机械专业毕业设计中间包小车.docx

《机械专业毕业设计中间包小车.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械专业毕业设计中间包小车.docx（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、机械专业毕业设计中间包小车内蒙古科技大学毕业设计 摘要 本设计题目为中间包小车，驱动形式采用了交流电动机驱动，转速可调，结构形式为门型。它的作用是支承、调整、运输、更换中间包。 它的工艺要求是小车结构有利于浇铸、捞渣和烧氧等操作；能在浇铸过程中前后调节水口中心线位置，并且能自动升降，以便于中间包的装卸。主要运用在了连铸机浇铸平台上，将准备好的中间包从准备的位置运输到浇铸位置，利用纵、横向微调和升降机构，使中间包水口对中并插入到结晶器中进行浇铸。升降机构的驱动方式有两种：电动，液压传动。车上设有中间包称量装置，每台中间包都配备四个测力传感器，利用压力变化时引起磁性材料导磁率变化输出的电信号与压力

2、成正比，以显示中间包内钢水的重量。选用测力传感器的容量取决于中间包满罐的总重。 其主要参数：中间包小车的开进工作速度2-20m/min；升降机构用电动机驱动，丝杠螺母的结构，升降的高度为470mm，行走机构行程为16400mm，对中行程为150mm，最大承载能力为50t。 本文包含了绪论、设计计算、结论三部分。绪论部分简述了中间包车的各个主要部分的特性、技术要求和中间包小车的问题与改进措施。设计计算部分主要对设计参数及强度的校核。结论部分主要是对整个设计过程进行的小结。 关键词：交流电机驱动；电动提升；中间包车；门型；设计计算。 I 内蒙古科技大学毕业设计 Abstract This desi

3、gn titled tundish car, drive form using AC motor drives, speed adjustable, structured as door type. Its role is to support, adjustment, transport, replacement tundish。 It is the technological requirements of the car structure is conducive to casting, slag and burn oxygen and other operations; Can be

4、 adjusted before and after the casting process outlet centerline, and can automatically lift, In order to facilitate loading and unloading of the tundish。Mainly used in the continuous casting machine casting platform, The tundish ready transportation from the preparation position to the casting posi

5、tion，The use of longitudinal, transverse fine-tuning and lifting mechanism, The tundish nozzle on and inserted into a crystallizer for casting。Lifting mechanism driven in two ways: electric, hydraulic。The car has a tundish weighing device, Each package comes with four intermediate force sensor，Chang

6、es caused by the pressure change in magnetic permeability of the output signal and the pressure (by weight) is proportional，To display the weight of molten steel in tundish。Optional load cell capacity depends tundish full tank total weight. The main parameters: the car drove into the tundish working

7、 speed 2-20m/min；Motor driven lifting mechanism, screw nut structure. Lifting height of 470mm，Walking mechanism stroke 16400mm；On the stroke of 150mm，Maximum load capacity of 50t。 This article contains an introduction, design calculations, the conclusion of three parts。Introduction section outlines

8、the middle of each of the major part of the car features, technical requirements and tundish car problems and improvement measures。Design calculations for some of the major design parameters and strength check。Conclusion part is a summary of the whole design process。 Keywords: AC motor drive; electr

9、ic hoist; intermediate chartered; door type; design calculations. II 内蒙古科技大学毕业设计 目录 摘要 . I Abstract . II 第一章绪论. 1 1.1 概要 . 1 1.1.1 中间包小车设计的技术要求 . 1 1.1.2 中间包小车的形式 . 2 1.2 中间包小车的结构及特性 . 4 1.3 中间包车车体的静力学分析 . 9 1.4 中间包小车的问题与改进措施 . 10 第二章 行走机构的设计计算 . 12 2.1 轮压计算 . 12 2.1.1 车轮的计算及其校核 . 13 2.2 运行阻力的计算 . 1

10、4 2.2.1 运行时的摩擦阻力的计算 . 15 2.2.2 轨道梁弯曲变形引起的附加阻力 . 15 2.2.3 电缆拖链的阻力 . 15 2.2.4 启动惯性力阻力 . 16 2.2.5 运行阻力 . 16 2.3.1 运行径功率的计算 . 17 2.3.2 启动功率 . 17 2.4 电机的确定 . 17 2.5 传动机构速比确定 . 18 2.6 减速器，联轴器的选择 . 19 第三章 升降装置计算 . 20 3.1 电机功率的确定 . 20 3.1.1 提升机构负荷的计算 . 20 3.1.2 电机功率的确定 . 21 3.1.3 丝杠轴向力的计算 . 21 3.2 杠的选择与计算 .

