機(jī)械設(shè)計說明書-礦熱爐出鐵口開口機(jī)設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：礦熱爐出鐵口開口機(jī)設(shè)計礦熱爐出鐵口開口機(jī)設(shè)計摘要隨著我國工業(yè)水平的不斷發(fā)展，礦熱爐冶煉技術(shù)日趨強(qiáng)化，礦熱爐生產(chǎn)效率得到很大的提升。這使得礦熱爐的工作更加繁重，對工作性能及其環(huán)境要求更高。開鐵口機(jī)是爐前四大設(shè)備之一，本次介紹了國內(nèi)外的一些開鐵口機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景。通過在先前的開鐵口機(jī)的基礎(chǔ)上，研究與設(shè)計出新的開鐵口機(jī)。本設(shè)計是關(guān)于礦熱爐出鐵口開鐵口機(jī)的總體設(shè)計，對開鐵口機(jī)的工作機(jī)理進(jìn)行研究，確定研究方案，對鑿巖機(jī)及液壓缸等驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型。分別對開口機(jī)的鉆孔機(jī)構(gòu)、連桿、懸掛機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行計算和詳細(xì)設(shè)計。關(guān)鍵詞：開鐵口機(jī)；鑿巖機(jī)；液壓缸；驅(qū)動機(jī)構(gòu)；鉆孔SubmergedArcFurnaceTapholeOpeningMachineDesignAbstractWiththecontinuousdebelopmentofChina’sindustriallevel.submergedarcfurnacesmeltingtechnologystrengthened,submergedarcfurnaceproductionefficiencyhasbeengreatlyimproved.Thismakestheworkmorearduoussubmergedarcfurnace,higherjobperformanceandenvironmentalrequirements.Tapholemachineisoneofthefourblastfurnaceequipment,thisintroducessometapholemachinestatusanddevelopmentprospectsathomeandabroad.BythepreviousbasistapholemachineonthestudyanddesignofanewtapholemachineThisdesignistheoceralldesignonthesubmergedarcfunacetapholeTapholemachine,ironmouthmachineoffworkingmechanismwerestudiedtodeterminetheresearchprogramofdrillingmachinesandhydrauliccylinderdeivemechanismselectionRespecticelyontheopeningdriveoftheillingagency,connectingrod,suspensionmechanism,slewingmechanism,suchascalculationsanddetaileddesign.KeyWords：TapoleMachine;DrillingMachine;HydraulicCylinder;TheDriveMechanism;Drilling主要符號表D鉆頭直徑i長徑比l鉆頭長度j斷面比：d鉆尾直徑：B齒輪寬度Pmax車輪最大輪壓Vn推進(jìn)速度P功率n轉(zhuǎn)速T轉(zhuǎn)矩K載荷系數(shù)M扭矩λ不均勻系數(shù)β工作段圓弧中心角R曲率半徑Wz抗彎截面模量Pc車輪強(qiáng)度目錄1緒論 11畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述 11.1題目背景、研究意義 11.2國內(nèi)外開鐵口機(jī)相關(guān)研究情況 11.3本課題研究的主要內(nèi)容 91.4研究方案 91.4.1開口機(jī)研究的類型及方案 91.5研究方法或?qū)嵤┓桨?112設(shè)計計算 122.1鉆頭設(shè)計 122.1.1鉆頭設(shè)計 122.1.2鑿巖機(jī)的選擇和送進(jìn)馬達(dá)的校核 132.2鏈及鏈輪 152.2.1鏈 152.2.2鏈輪主要幾何尺寸計算 152.3小車的校核計算 182.3.1車輪最大輪壓 182.3.2運(yùn)行阻力計算 192.4梁的校核 203結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 233.1整體機(jī)構(gòu) 233.2鉆孔機(jī)構(gòu) 243.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 244結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 30畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 311緒論1畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述1.1題目背景、研究意義 礦熱爐出鐵口經(jīng)常經(jīng)受著高溫鐵水和熔渣的沖刷和浸蝕作用,因此對出鐵口的正確維護(hù)是十分重要的。否則,不僅會嚴(yán)重影響正常生產(chǎn),還可能引起事故,危害爐前工人和設(shè)備的安全。隨著礦熱爐冶煉的強(qiáng)化、爐容不斷擴(kuò)大和各種新技術(shù)在礦熱爐生產(chǎn)中的應(yīng)用,礦熱爐的生產(chǎn)能力有了大幅度的增長,正確維護(hù)出鐵口就顯得更為重要。要求炮泥非常堅固,因此無水炮泥等堅硬耐火泥料在國內(nèi)外礦熱爐上獲得了廣泛的應(yīng)用。此時,出鐵口的強(qiáng)度提高了,但同時增加了打開出鐵口的難度,這相應(yīng)地提高了對出鐵口開口機(jī)的要求。所以大力提高打開出鐵口操作的機(jī)械化水平及研制新型的高效能開口機(jī)具有重要的意義[1]。開鐵口機(jī)是礦熱爐爐前關(guān)鍵設(shè)備之一,其運(yùn)行效果直接影響到礦熱爐安全生產(chǎn)。隨著礦熱爐強(qiáng)化冶煉工藝技術(shù)的進(jìn)步,礦熱爐利用系數(shù)、產(chǎn)量大幅度提高,鐵口維護(hù)工作日益重要。而保持適宜的鐵口角度,使?fàn)t缸具有適當(dāng)?shù)乃黎F層,有利于保護(hù)爐底；渣鐵較易出凈,泥包比較堅固,鐵口深度波動較小,有利于維護(hù)鐵口[2]。