rh真空处理顶枪升降及旋转机构设计说明书 毕业设计

辽宁科技大学本科生毕业设计第I页RH真空处理顶枪升降及旋转机构设计摘要RH真空处理是提高钢水质量的方法之一，它是由德国鲁尔钢公司与真空泵厂家赫拉乌斯公司共同设计的。顶枪机构是其中非常重要的一部分。通过顶枪除碳、除磷、脱氧、脱硫、去除夹杂物。可使钢水质量得到有效的提高。顶枪在工作中需要完成升降和旋转两个动作，升降运动的目的是使插入钢水中的枪体离开真空室,而旋转运动的目的是使枪体离开工作位，以便维修、检查炼钢设备。在本次设计中顶枪升降动作是通过齿轮蜗杆减速器减速加链传动机构实现的,旋转动作通过液压传动来实现。通过对该升降及旋转机构的设计，加深对炼钢设备的进一步了解与认识，同时熟练掌握运用齿轮传动、蜗杆传动、链传动等机构的设计方法，树立起严谨的设计理念，从而达到综合训练的目的，为将来走向工作岗位打下坚实的基础。关键词RH真空氧枪；升降机构；旋转机构辽宁科技大学本科生毕业设计第II页RHVACUUMTOPGUNMOVEMENTSANDINSTITUTIONSDESIGNEDROTARYABSTRACTRHVACUUMPROCESSINGISTOIMPROVETHEQUALITYOFMOLTENSTEELONEOFTHEWAYS,ITISFROMGERMANYSRUHRSTEELCOMPANYANDTHEVACUUMPUMPMANUFACTURERSHELAWUSIJOINTLYDESIGNEDTOPGUNINSTITUTIONSISONEVERYIMPORTANTPARTINADDITIONTOTHEGUNTHROUGHTHEROOFOFCARBON,PHOSPHORUS,DEOXY,DESULFURIZATION,THEREMOVALOFINCLUSIONTHEQUALITYOFMOLTENSTEELCANBEEFFECTIVELYIMPROVEDTOPGUNSINTHEIRWORKTOBEDONEMOVEMENTSANDROTATINGTHETWOMOVEMENTS,MOVEMENTSOFTHEMOVEMENTTOMAKEMOLTENSTEELINSERTEDINTHELEFTCHAMBEROFTHEGUN,ANDROTATINGTHEPURPOSEISTOLEAVETHEGUNSOFWORKSTATIONS,FORMAINTENANCE,INSPECTIONSTEELMAKINGEQUIPMENTINTHEDESIGNOFTOPGUNACTIONMOVEMENTSTHROUGHTHEWORMGEARREDUCERSLOWDOWNANDCHAINDRIVEMECHANISMTOACHIEVE,THROUGHHYDRAULICROTARYACTIONTOACHIEVEROTATINGTHROUGHTHEMOVEMENTSANDTHEDESIGN,DEEPENTHEIRUNDERSTANDINGOFTHESTEELMAKINGEQUIPMENTTOFURTHERUNDERSTANDINGANDAWARENESS,ANDMASTERINGTHEUSEGEARTRANSMISSION,THEWORMTRANSMISSION,SUCHASTHECHAINDRIVEDESIGNANDESTABLISHSTRICTDESIGNCONCEPTTOACHIEVECOMPREHENSIVETRAININGTHEPURPOSE,TOWORKFORTHEFUTUREANDLAYASOLIDFOUNDATIONKEYWORDSVACUUMLANCERH；BODYMOVEMENTS；ROTATINGBODIES辽宁科技大学本科生毕业设计第III页目录摘要IABSTRACTII1绪论111RH法介绍112RH真空处理装置的特点313真空处理设备的工作原理314顶枪控制的方法415本课题研究的主要内容42总体方案设计521从运动状态角度分析622从加工角度分析623从经济角度分析73电动机的选择与计算831计算电动机功率832选择电动机型号84传动比的分配及各轴动力参数计算1041传动比的分配1042从电动机开始计算各轴运动及动力参数10辽宁科技大学本科生毕业设计第IV页5传动系统设计1351链传动的设计计算1352减速器设计计算15521选择减速器15522斜齿圆柱齿轮传动设计15523普通圆柱蜗杆传动设计2253选择联轴器27531输入轴联轴器选择27532输出轴联轴器选择2854选择液压缸286主要零件强度校核计算3061输出轴键的连接强度校核30611蜗轮键的校核30612联轴器键的校核3062轴承与轴的校核31621轴承的寿命验算32622轴的强度校核347顶枪冷却水控制与安全策略4071顶枪冷却水控制4072顶枪安全控制策略418设备可靠性与经济评价4281机械有效度计算42辽宁科技大学本科生毕业设计第V页82预测投资回收期42结束语44致谢45参考文献46辽宁科技大学本科生毕业设计第1页1绪论11RH法介绍随着科学技术的进步和我国工业的飞速发展，人们对钢铁的性能和质量有了更高的要求。炉外精练是炼钢过程中提高钢水质量的一项必不可少的环节。所谓炉外精炼就是把转炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中进行精炼的过程。也叫二次炼钢或钢包精炼。