機械設(shè)計說明書-精煉爐鋼包車設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：精煉爐鋼包車設(shè)計緒論1.1概論鋼包車是冶金行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，設(shè)計鋼包車時應(yīng)最大限度的滿足一下兩點：其一是工作的可靠性，鋼包車在整個煉鋼工藝中地位舉足輕重。從轉(zhuǎn)爐、二次精煉、最終到達連鑄，各種工藝流程中鋼水在地面的運輸都依靠鋼包車來完成，尤其在二次精煉處理過程。因此，鋼包車的設(shè)計必須有很高的可靠性;其二是使用經(jīng)濟性。經(jīng)濟性的評價主要以鋼包車的設(shè)備購置費和所期望的壽命為依據(jù)。鋼包車的經(jīng)濟性與所選用的設(shè)計方案緊密相關(guān)，減少鋼包車的自重，可以減少設(shè)備購置費的投入；鋼包車一般采用電機和減速機驅(qū)動，設(shè)計合理的驅(qū)動系統(tǒng)，減少能源消耗即減少鋼包車的驅(qū)動功率，可以減少后期生產(chǎn)費用。要提高鋼包車的經(jīng)濟性，必須優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)，方能達到預(yù)期的經(jīng)濟性。本題目來自工程實際，具有很高的實用價值，涉及到機械、電子和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識，通過本畢業(yè)設(shè)計，能夠?qū)⒋髮W(xué)中所學(xué)到的機械、電子和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識合理的運用到實際工程中。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進步,煉鋼生產(chǎn)也不斷發(fā)展,當(dāng)今世界煉鋼工藝都實現(xiàn)100%爐外精煉和全連續(xù)化。爐外精煉已成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼不可缺少的工藝環(huán)節(jié),在鋼包車上進行LF爐外精煉即是其中之一。鋼水初煉,出鋼方式有兩種：一是天車吊鋼包出鋼,二是鋼包車出鋼,各有其特點。隨著煉鋼工藝的發(fā)展，帶稱量的出鋼裝置已是發(fā)展方向之一。本LF爐稱量鋼包車在出鋼水時實時顯示出鋼水重量,這不僅可以控制出鋼水的重量；特別在精煉中隨時顯示鋼水重量；這就可按工藝要求準(zhǔn)確地添加合金量，使精煉出的鋼水質(zhì)量進一步提高,此鋼包車既是稱量出鋼車，又是精煉車,具有較高的使用價值。鋼包車是直流鋼包精煉爐的主要設(shè)備之一。目前鋼包車的傳動形式、功能、自動化程度差異很大。有的鋼包車是機械傳動,有的是機械與液壓或與氣動相結(jié)合的傳動形式有的鋼包車只有運行和定位兩個功能。1.2精煉爐鋼包車的題目背景及研究意義1.2.1精煉爐鋼包車的題目背景本題目來自工程實際，具有很高的實用價值，涉及到機械、電子和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識，通過本畢業(yè)設(shè)計，能夠?qū)⒋髮W(xué)中所學(xué)到的機械、電子和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識合理的運用到實際工程中。鋼包車是冶金行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，設(shè)計鋼包車時應(yīng)最大限度的滿足一下兩點：其一是工作的可靠性，鋼包車在整個煉鋼工藝中地位舉足輕重。從轉(zhuǎn)爐、二次精煉、最終到達連鑄，各種工藝流程中鋼水在地面的運輸都依靠鋼包車來完成，尤其在二次精煉處理過程。因此，鋼包車的設(shè)計必須有很高的可靠性;其二是使用經(jīng)濟性。經(jīng)濟性的評價主要以鋼包車的設(shè)備購置費和所期望的壽命為依據(jù)。鋼包車的經(jīng)濟性與所選用的設(shè)計方案緊密相關(guān)，減少鋼包車的自重，可以減少設(shè)備購置費的投入；鋼包車一般采用電機和減速機驅(qū)動，設(shè)計合理的驅(qū)動系統(tǒng)，減少能源消耗即減少鋼包車的驅(qū)動功率，可以減少后期生產(chǎn)費用。要提高鋼包車的經(jīng)濟性，必須優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)，方能達到預(yù)期的經(jīng)濟性。1.2.2精煉爐鋼包車的研究意義煉鋼廠轉(zhuǎn)爐區(qū)域的鋼包車是煉鋼廠一種重要的生產(chǎn)運輸設(shè)備。轉(zhuǎn)爐出鋼時,鋼包車需要頻繁啟停來調(diào)整與轉(zhuǎn)爐爐口的對準(zhǔn),以免鋼水流出鋼包損壞設(shè)備,這就要求鋼包車具有快速可靠的制動功能。由于鋼包車運行速度快且慣性大,在現(xiàn)有的控制條件下,變頻器的加減速時間不能低于8s，否則變頻器會過壓跳閘。因此,液力推桿制動器都是在鋼包車高速運行狀態(tài)下落閘的,鋼包車減速箱因頻繁地受到巨大的沖擊力而損壞。更為嚴(yán)重的是由于液力推桿制動器安裝在車體上面,鋼包車在爐下運行時,噴濺的鋼渣極易燒壞制動器控制線,導(dǎo)致無法開閘,且此類故障發(fā)生后又特別不容易處理,從而會使整條生產(chǎn)線停下來。