液压泥炮液压系统的毕业设计.doc 36页

'液压泥炮液压系统的毕业设计目录摘要IABSTRACTII第一章绪论1第二章泥炮简介22.1泥炮的基本机构类型22.2泥炮的设计要求及参数的选择22.3液压泥炮的工作原理22.4液压系统原理图4第三章打泥机构的选择63.1液压缸工作压力的确定63.2打泥油缸直径的确定63.3液压缸壁厚和外径的确定63.4缸盖厚度的确定73.5油缸工作行程的确定73.6最小导向长度的确定83.7缸体长度的确定83.8打泥油缸的最大流量83.9打泥管道尺寸的确定9第四章压炮机构设计1031 4.1压炮油缸直径的确定104.2活塞杆强度的校核114.3确定压炮缸的行程114.4液压缸壁厚和外径的确定124.5缸盖厚度的确定124.6最小导向长度的确定134.7缸体长度的确定134.8压炮缸的最大流量144.9压炮管道尺寸的确定14第五章旋转装置的设计155.1旋转装置油缸活塞杆的受力分析155.2旋转油缸直径的确定175.3液压缸壁厚和外径的确定175.4缸盖厚度的确定185.5旋转油缸的最大油量185.6旋转管道尺寸的确定19第六章液压泵及电机的选取206.1液压泵的选择及油箱容积206.1.1确定液压泵的最大工作压力206.1.2确定液压泵的总流量及油箱容积206.1.3选择液压泵的规格2031 6.1.4液压油箱的确定216.2电机的选择21第七章液压系统性能的验算237.1液压系统的压力损失的验算237.1.7沿程阻力损失237.1.2局部压力损失247.2液压系统的发热温升及验算257.2.1发热功率257.2.2液压系统的散热功率25第八章液压缸结构图278.1液压缸装配图278.2液压缸底座28结论29致谢30参考文献3131 摘要随着高炉容积的不断扩大、炉顶压力的提高，采用无水炮泥和高炉风口平台需要一定的空间，以及出铁场对泥炮的要求，过去长期沿用的电动泥炮己不能满足高炉生产发展的需要，因此以被性能更好的矮身液压泥炮所取代。与以前高炉设备使用的电动泥泡相比，液压泥泡具有打泥推力大，打泥致密，压紧力稳定，结构紧凑，便于操作，更好的适应高炉高压等优点，油压装置不装在泥炮本体上，从而简化了泥炮的结构。鉴于液压泥炮的优点和电动泥炮的缺点，国内外都在研制液压泥炮，从而使液压泥炮技术得到了迅速的发展。液压泥炮主要由五个部分组成：打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压控制系统。关键词：液压传动、泥泡、BG型Designandapplicationofcastingprocessofdiebending31 ABSTRACTWiththeblastfurnacevolumecontinuestoexpand,improvementofthefurnacetoppressure,usinganhydroustapholeclayandblastfurnacetuyereplatformrequiresacertainspace,andcasthouseofstemmingrequirements,overalongperiodofuseelectricmudgunhasnotmeettheneedsofthedevelopmentofblastfurnaceproduction.Therefore,tobereplacedbythebetterperformanceofshorthydraulicclaygun.Andprevioususeblastfurnaceequipmentofelectricmudbubblecompared,hydraulicmudbubblewithmudmakinglargethrust,compactedmud,pressingforceisstable,compactstructure,convenientoperation,betteradapttotheblastfurnace,theadvantagesofhighpressure,oilpressuredeviceisnotinstalledinthemudgunbody,thussimplifyingthemudgunstructure.Inviewofthemeritsofthehydraulicclaygunandelectricgunshortcomings,bothathomeandabroadinthedevelopmentofthehydraulicclaygun,sothatthehydraulicmudguntechnologyhasbeendevelopedrapidly.Thehydraulicclaygunismainlycomposedoffiveparts:theclaybeatingmechanism,apressingmechanism,arotatingmechanism,alockingmechanismandhydrauliccontrolsystem.Keywords:Hydraulictransmission、Mudbubbles、TypeBG31 第一章绪论泥炮又称为堵出铁口机器。