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單驅(qū)動(dòng)移蓋機(jī)設(shè)計(jì)
摘要：隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋼鐵生產(chǎn)過程中高爐鐵水出口區(qū)的操作及管理提出了更高的要求。從提高裝備水平、改善鐵口區(qū)及風(fēng)口區(qū)的操作條件和除塵效果、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等方面考慮，爐前移蓋機(jī)已在大型高爐爐前操作上充分體現(xiàn)出了它的優(yōu)越性，移蓋機(jī)是現(xiàn)代高爐爐前必不可少的主要設(shè)備之一，它的結(jié)構(gòu)型式及性能對高爐爐前的操作、布置、除塵等均有直接的影響。在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，根據(jù)高爐的不同條件設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)穎、動(dòng)作靈活、可靠性好、操作維護(hù)方便的移蓋機(jī)已是爐前設(shè)備走向先進(jìn)化和現(xiàn)代化的大勢所趨，根據(jù)國內(nèi)外移蓋機(jī)現(xiàn)狀，針對上述問題，本設(shè)計(jì)選定為落地式專用移蓋機(jī)。為四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，整機(jī)使用壽命長，維修方便。
關(guān)鍵字：移蓋機(jī)；單驅(qū)動(dòng)；四桿機(jī)構(gòu)；液壓
ABSTRACT With the rapid development of steel industry blast furnace molten iron in the iron and steel production process export zone, operating and management put forward higher request. From raising iron KouOu and the equipment level, to improve the operating conditions and the dust removal effect, reduce the labor intensity of workers and so on into consideration, the furnace forward cover before the machine has been in large blast furnace operation fully embodies its superiority, move the machine at one of the main equipment is essential before modern blast furnace, its structure and properties of blast furnace operation, before decorate, dust, etc all have direct influence. In modern iron and steel production, according to the different conditions of blast furnace design clever structure, flexible motion, good reliability, easy operation and maintenance of moving cover machine is already before the furnace equipment to advanced and modern, the trend of The Times, according to the situation of off shoring domestic machine, according to the above problem, this design selected for the floor dedicated machine. For four-bar linkage, simple structure, less wearing parts, the machine have long service life, convenient maintenance.
Key words: moving cover machine; Single drive; Four-bar linkage; The hydraulic
目 錄
單驅(qū)動(dòng)移蓋機(jī)設(shè)計(jì) 1
目 錄 3
1.引言
1.1. 高爐爐前移蓋機(jī)的產(chǎn)生 5
1.2. 國內(nèi)外移蓋機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 5
1.3. 國內(nèi)外專用移蓋機(jī)的形式與特點(diǎn) 8
1.3.1. 國內(nèi)外專用移蓋機(jī)的形式 8
1.3.2. 移蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 10
1.4. 移蓋機(jī)的發(fā)展趨勢和展望 11
2. 課題背景及開展研究的意義 12
2.1. 課題背景 12
2.2. 開展研究的意義 12
2.3. 設(shè)計(jì)思路和方案確定 13
3. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.1. 機(jī)構(gòu)總體布置 17
3.2. 運(yùn)用實(shí)體建立模型； 17
3.3. 運(yùn)動(dòng)仿真 18
3.4. 應(yīng)力分析 20
3.5. 強(qiáng)度校核 21
4. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.1. 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案： 24
4.2. 制定液壓系統(tǒng)的基本方案 24
4.2.1. 確定液壓缸的類型 25
4.2.2. 確定液壓缸的安裝方式 25
4.2.3. 缸蓋聯(lián)接的類型 25
4.2.4. 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 26
4.2.5. 液壓源系統(tǒng) 26
4.3. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 26
4.3.1. 載荷的組成與計(jì)算： 26
4.4. 液壓缸 31
4.4.1. 初選系統(tǒng)壓力 31
4.4.2. 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 32
4.4.3. 確定液壓泵的參數(shù) 34
4.4.4. 管道尺寸的確定 35
4.4.5. 油箱容量的確定 36
4.4.6. 缸體 36
4.4.7. 活塞 37
4.4.8. 活塞桿 38
4.5. 液壓原理圖 40
5. 安裝及維護(hù) 42
