優(yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計）：雙室節(jié)能熔鋁爐爐門機構(gòu)設(shè)計

1、1 前言1.1 我國工業(yè)爐的現(xiàn)狀眾所周知，工業(yè)爐作為工業(yè)加熱過程中重要的工藝裝備，在我國的國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展中起著十分重要的作用。近20年來，我國從國外引進了不少先進的工業(yè)設(shè)備，其中包括真空爐100多臺，可控氣氛熱處理機500多臺套。通過采用進口先進的儀器、儀表和關(guān)鍵性的爐用元器件，使我國工業(yè)爐的生產(chǎn)制造水平有了明顯的提高。我國自行研制的新型可控滲氮爐、高壓氣淬爐、預(yù)抽真空光亮退火爐、大型鋁材熱處理生產(chǎn)線、大型連續(xù)式氣體滲氮爐等，其主要技術(shù)性能都已接近國外同類產(chǎn)品水平，由于價格便宜，替代了進口，為國家節(jié)省了外匯，同時還有部分上水平的電爐產(chǎn)品出口。無論工業(yè)爐的品種、數(shù)量、還是質(zhì)量，我國工業(yè)爐行業(yè)

2、的面貌今非昔比，日新月異。從工業(yè)爐的產(chǎn)量和擁有量來看，在世界上我國堪稱“工業(yè)爐大國”1。傳統(tǒng)室式燃氣鍛造加熱爐爐門口裝置采用耐熱鑄鐵鑄造而成，因高溫易變形、開裂，嚴(yán)重影響鍛造加熱爐的正常使用壽命。因此需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、安裝方便的爐門裝置。與傳統(tǒng)鑄鐵爐口裝置相比，新爐門應(yīng)具有無斷裂，使用壽命長；爐子砌體耐沖撞；同時可以回收余熱，達到節(jié)能效果。爐門由爐門、爐門導(dǎo)板、爐門壓緊結(jié)構(gòu)等部分組成。起到密封爐口、防止?fàn)t內(nèi)熱量散失和大量冷空氣被吸入爐內(nèi)的作用。設(shè)計爐門裝置的基本要求是：關(guān)閉嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)強度高，變形小、熱量散失少和使用壽命長?，F(xiàn)有的中小型室式鍛造加熱爐的爐門和爐門導(dǎo)板多采用耐熱鑄鐵鑄

3、造而成，內(nèi)敷設(shè)耐火襯層，屬非水冷結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)焊接水冷爐口裝置整體采用 14mm 厚 Q235 鋼板焊接而成，工作時，由于水封腔內(nèi)通入冷卻水，利用水循環(huán)帶走爐口的大量熱能，使加熱爐爐口在高溫環(huán)境時形成一個冷氛圍，以此來保證爐口在高溫下不變形，爐門和爐門導(dǎo)板、砌體間不留縫隙，使之能承受裝取料時的機械沖撞，達到保護砌體及延長加熱爐使用壽命的目的2。1.2工業(yè)爐的節(jié)能問題自20世紀(jì)中、后期開始，世界經(jīng)濟進入了高速發(fā)展的新時期，導(dǎo)致能源的需求量和消耗，從而產(chǎn)生了諸如人類實現(xiàn)持久生存和發(fā)展的“可持續(xù)發(fā)展”的問題，這是人類社會發(fā)展觀念的一個根本性轉(zhuǎn)變。我國的能源資源豐富，地質(zhì)貯存量居世界第3位，但能源的占有

4、量卻只有世界平均水平的確1/2，美國的1/10。在我國的能源資源構(gòu)成中，煤與石油、天然氣的比例是10：1，而世界上是1：4，相差多么懸殊。若與發(fā)達國家相比較，產(chǎn)品單耗很高，差距很大。當(dāng)今，日本、美國、德國的能源利用率分別高達57%、50%和40%，而我國只有32%不到。雖然我國的節(jié)能工作取得很大的成績，然而由于工業(yè)技術(shù)水平比較落后，企業(yè)管理水平不高，我國單位國民生產(chǎn)總值的能耗甚至比印度還高出1倍多3。在市場經(jīng)濟社會里，能耗的高低直接反映在產(chǎn)品的成本和價格上，直接影響企業(yè)產(chǎn)品營銷的競爭力，甚至影響企業(yè)的生存和發(fā)展。尤其近代國際、國內(nèi)競爭日趨激烈，能源問題日趨嚴(yán)重，降低產(chǎn)品單耗，節(jié)約能源受到人們的

5、關(guān)注。對大多數(shù)工業(yè)爐企業(yè)來講，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為企業(yè)進步和技術(shù)創(chuàng)新的工作重點。 目前我國還有不少企業(yè)由于各方面的原因，仍然在利用落后的工藝技術(shù)，使用著陳舊的設(shè)備進行生產(chǎn)，如大量的直燃式煤窯、老式的油窯及電窯等。這不僅造成企業(yè)本身的能源費用支出加大，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，而且對整個社會也造成資源的浪費和環(huán)境的污染4。英國工業(yè)與能源部對鋼鐵、有色金屬、建材、化工等工業(yè)部門所作的調(diào)查估計，采用高效隔熱保溫材料，每年可降低能耗（915）1012KJ。目前我國有10多萬臺各種工業(yè)爐窯，它的能耗約占全國年總能耗的25%。如果采用先進的隔熱保溫材料，那么必將節(jié)約大量能源。業(yè)已表明，節(jié)