本題目來自工程實(shí)際，具有很高的實(shí)用價值，涉及到機(jī)械、液壓和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識，通過本課題，對現(xiàn)有開口機(jī)存在的問題進(jìn)行改良設(shè)計，優(yōu)化開口機(jī)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，設(shè)計出適用、可靠的新型開口機(jī)。延長了開口機(jī)的使用壽命。通過對上述部分結(jié)構(gòu)改良，并對具體工程項(xiàng)目的設(shè)計過程能有更進(jìn)一步的了解，為以后的工作打下基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)外開鐵口機(jī)相關(guān)研究情況在我國的礦熱爐上，目前廣泛使用的是吊掛型電動式開口機(jī),它是50年代設(shè)計的產(chǎn)品。它一般由9部分組成，如圖1.1所示其中送進(jìn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂2為一工字鋼，它的一端沿水平方向鉸接在固定的座子1上,此座子固定在礦熱爐爐皮上。轉(zhuǎn)臂2的另一端裝有送進(jìn)機(jī)構(gòu)3,借助于該傳動機(jī)構(gòu)和鋼絲繩4拖動小車5在工字鋼的下翼緣上移動。鉆機(jī)本體通過可調(diào)吊桿6懸在小車上,它由電機(jī)7、減速機(jī)8和鉆桿5組成。鉆桿可裝在減速機(jī)的輸出軸上,能隨時拆裝[3]。此類開口機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單,易制造、安裝和調(diào)整,送進(jìn)機(jī)構(gòu)3還可以放在地面上以減輕轉(zhuǎn)臂負(fù)荷.此類開口機(jī)使用很廣泛,但機(jī)械化程度不高,在操作上仍需人工輔助對正后才能開鉆,更換鉆桿也需人工操作這類開口機(jī),在鉆開鐵口的過程中,其鉆桿的中線與水平面間的夾角隨鉆進(jìn)深度的增大而加大,鉆頭前端在出鐵口內(nèi)形成弧形運(yùn)動軌跡如圖1.2,鉆孔質(zhì)量低以這種設(shè)備開鐵口,勞動強(qiáng)度大,速度慢,且不安全,曾多次出現(xiàn)人員傷亡和生產(chǎn)事故。所以,這種開口機(jī)與現(xiàn)代化礦熱爐生產(chǎn)發(fā)展水平是非常不相適應(yīng)的[3]。1-座子2-轉(zhuǎn)臂3-送進(jìn)傳動機(jī)構(gòu)4-鋼繩5-小車6-吊桿7-電動機(jī)8-減速器9-鉆桿圖1.1吊掛型電動開鐵口機(jī)1-機(jī)體2-鉆桿3-出鐵口孔道4-鐵口泥包5-爐墻渣皮6-爐墻圖1.2鉆頭軌跡示意圖多年來,三峽工業(yè)設(shè)計研究院一直從事開口機(jī)國產(chǎn)化的研究與開發(fā)。2006年2月三峽工業(yè)設(shè)計研究院與水鋼、鄂鋼就降低鐵口污染,降低鉆頭、鉆桿、油料消耗,提高正點(diǎn)率、開口率、出鐵率、出鐵均勻率,共同聯(lián)合研制了“低耗、環(huán)保、高效”開口機(jī),并于4月19日成功用于水鋼3號礦熱爐(1350m3),取得了良好效果[4]。十幾年來,三峽工業(yè)設(shè)計研究院設(shè)計改造了適合中國爐況具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的電動、全氣動、液氣結(jié)合式、全液壓等四大系列、十二種機(jī)型的開口機(jī),被煉鐵界稱為“開口機(jī)的世界”。1)20世紀(jì)80年代末期,國內(nèi)引進(jìn)DDS公司第一代開口機(jī)(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(jī),集沖鉆為一體,廣泛應(yīng)用于國內(nèi)1000m3以下礦熱爐。2)20世紀(jì)90年代初期,DDS公司第二代開口機(jī)(CHQ2000)在武鋼3BF使用,采用沖鉆分離式,此機(jī)與CHQ1000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(jī)(CHQ2000L)在昆鋼6BF使用,開口機(jī)轉(zhuǎn)臂為低柱斜座式,此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng),離地面空間小,便于設(shè)備檢修及備件拆換。此外,該機(jī)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以下礦熱爐推廣。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HS573-GH型全液壓開口機(jī),隨著爐前設(shè)備的引人,先后在武鋼6BF、7BF,馬鋼新區(qū)1BF、2BF,韶鋼6BF,太鋼5BF,本鋼6BF、7BF、8BF和寶鋼4BF使用[5]。自2004年,包鋼礦熱爐開口機(jī)氣改液技術(shù)改造工程完成后,該系統(tǒng)一直運(yùn)行平穩(wěn),安全可靠,完全滿足了煉鐵生產(chǎn)工藝的要求[6]。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,但也出現(xiàn)諸多問題。比如:蓄能器氮?dú)庑孤秵栴},蓄能器皮碗易破損問題,旋轉(zhuǎn)齒輪箱潤滑問題,吹掃管尾部霧化水泄露對旋轉(zhuǎn)齒輪浸濕問題,以及振打桿與鉆桿連接處工作狀態(tài)下外泄露水的問題等[5]。為適應(yīng)礦熱爐強(qiáng)化冶煉的需要,國內(nèi)各大鋼鐵公司相繼應(yīng)用了新型現(xiàn)代化開鐵口機(jī)。早在20世紀(jì)80年代初寶鋼1號礦熱爐從日本引進(jìn)了全氣動的懸掛式開鐵口機(jī)；90年代初鞍鋼11號礦熱爐從德國DDS公司引進(jìn)了氣液復(fù)合傳動落地式(高立柱)開鐵口機(jī)；90年代中期上鋼一廠引進(jìn)了英國DAVY公司的開鐵口機(jī)和昆鋼引進(jìn)了盧森堡PW公司的氣液復(fù)合傳動矮式開鐵口機(jī)。這些先進(jìn)技術(shù)不同的典型范例,對我國開發(fā)研制新型現(xiàn)代化開鐵口機(jī)影響較大[7]。目前國內(nèi)應(yīng)用的新型現(xiàn)代化開鐵口機(jī)類型較雜,2000m3以下礦熱爐應(yīng)用落地式矮立柱(全液壓或氣液復(fù)合傳動)類型的開鐵口機(jī)居多,2000m3以上礦熱爐應(yīng)用高立柱類型居多。