5.1. 設(shè)備安裝 42
5.1.1. 安裝形式 42
5.1.2. 設(shè)備的重心確定 42
5.1.3. 膨脹螺栓選型、設(shè)計(jì) 42
5.1.4. 膨脹螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算 43
5.1.5. 安裝方法 43
5.2. 液壓管路安裝 43
5.3. 液壓管路配管 45
5.4. 液壓閥類元件安裝 46
5.5. 液壓泵安裝 47
5.6. 液壓缸安裝 47
5.7. 液壓系統(tǒng)維護(hù)的主要內(nèi)容 48
5.7.1. 具體內(nèi)容 48
5.7.2. 處理方法 48
5.7.3. 檢查過程說明 50
參 考 文 獻(xiàn) 53
致謝 55
1. 引言
1.1. 高爐爐前移蓋機(jī)的產(chǎn)生
隨著現(xiàn)代煉鐵新技術(shù)的發(fā)展, 高爐的容積和風(fēng)口平臺(tái)出鐵場呈現(xiàn)出大型化的趨勢, 而高爐的大型化以及文明環(huán)保生產(chǎn), 則對高爐的爐前機(jī)械化提出了新的更高要求。為了減少高爐出鐵場渣鐵溝處逸出的粉塵和煙氣，降低高爐爐前工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以及改善現(xiàn)場操作環(huán)境，在大中型高爐的渣鐵溝上均設(shè)有溝蓋板，然而在使用開鐵口機(jī)打開鐵口并使用泥炮封堵出鐵口時(shí), 主鐵溝溝蓋板在開鐵口以及堵鐵口時(shí)需要被移開，從而為開鐵口機(jī)和泥炮讓出操作空間?；谶@個(gè)目的，就產(chǎn)生了專門用于起吊和移放主溝蓋的專用設(shè)備——移蓋機(jī)（又稱揭蓋機(jī)）。國內(nèi)外的高爐生產(chǎn)實(shí)踐證明, 移蓋機(jī)是現(xiàn)代化大型高爐實(shí)現(xiàn)爐前機(jī)械化所不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備之一。
高爐主鐵溝的爐前移蓋機(jī)是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的高爐爐前新設(shè)備，其主要結(jié)構(gòu)有車架、提升機(jī)構(gòu)、走行機(jī)構(gòu)和接近開關(guān)。移蓋機(jī)在發(fā)展初期，無論是國內(nèi)還是國外，主要采用的形式是氣動(dòng)懸掛式的。然而經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐,，氣動(dòng)懸掛式移蓋機(jī)暴露出了一些問題,：受氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式的限制，該型移蓋機(jī)的外形體積較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故障隱患點(diǎn)也多，制造加工的難度大，安裝檢修苦難等。針對這些暴露的問題，國內(nèi)外專家們又研制出來液壓驅(qū)動(dòng)的移蓋機(jī)，液壓式移蓋機(jī)與氣動(dòng)式相比，具有以下的特點(diǎn)：（1）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對簡單、桿件的幾何尺寸合理、整體結(jié)構(gòu)緊湊、車體強(qiáng)度高、設(shè)備重量輕。（2)采用全液壓驅(qū)動(dòng), 可以用液壓缸來完成溝蓋的提升和車體的走行動(dòng)作, 運(yùn)行平穩(wěn)且無沖擊, 操作控制容易。（3)在機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)中設(shè)置了多重的保護(hù)裝置, 因而保證了動(dòng)作的安全性和可靠性。
1.2. 國內(nèi)外移蓋機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
高爐爐前渣鐵溝上設(shè)溝蓋板是控制出鐵場煙塵排放、減少污染以及改善操作條件的基礎(chǔ)。而主鐵溝的第一段溝蓋需要在開、堵鐵口時(shí)被移開，從而讓出泥炮和開口機(jī)工作所需的位置，操縱這段溝蓋的移蓋機(jī)(或稱揭蓋機(jī))是爐前的主要設(shè)備之一。目前在用的揭蓋機(jī)主要可以分為懸臂吊式和專用移蓋機(jī)兩大類。在國外，絕大多數(shù)的高爐都使用的是多種型式的專用揭蓋機(jī)，然而在國內(nèi)任然有近50座1000 m3以上的高爐(包括寶鋼1、2號高爐在內(nèi))，絕大多數(shù)采用的是懸臂吊式移蓋機(jī)。
懸臂吊式這類移蓋機(jī)的特點(diǎn)是它與溝蓋板間以較長的鋼絲繩或鏈子等柔性件相聯(lián)接，目前國內(nèi)在用的這類設(shè)備主要有以下幾種形式：1)無小車行走機(jī)構(gòu)的墻式懸臂吊(唐鋼1260m3高爐)；2)無小車行走機(jī)構(gòu)的柱式懸臂吊(馬鋼2500m3高爐)；3)有小車行走機(jī)構(gòu)的墻式懸臂吊(寶鋼1、2號高爐)。
專用移蓋機(jī)的特點(diǎn)是它與溝蓋板間大都采用的是剛性聯(lián)接，目前國內(nèi)外在用的主要由以下幾種形式：1)氣動(dòng)或液壓橫移臺(tái)車式移蓋機(jī)。這類移蓋機(jī)在風(fēng)口平臺(tái)下面設(shè)兩根直軌道，臺(tái)車沿軌道行走，臺(tái)車上具有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和溝蓋升降杠桿。目前日、德、英等國的多家公司就是生產(chǎn)這種設(shè)備，如下圖l所示
圖1 橫移臺(tái)車式移蓋機(jī)
l—升鉤；2—提升杠桿；3—提升缸；4—行走輪；5—頂輪；6—側(cè)輪；7—走行氣馬達(dá)；
8—傳動(dòng)鏈；9—旋轉(zhuǎn)臺(tái)架；10—旋轉(zhuǎn)氣缸
2）液壓連桿式揭蓋機(jī)。這類移蓋機(jī)通過兩套連桿機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)溝蓋的升降與橫移，設(shè)備基礎(chǔ)則在出鐵場上，有的帶有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。德國DDS公司、盧森堡PW公司(現(xiàn)在兩家公司已經(jīng)合并為TMT公司)等就是生產(chǎn)的這種設(shè)備，目前改型設(shè)備已用于歐洲和韓國的多座高爐上，如下圖2所示
圖2 液壓連桿式移蓋機(jī)
吊鉤帶回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)且與行走小車間為硬聯(lián)接的墻式懸臂吊移蓋機(jī)。這種設(shè)備早在70年代就已經(jīng)用于日本的高爐了，1998年千葉6號高爐大修時(shí)就采用了機(jī)構(gòu)與之相似的移蓋機(jī)，因?yàn)樵摳郀t鐵口夾角較小(只有45度)，一臺(tái)移蓋機(jī)就能操縱相鄰兩條主溝上的溝蓋了。如下圖3所示
圖3 吊鉤帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的懸臂吊式移蓋機(jī)