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國鋼包車市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵鋼包車產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對鋼包車市場的關(guān)注越來越密切，這使得鋼包車市場越來越受到各方的關(guān)注。目前鋼包車除了運行、定位兩個功能外，還設(shè)計了鋼包傾動、渣槽擺動兩個功能。由于是技術(shù)改造項目，空間很有限，設(shè)計中采用了結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動力大、調(diào)整范圍廣、便于自動控制的全液壓傳動形式[1]。在鋼煉車間轉(zhuǎn)爐下的鋼包車軌道基礎(chǔ)多數(shù)為現(xiàn)澆鋼筋混泥土基礎(chǔ)、預(yù)埋地腳螺栓，并仍采用螺栓壓板聯(lián)接固定鋼軌的方式。由于部分基礎(chǔ)可能會出現(xiàn)細(xì)石混泥土找平層施工質(zhì)量較差，表面平整度差嚴(yán)重等情況，軌道與找平層之間有較大縫隙，導(dǎo)致軌道壓板不能有效地阻止鋼軌側(cè)向位移，加上軌道小車車輪為內(nèi)側(cè)帶緣，致使生產(chǎn)過程中過垮臺車經(jīng)常掉道。另外在鋼煉生產(chǎn)及運輸過程中鋼水渣或多或少經(jīng)常要灑在軌道上，將外露螺栓、螺母。壓板等粘住，清理鋼渣時往往將這些部件損壞。1.4本文研究的主要內(nèi)容本題目主要內(nèi)容為鋼包車的設(shè)計，包括鋼包車主動輪組、從動輪組、緩沖器、事故防滑等方面內(nèi)容。鋼包車傳動裝置是一個重要組件，傳動裝置是整個鋼包車的“心臟”，為鋼包車運行提供動力，選擇合適速比和功率的減速機和電機是設(shè)計合理、經(jīng)濟、可靠的傳動裝置的關(guān)鍵。在確定鋼包車驅(qū)動所需電機功率和轉(zhuǎn)速后，就要確定鋼包車傳動裝置的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)必須保證鋼包車工的可靠性。在冶金行業(yè)中，鋼包車驅(qū)動一般采用雙電機減速機獨立驅(qū)動，在一臺電機或減速器出現(xiàn)故障時，短時間內(nèi)剩余的一臺電機減速器仍可以單獨將鋼包車慢速驅(qū)動，保護整個煉鋼工藝的連續(xù)性。2精煉爐鋼包車傳動系統(tǒng)2.1精煉爐鋼包車傳動裝置設(shè)計方案傳動軸的受力簡圖如圖2.1，由平衡方程，求得支座約束力FRA=3kN,FRB=7kN按照作剪力圖和彎矩圖的方法，應(yīng)分段列出FS和M的方程，然后依據(jù)方程作圖。在支座約束力FRA的右側(cè)梁截面上，剪力為3kN。截面A到C之間的截載荷為均勻載荷，剪力圖為斜直線。算出截面C上的剪力為（3-2X4）kN=-5kN,即可確定這條斜直線。截面C和B之間梁上無分布載荷，剪力圖為水平線。截面B上有一集中力FRB，從B的左側(cè)到B的右側(cè)，剪力圖發(fā)生突然變化，變化的數(shù)值即等于FRB。故FRB右側(cè)截面上的剪力為（-5+7）kN=2kN。截面B和D之間無分布載荷，剪力圖為水平線。截面A上的彎矩MA=0。從A到C梁上為均布載荷，彎矩圖為拋物線。在這一段內(nèi)，截面E上剪力等于零，彎矩值為極值。E距左端的距離為1.5m，求出截面E上的極值彎矩為ME=(3kN)(1.5m)-1/2(2kN/m)(1.5m)2=2.25kN/m用與上式類似的算法得到集中力偶Me左側(cè)截面上的彎矩為Mc左=-4kN/m。由MA，ME和Mc左，便可連成A到C間的拋物線。截面C上有一集中力偶ME，從C的左側(cè)到右側(cè)，彎矩圖有一突然變化，變化的數(shù)值即等于ME。所以在ME的右側(cè)截面上，MC右=（-4+10）kN/m=6kN/m。截面C與B間梁上無分布載荷，彎矩圖為斜直線。算出截面B上MB=-4kN/m，于是就確定了這條直線。B到D之間彎矩圖也為斜直線，因MD=0，可畫出此斜直線。在截面B上，剪力突然變化，故彎矩圖的斜率也突然變化。圖2.1傳動軸的受力簡圖精煉爐鋼包車在工程實際運用廣泛，其設(shè)計方案也是多種多樣的，針對本課題選用了三種設(shè)計方案進行對比，分別是鋼包車單側(cè)獨立傳動結(jié)構(gòu)、鋼包車四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)、鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)，下面對三種傳動系統(tǒng)分別進行了詳細(xì)的說明及對比。方案一：鋼包車單側(cè)獨立傳動結(jié)構(gòu)在確定鋼包車驅(qū)動所需電機功率和轉(zhuǎn)速后，就要確定鋼包車傳動裝置的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)必須保證鋼包車工作的可靠性。在冶金行業(yè)中，鋼包車驅(qū)動一般采用雙電機減速機獨立驅(qū)動【1】，在一臺電機或減速器出現(xiàn)故障時，短時間內(nèi)剩余的一臺電機減速器仍可以單獨將鋼包車慢速驅(qū)動，保護整個煉鋼工藝的連續(xù)性。