它們共同的特點(diǎn)是都具有導(dǎo)向軌梁和送進(jìn)機(jī)構(gòu),鉆機(jī)沿著一定角度的傾斜軌道行進(jìn),開出的鐵口孔道和這個角度相同的圓孔,為能夠適應(yīng)堅硬炮泥,鉆機(jī)都具有沖打功能。有的還具有特殊功能:如正、反鉆削,正、逆向沖打等[7]。韶鋼7號礦熱爐爐前使用的開鐵口機(jī)全部都是由德國TMT公司設(shè)計制造的進(jìn)口產(chǎn)品。它主要由液壓缸驅(qū)動大臂旋轉(zhuǎn)、液壓馬達(dá)驅(qū)動小車進(jìn)給、液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和液壓換向閥控制雙向振打機(jī)構(gòu)的全液壓開鐵口機(jī)。它集旋轉(zhuǎn)、雙向振打、吹掃為一體，鉆桿、鉆頭、水霧化為一體。具有功率大、效率高、消耗低、故障少、安全環(huán)保等特點(diǎn)。在其輔助設(shè)施上，配有先進(jìn)的水氣霧冷卻系統(tǒng)和油霧潤滑系統(tǒng)。水氣霧冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的水霧細(xì)膩均勻、壓力高、流量大、使用方便、安全可靠，在鉆進(jìn)過程中給予鉆頭良好的冷卻，有助于形成規(guī)則的細(xì)長孔道，一般情況下可確保一個鉆頭完成開鐵口，便于鐵口維護(hù)，顯著提高開鐵口效率，降低爐前消耗；同時排渣也比較順暢，有良好的除塵效果。油霧潤滑系統(tǒng)大大降低高速旋轉(zhuǎn)的活塞與缸體之間的磨損，也對換向振打的部位起到保護(hù)作用；良好的潤滑效果保證了開鐵口機(jī)鉆進(jìn)和振打力度，進(jìn)一步確保一次性完成開鐵口的成功率[8]。攀鋼煉鐵廠、攀鋼設(shè)計院與中南液壓氣動設(shè)計研究院共同開發(fā)研制了全氣動高立YQJ9020型開鐵口機(jī)。全氣動開鐵口機(jī)結(jié)構(gòu)組成:旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)-固定立柱帶有固定臂,轉(zhuǎn)臂通過氣缸、齒條傳動；折疊與傾動機(jī)構(gòu)-導(dǎo)向軌梁通過氣馬達(dá)能旋轉(zhuǎn)90°；導(dǎo)向軌梁與送進(jìn)機(jī)構(gòu)-導(dǎo)向軌梁。上有鉆沖小車的行走軌道,以保證鉆桿的直線運(yùn)動；鉆沖機(jī)構(gòu)-采用CHQM2000型沖擊鉆機(jī),具有鉆削、正向沖打的功能；操作系統(tǒng)-通過手動閥操作。圖1.3SGK-Ⅲ矮身全液壓開鐵口機(jī)由于設(shè)備停放位置影響爐前安全作業(yè)等問題,通過加長轉(zhuǎn)臂,旋轉(zhuǎn)氣缸改油缸,取消折疊氣馬達(dá)等改進(jìn),于2000年3月在4號礦熱爐南鐵口安裝使用,一次開鐵口成功,同時礦熱爐應(yīng)用了無水炮泥,與簡易電動開鐵口機(jī)比較使用效果較好,但存在氣源凈化不好和壓力波動大,氣動元件易損壞,仍然顯得鉆進(jìn)力小。使用3年多更新為矮式全液壓開鐵口機(jī)[7]。2001年7月在4號礦熱爐北鐵口安裝使用,由于鉆進(jìn)力大,打開堅硬無水炮泥的鐵口時間性短、規(guī)則,且能直接打開鐵口,設(shè)備可靠性高等優(yōu)點(diǎn),很快在其它礦熱爐推廣應(yīng)用,至2004年底全廠4座礦熱爐全部使用了SGK-Ⅲ型全液壓開鐵口機(jī)。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)角度小,停放位置距主鐵溝近,致使鐵口周圍操作空間小[7]。攀鋼新3號礦熱爐有效容積2000m3,有3個鐵口,要求泥炮、開鐵口機(jī)同側(cè)布置,從而留出爐前作業(yè)的空間,SGK-Ⅲ型矮式全液壓開鐵口機(jī)不能滿足泥炮、開鐵口機(jī)同側(cè)布置的要求,在新3號礦熱爐研究應(yīng)用了Z1335DL型全液壓開鐵口機(jī)。該機(jī)能夠與液壓泥炮緊湊布置在爐前主鐵溝的同一側(cè)。其結(jié)構(gòu)合理、工作可靠,操作、維護(hù)簡單方便,能夠適應(yīng)礦熱爐爐前高溫多塵的惡劣環(huán)境[7]。同時，安鋼也在礦熱爐出鐵口設(shè)備上進(jìn)行改造。自2011年6月對6號、7號礦熱爐液壓開口機(jī)進(jìn)行以上改進(jìn)以來，開口機(jī)傾動機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況良好，零部件沒有損壞失效現(xiàn)象，也徹底告別了人工調(diào)整開口機(jī)鉆孔傾角的繁重工作，開口機(jī)軌梁繞轉(zhuǎn)心軸至今也未發(fā)生一起斷裂事故。以上改進(jìn)簡單易行，節(jié)省了大量備品備件費(fèi)用和檢修時間，為礦熱爐正常出鐵提供了保障[9]。天鋼2000m3礦熱爐選用的開鐵口機(jī),采用液壓驅(qū)動大臂的轉(zhuǎn)動,因?yàn)橐簤汗ぷ鲏毫Ω?、運(yùn)行平穩(wěn)、功率大,可較好地防止鉆孔過程中轉(zhuǎn)臂的后移,能夠保證整機(jī)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。而鉆孔機(jī)構(gòu)(開口機(jī))和行走機(jī)構(gòu)則采用氣動形式,體現(xiàn)了開鐵口機(jī)體積小、消耗低、安全性能好,制造費(fèi)用低的優(yōu)勢,是一種比較成熟的技術(shù),已在2000m3礦熱爐上廣泛采用。天鋼3200m3礦熱爐選用的TMT立柱式全液壓式開鐵口機(jī),并配以搖控操作模式,有利于爐前泥炮、揭蓋機(jī)的配置及工藝布置,具有技術(shù)領(lǐng)先、運(yùn)行平穩(wěn)、性能可靠、節(jié)能環(huán)保、操作便利、功率大等諸多優(yōu)勢,因此,在4000m3級以上的礦熱爐上大多采用這種形式,是目前世界上最先進(jìn)的開鐵口機(jī)之一,是礦熱爐爐前設(shè)備的發(fā)展方向。不足之處就是進(jìn)口設(shè)備造價昂貴,一次性投入過高,但目前在國內(nèi)已有廠家可以制造,并在寶鋼開始應(yīng)用,效果良好[10]。世界各國礦熱爐上采用的開鐵口機(jī)型式是多種多樣。礦熱爐開鐵口機(jī)根據(jù)動力源可以分為氣動、電動、液壓三種類型。采用氣動可以較方便地實(shí)現(xiàn)沖打動作,所以氣動開鐵口機(jī)在國外得到了較廣泛的應(yīng)用[11]。從改革開鐵口機(jī)發(fā)展趨勢來看,一般應(yīng)使用吹、鉆、捅三用聯(lián)合的開口機(jī),以提高開鐵口的機(jī)械化水平。國外應(yīng)用較普遍的為雙桿式和換桿式開口機(jī)。鉆孔和捅口雙用的換桿式開鐵口機(jī),在日本的礦熱爐上得到了廣泛應(yīng)用(圖1.4為日本東洋工業(yè)株式會社制造的一種換桿式開口機(jī))這些開鐵口機(jī)大都是壓氣驅(qū)動的遙控丸、采用旋轉(zhuǎn)與沖擊并用的原理進(jìn)行鉆孔作業(yè),并采用換桿機(jī)構(gòu)卸下鉆桿,換上捅桿完成捅口作業(yè)。