Вал закреплен в люльке, опираясь на подпятник 5 и верхний 6 и нижний роликовые подшипники. Вращение вала осуществляет электродвигатель с редуктором 2 через коническую шестерню, входящую в зацепление с коническим зубчатым сектором 3, закрепленным на валу 4. На поворотной плите 1 между Г-образными стойками закреплены три стойки механизма перемещения электродов (на рис.не показаны).

При открывании печи для загрузки включают привод 7, приподнимая свод на 150-300 мм, и поднимают электроды, выводя их из рабочего пространства. Далее включают привод 2, поворачивая вал 4 на угол в 80°; вместе с валом вокруг его оси поворачивается плита 1 и закрепленные на ней портал, свод и электроды, открывая рабочее пространство сверху.



Рис. 2.14. Механическое оборудование печи с опорой механизмов подъема-поворота свода на люльку 1 - поворотная плита; 2 - электродвигатель с редуктором; 3 - зубчатый сектор; 4 - поворотный вал; 5 - подпятник; 6 - роликовый подшипник; 7 - привод; 8 - люлька; 9 - опорная тумба; 10 - механизм вращения; 11 - цепь; 12 - свод; 13, 16, 18 - ролики; 14 - стойка; 15 - синхронизирующий вал; 17 - кольцевой рельс; 19 - корпус.

Механизм вращения ванны предназначен для поворота печи вокруг вертикальной оси на 40° в одну и другую сторону относительно нормального положения. Это позволяет во время плавления при трех положениях кожуха проплавлять в шихте девять «колодцев» что сокращает время расплавления шихты. Возможность вращения обеспечивается благодаря тому, что корпус 19 печи посредством прикрепленного к нему кольцевого рельса 17 опирается на ролики 16 опорных тумб 9. Один или два механизма вращения 10 установлены на люльке; каждый из них состоит из электродвигателя с редуктором, выходной вал которого входит в зацепление с закрепленным на корпусе печи зубчатым сектором, благодаря чему вращение вала вызывает поворот корпуса. При включении механизма 10 и вращении корпуса кольцевой рельс 17 катится по роликам 16, а ролики 18 предотвращают боковое смещение корпуса. На высокомощных печах в таком механизме нет необходимости, поскольку в процессе расплавления вокруг трех электродов образуется общая плавильная зона или колодец, а не три отдельных проплавляемых колодца, характерных для невысокомощных печей.

Конструкция печи с опорой механизмов подъема и поворота свода на отдельный фундамент

Печи с опорой механизма поворота на отдельный фундамент эксплуатируются уже много лет. Имеется несколько их разновидностей. Современный вариант устройства рассмотрим на примере отечественной высокомощной печи (ДСП-100И6). Корпус печи жестко закреплен на люльке 1 (рис. 2.15). Он включает нижнюю часть 2 (опору ванны) из стального листа, стеновой каркас 3 из труб со стеновыми панелями 4 и рабочим окном 5. Водоохлаждаемый свод 6 с помощью четырех гибких тяг 7 подвешен к двум консолям 8, которые объединены в общую жесткую конструкцию с порталом 13 и шахтой 18. В нижнем положении портал опирается на люльку через закрепленные на ней две тумбы 14, а свод 6 - на корпус печи. В шахте 18 размещены три гидроцилиндра, которые перемещают телескопические стойки 12 электродержателей. Электроды в электродержателе зажимают с помощью хомута 9 и пружинно-гидравлического механизма 10; ток от гибких кабелей 11а к электрододержателям подводят водоохлаждаемыми медными трубами 11.

Механизм отворота свода с электродами расположен на отдельном фундаменте и включает поворотную платформу 20 с закрепленными в ней двумя направляющими колоннами 15 и перемещаемую по ним вверх-вниз с помощью системы роликов 19 каретку 17. При открывании рабочего пространства печи вначале из него выводят электроды путем подъема стоек 12. Одновременно с помощью двух гидроцилиндров 25 перемещают каретку 17 вверх; при этом конический хвостовик 16 каретки входит в соответствующее отверстие портала, а выступ 26 входит в зацепление с шахтой. Движущаяся вверх каретка поднимает портал, консоли и шахту и закрепленные на них свод и электроды. После подъема свода на 200-300 мм каретку 17 останавливают и с помощью гидроцилиндра 24 начинают поворот платформы 20 вокруг опорного вала 21; опорные ролики 23 платформы при этом движутся по дугообразным рельсам 22.



