1、1绪论11高炉液压泥炮的发展随着世界各国炼铁高炉设备的不断更新换代，用于堵塞高炉出铁口的电动泥炮逐渐被液压泥炮所取代，这是由于液压泥炮具有打泥推力大，动作灵活，操作方便等优势。我国从改革开放以来，在新建的一些高炉中也引进一批国外不同类型的液压泥炮。但为了尽快改变我国高炉炉前设备落后状况，制造适合我国现有高炉条件能代替电动泥炮的液压泥炮，成为重要课题和紧迫任务。在此形势下，北京钢铁学院(后改名为北京科技大学)等单位从一九八三年就开始调研和设计。而为了推动液压泥炮的研制，并使其能迅速转入实际应用，在冶金部机动司和科研司的组织下，由北京钢铁学院、鞍山钢铁集团公司、西安冶金机械厂、北京冶金液压机械厂、
2、攀枝花钢铁公司、包头钢铁公司等单位组成从科研设计、制造到使用的“一条龙研制联合体。联合体集中了主管部门、科研院校、制造厂家及使用单位的智慧，发挥了各方面的作用和积极性，使整个研制应用工作进展迅速。设计定型的BG300型液压泥炮于一九八五年六月制成，于十一月十五日起在攀枝花钢铁公司二号高炉上投入使用。使用效果达到预期的设计目的，又于一九八六年四月在攀钢现场通过了冶金部组织的技术鉴定，至此我国各大型冶金机械加工厂开始投入批量生产 1。12选题背景及意义液压泥炮是高炉出铁后，将炮泥压出堵住出铁口的设备，液压泥炮既要堵满很长的出铁孔通道，又要修补炉内前墙，同时炮嘴要有合理的运行轨迹。随着高炉高压操作和
3、高炉大型化的发展，无水炮泥的应用，泥炮从最早期的蒸汽泥炮发展到电动泥炮以及目前广泛使用的液压泥炮。由于液压泥炮具备了很大的推力和容量，同时又便于炉前风口操作，运行安全可靠，因此液压泥炮得到了广泛的推广 2。液压泥炮的类型很多，为了获得炉前风口的完整性，液压泥炮的设计高度已经逐渐减小，国内外典型的矮式液压泥炮有Pw型、MHG型、IHI型、BG型和DDS型。设计主要针对产品为DDS型液压泥炮，由于铁厂特殊的生产环境，液压泥炮的质量及上线时间至关重要。液压泥炮在高炉使用寿命上的好坏，将直接影响能否保证铁口正常除铁运行，而与液压泥炮寿命息息相关的是设计一套合理的液压打泥机构和旋转机构。1.3研制开发主
4、要内容通过研究各种泥炮的优缺点发现DDS型泥炮，不仅在结构密封性上和体积上都优于其他的液压泥炮。考虑到未来社会发展的需要，因此设计制造一台用于1750 高炉的堵铁口机（DDS型液压泥炮） 。要求充分利用现阶段各种对泥炮3m的的打泥机构和旋转机构等的优化设计。14文献综述本文主要参考的文献资料有吕和平著的液压泥炮机构的设计计算、朱允言、高泽标著的液压泥炮旋转机构的参数分析、刘美仙攥写的浅谈液压系统中的密封装置、严允进主编的炼铁机械和成大先主编的机械设计手册液压传动2泥炮结构及工作原理简介现代高炉堵出铁口采用专门的设备一泥炮进行。由于高炉的大型化和高压化，在设置泥炮时应满足下列要求：(1)泥炮的泥
5、缸应有足够的容量，储泥量应能保证一次堵住出铁口；(2)泥缸活塞应有足够的推力，以克服堵口泥受到的最大阻力，将泥分布在炉缸内壁上；(3)炮嘴应有一定的运动轨迹，在进入出铁口泥套时应沿直线运动，避免损坏泥套，在工作位置上应有一定的倾角；(4)工作安全可靠，并可进行远距离操纵。根据驱动方式，泥炮可分为气动式、电动式和液压式三种。气动泥炮由于活塞推力小，工作不稳定而被淘汰。21 电动泥炮电动泥炮有丝杠移动式和螺母移动式两种。图21为国1为255m3以上高炉广泛使用的丝杆移动丽带动活塞移动的电动泥炮。其主要机构有：打泥机构l、压紧机构2、回转机构3和锁紧机构4 3。图21电动泥炮总图Fig 21 Ele
6、ctric Mud Gun general plan211 打泥机构打泥机构如图22所示，它由电动机1通过极限限力矩联轴节2和轴3相连。齿轮4固定在轴3上，它通过两组空套在轴上的双联齿轮5和10将运动传给齿轮9，而齿轮9装在与丝杠配合的铜螺母7上，由螺母转动而带动丝杠6和活塞8作往复运动，完成打泥动作。图中齿轮11用于测量活塞行程 4。图22电动泥炮的打泥机构Fig 22 playing mud body of Electric Mud Gun212压紧机构压紧机构的作用是使泥炮的炮嘴按一定的角度插入出铁口，并使泥炮在堵出铁口时，把泥炮的炮嘴压紧在出铁口的泥套上。压紧机构(图23)由炮架1、小