11、 22 3.2.1 滚珠丝杠的选择 . 22 3.2.2 滚珠丝杠的主要几何尺寸的计算 . 22 3.2.3 丝杠滚珠螺母的主要尺寸计算 . 24 3.2.4 丝杠力矩计算及校核 . 25 3.3 升降装置电机的选择 . 27 3.3.1 每台电机功率的计算 . 27 3.3.2 电机的选择 . 28 3.4 蜗轮蜗杆的设计和计算 . 28 3.4.1 蜗轮蜗杆的尺寸计算 . 28 3.4.2 蜗轮蜗杆的强度校核 . 31 3.4.3校核同步轴 . 35 3.5 联轴器的选用 . 36 第四章 参考文献 . 37 III 内蒙古科技大学毕业设计 第五章 总结 . 39 IV 内蒙古科技大学毕业

12、设计 第一章绪论 1.1 概要 中间包小车是用于支承、调整、运输、更换中间包的设备。它的工艺要求是：运行迅速，停位准确，易于调整水口与结晶器的相对位置。用一般水口时，它的作用是既要尽量减小二者间的距离，又要便于观察结晶器内的纲液面，小车结构有利于浇铸、捞渣和烧氧操作；主要用在连铸机浇铸平台上，将准备好的中间包从准备的位置运输到浇铸位置，利用纵、横向微调及升降机构，使中间包水口对中并插入到结晶器中进行浇铸。在浇铸前，小车载着烘烤好的中间包开进至结晶器上方，使中间包水口对准结晶器中心或者结晶器宽度方向上的对称位置。浇铸完毕或者发生事故而不能继续浇铸时，它载着中间包迅速离开浇铸位置，进行换包或者事故

13、处理。 1.1.1 中间包小车设计的技术要求 中间包小车不同于一般的小车，生产工艺中对中间包小车的主要要求是：运行迅速，停位准确，易于调整水口与结晶器的相对位置。用一般水口时，它的作用既要尽量减小二者间的距离，又要便于观察结晶器内的钢液面。中间包小车运行机构配置方案的选用，应该以和结晶器不发生干涉为基准条件。它的运行机构主要有单侧驱动，双侧集中驱动和两侧单独驱动三种方式。设计小型中间包小车时，可采用单侧驱动。设计大型中间包小车时，最好采用两侧单独驱动。对于悬臂式中间包小车运行机构配置方案的选择也比较方便，通常采用低速轴传动。所以对中间包小车的技术要求如下： 1） 能够在准备和浇铸位置之间运载和

14、支承中间包。车架结构必须要有具有足够的强度和刚度，充分考虑热辐射及钢花喷溅的影响，保证在热负荷下，各机构的工作性能良好，特别是当车体装有液压装置时，液压元件和管线应配有可靠的防护措施。 2） 便于中间包的装卸，和对中间包的观察及操作。中间包小车的结构设计要便于操作和人员靠近结晶器，以便观察结晶器的液位和保护渣，水口烧氧 1 内蒙古科技大学毕业设计 和塞棒开闭等必要的操作。此外还应保证中间包的吊装和就位的方便简单。 3） 中间包的水口与结晶器的上口对准方便。要求中间包水口与结晶器的对中时方便灵活，所以除了设置慢速行使机构实现纵向对中，还应该设置横向微调机构实现横向对中。 4） 当采用保护浇铸和自