炉外精炼把传统炼钢分成两步，第一步叫初炼，在氧化性气氛下进行炉料的溶化、脱磷、脱碳和主合金化；第二步叫精炼，在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。可实现提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本RH真空精炼技术产生于50年代末期。在近30年的时间里,RH的功能和精炼的钢种范围不断扩大,发展成为多功能真空精炼技术,在炉外精炼中占主导地位。至今,全世界已有100余台。在西欧、日本、美国得到普遍推广,仅日本就有40余台,1989年日本转炉钢真空精炼率达565,新日铁大分厂、川崎制铁水岛厂已全量进行RH真空精炼。实践证明,RH真空精炼技术是提高产品质量,降低成本,扩大品种,提高炼钢生产能力,保证连铸顺行,实现全连铸,优化炼钢生产工艺的重要手段。到1992年止,我国只有10台RH设备其中3台在机电部机械厂,除宝钢RHOB和武钢2号RH设备水平较高外,其余的水平较低,功能有限。从钢铁工业发展来看,炉外精炼已成为炼钢生产不可缺少的重要工序,铁水预处理转炉复合吹炼RH精炼炉外精炼连铸是现代炼钢厂的最佳工艺流程。而我国RH普及率很低,1990年全国冶金系统不包括吹氩、喂丝的钢水精炼比为268,其中电炉钢36,转炉、平炉钢精炼比249,真空精炼比仅199。预计未来510年里,将有710家企业采用RH真空精炼技术。RH法钢水处理炉外精炼，通常在炼钢工业中使用两种真空循环脱气法，单连通管法或称DH工艺及双连通管法或称RH工艺。其中RH工艺是较为常见的方法。RH法是德辽宁科技大学本科生毕业设计第2页国鲁尔钢（RUHRSTAHL）公司和真空泵厂家赫拉乌斯（HERAEUS）公司共同设计的。根据铅和汞做模拟实验，确认了技术的可能性之后，继而发展起来的，随着RH真空精炼的实践RH真空精炼技术的发展，RH真空处理装置既是转炉充分发挥效率的可靠保证，又为连铸提供优质钢水。稳定连铸生产工艺条件的重要手段，同时转炉与连铸之间起着重要的缓冲作用。它的冶金功能得到了充分的发展，扩展到了十余项冶金功能。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等在炉外精炼中，基础自动化的功能大致包括以下几个部分（1）数据采集，包括炉外精炼工艺过程的主要参数的检测。（2）自动控制，即炉外精炼工艺过程中，主要工艺参数的自动控制以达到炉外精炼最终目标。（3）电气传动顺序控制，即对炉外精炼所有的电气设备按工艺所要求的顺序进行控制、联锁。起停。（4）故障报警，包括工艺过程参数的超报警，以及电气，仪表，设备本身的故障报警而这些报警又分成轻、中、重三度报警。（5）数据处理，对精炼过程中所采集的数据进行处理和存储，以供控制、显示和打印用，主要处理包括差压、流量的开方、温度压力补正等运算，消耗按班、日、月的累计计算以及历史数据的存储趋势记录等一糸列的运算显示。（6）在精炼过程中接受上位机的设定值进行SPC（设定值控制），包括数学模型设定以及人工智能如模糊控制，神经元网络等指令并进行控制。（7）画面显示，包括CRT上显示工艺流程画面操作画面、工艺参数趋势曲线、历史数据、图形画面等。辽宁科技大学本科生毕业设计第3页（8）数据记录，包括班报、日报、月报记录以及专门的报表如合金投入量、喂丝重量等。（9）数据通迅、包括PLC之间，PLC和DCS之间，上下位机之间通迅。虽然炉外精炼有许多不同的工艺流程，但上述功能都是一样的。目前国内外RH真空处理都向插入管长寿命化、处理功能多样化、处理连续化、生产过程控制全自动化方向发展。主要目标就是要降低生产成本，稳定和优化冶金生产工艺操作，提高产品产量的质量。由于自动化及计算机应用不仅节省人力，更重要的是能把工艺参数严格控制在规定值范围之内，监控生产过程，优化工艺过程，缩短处理时间，达到高产、优质、节能降耗以及降低成本。而且能生产过去不能生产的产品，故自动化及计算机应用不仅是工业现代化的标志，而且是生产必需和关键的环节，因此世界各国都努力发展工业自动化。到目前为止，工业自动化发展到了多级计算机自动化系统。12RH真空处理装置的特点（1）真空室采用双室平移交替式，钢包采用钢包车运送和液压顶升方式。（2）设有贮料能力大，数量足够的高位料仓，以满足多钢种的要求和今后的发展。铁合金称量和加料系统设有精调与细调，以确保合金化的精度和速度。（3）采用大抽气能力的确蒸汽喷射真空泵，装备有真空自动控制系统和高压水清洗装置。（4）采用地下皮带运输机和垂直皮带运输机相结合的方式把铁合金由地面运送到高位贮料仓，占地面积少。（5）预留RH顶吹氧枪位置，在未装氧枪前，装备真空室煤气加热系统和石墨棒直辽宁科技大学本科生毕业设计第4页流电加热系统，以提高内衬温度并防止内衬结瘤。（6）装备包括全自动喷补机，真空室部件更换和平共处五项原则维修设备，以缩短辅助作业时间。（7）设有铁合金上料及称量时的收尘装置。13真空处理设备的工作原理真空处理主设备主要由真空室、真空室加热设备、升降设备和旋转设备、合金加料设备、真空泵系统和电气设备以及测量控制仪表等组成。实现顶枪进入和退出真空室动作通常有两种移动方法在真空处理时，真空室需转到处理位置上方，然后降下顶枪，插入钢水中，这种方法称为上动法；另一种方法是真空室不动，而通过旋转升降顶枪来完成全部动作，这种方法称为下动法。