7、车2，带有丝杠4的锥齿轮传动3，极限力矩联轴节5和电动机6组成。炮身刚性地吊挂在小车2上。炮架1上开有导向槽7，小车2的走行轮8通过螺母沿此导向槽运行，以保证泥炮的炮嘴沿所需的倾角插入出铁口。压紧动作由电动机6经极限力矩联轴节5和锥齿轮传动3使具有梯形螺纹的丝杠4转动，带动固定于小车2前轮轴上的螺母作往复运动，从而将带着炮身的小车2推向或离开出铁口。图23电动泥炮的压紧机构Fig 23 pressed bodies of Electric Mud Gun213锁紧机构当炮架回转到靠近出铁口时，需将炮架连同炮身锁在炉皮的钩座内，以补充压紧机构由于压紧力不足，从而避免推泥反力过大而造成跑泥现象。锁
8、炮时(图23)，利用前端斜面作用，碰上自动挂钩。当堵口完毕时，用电磁铁10将钩子9提起，然后将炮身转离出铁口 5。214回转机构堵出铁口时，由回转机构将悬挂在它上面的打泥机构和压紧机构等准确地旋转至出铁口，泥炮的回转运动由电动机通过蜗轮、蜗杆传动，使带有悬臂的空心圆柱绕固定立柱旋转。我国第一重机厂为适应大型高炉的需要，设计制造了推力为212t的螺母作往复运动的电动泥炮(图24)。这种泥炮的特点是，对打泥机构作了较大的改进。它由泥缸1，内部有固定螺母3的柱塞2、减速器4、旋转丝杆5和电动机6组成。当丝杆旋转时，螺母和柱塞作往复运动。这种泥炮的其它机构与丝杆移动式电动泥炮相似。该结构特点是采用适当
9、减小泥缸直径来降低打泥速度，以获得较高的活塞压力(达785MPa)，而打泥机构的电动机功率仅为40KW。电动泥炮能满足生产要求，但实际使用中还存在下列问题：外型尺寸大，特别是高度太高，使出铁口附近的风口更换困难；打泥活塞推力不足，特别是采用无水炮泥时；丝杠及螺母磨损快、更换困难等 6。因此，近年来国内外液压泥炮得到了广泛应用。图24螺母作往复运动的电动泥炮Fig 24 nut for reciprocating motion of Electric Mud Gun22液压泥炮液压泥炮与电动泥炮相比具有以下优点：打泥推力大，打泥致密，能适应高炉高压操作；压紧力稳定，使炮嘴与泥套压紧可靠，不易漏泥
10、；结构紧凑，高度小，便于操作等。液压泥炮存在的主要问题是：需要有承受高压的液压元件，并且制造精度要求高等。国内设计的第一台液压泥炮是在电动泥炮的基础上经过改造而成的，即将原有用电动机、电磁铁驱动的四个动作改为由液压油缸驱动，由于其它部件没有多大变化，故也称为液压高炮。这种泥炮仍存在泥炮的高度高，不能在风口平台下面操作，而且回转机构的油缸易磨损等问题 7。液压泥炮在国外也得到了迅速地发展，目前比较有代表性的液压泥炮有MHG型、IHI型、PW型、BG型和DDS型。这里着重介绍MHG型液压泥炮。221PW型泥炮Pw型液压泥炮是卢森堡设计的，它由打泥机构、回转机构和液压系统组成，压炮和锁紧机构由回转机
11、构代替。如图25所示，它采用了独特的倾斜固定支柱，转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置，回转机构是四杆机构，采用液压缸驱动，密封性能好，其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近，油缸外露，占地空间较大 8。图25 PW型泥炮外形结构示意图Fig 25 schematic diagram of PW type Hydraulic Mud Gun shape222 IHI型泥炮IHI型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司研制的，它是由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统组成。如图26所示，其回转机构采用了油马达驱动，由独立的锁紧装置锁紧，压炮机构用杆件系统实现，它的压炮轨迹可以迅速实现下降或抬起，
12、接近铁钩时间很短，不宜烧坏炮嘴并且高度较小，但是，结构台复杂，回转机构采用液压马达驱动，密封性能较差 9。图26 IHI型泥炮外形结构示意图Fig 26 schematic diagram of lHI type Mud Gun shape223 MHG型液压泥炮MHG型液压泥炮是由日本三菱重工公司设计制造的。其结构如图27所示，由打泥机构l、压紧机构2、回转机构3、锁紧装置4和液压装置5组成。我国宝钢l号高炉就采用了这种液压泥炮 10。图27 MHG型液压泥炮外形结构示意图Fig 27 schematic diagram of MHG type Hydraulic Mud Gun shape