15、动控制的时候，应有升降和称量中间包的装置。 5） 能够快速更换中间包。要求中间包小车迅速运行，准确停位，安全可靠，以便于实现中间包的快速更换和中间包水口与结晶器的对中。因而中间包小车一般都设有快慢两种运行速度和两种驱动设置，当一台出事故，另一台仍能继续维持工作。 1.1.2 中间包小车的形式 按照中间包升降装置分类，有升降式和普通式；按照车传动方案分类，有集中和分散传动两种，后者每个主动轮都设有一套传动装置；按中间包水口相对中间包车主梁的位置及中间包运行轨道的分布方式分为门型。半门型和悬臂式三种形式，其中主要以悬臂型和门型为主。 1）门型中间包小车 门型中间包小车的主要特点是，浇铸时中间包水口

16、位于小车主梁之内。即结晶器位于小车运行轨道之间。因而重心稳定，易于实现中间包升降，但对结晶器内钢液面的观察和有些操作不方便。如下图： 图1 2 内蒙古科技大学毕业设计 2）半门型中间包小车 为了方便于操作人员靠近结晶器，出现了半门型的中间包小车，门型中间包小车与半门型中间包小车的主要区别在结晶器内弧侧的轨道不是布置在浇铸平台面上，而是布置在浇铸平台上方的轨道梁上，因而空出了浇铸平台的面积，改善了操作条件，在半门型的基础上有的还把中间包小车的两条轨道均设在浇铸平台操作区上方的钢结构梁上，呈架空布置，使浇铸平台得到充分利用，但这种布置须要增设专用的轨道梁，而且增加了造价，现在很少用。 3）悬臂型中

17、间包小车 悬臂型中间包小车的主要特点：中间包的水口位于小车主梁之外。其中间包悬置于车体之外，小车两条轨道均布置在结晶器外侧。其结构简单，但小车承受偏心载荷，稳定性较差。一般需要增加配重或者在外侧车轮上部增设一种护轨以平衡小车的倾翻力矩。采用这种形式的中间包小车，车体必须要位于结晶器的外弧侧，中间包的水口探出车外，以便于操作人员接近结晶器方便操作。采用这种形式的小车去浇铸时，小车位于结晶器的一侧，方便观察结晶器内的钢液面和浇铸操作。如下图： 图2 3 内蒙古科技大学毕业设计 1.2 中间包小车的结构及特性 典型的中间包小车通常由车架、行走机构、横向微调装置，摆动流槽、电缆卷筒、提升机构、称重等装

18、置构成。 1） 车架 图3 车架体是用来支撑中间包、传动装置、提升装置、横移装置、溢流槽等设备的主要部件。车假体主动轮布置在浇铸高架平台上，从动轮布置在浇铸平台上，高差2300mm，以至于主梁和横梁在机构的设计上既要保证在高温条件下梁的刚性，也要保证受力时的弯曲应力应足够；为了方便于操作，车架采用门型结构，它的开口侧在浇铸工人的操作面。为了加强刚性，车架梁采用了箱型结构，横梁与主梁链接脚部增设了加强板，车架侧视图为门型，形成了车架的异性结构与复杂受力状况。车架全部为焊接结构。 中间包小车的车架用来以支撑中间包，安装和固定各传动装置，固定溢流槽。有的还要考虑在车架上安装塞棒开闭机构或滑动水口液压

19、站和长水口安装机构等。车架均都采用钢板和型钢焊接而成，门型中间包车的车架结构必须要考虑便于操作人员接近结晶器，因而门型中间包车的车架俯视图设计成门型，以便于中4 内蒙古科技大学毕业设计 间包小车车架能够跨过并不高出结晶器上口。为了加强门型车架的强度和刚度，车架主梁和两侧的横梁都采用箱型结构，在主梁和横梁的连接地方用钢板或型钢加强联接。 此外，在车架上还要设置了供操作人员观察和操作平台以及防治工人受热辐射和钢水喷溅用的防护措施，同时在结构设计上还要重视和控制电缆的穿线和固定，既要穿线方便，又要保证电缆能够得到充分的保护。 2） 行走机构 根据车架的结构，为了使行走机构的传动平稳，将主动轮和传动装

