開鐵口時間長10min30min； 2)鉆桿消耗大35根/爐； 3)鐵口侵蝕快； 4)正點率較差67%； 5)鐵口合格率較差51%； 6)泥炮的打泥量不穩(wěn)；1.3開鐵口機的發(fā)展前景1.3.1國內(nèi)各結(jié)構(gòu)開鐵口機應(yīng)用情況 對我國300m3以上的206座高爐進行了統(tǒng)計，各機型開鐵口機使用情況大致如下：全氣動

17、式4.6%，全液壓式13.2%，液氣結(jié)合式24.1%，氣動吊掛有軌式22.4%，液壓吊掛有軌式0.4%，電動吊掛有軌式35.3%。1.3.2國際開鐵口機的發(fā)展趨勢 根據(jù)世界各國開鐵機綜合分析，發(fā)現(xiàn)開鐵口機基本采用液壓驅(qū)動大臂的轉(zhuǎn)動。因為液壓工作壓力高、可壓縮性小、運行平穩(wěn)、功率大、可較好地防止鉆削過程中轉(zhuǎn)臂的后移，能夠保證整機的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。1.4 全液壓開鐵口機1.4.1全液壓開口機簡介 與風(fēng)動開鐵口機相比較,液壓鑿巖機鉆削、沖打能量大,工作可靠,結(jié)構(gòu)緊湊輕便,可省去專用空壓機,液壓開鐵口機可以和液壓泥炮共用一個液壓泵站,節(jié)省投資,特別是由于鉆削和沖打的能量大,開孔速度明顯加快,可大大減少

18、鉆桿和鉆頭的消耗。1.4.2全液壓開口機的發(fā)展前景目前,高爐開鐵口機根據(jù)動力源可以分為氣動、電動、液壓三種類型。與氣動式開鐵口機相比,全液壓開鐵口機鉆削開口的工作油壓是風(fēng)動開鐵口機風(fēng)壓的2030倍,故鉆削、沖打能量大,工作可靠,結(jié)構(gòu)緊湊輕便,可省去專用空壓機,節(jié)省投資；與電動開鐵口機相比較,開口速度明顯加快,開出的孔道平直光滑。另外,目前國內(nèi)絕大多數(shù)高爐均已采用全液壓矮身泥炮堵塞出鐵口,選用全液壓開鐵口機可以和泥炮共用液壓泵站,因此,全液壓開鐵口機必將成為其他各種開鐵口機的替代產(chǎn)品。2 .本課題的總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計要求 本液壓開鐵口機適合爐口深度為2500mm左右的現(xiàn)代高爐，開鐵口機的鉆

19、進方向與鐵口軸線的傾斜角度為10°，回轉(zhuǎn)部分從停放位置到工作位置需旋轉(zhuǎn)105°，旋轉(zhuǎn)時間1214s。打鐵口時，鉆頭直徑6080mm，轉(zhuǎn)速范圍0300r/min，推進液壓馬達的推進速度0.0250.05m/s,反退速度為1m/s。沖擊部分的沖擊頻率4050HZ，而沖擊能量為250300J。 2.2 設(shè)計方案本設(shè)計主要對全液壓驅(qū)動開鐵口機的液壓系統(tǒng)部分進行設(shè)計。而本機的液壓系統(tǒng)主要包括沖擊部分、轉(zhuǎn)釬部分、推進部分和回轉(zhuǎn)部分共四部分的液壓控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)釬部分由液壓馬達提供動力，驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)運動；沖擊部分通過液壓缸提供動力，活塞桿正反運動，高頻率地沖擊鉆桿尾部；推進部分也由一個送進液

20、壓馬達通過鏈條為鉆桿提供一個鉆進的推進力；回轉(zhuǎn)部分液壓缸活塞桿的伸縮驅(qū)動，使回轉(zhuǎn)臂實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，以使整機轉(zhuǎn)到工作位置或停機位置。本課題只做了推進部分和回轉(zhuǎn)部分的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計，分別設(shè)計各支路液壓控制系統(tǒng)方案。進行總體運動狀況分析，開鐵口中，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進部分運動時，這時回轉(zhuǎn)部分不能運動，回轉(zhuǎn)液壓缸的活塞桿需保持固定的伸長值，使鉆桿軸線與鐵口軸線一致，順利完成對鐵口的打開；同時當(dāng)回轉(zhuǎn)部分運動，帶動鉆進部分轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進部分這三部分也不能運動，不然可能破壞某些部件，發(fā)生事故。因此，這就需要液壓系統(tǒng)在控制方面，使各分支系統(tǒng)構(gòu)成一個整體控制系統(tǒng)，使整個運動循序有致。最后再