圖2.1是典型的單側(cè)獨立傳動結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較廣泛，可安裝于鋼包車的前部或后部的兩側(cè)車輪軸上；由于采用兩臺不同的電機減速機獨立驅(qū)動兩側(cè)車輪，車輪的同步性需要調(diào)試；在兩臺電機及減速機均正常工作時，鋼包車通過兩根軌道上的兩個車輪同時驅(qū)動，鋼包車內(nèi)側(cè)車輪的驅(qū)動力在理論上相等，鋼包車的運行是平穩(wěn)可靠的。但是當(dāng)其中一臺電機或減速出現(xiàn)故障時，只能用剩余的一臺電機和減速機驅(qū)動鋼包車。單側(cè)獨立傳動結(jié)構(gòu)實際運用中效率高，但是提高了生產(chǎn)成本。電機2.輸入聯(lián)軸器3.減速器4.輸入聯(lián)軸器圖2.2鋼包車單側(cè)傳動結(jié)構(gòu)方案二：鋼包車四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖2.2所示的四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)[2]，兩臺電機和減速機分別位于鋼包車的前后，每臺電機和減速機分別驅(qū)動前后兩側(cè)的一組車輪。這樣在單臺電機或減速機出現(xiàn)障時，剩余的一臺電機和減速機仍同時驅(qū)動一組車輪，其驅(qū)動力平移至鋼包車中心時無附加的力偶矩(兩側(cè)的驅(qū)動力平移至中心的附加力偶矩大小相等，方向相反相互抵消)，所以運行的平穩(wěn)性與正常工作相同，在故障狀態(tài)下可以較長時間慢速運行，保證整個煉鋼工藝的連續(xù)性。鋼包車四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)在實際運用中效率高，生產(chǎn)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于生產(chǎn)，在設(shè)計承載能力較大的鋼包車時可以選擇。減速器2.輸入聯(lián)軸器3.電機4.輸出聯(lián)軸器5.車輪軸6.軸承7.車輪圖2.3鋼包車四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)方案三：鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)如圖2.3鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)式只用一個電機和一個減速器，減速器放在兩輪子的中間，驅(qū)動兩個輪子，這個方案只能驅(qū)動一組輪子，其驅(qū)動力只有一組輪子上有，所運行的穩(wěn)定性不好，而且如果電機或減速器發(fā)生故障，則鋼包車就不能正常工作，這是它的缺點，優(yōu)點是它可以減輕鋼包車的負(fù)重，省材料。鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，在承載能力較小的生產(chǎn)中運用較為廣泛，它便捷易懂，方便生產(chǎn)。圖2.4鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)綜上所述，本課題選用方案三，因為鋼包車雙輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)簡單，便于操作，可靠性高。2.2電機減速器的設(shè)計及選型2.2.1電機減速器簡介伺服電機減速機是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，其性能可與其它軍品級減速機產(chǎn)品相媲美，卻有著工業(yè)級產(chǎn)品的價格，被應(yīng)用于廣泛的工業(yè)場合。該伺服電機減速機體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合獨用的特性。最大輸入功率可達104kW。適用于起重運輸、工程機械、冶金、礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門行星系列新品種WGN定軸傳動減速器、WN子母齒輪傳動減速器、彈性均載少齒差減速器。伺服電機減速機是一種具有廣泛通用性的新性減速機，內(nèi)部齒輪采用20CvMnT滲碳淬火和磨齒。整機具有結(jié)構(gòu)尺寸小，輸出扭矩大，速比在、效率高、性能安全可靠等特點。本機主要用于塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，又可作為配套部件用于起重、挖掘、運輸、建筑等行業(yè)。伺服電機減速機具有高剛性，高精度(單級可做到1分以內(nèi))、(雙級可做到3分以內(nèi))，高傳動效率(單級在95%-99%)，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點，伺服電機減速機額定輸入轉(zhuǎn)速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關(guān)，減速機越大，額定輸入轉(zhuǎn)速越小)以上，工業(yè)級伺服電機減速機輸出扭矩一般不超過2000Nm，特制超大扭矩伺服電機減速機可做到10000Nm以上。