芬蘭RAUTARUUKKI廠采用了類似伸縮式的全液壓汽車吊的移蓋機(jī)。改型移蓋機(jī)使用的時(shí)候，溝蓋掛在主臂頭部，主臂可以伸縮、傾動(dòng)以及回轉(zhuǎn)，同時(shí)移蓋機(jī)布置在風(fēng)口平臺(tái)外側(cè)的出鐵場上。
西班牙有兩座2731m3的高爐則采用了升降一回轉(zhuǎn)式的移蓋機(jī)，移蓋機(jī)設(shè)在出鐵場上。
兩類移蓋機(jī)之間進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)懸臂吊式移蓋機(jī)除了移動(dòng)溝蓋外，還可用于其它作業(yè)，但它與專用移蓋機(jī)相比具有以下兩點(diǎn)不足：
1）前者需要在溝蓋中部上方的風(fēng)口平臺(tái)處開個(gè)豁口，使該處風(fēng)口平臺(tái)變得窄小。然而因?yàn)椴僮骺臻g狹小以及主溝的熱輻射作用，導(dǎo)致了風(fēng)口設(shè)備的日常檢查與更換的工作環(huán)境很差。比如寶鋼1、2號高爐采用的是懸臂吊式移蓋機(jī)，高爐主溝上方風(fēng)口平臺(tái)最窄處寬度僅為2.1m，小于換風(fēng)口機(jī)軌道的長度，因此檢修風(fēng)口設(shè)備時(shí)需要加上活動(dòng)蓋板，十分的不方便。
2)設(shè)備與溝蓋間采用的是柔性件相聯(lián)，因此操作中不可避免地會(huì)存在溝蓋晃動(dòng)的不穩(wěn)現(xiàn)象，溝蓋就位比較煩鎖、費(fèi)時(shí)，溝邊濺渣相對較多。
通過對比和國內(nèi)外的實(shí)踐證明，專用移蓋機(jī)比懸臂吊式移蓋機(jī)具有更加明顯的優(yōu)勢與特點(diǎn)，它在世界高爐爐前生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛。
1.3. 國內(nèi)外專用移蓋機(jī)的形式與特點(diǎn)
1.3.1. 國內(nèi)外專用移蓋機(jī)的形式
根據(jù)不同的高爐大小以及出鐵場的布局特點(diǎn)，目前國內(nèi)外出鐵場處的專用移蓋機(jī)大小和型號種類較多，但總的來說有兩種形式：一種是懸掛式移蓋機(jī)，這種移蓋機(jī)安裝在風(fēng)口平臺(tái)下沿，沿軌道移動(dòng)杠桿升降，其主要?jiǎng)幼鳛楦軛U升降，小車行走及回轉(zhuǎn)。韓國光陽的高爐以及寶鋼3號高爐就是采用了這種設(shè)備。此種設(shè)備可以采用氣動(dòng)或液壓來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如下圖4和5所示：
8
7
6
5
1
3
4
2
圖4 液壓懸掛式
1—油缸；2—曲臂；3—緩沖器；4—驅(qū)動(dòng)裝置；
5—吊掛小車；6—連桿；7—掛板；8—溝蓋
圖5 氣動(dòng)懸掛式
l—升鉤；2—提升杠桿；3—提升缸；4—行走輪；5—頂輪；6—側(cè)輪；7—走行氣馬達(dá)；8—傳動(dòng)鏈；9—旋轉(zhuǎn)臺(tái)架；10—旋轉(zhuǎn)氣缸
另一種是落地式移蓋機(jī)，這種移蓋機(jī)則坐落在出鐵場平臺(tái)上，杠桿機(jī)構(gòu)采用液壓來驅(qū)動(dòng)，它主要以德國DDS（現(xiàn)已和PW合并成為TMT公司）生產(chǎn)的設(shè)備為代表，其主要?jiǎng)幼鳛闄C(jī)座回轉(zhuǎn)，主臂伸縮及升降，目前歐洲大部分的高爐以及國內(nèi)主要的大中型高爐采用的是這種設(shè)備。如下圖6所示：
圖6 液壓落地式
1—起吊油缸；2—位移油缸；3—底座；4—曲臂；5—大臂
以上兩種設(shè)備與溝蓋板均采用硬連接，能較好的解決懸臂吊車在操作中產(chǎn)生的問題，從而使這種設(shè)備在世界各大高爐上得以迅速推廣。
1.3.2. 移蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
在現(xiàn)代出鐵場處，為了防止高爐出鐵的時(shí)候鐵水及其熱輻射侵蝕高爐的爐前設(shè)備，如泥炮、開口機(jī)還有高爐的風(fēng)口平臺(tái)，會(huì)在鐵口正前方設(shè)置一個(gè)適當(dāng)重量的鐵溝蓋。出鐵時(shí)，我們需要將該溝蓋蓋在鐵溝上方從而將鐵溝與周圍的環(huán)境隔開，減少對周圍環(huán)境的熱輻射作用，堵鐵口的時(shí)候，需要再把溝蓋撤回，而移蓋機(jī)就是用來移放鐵溝蓋的設(shè)備。
如下圖4所示，這是一個(gè)懸臂式全液壓式的移蓋機(jī)工作簡圖：移蓋機(jī)主要由走行油缸，拖鏈，提升機(jī)構(gòu)，車架以及導(dǎo)軌等組成。走行油缸一端與車架相連，另一端固定在風(fēng)口平臺(tái)下鋼梁上，由提升油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成的升降機(jī)構(gòu)連接在車架內(nèi)，車架通過四個(gè)車輪懸掛在與風(fēng)口平臺(tái)下鋼梁相固定的軌道上，液壓系統(tǒng)通過裝有高壓軟管的拖鏈與移蓋機(jī)相連，從而保證其行走自如。當(dāng)鐵口打開后，先將提升機(jī)構(gòu)落下并將溝蓋掛上并提起，然后走行油缸將推動(dòng)車架把溝蓋移動(dòng)至鐵溝正上方，再將溝蓋下落蓋在鐵溝沿上，之后移蓋機(jī)撤走。同理，堵鐵口的時(shí)候，移蓋機(jī)將把溝蓋掛起并提起撤回至地面，從而使泥炮能順利上去堵住鐵口。
圖4 移蓋機(jī)的工作簡圖
1.4. 移蓋機(jī)的發(fā)展趨勢和展望
隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋼鐵生產(chǎn)過程中高爐鐵水出口區(qū)的操作及管理提出了更高的要求。從提高裝備水平、改善鐵口區(qū)及風(fēng)口區(qū)的操作條件和除塵效果、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等方面考慮，爐前移蓋機(jī)已在大型高爐爐前操作上充分體現(xiàn)出了它的優(yōu)越性。
由于移蓋機(jī)的工作環(huán)境及其惡劣：高溫、多塵且空間狹小。此外當(dāng)移蓋機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)直接影響高爐的出鐵，從而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此要求在設(shè)計(jì)移蓋機(jī)的時(shí)候，移蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)盡量簡單，可靠性要好，能保證長期在惡劣的環(huán)境下工作，并且便于平時(shí)的維護(hù)和維修。
總之，移蓋機(jī)是現(xiàn)代高爐爐前必不可少的主要設(shè)備之一，它的結(jié)構(gòu)型式及性能對高爐爐前的操作、布置、除塵等均有直接的影響。在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，根據(jù)高爐的不同條件設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)穎、動(dòng)作靈活、可靠性好、操作維護(hù)方便的移蓋機(jī)已是爐前設(shè)備走向先進(jìn)化和現(xiàn)代化的大勢所趨.