由于上动法需要真空室完成旋转运动，考虑其重量较大，对机构的刚度要求较高，加工制造也相对困难许多，因此上动法不为常用。相比之下，下动法顶枪质量较轻由顶枪完成升降和旋转运动更容易实现，也方便机构的设计和维修。14顶枪控制的方法顶枪升降及枪位控制中根据加热过程的工艺要求，需要对顶枪位置进行调整和控制。顶枪采用电机驱动，顶枪的升降行程控制采用绝对编码器，顶枪在最高位和最低位的紧急限位采用限位式机械开关，当枪上升或下降达到最高限位或最低限位时，立即切断变频器的输出，顶枪停止运行并抱闸，防止出现事故。另外，还设有停枪位和换枪位两个限位开关每次加热结束、真空处理期间或顶枪漏水时，顶枪提升到停枪位等待当要更换真空室或更换顶盖时，顶枪提出热顶盖外即换枪位。顶枪的操作方式有辽宁科技大学本科生毕业设计第5页事故方式、现场手动方式、远程手动方式和远程自动方式。事故操作方式是指在事故停电状态下将气动马达耦合手柄打到气动马达位置，用N2提升顶枪。现场手动方式是指在现场操作台上选择多边钥匙开关就地操作，通过操作台上的按钮控制顶枪升降，操作台上用数字表显示顶枪枪位，只能低速升降，该方式主要用于设备维护和检修。远程手动方式是操作员直接在操作站上点击“上升”“下降”按钮，控制顶枪升降。远程自动操作是指操作员直接在HMI上设定枪位，经过PLC比较后，自动控制枪的升降，该方式为正常生产操作方式，并带所有控制联锁。出于安全考虑，在HMI上只允许自动操作，没有手动方式。操作员在加热表内设定好加热时间、枪位和气体流量，然后按下“启动”按钮，顶枪自动下降到设定枪位位置后停止，氧气、煤气阀打开，调节阀根据认定流量调节氧气和煤气流量。加热时顶枪要下到真空室内，而真空室内的温度很高（约11001300），因此顶枪采用水冷方式进行冷却，以免被烧坏。15本课题研究的主要内容设计顶枪升降旋转机构，使顶枪完成提升和旋转运动，主要内容包括电动机选择与计算、链传动设计计算、齿轮蜗杆减速器设计计算、液压缸和联轴器的选择等。2总体方案设计方案1采用升降走行机构辽宁科技大学本科生毕业设计第6页电动机1通过减速器和链传动带动小车完成升降运动。电动机2驱动轮子在水平轨道上完成走行。图21图21升降走行机构方案简图方案2采用升降旋转机构电动机通过减速器和链传动带动小车完成升降运动。由液压缸带动机架完成旋转。（图22）辽宁科技大学本科生毕业设计第7页图22升降旋转机构简图21从运动状态角度分析方案1电动机驱动机架走行速度相对较快，节省时间，但当机架走行到轨道两端停车时，与轨道有冲击且冲击载荷很大。方案2液压驱动，机架旋转速度相对较慢，浪费时间，但机架旋转平稳，几乎没有冲击载荷。22从加工角度分析方案1走行距离很大，机构庞大，加工轨道困难。方案2液压缸是标准件，可外购。辽宁科技大学本科生毕业设计第8页23从经济角度分析方案1走行距离大，浪费空间，轨道尺寸很大，加工、运输、安装成本都较高。另外使用两个电动机也增加了成本。方案2液压缸型号固定，购买、安装都很方便。综上所述选用方案2。辽宁科技大学本科生毕业设计第9页3电动机的选择与计算31计算电动机功率（1）选择电动机系列按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。（2）计算电动机功率升降小车所需要的有效功率PWFV链MMGV（31）2200120098026664KW装置总效率总联2啮蜗承7链摩联轴器效率联099（弹性）滚动轴承效率承098（滚子轴承）齿轮啮合效率齿098（7级精度）蜗杆传动效率蜗072（单头）链传动效率链093（开式双排链）对导轨的摩擦效率摩097则总传动效率总联2啮蜗承7链摩（32）099209807209870930970536所需电动机功率6412950WRPKW总（33）辽宁科技大学本科生毕业设计第10页32选择电动机型号查机械设计课程设计表4121，可选Y系列三相异步电动机Y162M22型，额定功率P015KW，转速N02930R/MIN。4传动比的分配及各轴动力参数计算41传动比的分配图41选用传动方案传动方案如图41；由于链传动比为，初定蜗轮蜗杆的传动比为，因此1炼I61I蜗29348061I齿42从电动机开始计算各轴运动及动力参数解0轴（电机轴）01295PKW辽宁科技大学本科生毕业设计第11页0293MINRN30012950547PTNM1轴（减速器高速轴）102950127PKW联013MINNRI311271095967PTNMN2轴（蜗杆轴）21270981570PKW承啮209365MIN48NRI322170518PTNMN3轴（蜗轮轴）3215709264PKW承蜗3063MINNRI3338164095796421PTNMN4轴（链轮轴）4381640PKW承联40MINNRI3447921095564281PTNM辽宁科技大学本科生毕业设计第12页表41各轴运动及动力参数轴序号功率转速转矩传动类型传动效率PKWMINRTNI012295293040074112172293039673联轴器10099211570610035181138斜齿轮传动48030950638164107796421蜗杆传动610705647921107564281联轴器1009702辽宁科技大学本科生毕业设计第13页5传动系统设计51链传动的设计计算初定链速为V链02M/S，输出轴转速为10R/MIN，采用双排滚子链，垂直布置，传动比取1。