工作溫度一般在-25℃到100℃左右，通過改變潤滑脂可改變其工作溫度。2.2.2電機減速器的幾個概念級數(shù)：行星齒輪的套數(shù)。由于一套星星齒輪無法滿足較大的傳動比，有時需要2套或者3套來滿足擁護較大的傳動比的要求。由于增加了星星齒輪的數(shù)量，所以2級或3級減速機的長度會有所增加，效率會有所下降?；爻涕g隙：將輸出端固定,輸入端順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)，使輸入端產(chǎn)生額定扭矩正負(fù)2%扭矩時，減速機輸入端有一個微小的角位移,此角位移就是回程間隙。單位是"分"，就是一度的六十分之一，也有人稱之為背隙/回差。2.2.3電機減速器的傳動結(jié)構(gòu)行星輪，太陽輪，外齒圈。TBT伺服電機減速機因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速比為：06，10，15，20，30，40，50，60比相對其他減速機，伺服電機減速機具有高剛性，高精度(單級可做到1分以內(nèi)),(雙級可做到3分以內(nèi)),高傳動效率(單級在95%-99%)，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點[14]。因為這些特點，伺服電機減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機或無刷電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩,匹配慣量。伺服電機減速機額定輸入轉(zhuǎn)速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關(guān)，減速機越大，額定輸入轉(zhuǎn)速越小)以上，工業(yè)級伺服電機減速機輸出扭矩一般不超過2000Nm，特制超大扭矩伺服電機減速機可做到10000Nm以上。工作溫度一般在-25℃到100℃左右，通過改變潤滑脂可改變其工作溫度。2.2.4重要參數(shù)減速比：輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比；級數(shù)：TBT行星圓齒的套數(shù)。一般最大可以達到二級，效率會有所降低；滿載效率：在最大負(fù)載情況下（故障停止輸出扭矩），減速機的傳遞效率；工作壽命：減速機在額定負(fù)載下，額定輸入轉(zhuǎn)速時的累計工作時間；額定扭矩：是額定壽命允許的長時間運轉(zhuǎn)的扭矩。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，減速機的壽命為平均壽命，超過此值時減速機的平均壽命會減少。當(dāng)輸出扭矩超過兩倍時減速機故障；噪音：單位分貝dB（A），此數(shù)值實在輸入轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，不需帶負(fù)載，距離減速機1米距離時測量值；回差：將輸入端固定，是輸出端順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)輸出端承受正負(fù)2%額定扭矩時，減速機輸出端由一個微小的角位移，此角位移即為回程間隙，也稱“背隙”。單位是“分”，即一度的1/60；2.2.5電機減速器選型后面算出的值是21.59kW，考慮到鋼包車運行的環(huán)境比較惡劣，選用電機減速器的功率為22kW。通過查機械手冊得，電機減速器型號為：YZ225M-8kW,與計算出來的值相符。其性能參數(shù)級數(shù)為4級，額定轉(zhuǎn)速710r/min，額定電壓380V。2.3聯(lián)軸器設(shè)計2.3.1聯(lián)軸器的基本介紹聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來連接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的連接部件。20世紀(jì)后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一個困擾的問題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。聯(lián)軸器種類繁多，按照被連接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：①固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。②可移式聯(lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動連接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。選擇時先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后對某些關(guān)鍵零件作必要的驗算。2.3.2工作環(huán)境聯(lián)軸器于各種不同主機產(chǎn)品配套使用，周圍的工作環(huán)境比較復(fù)雜，如溫度、濕度、水、蒸汽、粉塵、砂子、油、酸、堿、腐蝕介質(zhì)、鹽水、輻射等狀況，是選擇聯(lián)軸器時必須考慮的重要因素之一。