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1绪论1．1高炉液压泥炮的发展随着世界各国炼铁高炉设备的不断更新换代，用于堵塞高炉出铁口的电动泥炮逐渐被液压泥炮所取代，这是由于液压泥炮具有打泥推力大，动作灵活，操作方便等优势。我国从改革开放以来，在新建的一些高炉中也引进一批国外不同类型的液压泥炮。但为了尽快改变我国高炉炉前设备落后状况，制造适合我国现有高炉条件能代替电动泥炮的液压泥炮，成为重要课题和紧迫任务。在此形势下，北京钢铁学院(后改名为北京科技大学)等单位从一九八三年就开始调研和设计。而为了推动液压泥炮的研制，并使其能迅速转入实际应用，在冶金部机动司和科研司的组织下，由北京钢铁学院、鞍山钢铁集团公司、西安冶金机械厂、北京冶金液压机械厂、攀枝花钢铁公司、包头钢铁公司等单位组成从科研设计、制造到使用的“一条龙’’研制联合体。联合体集中了主管部门、科研院校、制造厂家及使用单位的智慧，发挥了各方面的作用和积极性，使整个研制应用工作进展迅速。设计定型的BG300型液压泥炮于一九八五年六月制成，于十一月十五日起在攀枝花钢铁公司二号高炉上投入使用。使用效果达到预期的设计目的，又于一九八六年四月在攀钢现场通过了冶金部组织的技术鉴定，至此我国各大型冶金机械加工厂开始投入批量生产[1]。1．2选题背景及意义液压泥炮是高炉出铁后，将炮泥压出堵住出铁口的设备，液压泥炮既要堵满很长的出铁孔通道，又要修补炉内前墙，同时炮嘴要有合理的运行轨迹。随着高炉高压操作和高炉大型化的发展，无水炮泥的应用，泥炮从最早期的蒸汽泥炮发展到电动泥炮以及目前广泛使用的液压泥炮。由于液压泥炮具备了很大的推力和容量，同时又便于炉前风口操作，运行安全可靠，因此液压泥炮得到了广泛的推广[2]。液压泥炮的类型很多，为了获得炉前风口的完整性，液压泥炮的设计高度已经逐渐减小，国内外典型的矮式液压泥炮有Pw型、MHG型、IHI型、BG型和DDS型。设计主要针对产品为DDS型液压泥炮，由于铁厂特殊的生产环境，液压泥炮的质量及上线时间至关重要。液压泥炮在高炉使用寿命上的好坏，将直接影响能否保证铁口正常除铁运行，而与液压泥炮寿命息息相关的是设计一套合理的液压打泥机构和旋转机构。1.3研制开发主要内容通过研究各种泥炮的优缺点发现DDS型泥炮，不仅在结构密封性上和体积上都优于其他的液压泥炮。考虑到未来社会发展的需要，因此设计制造一台用于17503m高炉的堵铁口机（DDS型液压泥炮）。要求充分利用现阶段各种对泥炮的的打泥机构和旋转机构等的优化设计。1．4文献综述本文主要参考的文献资料有吕和平著的《液压泥炮机构的设计计算》、朱允言、高泽标著的《液压泥炮旋转机构的参数分析》、刘美仙攥写的《浅谈液压系统中的密封装置》、严允进主编的《炼铁机械》和成大先主编的《机械设计手册—液压传动》2泥炮结构及工作原理简介现代高炉堵出铁口采用专门的设备一泥炮进行。由于高炉的大型化和高压化，在设置泥炮时应满足下列要求：(1)泥炮的泥缸应有足够的容量，储泥量应能保证一次堵住出铁口；(2)泥缸活塞应有足够的推力，以克服堵口泥受到的最大阻力，将泥分布在炉缸内壁上；(3)炮嘴应有一定的运动轨迹，在进入出铁口泥套时应沿直线运动，避免损坏泥套，在工作位置上应有一定的倾角；(4)工作安全可靠，并可进行远距离操纵。根据驱动方式，泥炮可分为气动式、电动式和液压式三种。气动泥炮由于活塞推力小，工作不稳定而被淘汰。2．1电动泥炮电动泥炮有丝杠移动式和螺母移动式两种。图2．1为国1为255m3以上高炉广泛使用的丝杆移动丽带动活塞移动的电动泥炮。其主要机构有：打泥机构l、压紧机构2、回转机构3和锁紧机构4[3]。图2．1电动泥炮总图Fig2．1ElectricMudGungeneralplan2．1．1打泥机构打泥机构如图2．2所示，它由电动机1通过极限限力矩联轴节2和轴3相连。齿轮4固定在轴3上，它通过两组空套在轴上的双联齿轮5和10将运动传给齿轮9，而齿轮9装在与丝杠配合的铜螺母7上，由螺母转动而带动丝杠6和活塞8作往复运动，完成打泥动作。图中齿轮11用于测量活塞行程[4]。图2．2电动泥炮的打泥机构Fig2．