13、表21MH G型泥炮主要技术特性Table 21 main technic characteristic of MHG style Mud Gun224 BG型液压泥炮BG型液压泥炮(图28)是国内新研制的泥炮，它综合了现有泥炮的优点。BG型液压泥炮由打泥机构、压炮机构、回转机构、锁紧机构和液压系统等组成。BG型泥炮与国内外的液压泥炮比较，具有结构新颖紧凑、重量轻、高度小和工作可靠等优点。(1)打泥机构BG型泥炮的打泥机构与MHG型泥炮的打泥机构基本相同。图28 BG型液压矮泥炮卜炮身；2一冷却板；3一走行轮；4-1“1形框架：5一压炮油缸；6一转臂；7一机座；8一回转油缸；9一炮嘴；10一泥
14、套；11一导向槽；12一固定轴Fig 28 BG type Hydraulic DwarfMud Gun(2)压炮机构BG型泥炮压紧机构与原有电动泥炮的压紧机构相比较作了很大改进，由两液压缸5驱动车轮在导向槽内运动，使炮身在前进时，能满足炮身倾角和炮嘴直线运动的要求，对准出铁口。当炮身后退到极限位置时，处于水平状态。带有导向槽1l的门形框架4与转臂6刚性连接，导向槽11的角度是固定的，但炮身1和走行轮3是用螺栓和斜楔连接，这不但使整体更换炮身和车轮比较方便而且能通过调整垫片调节炮身的倾斜角度。(3)回转机构BG型泥炮回转机构(图29)采用活塞式油缸8和连杆机构使转臂6旋转，回转油缸8的活塞杆端
15、部铰接在机座7上，油缸工作时，通过连杆机构使转臂绕固定轴12回转。固定轴装在框架式机座中。图29 BG型泥炮回转机构简图卜炮身；2一冷却板；3一走行轮：4-ru形框架；5一压炮油缸；6一转臂；7一机座；8一回转油缸；9一炮嘴；10-泥套；11-导向槽；12-固定轴Fig 29 schematic diagram of BG type Mud Gun rotaryBG型泥炮与其它液压泥炮相比较，其优点为：外形尺寸小，车轮装在炮身上，使泥炮的总高度降低为1762衄低于MHG泥炮和其它液压泥炮，可安装在风口平台下面，为机械化更换风口创造了条件。与滑道式和曲柄连杆式压炮机构比较，不但结构简化，而且解决
16、了滑道磨损快和阻力大的问题；回转机构采用活塞式油缸和连杆机构，取消了MHG型泥炮的油马达和大型轴承，使制造方便。安装固定轴的框架刚性大，并使回转机构的高度降低，回转油缸以补压的方法保证打泥时炮嘴压紧在出铁口泥套中，因此可取消现有泥炮的锁紧机构。2。25 DOS型液压泥炮DDS型液压泥炮由德国DDS公司设计制造，其结构和外形示意图如图210。它由打泥机构、回转机构和液压系统组成，压炮和锁紧机构由回转机构所代替。图210 DDS型泥炮结构和外形示意图Fig 21 0 schematic diagram of DDS type Mud Gun structure and shapeDDS型液压泥炮的
17、设计类同于PW型泥炮，其不同之处在于回转油缸放置于回转臂内部，如图211所示。图211 DDS型液压泥炮外形示意简图Fig 21 1 diagrammatic illustration of DDS type Hydraulic Mud Gun shapeDDS型液压泥炮也采用了独特的倾斜固定支柱，转动时由四杆系统调整炮嘴的水平位置，回转机构由双四杆机构组成，如图212所示，采用油缸驱动，密封性能好，由于油缸置于转臂内，占地空间较小，结构紧凑，其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近，回转角略小。图212 DDS型液压泥炮回转机构原理图Fig 21 2 slewing mechanism sche
18、matic ofDDS type Hydraulic Mud Gun其动作原理是由两个往复式活塞油缸完成旋转、压跑、炮身倾斜、打泥等各种操作。它没有专门的压炮机构和锚钩装置，依靠旋转机构使炮嘴压紧出铁口泥套。为了使炮身在压炮状态保持一定的倾斜度，炮身在离开出铁口反向旋转时又不致碰到铁沟沟帮，泥炮旋转时的旋转轴是倾斜的。当炮嘴靠近出铁口时，依靠四杆机构使炮嘴接近水平位置。主要技术性能如表22表22鞍钢用DDS型泥炮的主要技术性能Table22 Anshan Iron and Steel-type clay gun with the DDS main technical performance2.