炼铁炉出铁后，必须迅速用耐火泥将出铁口堵塞住，堵铁口操作就是用泥炮进行的。泥泡按照驱动方式的不同泥炮可分为气动式、电动式和液压式。气动式泥炮由于活塞推力小以及打泥压力不稳定而被淘汰。目前我国高炉上广泛使用电动泥炮，由于高炉大型化和高压操作技术的实现以及炉前操作机械化的要求；再加上电动泥炮在实际使用中存在的问题，例如：外形尺寸大，特别是高度太大，妨碍出铁口附近的风口进行机械化更换工作；打泥活塞推力不足，尤其采用无水泥炮时；丝杠及螺母磨损快、更换困难等等原因；促使液压泥炮得到迅速发展。本论文在BG型液压泥泡的基础上进行设计，通过从打泥机构，压炮机构，旋转装置三个方面进行了全方位的计算分析，以达到设计要求。BG型泥泡与其他液压泥泡相比较，其优点为：（1）外形尺寸小，车轮装在炮身上，使泥泡总高度降低为1762mm，低于MHG泥泡和其他泥泡，可安装在风口平台下面，为机械化更换风口创造了条件。与滑道式和曲柄连杆式压炮机构比较，不但结构简化，而且解决了滑道磨损和阻力大的问题；（2）回转机构采用活塞式油缸和连杆机构，取消了MHG型泥泡的油马达和大型轴承，使制造方便。安装固定轴的框架刚性大，并使回转机构的高度降低。液压泥炮虽然解决了电动泥炮存在的一些问题，但仍存在泥炮高度大和回转机构的油缸易磨损等问题。液压泥炮在国外也得到了迅速的发展，在许多国家的大型高炉上均使用了液压泥炮。泥炮由打泥机构和回转机构组成，它没有专门的压炮机构和锁紧装置，依靠回转机构使炮嘴压紧在出铁口的泥套上。为了使炮身在转向和压紧出铁口时有一定的倾斜度，泥炮回转机构的支柱是倾斜的，当炮身绕倾斜支柱回转时，炮身边回转，边倾斜向出铁口。当炮嘴接近出铁口时，炮嘴在水平面内做近似直线运动。这种泥炮回转机构的特点是不用油马达，而是采用活塞油缸。油缸通过一组杆机构带动旋转臂架回转，打泥时，另由蓄压器向回转机构的液压缸补压，使炮嘴压紧在出铁口上。随着高炉大型化和高压操作技术的实现以及炉前操作机械化的要求，液压泥炮将会得到更广泛的使用，从而取代电动泥炮，成为将来泥炮机构中的主宰。31 第二章泥炮简介2.1泥炮的基本机构类型目前比较有代表性的液压泥泡有MHG型、IHI型、和PW型。IHI型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司设计制造的。该泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置等组成，使用过程中会出现压紧机构的滑道易于积灰而迅速磨损，并经常出现因移动阻力大，炮嘴压不紧泥套等问题。MHG型液压泥炮是由日本三菱重工公司设计制造的。其由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置组成。PW型液压泥炮是由卢森堡PW公司设计的，用于欧洲的一些高炉上。2.2泥炮的设计要求及参数的选择本设计论文是按照BG型液压泥泡的结构来进行设计，BG型液压泥泡是国内最新研制的泥泡，它综合了现有泥泡的优点，BG型液压泥泡由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统等组成。BG型泥泡与国内外的液压泥泡比较，具有结构新颖紧凑、重量轻、高度小、和工作可靠等优点。设计主要参数：1)泥缸有效容积0.262)打泥推力：2000KN3)吐泥速度4)压炮力170KN5)压炮角度6)旋转角度7)旋转时间13s2.3液压泥炮的工作原理BG型液压泥泡外形结构示意图如下，它由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统等组成。31 打泥机构的结构特点是打泥油缸采用了固定式活塞和可动式油缸带动泥缸活塞移动，将炮泥由炮嘴压入出铁口。油缸座上装有挡泥环和漏泥孔，可以有效地防止泥泡落到油缸活塞杆上。泥缸的材质为钼铜。内壁经辉光离子氮化处理。