2playingmudbodyofElectricMudGun2．1．2压紧机构压紧机构的作用是使泥炮的炮嘴按一定的角度插入出铁口，并使泥炮在堵出铁口时，把泥炮的炮嘴压紧在出铁口的泥套上。压紧机构(图2．3)由炮架1、小车2，带有丝杠4的锥齿轮传动3，极限力矩联轴节5和电动机6组成。炮身刚性地吊挂在小车2上。炮架1上开有导向槽7，小车2的走行轮8通过螺母沿此导向槽运行，以保证泥炮的炮嘴沿所需的倾角插入出铁口。压紧动作由电动机6经极限力矩联轴节5和锥齿轮传动3使具有梯形螺纹的丝杠4转动，带动固定于小车2前轮轴上的螺母作往复运动，从而将带着炮身的小车2推向或离开出铁口。图2．3电动泥炮的压紧机构Fig2．3pressedbodiesofElectricMudGun2．1．3锁紧机构当炮架回转到靠近出铁口时，需将炮架连同炮身锁在炉皮的钩座内，以补充压紧机构由于压紧力不足，从而避免推泥反力过大而造成跑泥现象。锁炮时(图2．3)，利用前端斜面作用，碰上自动挂钩。当堵口完毕时，用电磁铁10将钩子9提起，然后将炮身转离出铁口[5]。2．1．4回转机构堵出铁口时，由回转机构将悬挂在它上面的打泥机构和压紧机构等准确地旋转至出铁口，泥炮的回转运动由电动机通过蜗轮、蜗杆传动，使带有悬臂的空心圆柱绕固定立柱旋转。我国第一重机厂为适应大型高炉的需要，设计制造了推力为212t的螺母作往复运动的电动泥炮(图2．4)。这种泥炮的特点是，对打泥机构作了较大的改进。它由泥缸1，内部有固定螺母3的柱塞2、减速器4、旋转丝杆5和电动机6组成。当丝杆旋转时，螺母和柱塞作往复运动。这种泥炮的其它机构与丝杆移动式电动泥炮相似。该结构特点是采用适当减小泥缸直径来降低打泥速度，以获得较高的活塞压力(达7．85MPa)，而打泥机构的电动机功率仅为40KW。电动泥炮能满足生产要求，但实际使用中还存在下列问题：①外型尺寸大，特别是高度太高，使出铁口附近的风口更换困难；②打泥活塞推力不足，特别是采用无水炮泥时；③丝杠及螺母磨损快、更换困难等[6]。因此，近年来国内外液压泥炮得到了广泛应用。图2．4螺母作往复运动的电动泥炮Fig2．4nutforreciprocatingmotionofElectricMudGun2．2液压泥炮液压泥炮与电动泥炮相比具有以下优点：打泥推力大，打泥致密，能适应高炉高压操作；压紧力稳定，使炮嘴与泥套压紧可靠，不易漏泥；结构紧凑，高度小，便于操作等。液压泥炮存在的主要问题是：需要有承受高压的液压元件，并且制造精度要求高等。国内设计的第一台液压泥炮是在电动泥炮的基础上经过改造而成的，即将原有用电动机、电磁铁驱动的四个动作改为由液压油缸驱动，由于其它部件没有多大变化，故也称为液压高炮。这种泥炮仍存在泥炮的高度高，不能在风口平台下面操作，而且回转机构的油缸易磨损等问题[7]。液压泥炮在国外也得到了迅速地发展，目前比较有代表性的液压泥炮有MHG型、IHI型、PW型、BG型和DDS型。这里着重介绍MHG型液压泥炮。2．2．1PW型泥炮Pw型液压泥炮是卢森堡设计的，它由打泥机构、回转机构和液压系统组成，压炮和锁紧机构由回转机构代替。如图2．5所示，它采用了独特的倾斜固定支柱，转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置，回转机构是四杆机构，采用液压缸驱动，密封性能好，其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近，油缸外露，占地空间较大[8]。图2．5PW型泥炮外形结构示意图Fig2．5schematicdiagramofPWtypeHydraulicMudGunshape2．2．2IHI型泥炮IHI型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司研制的，它是由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统组成。如图2．6所示，其回转机构采用了油马达驱动，由独立的锁紧装置锁紧，压炮机构用杆件系统实现，它的压炮轨迹可以迅速实现下降或抬起，接近铁钩时间很短，不宜烧坏炮嘴并且高度较小，但是，结构台复杂，回转机构采用液压马达驱动，密封性能较差[9]。