19、3 结语综述所述的各种泥炮，在设计和运用过程中各有各的优点和缺点，但是在现代化的设计理念当中 DDS 型液压泥炮的设计更符合设计要求。第三章液压泥炮的基本参数和主要机构3.1泥炮基本参数的确定设计计算泥炮时，首先需要确定打泥活塞的推力，它是泥炮能力的主要标志，也是设计计算各机构的受力和选择驱动装置的基本参数。在堵铁口时，作用在泥炮活塞上的推力必须克服堵铁口泥在泥缸内、出铁口槽孔及在炉缸内运动时所产生的总阻力。该阻力于下列因素有关。1）出铁口的状态，它的长度、直径和形状；2）靠近出铁口附近缸炉中焦炭的分布状态及出铁口内是否有焦炭；3）堵铁口泥的物理和机械性质；4）在出铁口中心线水平的铁水、渣和煤
20、气等压力；5）堵铁口泥由炮嘴吐出速度；6）泥缸的几何尺寸和炮嘴的过渡管的几何形状等。在上述的影响因素中，前三个因素是主要的，对堵铁口泥的运动阻力影响较大。3.1.1作用在活塞上的压力打泥活塞上的推力是根据作用在活塞上的压力决定的，堵铁口泥经过泥缸和过渡管从炮嘴吐出。堵铁口泥经过这一运动过程又有一定的压力损失，因此如何确定这些参数是比较复杂的问题。目前上没有可靠的计算方法。在设计计算中，为了简化计算，往往根据各种泥炮的使用经验和试验研究而确定的经验数据进行计算。过去的设计中，通常取炮嘴出口处的压力 ，在泥034MPap缸内的压力损失 但由于高炉冶炼的强化和无水泥炮的使用，0.81pMPaA过去设
21、计的泥炮的使用，过去设计的泥炮能力不足。因此在新的设计中必须加大 值和 值，根据炉顶压力不同，参考下列范围选择：0炉顶压力 的中型高炉，采用11%水分的泥炮时，取.15a， 。046P2.pPA炉顶压力在 的中型高炉和大型高炉，采用无水泥炮时，取0.M作用在泥缸活塞上的压力为081ap0pMPaA3.1.2泥缸的容积我国过去设计制造的电动泥炮泥缸容积为 。实践证明，这个容3.25m积是偏大的。设计时取这个容积值的主要原因是这些泥炮在打泥过程中产生漏泥，为了可靠地堵住出铁口，生产部门都要求用泥缸容积较大的泥炮。解决漏泥问题和使用无水泥炮，可减少泥缸的有效容积。高炉容积在5000 以下时，3一般可
22、取泥缸有效容积为 。30.23.1.3炮嘴吐泥速度我国过去设计制造的电动泥炮炮嘴吐泥速度 。经验证明，0.245/msv降低 值会使泥炮在炉缸内壁粘得更牢固些。因此在新设计中，可取0v。.12/ms3.2泥炮的主要机构液压泥炮的主要组成部分为打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压控制系统组成。打泥机构的液压缸和泥缸在同一中心线上。泥缸在前，液压缸在后。液压缸和泥缸之间用法兰盘和螺栓联接起来，并吊挂在炮架的小车上。在压紧机构中，用液压缸来代替电动泥炮压紧机构中的电动机、齿轮和螺杆螺母传动。液压缸活塞杆的前端与泥炮移动小车前轮的轴相联接。活塞杆作前后移动时，就带动小车沿炮架的导槽移动。泥炮的
23、回转机构采用特殊的回转油缸，由定叶和回转缸体等组成。定叶用联接键和联接螺栓与固定的中心轴套相固定，动叶则用联接键和联接螺栓与回转缸体相固接。为了进一步的了解液压泥炮的主要机构一下采用MTG 型液压泥炮对液压泥炮的主要机构、工作方式和主要零部件进行分析和说明。3.2.1打泥机构打泥机构(图3.1)的结构特点是打泥油缸采用了固定式活塞和可动式油缸带动泥缸活塞移动，将炮泥由炮嘴压入出铁口。图3.1 MHG型液压泥炮打泥机构结构示意图l一炮嘴；2一过渡管；3一泥缸外筒；4一泥缸内筒：5一油缸外壳；6一后进油孔；7一前进油孔；8一油缸冷却箱：9一排泥孔：10一泥缸冷却箱Fig 3.1 playing m
24、udbody diagram of MHG type Hydraulic Mud Gun3.2.2 压紧机构压紧机构(图3.2)由压炮油缸1、主动摆杆2、压炮摇杆3和吊挂摇杆4组成。炮身前端通过两个支点由吊挂摇杆4ffJ挂在旋转框架上，炮身后端与压炮摇杆3铰接，旋转框架为固定杆，故炮身为连杆组成的双摇杆机构。图3.2MHG型泥炮压紧机构示意图卜压炮液压缸；2一摆杆；3一压炮摇杆；4一吊持摇杆Fig 3.2pressed body diagram of MHG type Mud Gun当压炮油缸的活塞杆收缩时，带动摆杆2和压炮摇杆3同步摆动，压炮摇杆带动炮身向前运动，并使炮身倾斜，炮嘴按设计轨迹