选择链轮齿数查机械设计手册3表2222选取链轮齿数Z117，Z2IZ117计算功率PCA查机械设计表96得工作情况系数KA13P链PR联2啮蜗承7链摩12295099209807209870930976664KWPCAKAP链1366648663KW（51）确定链条链节数LP初定中心距A0110P,则链节数为210210ZAPZAP（52）辽宁科技大学本科生毕业设计第14页节21702P23133节圆整取LP232（节）确定链条的节距P查机械设计手册3图2222可知，链工作在功率曲线顶点左侧，这时可能出现链板疲劳破坏。查机械设计表910得链轮齿数系数KZ（Z1/19）10817/19108089链长系数KLLP/100026232/100026124采用双排链，查机械设计表911得双排链系数KP17，得所需传递的功率为P0662KWPLZCAK712489063（53）初定链轮转速N链10R/MIN查机械设计手册3图2222选链号为48A双排链。查机械设计手册3表2221得链节距P7620MM确定链长及中心距A1768M10PL276（54）28241211ZZLZLAPP（55）辽宁科技大学本科生毕业设计第15页227621717173238481915MM819M中心距减少量A00020004A000200048190016400328M实际中心距AAAL小车（33）12（56）81900164003281929156491728M取A916M验算链速160NZPV57式中Z1、Z2分别为主动、从动链轮的齿数N1、N2分别为主动、从动链轮的转速，单位（R/MIN）P链的节距，单位（MM）M/S10176206ZPV（58）与原假设相符计算链轮上的压轴力FPKFPFE59式中FE链传递的有效圆周力，单位NKFP压轴力系数，对于水平传动KFP115；对于垂直传动KFP105辽宁科技大学本科生毕业设计第16页有效圆周力FE100033320N20641VP链（510）链垂直布置KFP105FPKFPFE1053332034986N（511）确定链轮毂孔DK查机械设计表94得链轮毂孔许用最大直径DMAX239MM大于蜗轮轴，因此可用链的润滑方式查机械设计手册3图2223选用油刷或油壶人工定期润滑。52减速器设计计算521选择减速器根据减速器的工作情况初选圆柱蜗杆减速器，考虑蜗杆转速不超过1500R/MIN，而选择电动机转速为2930R/MIN。因此考虑在蜗轮蜗杆减速级前，再加一级斜齿圆柱齿轮减速。目的为了降低输出轴转速，以免蜗杆温度过高导致严重磨损失效。522斜齿圆柱齿轮传动设计（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按图1的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮顶枪升降机构为一般工作机构，速度不高。故选用7级精度（GB1009588）。材料选择由机械设计表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为辽宁科技大学本科生毕业设计第17页280HBS；大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS选小齿轮齿数Z124，大齿轮齿数Z2I1Z1480324115272取Z2115（2）按齿面接触强度设计5122311HEADTTZITK式中KT载荷系数；T1小齿轮的转矩；D齿宽系数；I齿轮的传动比；ZH区域系数；ZE材料的弹性影响系数；接触疲劳寿命系数；H试选KT16由机械设计图1030选区域系数ZH2433取14，由机械设计图1026查得1078,2090则12168计算小齿轮传递的转矩T195510695510612295/2930401041NPNM由机械设计表107选系数D1由机械设计表106选取材料的弹性影响系数ZE1898MPA1/2查机械设计图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限HLIM1600辽宁科技大学本科生毕业设计第18页MPA，大齿轮的接触疲劳强度极限HLIM2550MPA计算应力循环次数N160N1JLH60293018301284107109N2405109/4880855109查机械设计由图109取接触疲劳寿命系数KHN1090KHN2095计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由公式H1KHN1HLIM1/S090600/1540（MPA）H2KHN1HLIM2/S095550/15225（MPA）HH1H2/253125MPA（3）相关参数计算试算小齿轮分度圆直径D1T由计算公式得32415318942805612T（513）41150MM计算圆周速度辽宁科技大学本科生毕业设计第19页M/S31610629543106NDVT（514）计算齿宽B及模数MNTBDD1MMNTD1TCOS/Z141150COS14/24166MMH225MNT374MMB/H41150/3741100计算纵向重合度0318DZ1TAN0318124TAN141903计算载荷系数K已知使用系数KA1，查机械设计图108得动载系数KV116查表104得KH齿向载荷分布系数的计算公式KH112018106D2D2023103B（515）1120181061212023103442142由图1013查得KF135辽宁科技大学本科生毕业设计第20页由表103查得KHKF12因此计算载荷系数KKAKVKHKH111612142197按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径MM13546971504331TTKD（516）计算模数MNMND1COS/Z144135COS14/24178MM（517）由于该齿轮用于传动，因此模数应大于等于25MM，取MN4（MM）。