21、對整個系統(tǒng)進行各方面的校核和驗算。2.3推進部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計 開鐵口時，推進速度0.0250.05m/s,反退速度為1m/s，工作周期1618mm。根據(jù)開鐵口機推進部分機械設(shè)計得知，該開鐵口機在工作時所需的推進力F=20KN，工作壓力為16Mpa。鏈條帶動的小車及鑿巖機總重量約1500kg，鏈條節(jié)距p=25.4mm,齒數(shù)z=17。據(jù)此可進行下面推進部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計。3.液壓馬達各參數(shù)的確定3.1確定參數(shù) 3.1.1 工作載荷力矩的計算 (3.1)式中 開鐵口時液壓馬達的工作載荷； 液壓馬達總的機械效率,查機械設(shè)計手冊-液壓分冊及根據(jù)工廠經(jīng)驗??； 鏈輪半徑(如圖5.1),可根據(jù)開鐵口機進給部

22、分的機械設(shè)計計算其值。分度圓直徑 由式(3.1)可得：式中 鐵口軸線與開鐵口機鉆頭中心線的夾角。圖3.1 鏈輪受力示意圖3.1.2 小車在軌道上靜摩擦力的計算 (3.2)式中 小車與軌道間的摩擦系數(shù),查機械設(shè)計手冊-液壓分冊及根據(jù)工廠經(jīng)驗取其摩擦系數(shù)=0.02； 小車及鑿巖機總重量1500kg； 小車運行時與水平面的夾角,大小為。由式(3.2)可得 3.1.3 開鐵口時所需驅(qū)動力矩的計算 由以上的計算結(jié)果可計算出開鐵口的驅(qū)動力： 3.2 液壓馬達的選擇3.2.1 工進時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算其工進時液壓馬達的轉(zhuǎn)速可由下式進行計算： (3.3)由式(3.3)得 式中 工進時鉆頭的推進速度,即鏈輪的速

23、度,為。3.2.2 快退時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算由式(3.3)可得 式中 快退時鉆頭的反退速度,即鏈輪的反退速度，。3.2.3 液壓馬達的選擇根據(jù)以上計算可知,推進部分正常工作時,需要的轉(zhuǎn)矩為,最高轉(zhuǎn)速為，取其工作壓力為16Mpa，查閱機械設(shè)計手冊-液壓分冊, 選取型號為1JMD-63型徑向柱塞式的徑向柱塞式馬達。其理論排量0.78L/r，額定壓力16Mpa,轉(zhuǎn)速10200r/min，額定轉(zhuǎn)矩1815，額定功率為37.2KW，機械效率。3.3 液壓馬達工作壓力的計算其實際工作壓力可由下式進行計算： (3.4)式中 液壓馬達的載荷轉(zhuǎn)矩；液壓馬達每轉(zhuǎn)排量()； 液壓馬達的機械效率，此處取。由式(3.4

24、)得 由于，所以所選液壓馬達滿足要求。3.4 液壓馬達實際流量的計算其實際流量可由下式進行計算： (3.5)式中 液壓馬達的實際流量(L/min)；液壓馬達每轉(zhuǎn)排量()； 液壓馬達的轉(zhuǎn)速()。由式(3.5)得 3.5 液壓系統(tǒng)圖的擬定執(zhí)行元件的類型:根據(jù)此部分系統(tǒng)的特點,工作時轉(zhuǎn)矩較大,速度較低,所以選用了低速大轉(zhuǎn)矩的徑向柱塞式液壓馬達。換向方式確定:雖然推進部分的運動只有進給和快退,但在開鐵口機旋轉(zhuǎn)時，此部分不能運動，否則將出現(xiàn)事故。采用三位換向閥，此時推進部分處于中位，就能滿足這些要求，同時推進部分有前進和后退運動，要求液壓馬達有正反轉(zhuǎn)運動，所以采用三位四通換向閥來控制。調(diào)速方式的選擇:開