25、压紧出铁口。回转机构(图3. 3)由带有减速器的油马达1、小齿轮2、底座3、推力轴承4、大齿圈5、轴承紧固圈6和旋转框架7组成。油马达固定在旋转框架上。大齿圈固定在底座上，作为推力轴承的活圈。大齿轮的轮毂固定在旋转框架上，作为推力轴承的紧圈。当油马达带动小齿轮旋转时，小齿轮在大齿轮的齿圈上滚动，而大齿轮的轮毂随同旋转框架一起转动。图3. 3 MHG型泥炮回转机构示意图1-油马达；2一小齿轮；3一底座；4一推力轴承；5一大齿圈；6一轴承紧圈；7一旋转框架；8一中心接头：9一极限开关；10一中心接头锁紧杆Fig 3. 3 schematic diagram of MHG type Mud Gun
26、rotary3.2.3 回转机构中心回转接头回转机构的油管是从旋转框架中心引入的，为连接油管，在回转机构的中心处设有回转接头(图3.4)。回转接头的外套与旋转框架连接，内套是固定的，因此外套与旋转框架一起转动。中间通有液压油路的接口，以进行油路分配。回转接头外套上部装有随外套一起转动的两个限位开关。图3.4中心回转接头卜旋转外套；2一轴承；3一固定内套；4一锁紧螺母Fig 3.4 center swivel jaints3.2.4锁紧机构锁紧装置(图3.5)由脱钩液压缸1、弹簧2、钩座5和锚钩4组成。脱钩液压缸和锚钩固定在旋转框架上，钩座固定在基础上。图3.5MHG型泥炮锁紧装置示意图卜液压缸
27、；2一弹簧；3一限位开关；4一锚钩；5一钩座；6一手动脱钩杆Fig 21 2 locking device schematic of MHG type MudGun当泥炮旋转到出铁口位置时，锚钩借钩头的弧形面由钩座将锚钩抬起，待钩头越过钩座后，就自动钩住钩座。打泥和压炮的反作用力通过锚钩传到基础，脱钩由液压缸来完成。发生意外情况时，可用手动脱钩杆6来脱钩，以保护液压缸不受破坏。这种泥炮的泥缸由外筒和内筒两部分组成，内通空气冷却。在炮身的底部装有防热板和冷却箱。因此，冷却和隔热保护措施比较完备。此外，由于锚钩座安装在基础上，因此，打泥时的反力通过锁炮装置传到地基上，而高炉炉皮不受力。压紧机构采用
28、连杆结构简单。3.2.5安全装置为了保证设备的安全，在液压系统控制中装有溢流阀，溢流压力根据液压泥炮工作过程中的最大压力值来确定，当泥炮的最大压力超过溢流阀载荷，溢流阀就被打开，从而泄压。在打泥机构的打泥工作管路上接电接点压力表，压力由泥炮打泥最大压力决定。第四章液压泥炮的设计4.1设计方案的确定根据第二章对各种类型泥炮的分析，Pw型、MHG型、IHI型、BG型和DDS型液压泥炮是现代大型高炉采用的泥炮，而DDS型液压泥炮吸取了很多优点，其优化的结构设计是：打泥机构采用活塞杆固定，液压缸缸体运动，避免了泄漏炮泥磨损活塞杆和密封件，炮嘴前端局部使用了铸铁材料，使铸铁的炮嘴口耐冲刷，提高了使用寿命
29、，打泥深度采用螺旋键转换成刻度盘上来显示。如回转机构采用液压马达驱动时不能自锁，需要设置锁紧机构进行锁紧。DDS型液压泥炮的回转机构采用油缸驱动，可以自锁，因此可省去锁紧机构，使机构得以简化。为了适应现代化的设计理念，故选择设计一台DDS型液压泥炮。4.2打泥机构的计算泥炮最主要的两个参数是泥缸有效容积和泥塞对炮泥的单位压力。泥缸有效容积应保证一次能打入足够的炮泥量，能有效地堵塞出铁口通道和修补炉缸前墙。泥塞对炮泥的单位压力应能保证炮泥在泥缸和过渡管中受到压力损失后，挤出的炮泥仍能克服炉缸内和出铁口通道中的阻力，将炮泥顺利打入出铁口。原电动泥炮泥缸的有效容积是考虑一次堵口失败时不用加泥就可以再
