一种龙门式钢包加盖的结构设计及应用

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1、一种龙门式钢包加盖的结构设计及应用　　摘要：本文介绍的龙门式钢包加盖机构是一套自动化的应用于钢铁企业的装配设备。此自动化装配设备主要由龙门架主体装配、小车装配、横移装置、横移油缸、提升油缸、轴承座装配、吊具装配、钢包盖装配、事故吊具、楼梯、维修平台、液压系统、电控系统等模块组成。运用三维建模软件Solidworks绘制出各个分部件，再组合成总装配体。确定了总体方案，关键部位的设计及其主要设计参数，分析了各油缸的行程及选型，并利用软件对龙门架进行受力分析，验证了其结构设计的合理性。同时，该龙门式钢包加盖机构目前已在湖南华菱湘潭钢铁有限公司二炼钢进行了应用，并获得客户好评。　　

2、关键词：龙门式；自动化操作；有限元分析；三维建模设计　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.214　　0前言　　近年来，由于金融危机的发生，整个钢铁企业产能过剩，市场需求减少。大型钢铁企业利润逐渐减少，甚至出现逐年亏损的局面。如何提高操作水平、减少钢包浇注过程温降（降低出钢温度），成为各个钢企近来研究的重要课题。钢包作为炼钢工序与连铸工序之间的盛钢容器，其在生产周转过程的热状态，直接影响出钢和盛钢过程中钢水温度的变化。钢水温度波动对连铸浇铸的影响非常大，并且影响整个生产节奏。钢包在周转使用过程中加上钢包盖后，对于钢包的散热起到很好的保

3、护作用，也使钢包周转过程中的热状态更加趋于稳定，为准确控制钢包温度和温降创造条件，同时也进一步降低了钢包在周转过程的热损失。　　湖南华菱湘潭钢铁有限公司二炼钢为降成本，实现节能降耗，将在LF工位及VD工位安装钢包加盖系统。为此，根据其现场环境设计了一种龙门式钢包加盖机构。　　1龙门式钢包加盖机构总体设计　　1.1钢包加盖机构设计原则　　钢包加盖机构设计，将遵循三个原则：安全可靠，开合方便，简单实用。　　1.2?包加盖机构所要实现的要求　　（1）实现钢包加盖：当钢水包落入罐座时，操作人员通过控制按钮迅速将包盖落下并盖上；　　（2）实现钢包揭盖：当钢包需要揭盖时，操作人员通过控

4、制按钮可迅速将包盖揭开；　　1.3龙门式钢包加盖机构总体模型及组成　　（1）设计完成后的龙门式钢包加盖机构整体模型如图1所示（见附图）。　　（2）龙门式钢包加盖机构组成及参数：龙门式钢包加盖机构主要由龙门架主体装配、小车装配、横移装置、横移油缸、提升油缸、轴承座装配、吊具装配、钢包盖装配、事故吊具、楼梯、维修平台、液压系统、电控系统等模块组成。　　设备主要参数：提升距离1米、横移距离1米（平行于龙门架方向）、横移距离0.5米（垂直于龙门架方向）、龙门架宽度7米、龙门架高度6.94米。　　（3）液压控制系统：钢包加盖液压系统采用开式回路，多负载并联结构，液压缸的速度控制在上下

5、行30mm/s，泵选用28排量的轴向柱塞泵，电机22KW。　　2关键部位的结构设计　　2.1小车装配的结构设计　　（1）在整个龙门式钢包加盖机构中，小车装配的结构设计非常关键。因为本机构中，所有动作包括前后、左右及提升都集中通过小车的结构来满足要求。这样同时可以减小整个结构并使布置更加合理。小车装配主要由车轮轴、轴套、车轮、轴承座、小车架、铜滑条等组成。小车装配整体三维模型如图2所示（见附图）。　　（2）车轮轴与轴承之间采用紧配合，车轮轴与轴承座之间留0.5mm间隙以防车轮因受力后卡阻。安装横移油缸位置下部采用加强筋，前端两侧布置配重块，以保车体平衡性能。　　2.2吊具装配

6、的结构设计　　（1）吊具装配在整个龙门式钢包加盖机构中起着承上启下的作用。对上需连接提升油缸，对下连接钢包盖。而且揭盖与取盖动作能否顺利实现，关键在于吊具与包盖之间的关联设计。吊具装配主要由吊具支撑盘、吊具梁、吊具导轴、吊具钩套、吊具挡环、提升油缸销轴等组成。吊具装配整体三维模型图3所示（见附图）。　　（2）吊具装配中的三个吊钩分布在直径为2400mm的圆周上，与钢包盖上的吊环相配，呈120度布置。吊钩总高522mm。为方便吊具在现场进行调节方向及安装，吊钩的设计采用活动形式。　　3油缸行程及选型　　横移油缸的参数：活塞直径D=80mm，活塞杆直径d=45mm，行程S=50

7、0mm。P=250bar，V=30mm/s。　　提升油缸的参数：活塞直径D=140mm，活塞杆直径d=100mm，行程S=1000mm。P=250bar，V=30mm/s。　　当横移油缸无杆腔进油时，根据公式：　　当提升油缸无杆腔进油时，根据公式：　　综上计算：龙门式油缸所需流量：　　Q=2Q1+Q2=2×9+28=46L/min　　4液压系统电机选型、液压泵阀选型　　4.1电机选型　　由于现场实际情况，每个液压站需对应三个工位的钢包加盖操作。经现场与客户当面沟通，客户告知每个液压站连接工作装置同时工作的不会超过两