武钢一炼钢连铸切割小车液压系统设计 毕业设计.doc
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1、毕 业 (设 计) 论 文 题 目:武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计 学 院: 机械自动化学院 专 业: 机电一体化 学 号: 201103386036 学生姓名: 张枭雄 指导教师: 黄浩老师 日 期: 2014.4-2014.5 摘 要 连铸即为连续铸钢的简称,其具体流程如下:钢水不断地通过水冷结晶器,凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出,经喷水冷却,全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中,使用钢水凝固成型有两种方法:传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比,连铸技术具有大幅提高金属收得
2、率和铸坯质量,节约能源等显著优势。Abstract Continuous casting is referred to as continuous casting, the specific process is as follows: molten steel through a water-cooled mold, the cemented hard shell from the bottom of the mold outlet continuous pull out all solidified and cut into billets casting, water spray to
3、coolprocess. In the steel plant production of various kinds of steel products, the solidification of molten steel molding in two ways: the traditional mold casting method and the continuous casting method. The continuous casting technology in the 1950s in the United States and Europe is a direct cas
4、ting of molten steel forming the advanced technology. Compared with traditional methods, continuous casting technology with a substantial increase in metal yield and casting quality, energy conservation and other significant advantages.Key words: Continuous casting production; hydraulic drive; secur
5、ity目 录1 绪论11.1 背景及工艺11.2 设计任务11.2 .1 题目名称11.2 .2 主要技术参数及要求11.3 设计方案22 液压系统的计算与选型22.1 系统工作压力的确定22.2 执行元件的计算与选型32.2.1 升降液压缸32.2.2 旋转液压缸42.3 执行元件速度的计算52.4 执行元件流量的计算62.4.1 升降液压缸62.4.2 旋转液压缸62.5 绘制液压系统工况图62.5.1 流量循环图62.6 动力元件的计算与选型72.6.1 液压泵的选型72.6.2 电动机的选型72.7 控制元件的计算与选型72.7.1 升降液压缸回路82.7.2 旋转液压缸回路型93 液
6、压辅助件103.1 油箱的选择103.2 蓄能器的选择113.3 滤油器的选择123.4 冷却器的选择143.5 加热器的选择163.6 管道的选择173.6.1 管子的分类173.6.2 管子的计算与选择184 液压系统性能验算205 液压站的设计205.1 液压站得结构设计205.2 液压叠加回路设计215.3 液压系统的安装225.4 管路的安装与清洗235.5 液压系统的维护236 结束语23致谢24参考文献251 绪论 1.1 背景及工艺如图1.1所示为连铸机的系统,连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成。其主要的生产流程为:将装有精炼好钢水的钢