2. 課題背景及開展研究的意義
2.1. 課題背景
眾所周知，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，國家和企業(yè)已不單單只關(guān)注產(chǎn)能和效益了，我們同時(shí)對生產(chǎn)作業(yè)中的操作環(huán)境以及生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染也越來越重視。無論是國內(nèi)還是國外，鋼鐵生產(chǎn)永遠(yuǎn)都是這個(gè)國家整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)鏈的基礎(chǔ)，而高爐煉鐵又可以說是鋼鐵生產(chǎn)鏈中的基礎(chǔ)。然而煉鐵廠的生產(chǎn)環(huán)境之惡劣又是大家所關(guān)心和擔(dān)憂的地方。當(dāng)前，隨著國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃的實(shí)施，我國正在逐步淘汰能耗過高的小型高爐，整合資源進(jìn)行大中型高爐改建、擴(kuò)建、新建，從而達(dá)到節(jié)能降耗、優(yōu)化資源、高效利用的目的。同時(shí)，為了積極響應(yīng)國家對環(huán)境保護(hù)的號召，各鋼廠在生產(chǎn)過程中不斷提出環(huán)保措施，積極改善各生產(chǎn)廠的工作環(huán)境和污染排放。
而在高爐煉鐵廠，出鐵場環(huán)境可以說是非常惡劣的。原因是在高爐煉鐵的生產(chǎn)過程中，高爐出鐵溝是高溫鐵水或熔渣流經(jīng)的通道，其襯體主要受鐵水、熔渣及微量元素的沖刷侵蝕及浸潤。這要求出鐵溝需要使用耐火材料，該材料不僅要對渣鐵水的侵蝕性有較強(qiáng)的抵抗性，而且抗高溫的性能也要好。同時(shí)，煙氣、灰塵、粉粒等對周圍具有一定的污染作用，因此出鐵場環(huán)境較為惡劣。
為了改善出鐵口的生產(chǎn)環(huán)境和減少對大氣的污染排放，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)基本均采用溝蓋來防塵，效果比較明顯，顯著的改善了相對惡劣的爐前工作環(huán)境，對于人體和設(shè)備的保養(yǎng)都起到了一定的保護(hù)作用。在高爐渣鐵溝上設(shè)溝蓋雖然是控制出鐵場煙塵、減少污染、改善操作條件的基礎(chǔ)，但主鐵溝的溝蓋板在開、堵鐵口時(shí)需要移開，從而讓出泥炮、開口機(jī)工作的所需位置，為了解決這一問題，專家們就研制出了一種專門設(shè)備——移蓋機(jī)。
2.2. 開展研究的意義
當(dāng)前國內(nèi)有不少高爐煉鐵廠使用的一些移蓋機(jī)，特別是氣動(dòng)式的的移蓋機(jī)普遍存在以下一些問題：（1）由于移蓋機(jī)的走行軌道上常因出鐵噴濺，鐵渣產(chǎn)生附加阻力，盡管有是四輪驅(qū)動(dòng)的小車，但有時(shí)仍走行不順；（2)有些高爐的溝蓋設(shè)計(jì)重量為10噸，移蓋機(jī)的提升力設(shè)計(jì)為12 噸，由于溝蓋與鐵渣粘接等因素，導(dǎo)致移蓋機(jī)的提升力偏??；（3)因氣缸速度不易控制，溝蓋慣性大，造成旋轉(zhuǎn)氣缸損壞；（4)由于爐前溫度高，給設(shè)備的潤滑帶來問題。此外這些移蓋機(jī)普遍還帶有結(jié)構(gòu)笨重，造價(jià)偏高，高溫下可靠性不夠，維修維護(hù)不夠方便等問題，針對這些問題，本次課題希望能在老師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出一種既滿足技術(shù)要求，又結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，動(dòng)作靈活，可靠性較好的單驅(qū)動(dòng)液壓落地式移蓋機(jī)。通過此次的研究和設(shè)計(jì)，對我國高爐爐前設(shè)備的國產(chǎn)化具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，現(xiàn)階段我國國內(nèi)的高爐爐前設(shè)備普遍都是國外廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，價(jià)格昂貴，維護(hù)和維修又不方便，該型移蓋機(jī)若能設(shè)計(jì)成功，將有可能大大縮小爐前設(shè)備的投資成本，并能逐步擺脫我國鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備對國外的依賴，這對如今不是特別景氣的鋼鐵行業(yè)無疑具有比較好的意義。
2.3. 設(shè)計(jì)思路和方案確定
移蓋機(jī)作為高爐爐前重要設(shè)備，具有以下的特點(diǎn)：
(1)工作環(huán)境極其惡劣：高溫、多塵以及空間狹??；
(2)若設(shè)備發(fā)生故障，則會(huì)直接影響高爐的出鐵；
(3)移蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、性能與爐前設(shè)備的布置狀況、爐前操作、風(fēng)口平臺(tái)布置以及風(fēng)口設(shè)備檢修更換等都密切相關(guān)；