具有较高的硬度和耐磨损寿命，泥缸和油缸座的下部均装有隔热防护板，其内侧间隙处可适量填充炮泥或其他耐火隔热材料，以增强隔热效果，炮身屋部装有钢丝绳、滑轮、重锤式打泥行程指示器，用以显示打泥量的相对值，由于采用动、静滑轮机构，故行程指示器指针的全行程为打泥活塞全行程的1/3.压炮机构，由两液压缸驱动车轮在导向槽内运动，使跑身在前进时，能满足炮身倾角和炮嘴直线运动的要求，对准出铁口。当炮身后退到极限位置时，处于水平状态。带有导槽10的门行框架4与转臂6刚性连接，导槽口的角度是固定的，但炮身1和走形轮是用螺栓和斜楔连接，这不但使整体更换炮身和车轮比较方便而且能通过调整垫片调节炮身的倾斜角度。1—炮身；2—冷却板；3—走行轮；4—门形框架；5—压炮油缸；6—转臂；7—机座；8—回转油缸；9—炮嘴；10—导向槽；11—固定轴31 回转机构如下图，BG型泥泡回转机构采用活塞式油缸8和连杆机构使转臂6旋转，油缸8的活塞杆端部铰接在机座7上，油缸工作时，通过连杆机构使转臂绕固定轴11回转。固定轴装在框架式机座中。BG型泥泡回转机构简图2.4液压系统原理图31 电磁铁动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA回转（顺时针）——+————压紧————+——打泥+——————打泥（后退）—+—————压紧（后退）—————+—回转（逆时钟）———+———原位停留——————+31 第三章打泥机构的选择3.1液压缸工作压力的确定泥泡使用无水炮泥，则取泥塞对泥泡的单位压力根据国内液压元件的配套情况，取油缸的工作压力3.2打泥油缸直径的确定已知打泥推力则泥缸直径，取；油缸直径，取；由表2—3知，由于,所以，式中为活塞杆直径；则，取。3.3液压缸壁厚和外径的确定在工程机械中的液压缸中，壁厚计算公式：式中—液压缸壁厚（）；—液压缸内径（）；—试验压力，一般取最大工作压力的（）倍（），这里取；31 —缸筒材料的许用应力。这里采用无缝钢管，则；所以取。由缸壁厚和内径可求出缸体外径为，取。3.2缸盖厚度的确定液压缸为平底缸盖，其有效厚度计算如下：盖无孔时,取盖有孔时，取3.3油缸工作行程的确定油缸有效行程：式中—泥缸的有效容积，；已知。则，取31 泥塞的移动速度，式中为打泥时间，一般取。已知吐泥速度，则炮嘴出口处内径3.2最小导向长度的确定对于液压缸，最小导向长度应满足式中—液压缸的最大行程—液压缸的内径则，取活塞宽度一般，取由于，一般，取隔套长度由需要的最小导向长度决定，即3.3缸体长度的确定缸体内部长度缸体外部总长度3.4打泥油缸的最大流量根据流体连续性原理式中—打泥油缸直径，；31 —泥塞移动速度，；3.2打泥管道尺寸的确定取液压系统压油管道允许流速则管道直径取标准值，压油管道内径，取液压系统回游管道允许流速则管道内径取标准值，回油管道内径，31 第四章压炮机构设计4.1压炮油缸直径的确定由右图可知式中—液压缸的工作压力，可取系统工作压力,则；—液压缸回游腔背压力，由表知，由于系统压力，所以可忽略，即；—活塞杆直径与液压缸内径之比，；—工作循环中最大外负载；—液压缸的机械效率，取。工作循环中最大外负载的计算：该处的最大外负载即为打泥时产生的对炮嘴的最大打泥反力，即。式中—压炮力，已知；—最小张紧力，对于液压泥泡，一般，取；由上可得液压缸内径取标准值可取；又，所以活塞杆直径。31 4.2活塞杆强度的校核压炮缸工作时，活塞杆主要受压力作用，因此，活塞杆的强度计算可近似地视为直拉杆、压强度计算即：，式中：—压炮缸的最大推力,;—活塞杆的应力；—活塞杆材料的许用应力；—活塞杆材料钢的抗拉强度，钢的抗拉强度，则；—安全系数，一般取，即满足要求。4.3确定压炮缸的行程已知活塞杆外部负载应小于保持压杆稳定的临界负载，即，安全系数即由欧拉公式式中—液压缸安装及导向系数，该压炮缸可视为一端固定，一端自由，即；—活塞杆的弹性摩量，；31 —活塞杆的横截面惯性矩，；综上，取；4.4液压缸壁厚和外径的确定在工程机械中的液压缸中，壁厚计算公式：式中—液压缸壁厚（）；—液压缸内径（）；—试验压力，一般取最大工作压力的（）倍（），这里取；—缸筒材料的许用应力。这里采用无缝钢管，则；所以取。由缸壁厚和内径可求出缸体外径为，取。