這種開鐵口機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,可以機(jī)械化遙控操作,避免了燒損鉆頭的情況。不足之處是機(jī)械換桿裝置比較復(fù)雜,并且在爐前要占一定的面積。1-懸吊架2-移送小車3-小車移行導(dǎo)架4-鉆鑿單元組合圖1.4日制換桿式開口機(jī)西歐和美國的不少礦熱爐上,廣泛采用鉆孔與捅口雙用的雙桿式開口機(jī),DDS型圖1.5就是其中性能較好的一種。據(jù)資料介紹,它具有快速、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)等特開口機(jī)具有兩個平行滑座,裝在可移動的托架上。一個滑座上裝有鉆桿及其驅(qū)動裝置,另一滑座上裝有捅桿及其驅(qū)動裝置。這種開口機(jī)打開大型礦熱爐出鐵口僅需兩分鐘。打出的鐵口圓滑平直,且有規(guī)定的傾斜角度。鉆桿與捅桿進(jìn)入鐵口的距離由專門儀器指示。全部操作可在安全區(qū)由一人遠(yuǎn)距離進(jìn)行[12]。1-風(fēng)動馬達(dá)2-滑座3-捅桿4-托架5-轉(zhuǎn)臂6-底座7-鉆頭圖1.5DDS型開鐵口機(jī)30HHI-KR型開鐵口機(jī)鞍鋼1號礦熱爐于1990年大修改造時,安裝了西德DDS公司制造的30HHI-KR型開鐵口機(jī)圖1.6。已與DDS公司制造的泥炮同時引進(jìn),都布置在出鐵口的一側(cè)[13]。1-鉆沖機(jī)構(gòu)2-送進(jìn)機(jī)構(gòu)3-調(diào)整桿4-保持架5-傾動油缸6-聯(lián)結(jié)支座7-導(dǎo)向軌梁8-高度調(diào)整裝置9-調(diào)整桿10-回轉(zhuǎn)臂11-固定臂12-固定立柱圖1.630HHI-KR型開鐵口機(jī)30HP-2K型開鐵口機(jī)30HP-2K型開鐵口機(jī)是湘潭鋼鐵公司從西德引進(jìn)的二手設(shè)備,同屬DDS公司產(chǎn)品.它與泥炮將分別布置在出鐵口的兩側(cè)[13]。1-鉆沖機(jī)構(gòu)2-送進(jìn)機(jī)構(gòu)3-導(dǎo)向軌梁4-立柱5-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6-高度調(diào)整7-換位傾動氣缸8-保持架9-傾動氣缸10-調(diào)整桿11-緩沖器12-回轉(zhuǎn)臂圖1.730HP-2K型開鐵口機(jī)Davy型開鐵口機(jī)Davy型開鐵口機(jī)圖8,由英國DavyMekee公司設(shè)計制造,于1991年3月在上鋼一廠750m3礦熱爐爐前投人使用,它與泥炮同時引進(jìn),并與泥炮同布置在爐前出鐵口的一側(cè)。但布置形式正和30HHI-KR型相反,即泥炮在上,開鐵口機(jī)在下。這種開鐵口機(jī)除回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動外,其余機(jī)構(gòu)都采用氣動[13]。1-錨鉤2-導(dǎo)向軌梁3-傾動氣缸4-三角架5-鉆沖機(jī)構(gòu)6-送進(jìn)機(jī)構(gòu)7-支撐架8-回轉(zhuǎn)臂9-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖1.8Davy型開鐵口機(jī)由于礦熱爐產(chǎn)量的增加,帶來的問題是如何處理這些大量的渣鐵。200米以上礦熱爐在國內(nèi)都是兩個出鐵口,在國外3000米以上礦熱爐均為四個出鐵口。不管是兩個、四個出鐵口,都需要兩個出鐵場。為了使渣鐵運(yùn)輸調(diào)度自由互不干擾,在國外其平面布置多為島式布置。國內(nèi)的礦熱爐,絕大部分是一列布置,且出鐵場均在礦熱爐的一側(cè),位置較窄,尋求多出鐵場在平面布置上困難較大。因此,提礦熱爐前機(jī)械化水平,其意義更為突出[14]。1.3本課題研究的主要內(nèi)容滿足現(xiàn)代化煉鐵的需要利用液壓來控制，從而實(shí)現(xiàn)開口機(jī)效率高，體積小，重量輕，功能多，施工方便，勞動強(qiáng)度小，對開鐵機(jī)的改造和設(shè)計，對煉鐵具有舉足輕重作用。開鐵口機(jī)是礦熱爐煉鐵爐前的重要生產(chǎn)設(shè)備之一，隨著礦熱爐冶煉技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化大型礦熱爐均采用高冶煉強(qiáng)度、高頂壓的冶煉方法。以前的電動、氣動、氣液復(fù)合、電氣復(fù)合、全液壓等幾種類型的開鐵口機(jī),已不適應(yīng)礦熱爐高強(qiáng)度冶煉技術(shù)的要求。因開出鐵口的孔道不規(guī)則，鐵口事故多，而且打開堅硬炮泥的鐵口較困難，阻礙了煉鐵生產(chǎn)的發(fā)展，新型開鐵口機(jī)的研制勢在必行。隨著礦熱爐冶煉技術(shù)的發(fā)展和冶煉強(qiáng)度的提高，現(xiàn)今開鐵口機(jī)正逐步向可靠性強(qiáng)、操作安全性高，控制系統(tǒng)遠(yuǎn)距離人工操作的全液壓新型系統(tǒng)發(fā)展。預(yù)計可能遇到的困難，提出解決問題的方法和措施。本課題研究的主要內(nèi)容有：(1)礦熱爐出鐵口開口機(jī)的設(shè)計；(2)開口機(jī)的鉆孔機(jī)構(gòu)、連桿、懸掛機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等方面選型和計算；(3)驅(qū)動裝置設(shè)計理論及選擇；(4)完成三維建模并能作出運(yùn)行原理動態(tài)圖，最終形成二維工程圖。1.4研究方案開鐵口機(jī)是礦熱爐煉鐵爐前的重要生產(chǎn)設(shè)備之一，隨著礦熱爐冶煉技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化大型礦熱爐均采用高冶煉強(qiáng)度、自動化程度高的冶煉方法.以前的電動、氣動、氣液復(fù)合、電氣復(fù)合、全液壓等幾種類型的開鐵口機(jī),已不適應(yīng)礦熱爐高強(qiáng)度冶煉技術(shù)的要求。1.4.1開口機(jī)研究的類型及方案開鐵口機(jī)按其結(jié)構(gòu)形式可分為6種:吊掛式、框架式、斜座式、高架立柱式、矮座式、折疊式；按其鉆削原理可分為4種:單沖式、單鉆式、沖鉆聯(lián)合式、正反沖鉆聯(lián)合式；按動力源可分為6種:電動式、氣動式、液動式、電氣結(jié)合式、氣液結(jié)合式、電液結(jié)合式[15]。(1)人工開鐵口早期礦熱爐冶煉時，爐前打開鐵口采用釬桿和大錘進(jìn)行人工開鐵口，不僅勞動強(qiáng)度大、環(huán)境惡劣，而且工人安全完全沒有保障。