Рис. 2.15. Печь с опорой механизмов подъема-поворота свода на отдельный фундамент: 1 - люлька; 2 - опора ванны; 3 - стеновой каркас; 4 - стеновая панель; 5 - рабочее окно; 6 - водоохлаждаемый свод; 7 - гибкая тяга; 8 - консоль; 9 - хомут; 10 - пружинно-гидравлический механизм; 11 - медная труба; 11а - гибкий кабель; 12 - телескопическая стойка; 13 - портал; 14 - тумба; 15 - направляющая колонна; 16 - хвостовик; 17 - каретка; 18 - шахта; 19 - ролик; 20 - поворотная платформа; 21 - опорный вал; 22 - рельс; 23 - опорный ролик; 24, 25 - гидроцилиндр; 26 - выступ

Вместе с платформой вокруг оси 21 поворачивается все приподнятое кареткой оборудование, включая свод и электроды; поворот ведут до полного открывания рабочего пространства печи.

Эта печь, как и все новые высокомощные, имеет гидравлические приводы основных печных механизмов, которые являются более быстродействующими, чем электромеханические.

Конструкции механизмов для зажима и перемещения электродов

Каждый из трех электродов имеет свой независимый механизм зажима и перемещения. Механизм состоит из электрододержателя и устройств, обеспечивающих перемещение его с электродом в вертикальном направлении. Применяются механизмы перемещения электродов с кареткой, передвигающейся по неподвижной стойке и с подвижной телескопической стойкой электрододержателя.

В зависимости от типа привода различают механизмы с гидравлическим приводом и электромеханическим, последний может быть реечным или канатным. На рис. 19 показаны конструктивные схемы механизмов перемещения электродов.

В первой схеме (рис. 2.15, а) по неподвижной вертикальной стойке 3 перемещается каретка 5, к которой крепится рукав 7 электрододержателя с электродом 8. Передача движения от привода 1 (барабанная лебедка) к каретке осуществляется канатом 4, перекинутым через ролики 6; противовес 2 частично уравновешивает каретку. Кинематическая схема такого механизма и ее описание даны на рис. 21.

В механизме с электромеханическим реечным приводом (рис. 2.16, б) каретка с электрододержателем и электродом перемещается по неподвижной стойке с помощью рейки 9, приводимой в движение приводом 1 (электродвигатель и редуктор реечной передачи). Здесь также предусмотрен противовес 2, частично уравновешивающий каретку через блок 6.

В механизме с подвижной стойкой и гидравлическим приводом (рис. 2.16, в) рукав 7 электрододержателя жестко закреплен на подвижной вертикальной стойке 10, перемещаемой внутри полой неподвижной стойки 3 гидроцилиндром 11 (в результате движения поршня 12).

Электрододержателъ служит для зажима и удержания электрода в заданном положении и для подвода к нему тока. Он состоит из рукава и закрепленных на нем головки зажимного механизма и токоподвода. Наибольшее применение получили электрододержатели с пружиннопневматическим механизмом зажима электрода.



Рис. 2.16. Схема механизмов перемещения электродов:

а - с электромеханическим канатным приводом; б - с электромеханическим реечным приводом; в - с подвижной стойкой и гидравлическим приводом; 1 - привод; 2 - противовес; 3 -неподвижная стойка; 4 - канат; 5 - каретка; 6 - ролик; 7 - рукав; 8 - электрод; 9 - рейка; 10 - подвижная стойка; 11 - гидроцилиндр; 12 - поршень

Конструктивное исполнение электрододержателей отличается многообразием, но в зависимости от способа зажима электрода в головке их можно свести к двум разно-видностям.

В одной (рис. 2.16, а) головка выполнена в виде кольца или полукольца 1 и подвижной нажимной колодки 3. Электрод 2 в рабочем положении зажат в кольце колодкой за счет усилия пружины 5, установленной на штоке 4. Если нужно освободить электрод, то в пневмоцилиндр 6 подают воздух, поршень и рычажный механизм 7 сжимают пружину, перемещают колодку вправо, освобождая электрод.

Во второй разновидности (рис. 2.16, б) головка состоит из неподвижной колодки 5, закрепленной на рукаве 9, и хомута 8, охватывающего электрод 2. Электрод прижат к токоведущей колодке с помощью хомута за счет усилия пружины 5, передаваемого рычажной системой 7. При подаче воздуха в пневмоцилиндр 6 хомут смещается влево, освобождая электрод.

Головка электрически изолирована от рукава 9, на средних и крупных печах элементы головки охлаждают водой. Рукав делают из толстостенной трубы или сварной коробчатой балки. Ток к головке подают с помощью шин или медных водоохлаждаемых труб, закрепленных на изоляторах сверху рукава (рис. 2.15).