4.5缸盖厚度的确定液压缸为平底缸盖，其有效厚度计算如下：盖无孔时,取31 盖有孔时，取4.6最小导向长度的确定对于液压缸，最小导向长度应满足式中—液压缸的最大行程—液压缸的内径则，取活塞宽度一般，取由于，一般，取隔套长度由需要的最小导向长度决定，即因此4.7缸体长度的确定缸体内部长度缸体外部总长度31 4.8压炮缸的最大流量压炮缸在压炮时是无杠腔进油，则最大油量式中—压炮缸直径，；—全行程时间，一般,取；4.9压炮管道尺寸的确定取液压系统压油管道允许流速则管道直径取标准值，压油管道内径，取液压系统回游管道允许流速则管道内径取标准值，回油管道内径，31 第五章旋转装置的设计5.1旋转装置油缸活塞杆的受力分析如下图，压炮时杆件3的受力可由下式求出：式中—压炮力，已知；—压炮时炮身与水平面所形成的倾角，已知；—臂架同杆件3铰接点至回转点的距离，取；—转臂长度，取；—在压炮位置时杆件3的位置角，取；由右图可得活塞杆受力为：式中的和分别为和到回转点的力臂。由下图可见：31 其中取，，，，，。则所以取机械构件总效率为，则液压油缸对活塞的实际作用力F：31 5.2旋转油缸直径的确定液压缸内径计算公式为：式中—液压缸的工作压力，可取系统工作压力,则；—液压缸回游腔背压力，由表知，由于系统压力所以可忽略，即；—活塞杆直径与液压缸内径之比，；—工作循环中最大外负载，；—液压缸的机械效率，取。则取标准值又，所以，取标准值5.3液压缸壁厚和外径的确定在工程机械中的液压缸中，壁厚计算公式：式中—液压缸壁厚（）；31 —液压缸内径（）；—试验压力，一般取最大工作压力的（）倍（），这里取；—缸筒材料的许用应力。这里采用无缝钢管，则；取。由缸壁厚和内径可求出缸体外径为5.4缸盖厚度的确定液压缸为平底缸盖，其有效厚度计算如下：盖无孔时,取盖有孔时，取5.5旋转油缸的最大油量旋转油缸在压炮时时无杆腔进油，所需流量为：31 式中—旋转油缸直径；—旋转油缸行程，取；—全程的动作时间，此处要求；5.6旋转管道尺寸的确定取液压系统压油管道允许流速则管道直径取标准值，压油管道内径，取液压系统回游管道允许流速则管道内径取标准值，回油管道内径，31 第六章液压泵及电机的选取6.1液压泵的选择及油箱容积6.1.1确定液压泵的最大工作压力确定液压泵的最大工作压力式中—油缸的工作压力；—从液压泵出口到液压马达入口之间的管路损失；由于液压系统管路复杂，且进口油调速阀，取；6.1.2确定液压泵的总流量及油箱容积由于液压泥泡是手动的顺序控制回路，液压系统所需的最大流量就是打泥油缸所需的最大流量。打泥油缸工作时，液压泵的输出流量应为：式中—系统泄露系数，一般取；6.1.3选择液压泵的规格根据以上所求的和值，按泥泡系统中拟定的液压泵的形式，从手册中选择符合要求的变量柱塞泵。由于要求液压泵有一定的压力储备，因而所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大。则根据液压系统设计手册选定的液压泵为该泵排量为，额定压力为，额定转速为。31 6.1.4液压油箱的确定液压油箱在不同条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑，有油箱容量经验公式为：式中—液压泵额定流量；—经验系数，冶金机械取；则6.2电机的选择在电动机的工作循环过程中，液压泵的流量变化较大，因而须分别计算出各个动作阶段所需功率，驱动功率取平均功率。，式中、、—一个循环中每个动作阶段内所需时间；、、—一个循环中每个动作阶段内所需功率；、、—相应缸的流量；—液压缸的效率，取；带入可得则31 在正常情况下，泥泡液压站的电动机属于短暂工作状态。高炉一般要两小时以上才出一次铁，需要堵口时才启动油泵，完成堵口后直到下一次堵口时间里，除了向泥泡加泥时间也不过一、二分钟，故电机不存在发热问题。根据过载选取电机的容量。取电机容量式中—电动机的过载系数，泥炮液压站应选取，过载能力比较强的电动机才为合理根据《液压系统设计手册》可选电动机型号为：；其,。31 第七章液压系统性能的验算该泥泡液压系统的初步设计是在某些估计参数情况下进行的，在各回路形式，液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对于一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段的压力损失，容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计予以调整或采取其他必要的措施。7.1液压系统的压力损失的验算压力损失包括管路的沿程阻力损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部阻力损失，总的压力损失为：式中—管道的长度；—管道内径；—液流平均速度；—液压油密度；—沿程阻力系数；—局部阻力系数；—阀的额定流量；—通过阀的实际流量；—阀的额定压力损失。