隨著開鐵口機(jī)的出現(xiàn)，這種類似小作坊似的開鐵口方式很快就被淘汰了。(2)電動開鐵口機(jī)電動開鐵口機(jī)主要由擺動機(jī)構(gòu)、送進(jìn)機(jī)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。擺動機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、鋼絲繩及配重等組成，實(shí)現(xiàn)開鐵口機(jī)鉆孔時的左右定位；送進(jìn)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、卷筒、鋼絲繩及小車等組成，實(shí)現(xiàn)開鐵口機(jī)鉆孔時的送進(jìn)功能；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)及鉆桿等組成，它和送進(jìn)機(jī)構(gòu)一起實(shí)現(xiàn)開鐵口機(jī)的鉆削功能。這種開鐵口機(jī)操作簡單、成本相對較低，因性能較差，只能滿足小礦熱爐生產(chǎn)使用。它的不足之處主要體現(xiàn)為：1)鉆進(jìn)速度較低，經(jīng)常因打不開鐵口而靠人工用氧氣燒開鐵口，工人勞動強(qiáng)度大，危險性高；2)由于爐前溫度高、粉塵大等惡劣環(huán)境，類似電機(jī)絕緣降低、減速機(jī)軸承易損等設(shè)備故障率高，維修工作量大；3)開口角度自鎖能力差，打開的鐵口為不規(guī)則形狀，不僅降低出鐵口的強(qiáng)度，甚至?xí)劤稍O(shè)備損壞等重大事故，所以目前也在逐漸被淘汰。(3)氣動開鐵口機(jī)氣動開鐵口機(jī)主要由工作機(jī)構(gòu)、傾動（擺動）機(jī)構(gòu)和控制操作機(jī)構(gòu)組成。工作機(jī)構(gòu)由機(jī)架、沖擊回轉(zhuǎn)開鐵口機(jī)、行走氣動馬達(dá)、鏈輪機(jī)構(gòu)等組成，沖擊回轉(zhuǎn)開鐵口機(jī)的送進(jìn)和退出由行走氣動馬達(dá)通過鏈條傳動實(shí)現(xiàn)；傾動機(jī)構(gòu)由卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、滑輪鋼絲繩組成，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的前進(jìn)和后退；控制操作系統(tǒng)由油霧器、調(diào)壓閥、氣動控制閥、壓力表等組成，控制氣體的壓力、流向等。與電動開鐵口機(jī)相比較，氣動開鐵口機(jī)增加了沖擊、吹掃等功能，鉆頭采用麻花鉆，排屑效果好；開口角度自鎖性得到提高，鉆桿擺動小，不易發(fā)生鉆孔偏心；而它投資小，占用工作空間小等優(yōu)點(diǎn)目前仍得到廣泛應(yīng)用。(4)液壓開鐵口機(jī)液壓開鐵口機(jī)由鉆孔主機(jī)、送進(jìn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和液壓站等組成。鉆孔主機(jī)安裝在行走小車上，由液壓馬達(dá)、蓄能器、換向振打等組成，實(shí)現(xiàn)鉆削和振打雙作用；送進(jìn)機(jī)構(gòu)主要由液壓馬達(dá)、傳動鏈條和行走小車組成，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的前進(jìn)和后退；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓油缸帶動連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開鐵口機(jī)的旋轉(zhuǎn)。另外還增加了鉆桿定位機(jī)構(gòu)、油霧潤滑機(jī)構(gòu)。液壓開鐵口機(jī)具有鉆削、沖擊能量大、鉆孔深度大，結(jié)構(gòu)緊湊輕便，液壓缸保壓性能好，開口角度自鎖能力強(qiáng)、鉆孔圓柱度好，動作靈敏、控制方便、安全性高等優(yōu)點(diǎn)；盡管它占用空間大，成本高，仍在大中型礦熱爐上獲得廣泛地應(yīng)用。(6)氣-液動開鐵口機(jī)氣-液動開鐵口機(jī)多為旋轉(zhuǎn)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，鉆削、進(jìn)給等采用氣動；因旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不能承受較大的沖鉆返退力矩，軌梁前端有錨鉤，通過軌梁繞固定點(diǎn)的升降擺動來實(shí)現(xiàn)掛鉤和脫鉤。根據(jù)設(shè)計理念的不同，也有其他氣液結(jié)合方式的開鐵口機(jī)，此處不作贅述[9]。本方案采用全液壓開鐵口機(jī)機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)有：eq\o\ac(○,1)回轉(zhuǎn)臂，鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)水平可調(diào)，鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)還可仰俯傾斜可調(diào)，因此可方便地調(diào)節(jié)開口的角度和位置，滿足礦熱爐生產(chǎn)的變化需求。eq\o\ac(○,2)鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)中的液壓鑿巖機(jī)具有沖鉆雙動作功能。eq\o\ac(○,3)全液壓操作，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)備重量輕，制造成本低，定位精確，工作效率高，可收折，占地面積小，方便出鐵操作。eq\o\ac(○,4)液壓馬達(dá)安裝在鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)后部，液壓鑿巖機(jī)通過鏈輪條及小車實(shí)現(xiàn)工作送進(jìn)及快速后退。eq\o\ac(○,5)鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)退時采用流體多路回轉(zhuǎn)接頭及全鋼收放鉸系式液壓管線，安全可靠，壽命長。1.5研究方法或?qū)嵤┓桨笇λx定的方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳動系統(tǒng)設(shè)計及限位系統(tǒng)設(shè)計，用三維軟件模擬系統(tǒng)的運(yùn)行。