30、次进行堵口操作的，因此普遍偏大。打泥能力应以泥塞上炮泥的单位压力来表示。根据第三章泥炮的参数确定可知，1750m高炉的炉顶压力，采用无水泥炮时，取炮嘴处得压力，泥缸内的压力损失 。泥缸活塞的压力为081MPap45pMPaA，为了使泥炮有更广的实用范围，取 ，1pA 01Pa，故有 。5101工作油压R愈高，泥炮的结构愈紧凑，考虑国内液压元件的供应配套情况，用于大高炉的DDS泥炮取 25MPa。2为了满足现代泥炮的设计要求，根据第三章所阐述的液压泥炮的相关参数选择液压泥炮的泥缸的有效容积为0.25m，炮嘴的吐泥速度 。0.2/msv4.2.1泥缸直径和油缸的计算由于液压泥炮的设计没有标准化，所
31、以在一些参数的确定上，只有通过以前设计者所设计的参数进行相应的设计计算。根据对相关泥炮的研究，初步拟定泥缸的直径 为500mm，炮嘴出铁口的直径 为150mm。1D2D油缸的直径 计算：0（4-1）102p式中 泥塞对泥炮的单位压力，MPa；1油缸的工作油压力，MPa。210250387.mpD液压缸为标准原件，因此在其尺寸上，应该将计算值根据其液压缸的内径系列进行圆整并取标准值，故选择液压缸的内径为360mm。4.2.2油缸有效行程 的计算1L（4-2）124,mV式中 -泥缸有效容积， ；1 3-泥缸直径，m。D根据前面所述，将所选取的泥缸容积和直径代入公式可以得：，为了方便设计就算设计选
32、择12240.51.743mVL。170m4.2.3打泥推力F的计算或 （4-3）231.,4KNDp230.,41FKNp根据上述所述的值得：；2 23 331.14.59401F KNDp。2 23 330 84在计算打泥机构主要零部件的强度和计算活塞的稳定性时，应以此处计算的实际最大推力为依据。4.2.4泥塞移动的速度 的计算1（4-4）1/mstL式中t-打泥时间，一般40-60s。1.270.12.3/(46)mst炮嘴吐泥速度 为：2（4-5）122/msD式中 炮嘴出铁口处内径，m。2。21222(0.3)0.3.5/5ms一般的吐泥速度为0.2m/s为宜。由于油缸中的流量可以通
33、过节流阀进行调节，故泥炮的吐泥速度也是可调节的。4.3压炮装置的计算压炮力的大小应考虑因泥缸活塞打泥过程中泥炮对炮嘴产生的反作用力，因为炮嘴和泥套之间仍有一定压紧力，以保证打泥时泥炮不从炮嘴和泥套之间漏出。因此，压炮力的计算式为：(4-6)312,40FKNpD式中 F压炮力， KN； 为炮嘴的直径,m。23 312.4152640KN最小压紧力是出现在最大打泥反泥时，炮嘴对泥套的剩余压炮力，一般在20-30KN。4.4旋转装置的计算DDS型液压泥炮旋转机构的计算简图如图4.1所示。当活塞式往复油缸 5带动V型杆 点旋转时，连杆3使泥炮转臂2绕 点旋转。o1o4.4.1旋转装置油缸活塞杆的受力
34、分析由于DDS型泥炮没有锚钩装置，所以压炮时的压炮反力将通过相应的杆件和旋转油缸活塞杆的最大受力发生在压炮时，泥炮在打泥过程中，虽然增加了对炮身的打泥反力，但炮嘴与泥套间的压紧力以与打泥反力相同的数量减少，所以，活塞杆的受力在打泥前和打泥过程中是不变的。如忽略杆件锁轴的摩擦阻力，压炮时杆件3的受力 可由下式求出(图4.2)：1F（4-7）1.cosFLR式中F-压炮力：-压炮时炮身与水平面所形成的倾角；R-臂架同杆3铰接点至回转点 的距离；1oL-转臂长度；-在压炮位置时杆件3的位置角。图4.1旋转机构计算简图(一)1一炮身；2一转臂；3一连杆；4一V形杆；5一油缸；6一油缸活塞杆图4.2计算
35、简图(二)1- 炮身；2一转臂；3一连杆根据对DDS型液压泥炮的结构分析，可以得出，液压泥炮的外形尺寸都差不多一样。以此为了方便计算，故先拟定，一些液压泥炮的尺寸和相关角度。根据以往的经验和液压泥炮在现实的运用，一般取液压泥炮的压炮角度 为8，取 为8 0；回转中心距取L为2500mm；R-臂架同杆3铰接点至回转点 的03 1o距离为600mm； 为45 0。将各参数带入，计算式子得：01265cos2cos15468FkNR由图4.3可得到活塞受力 为：2(4-8)12nQ式中的门和Q分别为见和P6到回转点02的力臂，上式中也忽略了销轴的摩擦阻力。由图4.3可见：图4.3计算简图(三)（4-