25、口機旋轉(zhuǎn)到位后，進給部分在液壓馬達的恒速帶動下,開始打鐵口，為了保證液壓馬達壓力和速度的穩(wěn)定，直到開口機順利打開鐵口,系統(tǒng)可采用進油路節(jié)流調(diào)速,保證鉆桿穩(wěn)定、平衡地推進。繼而可以初步繪出推進部分的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖3.2所示。圖3.2 推進部分液壓系統(tǒng)原理圖1,2-濾油器；3-液壓泵；4-溢流閥；5-單向閥；6-三位四通電液換向閥；7-疊加式節(jié)流閥；8-液壓馬達4.回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計 回轉(zhuǎn)部分從停放位置到工作位置需旋轉(zhuǎn)105°的角度，旋轉(zhuǎn)時間1214s，且開鐵口機的鉆進方向與鐵口軸線的傾斜角度為10°。由開鐵口機回轉(zhuǎn)部分的機械設(shè)計得知,該開鐵口機的重量約為7300kg

26、,底座以上部分重約為6600kg,其中回轉(zhuǎn)部分重約4600kg,打鐵口時的作用力20KN，液壓缸活塞桿行程約為960mm。由此可進行下面回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計。4.1 回轉(zhuǎn)部分各參數(shù)計算4.1.1 參數(shù)的計算由回轉(zhuǎn)部分的機械設(shè)計知,經(jīng)機械設(shè)計工藝布置后知mm,=3200mm，結(jié)構(gòu)布置如圖4.1。 圖4.1 開鐵口機回轉(zhuǎn)部分示意圖 由此根據(jù)示意圖4.1可計算得出開鐵口機工作時的開鐵口力。由力矩平衡方程可得: (4.1) = =83.79(KN)所以 =106.33(KN)4.1.2 各階段的負(fù)載計算開鐵口機啟動階段的負(fù)載 (4.2)式中 靜摩擦阻力，查機械設(shè)計手冊-液壓分冊及根據(jù)工廠經(jīng) 驗取其摩

27、擦系數(shù)為=0.2。所以由式(4.2)可得 =12.94(KN)開鐵口機快進階段的負(fù)載 (4.3)式中 動摩擦阻力，查機械設(shè)計手冊-液壓分冊及根據(jù)工廠經(jīng)驗取其摩擦系數(shù)為=0.16；開鐵口機慣性力，其大小可按下式計算 (4.4)回轉(zhuǎn)運動部件總慣性力矩； 起動或制動過程中角速度增量()； 起動或制動時間(s)。一般機械=0.11.0s；本系統(tǒng)各取1s,回轉(zhuǎn)機械一般取=210(),取=0.51.5 m/； 回轉(zhuǎn)運動部件對機身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量()；而 (4.5) 回轉(zhuǎn)半徑(m)，可由下式進行估算。 =1.61(m)由式(4.5)可得 ()由式(4.4)可得 =31.38(KN)由式(4.3)得 =(KN

28、)開鐵口機恒速階段的負(fù)載 =10.35(KN)減速制動階段的負(fù)載其大小可由以下公式計算: =-31.38=-21.03KN)開鐵口機工進階段的負(fù)載 (4.6)=+106.33=116.68(KN)開鐵口機快退階段的負(fù)載=10.5(KN)將以上計算的數(shù)據(jù)列于表格(表4.1所示)。表4.1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值工 況負(fù) 載 組 成負(fù) 載 值（F/KN）推力(F/)/KN啟 動F啟 = Ffs12.9414.38快 進F進 = Ffd+Fm41.7346.4恒 速F恒 = Ffd10.3511.5制 動F制 = FfdFm-21.0323.37工 進F工 = Ffd+Fg116.68129.6

29、4快 退F退 = Ffd10.3511.5注：查閱機械設(shè)計手冊-液壓分冊，取液壓缸的機械效率=0.9。由前面可知開鐵口機啟動和制動時間1s，1s，于是根據(jù)開鐵口機總的回轉(zhuǎn)時間12s計算出恒速時間為12-2=10s。鐵口的深度為2500mm，開鐵口機工作時，鉆頭與鐵口水平軸線的傾斜角度為，鉆頭的鉆進速度可由下式計算。 (4.7)式中 沖擊頻率(HZ)； 由釬桿到炮泥的傳遞系數(shù)，取0.8； 鉆頭直徑(cm)，8cm； 釬頭換算系數(shù)，查礦山機械手冊取=0.96； 破碎單位體積炮泥所需能量(J)，查礦山機械手冊取=60J。所以由式(4.7)可得 從而可計算出工進的時間。(s)再根據(jù)液壓缸活塞桿行程96