對以下幾部分進(jìn)行分析：eq\o\ac(○,1)選擇恰當(dāng)?shù)拈_口機(jī)設(shè)計參數(shù)；eq\o\ac(○,2)開口機(jī)運(yùn)動受力結(jié)構(gòu)的合理性；eq\o\ac(○,3)開口機(jī)零件的材料選擇，結(jié)構(gòu)合理的布局；eq\o\ac(○,4)裝配圖完整的表達(dá)。2設(shè)計計算2.1鉆頭設(shè)計2.1.1鉆頭設(shè)計鉆頭為硬質(zhì)合金材料1)鉆頭直徑由鐵口直徑?jīng)Q定，在我國已經(jīng)系列化。參照目前國內(nèi)鉆頭直徑選擇鉆頭直徑。D=Φ80mm(2.1)2)鉆頭長度鉆頭長度與鉆頭直徑之比為長徑比i=l/D(2.2)式中：i-長徑比l-鉆頭長度D-鉆頭直徑長徑比i，一般i取2.3~2.7即：i=l/D=2.3~2.7l=(2.3~2.7)×D=(2.3~2.7)×80=184~216mm取l=185mm3)鉆尾直徑鉆尾直徑和鉆頭直徑的比值叫做鉆頭斷面比。j=D/d(2.3)式中：j-斷面比：d-鉆尾直徑：j值一般取值1.7~2.1即：j=D/dd=D/1.7~2.1=80/1.7~2.1=38~47mm鉆尾與鉆頭螺母連接在一起，所以鉆尾設(shè)計成M42的螺紋型。取d=42mm2.1.2鑿巖機(jī)的選擇和送進(jìn)馬達(dá)的校核1)鉆頭D=Φ80mm，轉(zhuǎn)速n=250r/min，開口深度3.5m，采用硬質(zhì)合金鉆頭。鉆頭尺寸如下：鉆頭直徑：D=Φ80mm;鉆尾直徑：d=Φ42mm;刀片個數(shù)：z=2;鐵口碳素料：σcm=1.5kg/mm2;鉆頭推進(jìn)速度：Vn=1m/min;鉆頭切割深度：h=Vn/n×z=2mm/r;切割面積：s1=h×D/z=2×80/2=80mm2;(2.4)鉆頭角速度：ω=π×n/30=3.14×250/30=26.2r/s;(2.5)計算結(jié)果如下表所示：表2.1鉆頭參數(shù)設(shè)主刃外圍磨損寬度：C1mm1.01.52.0主刃磨損端面積：S2=C1D（1-Δ2）/4sinφ/2mm221.932.8543.8副刃磨損端面積：S2′=C1DΔ2/4sinφ/2mm213.4320.1526.86合計端面積：mm235.335370.66主刃磨損端面的壓力：P2=C1Dσcm（1-Δ2）/4sinφ/2kg32.6849.065.34副刃磨損端面的壓力：P2′=C1DσcmΔ2/4sinφ/2kg9.5714.3619.15主刃磨損端面摩擦力：F2=P2ukg16.3424.532.67副刃磨損端面摩擦力：F2′=P2′ukg4.787.189.57主切削力：P1=KσcmS122.9334.4045.86主切削力產(chǎn)生的摩擦力：F=P1ukg11.4717.222.93軸向總推進(jìn)力：P=(F1+P2sinφ/2+P2′sinφ/2)z165.7248.5369.7主切削主力矩：M1=DP1Z/4kg?m1.912.7523.67主刃摩擦力矩：M2=F2RS2zkg?m1.141.722.29副刃摩擦力矩：M2′=F2’RS2’zkg?m0.330.500.67總阻力矩：Mkg?m3.384.976.63不均勻系數(shù)：λ1.151.151.15傳動機(jī)械效率：η0.90.90.9需要功率：kW1.111.632.18由上述的參數(shù)可得，所需的扭矩應(yīng)為6.63kg?m,需要鉆孔深度3.5m,鉆頭直徑80mm，所以，根據(jù)所需鑿巖機(jī)為YGZ90型，其技術(shù)參數(shù)如下：表2.2YGZ90型鑿巖機(jī)參數(shù)型號YGZ90釬桿回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形式雙向外回轉(zhuǎn)可調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)配氣機(jī)構(gòu)形式無閥機(jī)重90氣缸直徑125活塞行程60活塞重量7使用氣壓5~7使用水壓4~6使用沖擊頻率1900~2000氣壓沖擊力200為扭矩110~1205kg/cm2耗氣量11時釬桿轉(zhuǎn)數(shù)0~250鉆孔直徑50~80鉆孔深度30鉆尾規(guī)格Φ42×97氣管內(nèi)徑?jīng)_38回25水管內(nèi)徑19外形尺寸750×355×3032)送進(jìn)馬達(dá)的選擇：送進(jìn)馬達(dá)的主要作用是推動鉆機(jī)向前并使之對壓鉆體有一定的壓靠力。由第一個表得知：軸向總推力：Pmax=369.7×10=3697N在后面得到鏈輪的直徑：d=147.2mm故減速器軸輸出的力矩為：M≥P?d/2=544.2N?m(2.6)則：N=M?n/9550=1.37kW(2.7)查閱相關(guān)資料的減速機(jī)效率：η=0.89則需要的馬達(dá)功率：P=N/η=1.54kW(2.8)而所需馬達(dá)：P′=5.8kW>1.54kW所以符合要求。2.2鏈及鏈輪2.2.1鏈初設(shè)鏈輪直徑為150mm1)鏈的運(yùn)行速度vv=2πrn/i×60=0.09m/s(2.9)由于鏈速v<0.6m/s所以應(yīng)按低速鏈靜強(qiáng)度校核查得公式：S′=Qmin/KA?FA≥4~82)查閱相關(guān)資料得：KA=1.3而Ff=1000P/v=2.4×104NQmin≥(4~8)F×KA=1.248×104~2.496×104N根據(jù)機(jī)械設(shè)計表，選擇鏈為24A雙排滾子鏈Q(jìng)min=249100N適合所要求的靜強(qiáng)度，主要尺寸如下P=38.1mm，Pf=48.87mmd1=22.23mmb1=25.22mmb2=35.46mmb3=96.3mmh2=36.2mm2.2.2鏈輪主要幾何尺寸計算1)大鏈輪a.確定齒數(shù)根據(jù)公式d=d′=P/sin180°/z可得z=180°/arcsinP/d=12.23取z=12b.精確計算主要幾何尺寸分度圓直徑：d=d′=P/sin180°/z=147.2mm齒頂圓直徑：damax=d+1.25P-d1=172.595mmdamin=d+(1-1.6P/z)-d1=120.89mmda=P(0.54+cot180°/z)=162.77mm齒根圓直徑：df=d-d1=124.97mm齒側(cè)凸緣：dr<P?ctg180°/z-1.04h2-0.76=103.78mm齒寬：由P=38.1>12.7mmbf1=0.93b1=23.45mmbf2=Pf+bf1=72.32mmPf=bf2-bf1=48.87mmra=0.04P=1.524mmB=2ra+bf2=72.248mm取B=75mm齒側(cè)半徑：rλ=P=38.1mm圖2.1鏈的尺寸齒溝圓弧半徑：r1=0.5025d1+0.05=11.22mm齒溝半角：α/2=55°-60°/2=50°工作段圓弧中心o2坐標(biāo)M=0.8d1sinα/2=13.62mmT=0.8d1cosα/2=11.43mm工作段圓弧半徑：r2=1.3025d1+0.05=29.00mm工作段圓弧中心角：β=18°-56°/2=13.3°工作段圓弧中心o3坐標(biāo)W=1.3d1cos180°/z=27.91mmV=1.3d1sin180°/z=7.84mm齒形半角：γ/2=17°-64°/2=11.7°齒頂圓弧半徑：r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-0.05=16.60mm工作段直線部分長度：bc=d1(1.3sinγ/2-0.8sinβ)=1.77mme點(diǎn)至齒溝圓弧中心連線的距離：P0=P(1+2r1-d1/d)=38.1mm (2.10)=16.30mm圖2.2三圓弧一直線型鏈輪2)小鏈輪對應(yīng)尺寸計算a.