36、9）.cos()cosneRC（4-10）QBDtg其中 (4-11)22cos()(WT(4-12)22in得 (4-13)22()()BCeDBTQ(4-14)2221sin()cos()eRWeTF通过计算可得：n的值为600mm，Q的值为750mm。代入上式（4-8） 12546.01237.5KN4.4.2旋转油缸行程的计算当泥炮达到最大旋转角160。所需的油缸行程及转臂在其间的任一位置时，旋转油缸活塞杆的行程均可用图解法较方便地得到。当要对旋转杆机构的参数进行优化分析和要得到转臂过程中的速度变化曲线时，就必须导出油缸行程的数学表达式。当泥炮的转臂转过角度 时，V形杆轩过一个相应的角
37、度 ，在推导 和的关系式时，取V形杆的回转点 。为坐标原点(图4.4)，则2o图4.4计算简图(四)（4-15）sinxReA（4-16）yco（4-17）si()xHB（4-18）Ycn式中 （4-19）22()(sin)eSoRC(4-20)22yxA在杆件3的初始位置角秒和各杆件的长度以及回转点位置选定后，可由上式出泥炮转臂在不同转角 时V形杆的转角 。根据V形杆转过 。根据V形杆转过 角时油缸行程J可由图4.5求出。压炮状态旋转油缸与V形杆4的铰接点为K。当V形杆转过 角后，K点移至K位置，油缸的行程为：(4-21)_3JO(4-22)_22()(WDBT（4-23）_ _223 2c
38、os()ZKOOKz(4-24)()zweTC将公式（4-22） 、 （4-23 ） 、 （4-24）代入公式（4-21 ）得：22222 cos()()()JZWDBeDBZ（4-25）图45计算简图(五)根据公式（4-25）可以等到转炮油缸的行程与转臂转角的关系如图（六）根据公式（4-25）和油缸行程与转角的关系可以得出，油缸的行程，初步拟定。油缸的行程为1250mm。第五章 打泥机构结构和尺寸的确定5.1打泥油缸的结构设计5.1.1缸体的组成缸筒与缸盖的连接的各种典型结构不同，应根据具体的实际情况正确选用，这里DDS型液压泥炮打泥机构的油缸的连接方式采用内半环联接，这种结构方式的优点是结
39、构紧凑，重量轻：缺点是安装时，端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油孔边缘擦伤。5.1.2缸筒材料工程机械常用的液压缸可选用20、35、45无缝钢管。20钢因其机械性能低而且不能调质，因此用的很少。与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接在一起的缸筒用35钢，并在粗加工后调质。与其他零件不焊接的缸筒，使用调质的45号钢。调质处理是为了保证强度高，加工性好，一般调质到241-285HBS。机床上的液压缸多采用高强度铸铁（HT20-40）.5.1.3缸筒的计算1、缸筒内径：根据4.1节油缸直径的计算得到缸筒的内径为360mm。2、缸筒的壁厚 为：（4-26）012c式中 为缸筒材料强度要求的最小值，m；为缸筒
40、外径公差余量，m；1腐蚀余量，m。2c缸筒材料强度要求的最小尺寸 的计算：0（4-27）max0,2.3pD式中 缸筒内最高工作压力，Mpa；ax缸筒内径，m；缸筒材料的许用应力，Mpa。p（4-28）bpn为缸筒材料的抗拉强度，因为缸筒的材料选择的为45号钢，所以缸筒的b抗拉强度为610Mpa，n为安全系数，通常取n=5。61025bpMpa将已知的值代入公式（4-27）得：。max0 .40.82.3122.3pDm通过计算可以等到缸筒的厚度 选择为0.05m。5.1.4缸筒壁厚的验算所选择的缸筒的壁厚，应该进行四方面的运算以保证工作的安全既：额定工作压力 ；缸筒径向的变形 ；完全塑性变形