30、0mm，可大致計算出液壓活塞桿在每個工作階段的行程。啟動和加速階段 =80(mm)恒速階段 =800(mm)減速和制動階段 =80(mm)進一步可計算出液壓缸在進給階段的速度大小。 =160 =160 利用以上數(shù)據(jù)即可繪制出圖4.2所示液壓缸的負(fù)載與時間工況圖、圖4.3所示液壓缸的速度與時間工況圖、圖4.4所示液壓缸的行程與時間工況圖。圖4.2 負(fù)載與時間工況圖圖4.3 速度與時間工況圖圖4.4 行程與時間工況圖4.2 執(zhí)行元件工作壓力的確定由于開鐵口機屬于大型冶金設(shè)備，根據(jù)機械設(shè)計手冊-液壓分冊的有關(guān)要求和工作經(jīng)驗，選取該部分液壓系統(tǒng)的工作壓力為=16Mpa。4.3 液壓缸尺寸的計算 開鐵口

31、機在回轉(zhuǎn)過程中，會產(chǎn)生較大的振動，為了使開鐵口機的轉(zhuǎn)動較為平穩(wěn)，需要液壓缸保持一定回油背壓。根據(jù)機械設(shè)計手冊-液壓分冊中的液壓傳動設(shè)計部分初選背壓=3.0Mpa。4.3.1 液壓缸工作面積的計算液壓缸有效工作面積()液壓缸內(nèi)徑=0.11(m) 所以，查機械設(shè)計手冊液壓分冊按冶金設(shè)備用UY型液壓缸系列（GB/T 2348-1993),選UYWE-25取標(biāo)準(zhǔn)值D=0.125m，活塞桿直徑d=0.09m。缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積無桿腔有效面積 =活塞桿面積 有桿腔面積 4.3.2 液壓缸尺寸的計算液壓缸缸筒長度L液壓缸的缸筒長度L由最大工作行程長度決定，鋼筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑的20

32、倍，故經(jīng)過綜合考慮后取。最小導(dǎo)向長度H當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保留有一最小導(dǎo)向長度。對于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L，缸筒直徑為D時，最小導(dǎo)向長度可由下式計算。 (4.8)由式(4.8)可得 (mm)因此這里可以將最小導(dǎo)向長度適當(dāng)增大一些，最終取?；钊膶挾菳 一般活塞的寬度B=(0.61.0)D，所以B=0.8D=0.75125=94mm；導(dǎo)向套滑動面的長度A，在D80mm時取A=(0.61.0)D，在D80mm時取A=(0.61.0)d=67mm。為

33、保證最小導(dǎo)向長度，過分增大A和B都是不適宜的，必要時可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套，隔套的長度由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即C=H-0.5(A+B)=50mm?；钊麠U的長度活塞桿的長度應(yīng)大于最大工作行程、活塞的寬度、缸頭、缸蓋及隔套C的長度之和。所以計算如下：由于此處采用的是雙作用單活塞桿式液壓缸結(jié)構(gòu)，為了讓其能正常工作，還應(yīng)考慮兩端耳環(huán)的連接情況。所以考慮實際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長度為100mm.所以液壓缸的總長=960+700+82=1742mm。4.4 液壓缸強度校核4.4.1 液壓缸聯(lián)接方式及材料選擇 一般情況下缸體、缸蓋采用45號鋼，缸體并調(diào)質(zhì)到242-285HB，缸體內(nèi)徑采