6、能降耗所取得的直接經(jīng)濟效益， 不亞于常規(guī)能源的開發(fā)和利用。因此，鍥而不舍地解決國家現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源政策的重要組成功部分。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求量也是越來越大，然而由于對能源的利用的利用率不高，導(dǎo)致環(huán)境的破壞，由此可見，經(jīng)濟的發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳。工業(yè)化進程的不斷加快，就會導(dǎo)致環(huán)境的進一步惡化。而石油化工行業(yè)能能耗大戶，同時對能源的利用效果又很低下，因此控制好煉油行業(yè)的能耗對經(jīng)濟、能源和環(huán)境都有著極大的好處。爐在我國經(jīng)濟的發(fā)展中消耗掉大量的能源，據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)爐消耗是一次性能源占到全國消耗的20。而且，大多數(shù)爐都是燃煤為主。雖然近二十年來工業(yè)爐的技術(shù)有了較快的發(fā)展，但是

7、，總的來說，對能源的利用總體水平不高，僅相當(dāng)于發(fā)達國家六七十年代的水平，熱效率平均不到30，而國際上的熱效率平均值為50以上。由此可見，我國在工業(yè)爐的熱效率方面仍然有相當(dāng)大的潛力。我國工業(yè)爐量大、面廣、種類繁多，并大多以火焰爐為主，按火焰爐所利用的燃料種類不同分為：燃煤工業(yè)爐、燃氣工業(yè)爐和燃油工業(yè)爐。幾種工業(yè)爐的優(yōu)缺點：1.燃煤工業(yè)爐 目前，我國中小企業(yè)大多采用直接燃煤方式為工業(yè)爐提供熱源。按煤的燃燒方式不同可分為：層煤燃燒式工業(yè)爐、粉煤燃燒式工業(yè)爐及水煤漿燃燒式工業(yè)爐。層煤燃燒是我國大多數(shù)燃煤工業(yè)爐所采用的一種燃煤方式，包括原始的手燒煤以及下飼燃煤機、往復(fù)爐排、鏈條爐排等各種機械燃煤方式。粉

8、煤燃燒的過程是在燃燒前將煤粉碎研磨至微粉級，并與空氣混合，再將粉煤與空氣的混合物經(jīng)粉煤燃燒器噴入燃燒室燃燒。同樣它也收到很大的制約，例如：為了減小煤粉的細度因此操作費用高，粉塵覆蓋在工件表面而影響工件的加熱和使用，易造成大氣污染等問題。近幾年開發(fā)應(yīng)用的水煤漿燃煤技術(shù)，經(jīng)過實際應(yīng)用，也存在著霧化燃燒不易控制，排煙黑度及粉塵含量超標(biāo)的實際問題。 因此，煤直接燃燒的熱效率都不高，而且容易造成排煙環(huán)保超標(biāo)。 1.2.1.2燃油工業(yè)爐 工業(yè)爐常用的液體燃料，主要是石油加工的副產(chǎn)品重油。重油經(jīng)過過濾、加熱、加壓之后，通過油燒嘴進入爐膛燃燒?，F(xiàn)有一般工業(yè)爐燃燒重油，都是采用霧化燃燒法。按重油霧化方法的不同，

9、可分為低壓空氣霧化燃燒、高壓氣體霧化燃燒和機械霧化燃燒。 燃油工業(yè)爐相對于燃煤工業(yè)爐有著自身的優(yōu)點：第一，重油的發(fā)熱量高，能夠保證高溫工業(yè)爐的爐溫要求，燃燒穩(wěn)定安全，燃燒后無殘渣。第二，燃燒裝置可安在爐子的各個部位。因此易于實現(xiàn)不同的工藝溫度要求。第三，調(diào)節(jié)范圍大，有條件實現(xiàn)自動控制。 但這種方式也存在缺陷，例如，它比燃煤成本高出許多；配套油路系統(tǒng)復(fù)雜、噪音大：燃燒的穩(wěn)定性比較差，容易造成不完全燃燒等。1.2.1.3燃氣工業(yè)爐我國燃氣工業(yè)爐的應(yīng)用主要在大型鋼鐵企業(yè)中，采用的氣體燃料主要是高爐煤氣，焦?fàn)t煤氣和發(fā)生爐煤氣。 燃氣工業(yè)爐的特點有：(1)燃氣能與空氣充分混合，因此燃燒過程比較容易控制，

10、爐內(nèi)氣溫也比較容易調(diào)節(jié)，操作起來安全方便；(2)由于能與空氣充分混合，因此燃燒的效率比較高，氣體中含氫分子多，含碳量少，對環(huán)境的影響比較??；(3)這種爐的燃燒效率高，燃燒成本比較低。這種爐使用時需要復(fù)雜的系統(tǒng)，巨大的投資，中小型企業(yè)就會無法承受；這種燃燒會產(chǎn)生大量的污水，處理又比較昂貴，容易造型水污染。 前面我們介紹了工業(yè)爐的類型和它們的優(yōu)缺點，接下來我們仔細分析下如果在操作過程中提高效率，達到節(jié)能的效果，同時對環(huán)境的影響又可以達到最小。工業(yè)爐的能耗受許多方面因素的影響，但是節(jié)能的主要措施一般都離不開優(yōu)化設(shè)計、改進設(shè)備、回收余熱利用、加強檢測控制和生產(chǎn)管理等幾方面。如何節(jié)能要選擇合適的爐型結(jié)構(gòu)