Рис. 2.17. Схема электрододержателей

а - с подвижной колодкой; б - с неподвижной клодкой; 1 - кольцо (полукольцо); 2 - электрод; 3 - нажимная колодка; 4 - шток; 5 - пружина; 6 - пневмоцилиндр; 7 - рычажный механизм; 8 - хомут; 9 - рукав; 10 - каретка

На новых высокомощных печах вместо пружинно-пневматических устанавливают схожие с ними пружинно-гидравлические механизмы зажима электродов (общий вид такого меха- низма представлен на рис. 2.15). За рубежом широко применяют так называемые токоведущие электрододержатели. В них рукав выполнен в виде полой прямоугольного сечения балки из алюминия, служащей также токоподводом от гибких кабелей до головки электрододержателя, иногда применяют полые стальные балки, покрытые слоем меди (плакированные медью). Медь и алюминий используют в связи с их высокой электропроводностью. При этом не требуются токоподводы из медных водоохлаждаемых труб. Преимуществом алюминиевых токоведущих электрододержателей является их значительно меньшая масса.

2.2.3 Расчет механических узлов дуговой печи

На рис. 2.18 показана кинематическая схема одной из конструкций механизмов подъема и поворота свода, а также перемещения электродов для печи с опорой этих механизмов на люльку.

Механизм подъема свода

Подъем и опускание свода осуществляют два синхронно работающих механизма, приводом которых являются электродвигатели 25 и червячно-винтовые редукторы 24. Свод 21 подвешен к полупорталу 19 на перекинутых через блоки 5 и 18 цепях 20 и тягах 4, связанных с червячно-винтовыми редукторами. При работе электродвигателя 25 и червячно-винтового редуктора 24 тяговый винт 24а редуктора получает поступательное движение вверх или вниз, перемещая тяги 4 цепи 20 и, тем самым, свод 21 (на высоту до 500 мм). Для синхронизации работы двух механизмов предусмотрен уравнительный вал 31, связанный с редукторами через муфты 32.

Расчет мощности электродвигателя подъема свода:

Мощность одного двигателя подъема свода, кВт:

,

где Qсв - сила тяжести свода, Н; Vсв - скорость подъема свода, м/с; - КПД пр

вода, ;

- КПД блоков; - КПД. винтовой и червячной передачи,

,

- угол подъема винта редуктора, =arctgt();

t - шаг винта со средним диаметром резьбы ;

- угол трения в резьбе,

=arctgt(); - коэффициент трения.

Механизм поворота свода

Для отворота свода от рабочего пространства печи вращают вал 27 с жестко закрепленной на нем плитой 30, являющейся опорой полупортала 19 и подвешенного к нему свода 21; поворотный вал 27 опирается на люльку печи через два радиальных 29 и один упорный 26 подшипники. Приводом поворота являются электродвигатель 22 и трехступенчатый цилиндрический редуктор 23, на выходном валу которого посажена коническая зубчатая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором 28, жестко насаженным на вал 27. Получая вращения от привода, зубчатая шестерня вызывает поворот зубчатого сектора 28 и вала 27 вокруг его вертикальной оси и, тем самым, поворот плиты 30 и свода печи.

Рис. 21. Кинематическая схема механизмов подъёма, и поворота свода и перемещения электродов для печи с их опорой на люльку

1, 22, 25 - электродвигатель; 2, 23, 24 - редуктор; 3 - барабан; 4 - тяга; 5, 10, 11, 13, 18 - блок; 6 - колонна; 7, 12 - канат; 8 - каретка; 9 - груз; 14 - ходовой ролик; 15 - рукав; 16 - электродо-держатель; 17 - электрод; 19 - полупортал; 20 - цепь; 21 - свод; 24а - тяговыйвинт; 26 - упорный подшипник; 27 - поворотный вал; 28 - зубчатый сектор; 29 -радиальный подшипник; 30 - плита; 31 - уравнительный вал; 32 - муфта

Расчет мощности электродвигателя подъема свода

Для выбора двигателя поворота свода последовательно определяются следующие параметры:

Центр тяжести механизма поворота:

где Gi - сила тяжести отдельных поворачивающихся деталей: свода, полупортала, плиты, вала, приводов и т. п.; - сила тяжести всех поворачивающихся деталей; xi - центр тяжести всех поворачивающихся деталей.