34、用H8配合，缸蓋端按7級精度選取，導(dǎo)向孔的表面粗糙度為Ra1.25um。液壓缸體內(nèi)粗糙度Ra0.2?；钊捎媚湍ヨT鐵，活塞外徑對內(nèi)孔的徑向跳動公差值按7級精度選取，端面對內(nèi)孔軸線垂直公差值按7級精度選取，外徑的圓柱度公差值按10級精度選取。根據(jù)機械設(shè)計要求，活塞、活塞桿與外界相連采用雙作用單活塞桿耳環(huán)式聯(lián)接，活塞與活塞桿采用螺紋聯(lián)接，活塞桿選用實心45鋼需調(diào)質(zhì)229-285HB，活塞桿的圓柱度公差值按8級精度選用，端面的垂直度公差值按7級精度選用，表面粗糙度Ra0.063um。 活塞桿的導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。當(dāng)活塞桿外伸時，

35、通過主密封圈留在活塞桿表層的油膜，即被防塵圈的內(nèi)唇刮下，這樣，在主密封圈與活塞桿之間保留一層油膜，起潤滑作用，提高密封圈的使用壽命。耐磨鑄鐵的導(dǎo)向套，用耐摩材料做，前端蓋用碳素鋼制成，這樣摩擦阻力小，使用壽命長，導(dǎo)向環(huán)的溝槽容易加工，磨損后更換也比較方便?；钊慕Y(jié)構(gòu)型式根據(jù)密封裝置型式來選活塞結(jié)構(gòu)型式，選擇分離式活塞?；钊拿芊饣钊c缸筒之間采用組合密封裝置，提高密封性能，降低摩擦阻力無爬行現(xiàn)象；具有耐摩，安裝溝槽簡單，裝拆方便。作用是防止油液的的泄漏及外界塵埃和異物的侵入，保證液壓設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。 活塞與活塞桿之間采用間隙密封，配合之間的密封為固定密封，采用O型圈密封，密封槽開在活塞桿上?；?/p>

36、塞的導(dǎo)向安裝活塞外圓的導(dǎo)向環(huán)，具有精確地導(dǎo)向作用，并可吸收活塞運動時產(chǎn)生側(cè)向壓力。 選用浮動型導(dǎo)向環(huán)，它是高強度塑料制成，裝在活塞外圓的矩形溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙。帶導(dǎo)向環(huán)的活塞，在缸筒內(nèi)非金屬接觸，摩擦系數(shù)小，無爬行；導(dǎo)向環(huán)能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄漏；導(dǎo)向環(huán)采用耐摩材料，使用壽命長，并具有良好的承載能力。緩沖裝置緩沖裝置防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們行程終端實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。它能以較短的緩沖行程吸收最大的動能。緩沖過程中避免出現(xiàn)壓力脈沖及過高的緩沖腔壓力峰值，緩沖壓力峰值小于供油壓力的1.5倍，使壓力的變化為漸變過程。這里

37、采用蓄能器。缸筒的連接方式缸筒與缸底采用焊接的方式進行連接，而缸筒與缸蓋本處采用螺栓進行連接。構(gòu)形4.4.2 缸筒壁厚和外徑計算缸筒相當(dāng)于一個兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值的改變而變化的。因此在計算缸壁的合成和壁厚時，必須考慮不同的比值和材質(zhì)，采用不同的強度計算公式。液壓缸的壁厚 根據(jù)此設(shè)備工作壓力要求較高等實際情況，所以采用薄壁筒液壓缸，因此可按材料力學(xué)薄壁圓筒公式進行計算。 (4.9)式中 液壓缸最大工作壓力(Mpa)； 缸筒內(nèi)徑(m)； 缸筒材料的許用應(yīng)力；=，為材料抗拉強度，本液壓缸的材料選用45鋼，45鋼的=600，n為安全系數(shù)，一般取n

38、=5，所以=600/5=120Mpa。所以由式(6.4)得 ，即，所以此液壓缸是屬于薄壁缸筒。缸筒外徑缸筒壁厚確定后，由下式可計算出缸筒外徑： 查表取其標(biāo)準(zhǔn)值。4.4.3 活塞桿強度驗算在液壓缸處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，活塞桿受到的軸向負(fù)載力小于穩(wěn)定臨界力時，由于初始撓度的存在，活塞桿將同時受到壓縮和彎曲。本系統(tǒng)液壓缸可按下式進行強度驗算： (4.10)式中 活塞桿外徑； 液壓缸最大推力(或拉力)；活塞桿材料的許用應(yīng)力；=，其中為材料的屈服極限，這里取，為安全系數(shù)，通常取。由式 (4.10)得 因為活塞桿直徑，所以活塞桿強度滿足要求。4.4.4 液壓缸固定螺栓的校核計算液壓缸固定螺栓直徑在工作過程中同