20、置布置在了主梁一侧，主动轮为双轮辕，起向导的作用，从动轮安装在悬臂梁端，不带轮辕，只起支撑的作用。对于驱动装置的设计，考虑到多流小断面铸坯的浇铸特点，设置了两种运行速度，即正常的运行速度。后者是为了中间包小车到浇铸位置，使中间包水口对准结晶器的上口而设置的；为此德马克公司采用了双交流电动机组串联一台速比为300的悬挂式减速器，减速器末级大齿轮轴为套筒式，可以套在主动轮轴上，通过平键传递扭矩。 双交流电动机组为了通过减速器装置串联起来的两台带制动器的交流电动机而承担快速传动的电动机靠近减速器，使承担慢速传动的电动机通过制动器与快速电动机串联，因此快速运转时的快速电动机的制动器打开，与慢速电动机脱

21、开联系，但在慢速电动机运转时，经过减速器装置，并且通过快速电动机的制动器和电枢，再传动悬挂减速器，从而使驱动车轮运行，这样就增加了可低速运转的复杂性。 双输入轴行星减速器采用了两台交流电动机驱动行星的减速器，行星减速器的两个主动轴分别和两台带制动器的交流电机相连。当快速电机接电的时候，其制动器打开，快速电机转动，使得行星轮绕固定轮旋转实现快速驱动。当慢速电机接电时，其制动器打开，慢速电机转动，通过两级圆柱齿轮使得行星轮绕与快速电机相连的太阳轮旋转，实现了慢速驱动。这种传导方式可简化为电控设计，快速和慢速电机互不影响，维护简单。 变频调速方式采用了一台交流电机用过变频的方法传动普通减速器，达到快

22、 5 内蒙古科技大学毕业设计 和慢两种速度，可简化为传动机构。对于大型板坯连铸机的中间包小车采用了点动对准结晶器时，快慢速只是为了快速和慢速的启动和制动，当快速和慢速相差很小时，采用变极电机或一般绕线型电机串联电阻变速。 中间包小车行走机构驱动方式有两种：单独和集中驱动。门型中间包小车的行走机构很多采用单独驱动，即每套传动机构驱动一个主动轮，可以省去横轴一边让出车架底部的空间，使车架可以跨过结晶器运行。一般的行走机构布置在外弧侧，因为外弧侧的车架刚度较强并属于非操作区干扰。 一般中间包小车只配四个车轮，大型中间包小车可以采用八个车轮的结构形式是为了保护行走机构，和防止溢钢或喷溅钢水烧坏传动装置

23、，而且传动装置都应设保护罩，而且保护罩顶部需要砌耐火砖。 3） 横向微调装置 横向微调机构是用于中间包水口与结晶器对中，可以采用手动、电动或液压传动。横向微调机构是由中间包耳轴支撑滑座、单列棍子球轴承、支座、丝杆、调整螺母、丝杆轴承座、蜗轮蜗杆减速机构成。采用手动驱动，即用人工驱动蜗轮蜗杆减速机，蜗轮轴孔装有梯形螺母和丝杠，当摇动蜗杆上的手柄的时候，蜗轮带动丝杠做直线运动，以及调整螺母做螺旋运动，移动安装在滑板上的元宝形耳轴座，故带动中间包两端耳轴横向移动。在拉还方向上，水口的位置是通过微调机构微调进行的。 中间包车横向微调机构的改造：用滚轮代替单列滚子球轴承，表面必须淬火处理。在支座上扩孔，

24、装入圆柱滚子轴承，滚轮与圆柱滚子轴承之间通过销铰接。改变轴承安装形式，增大轴的受力面积，减轻冲击力对轴承的影响。，圆柱滚子轴承承载能力较强，使轴承的寿命延长。在耳轴支撑滑座的两端增加两个可拆卸的护翼，以便减少外来杂物的影响，并且采用高温润滑脂润滑。对蜗轮蜗杆减速机的改造仍采用以手动为动力的丝杆蜗轮蜗杆减速机传动装置，将减速机直接固定在中间包车横梁上，通过联轴器与丝杆连接，使整个机构方便于检修。 6 内蒙古科技大学毕业设计 图4 中间包车横向微调装置 4） 摆动流槽 中间包采用了定径水口浇铸，所以在中间包小车上设置了摆动流槽，所以控制钢流，流槽的外壳是钢板，里面衬有耐火材料，槽末端装有滚轮，供在