根據(jù)需要選擇小鏈輪齒數(shù)z=9b.精確計算小鏈輪的主要幾何尺寸分度圓直徑d=d′=P/sin180°/z=111.4mm齒頂圓直徑damax=d+1.25P-d1=139.975mmdamin=d+(1-1.6P/z)-d1=125.37mmda=P(0.54+cot180°/z)=125.25mm齒根圓直徑df=d-d1=92.35mm齒側(cè)凸緣：dr<P·ctg180°/z-1.04h2-0.76=72.53mm齒寬：bf1=0.93b1=17.72mmbf2=Pf+bf1=66.16mmPf=bf2-bf1=42.44mmra=0.04P=1.524mmB=2ra+bf2=69.2mm取B=75mm齒溝圓弧半徑：r1=0.5025d1+0.05=9.62mm齒溝半角：α/2=55°-60°/2=48.33°工作段圓弧中心o2坐標(biāo)M=0.8d1sinα/2=11.38mmT=0.8d1cosα/2=10.13mm工作段圓弧半徑：r2=1.3025d1+0.05=24.86mm工作段圓弧中心角：β=18°-56°/2=11.78°工作段圓弧中心o3坐標(biāo)W=1.3d1cos180°/2=23.27mmV=1.3d1sin180°/2=8.47mm齒形半角：γ/2=17°-64°/2=9.89°齒頂圓弧半徑：r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-0.05=14.45mm工作段直線部分長度：bc=d1(1.3sinγ/2-0.8sinβ)=1.14mme點(diǎn)至齒溝圓弧中心連線的距離：P0=P(1+2r1-d1/d)=38.2mm(2.11)=14.25mm2.3小車的校核計算：2.3.1車輪最大輪壓：1)小車質(zhì)量取一個估計值Gc=4000N起重量Q=7000N故Pmax=(Q+Gc)/6=1830N車輪最小輪壓（即無起重重量時）故Pmin=Gc/6=667N2)初選小車車輪當(dāng)運(yùn)行速度小于60m/min時Q/Gc=1.75>1.6工作級別為中級時，車輪直徑Dc=250mm由車輪直徑系列，初步選擇車輪直徑Dc=136mm3)強(qiáng)度驗(yàn)算按車輪與軌道為線接觸和點(diǎn)接觸兩種情況驗(yàn)算車輪強(qiáng)度Pc=(2Pmax+Pmin)/3=1442N車輪材料選擇ZG340-60，材料參數(shù)為：σk=340MPaσb=640MPa線接觸局部擠壓強(qiáng)度Pc′=k1pclc1c2式中：k1-許用線接觸應(yīng)用系數(shù)，查表得k1=6l-車輪與軌道有效接觸長度，取l=40mmc1-轉(zhuǎn)數(shù)系數(shù)，由表查得車輪轉(zhuǎn)速nc=v/πD=10.7rp?m時，c1=0.96c2-工作級別系數(shù)，當(dāng)為M5級別時，c2=1Pc′=k1pclc1c2Pc′=3864N>Pc符合要求4)點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度Pc″=k2R2lc1c2/m2式中：k2-許用線接觸應(yīng)用系數(shù)，查表得k2=6R-曲率半徑，車輪與軌道曲率半徑中的大值m-由r/R比值所確定的系數(shù)，r/R=50/68=0.74,查m=0.47故Pc″=k2R2lc1c2/m2=7811.44mm車輪r1=D/2=136/2=68mm軌道曲率半徑r2=50mm故取值R=68mmPc″>Pc，符合要求。所選小車輪直徑D=136mm.2.3.2運(yùn)行阻力計算摩擦阻力矩MmMm=(Q+Gc)(k+μβd/2)(2.12)式中：Mm-摩擦阻力矩d-軸承內(nèi)外徑平均值由所選軸承型號為205，軸承內(nèi)外徑平均值d=（25+52)/2=38.5mmk-滾動軸承摩擦系數(shù)，查得k=0.0005μ-軸承摩擦系數(shù)，查得μ=0.02β-附加阻力系數(shù)，查得β=2.0代入公式得：Mm=(Q+Gc)(k+μβd/2)=19.47N?m運(yùn)行摩擦阻力:Pm=2Mm/D=286N當(dāng)無載時Mm′=Gc(k+μβd/2)=7.08N?mPm=2Mm/D=104N2.4梁的校核1)由于作用在梁上的所有力基本上作用于縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)的一條曲線上，所以我們可把彎曲歸結(jié)為平面彎曲，以便簡化運(yùn)算。受力情況如下圖2.3所示：圖2.3梁的受力已知：P1=9800N，P2=1960N，求反力R1，R2由∑Y=0，因此R1+R2=P1+P2由∑M=0，因此4700R1=4100P1+540P2,求得R1=8774N,R2=2986N則有彎矩圖如圖2.4所示圖2.4梁的受力分析2)強(qiáng)度校核a.彎曲校核彎曲正應(yīng)力計算公式：σ=MY/Iz式中：σ-正應(yīng)力M-該截面上的彎矩Iz-該截面對中性軸的慣性矩最大彎曲正應(yīng)力計算σmax=MmaxYmax/Iz=M/Wz式中：Wz-抗彎截面模量Wz=Iz/YmaxWz=(BH3-6h3)/6H(2.13)式中：B=220mmH=180mmb=220-6.5=213.5mmh=148mm故Wz=(BH3-6h3)/6H=5.47×105最大彎矩點(diǎn)c點(diǎn)Mmax=5264Nm則σ=M/Wz=9.62N/mm2b.剪切校核剪應(yīng)力計算公式：τ=QSc″/Izd式中：d-腹板的厚度Iz-工字鋼截面對中性軸的慣性矩Sc″-所求應(yīng)力點(diǎn)到截面邊緣間的面積對中性軸z的靜矩剪應(yīng)力在腹板的分布是拋物線分布。如圖2.5所示：上翼梁下翼梁圖2.5剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力仍在截面中性軸上，其值為τ=QmaxScmax″/IzdScmax″=b0h/2其中Iz/Scmax″可從型鋼表查出則當(dāng)在B點(diǎn)時有Q最大，在此點(diǎn)時候有最大剪應(yīng)力。