11、在目前的爐型結(jié)構(gòu)來說，大部分都是上世紀(jì)五六十年代的結(jié)構(gòu)形式，與現(xiàn)在的國際水平相差甚遠，例如，大部分用鍛造加熱爐，大都燒煤，爐溫波動比較大，加熱質(zhì)量比較差，效率也比較低。而且很多工業(yè)爐的工業(yè)化程度不高，手工操作居多，包括裝料、加料、開關(guān)爐門等環(huán)節(jié)，因此，要盡快提高工業(yè)爐的機械化水平。 在選擇或者是對爐子結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，盡量選用新型節(jié)能爐子。選擇合適的爐型結(jié)構(gòu)，提高機械化程度，對于降低能耗有著直接很重要的關(guān)系，目前通過爐型結(jié)構(gòu)的設(shè)計來提高能耗的措施一般有以下幾種：第一，采用圓形爐膛替代箱形爐膛，可強化爐膛對工件均勻傳熱的效果，減少爐壁散熱量，使?fàn)t膛形成一個熱交換系統(tǒng)，在加熱元件

12、、爐村和工件三者之間進行熱交換。第二，在爐膛內(nèi)安設(shè)風(fēng)扇，加強爐內(nèi)對流傳熱。第三，注意爐體密封，包括爐膛內(nèi)各引出構(gòu)件、爐殼、爐門等處的密封。第四，采用耐火澆注料整體澆注的加熱爐，這種爐具有強度高、整體性、氣密性好、壽命長等優(yōu)點。第五，采用新型爐用材料，優(yōu)化爐襯結(jié)構(gòu)。第六，在爐圍內(nèi)壁涂高溫高輻射涂料，強化爐內(nèi)的輻射傳熱，有助于熱能的充分利用，這也是近期較先進的節(jié)能方法。提高熱工檢測與控制水平 對燃料爐而言，各種熱工參數(shù)的檢測與控制是改善燃燒、降低能耗、保證工藝要求、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的重要措施。 科學(xué)的計量與對比測試方法是節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。目前企業(yè)中使用比較多的測試方法是熱平衡測試。企業(yè)通過對工業(yè)爐

13、的熱工測定，能比較全面地了解工業(yè)爐的熱工過程，然后通過分析、診斷加熱爐不足的地方，找出其能耗高的原因，針對不足進行節(jié)能技術(shù)改造，來提高加熱爐的熱效率，降低能耗，并獲得加熱爐運行經(jīng)濟技術(shù)性能指標(biāo)的各項參數(shù)，針對獲得的各種參數(shù)認(rèn)真分析工業(yè)爐的運行情況，實時調(diào)整爐工況，使其達到最佳的工作狀態(tài)，從而找到節(jié)約能源的方法，來降低能耗。改進燃燒裝置和燃燒技術(shù)燃燒裝置是爐子的心臟部分，它工作的好壞直接影響到能源消耗量的多少。目前，企業(yè)中比較普遍使用的燃燒器有：調(diào)焰燒嘴、平焰燒嘴、高速噴嘴、自身預(yù)熱燒嘴、低氧化氮燒嘴等。一般來講，正確使用先進的燃燒器，能降低能耗至少5以上。另外，合適的燃燒技術(shù)也是節(jié)能的關(guān)鍵所在

14、，比如目前來講，比較常用的節(jié)能技術(shù)有：高溫空氣燃燒技術(shù)，富氧燃燒技術(shù)、重油摻水乳化技術(shù)、高爐富氧噴粉煤技術(shù)、普通爐窯燃料入爐前的磁化處理技術(shù)等，目前企業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的有；高溫空氣燃燒技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)。這個高效燃燒技術(shù)的應(yīng)用也是特高能源利用率的重要途徑之一。先進余熱回收裝置和技術(shù)的運用 據(jù)測算，在工業(yè)爐的燃燒過程中，最后排放的煙氣所帶走的熱量要占到燃燒爐總供熱量的3070，所以如果能盡量回收排放煙氣中的熱量也是節(jié)能的重要途徑。目前，這種余熱回收的途徑有：(1)加裝預(yù)熱器，利用排放煙氣的熱量加熱助燃空氣和燃料。(2)裝設(shè)余熱鍋爐，加熱水供居民生活之用。目前市場上回收煙氣余熱的最有效和應(yīng)用最廣的

15、是換熱器。1.2.2.5能源的有效管理 除了從技術(shù)和設(shè)備方面來提高效率之外，還能從管理上來降低能耗。在組織、生產(chǎn)、操作等方面入手，加強管理工作，發(fā)揮設(shè)備的最大能力，使設(shè)備高效運轉(zhuǎn)。提高管理和操作水平，有效的降低能耗。節(jié)約能源。 目前，全球經(jīng)濟、資源和環(huán)境一體化的趨勢下，對能耗和環(huán)保的要求也逐漸提高，在工業(yè)爐加熱技術(shù)及裝置水平面臨極大的挑戰(zhàn)。工業(yè)爐的節(jié)能，應(yīng)當(dāng)抓技術(shù)創(chuàng)新，尋找、探索新的節(jié)能機理和途徑，走出傳統(tǒng)節(jié)能方法的老路，走科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的可持續(xù)發(fā)展道路，這樣才能使我國的工業(yè)爐設(shè)計在面臨極大的挑戰(zhàn)中立于不敗之地。工業(yè)爐的爐門是唯一的送料口，在加熱過程中爐門的密封

16、可保證爐內(nèi)溫度的控制，防止能量的浪費，防止有害氣體的散失對操作者造成的傷害。由于爐門經(jīng)常處在高溫下工作，所以需要操作機構(gòu)來實現(xiàn)爐門的啟閉動作。本文在考察各種工業(yè)加熱爐爐門啟閉方式的基礎(chǔ)上，針對雙室反射爐的特點采用簡單的鏈傳動機構(gòu)實現(xiàn)爐門的啟閉運動。本設(shè)計力爭以較少的運動部件，較小的布局空間，簡單的運動方式，達到爐門靈活自動啟閉，并滿足加熱爐對爐門的特殊功用要求。1.3 爐門壓緊結(jié)構(gòu)工業(yè)爐在工作時爐體內(nèi)的溫度很高，爐門口往往有跑火現(xiàn)象，因此爐門要有壓緊裝置。目前的爐門壓緊機構(gòu)有鏈條動力式、 氣缸壓緊、 彈簧壓緊、 30 斜軌道壓緊、 四連桿重力壓緊等幾種。幾種機構(gòu)簡介如下:1.3.1 鏈條動力式