Статический момент поворота:

,

где r1, r2, r3 - радиусы опор в верхнем и нижним радиальных и в упорном подшипниках с соответствующими коэффициентами трения ; ; h - расстояние между радиальными подшипниками.

Момент, приведенный к валу электродвигателя:

Mдв = Mп/i,

где i -передаточное отношение привода.

Мощность электродвигателя поворота, кВт

где - КПД привода; - частота вращения двигателя.

Механизм перемещения электродов

Приводом этого механизма служит барабанная лебедка, включающая электродвигатель 1, червячный редуктор 2 и барабан 3. Вращение барабана вызывает перемещение вверх или вниз каната 7, перекинутого через блоки 10 и через закрепленный на рукаве 15 блок 13, и тем самым вертикальное перемещение каретки 8 с рукавом 15, несущим электрододержатель 16 с электродом 17. Каретка на ходовых роликах 14 передвигается по колонне 6; блоки 10 называют неподвижными, а перемещающийся в вертикальном направлении блок 13 - подвижным. Груз 9 с помощью перекинутого через блоки 11 каната 12 частично уравновешивает силу тяжести каретки 8.

Расчет мощности электродвигателя механизма перемещения электродов

Для выбора мощности электродвигателя механизма перемещения электродов последовательно определяются следующие величины:

Усилие Р на подвижном блоке 13 (рис. 2.18)

,

где - бщая сила тяжести каретки, электрода, механизма зажима и части токоподводящих шин; - сила тяжести противовеса; а - расстояние от центра тяжести поднимаемых масс до оси ближних к центру тяжести ходовых роликов; l - расстояние между осями роликов, расположенных на разных сторонах колонны; b - расстояние между осями ро-

ликов, расположенных на одной стороне колонны; m - расстояние между осью подвижного блока и осями ближних к блоку ходовых роликов; W - коэффициент тяги,

- коэффициент трения в цапфах роликов диаметром d; f - коэффициент трения на ободе роликов диаметром Dp; Кр - коэффициент реборд; - КПД противовесов.

Момент на валу электродвигателя:

,

где -радиус барабана; , - передаточное отношение и КПД привода лебедки.

Мощность привода:

, кВт,

где - частота вращения двигателя.

При реечном приводе момент на валу электродвигателя:

где Dш - диаметр шестерни; - передаточное отношение и к. п. д. привода реечной передачи.

Мощность электродвигателя при реечном приводе, кВт :

Момент сопротивления вращению ванны печи с металлом с суммарной силой тяжести Gпечи + Gмет зависит от сопротивления в цапфах диаметром dц ходовых роликов и от трения на ободе ходовых роликов диаметром Dx:

,

где , f, Kp - коэффициенты трения в цапфах, на ободе роликов и на ребордах; - средний радиус опорного кольца.

Далее выбирается электродвигатель по требуемой мощности:

Механизм наклона печи

Расчет привода механизма наклона печи предполагает последовательное определение следующих характеристик.

Момент сопротивления опрокидыванию порожней печи имеющей массу Gп равен

где r - величина радиуса вектора от центра кривизны люльки до центра тяжести печи; - угол наклона радиуса вектора к вертикальной оси печи; - угол поворота, при вращении по часовой стрелке знак «+», против «-».

Момент от сил трения качения люльки радиусом

где Gп, Gм - сила тяжести порожней печи и металла; Rл - радиус сегментов люльки; Е - модуль упругости материала колеса; b - суммарная толщина двух сегментов люльки.

Внутренний профиль пода печи представляет собой шаровой сегмент с начальным объемом металла:

где h - высота сегмента металла; - внутренний радиус шарового сегмента.

Сила тяжести металла

где - удельная масса расплава.

Опрокидывающий момент от жидкого металла при повороте на угол равен:

,

где n - расстояние между центрами кривизны люльки и шарового сегмента.

Отсюда общий момент сопротивления наклону печи

Максимальный общий момент будет при наклоне печи = 40 - 45°, когда из печи будет слит весь металл,

Обозначим угол между вертикалью печи и прямой отрезка, соединяющего центры кривизны сегментов люльки печи и точки подвески рейки, через . Находим усилие наклона печи Рр, приложенное к одной рейке:



где l - расстояние между центром кривизны сегмента люльки и точкой подвески рейки.

Максимальное усилие на рейке:

По максимальной силе определяется момент на валу каждого из двух электродвигателей:,

где - радиус начальной окружности приводной шестерни; i, - передаточное отношение и к.п.д привода.