由于泥泡液压系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较打的要算打泥回路，故主要验算又泵到打泥缸这段管路的损失。7.1.7沿程阻力损失沿程阻力损失主要是打泥机构动作时进油管路的压力损失，此管路长约为，管内径为，打泥时通过的流量为。31 由于液压泥炮是高炉炉前的液压设备，高温条件下，泥炮的工作介质应选为不易燃烧的纯三磷酸酯，该油液不易燃烧，即使燃烧也能很快扑灭，不会发生大火灾，正常运转后油的运动粘度,油的密度为。油在管路中呈紊流流动状态，其沿程系数为：按式求得沿程阻力损失为7.1.2局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失△P2以及通过控制阀的局部压力损失△P3。其中管路的局部压力损失相对来说较小，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。参照泥炮液压原理图，从油泵的出口到打泥缸进油口，要经过手动方向控制阀，液控单向阀和单向节流阀。手动方向控制阀的额定流量为300L/min，额定压力损失为0.4MPa。液控单向阀的额定流量为200L/min，额定压力损失为0.3MPa。单向节流阀的额定流量为L/min，额定流量损失为0.2MPa。通过各阀的局部压力损失之和为：所以油泵的出口压力为：。31 7.2液压系统的发热温升及验算7.2.1发热功率系统的功率损失全部转化为热量，按式式中—液压系统的总输入功率；—液压系统输出的有效功率。式中：—工作周期；、—液压缸外载荷及驱动此载荷的行程。则则系统总的发热功率为。7.2.2液压系统的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，前面初步求得油箱的有效容积为。按求得油箱各边之积：。取，，。求得油箱的散热面积为：则油箱的散热功率：31 式中—油箱散热系数，当风扇冷却时=23；—油温与环境温度之差，；通过计算系统的发热功率和油箱的散热功率可知，用风扇冷却油箱达到了完全冷却的目的。31 第八章液压缸结构图8.1液压缸装配图1-缸头2-螺栓M10X603-垫圈104-防尘圈d635-轴用Y圈FA636-支撑环d637-GB1235-768-斯特封d639-导向套10-缸筒11-活塞杆12-F4D90X10X2.513-D90X63X2014-放气阀M1015-组合垫圈1016-螺钉M8X2017-盖板18-螺塞M14X1.519-组合垫圈1431 8.2液压缸底座31 结论BG型泥炮具有结构紧凑、重量轻、高度小和工作可靠等优点。BG型泥泡与其他液压泥泡相比较，其优点为：（1）外形尺寸小，车轮装在炮身上，使泥泡总高度降低为1762mm，低于MHG泥泡和其他泥泡，可安装在风口平台下面，为机械化更换风口创造了条件。与滑道式和曲柄连杆式压炮机构比较，不但结构简化，而且解决了滑道磨损和阻力大的问题；（2）回转机构采用活塞式油缸和连杆机构，取消了MHG型泥泡的油马达和大型轴承，使制造方便。安装固定轴的框架刚性大，并使回转机构的高度降低。31 致谢通过这一阶段的努力我的毕业论文终于完成了，设计阶段我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外与各位老师和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师倾注了大量的心血，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的同学和朋友。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们我所做的一切才更有意义，也正是因为有了他们我才有了追求进步的勇气和信心。31 参考文献[1]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础.高等教育出版社.2006.5[2]金大鹰.机械制图.机械工业出版社.2001.7[3]邵锋.高炉液压泥炮旋转机构设计优化.2009[4]杨培元.液压设计简明手册.北京机械工业出版社.2000[5]杨晓兰.机械设计基础课程设计.华中科技大学出榜社.2006.1[6]周小鹏，丁又青.液压传动与控制.重庆大学出版社.2008.1[7]张利平.液压站.北京化学工业出版社.2008.2[8]张利平.液压传动设计指南.北京化学工业出版社.2009.831'