图2．6IHI型泥炮外形结构示意图Fig2．6schematicdiagramoflHItypeMudGunshape2．2．3MHG型液压泥炮MHG型液压泥炮是由日本三菱重工公司设计制造的。其结构如图2．7所示，由打泥机构l、压紧机构2、回转机构3、锁紧装置4和液压装置5组成。我国宝钢l号高炉就采用了这种液压泥炮[10]。图2．7MHG型液压泥炮外形结构示意图Fig2．7schematicdiagramofMHGtypeHydraulicMudGunshape表2．1MHG型泥炮主要技术特性Table2．1maintechniccharacteristicofMHGstyleMudGun2．2．4BG型液压泥炮BG型液压泥炮(图2．8)是国内新研制的泥炮，它综合了现有泥炮的优点。BG型液压泥炮由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统等组成。BG型泥炮与国内外的液压泥炮比较，具有结构新颖紧凑、重量轻、高度小和工作可靠等优点。(1)打泥机构BG型泥炮的打泥机构与MHG型泥炮的打泥机构基本相同。图2．8BG型液压矮泥炮卜炮身；2一冷却板；3一走行轮；4-11形框架：5一压炮油缸；6一转臂；7一机座；8一回转油缸；9一炮嘴；10一泥套；11一导向槽；12一固定轴Fig2．8BGtypeHydraulicDwarfMudGun(2)压炮机构BG型泥炮压紧机构与原有电动泥炮的压紧机构相比较作了很大改进，由两液压缸5驱动车轮在导向槽内运动，使炮身在前进时，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。带有导向槽1l的门形框架4与转臂6刚性连接，导向槽11的角度是固定的，但炮身1和走行轮3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。(3)回转机构BG型泥炮回转机构(图2．9)采用活塞式油缸8和连杆机构使转臂6旋转，回转油缸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12回转。固定轴装在框架式机座中。图2．9BG型泥炮回转机构简图卜炮身；2一冷却板；3一走行轮：4-ru形框架；5一压炮油缸；6一转臂；7一机座；8一回转油缸；9一炮嘴；10-泥套；11-导向槽；12-固定轴Fig2．9schematicdiagramofBGtypeMudGunrotaryBG型泥炮与其它液压泥炮相比较，其优点为：①外形尺寸小，车轮装在炮身上，使泥炮的总高度降低为1762衄低于MHG泥炮和其它液压泥炮，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快和阻力大的问题；②回转机构采用活塞式油缸和连杆机构，取消了MHG型泥炮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，回转油缸以补压的方法保证打泥时炮嘴压紧在出铁口泥套中，因此可取消现有泥炮的锁紧机构。2。2．5DOS型液压泥炮DDS型液压泥炮由德国DDS公司设计制造，其结构和外形示意图如图2．10。它由打泥机构、回转机构和液压系统组成，压炮和锁紧机构由回转机构所代替。图2．10DDS型泥炮结构和外形示意图Fig2．10schematicdiagramofDDStypeMudGunstructureandshapeDDS型液压泥炮的设计类同于PW型泥炮，其不同之处在于回转油缸放置于回转臂内部，如图2．11所示。图2．11DDS型液压泥炮外形示意简图Fig2．11diagrammaticillustrationofDDStypeHydraulicMudGunshapeDDS型液压泥炮也采用了独特的倾斜固定支柱，转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置，回转机构由双四杆机构组成，如图2．12所示，采用油缸驱动，密封性能好，由于油缸置于转臂内，占地空间较小，结构紧凑，其不足之处是炮嘴的运行