(4)要能能把溝蓋移到足夠遠(yuǎn)處，以便于進(jìn)行鐵口、主溝的維修操作。需要更換溝蓋的時(shí)候，能方便地把溝蓋移到出鐵場的吊車作業(yè)區(qū)內(nèi)。
移蓋機(jī)除了具有以上的特點(diǎn)外，還應(yīng)具備以下的功能：
(1)設(shè)備穩(wěn)定性要好，要能在惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定的工作；
設(shè)備高度要低(這里指的是高于出鐵口中心線部分，該處風(fēng)口平臺(tái)不開豁口；
(3)移蓋機(jī)與主溝蓋之間最好能采用硬聯(lián)接方式，因?yàn)檫@樣能實(shí)現(xiàn)溝蓋迅速又準(zhǔn)確的就位；
(4)要能把溝蓋移到足夠遠(yuǎn)處，以便于進(jìn)行鐵口、主溝維修操作。需要更換溝蓋的時(shí)候，能方便地把溝蓋移到出鐵場的吊車作業(yè)區(qū)內(nèi)。
根據(jù)國內(nèi)外移蓋機(jī)現(xiàn)狀，針對上述問題，本設(shè)計(jì)選定為落地式專用移蓋機(jī)。為四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，整機(jī)使用壽命長，維修方便，
本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是油缸的受力和布置。先對以下四種方案進(jìn)行分析：
方案一：如下圖，提升高度600，橫向移動(dòng)距離2857，提升軌跡的角度大于45.6度，油缸固定在四桿中固定桿中部。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，工作狀態(tài)為油缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸內(nèi)部壓力小。
缺點(diǎn)：油缸離溝蓋距離較小，受到熱影響大，油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對較?。蛔髠?cè)桿件為受壓部件，不能調(diào)節(jié)長度，應(yīng)對復(fù)雜情況的能力差。
方案二：如下圖，提升高度600，橫向移動(dòng)距離2857，提升軌跡的角度大于45.6度，油缸固定在四桿中固定桿中部并向上移。
優(yōu)點(diǎn)：工作狀態(tài)為油缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸內(nèi)部壓力小油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對最大。
缺點(diǎn)：油缸離溝蓋距離較小，受到熱影響大，油缸固定位置受限，橫向尺寸大；左側(cè)桿件為受壓部件，不能調(diào)節(jié)長度，應(yīng)對復(fù)雜情況的能力差。
方案三：如下圖，提升高度600，橫向移動(dòng)距離2857，提升軌跡的角度大于45.6度，油缸固定在四桿中固定桿外部。
方案三：如下圖，提升高度600，橫向移動(dòng)距離2857，提升軌跡的角度大于45.6度，油缸固定在四桿中固定桿中部外側(cè)。
優(yōu)點(diǎn)：油缸離溝蓋距離較大，受到熱影響小。
缺點(diǎn)：占地面積大，工作狀態(tài)為油缸小腔受力，可使相同作用力下，油缸內(nèi)部壓力大，油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對較??；左側(cè)桿件為受壓部件，不能調(diào)節(jié)長度，應(yīng)對復(fù)雜情況的能力差。
方案四：如下圖，提升高度600，橫向移動(dòng)距離2857，提升軌跡的角度大于45.6度，油缸固定在四桿中固定桿內(nèi)部部。
優(yōu)點(diǎn)：油缸離溝蓋距離較大，受到熱影響小；右側(cè)桿件為受拉部件，可以設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)長度的桿件，能應(yīng)對復(fù)雜情況的，抵消誤差和不利因素的影響。
缺點(diǎn)：油缸離溝蓋距離較小，受到熱影響大，油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對較小。
對以上四種方案進(jìn)行分析，方案一工作狀態(tài)為油缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸內(nèi)部壓力小油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對較大。方案二工作狀態(tài)為油缸大腔受力，可使相同作用力下，油缸內(nèi)部壓力小油缸在整個(gè)運(yùn)行過程中，力臂相對最大。但是，油缸固定位置受限，使橫向尺寸大，占地面積大，不能滿足窄小空間的要求。方案三上，油缸離溝蓋距離較大，受到熱影響小，可是同時(shí)存在占地面積大，受力狀態(tài)差的缺點(diǎn)，而方案四，從力臂上略處劣勢，但是從空間布置上，和對復(fù)雜情況的適應(yīng)性強(qiáng)，綜合分析，選定為最優(yōu)方案，也是本設(shè)計(jì)的最終方案。
3. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1. 機(jī)構(gòu)總體布置
其余詳細(xì)部分見工程圖.