7、包运至回转台,回转台转动到浇注位置后,将钢水注入中间包,中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一,它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用,将结晶器内的铸件拉出,经冷却、电磁搅拌后,切割成一定长度的板坯。连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。图1.1 连铸机结构示意图铸铁经过水平连铸方法生产的型材,无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷,其表面平整,铸坯尺寸精度高(土L 0mm)无需表面粗加工,即可用于加工各种零件。特别是铸铁型材组织致密,灰铸铁型材石墨细小强度高,球铁型材石墨球细小园整,机械性能兼有
8、高强度与高韧性结合的优点。目前国际上铸铁型材已广泛运用到制造液压阀体,高耐压零件,齿轮、轴、柱塞、印刷机辊轴及纺织机零部件。在汽车、内燃机、液压、机床、纺织、印刷、制冷等行业有广泛用途。1.2 设计任务 1.2.1 题目名称 武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计 1.2.2 主要技术参数及要求 1、切割枪夹紧油缸行程200mm,负载5T; 2、切割枪抬起油缸行程500mm,负载5T; 3、系统最高工作压力不高于20MPa; 4、系统应能完成连铸尾切割工艺过程要求。1.3 设计方案 此次设计主要是对连铸切割液压系统的设计。在现代工业生产中,自动化程度越来越高,而液压系统也因为其易于实现自动化,又易于
9、实现过载保护,在工作平稳,可无级调速等优点而被广泛应用。在连铸切割控制和动作方面采用液压系统是发展趋势,现在也已经广泛应用于实践中,其液压系统的设计要求要更安全、更可靠,而且要求能够平稳、准确地完成连铸切割的一系列动作。 一般炼钢连铸车间分为炼钢区和连铸区两部分,分别对应炼钢、连铸两个专业。连铸区一般分为出坯跨、铸坯横移跨、切割跨、浇铸跨;与炼钢区的吊车比较吊车吨位小、轨面标高低,只有在浇铸跨吊车会达到160t、轨面标高30m左右。厂房内主要工艺结构主要有:连铸机平台和一些小的设备平台。炼钢区一般分为钢水接收跨、转炉跨、加料跨、铁水预处理和废钢跨(此跨也有可能是独立单层厂房)。其中加料跨和钢水
10、接收跨吊车吨位较大,根据转炉大小的不同(30300t),最大的吊车起重量480t,轨面标高30m左右;其中转炉平台处屋面高度达到6070m。厂房内主要工艺结构有:LF平台、RH平台、铁水预处理平台、铁水倒罐坑等。2 液压系统计算与选型2.1 系统工作压力的确定压力的选择要根据载荷的大小和设备而定,同时需要考虑执行元件的装配空间,经济条件及元件供应情况的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必要加大执行元件的尺寸,反之,压力选得太高,对缸、阀等元件的材质,密封,制造、精度等要求也高3。压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失。初步确定系统工作压力为P,任务书中要求系统最高工作压力不高于20
11、MPa,考虑到系统工作压力应比最高工作压力低10%20%,系统的最小工作压力应比最高工作压力低30% 40%。,故取系统最小工作压力为Pmin=16MPa,取系统的最大工作压力为Pmax=20MPa。,在本设计中取系统实际工作压力P1=18MPa作为工作压力来计算选型。2.2 执行元件的计算与选型 连铸的生产工艺流程:将装有精炼好钢水的钢包运至回转台,回转台转动到浇注位置后,将钢水注入中间包,中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一,它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶震动装置共同作用,将结晶器内的铸件拉出,经冷却、电磁搅拌后,切割成一定长度的板坯。 火焰切割
12、的主要参数是指气体压力、气体消耗量、切割速度及最小切割长度等,可参照下列计算结合实际作适当修正后选用。 铸坯厚度:H=120mm 定尺寸长度:9.7m 拉矫速度=4.0m/min =0.067m/s 定尺拉坯时间:T=(9.7/4)60=145.5s1) 气体压力(切割操作台前) 切割氧 0.6 1MPa; 预热氧 0.2 0.6MPa; 乙 炔 49 98kPa; 天然气 98 196kPa2.气体消耗量(按一个切割枪)(1)切割氧的消耗量 (3.1)式中 温度系数(见表3.1)温度系数铸坯温度40060080010000.70.550.450.3521.51.514004505005800