對于高溫、低溫、有油、酸、堿介質(zhì)的工作質(zhì)量，不宜選用以一般橡膠為彈性元件材料的撓性聯(lián)軸器，應(yīng)選擇金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。2.3.3傳動精度小轉(zhuǎn)矩和以傳遞運動為主的軸系傳動，要求聯(lián)軸器具有較高的傳動精度，宜選用非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。大轉(zhuǎn)矩和傳遞動力的軸系傳動，對傳動精度沒有要求，高轉(zhuǎn)速時，應(yīng)避免選用金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器和可動元件之間的間隙的撓性聯(lián)軸器，宜選用傳動精度高的膜片聯(lián)軸器2.3.4齒式聯(lián)軸器的特點結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，但不能吸收沖擊；當(dāng)兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動是需要有高的對中和制造精度。2.3.5齒式聯(lián)軸器的主要作用在轉(zhuǎn)速低，無沖擊，軸的剛性大，對中性較好的場合應(yīng)用較廣。齒式聯(lián)軸器：適用于伺服電機、步進電機。2.3.6齒式聯(lián)軸器的選型綜上所述，本課題采用的聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器，其參數(shù)有工程轉(zhuǎn)矩1600N·m，許用轉(zhuǎn)速6000r/min，轉(zhuǎn)動慣量0.031kg·m2，重量13.1kg2.4軸承設(shè)計2.4.1軸承簡介軸承是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。也可以說，當(dāng)其它機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機件。軸承是當(dāng)代機械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。按運動元件摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。2.4.2軸承分類深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承。2.4.3圓柱滾子軸承介紹單列圓柱滾子軸承特點:單列圓柱滾子軸承通常是只受徑向力，與同尺寸球軸承相比，徑向承載能力提高1.5-3倍，剛性好、耐沖擊，它特別適用于剛性支承的、又支承短軸、受熱伸長而引起軸向位移的軸和安裝拆卸需要分離型軸承之機器附件。主要用于大型電機、機床主軸、發(fā)動機前后支承軸、火車客車車箱軸支承、柴油機曲軸、汽車拖拉機變速箱等。2.4.4單列圓柱滾子軸承的組成及作用單列圓柱滾子軸承，包括外圈、內(nèi)圈鎖緊圈和保持架。外圈的外壁面中間設(shè)有環(huán)形應(yīng)力槽，外圈的外壁上有多個環(huán)形鎖緊槽，鎖緊圈的形狀和大小與環(huán)形鎖緊槽的形狀和大小相適應(yīng)。環(huán)形鎖緊槽內(nèi)裝設(shè)有鎖緊圈。外圈內(nèi)壁的環(huán)面上與應(yīng)力槽相對應(yīng)部位設(shè)有環(huán)形保持架引導(dǎo)槽。本實用新型具有組裝方便、承載負(fù)荷大，極限轉(zhuǎn)速高、可靠性強、使用壽命長等優(yōu)點。一般說來從使用角度講要注意以下幾點：(1)承間隙要適當(dāng)，過大產(chǎn)生沖擊，過小則潤滑不良，可能燒瓦；(2)軸承及軸頸表面質(zhì)量和幾何形狀應(yīng)嚴(yán)格得到保證；(3)改善潤滑質(zhì)量，控制機油的壓力、溫度及流量，加強機油濾清；(4)控制柴油機的溫度狀態(tài)，在過冷過熱的情況下工作都是不利的。冷天，柴油機起動前應(yīng)先預(yù)熱，并用手轉(zhuǎn)動曲軸使機油進入磨擦表面；（5）采用符合規(guī)定的燃油及潤滑油。2.4.5電機減速器比確定傳動裝置的電機采用變頻控制，獲得鋼包車在起動、勻速行駛、減速的不同狀態(tài)時的合適速度。鋼包車運行時的速度必須滿足煉鋼的工藝要求，但為了安全，鋼包車的最大運行速度為25～30m/min，在計算減速器速比及功率時，必須以鋼包車的最大速度計算，其公式如下i=πdn/v（2.1）式中，i為驅(qū)動減速器的速比；n為電機的轉(zhuǎn)速r/min；d為車輪直徑，v為鋼包車的最大運行速度，m/rain。鋼包車的最大運行速度與工藝要求有關(guān)，一般選擇25～30m/rain。由于運輸?shù)氖卿撍亓孔畲筮_600t，因慣性的存在，過高的速度會對設(shè)備以及人員造成潛在的危險。根據(jù)上述課確定電機減速器比為i=89/1。2.4.6鋼包車驅(qū)動功率計算鋼包車正常工作時需頻繁起動、停止，所以驅(qū)動功率應(yīng)以鋼包車起動時的消耗功率作為驅(qū)動鋼包車的額定功率。鋼包車平穩(wěn)運行時，阻力矩主要來自車輪與軌道、軸承的摩擦力，根據(jù)牛頓第三定律，這時電機所需力矩為M=λN(f+μd/2)/i（2.2）式中，M為鋼包車平穩(wěn)運行時的動力矩，N·m；N為鋼包車在滿載運行時的重量，N；f為滾動摩擦半徑(有時也稱為滾動摩擦系數(shù))，m；對于鋪設(shè)良好的光滑軌道，f=0.0005m；μ為滾動軸承的摩擦系數(shù)，μ=0.0015～0.003；d為滾動軸承的摩擦當(dāng)量半徑，m：λ為修正系數(shù)。