3.2. 運(yùn)用實(shí)體建立模型；
本機(jī)構(gòu)運(yùn)用pro/E軟件的關(guān)聯(lián)性，通過至上而下設(shè)計(jì)方法，逐步建立整套實(shí)體模型，實(shí)體三視圖如下：
主要由底座、撐桿、拉桿、主梁和液壓系統(tǒng)組成。
3.3. 運(yùn)動(dòng)仿真
在實(shí)體模型里選擇程序自帶的機(jī)構(gòu)分析模塊；添加機(jī)構(gòu)接頭，如下圖：
四桿之間通過銷軸連接，油缸自身為滑動(dòng)桿連接，油缸和四桿為銷釘連接，然后添加馬達(dá)，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，在油缸上添加馬達(dá)，參數(shù)如下：
然后運(yùn)行機(jī)構(gòu)分析命令，添加時(shí)間，機(jī)構(gòu)類型為運(yùn)動(dòng)學(xué)，得出分析結(jié)果。
點(diǎn)擊插入-軌跡曲線
選擇吊耳中心點(diǎn)為軌跡參照點(diǎn)，點(diǎn)擊確定，系統(tǒng)自動(dòng)獲得溝蓋運(yùn)動(dòng)軌跡。
通過點(diǎn)擊回放-捕捉-可以得到運(yùn)動(dòng)仿真視頻。
3.4. 應(yīng)力分析
在整個(gè)機(jī)構(gòu)上，主梁是主要受力部件，其強(qiáng)度直接影響結(jié)構(gòu)的安全和運(yùn)行，現(xiàn)運(yùn)用pro/E進(jìn)行有限元分析，步驟如下：
打開實(shí)體模型
進(jìn)入有限元分析模塊
添加載荷和約束，指定材質(zhì)和分配，
運(yùn)行靜力學(xué)分析：
得出應(yīng)力分布圖：
由分析可知，主梁受力最大為91Mp，選擇Q235材質(zhì)鋼板即可滿足使用要求。
3.5. 強(qiáng)度校核
調(diào)節(jié)桿選用有級調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)桿收拉力，整個(gè)拉力值在運(yùn)行中的數(shù)值及變化重實(shí)體分析中可以得出：
定義測量：
得出測量結(jié)果：
重結(jié)果上看出調(diào)節(jié)桿受拉力最小值為9.05T，最大值為12.5T。
添加受力，為了可靠分析，把所有力施加在一個(gè)受力面上，進(jìn)行有限元分析，得出
從分析結(jié)果可以看出，最大應(yīng)力為95.84MP，選用普通碳鋼即可滿足強(qiáng)度需要。
4. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1. 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案：
設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)——單驅(qū)動(dòng)移蓋機(jī)的一些基本要求：
主機(jī)的概況：主要用途用于高爐爐前溝蓋起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡潔；
主要完成起升與下降溝蓋的動(dòng)作，速度較緩，液壓沖擊??；
最大載荷量定為10噸，采用單液壓缸控制四桿機(jī)構(gòu)升降動(dòng)作。最大起升高度大于400；
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；
人工控制操作，按鈕啟動(dòng)控制升降；
工作環(huán)境：工作環(huán)境極其惡劣：高溫、多塵以及空間狹??；
性能可靠，成本低廉，便于移動(dòng)，無其他附屬功能及特殊功能；
4.2. 制定液壓系統(tǒng)的基本方案
確定液壓執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者的特點(diǎn)及適用場合見下表。
名 稱
特 點(diǎn)
適 用 場 合
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ
雙作用往復(fù)運(yùn)動(dòng)
單活塞桿液壓缸
有效工作面積大、雙向不對稱
往返不對稱的直線運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，A1=2A2往返速度相等
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡單
單向工作，靠重力或其他外力返回
擺動(dòng)缸
單葉片式轉(zhuǎn)角小于360度
雙葉片式轉(zhuǎn)角小于180度
小于360度的擺動(dòng)
小于180度的擺動(dòng)
齒輪泵
結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜
高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
葉片泵
體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小
高轉(zhuǎn)速低扭矩動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺線齒輪泵
體積小，輸出扭矩大
低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
軸向柱塞泵
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬
大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
徑向柱塞泵
轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩
低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有無桿腔的活塞面積
對于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單純并且簡單回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，可以采用柱塞液壓泵及單活塞桿液壓缸，這樣不僅簡化液壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。
4.2.1. 確定液壓缸的類型
工程液壓缸主要用于工程機(jī)械、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械及礦山機(jī)械的液壓系統(tǒng)。
重載液壓缸分為CD型單活塞桿雙作用差動(dòng)缸和CG型雙活塞桿雙作用等速缸兩種，特別適用于環(huán)境惡劣、重載的工作狀態(tài)，用于鋼鐵、鑄造及機(jī)械制造等場合。
根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，選擇液壓缸的類型為：缸桿140、缸徑200，額定壓力35Mp，安裝距1600，行程1000，查表知等速時(shí)推力為560..7KN。
4.2.2. 確定液壓缸的安裝方式
工程液壓缸均為雙作用單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設(shè)計(jì)中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動(dòng)的形式，因此根據(jù)表37-7-6選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。
4.2.3. 缸蓋聯(lián)接的類型
按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。
4.2.4. 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路
液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的組合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)單驅(qū)動(dòng)移蓋機(jī)其特點(diǎn)：起升壓力大，運(yùn)行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時(shí)并保持該高度自鎖。
4.2.5. 液壓源系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油箱，溢流閥同時(shí)起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。對于本設(shè)計(jì)，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采用單泵供油即可，不需蓄能器儲(chǔ)存能量。
對于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
4.3. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。
4.3.1. 載荷的組成與計(jì)算：
缸頭耳環(huán)處油缸受力，根據(jù)上面分析運(yùn)用分析軟件PROE得出油缸受力圖：
在上圖中的受力點(diǎn)處，在抬起溝蓋并移動(dòng)過程中，變化規(guī)律如下圖：
由上圖受力點(diǎn)的受力可以看出，油缸在起始時(shí)受力較大，為374KN，隨后受力減少，當(dāng)油缸支撐立柱為垂直時(shí)受力最小，隨后受力變大，最后增加到最大壓力為427.5KN。
以上為不計(jì)摩擦?xí)r受力，最大受力為起蓋結(jié)束時(shí)為壓力427.5KN。
當(dāng)考慮摩擦因素時(shí)，重新計(jì)算得：
由上圖受力點(diǎn)的受力可以看出，油缸在起始時(shí)受力較大，為389KN，隨后受力減少，當(dāng)油缸支撐立柱為垂直時(shí)受力最小，隨后受力變大，最后增加到最大壓力為410KN。
以上為計(jì)摩擦?xí)r受力，最大受力為起蓋結(jié)束時(shí)為壓力410KN。
在上圖中的受力點(diǎn)處，在溝蓋從打開位置移動(dòng)到工作位置時(shí)中，變化規(guī)律如下圖：
由上圖受力點(diǎn)的受力可以看出，油缸在起始時(shí)受力最大，為427.5KN，隨后受力減少，當(dāng)油缸支撐立柱為垂直時(shí)受力最小，隨后受力變大，最后增加到壓力為370KN。
以上為不計(jì)摩擦?xí)r受力，最大受力為起蓋結(jié)束時(shí)為壓力427.5KN。
當(dāng)考慮摩擦因素時(shí)，重新計(jì)算得：
由上圖受力點(diǎn)的受力可以看出，油缸在起始時(shí)受力最大，為449KN，隨后受力減少，當(dāng)油缸支撐立柱為垂直時(shí)受力最小，隨后受力變大，最后增加到壓力為354KN。
以上為計(jì)摩擦?xí)r受力，最大受力為起蓋結(jié)束時(shí)為壓力449KN。
綜上可知：液壓油缸受力最大時(shí)為放置溝蓋開始時(shí)，為449KN。
4.4. 液壓缸
本圖表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注于圖上，其中是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。
（1）工作載荷
常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。在實(shí)際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計(jì)，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載荷，=P。由于本設(shè)計(jì)按最大載荷量定為41噸來計(jì)算，所以每個(gè)液壓缸=P=412.3KN。
（2）導(dǎo)軌摩擦載荷
對于直動(dòng)型安裝的液壓缸一般都附有活塞導(dǎo)軌以固定其運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計(jì)，因此=0。
（3）慣性載荷
，。
——速度變化量m/s
——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s。一般機(jī)械=0.1~0.5s，對輕度載荷低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，對重載荷高速部件取大值。行走機(jī)械一般取=0.5~1.5s
4.4.1. 初選系統(tǒng)壓力
液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。按下表初步選取35Mpa。
各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械
液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力MPa
0.8~0.2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
4.4.2. 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)見圖所示：
圖3-4 液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)
圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b表示活塞桿受拉狀態(tài)。
活塞桿受壓時(shí)
活塞桿受拉時(shí)
式中
——無桿腔活塞有效工作面積
——有桿腔活塞有效工作面積
——液壓缸工作腔壓力 Pa
——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照下表估算
D——活塞直徑 m
d——活塞桿直徑 m
執(zhí)行元件背壓力表
系 統(tǒng) 類 型
背 壓 力 MPa
簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2~0.5
回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4~0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5~1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8~1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2~3
回油路較短，可直接回油路
可忽略不計(jì)
在這里我們?nèi)”硥毫χ?