39、時受拉應(yīng)力和偶轉(zhuǎn)應(yīng)力，可按下式進行校核： (4.11)式中 螺栓直徑；固定螺栓個數(shù)；螺栓擰緊系數(shù)，查機械設(shè)計手冊取=1.4；螺栓材料的許用應(yīng)力；=，其中為材料的屈服極限， 為安全系數(shù)，通常取，這里取。由式(4.11)得 所以取。從而可以繪制出此液壓缸的裝配圖，如附圖所示。4.5 液壓缸工作壓力、流量和功率的計算4.5.1 液壓缸工作壓力的計算查閱機械設(shè)計手冊-液壓分冊，本系統(tǒng)的背壓力可在1.23.0MPa范圍內(nèi)選取，故暫定工進時=3.0Mpa，快速運動時=1.2Mpa。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力如下：快進階段 恒速階段 工進階段 =10.39(Mpa)快退階段 =4.25(Mpa)4.5

40、.2 液壓缸輸入流量的計算快進快退速度均為v=0.16m/s；工進速度v=0m/s；則液壓缸各階段的輸入流量如下：快進階段 快退階段 （m3/s）4.5.3 液壓缸輸入功率的計算液壓缸在各階段的輸入功率如下：快進階段 =7.8(KW)快退階段 =4.0(KW)4.6 液壓系統(tǒng)圖的擬定 確定執(zhí)行元件的類型:根據(jù)這部分系統(tǒng)的特點和快進快退速度相同，所以可選用無桿腔面積等于兩倍的有桿腔面積的液壓缸。換向方式確定:為了便于開鐵口機的回轉(zhuǎn)部分在打鐵口時停止轉(zhuǎn)動，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥。閥的中位機能的選擇對保證系統(tǒng)工作性能有很大作用，能保證開鐵口時,活塞桿不縮回,直到開鐵口機順利打開出鐵口，此處選

41、擇“Y”型中位機能，使換向閥處于中位時油液完全流回油箱，不對疊加式疊加式液控單向閥產(chǎn)生推力。調(diào)速方式的選擇:開鐵口機由停放位置旋轉(zhuǎn)到工作位置，打鐵口完成后再由工作位置旋轉(zhuǎn)到停放位置，在每次旋轉(zhuǎn)接近終點時,由于載荷突然減小,為了保持開口機旋轉(zhuǎn)動作的平衡性,可采用疊加式節(jié)流閥,調(diào)節(jié)速度，同時給予系統(tǒng)背壓,防止突進。從而可以初步繪出回轉(zhuǎn)部分的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖4.5所示。圖4.5 回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)原理圖1,2-濾油器；3-液壓泵；4-溢流閥；5-單向閥；6-三位四通電液換向閥；7,8-疊加式液控單向閥；9,10-疊加式節(jié)流閥；11-液壓缸5 總液壓系統(tǒng)圖的確定5.1 總液壓系統(tǒng)的分析5.1.1 液

42、壓回路的選擇推進部分液壓馬達回路由開鐵口機運動分析知，該部分要求實現(xiàn)快進、工進、快退動作。采用三位四通換向閥實現(xiàn)其運動的換向。為了控制轉(zhuǎn)釬速度，在進油路上采用節(jié)流調(diào)速控制調(diào)節(jié)?；剞D(zhuǎn)部分液壓缸回路 由開鐵口機回轉(zhuǎn)部分運動過程知，該部分要求實現(xiàn)快進、快退、停止動作。采用三位四通換向閥實現(xiàn)其運動的換向。為了保持開口機旋轉(zhuǎn)動作的平衡性，在進、回油路上采用疊加式節(jié)流閥控制。5.1.2 總液壓系統(tǒng)原理圖的確定控制油路的擬定現(xiàn)代工業(yè)需要高度的自動化，爐前開鐵口屬于高溫作業(yè)，一不小心，設(shè)備就可能被鐵水燒壞。為避免此類事故，避讓動作快速、協(xié)調(diào)是關(guān)鍵，而僅靠操縱工的專心和快速反應(yīng)是難以做到的。本課題利用液壓控制系