在公式(2)中，需要說明的是修正系的選用。在現(xiàn)有文獻中對鋼包車滾動摩擦力計算中，未明確提出修正系數(shù)這個概念，由于對軌道和車輪的摩擦沒有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，軌道與鋼包車有誤差等，工程設(shè)計中往往對理論計算的數(shù)值要進行修正，目的是為了提高鋼包車運行和停止的安全性。因此建議工程中計算鋼包車滾動摩擦力矩或類似結(jié)構(gòu)時，引人修正系數(shù)對鋼包車的阻力矩進行修正?，F(xiàn)有鋼包車的車輪結(jié)構(gòu)一般采用雙輪緣，輪緣限制了鋼包車的跑偏或橫向滑移，車輪在軌道上運行，輪緣就會因軸向力和摩擦力而受載產(chǎn)生輪緣應(yīng)力。理論上輪緣與軌道之間的接觸面會出現(xiàn)一個拉長的接觸橢圓，用很小的軸向力就能計算出很高的接觸應(yīng)力，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過起重機車輪和軌道材料的屈服極限，而實際上不會達到這么高的應(yīng)力，原因是應(yīng)力只要達到屈服極限附近，增加很小時的塑性變形，可使接觸表面加大到原假設(shè)彈性體所計算面積的許多倍。由于輪緣與軌道的摩擦既有滾動摩擦又有滑動摩擦，所以此應(yīng)力值的大小在理論和實際上都很難計算，在實際應(yīng)用中由修正系數(shù)λ的大小來估算這些無法準(zhǔn)確計算的摩擦力，修正系數(shù)的取值范圍致在1.3—1.5之間，仍需在工業(yè)應(yīng)用中進一步驗證。鋼包車起動時不僅需要克服在平穩(wěn)運行時的阻力，還需要克服慣性力，鋼包車在時間t內(nèi)，速度從零加速到v，就會產(chǎn)生平移的慣性力，則電機克服平移慣性所需力矩為M=(mvd/120t)/i（2.3）式中，M為鋼包車起動時的慣性矩，N·m；m為鋼包車運輸車滿載時的總質(zhì)量，kg；t為起動時間s。鋼包車啟動時電機所需理論驅(qū)動功率為P=Mn/9550η(2.4)由以上（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）式可以計算出鋼包車的電機功率為P=21.59kW(1)鋼包車的加工、安裝誤差。所有鋼包車的誤差會引起鋼包車各相對轉(zhuǎn)動部件的附加力，使所需的驅(qū)動力增加；(2)軌道的安裝誤差。軌道的水平度垂直度，以及軌道基礎(chǔ)的剛性是影響鋼包車驅(qū)動功率大小的主要因素；(3)各種效率的誤差。電機、減速機、軸承等的效率是基于試驗而得到的，而在實際應(yīng)用中由于各種條件與試驗條件不盡相同，使得實際效率與試驗測定的效率不同。由于以上的原因，鋼包車驅(qū)動功率的理論計算值偏小，最終根據(jù)工程應(yīng)用的特點對計算的理論功率進行修正。2.4.7圓柱滾子軸承選型綜上通過查機械設(shè)計書選用NF111圓柱滾子軸承。其性能參數(shù)有：NF代表外圈單擋邊的圓柱滾子軸承，第一個1表示寬度代號代表寬度為18mm，后兩個1是內(nèi)徑代號代表該軸承的內(nèi)徑為5mm。3鋼包車結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1鋼包車工作原理當(dāng)鋼包車的鋼包裝滿鋼水時，由裝在車上的啟動開關(guān)給發(fā)電機通電，鋼包車由發(fā)電機帶動減速器，通過聯(lián)軸器驅(qū)動小車輪子從而帶動小車前行，當(dāng)小車行走到預(yù)定位置，通過車上的開關(guān)，關(guān)閉電源，小車停止運動，從而達到運送鋼水的目的。3.2鋼包車結(jié)構(gòu)特點精煉爐鋼包車在工程實際中運用廣泛，其結(jié)構(gòu)很簡單，主要是由電機減速器，，軸承，聯(lián)軸器，車輪軸，車體等幾大部件組成。3.3鋼包車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1車架結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼包車車架是承載、運輸鋼包的支架，必須有足夠的強度和剛度。車架根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為分體式和整體式，分體式車架為了運輸方便可以拆解成幾個部件，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示【3】。由承載梁1和連接梁2組成，承載梁與連接梁均為箱形梁結(jié)構(gòu)，之間采用高強度螺栓連接，為保證拆卸后重新安裝的相對尺寸和精度，各連接法蘭采用雙錐銷定位，并在各梁上作裝配標(biāo)記，以便在現(xiàn)場順利安裝。如果運輸方便，建議采用整體式車架，即車架的各梁之間采用焊接，即將圖3.1中的連接法蘭取消，各梁之間采用焊接，圖3.1中的右上角承載梁1與連接梁2的焊接結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。