在本設(shè)計(jì)中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其收壓。一般液壓缸在收壓狀態(tài)下工作時(shí)，其活塞面積為：
用運(yùn)此公式須事先確定與的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比=d/D，其比值可按下表選取。
按工作壓力選取d/D
工作壓力MPa
5.0
5.0~7.0
7.0
d/D
0.5~0.53
0.62~0.7
0.7
按速度比要求確定d/D
（）
1.25
1.33
1.46
0.161
2
d/D
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：速度比 ，為活塞兩側(cè)有效面積與之比。即
如按工作壓力應(yīng)選取d/D=0.7，則相應(yīng)的速度比=2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞桿收縮時(shí)可以適當(dāng)提高其速度， =2也是完全可以的。
運(yùn)用直徑求法公式
，可以求出d=133mm。液壓缸的直徑D和活塞桿徑d的計(jì)算值要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。按照機(jī)械手冊中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表37-7-7可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑200mm，活塞桿140mm,速度比=2，工作壓力26.5Mpa，推力560.7kN。
4.4.3. 確定液壓泵的參數(shù)
⑴確定液壓泵的最大工作壓力 Pa，
式中——液壓缸最大工作壓力，根據(jù)可以求出
——從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的取0.2~0.5Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取0.5~1.5 Mpa。這里取0.5Mpa。
即
⑵確定液壓泵的流量
K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3，這里取1.2
——液壓缸的最大流量，對于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小溢流量，一般取
在前面已經(jīng)初步選定臺(tái)面速度變化量=0.15m/s，求出動(dòng)作時(shí)間為21s 由1000mm行程可知，則活塞的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)用公式
⑶選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25~60%。
查找手冊P21-1173選擇A2F系列斜軸式軸向柱塞泵，其參數(shù)如下表
型號
排量
壓 力
轉(zhuǎn) 速
特點(diǎn)
生產(chǎn)廠
額定
最高
額定
最高
A2F
9.4~500
35
40
1500
5000
定量泵
北京華德
⑷確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率
在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則
，其中——液壓泵的總效率，參考下表選擇=0.7
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6~0.7
0.65~0.80
0.60~0.75
0.80~0.85
則，據(jù)此可選擇合適的電機(jī)型號。
4.4.4. 管道尺寸的確定
在液壓、氣壓傳動(dòng)及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價(jià)廉，但安裝時(shí)的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里我們采用鋼管連接。
管道內(nèi)徑計(jì)算
m
式中 Q——通過管道內(nèi)的流量
v——管道內(nèi)允許流速 ，取值見下表：
允許流速推薦值
油液流經(jīng)的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過圓整后分別選取=20mm，=10.7mm, =15mm。對應(yīng)管子壁厚。
4.4.5. 油箱容量的確定
在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式 選取。
式中——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),按下表取 =4：
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機(jī)械
1~2
2~4
5~7
6~12
10
則。
液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求
4.4.6. 缸體
缸體端部聯(lián)接模式
采用簡單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時(shí)應(yīng)小心注意。主要用于柱塞式液壓缸。
缸體的材料（45號鋼）
液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能比較號的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體毛坯可采用鍛剛，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個(gè)牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。
缸體的技術(shù)要求
⑴缸體內(nèi)徑采用H8、9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。
⑵缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級精度選取。
⑶缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。
⑷當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為6級精度的公制螺紋。
⑸當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級精度選取。
⑹為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
4.4.7. 活塞
活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見下表
聯(lián)接方式
備注說明
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況下
這里采用螺紋聯(lián)接。
活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見下表
密封形式
備注說明
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封
O型密封圈密封
密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封
Y型密封圈密封
用在20MPa下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封
結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。
活塞的材料
液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號鋼。
活塞的技術(shù)要求
⑴活塞外徑D對內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級精度選取。
⑵端面T對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級精度選取。
⑶外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。畫圖
4.4.8. 活塞桿
端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)外接單耳環(huán)。
活塞桿的技術(shù)要求
⑴活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB，必要時(shí)，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達(dá)HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到230HB即可。
⑵活塞桿 和 的圓度公差值，按9~11級精度選取。這里取10級精度。
⑶活塞桿 的圓柱度公差值，應(yīng)按8級精度選取。
⑷活塞桿 對 的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為0.01mm。
⑸端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級精度選取。
⑹活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級或8級精度制造）。
⑺活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
導(dǎo)向套
⑴導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)見下表：
導(dǎo)向方式
備注說明
缸蓋導(dǎo)向
減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快
導(dǎo)向套導(dǎo)向
管通導(dǎo)向套
可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場合
球面導(dǎo)向套
導(dǎo)向套自動(dòng)調(diào)整位置，磨損比較均勻