43、統(tǒng)控制的靈活性、反應(yīng)的快速性，采用自動化控制作業(yè)。即開鐵口機從停放位置到爐口，打開鐵口再回到停放位置，整個過程不需人工干預(yù)，液壓巖機自動旋轉(zhuǎn)、推進，打開鐵口后自動停沖、停鉆，反退、最后開鐵口機轉(zhuǎn)臂自動快速回到初始位置。開鐵口機旋轉(zhuǎn)到爐口后需停止運動，推進部分開始進給，為了實現(xiàn)這一順序動作，可在回轉(zhuǎn)部分設(shè)置一行程開關(guān)來完成。打完鐵口，推進馬達需反轉(zhuǎn)，迅速將鉆進部分帶出鐵口，然后推進部分也停止工作，回轉(zhuǎn)快速縮回，帶動開鐵口機回到停放位置。同樣這一系列順序動作也可通過行程開關(guān)來實現(xiàn)。在打開鐵口后，為了避免鐵水飛濺到設(shè)備上，推進部分需快速反向運動，帶動鉆進部分退出鐵口。為了快速實現(xiàn)這一動作，可使用壓力

44、繼電器，和采用一個節(jié)流閥，當(dāng)鐵口被鉆穿時推進負(fù)載在穿孔的瞬間突然降低至接近于零，壓力繼電器的壓力突然升高，控制換向閥的換向，從而實現(xiàn)順序動作。換向閥的選取 根據(jù)此系統(tǒng)高度自動化的特點，很多部分的順序動作采用了行程開關(guān)和行程換向閥，本機的換向閥大多使用了電液換向閥，即時接受控制信號，快速完成換向。輔助裝置的選取 為了避免工作時電機或液壓泵出現(xiàn)故障，本設(shè)備的液壓泵和電機均使用1臺工作1臺備用的原則。同時對本系統(tǒng)的壓力控制也相當(dāng)重要，在各支路進油處設(shè)置壓力表，以隨時觀察其油路的壓力。同時為了保養(yǎng)該設(shè)備，使油路不發(fā)生堵塞，潔凈液壓油，在液壓泵之前及回油支路中使用過濾器。經(jīng)過上面的分析，便可擬定出本開鐵

45、口機完整的液壓系統(tǒng)原理圖,如圖5.1所示，同時列出電液鐵和行程開關(guān)、換向閥的動作順序表(表5.1)。 圖5.1 開鐵口機液壓系統(tǒng)原理圖表5.1 繼電器、行程開關(guān)及各換向閥動作順序表 動作順序元件動 作動作順序元件16.116.216.316.4YJ1YA2YA3YA4YA5YA開鐵口機旋轉(zhuǎn)到爐口+推進部分開始工作+打鐵口完成退出鐵口+開鐵口機回轉(zhuǎn)+開鐵口機回到停放位置+停 止注：+(-)表示換向閥交替換向。5.2 總液壓控制系統(tǒng)組成及控制原理液壓控制系統(tǒng)原理如圖5.1所示。各液壓泵給系統(tǒng)供油，先導(dǎo)型電磁溢流閥(5.1、5.2)限制系統(tǒng)工作壓力及控制各部分的工作狀態(tài)。各濾油器將液壓油過濾(開鐵口

46、機各部分,特別是沖擊、轉(zhuǎn)釬部分對油液清潔度要求高，故采用二次濾油)。單向閥8.1主要防止非工作狀態(tài)時油液倒流。疊加式節(jié)流閥12.2控制轉(zhuǎn)臂朝爐口方向或朝停放位置回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。液壓鎖11保證鉆孔過程中換向閥10處于中位時轉(zhuǎn)臂保持不動。 電液換向閥9、10控制著各工作機構(gòu)的工作狀態(tài)。各換向閥既能接受手動按鈕控制，又能接受行程開關(guān)或壓力繼電器的控制。1YA通電，電液溢流閥不卸荷，開鐵口機旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)爐口，壓下行程開關(guān)16.4，使2YA斷電，4YA通電；推進馬達帶動鉆進部分運動接近爐口，行程開關(guān)16.2一直被壓下，讓4YA繼續(xù)通電。行程開關(guān)16.1被推進馬達反轉(zhuǎn)帶動的鉆進部分壓下后，使5YA斷電，3YA通電