41、压力和爆炸压力 。nDrp1、额定工作压力 应低于一定极限值，以保证工作安全：np21()0.35sn(4-29) 2 221()0.356(). 4803sn MpapD满足设计的要求。2、额定工作压力应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生： （4-30）(0.35.42)nrLp式中的 缸筒发生完全塑性变形的压力，MparL10.462.3lg2.3lg8srL MpaDp满足设计要求。(0.5.4)8.9n3、变形量 不应超过密封允许范围。4、验算缸筒的爆炸压力 r。根据验算所选择的缸筒壁10.462.lg2.3lg8sr MpaDp厚满足要求既 选择为0.05m。5
42、.1.5缸盖缸盖的材料为35、45号钢锻件或者铸钢以及灰铸铁。活塞杆的导向套可以是缸盖自身。这时缸盖最好用铸铁，并在工作表面堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。导向套也可以一个套筒，压入缸盖，材料为耐磨铸铁、黄铜、青铜等。5.1.5.1缸盖的计算缸筒底部厚度：缸筒底部为水平面时，其厚度 可以按照四周嵌住1的圆盘强度公式进行近似的计算： (4-31)210.43PD式中 计算厚度外径；2D筒底材料许用应力，Mpa;p筒内最大工作压力，Mpa。54018bpMpa21 25.3.30.6.0718P mD由于缸筒的连接结构为内卡环连接，卡环的长x宽为缸筒的壁厚，为了保证泥塞在筒底上安装牢靠，故将其用螺栓固
43、定在缸底上。为了满足强度，选择筒底的厚度为100mm。由于缸筒头部要求密封严格，故选择的缸头的厚度为100mm。5.1.6活塞的组件5.1.6.1活塞与活塞杆的连接缸行程较短且活塞与活塞杆直径相差不多时，可将活塞与活塞杆做成整体。但在多数情况下，活塞与活塞杆是分开的。在一般工作条件下这两者可采用锥销连接或螺纹连接。DDS型液压泥炮因为缸的工作压力较高且负载较大，并且活塞杆的直径又较小，活塞杆的螺纹可能过载，另外工作机械震动较大时，固定活塞的螺栓可能松动，因此须采用半环连接。5.1.6.1活塞与活塞杆的材料活塞与活塞杆的材料根据实际情况进行选用，活塞若是整体式的可采用35、45钢，若是装配式的则
44、用铸铁、耐磨铁或铝合金。实心的活塞杆用35、45钢，空心的用35、45钢的无缝钢管。DDS型液压泥炮的液压缸的冲击振动很大，可采用整体式结构材料选用55钢或40Cr等合金材料制作。活塞的外径和缸筒内径相等为360mm，活塞宽度一般为活塞的外径的0.61.0倍即为216360，但也要根据密封的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。选用O型密封圈，为了保证密封的效果选择两个密封圈进行密封。选择宽度为80mm。5.1.6.2活塞杆的计算活塞直径的计算：活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力和弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度，对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可以
45、根据公式：（5-7）1dD式中： 速比，根据压力选择；D缸筒内径，m。根据公称压力可以确定 为2,。D为0.36m。10.36.25d活塞杆为标准件，有一定的尺寸要求，根据活塞杆的尺寸系列选择活塞杆的的直径为0.22m。活塞杆内端与活塞的连接选择的是卡环连接，由于打泥液压缸在工作时，活塞杆固定不动，所以活塞杆的外连接因用大头螺栓固定。根据活塞杆螺纹尺寸系列选择螺纹直径与螺距 为 ，螺纹长度L为180。Dt1804M5.1.6.3活塞杆的校核活塞杆在稳定工作的情况下，活塞杆只受到轴向推力和拉力，因此其强度计算公式可以近似为：（5-8）24pFad式中： 材料的许用应力，Mpa；pF活塞的作用力， KN；D活塞杆的直径，m。224.976.33.10Mpad