17、壓緊爐門鏈條動力式爐門壓緊機構(gòu)是本院在消化吸收國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上,研制開發(fā)的一種新型爐門壓緊結(jié)構(gòu)。爐門鏈條式機械壓緊機構(gòu)布置在爐子前立柱的兩側(cè) ,避免了爐內(nèi)高溫氣體和臺車出爐時高溫爐料對鏈條式機械壓緊機構(gòu)直接輻射。爐門是用設(shè)在兩側(cè)支承軸架通過連結(jié)板與滾輪支承拉桿絞接 ,形成四連桿。爐子前立柱的兩側(cè)各有一條供滾輪上下移動的軌道 ,兩側(cè)的連接板各自與一條環(huán)行的鏈條連接。當(dāng)減速機通過鏈輪、 鏈條驅(qū)動環(huán)行鏈條時 ,爐門就隨著滾輪沿垂直的滾輪軌道作上下移動。爐子前立柱的底部設(shè)置有爐門到關(guān)閉爐口位置的擋鐵裝置 ,爐門上也有相應(yīng)的擋鐵。1.3.2 爐門氣缸壓緊機構(gòu)爐門氣缸壓緊機構(gòu)是用氣缸驅(qū)動一套連桿機構(gòu)壓緊

18、爐門。加熱爐的氣缸壓緊機構(gòu)一般將氣缸布置在爐子前立柱的兩側(cè) ,盡量避免爐內(nèi)高溫氣體和臺車出爐時高溫爐料對氣缸的直接輻射。爐門是通過其定位滾輪沿著軌道垂直升降。1.3.3 爐門彈簧壓緊機構(gòu)爐門彈簧壓緊機構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)簡單又運行安全可靠的機構(gòu)。本院曾做過幾十臺用彈簧壓緊的爐門 ,使用效果良好 ,但用于中溫?zé)崽幚頎t居多。彈簧壓緊爐門設(shè)計的關(guān)鍵是根據(jù)爐門的大小和重量確定爐門的壓緊力 ,合理確定彈簧的有關(guān)參數(shù)(最小工作負荷、 最大工作負荷和工作行程) ,然后通過優(yōu)化設(shè)計確定彈簧的直徑和長度。對此我們通過設(shè)計和現(xiàn)場調(diào)試實踐等積累了一定的經(jīng)驗。對于臺車式高溫加熱爐 ,我們結(jié)合齊齊哈爾某廠的實踐 ,還要考慮由于

19、臺車從爐內(nèi)拉出時 ,車上熾熱物料對彈簧產(chǎn)生熱輻射 ,使彈簧的彈性受到影響 ,減小了爐門的壓緊力 ,造成爐門由于跑火而損壞。1.3.4 30斜軌道壓緊機構(gòu)30斜軌道壓緊機構(gòu)在國外多用于中溫?zé)崽幚頎t。爐門兩側(cè)的定位滾輪是沿著立柱上一條固定的軌道上下移動 ,在爐門到達最低點位置處 ,軌道有一段能使?jié)L輪向內(nèi)產(chǎn)生水平位移的 30 斜軌道。當(dāng)爐門落到此處時 ,滾輪在30 斜軌道運行中在垂直向爐門框分力的作用下 ,爐門向爐門框平移并靠爐門的自重將爐門壓緊。1.3.5 爐門四連桿重力壓緊機構(gòu)四連桿爐門壓緊機構(gòu)是從國外引進的一種新型爐門壓緊結(jié)構(gòu)。本院在消化吸收的基礎(chǔ)上 ,開發(fā)了這種爐門壓緊結(jié)構(gòu)。這種爐門壓緊結(jié)構(gòu)

20、也是一種結(jié)構(gòu)簡單又運行安全可靠的機構(gòu)。其工作原理是利用爐門自身的重力 ,利用四連桿機構(gòu)將爐門壓緊 ,爐門的壓緊力可調(diào)整爐門壓下時支點的位置 ,爐門在重力的帶動下將爐門壓緊。該機構(gòu)原來用于中溫爐 ,主要原因是支點處須用幾個軸承 ,受軸承使用溫度的影響 ,限制了該機構(gòu)的使用。最近我們采用國內(nèi)新開發(fā)的稀土陶瓷軸承 ,該軸承的使用溫度可達400 500 ,并且無須潤滑 ,使用效果良好。在高溫爐的使用正在試驗中。1.4爐門提升機構(gòu) 現(xiàn)有的爐門提升機構(gòu)有三種：氣動式、液壓式、機械式。它們的各有優(yōu)缺點，現(xiàn)分別介紹如下。氣動式爐門提升結(jié)構(gòu)圖1-1是氣動爐門示意圖。四個爐門封閉氣缸C、D、E、F分別位于爐門兩側(cè)