（4）几何尺寸计算计算中心距MM5128614COS2COS21NMZA（518）将中心距圆整为290（MM）按圆整后的中心距修正螺旋角122415ARCOSARCOS64132“90NZM辽宁科技大学本科生毕业设计第21页（519）计算大、小齿轮分度圆直径（MM）12410COS65NZMD（520）MM215480COS6NZD计算齿轮宽度BDD11100100MM（521）圆整取B1110MM；B2105MM表51齿轮几何尺寸参数单位（MM）小齿大齿模中小齿大齿轮分轮分心度圆度圆轮宽轮宽直径直径数距度度D1D2MNA1B1B21004804290110105（5）按齿根弯曲疲劳强度校核522TFASFFNKYBM辽宁科技大学本科生毕业设计第22页式中齿根弯曲疲劳应力；FFT齿轮所受到的切向力；YFA斜齿轮的齿形系数；YSA斜齿轮的应力校正系数；Y螺旋角影响系数；B计算齿宽；MN当量模数；斜齿轮端面的传动重合度；F齿根弯曲疲劳许用应力；确定斜齿轮齿形系数和斜齿轮应力校正系数计算当量齿数ZV133V24274COSS165Z（523）233V1504COSCS6Z查机械设计表105知YFA12592YSA11596辽宁科技大学本科生毕业设计第23页YFA2216YSA2181确定螺旋角影响系数，由查机械设计图1028得Y0881903K1879FT179346NFT275474NB1110MMB1105MMMN4MM168查机械设计图1020C得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1500MPA；大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2380MPA查机械设计图1018得弯曲疲劳寿命系数KFN1084、KFN2088计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S14F1KFN1FE1/S084500/14300MPA（524）F2KFN1FE1/S088380/142388MPA计算MPA34768140059279381F45HRC，可从表117中查得蜗轮和基本许用应力H268（MPA）应力循环次数N60JN3LH6011083012813107寿命系数970187HNK则HKHNH097268260MPA计算中心距（MM）24302678108721326A（527）查机械设计手册3表2354普通圆柱蜗杆传动的参数匹配取中心距A2315MMM8MM，蜗杆分度圆直径D3140MMD3/A2140/315044查机械设计图1118得ZP238因为ZP所以按轴承1的受力大小验算由表134查得，12机械设计10TF；根据轴承寿命公式求得轴承的寿命为03610THFCLNP660310145794830128304289THHFCLLHNP故所选轴承满足寿命要求622轴的强度校核1按扭转条件校核（66）3330950816495081645922TPDAMN2按弯扭条件计算（1）做出轴的计算简图（2）做出弯矩图（3）做出扭矩图辽宁科技大学本科生毕业设计第38页图66轴的载荷分析图表61轴上载荷参数载荷水平面H垂直面V辽宁科技大学本科生毕业设计第39页支反力F；159476RHN216049RHFN1467293RVFN269758RVFN弯矩M；38M8MM130MM总弯矩2214576193748604320785N扭矩TTN3按弯扭合成应力校核的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即危险截面C的强度根据式及上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切222214CAMTTWW应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力062222133480679416915CAMPA（67）前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由表查得。因此，故安全。160A1CA4精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面A，B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面C处过盈配合引起的应力集中最严重。因而只需校核截面C左右即可。