Статическая мощность двигателя, кВт:

,

где - частота вращения двигателя, . При расчете механического оборудования и исполнительных механизмов печей к проектным расчетам предъявляются повышенные требования с точки зрения точности и качества, так как при работе с большими массами жидкого металла недопустимы сбои и отказы в работе техники.

3.Расчет механизма подъема свода печи

Расчет механизма подъема свода печи заключается в расчете мощности электродвигателя.

При передаточном числе редуктора i=25 шаге винта s=24 мм и скорости электродвигателя n=1000 об/мин скорость подъема свода

м/мин

Время подъема на высоту h=500мм

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

сек.

Вес свода равен 50т

Коэффициент полезного действия привода з=0,29

Мощность электродвигателя

квт

На основании приведенных данных произведем расчет червячного редуктора

Номинальные частоты вращения и угловые скорости валов редуктора:

об/мин

рад/с

об/мин

рад/с

Вращающие моменты

Н*м = 117,6 10і Н*мм

Н*мм

Для венца червячного колеса примем бронзу Бр010Ф1, отлитую в кокиль; для червяка - углеродистую сталь с твердостью HRC>45. В этом случае основное контактное напряжение [уH]'= 221 МПа. Расчетное допускаемое напряжение [уН]= [уН]'KFL тогда [уН]= 221*0,67=148 МПа.

Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа: при u= 25 принимаем Z1=2

Число зубьев червячного колеса

Z2=Z1*u=2*25=50

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=12,5 и коэффициент нагрузки К=1,2

Определяем межосевое расстояние из условия контактной прочности

=мм

Модуль

мм

Принимаем по ГОСТ 2144-76 стандартные значения m=8мм и q=12,5, а также Z2=50 и Z1=2

Тогда пересчитываем межосевое расстояние по стандартным значениям m, q и Z2:

мм

Основные размеры червяка:

Делительный диаметр червяка

мм

Диаметр вершин витков червяка

мм

Диаметр впадин витков червяка

мм

длина нарезанной части шлифованного червяка

147 мм

делительный угол подъема г при Z1=2 и q=12,5 угол г=9°05'

Основные размеры венца червячного колеса

Делительный диаметр червячного колеса

мм

Диаметр вершин витков червяка

мм

Диаметр впадин витков червяка

мм

наибольший диаметр червячного колеса

мм

ширина венца червячного колеса

87 мм

окружная скорость червяка

м/с

скорость скольжения

м/с

Уточняем КПД редуктора

При скорости Vs = 5,16 м/с при шлифованном червяке приведенный угол трения сґ=1°.

КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемещение масла

=

выбираем 7-ю степень точности передачи и находим значение коэффициента динамичности Кv = 1,1

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки

коэффициент нагрузки

Проверяем контактное напряжение

МПа<

Проверяем прочность зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев

Коэффициент формы зуба YF=2,18

Напряжение изгиба

МПа

Основное допускаемое напряжение изгиба для реверсивной работы [у-1F]'=51

Расчетное допускаемое напряжение [у-1F]= [у-1F]'KFL

Коэффициент долговечности примем по его минимальному значению KFL=0,543

Таким образом [у-1F]= [у-1F]'0,543=51*0,543=27,6 МПа.

Прочность обеспечена, так как [уF]< [у-1F]

Расчет валов редуктора

Диаметр выходного конца ведущего вала по расчету на кручение при [фk] = 25 МПа

28,6мм

Но для соединения его с валом электродвигателя примем dв1= dдв=32мм; диаметры подшипниковых шеек dп1=45мм.

Расстояние между опорами червяка примем l1=dаМ2=430мм

Ведомый вал

Диаметр выходного вала

Принимаем мм

Диаметры подшипниковых шеек dп2=65мм, диаметр вала в месте посадки червячного колеса dк2=70.

Диаметр ступицы червячного колеса

мм

Принимаем мм

Длина ступицы червячного колеса

мм

Принимаем мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства - хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства. Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

дуговой сталеплавильный печь

1. Бабич В.К. Основы металлургического производства. - М.: Металлургия, 2000.- 240 с.

2. Гребеник В.М. Расчет металлугрических машин и механизмов. - М.: Металлургия, 1988.- 448 с.

3. Гутман М.Б. Электрические печи сопротивления и дуговые печи. - М.: Энергоатомиздат ,1983.- 360 с.

4. Доронин С.В. Проектные расчеты конструкций металлургического оборудования. - Красноярск.: Металлургия ,2004.- 152 с.

5. Дуговые сталеплавильные печи. Атлас конструкций - М.: Металлургия,1976.-172с.

Размещено на Allbest.ru