21、的上下，可使?fàn)t門前后移動，兩個爐門開關(guān)氣缸G、H位于上下兩側(cè)，可以開關(guān)爐門。5圖1-1 輻射爐示意圖為設(shè)計方便先將系統(tǒng)簡化，四個爐門封閉氣缸因并聯(lián)同步，用氣缸表示，活塞桿伸出狀態(tài)、用表示，對應(yīng)的行程閥輸出信號、用表示。兩個爐門開關(guān)氣缸并聯(lián)同步，同樣用氣缸表示輸信號、用表示。這樣，就把整個系統(tǒng)簡化為缸、缸，行程信號、和外加信號、，其工作程序如圖1-2所示。6 圖1-2 工作程序根據(jù)工作程序作出線圖，如圖1-3所示。圖中“”表示脈沖信號，“”執(zhí)行信號。對信號狀態(tài)線進行分析發(fā)現(xiàn)，、組信號線比所控制的動作線長，說明信號與動作不協(xié)調(diào)，即動作狀態(tài)要改變其控制信號不允許其改變。圖中畫“”線的線段是表示信號線

22、比其所控制動作線長的那部分線段，即障礙段。設(shè)計時必須找出執(zhí)行信號，使其把有障礙信號的障礙段去掉，變?yōu)闊o障礙信號再去控制住換向閥。7圖1-3線圖通常邏輯元件用標(biāo)準(zhǔn)底板連接，但由于這個系統(tǒng)較復(fù)雜、管路多，因此用標(biāo)準(zhǔn)底板安裝不方便，可靠性差。我們把氣控閥、電磁閥、邏輯元件都安裝在一塊鋼板上，減小了體積，安裝方便。另用兩塊有機玻璃銑出通道粘接在鋼板上，雖然加大了設(shè)計難度，但是減少了管路，裝拆方便，兩塊有機玻璃所銑的通道可以立體交叉，適合復(fù)雜的回路，同時也節(jié)省了許多管接頭，大大提高了可靠性。 由于系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，濕度大，爐門在二維空間運動，爐門體積很大，導(dǎo)軌不可能很精確，因此，用氣動方式很不可靠。1.

23、4.2液壓式爐門提升結(jié)構(gòu)在實施過程中, 首先根據(jù)爐門的升降行程, 選擇液壓缸, 打好水泥底座, 然后在水泥底座上安裝固定液壓缸的框架, 把鏈條的一端連接在液壓缸的缸桿上, 如圖1-4。8圖1-4 液壓缸固定及與鏈條連接形式最終的液壓缸帶動爐門傳動機構(gòu)如圖1-5 所示,爐門升降靠液壓缸的伸縮完成, 液壓缸上安裝有位移傳感器, 實現(xiàn)爐門的關(guān)閉、半開、全開三種動作。升降機構(gòu)改為液壓系統(tǒng)后, 其優(yōu)點如下:1.爐門的升降由以前的主令控制改為液壓缸的磁尺控制, 保證了爐門的升降同步可靠性, 精度大大提高。2.液壓缸的設(shè)計取消了配重的使用, 減少了配重對鏈輪及爐頂梁的沖擊。3.由于液壓缸的可靠性比電機高,

24、減少了設(shè)備事故的時間。9圖1-5 液壓缸帶動爐門傳動示意圖機械傳動爐門提升結(jié)構(gòu)許多長板坯加熱爐的爐門升降機構(gòu)是一個典型板式鏈傳動機圖1-6 為爐門傳動裝置示意圖。通過電機帶動減速機減速, 再由鏈動鏈條, 使鋼結(jié)構(gòu)爐門達到開關(guān)目的。其電機輸出端有制動抱閘,爐門行走位置。爐門升降行程由主令電器控制, 極限保護由接近控制。圖1-6 爐門傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.5設(shè)計的目的和內(nèi)容設(shè)計的目的：本設(shè)計主要是對熔鋁爐爐門的提升和壓緊機構(gòu)的設(shè)計，爐門機構(gòu)主要解決熱量散失的問題。我們可以將理論與實際相結(jié)合，可以運用到機械制圖，機械原理，機械設(shè)計，材料力學(xué)以及機械裝備等許多基礎(chǔ)和專業(yè)的課程，可以對我們四年來所學(xué)的知

25、識進行全面的匯總，熟練掌握我們所學(xué)的技能。設(shè)計的內(nèi)容：本設(shè)計主要是根據(jù)現(xiàn)代熔鋁爐的需求所做的，其主要內(nèi)容是熔鋁爐爐門的提升和壓緊。爐子主要從節(jié)能和預(yù)熱等方面設(shè)計的。由于爐內(nèi)的溫度較高，故要對爐門進行壓緊，而爐門有一定的重量，使用機械提升的方式，減少熱量從爐門的散失。2爐門的結(jié)構(gòu)計算爐門除了遮蔽爐門口的輻射外，還有保持爐膛密封的作用。這對可控氣氛爐及化學(xué)熱處理爐尤為重要。爐門由于經(jīng)常啟閉，所以在保證機械強度的條件下，重量越輕越好。大型爐門框架大多用鑄鐵鑄造，中，小型則多用鋼板，型鋼拼焊。爐門框架內(nèi)填充的耐火材料必須牢固，因爐門厚度不大，所以材料必須有較好的保溫性，宜采用超輕質(zhì)耐火材料，并精心砌筑

26、。爐門必須大于爐門口，通常爐門邊緣與路門口重疊65-130毫米。爐門的密封方式，利用斜面靠爐門自重壓緊，斜面角度為3.17。用于沖天爐的耐火材料能承受高溫作用。還有爐渣，金屬爐氣的化學(xué)侵蝕。耐火材料還會在受熱及冷卻時發(fā)生膨脹或收縮，與之相應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)力甚至裂縫。因此對于耐火材料的要求應(yīng)是：耐熱，乃極冷極熱，致密，體積穩(wěn)定并有一定的強度10。耐火材料選用澆注耐火材料，鑄鐵及其熔化：耐火度不小于1710C，體積密度 2.3g/cm。根據(jù)一定爐門尺寸1190mm700mm ，初定爐門尺寸為1550mm1060mm,耐火材料厚度取115mm，所以耐火材料體積為1550mm1060mm115mm=18894