（2）校核C截面（左侧）截面上的弯曲应力（68）1133486021210MMPAWDBC辽宁科技大学本科生毕业设计第40页截面上的扭转切应力13379642107402TMMPAWDC轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表151查得，60BA1275MPA15PA截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数和按附表32查取。因，013RD，经插值后可查得013DD2131又由机械设计附图31可得轴的敏性系数为08Q085Q故有效应力集中系数由机械设计附表34得112190K085326Q由机械设计附图32的尺寸系数；由机械设计附图33的扭转尺寸系数6076轴按磨削加工，由机械设计附图34得表面质量系数为092轴未经表面强化处理，即，则按式和得综合系数1Q1K1K为（69）901348562K177又由机械设计31及32得碳钢的特性系数辽宁科技大学本科生毕业设计第41页取01201取55于是，计算安全系数值，按式和则得CAS1AMSK1AMSK12753573480A（610）115976744022AMSK23963155CAS故可知其安全。（3）校核C截面（右侧）截面上的弯曲应力11334860214005MMPAWDBC截面上的扭转切应力133791520TC轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表151查得，640BPA1275MPA15MPA截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数和按附表32查取。因，0615RD，经插值后可查得013DD2131又由机械设计附图31可得轴的敏性系数为08Q085Q故有效应力集中系数由机械设计附表34得辽宁科技大学本科生毕业设计第42页11082190KQ5326由机械设计附图32的尺寸系数；由机械设计附图33的扭转尺寸系数6076轴按磨削加工，由机械设计附图34得表面质量系数为092轴未经表面强化处理，即，则按式和得综合系数1Q1K1K为901348562K177又由机械设计31及32得碳钢的特性系数取01201取55于是，计算安全系数值，按式和则得CAS1AMSK1AMSK1275493480AMK11122AS25495651CAS故可知其安全。因此，判定此轴满足强度校核，是安全的。辽宁科技大学本科生毕业设计第43页7顶枪冷却水控制与安全策略71顶枪冷却水控制加热时顶枪要下到真空室内的温度很高（11001300），因此顶枪采用水冷方式进行冷却，以免顶枪被烧坏。但是，若在处理期间发生漏水事故，后果不堪设想，所以顶枪冷却水进水管道和出水管道上分别安装了1台电磁流量计，测量顶枪冷却水的进、出水流量，并在PLC中监视二者的流量差，一旦流量超限，则立即关闭进水阀，打开出水阀，同时将枪提到安全位置。冷却水流量差的算法如下。过滤器的算法公式为71DTYXTF1式中F为T时间周期内的累积误差的平均值；X为某时刻的进水流量；Y为某时刻的出水流量。其数字化算法如下FLOW1YK1FYK，XKA1YKA2XK（72）FLOW2YK1FYK，XKB1YKB2XKFLOW3FLOW1FLOW2上式中，FLOW1为2S内的流量差平均值；1T1/T1TA2T/T1T,T为采样周期。FLOW2为20MIN内的流量差平均值；B1T2/（T2T）；B2T/（T2T）。FLOW3为20MIN中内的累积流量差平均辽宁科技大学本科生毕业设计第44页值与2S内的累积流量差平均值的差值。令T12S，T220MIN1200S,T01S,则FLOW12/21YK01/21XKFLOW21200/12001YK01/12001XK针对上述算法专门编写了一个功能块，将该功能块放在OB35100MS执行一次。程序中监视FLOW3、FLOW2的值，当FLOW309M3/H，或当FLOW212M3/H时，则表明顶枪漏水，这时候必须将顶枪提到安全位置（停放位）。72顶枪安全控制策略1RH的顶枪，在非处理阶段主要对真空室进行升温加热；在处理阶段，顶枪停放主要对真空室的顶部。在顶枪内壁通有冷却水。这样，顶枪的安全性需要从两方面考虑（1）顶枪加热时，煤氧燃烧的安全（2）设备冷却水的安全；这两方面出现故障时都可能引起爆炸。因此，本套顶枪系统采取如下安全策略。2顶枪加热燃烧方面的安全控制策略有（1）在真空处理期间，需要用N2对顶枪枪头进行吹扫，防止顶枪枪头被真空处理过程中产生的喷溅物堵塞；顶枪加热前和加热结束后，需要用N2对顶枪进行定时吹扫，清扫管道中的煤气。气体通断由PLC通过切断阀进行控制。（2）如果真空时温度不大于800，顶枪烧嘴禁止使用。真空室内壁温度测量必须符合德国DVGW标准。（3）煤气阀和氧气阀必须由烧嘴控制单元直接控制，严禁采用PLC进行控制。出于从安全角度考虑，顶枪燃烧控制单元采用德国SMSMEVAC公司针对顶枪特性专门研制的基于硬逻辑方式的控制器，完全避免了软逻辑带来的危险。（4）当点火命令发出15S后，如果没有检测到火焰，顶枪控制单元会产生一个故障信号来切断氧气、煤气阀门，顶枪提升到停放位。此功能只能用硬件定时器实现，严禁采用PLC系统来实现该功能。该功能基于欧洲标准，主要是为了安全。