25、平台上拖动时使用，摆动流槽可以绕垂直轴以一定倾角在水平方向上摆动，不允许进入结晶器的浇钢液，就通过摆动流槽流入溢流槽。 5） 电缆卷筒 图5 电缆卷筒 中间包小车的输电电缆是通过电缆卷筒传送的，卷筒内装有发条弹簧，它的一端固定在卷筒轴上，另一端固定在卷筒上，卷筒与轴之间没有键的固定，它们可以相对转动；当电缆从卷筒上拖出时，卷筒旋转使发条储能，返回时发条释放7 内蒙古科技大学毕业设计 能量使卷筒反转，电缆被自动卷起，卷筒端带有滑环和电刷，使电流从转动的卷筒上的电缆送往到卷筒轴孔内的固定电缆，从而输送到控制箱，电动机等等。 6） 提升机构 在高度方向上，水口的位置是由中间包小车的升降机构实现调整的

26、。在使用侵入式水口或低液面浇筑的时候，中间包应该能升降，所以必须设有升降机构。升降机构由电动螺旋和液压传动等形式。中间包的提升行程一般在500-750mm，提升的速度约为1.2-2.4m/min。 电动提升基本上都采用蜗轮蜗杆丝杠的传动方式，驱动支撑中间包的提升框架。丝杠可以采用滑动的普通梯形螺纹丝杠，也可以采用滚珠丝杠或行星丝杠。 门型中间包小车的提升机构配备四根丝杠，四根丝杠单独驱动，也可采用两套传动机构分别驱动同侧的两根丝杠传动。 对于悬臂式中间包小车，由于结构和受力的原因，都设计成两根丝杠传动的方案，每侧各有一套传动机构，并且通过同步轴保证同步。由于悬臂式中间包小车的中间包提伸出了体外

27、，因而使升降架受到倾翻力矩作用，为了克服倾翻力矩，必须要在车架上设置导轨来承受倾翻力矩的作用，引导提升框架垂直升降，防止丝杠受到横向力作用。 当提升机构采用液压传动时，门型中间包小车一般要采用四个液压缸传动，然而悬臂式中间包车则采用两个液压缸传动。不管是两个或者是四个液压缸传动，液压系统的设计必须要保证缸的同步性。 采用液压马达控制中间包小车升降同步典型液压回路。 8 内蒙古科技大学毕业设计 图6 7） 称重装置 为了控制中间包的液面，车上都设有中间包称量装置，每台中间包都配备四个测力传感器，利用了压力变化时引起磁性材料导磁率变化输出的电信号与压力成正比，来显示中间包内钢水的重量。选用测力传感

28、器的容量决定与中间包满灌的总重。为了防止放罐的车子移动时传感器受到横向剪切力的作用，在称量装置上设有防剪装置，来吸收横向力，从而保证了测力传感器的测量精度，防剪装置可采用超高强度橡胶衬套或者采用刚性球面顶缸结构。日本NKK研制的一种蜗流式钢水液面计，其特点是非接触型测量，精度高，应答快，结晶器及保温渣对测量没影响。探头测量范围大它的原理是：探头3组绕组，一次励磁线圈和挟持器，两个二次绕组反向串联在了一起，当50KHz的高频电流加在一次绕组上，就会产生与之平衡的高频磁场，在钢水和二次绕组内产生二次电压，随钢水面的升降而变化，从而反映出了钢水重量。此种侧重方法应在我国积极推广应用。 1.3 中间包

29、车车体的静力学分析 中间包车属于连铸机上的浇钢设备，在连铸机组中位于钢包和结晶器中间。其作用是支撑中间包行走在浇铸平台的轨道平面上，使中间包在预热的位置进行9 内蒙古科技大学毕业设计 预热，在浇铸的位置间接盛接经成分调整，脱硫，脱氧和吹氩调温等各种处理后的钢水，将钢水连续的浇铸在结晶器中，是实现多炉连浇的基础。中间包小车车体是整个设备的关键受力部件，直接关系到中间包小车设备的安全运行，但是盲目地增加车体材料强度不仅增加了设备重量，加大对基础的负荷，而且增加了设备得制造成本，不符合优化设计的原则。本说明书通过对中间包小车车体的结构进行了静力学有限元单元分析，得到了车体在静载荷的作用下的应力，应变