27、5000mm，耐火材料重量為188945cm2.3g/cm =434kg，爐門框金屬重量237kg。爐門總重 G1= （434+237）kg9.8 N/kg = 6575N平衡錘 G2= 0.8G1 = 5260N提升力 F1 = 0.4G1 =2630N提升速度 V = 6 8 m/min =0.1m/s爐門具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：爐門兩側(cè)各有兩個伸出的短軸，作用是用來裝爐門提升的滑輪。爐門上端由筑有兩個吊耳用于連接上端滑輪。圖2-1 爐門結(jié)構(gòu)3 爐門壓緊機構(gòu)設(shè)計此次爐門采用手動壓緊，爐門由框架和耐火材料組成。耐火材料可以沿垂直爐門方向移動。爐門框架由擋板和軌道固定如圖3-1，通過轉(zhuǎn)動手柄使

28、耐火材料向爐門方向移動，以此壓緊。結(jié)構(gòu)如圖3-1.圖3-1 壓緊機構(gòu)外形圖3-2 爐門壓緊機構(gòu) 為了便于操作，手柄長度盡可能長一些，長800mm。通過帶螺紋的桿件和耐火材料相連接，轉(zhuǎn)動手柄，使桿件作旋進運動，使得耐火材料壓緊。4爐門提升機構(gòu)設(shè)計爐門提升機構(gòu)是工業(yè)爐的重要運動部件，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件設(shè)計，強度校核，零件圖和裝配圖的設(shè)計進行了分析12。4.1提升方式的確定通常爐門提升機構(gòu)有如下三種提升方式: 環(huán)形超重鏈加鏈輪提升方式; 鋼絲繩加滑輪方式; 鋼絲繩提升輪方式。經(jīng)綜合分析選用第三種方案, 即整個爐門提升機構(gòu)由傳動軸、支承架、電動卷揚機、提升輪、支承座及牽引鋼絲繩和爐門等組成, 爐門與提

29、升輪及卷揚機分別用鋼絲繩鏈接, 實際上是一個簡化了二卷筒結(jié)構(gòu)13。提升動力采用交流電動卷揚機并由傳動軸轉(zhuǎn)遞如圖4-1所示; 上述結(jié)構(gòu)形式其使用性、通用性和經(jīng)濟性較好, 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,被人們認(rèn)可，因而被廣泛使用。4.2重錘的懸掛方式平衡重錘常在爐門提升機構(gòu)中被采用, 以減少提升電動功率, 節(jié)約能耗和增加門提升機構(gòu)運動的平穩(wěn)性18。重錘的懸掛方式通常有雙邊重錘方式和單邊重錘方式;為了減輕設(shè)備的復(fù)雜性,使設(shè)備簡單化和使用方便, 本文采用單邊重錘懸掛方式如圖4-1所示。圖4-1爐門提升機構(gòu)1電動卷揚機; 5爐門; 6重錘8提升輪; 13支承座; 14傳動軸; 17支承梁; 18鋼絲繩;4.3 爐體橫梁設(shè)計

30、橫梁位于爐體正上方, 起固定傳動軸和提升爐門等的作用。支承架橫梁跨度和承重較大,其長度由爐體寬度決定, 其結(jié)構(gòu)形式本文采用兩支承點和三支承點方式, 當(dāng)爐體寬于1. 5m 時采用三支承形式, 一般采用兩支承點形式。采用承重能力強的16#槽鋼作橫梁, 支柱用10#槽鋼, 其結(jié)構(gòu)形式和受力狀況見圖4-2所示。由圖中可知, 左右兩支承點一般落在鋼支柱上, 因而無需對兩支承點橫梁作過多計算, 僅需對三支點橫梁需作強度校核設(shè)計即可, 且最大彎矩在橫梁中心; 橫梁選取由計算最大彎矩決定, 其最大彎矩M m ax 可由(1)式計算:R A = R B = G/6M max= lR A/2 = lG/12 (1

31、)式中: R A , R B A ,B 點的支承力(Kg) ;l橫梁長(mm ) ;G 爐門提升機構(gòu)重量(Kg)考慮實際爐體尺寸=4300mm3170 mm 爐口=1190mm700mm 離地高=1820mm,爐門橫梁離地高度=3200爐門軌道與爐門口傾斜角度相同為3.17，所以前腿長L1=1377mm/cos3.17=1620mm同理，L2=2000mm/cos30=2309，中間連桿長為L3=218.7+1154-43.7=1329mm架截面尺寸為Lb=150mm150mm. 圖4-2支架梁受力分析4.4 功率計算及電機的選擇電機功率 N = FV/6120- 傳動機構(gòu)效率為0.98N=2

32、6300.1/61200.98 = 0.417KW根據(jù)電機功率選電機型號Y132S1-24.5 傳動軸設(shè)計傳動軸是爐門提升機構(gòu)的最重要動力傳遞部件, 其尺寸小承重大, 承受著很大的彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的破壞, 是機構(gòu)損壞的危險點; 因而是本設(shè)計的核心。具體設(shè)計方法是先對軸作受力分析, 由計算最大彎曲應(yīng)力和最大剪切應(yīng)力來確定最小軸徑, 然后對軸進行彎曲強度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)強度、扭轉(zhuǎn)剛度及疲勞強度等強度校核, 以檢驗設(shè)計的合理性和準(zhǔn)確性, 最后確定最小軸徑。根據(jù)工業(yè)爐常規(guī)爐門形式, 采用軸聯(lián)通的形式。傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生