47、。開鐵口機回轉(zhuǎn)到停放位置，當(dāng)觸動并壓下行程開關(guān)16.3，使3YA失電，開鐵口機停止運動。當(dāng)疊加式節(jié)流閥12.1上的壓力達到調(diào)定值，壓力繼電器14動作，使5YA通電，推進系統(tǒng)液壓馬達反轉(zhuǎn)將鉆進部分帶出鐵口。5.3 總液壓系統(tǒng)控制下的自動作業(yè)過程5.3.1 總液壓系統(tǒng)鉆孔前的控制過程開始作業(yè)之前，按下電液換向閥按鈕，1YA通電，電液溢流閥不卸荷，同時2YA通電，轉(zhuǎn)臂朝著爐口方向回轉(zhuǎn)；當(dāng)回轉(zhuǎn)快到位時，碰到行程開關(guān)16.4并壓下，使2YA斷電，4YA通電，則推進馬達驅(qū)動鉆沖部分朝爐口方向前進?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)油液流動情況如下： 進油路：液壓泵3單向閥8.1電液換向閥10(左位)疊加式疊加式液控單向閥11疊加式

48、節(jié)流閥12.2截止閥6.3液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔截止閥6.4疊加式節(jié)流閥12.2疊加式疊加式液控單向閥11 電液換向閥11(右位)濾油器2油箱。推進系統(tǒng)油液流動情況如下： 進油路：液壓泵3單向閥8.1電液換向閥9(左位)疊加式節(jié)流閥12.1截止閥6.5液壓馬達； 回油路：液壓馬達截止閥6.6疊加式節(jié)流閥12.1電液換向閥9(右位)濾油器2油箱。5.3.2 總液壓系統(tǒng)在鐵口鉆穿后的控制過程 鉆進部分自動退讓。當(dāng)鐵口被鉆穿時由于推進負(fù)載在穿孔的瞬間突然降低至接近于零，推進速度突然大幅度升高，節(jié)流閥的出口壓力在瞬間升高，當(dāng)油液壓力達到調(diào)定值，壓力繼電器14動作，4YA斷電，5YA通電，換向

49、閥9換向，鉆進部分在馬達的帶動下開始回退。 推進系統(tǒng)油液流動情況如下： 進油路：液壓泵單向閥8.1電液換向閥9(右位)疊加式節(jié)流閥12.1截止閥6.5液壓馬達； 回油路：液壓馬達截止閥6.6疊加式節(jié)流閥12.1電液換向閥9(左位)濾油器2油箱。轉(zhuǎn)臂自動快速退讓。當(dāng)推進馬達帶動釬桿釬頭從鐵口拔出，推進小車上的碰頭作用于行程開關(guān)16.1，使5YA斷電，3YA通電，換向閥9、10換向，換向閥9處于中位，推進部分停止工作。換向閥10處于右位，這樣，轉(zhuǎn)臂以較快的速度回退；當(dāng)轉(zhuǎn)臂回退快接近起點時，行程換向閥16.3被壓下，轉(zhuǎn)臂回到起點，停止轉(zhuǎn)動，與此同時，2YA斷電，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，整機停止工作?；剞D(zhuǎn)系

50、統(tǒng)油液流動情況如下： 進油路：液壓泵單向閥8.1換向閥10(右位)疊加式疊加式液控單向閥11疊加式節(jié)流閥12.2截止閥6.4液壓缸右腔； 回油路：液壓缸右腔截止閥6.4疊加式節(jié)流閥12.2疊加式疊加式液控單向閥111換向閥10(左位)油箱。6 液壓元件的選擇及輔助裝置的確定6.1 液壓泵的選擇推進部分所需液壓泵的流量 由推進部分設(shè)計可知，液壓馬達所需流量為110.14L/min (L/min)回轉(zhuǎn)部分所需液壓泵的流量1)泵工作壓力的確定泵的工作壓力可按缸的工作壓力加上元件的壓力損失來確定，所以只有等到計算完系統(tǒng)壓力損失后，才能最終確定。初算時可按下式確定。 =13.94+4=17.94(Mpa)式中 各個閥的壓力損失之和。2)泵的流量的確定本系統(tǒng)在工進時, 由于液壓缸沒