Qmax=8774NIz=(BH3-6h3)/12=4.92×107Scmax″=b0h/2=481mm2故τ=QmaxScmax″/Izd=0.132N/mm2<60符合要求。3結(jié)構(gòu)設(shè)計分析3.1整體機(jī)構(gòu)礦熱爐開鐵口機(jī)的主要機(jī)構(gòu)組成部分如下圖4.1所示。109182374561-送進(jìn)機(jī)構(gòu)2-鉆沖小車3-連桿機(jī)構(gòu)4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5-旋轉(zhuǎn)油缸6-底座7-擋塊8-軌梁9-轉(zhuǎn)臂10-油馬達(dá)圖3.1礦熱爐出鐵口開鐵口機(jī)其中，鉆沖小車2裝有液壓鑿巖機(jī)，由擺線油馬達(dá)和沖擊器組成。擺線油馬達(dá)使鉆桿旋轉(zhuǎn)，沖擊器使鉆桿產(chǎn)生高頻直線沖打。油馬達(dá)和沖擊器單獨(dú)供壓力油，有各自的手動換向閥操作，鉆削和沖打可以同時進(jìn)行，也可以分別進(jìn)行。液壓鑿巖機(jī)緊固在走行小車上，小車裝有四個走行輪，沿軌梁槽鋼8的下緣走行。依靠軌梁8尾部上方的送進(jìn)油馬達(dá)10通過鏈條牽引，使沖鉆小車走行。通過調(diào)節(jié)送進(jìn)油馬達(dá)供油的流量，可以實(shí)現(xiàn)鉆沖小車的慢行和快退。軌梁尾部的導(dǎo)向鏈輪上裝有拉緊螺桿，調(diào)節(jié)拉緊螺桿可以調(diào)節(jié)牽引鏈條的張緊程度。軌梁8的前端上部裝有擋塊7，開鐵口機(jī)的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到開孔位置時，軌梁前端的擋塊7撞到礦熱爐爐殼上的支承墩，并壓緊支承墩。鉆沖小車工作時，軌梁前端的擋塊7始終壓緊礦熱爐爐殼上的支承墩，使鉆桿鉆孔和沖打時軌梁8不致晃動。開鐵口機(jī)的轉(zhuǎn)臂9由活塞式油缸5通過桿機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)動。正常的工作程序是：旋轉(zhuǎn)油缸5的無桿腔供壓力油，轉(zhuǎn)臂9和軌梁8向開鐵口位置旋轉(zhuǎn)，當(dāng)軌梁前端的擋塊7壓住礦熱爐爐殼上的支承墩時，轉(zhuǎn)臂停止旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)油缸無桿腔的油壓上升，達(dá)到系統(tǒng)溢流壓力時溢流，旋轉(zhuǎn)油缸中的壓力油保壓。使開鐵口機(jī)在鉆削，沖打過程中軌梁前端的擋塊7壓住礦熱爐爐殼上的支承墩。鉆沖小車開口完畢后，送進(jìn)機(jī)構(gòu)的油馬達(dá)10使鉆沖小車快速后退。鉆桿退出鐵口后旋轉(zhuǎn)油缸5的有桿腔供壓力油，轉(zhuǎn)臂9和軌梁8反向旋轉(zhuǎn)至非工作位置。通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的節(jié)流閥，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)油缸的供油流量，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4中裝有連桿機(jī)構(gòu)3，其作用是轉(zhuǎn)臂正向旋轉(zhuǎn)至開口位置時，軌梁前端端部走近似直線，可以保證當(dāng)桿機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)因磨損而間隙加大時，鉆頭不會左右搖擺，能始終對準(zhǔn)鐵口。轉(zhuǎn)臂反向旋轉(zhuǎn)時，連桿機(jī)構(gòu)3可以實(shí)現(xiàn)軌梁8的旋轉(zhuǎn)角度大于轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)角度。3.2鉆孔機(jī)構(gòu)液壓鉆孔機(jī)構(gòu)又稱液壓鑿巖機(jī)，由鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和沖擊器兩部分組成。鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由擺線油馬達(dá)通過一對齒輪，使鉆桿旋轉(zhuǎn)。沖擊器的工作原理如圖4.2、圖4.3所示。沖擊活塞2沿軸向作高頻往復(fù)運(yùn)動,連續(xù)沖擊鉆桿5的尾部,使鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊沖打。沖擊活塞運(yùn)動方向的改變是通過筒狀滑閥3的位置移動來實(shí)現(xiàn)的。沖擊活塞2和筒狀滑閥3均利用差動油缸的原理。沖擊活塞2的前腔面積小于后腔面積。筒狀滑閥3上的面積b>c(a+c>b)。圖4.2所示位置是沖擊活塞處于最左端,沖打鉆桿時的位置。這時筒狀滑閥處于最右端位置,信號孔P、Q接通,并和回油路接通,a面積上沒有油壓,由于面積b>c,這時筒狀滑閥開始向左移動,移動到左端位置時,沖擊活塞的后腔與壓力油路斷開,而與回油路接通如圖4.3,沖擊活塞前腔受壓力油作用,開始向右移動,當(dāng)移動到前腔與信號孔P接通時,筒狀滑閥上的面積a上有壓力油,由于(a+c)>b,故筒狀滑閥向右移動,移動到將沖擊活塞前后腔油路接通如圖4.2,因前腔面積小于后腔面積,故沖擊活塞向前運(yùn)動,直到撞到鉆桿尾部為止。這樣連續(xù)往復(fù)循環(huán),便得到了沖擊活塞的高頻往復(fù)運(yùn)動。3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式開鐵口機(jī)的軌梁長度均在4～5m以上,為了保證開鐵口機(jī)每次旋轉(zhuǎn)到開鐵口位置時,都能停在出鐵口中心線的垂直平面內(nèi),旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中設(shè)有四桿機(jī)構(gòu),使軌梁在接近開鐵口的工作位置時,能夠做近似直線運(yùn)動。即使桿機(jī)構(gòu)因磨損而出現(xiàn)間隙加大,轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)誤差,軌梁也能始終處于出鐵口中心線的垂直平面內(nèi)。合理設(shè)計這個四桿機(jī)構(gòu)的參數(shù),將轉(zhuǎn)臂制成鉸接的兩段,就可方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)到非工作位置時,軌梁與轉(zhuǎn)臂間的折疊。沖擊油缸2-沖擊活塞3-筒狀滑閥4-蓄能器