33、疲勞破壞。該傳動系統(tǒng)精度要求較高，允許有較小變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度20。4.5.1初估最小軸經(jīng)傳動軸直徑的估算軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：(4-1)由上式可得軸的最小軸徑 (4-2)n=1000r/min P=0。417KW 查簡明機械設(shè)計手冊表14-13 得取 A= 120所以初估最小軸經(jīng)得：d=58.8mm 圓整后得 d=60mm4.5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計初估其他軸段直徑和長度為了滿足滑輪的軸向定位要求，最小軸徑段制出一軸肩故取第二軸段直徑為75mm。同時選軸承和帶輪，因

34、中間軸承受有徑向力的作用，所以，選用深溝球軸承，參照要求并根據(jù)中間最大軸徑=100mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選用2基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承6220 .其尺寸為dDB=100mm180mm34mm。兩邊的支撐軸承同樣選取深溝球軸承，參照要求并根據(jù)第三軸段直徑=80mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選用0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承6016 .其尺寸為dDB=80mm125mm22mm。其結(jié)構(gòu)如圖4-3。圖4-3傳動軸結(jié)構(gòu)安裝繩輪處的軸段直徑分別d1 =60mm,d4=85m；右端滾動軸承用套筒和彈簧卡環(huán)定位，由手冊上查的601型軸承的定位軸肩高度h=3mm因此，d4 =85mm。安裝帶輪

35、處的軸段直徑為70、90mm,其左端與右端均用套筒定位，套筒由軸肩定位，查機械設(shè)計P156頁。由于軸的總長大約在4000mm左右。軸各段長度初估與電機有傳動關(guān)系的軸段長60mm.與重物錘相連的軸段取60mm,中間裝支撐座的軸段取105mm，兩邊裝支撐座的軸段取50mm，中間的繩輪軸段1675mm,剩下兩段軸長相等為450mm.爐門提升機構(gòu)主要輔助零件的設(shè)計主要輔助零件包括四個提升輪和兩至三個支承座等, 其設(shè)計公式見下表。表4-1爐門提升機構(gòu)主要輔助零件項目名稱設(shè)計公式注釋備注提升輪D 輪= H /43.14L 0= 2. 5D 鋼繩S = (0. 6- 1)D 鋼繩L 0輪槽寬; S , D輪

36、根和槽邊厚;D 鋼繩鋼絲繩直徑; H 支承座有效高度選用鑄造件輪支承座H = D 輪+ 2D 鋼繩+ 10S 1= 1. 5SD 輪,D 鋼繩分別為提升輪和鋼絲繩的直徑;S 1筋根寬; H 支撐座高度用作固定軸于橫梁上, 內(nèi)嵌軸承, 選用鑄鐵件套用上表公式得：D輪=245mm, S=20+8+8=36mm,輪中心通孔大小分別是70mm，90mm。支撐座結(jié)構(gòu)S1=20mm H=236mm該軸上軸上零件的周向定位：兩端滑輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按直徑由手冊查得平鍵截面lh=22mm9mm (GB/T 1095-1979) 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長25mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB/T1096-1979）

37、,同時為了確保帶輪與軸有良好的對中性，故選用帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6,同樣，中間兩個繩輪與軸的聯(lián)接也選用鍵bhl=25mm9mm32mm 二者之間的配合用H7/n6,滾動軸承與軸的周向定位是借過盈配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。4.6 傳動方式選擇爐門提升機構(gòu)功率傳遞采用鏈傳動。（1）選擇鏈輪的齒數(shù)因為傳動比為 1所以 =19（2）計算功率由機械設(shè)計手冊查得故 = (4-3)（3）有鏈所需傳遞的功率公式：以及查機械設(shè)計表9-10知鏈輪齒數(shù)系數(shù) = 1，= 1.52 ,查表9-11得多排鏈系數(shù) .0 故 = 1.97 Kw根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速 71r/min 以及功率 = 1.97 K

38、w，由圖 9-13 選鏈號為 16A 的雙排鏈。有機械設(shè)計表9-1 查得鏈節(jié)距 p= 25.4 mm . （4）確定鏈節(jié)數(shù)，鏈長 L 及中心距 a把初定中心距 a=3300 mm 代入得：(4-4)由于鏈節(jié)數(shù)最好為偶數(shù)，故取 = 280（節(jié)）=7.112m (4-5) =中心距減小量a=(0.002-0.004)a = 6.56-13.12 mm實際中心距a= a-a = 3380-13 = 取a= 3367 mm（5）驗算鏈速V= (4-6)（6）驗算鏈輪的輪轂孔由機械手冊可查得鏈輪轂的許用最大直徑= 84 mm 50 mm故合適（7）作用在軸上的壓軸力(4-7)有效圓周力按水平布置取壓軸力

39、系數(shù)故（8）鏈輪的參數(shù)選取17,18查機械設(shè)計手冊知：滾子的最大外徑 = 15.88 mm ，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 ， 內(nèi)鏈板高度 。.分度圓直徑 d = p/sin（180/z）= 154.32 mm (4-8).齒頂圓直徑d= d + 1.25p - = 170.19 mm (4-9)d= d +（1-）p = 161.701 mm取d= 166 mm.齒根圓直徑 d= d-=154.32-15.88 = 138.44 mm (4-10).齒側(cè)凸緣 d.鏈輪齒形鏈輪軸向齒廓及尺寸，應(yīng)符合GB/T1244-1985。查設(shè)計手冊得 雙排鏈輪得 齒寬= 14.1 mm 倒角寬 =0.13p = 3.3 m