13、.0040.00320.00250.0022因为铸坯温度为800:,所以=0.45, =1.5,=500,=0.0025 =0.4512010=64 (2)预热乙炔消耗量 (3.2) =1.50.0075120=2.4 (3)预热氧消耗量 =(2.4 3.2) (3.3) =(2.4 3.2)2.4=(5.76 7.68)3.预热时间 (min) (3.4) =0.0025(120+40)=0.4min=24s4切割速度 (mm/min) (3.5) 500120=380mm/min6.3mm/s5.切割时间 =120/6.3=18.9s6.小车返回时间 小车质量M=200kg 滚动摩擦因数u
14、=0.007 重锤质量m=10kg取重力加速度g=9.8N/kg 小车摩擦力f=0.0072009.8=13.72N mgf=(M+m)a (3.6) 109.813.72(200+10)a a=0.41m/ (+ )= (3.7) 0.067(24+18.9)=0.50.41 返回时间 =3.7s 定尺拉坯时间T=145.5S + + =24+18.9+3.7=46.6S 因此定尺拉坯时间远大于预热时间、切割时间、返回时间总和。2.3火焰切割机的机构火焰切割机通常由切割机构、同步机构、返回机构、断面检测器、定尺机构及氧、乙炔管路系统等部分组成。切割机一般都做成小车型式,故也有称之为切割小车。
15、前四部分通常都布置在小车上,只有定尺机构是在铸坯下面辊道中间,而输送电、气和水的管道则是通过软管导入小车中。在切割铸坯时,同步机构夹住铸坯,铸坯带动切割小车同步运行并切割铸坯。切割完毕,夹持器松开,返回机构使下车快速返回。切割速度随铸坯温度及厚度而调整。2.3.1切割机构 切割机构是火焰切割装置的关键部分,它主要由切割枪及其传动机构组成。要实现横向切割铸坯,切割枪必须能沿整个铸坯宽度方向移动以切断铸坯。为切割不同厚度的铸坯,需调整切割枪的切割嘴与铸坯表面的垂直距离,故切割枪还应能做垂直方向的运动。(1)切割枪 切割枪切割时先把铸坯预热到熔点,再用高速氧气流把熔化的金属吹去,形成切缝。切割枪是火
16、焰切割装置的主体部件,它直接影响切缝质量、切割速度和操作的稳定与可靠性。切割枪由枪体和切割嘴两部3分组成,且关键是切割嘴。切割嘴依预热氧及预热燃气混合位置的不同,大致可分为以下三种型式: 1)枪内混合式:预热氧气和燃气在切割枪内混合,喷出后燃烧。 2)内混式:预热氧气和燃气在切割枪端的切割嘴内混合,喷出后燃烧。 3)外混式:预热氧气和燃气分别经单独孔道喷出切割嘴后在大气中混合燃烧。前两种切割枪的火焰内有短的白色火焰,只有充分接近铸坯时才能切割。外混式切割枪其火焰的焰心为白色长线状,一般切割嘴距铸件50mm即可切割。这种切割枪长时间使用割嘴不会过热;切缝小而且切割表面平整,金属损耗小;因预热洋气
17、和燃气喷出后在空气中混合燃烧,不会产生回火、灭火,工作安全可靠,并且长时间使用切割嘴不会产生过热。常用于切割1001200厚的铸坯。本次设计采用的外混式。外混式切割枪,它形成的火焰焰心为白色长线状,切割嘴可距铸坯50100mm内切割;外混式切割枪具有铸坯热清理效率高,切缝小,切割枪寿命长等优点。切割枪是用铜合金制造,并通水冷却。一般当铸坯宽度小于600mm时,用单枪切割;宽度大于600mm的铸坯,用双枪切割。但要求两支切割枪在同一条直线上移动,以防切缝不齐。切割时割枪应能横向运动和升降运动。当铸坯宽大于300mm时,切割枪可以平移,见图a,当坯宽小于300mm时,割枪可做平移或扇形运动,见图b
18、,割枪的扇形运动的一个优点是切割先从铸坯角部开始,使角部得到预热有利于缩短切割时间,同时在板坯切割时先做约 5的扇形运动,割枪转到垂直位置后,再做快速平移运动,见图C。 图3.2割枪运动(2) 切割枪的传动 切割时,切割枪应作与铸坯运动方向垂直的横向运动。为了实现这种横向运动,可采用齿条传动、螺旋传动、链传动或液压传动等。可此设计采用螺旋传动。2.3.2电机的选择由于切割速度主要随铸坯的温度和厚度而变化,故以选用直流电动机为宜,一般都采用低速进行切割,切断后切割枪高速返回。从理论上计算的电动机功率通常都在0.30.7kw,而在具体选用时,往往都选用0.7kw左右的电动机,以防因工作条件恶劣一旦
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