需要注意的是，各梁之間應(yīng)采用錯位焊接方式，即各梁上各鋼板的焊接位置不在同一平面內(nèi)，可減少焊縫的應(yīng)力集中，加強車架整體結(jié)構(gòu)的強度和剛度。1.承載梁2.連接梁3.承載梁24.傳動裝置15.傳動裝置2圖3.1分體式車架結(jié)構(gòu)1.承載梁2.連接梁圖3.2整體式車架結(jié)構(gòu)整體式車架與分體式車架比較，剛度優(yōu)于分體式車架，建議在運輸允許的情況下，盡可能采用整體式車架。車架梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，決定鋼包車的承載能力，一般車架的梁均采用箱型梁，按照等強度理論，車架承載梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)為變截面梁，但為了制造方便，一般采用階梯梁結(jié)構(gòu)。3.3.2鋼包車輪系設(shè)計鋼包車車輪的設(shè)計應(yīng)滿足鋼包車的運行特點：即較高的輪壓，較低的速度。車輪的設(shè)計與軌道有關(guān)。在冶金行業(yè)中，鋼包車所采用的軌道為起重機軌道。車輪結(jié)構(gòu)可分為雙輪緣、單輪緣和無輪緣；在冶金行業(yè)中，由于鋼包車的載重量很大，一般采用雙輪緣結(jié)構(gòu)，車輪直徑從250～1200mm的范圍內(nèi)，輪緣高度從15～25mm，輪緣傾斜角選擇在80～82度之間；合理的輪緣結(jié)構(gòu)，可以大大減小運行過程中的磨損。鋼包車的車輪組分為固定車輪組和浮動車輪組，固定車輪組應(yīng)用于四輪支承的鋼包車，浮動車輪組應(yīng)用于四輪以上支承的鋼包車，主要是八輪支承結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中，運輸?shù)匿摪?50t以下時，一般采用四輪承載，每個車輪通過車輪軸兩端的軸承固定安裝于車架上，稱其為固定式車輪組，是應(yīng)用最成熟廣泛的結(jié)構(gòu)，每個車輪的結(jié)構(gòu)如圖8所示，車輪1由安裝在車輪軸2上對稱分布的兩個軸承3支承。有時根據(jù)工藝要求，為了降低鋼包車的高度，可以采用多于四個車輪的結(jié)構(gòu)，這樣可以在不改變車輪的輪壓的條件下，減小車輪直徑；運輸?shù)匿摪?50t以上時，由于車的輪壓限制，必須采用八個車輪承載，每組車輪共兩個，為了使每組的兩個車均衡載荷，車輪組與車架之間采用鉸接軸連接，稱其為浮動車輪組結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)布置如圖3.4所示，每兩個車輪相對固定安裝在支架上，形成一個車輪組結(jié)構(gòu)，如圖3.3中的1所示。車輪組與車架之間通過鉸接軸連接，每個車輪組均可繞鉸接軸的軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度，每個車輪的支承結(jié)構(gòu)與固定車輪組中的單個車輪的支承結(jié)構(gòu)相同，即可采用如圖3.3所示的支承結(jié)構(gòu)。鋼包車在運行時，每個車輪組根據(jù)軌道高度的微變化，在重力的作用下，可自動調(diào)整兩個車輪相對于鉸接軸的相對位置，始終使每個車輪均與軌道完全接觸，平衡由于軌道的不平度而引起的載荷不均，使鋼包車的總重量均勻分配給每個車輪，使每個車輪的輪壓近似相等，避免部分車輪懸空而引起的其它車輪輪壓增加劇非正常磨損，使后期的維修成本增加，鋼包車的經(jīng)濟性大打折扣，影響鋼包車的運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。車輪軸的支承軸承優(yōu)先選用調(diào)心滾子軸承，內(nèi)外圈與滾珠之間為球面配合，可補償加工和安裝以及軸的變形引起的同軸度誤差，同時降低軸變形對軸承的敏感度小。受條件限制也可考慮采用雙列圓錐滾子軸承。由于車輪的速度很低，每分鐘約5～15r/min，軸承在低速下發(fā)熱量很小，最有效的潤滑方式是脂潤滑，定期給軸承座內(nèi)注入適量潤滑脂，即可滿足車輪支承軸承的潤滑需要。1.車輪2.車輪軸3.軸承圖3.3鋼包車車輪支撐結(jié)構(gòu)1.浮動車輪組2.車架圖3.4浮動車輪組結(jié)構(gòu)3.3.3鋼包車隔熱保護由于鋼包車運輸?shù)氖?500攝氏度的鋼水，如果產(chǎn)生溢鋼或漏鋼，會對車架及傳動裝置造成嚴(yán)重破壞，所以在設(shè)計中應(yīng)考慮鋼包車的隔熱。對車架來說，主要是砌耐火磚及漏鋼溢鋼的導(dǎo)流；而對于傳動裝置，由于有電纜、潤滑油等危險性的特質(zhì)存在，必須做嚴(yán)格的隔熱保護。傳動裝置的隔應(yīng)從兩個方面進行，即傳動裝置的上方和下方的隔熱。傳動裝置的上方主要是溢鋼、漏鋼淋澆和飛濺，所以在傳動裝置的上方必須設(shè)置保護罩，并在周圍砌筑耐火磚。傳動裝置的下方主要是泄漏在軌道周圍的鋼液對傳動裝置的輻射熱，采用鋼板加隔熱巖棉隔離，巖棉的密度和厚度必須滿足相應(yīng)的設(shè)計要求，才能可靠保證傳動裝置的安全性。在傳動裝置的設(shè)計中，也有將其全部安裝在一個密閉的空間內(nèi)，這樣對保護傳動裝置免受鋼液的破壞十分有利，但長期運轉(zhuǎn)不利于傳動裝置的散熱，在條件允許的情況下，還是應(yīng)該保留通風(fēng)口，便于系統(tǒng)散熱。