40、m雙排鏈輪的總寬度為：= 29.29 + 14.1 = 43.39 mm-排距 n-排數(shù) b-雙排鏈輪的齒寬鏈輪的結(jié)構(gòu)采用整體式,其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示圖4-4鏈輪的結(jié)構(gòu)示意圖.鏈輪材料鏈輪的材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的耐磨度和強度。查機械手冊，選Q235，焊接后退火，140HBS。4.7 傳動裝置校核4.7.1 傳動軸校核三支承點傳動軸三支承點傳動軸的結(jié)構(gòu)形式和受力狀況見圖4-5所示。圖4-5三支承點結(jié)構(gòu)和受力分析1) 彎曲應(yīng)力分析由R (y ) = 0. 4G- R A + G/2- R c+ G/2-R B + 0. 8G= 0 和M = 0得: R c= l1G/( l1+ l2) ;R

41、A = 0. 4G+ l2G/2 ( l1+ l2) ;R B = 0. 8G+ l1G/2 ( l1+ l2)通常lA lB , 且R A 故可知其安全。截面I右側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應(yīng)力為扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為=960000過盈配合處的值，取，于是得軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為故得綜合系數(shù)為所在軸在截面I右側(cè)的安全系數(shù)為故該軸在截面I右側(cè)的強度也是足夠的。4.7.2 軸承校核在設(shè)計中我選用深溝球軸承，所選型號為：307 ，查設(shè)計手冊知：307型軸承的C =27.0kN，C= 17.56 kN。Nmin=8000r/min(1）求軸承承受的徑向載荷根據(jù)上面計算軸的受力，軸承

42、的徑向載荷= 1800N，軸向力Fa=700N(2) 求軸承額定動載荷由式（15-2）得 （4-11）對球軸承 =3， （4-12）由 （4-13） (3)按額定靜載荷校核 由式（15-10） （4-14）查表15-13，選取=1 (4-15)由式 查表15-18，時， 代入上式 滿足(4)極限轉(zhuǎn)速校核 (4-16)由 查圖15-5 f1=0.98 查圖15-6 f1=1代入 滿足要求(5) 驗算軸承壽命 （4-17）許用時間（設(shè)計使用時間20年，兩班制工作，每年工作300天）故軸承是安全的。4.7.3 鍵校核為了簡化設(shè)計, 采用過渡配合和平鍵聯(lián)接固定提升輪于軸上, 同時規(guī)定整軸聯(lián)接統(tǒng)一規(guī)格,

43、鍵的選擇由最小端剪切應(yīng)力和最大端軸直徑確定, 然后由公式(11) 和(12) 進行擠壓強度和剪切強度校核。(a) 鍵擠壓強度校核Rj m ax = 2T m ax/dk l鍵= 1. 6GR /d k l鍵Rj (11)(b) 鍵剪切強度校核Sm ax= 2 T m ax/dbl鍵= 1. 6GR /d bl鍵S (12)式中: Rj max 鍵聯(lián)接工作面最大擠壓強度;Rj鍵的許用擠壓應(yīng)力(可查表得) ;d 軸最小直徑(mm ) ;l鍵鍵的工作長度(mm ) ;k , b鍵與輪轂的接觸高度和寬度(mm )鍵,軸的材料都是鋼，由機械設(shè)計手冊表6-2查得許用擠壓應(yīng)力100120Mpa，取其平均值1

44、10 Mpa。鍵的工作長度=L- b =32 mm，鍵與輪彀槽的接觸高度k= 0.5h =7 mm。普通平鍵的強度條件為 （4-19）故鍵是安全的。結(jié)束語在本次設(shè)計中使我在大學(xué)四年中學(xué)到的知識有了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，也使得我的實際設(shè)計的能力得到了鍛煉，通過本次設(shè)計也使我學(xué)到了很多新的東西，由于自己的經(jīng)驗不足，所以設(shè)計出來的爐門提升機構(gòu)有很多不足之處，但對我來說是一個新的嘗試。我在這幾個月中的設(shè)計中，主要有以下幾點體會。一、初步使我懂得了，做設(shè)計是怎么一回事，應(yīng)從哪里入手，要找一些什么樣的資料和參考書籍，還有就是多在社會中找到使用的，與此差不多的產(chǎn)品來研究它的工作方式，這樣設(shè)計有什么好處和不足之處，應(yīng)如

45、何改正。進行大量的數(shù)據(jù)采集以后，進行分析，從生產(chǎn)加工的廠家的使用要求和現(xiàn)在社會的使用情況出發(fā)，選擇最優(yōu)的，最經(jīng)濟的設(shè)計方案。二、通過此次設(shè)計，使我具備了一定的獨立設(shè)計的能力，能夠使自己所學(xué)的專業(yè)知識，應(yīng)用在實踐中。此次設(shè)計，綜合了指導(dǎo)老師和同學(xué)們的意見，實現(xiàn)了快進與快退，能夠在很快的時間內(nèi)夾緊。這對鉗工用萬向虎鉗來說是一個大膽的改進和創(chuàng)新?？赡芪疫@次設(shè)計出來的不適用，但對我來說也是一個較大的進步，使我懂得了如何去思考和發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的不足。三、通過設(shè)計鍛煉了自己縱使思考問題的能力，并且培養(yǎng)了自己對設(shè)計的創(chuàng)新能力，同時也發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，如對某些設(shè)計結(jié)構(gòu)，和工作時有可能遇到的情況考慮不全面等。四、在設(shè)計過程中對于各門專業(yè)基礎(chǔ)課的縱使應(yīng)用不是很熟練，對于在設(shè)計中所遇到的問題不能全面獨立自主的解決，這次在實際生產(chǎn)加工是不能勝任的等缺點。所