30、，并且对此结构进行了分析，为优化结构设计提供了依据。中间包车结构如图9所示。中间包内盛满钢安装在升降机构上。升降机构在车体上四个导轨可带动中间包左右运动，车体下面有四个滚轮，附着于轨道上。中间包，钢水和升降装置的总重量约为63.5t，分析时将中间包与车体之间的四个连接视为固定约束。因此中间包车受力如下： 图7 中间包车结构简图 四个支撑点均匀受到载荷压力； 每个支撑点受力为0.3MN； (3) 中间包与车体之间有四个固定约束。 1.4 中间包小车的问题与改进措施 1） 每台连铸机都安装两台中间包小车，在行车方向上应对称布置。引进设计 10 内蒙古科技大学毕业设计 的两台车的结构完全一样，只是电

31、缆卷筒对称安装的，电控箱的位置不变，因此有一台车电缆卷筒与电控箱分别在车的两端造成车子的接线不方便，其中有一端的电缆管也虚设，做修改为电控箱与电缆卷筒同时改变，并且安装同一侧。 2） 引进设备中，中间包与浇铸之间设有一个防护板，但遮挡面积和隔热效果都很差，试车中发现了干板升温很快，到300-400度就可把铆条安全帽烧焦，并且也挡不住钢液的飞溅，现在修改为可折叠的夹石棉的护板，既增大了防护的面积，又提高了防护效果。 3） 当钢包关不住时，回转台往往会将漏着钢液的钢包转开，这样不可避免钢液要漏在作业线上，在作业线上的部件有车架，传动装置护罩，横向微调装置的手摇蜗轮箱，因而蜗轮箱不好防护，现场经常把

32、横向微调装置转180度，使蜗轮箱离开弧线区。 4） 国外引进的车架主梁与中间包车侧壁间的间隙有点小，以致于中间包吊具的吊钩放不下去，当吊中间包时，首先摇动横向微调装置，使中间包移动开一端距离，才能调出中间包。 11 内蒙古科技大学毕业设计 第二章 行走机构的设计计算 门型中间包车的行走机构都采用单独驱动，即每套传动驱动一个主动轮。 图2.1 传动装置示意图 2.1 轮压计算 主要参数： 最大承载能力：Q=50t 工作制度：中级JC%=25 小车运行速度：V小车=2一20m/min 车轮数：四个 根据小车架的平衡方程式，小车满载时的轮压为最大。 满载时的轮压： P主=(GD+QB) 2L P主一

33、满罐时主动轮压 G中间包小车计算重量，G=GY 12 内蒙古科技大学毕业设计 D中心至主动轮距离 Q满罐时的计算重量，Q=Q(其中=1.4) B罐体中心至主动轮的距离 L轨距 其中：G=13.5t Q=50t L=400cm D=199.2cm B=194.7cm P满主=2400 =207.34KN 满罐时主动轮的最大轮压： P从=2L P从满罐时从动轮轮压 G中间包小车计算重量，G=GY Q满罐时的计算重量，Q=Q(其中=1.4) C车体中心至从动轮距离 A罐体中心至从动轮距离 L轨距 其中： A=205.3cm C=200.8cm 其他同上所以 P从=2400 =216.91KN 2.1.1 车轮的计算及其校核 根据轮压，小车的运行速度，工作类型及载荷谱系数QG=5015=3.3初选： 车轮：踏面直径D=500mm,材料ZG340640 13 内蒙古科技大学毕业设计 HB300 d3=150mm 轨道：选自起重机设计手册 车轮直径可根据最大轮压及车体结果设计的需要预先确定，然后验算与轨道的接触挤压应力。中间包小车均采用钢质圆柱面车轮和平头轨道，因此接触应力按先接触进行计算。 车轮的接触应力： s=600K1Pmax/bD 车轮接触应力 K1工作类型系数，K1=11.5，取K1=1.1 Pmax最大轮压 b车轮直径 其中：