在煉鋼過程中，發(fā)生溢鋼和漏鋼的可能性是必然存在的，鋼包車的隔熱，看來在整個設(shè)計中最微不足道的，但設(shè)計不完善，引起的后果可能是非常嚴(yán)重的，所以在鋼包車的設(shè)計中應(yīng)引起足夠的重視。4精煉爐鋼包車的成本合理性分析中厚板：本周陜西中厚板價格累計下跌30元/噸，市場成交小幅減少。價格方面：截止本周五，陜西市場20mm普中板均價為3920元/噸。唐山等華北主流中板價格接連下跌，下游終端用戶觀望心態(tài)逐漸增加，致使本地市場成交量始終未有較大的起色。此外，受太原等臨近市場價格頻頻走低，商戶為避免資源倒流，只能隨行就市。同時，受上海等主流中板市場價格的走低，下游終端用戶采購逐漸放緩，致使成交量小幅萎縮，商戶接貨意愿也大幅減弱。資源方面：目前酒鋼薄規(guī)格低合金資源缺規(guī)斷檔的現(xiàn)象較為普遍，以10mm低合金資源為例，市場有此資源的商戶不足5%，因而其組距加價也較平常高出50元/噸。據(jù)不完全統(tǒng)計，本周陜西中板庫存基本維持在2.2萬噸左右。預(yù)計，受市場成交乏力的影響，短期內(nèi)陜西中板市場仍以弱勢下行為主。表4.1陜西市場鋼材價格變化表鋼材日期高線Φ6.5mmHPB235螺紋鋼Φ20mmHRB335中厚板20mmQ235B熱軋板卷4.75mmQ235B槽鋼16#Q235西安2013.4.12360036303890399037002013.4.1935803600386039303700產(chǎn)地龍鋼龍鋼酒鋼酒鋼信發(fā)漲幅-20-30-30-600寶雞2013.4.12375036604010407038902013.4.1937503660398040303890產(chǎn)地龍鋼龍鋼酒鋼酒鋼江天漲幅00-30-4005操作規(guī)程及維護、保養(yǎng)作業(yè)前，必須按規(guī)定穿戴好勞動防護用品，檢查所用工具，設(shè)備是否完好，各種安全防護保險裝置，必須齊全有效；操作的各種開關(guān)、閥門、信號等裝置必須設(shè)有醒目的安全標(biāo)示，嚴(yán)防操作失誤；鋼包車在行走或者停止前，必須與生產(chǎn)調(diào)度及相關(guān)單位（崗位）取得聯(lián)系。停、送電時，必須先將電極提升至上限。送電時先合高壓隔離開關(guān)，后合油開關(guān)及操作開關(guān)，停電時反之、嚴(yán)禁帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)；行駛過程中不準(zhǔn)停止系統(tǒng)運行和切換電壓；嚴(yán)禁在小車及設(shè)備周圍有明火的威脅；經(jīng)常進行設(shè)備運行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理和報告，做好設(shè)備運行記錄；設(shè)備運行時，不得維護、調(diào)試、清掃設(shè)備帶電、旋轉(zhuǎn)、高壓等危險部位，進行機械電氣設(shè)備維護檢修時，必須停機拉閘掛檢修安全警示牌；操作本崗位配套設(shè)備時，必須嚴(yán)格遵守其安全操作規(guī)程；配合行車工吊裝鐵水時，要站在吊物擺動不被擠壓的安全位置掛鉤，手不能抓在鉤鏈活動部位和將腳伸入被吊物下指揮起吊，嚴(yán)防吊物傷害；挑選在鋼包車的駕駛方面受過正規(guī)訓(xùn)練和指導(dǎo)的操作人員取得上崗證后，方能操作設(shè)備；鋼包車在駕駛之前要檢查是否有明顯的損壞、機械部分運轉(zhuǎn)是否正常、靈敏；鋼包車在停止裝鋼水時、在控制面板上進行；接通電源，啟動傳動裝置，鋼包車進入工作狀態(tài)。6結(jié)論本設(shè)計首先說明了精煉爐鋼包車的重要地位和當(dāng)今的現(xiàn)狀，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)將繼續(xù)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。其次介紹了鋼包車傳動系統(tǒng)設(shè)計過程。步驟包括：原始資料的分析、確定傳動方案設(shè)計、電機選型設(shè)計、減速器選型設(shè)計、聯(lián)軸器選型設(shè)計、電機功率的計算、傳動比的計算、車身支撐架的選用。從實際來看幾乎所有的機械設(shè)計都遵循這些過程。在本次畢業(yè)設(shè)計中，我從一開始的對機械設(shè)計一無所知到能自己完整的設(shè)計出一套中等復(fù)雜程度的傳動系統(tǒng)，我學(xué)到了很多關(guān)于機械設(shè)計方面的知識，更主要的是提高了我的設(shè)計能力，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，以及創(chuàng)新能力。參考文獻[1]任彤.鋼包運輸車的結(jié)構(gòu)與設(shè)計[J].2011,9(16):49-50.[2]郭維強.鋼包車傳動裝置的角型減速機開發(fā)設(shè)計[J].2002,29:51-53.[3]張鐘蓓.RH真空處理系統(tǒng)主要設(shè)備_鋼包車的設(shè)計探討[J].2008,29.[4]王興貴.鋼包車變頻控制系統(tǒng)中防滑控制器的設(shè)計[J].2006,25(3).[5]邢衛(wèi)平.鋼包車車架開裂原因的分析及改進措施[J].2010,6(35).[6]曹遠(yuǎn)剛.AC_LF爐稱量鋼包車設(shè)計[J].2000，27（3）.[7]羅玉元.鋼