辽宁科技大学本科生毕业设计第45页（5）顶枪燃烧出现故障后，必须利用真空系统（真空室、真空泵）进行吹扫，吹扫过程由喷射泵完成。吹扫4MIN后，废气流量达到5000KG/H，吹扫过程结束，才能重新使用加热系统。（6）对氧气、煤气的压力范围进行严格规定，避免介质压力波动给系统带来影响。3顶枪冷却水方面的安全控制策略有（1）冷却水流量低于认定值的80时，切断氧气煤气源，提枪到停放位。（2）冷却水流量高于认定值的120时，切断氧气、煤气源，提枪到停放位。（3）冷却水进出水流量差大于正常流量的2，切断氧气、煤气源，提枪到停放位。（4）出水温度大于80时，报警提示。8设备可靠性与经济评价81机械有效度计算对于可修复设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障阶段即可靠度，从发生故障后进行维修到正常工作阶段即维修度。把两者结合起来，就是机械设备的有效度（有效利用率）。8110MTRBFA式中MTBF平均故障间隔期（H）MTTR平均维修时间（H）设机械设备工作时间为12000H，可能发生12次故障，每次处理时间平均10H，检修时间300H。MTBF12000/121000（H）（82）辽宁科技大学本科生毕业设计第46页MTTR（300120）/1235（H）1000/（100035）96710MTRBFA82预测投资回收期表51投资回收资金时间（年）12345678910投资15001500年收益8001000150015001500150015001500净收益150030002200120030018003300480066009100投资回收期（PT）累计净现金流量开始出现正值的年份数1上年累计净现金流量的绝对值/当年净现金流量（51）1200/150048年PC行业投资回收期，重型机械PC17年PTPC经济性符合要求。辽宁科技大学本科生毕业设计第47页结束语氧枪是转炉炼钢过程中必不可少的设备，吹氧条件的好坏直接影响产品质量和其生产能力。本设计以实际生产中的氧枪为设计基础，按照机械设计的要求，对氧枪升降及旋转机构进行了设计与校核。本次设计是对大学四年学习生活的一次综合的考核，也是一次理论与实践相结合的运用，他要求我们能够运用四年来所学的各种知识，在指导老师的热心帮助下，在下厂实际实习的基础上，通过积极的向现场工作人员提问，认真的总结，严肃的对待，终于完成了本次设计工作的要求。通过本次设计我完成了氧枪升降及旋转机构总图、链轮箱、升降小车装配图、RH真空顶枪机构、减速器设计等多张图纸的绘制，熟练的掌握了CAD绘图工具。并通过辽宁科技大学本科生毕业设计第48页设计说明书和排版熟练的掌握了OFFICE2003的各种操作技巧。同时，通过对本次课题的研究以及论文的撰写，使我深切领悟到机械系统工作机理的复杂性、机械系统现代化设计方法的重要性，深切感到自己的专业知识还有待进一步加强。由于个人能力有限，设计中可能有一些欠缺和不足之处，敬请各位老师和专家批评指正。致谢在大学四年的短暂时光里，感谢学校和老师们的教育和培养。在这期间使我增长了知识、开阔了视界。在此，感谢学校和老师的教育，使我成为了一名合格的大学毕业生。毕业设计是对大学四年学习的总结，本次毕业设计我得到了陈东老师和鞍山一炼钢厂工人师傅的鼎立帮助。在毕业设计中，老师们渊博的学识和悉心的指导，使我对知识的把握更清晰准确。在老师的细心指导和耐心帮助下，使我在毕业设计期间取得了很大的进步。我的毕业设计能够很好、很快的完成和老师的认真耐心、不辞辛苦、详细周全的指导是密不可分的。我即将踏出校园，投入社会。此时此刻回眸大学，老师的谆谆教导，同学们的无辽宁科技大学本科生毕业设计第49页私关怀，这一切我都将铭记于心。铭记各位老师的教诲，不辜负学校、老师对我的培养，努力做一番事业，为校争光。最后，再一次向学校以及各位评审老师，指导老师致以最深切的敬意和由衷的感谢。参考文献1徐灏主编机械设计手册M北京机械工业出版社，200032濮良贵，纪名刚主编机械设计M（第七版）北京高等教育出版社，20013巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波主编机械设计课程设计手册M沈阳东北大学出版社，20044孙桓，陈作模主编机械原理M第六版北京高等教育出版社，20015刘泽九主编滚动轴承应用手册北京机械工业出版社，1996辽宁科技大学本科生毕业设计第50页6龚桂义，潘沛霖，陈秀，严国良主编机械设计课程设计图册北京高等教育出版社，19927罗振才主编炼钢机械北京冶金工业出版社，19898严允进主编炼铁机械北京冶金工业出版社，200719管克智主编冶金机械自动化北京冶金工业出版社，1998810BASEDONTHESOUNDINTENSITYOFTHEBOFLANCEGUNCONTROLEXPERTSYSTEM辽宁科技大学本科生毕业设计第1页BASEDONTHESOUNDINTENSITYOFTHEBOFLANCEGUNCONTROLEXPERTSYSTEMCONVERTERPROCESSFORBLOWINGOXYGENGUNGUNCONTROL,IUSEFURNACESLAGNOISESTRENGTHANDTHICKNESSOFTHEFURNACE,THERELATIONSHIPBETWEENTHEESTABLISHMENTOFOXYGENGUNGUNEXPERTS,TOACHIEVETHEOXYGENINTHEGUNOPERATION,ANDTOPREVENTSPLASHBACKTOSTEMTHEPHENOMENONOFHAPPENEDTOOPTIMIZEOXYGENGUNSBLOWINGPROCESSSIMULATIONANALYSISSHOWEDTHATTHESMOOTHOPERATIONOFTHESYSTEMCANLANCE,ANDRETURNEDTOINHIBITSPLASHSTEMBETTERRESULTSFORTHECONVERTERBLOWINGOXYGENGUNCONTROLPROCESSPROVIDESANEFFECTIVEMETHODOXYGENBLOWINGSLAGGINGPROCESSISOXYGENBOFONEOFTHEKEYTECHNOLOGY,SLAGGINGCONVERTERSTEELMAKINGPROCESSISANIMPORTANTPARTOFJAVAWILLHAVEADIRECTBEARINGONTHESMOOTHSTEELMAKINGPROCESS,SOMETIMESEVENCAUSINGEXCESSSLAGORSPLASH,THEREBYREDUCINGTHEYIELDOFSTEELANDSTICKTOTHEGUNLANCEGUNCONTROLDIRECTLYRELATEDTOSTEELMAKINGPROCESSOFDECARBONIZATION,SLAGGING,THEOCCURRENCEOFWARMINGUPANDSPLASHTHEREFORE,WEMUSTVERYGOODCONTROLOFTHEGUNLANCESOTHATTHESTEELMAKINGPROCESSTOBESMOOTHBLOWINGPROCESSISACOMPLEXCHEMICALREACTION,THEMODELISNONLINEAR,DIFFERENTCONVERTERTHEREISGREATDIFFERENCEBETWEEN,ITISDIFFICULTTOUSETHEMODELTOANACCURATEDESCRIPTIONOFTHETRADITIONALCONTROLMETHODSUSEDINTHEFIXEDGUNCONTROLOXYGENTOPWINDSCONVERTERINTHEAPPLICATIONOFRESULTSWERENOTVERYSATISFACTORYINTHISPAPER,BASEDONTHESOUNDINTENSITYOFTHEOXYGENGUNGUNCONTROLEXPERTSYSTEM,THROUGHTHECONVERTERSLAGGINGPROCESSANDTHERELATIONSBETWEENTHEFURNACEMOUTHNOISEANALYSISTODETECTTHENOISEOFTHEFURNACEMOUTHTOJUDGEMENTASANEXPERTSYSTEMBASEDONTHEESTABLISHMENTOFAAPPLICATIONBOFLANCEINTHEGUNCONTROLEXPERTSYSTEM,SIMULATIONANALYSISSHOWSTHATTHESYSTEMCANACHIEVETHEOXYGENGUNGUNCONTROL1LANCEGUNCONTROLCONVERTERINTHEBLOWINGPROCESS,THEBUBBLEDEGREEOFSLAGANDSPLASHBACKTOTHESTEMORHAVECLOSERELATIONS,BUTALSOBLOWINGTHEKEYTOTHESUCCESSORFAILURETHEDEGREEOFCONTROLFOAMTOCONTROLTHECONTENTOFFEO,FEOANDOXYGENCONTENTOFTHEGUNSGUNSALSOHAD辽宁科技大学本科生毕业设计第2页CLOSETIESLANCEPOSITIONISLOW,DUETOFIERCEREACTIONFURNACERAWMATERIALS,FEOCONSUMPTIONATAFASTERRATEOFSPEED,RESULTINGININCREASEDMELTINGPOINTOFSLAG,SLAGFELL,OXYGENFLOWDIRECTIMPACTONSTEELSURFACE,CAUSINGBACKTODRYWHENAGUNHIGH,DUETOOXYGENINTHEITINERARYOFANINCREASEINTHESLAG,FEOGENERATEINCREASED,ANINCREASEOFSLAG,SLAGSURFACETENSIONREDUCTION,INCREASETHELIFESPANOFTHEBUBBLE,ITMAYLEADTOSLAGTHESPLASHBLOWINGNOISEWHENTHECHANGESTOREFLECTTHESTRENGTHOFTHEBUBBLEFURNACESLAGTHICKNESSANDDEPHOSPHORIZATIONSPEEDTHROUGHTHEFURNACEFORSOUNDDETECTIONDEVICESNEARTHEMOUTHOFAPARTICULARBANDOFOXYGENFLOWSHARESTHEPOOLANDITSIMPACTONNOISEINTENSITY,WITHTHEUSEOFNOIS