由于本設(shè)計(jì)——舉升機(jī)，主要用于車輛的維修，在工作過程中液壓缸伸縮的次數(shù)相對較少，所以磨損程度也相對較少。為了減少零件數(shù)量，降低成本可以采用缸蓋導(dǎo)向的導(dǎo)向方式。
⑵導(dǎo)向套材料
導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。
⑶導(dǎo)向套的技術(shù)要求
導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。
活塞桿的密封與防塵
這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm
3.4.5液壓缸的排氣裝置
排氣閥用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定。通常將排氣閥安裝在液壓缸的端部，雙作用液壓缸應(yīng)安裝兩個(gè)排氣閥。常用的排氣閥結(jié)構(gòu)尺寸如圖
圖3-5排氣閥結(jié)構(gòu)
4.5. 液壓原理圖
各液壓元件采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。
在系統(tǒng)圖中注明了各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作、各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有相關(guān)說明。
首先考慮，工作載荷變化情況，根據(jù)以上分析可以知道，在移蓋的過程中，載荷是先是壓力，隨后逐漸減小，直至為零后再逐漸增大并且力的方向變?yōu)槔?。根?jù)實(shí)際工況，在拉力情況下，必須控制回油，并且回油能保持一定的背壓，改進(jìn)后系統(tǒng)圖如下：
改進(jìn)后如下圖所示，液壓系統(tǒng)所做的改變包括：變換向閥的中位機(jī)能為M型；性能可靠，成本低廉，便于移動(dòng)，無其他附屬功能及特殊功能；
5. 安裝及維護(hù)
5.1. 設(shè)備安裝
5.1.1. 安裝形式
本機(jī)構(gòu)為大型重型設(shè)備，設(shè)備的安裝設(shè)計(jì)計(jì)算非常重要,必須通過設(shè)計(jì)計(jì)算校核才能確保設(shè)備的安全使用，考慮到安裝方便性，采用膨脹螺栓形式固定。
5.1.2. 設(shè)備的重心確定
運(yùn)用PROE軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，同時(shí)測量重心位置的變化，其中X軸向的坐標(biāo)原點(diǎn)為絕對坐標(biāo)系原點(diǎn)，為設(shè)備底座中心。
通過上圖可以看出，當(dāng)溝蓋提升離開地面時(shí)重心最靠外，為離底座中心3351mm，同時(shí)重心一直未超過底座的中心。
5.1.3. 膨脹螺栓選型、設(shè)計(jì)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，M16鋼膨脹螺栓單件受力可以達(dá)到1.9T，安裝簡單快捷，可靠性高，可抗震動(dòng)性好。符合設(shè)備要求。
5.1.4. 膨脹螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算
依據(jù)起吊溝蓋時(shí)的受力狀態(tài)，簡化受力，知以下受力圖：
傾覆力
錨栓數(shù)量，選取2.0安全系數(shù)，本設(shè)備單側(cè)需要8件錨栓。
5.1.5. 安裝方法
本設(shè)備自身重量為8.97T，起吊不便，若是固定好錨栓后吊裝，定位對準(zhǔn)困難，宜采用放置好整體設(shè)備，然后在設(shè)備安裝孔上打孔，然后緊固錨栓的方法，可以極大地減少工作量。
5.2. 液壓管路安裝
液壓管路是連接液壓泵、各種液壓閥和液壓缸及液壓馬達(dá)的通道。液壓系統(tǒng)的安裝，就是用管路把各種液壓元件連接起來，組成回路。因此，管路的選擇是否合理、安裝是否正確、清洗是否干凈，對液壓系統(tǒng)的工作性能有很大影響。
(1)管路的選擇與檢查 在選擇管路時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的壓力、流量以及工作介質(zhì)、使用環(huán)境和元件及管接頭的要求，來選擇適當(dāng)口徑、壁厚和材質(zhì)的管路。要求管道必須具有足夠的強(qiáng)度，內(nèi)壁光滑、清潔、無砂、無銹蝕，無氧化鐵皮等缺陷，并且配管時(shí)應(yīng)考慮管路的整齊美觀以及安裝、使用和維護(hù)工作的方便。管路的長度應(yīng)盡可能短，這樣可減少壓力損失以及延時(shí)和振動(dòng)等現(xiàn)象。
檢查管路時(shí)，若發(fā)現(xiàn)管路內(nèi)外側(cè)已腐蝕或有明顯變色，管路被割口，壁內(nèi)有小孔，管路表面凹入深達(dá)管路直徑的10％～20％以上(不同系統(tǒng)要求不同)，管路傷口裂痕深度為管路壁厚的10％以上等情況時(shí)均不能使用。
檢查長期存放的管路，若發(fā)現(xiàn)內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)用酸溶液徹底沖洗內(nèi)壁，清洗 干凈，再檢查其耐用程度合格后，才能進(jìn)行安裝。
檢查經(jīng)加工彎曲的管路時(shí)，應(yīng)注意管路的彎曲半徑不應(yīng)太小。彎曲曲率太大，將導(dǎo)致管路應(yīng)力集中的增加，降低管路的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)也易出現(xiàn)鋸齒形皺紋，用填充物彎曲管路時(shí)，其最小彎曲半徑：
鋼管熱彎曲：R≥3D
鋼管冷彎曲：R≥6D
銅管冷彎曲：R≥2D (D≤15mm)
R≥2.5D (D＝15～22mm)
R≥3D (D＞22mm)
管路彎曲處最大截面的橢圓度不應(yīng)超過15％；彎曲處外側(cè)壁厚的減薄不應(yīng)超過管路壁厚的20％；彎曲處內(nèi)側(cè)部分不允許有扭傷，壓壞或凹凸不平的皺紋。彎曲處內(nèi)外側(cè)部分都不允許有鋸齒形或形狀不規(guī)則的現(xiàn)象。扁平彎曲部分的最小外徑應(yīng)為原管外徑的70％以下。
(2)吸油管路的安裝及要求
1)吸油管路要盡量短，彎曲少，管徑不能過細(xì)。以減小吸油管的阻力，避免吸油困難，產(chǎn)生吸空、氣蝕現(xiàn)象，對于泵的吸程高度，各種泵的要求有所不同，但一般不超過500mm。
2)吸油管應(yīng)連接嚴(yán)密，不得漏氣，以免使泵在工作時(shí)吸進(jìn)空氣，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲，以致無法吸油。(在泵吸入部分的螺紋及法蘭接合面上往往會(huì)由于小小的縫隙而漏人空氣)。
3)除了個(gè)別泵(在產(chǎn)品說明書或樣本中有說明)以外，一般在吸油管上應(yīng)安裝
濾油器，濾油精度通常為100～200目，濾油器的通油能力至少相當(dāng)于泵的額定流量的兩倍，同時(shí)要考慮清洗時(shí)拆裝方便。
(3)回油管的安裝及要求
1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主回油路及溢流閥的回油管應(yīng)伸到油箱油面以下，以防止油飛濺而混入氣泡。
2)溢流閥的回油管不允許和泵的進(jìn)油口直接連通，可單獨(dú)接回油箱，也可與主回油管冷卻器相通，避免油溫上升過快。
3)具有外部泄漏的減壓閥、順序閥、電磁閥等的泄油口與回油管連通時(shí)不允許有背壓，否則應(yīng)單獨(dú)接回油箱，以免影響閥的正常工作。
4)安裝成水平面的油管，應(yīng)有3／1000～5／1000的坡度。管路過長時(shí)，每500mm應(yīng)固定一個(gè)夾持油管的管夾。
(4)壓油管的安裝及要求 壓力油管的安裝位置應(yīng)盡量靠近設(shè)備和基礎(chǔ)，同時(shí)又要便于支管的連接和檢修。為了防止壓力管振動(dòng)，應(yīng)將管路安裝在牢固的地方，在振動(dòng)的地方要加阻尼來消振，或?qū)⒛緣K、硬橡膠的襯墊裝在管夾上，使鐵板不直接接觸管路。
(5)橡膠軟管的安裝及要求 橡膠軟管用于兩個(gè)有相對運(yùn)動(dòng)部件之間的連接。安裝橡膠軟管時(shí)應(yīng)符合下列要求：
1)要避免急轉(zhuǎn)彎，其彎曲半徑只應(yīng)大于9～10倍外徑，至少應(yīng)在離接頭6倍直徑處彎曲。若彎曲半徑只有規(guī)定的l／2時(shí)就不能使用，否則壽命將大大縮短。
2)軟管的彎曲同軟管接頭的安裝應(yīng)在同一運(yùn)動(dòng)平面上，以防扭轉(zhuǎn)。若軟管兩端的接頭需在二個(gè)不同的平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b夾子，把軟管分成兩部分，使每一部分在同一平面上運(yùn)動(dòng)。
3)軟管應(yīng)有一定余量，因?yàn)檐浌苁軌簳r(shí)，要產(chǎn)生長度和直徑的變化（長度變化約為土4％)，因此在彎曲情況下使用，不能馬上從端部接頭處開始彎曲，在直線情況下使用時(shí)，不要使端部接頭和軟管間受拉伸，所以要考慮長度上留有適當(dāng)余量使軟管比較松弛。
4)軟管在安裝和工作時(shí)，不應(yīng)有扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不應(yīng)與其他管路接觸，以免磨損破裂：在連接處應(yīng)自由懸掛，以免因其自重而產(chǎn)生彎曲。
5)由于軟管在高溫下工作時(shí)壽命短，所以盡可能使軟管安裝在遠(yuǎn)寓熱源的地方，否則要裝隔熱板。
6)軟管過長或承受急劇振動(dòng)的情況下宜用夾子夾牢。在高壓下使用的軟管應(yīng)盡量少用夾子，因軟管受壓變形，在夾子處會(huì)產(chǎn)生摩擦能量損失。
7)軟管要以最短距離或沿設(shè)備的輪廓安裝，并盡可能平行排列。
5.3. 液壓管路配管
管路安裝的位置，管路總長度、上下左右彎曲度以及接頭等，在配管時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：
1)在設(shè)備上安裝管路時(shí)，應(yīng)布置成平行或垂直方向，注意整齊，管路的交叉要盡量少。
2)整個(gè)管線要求盡量短，轉(zhuǎn)彎數(shù)少