毕业设计（论文）-开铁口机设计【全套图纸】.DOC

第 I 页 开铁口机设计 摘 要 随着我国工业水平的发展，高炉冶炼技术日益强化，高炉生产效率大大提高，从原 来的每天出铁 4 次，产量 2000 吨，到现在每天出铁 10 次，产量 12000 吨。使炉前工 业日加繁重。要快速安全地把冶炼好的铁水放出来，就要提高炉前设备的性能。 开铁口机是炉前四大设备之一，本次设计介绍了国内和国外的一些开铁口状况。通 过研究以前的高炉开铁口机，我们应该设计新的高炉开铁口机。 说明书中的第一部分为前言，主要介绍了开铁口机的基本情况。第二部分比较现有 的主要开口设备并介绍了本次设计方案的特点。第三部分是具体的设计计算。最后翻 译学习了有关的英文资料。 关键词：开铁口机，凿岩机，铁口，高炉 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 II 页 The Design of Iron-Mouse-Openere Machine Abstract With the development of the industry, the melting technical of blast furnace are making important day and day. The production rates of the iron-making blast furnace has increased greatly. From tapping of about four times one day to now ten times one day and from making out two thousands tones a day to now twelve thousands times per day .which make the operation more important in front of the furnace ,In order to quickly and safely tapping off the liquid iron melted, we must work hard to increase the performance of the equipment. The tapping machine is one of the major installations in the front of the blast furnace, The topic of the design gives some introductions of the present conditions of our country and international. With the studying the blast furnace tapping machine, we should design our new blast furnace tapping machine. The first part of the manual descript the fundamental practice of tapping machine. The compared several applied tapping machine at home and abroad. Third part is mainly about design and calculation. Part four mainly introduces the difference of this design and .At the end, is the translation. Key words: Tap-hole Drill, Rock breaker, Iron mouth, Blast furnace 第 III 页 目 录 1 绪论.1 1.1 开铁口机简介.2 1.2 高炉开口机的发展状况.3 2 几种类型的开铁口机方案.6 2.1 SGK 型遥控全液压开铁口机 .6 2.2 日制全气动开铁口机.8 2.3 双梁双杆式三用开铁口机.10 2.4 国产电振打开铁口机.10 2.5 此设计方案的特点.12 2.5.1 方案的综合比较与确定.12 2.5.2 开口机小车运行轨道的改进.13 2.5.3 开口机增设的凿岩机.14 2.5.4 定位准确.15 2.5.5 小车的传动方式.15 2.5.6 卷扬吊起装置.15 3 设计计算.17 3.1 钻头设计.17 3.1.1 钻头设计.17 3.1.2 凿岩机的选择和送进马达的校核.18 3.2 链及链轮.22 3.2.1 链.22 3.2.2 链轮主要几何尺寸计算.22 3.3 小车的校核计算.29 3.3.1 车轮最大轮压.29 3.3.2 运行阻力计算.30 3.4 梁的校核.32 结 论.36 致 谢.37 第 IV 页 参考文献.38 第 1 页 开铁口机设计 1 绪论 炉前操作的主要任务是密切配合炉内操作，按时出尽渣铁，确保炉况顺行。要保 证按时出尽渣铁，维护好铁口是关键。铁口是高炉较为复杂的区域，主要由铁口框架、 保护板、铁口框架内耐火砖套及用耐火泥制作的泥套组成。出铁时，用开铁口机将铁 口钻成一个圆孔，使铁水流出来;出完铁后，则由炮泥堵塞整个孔道，并在炉缸内衬的 外层形成一个保护内衬泥包。铁口出铁时，因受到高压铁水冲刷和铁水的化学侵蚀， 同时炉渣中 Ca0 与炮泥中的 Si02 ,FeCO3反应生成低熔点化合物，使得炮泥的结构强度 降低，铁口孔道迅速扩大，容易造成跑大流、大喷等事故;出完铁堵炮泥后，常温下的 炮泥由于受到高温作用，大量水分迅速蒸发，炮泥收缩变形，产生不规则网状裂缝， 造成铁水渗出，潮泥出铁造成泥包裂断，铁口变浅，使铁口各项技术指标难以实现。 因此，为确保炉前操作和高炉的安全生产，必须加强对铁口的维护。铁口维护除了选 择质量好的炮泥外，控制合适的铁口深度、角度、直线度是关键。因此，选择合适的 开铁口机是铁口维护的重要保障。 高炉开铁口机是重要的炉前设备之一。高炉每次出铁时必须用其打开出铁口，它 的性能和效率直接影响到高炉的正常生产。每座高炉根据炉容和工艺设置出铁口的数 量，每个铁口设置一台开铁口机。伴随着钢铁工业的迅速发展，对炼铁技术中高炉的 要求也越来越高，使高炉的发展趋向于大型化和现代化。于是对高炉设备的性能和可 靠性要求越来越高，在国内许多高炉的炉顶压力都有所提高，普遍采用高强度、耐渣 铁侵蚀的无水泥堵铁口。于是现在的开铁口设备明显不能适应需要，特别是靠人力推 动的吊挂式开铁口机更与机械化的实现格格不入。而一座有效容积为 4000m3的高炉， 日生产量可达 10000t 生铁、30005000t 炉渣和 17M m3的煤气。大型高炉对稳定操作 要求越来越高，随着高炉的大型化、高压化，如何将日产万吨以上的渣、铁及时地从 炉内放出，运输出去和处理，成为稳定操作的需要解决的突出问题，所以实现高炉前 操作现代化，进行远距离的控制改进渣铁沟结构和渣铁处理设备以及炉前排烟除尘等 就成为当前紧迫的课题。 第 2 页 1.1 开铁口机简介 开铁口机是高炉炉前的主要设备之一，下面介绍一下开口机的工作环境。 出铁口是一个在炉缸砖壁上的矩形通道，堵铁口泥是由耐火粘土，熟料粉和碎焦 等组成，近年来已成功使用了无水泡泥，使用无水泡泥缩小了烘烤出铁口时间，减少 了对碳质出铁口的侵蚀，延长了出铁口的使用寿命。出铁时用开铁口机在堵泥中开出 一条孔道，铁水从孔道滚出出铁口后，用堵铁口机（泥炮）打入堵口泥堵出铁口。出 铁口受高温铁水和熔渣的冲刷和侵蚀，正确地维护它是十分重要的，所以对于打出铁 口应满足以下要求： （1） 开孔的钻头在出铁口耐火泥中的运动轨迹应成直线，打开的直孔应具有一 定的直径，并与水平成一定的角度。 （2） 应具有远距离操纵功能。 为适应开铁口的工作环境，开铁口机应满足下列条件： 1）开孔的钻头应在出铁口中开出具有一定倾斜角度的直径孔道，其直径应小于 100mm。 2）在打开出铁口时，不应破坏覆盖在铁口区域炉缸内壁上的耐火泥。 3）打开出铁口的一切工序都应机械化，并能进行远距离操作，保证炉前工人的安 全。 4）为了不妨碍炉前各种操作的顺利进行，开铁口机的外形尺寸应尽可能小，并在 打开出铁口后远离出铁口。 根据以上所述，到目前为止，国内高炉的主体设备从原料槽上料运输，炉顶装料， 炉前机械以及自动化控制系统基本都有了成熟可靠先进国产化能更新换代的设备，但 随高炉冶炼生产的发展迫切需要具有精度高、速度快、占用空间小的国产化开铁口机， 而以上几点是评价开铁口机性能的主要指标。 目前，在国内外的高炉上，有下列几种开铁口的方法： 1）用钻头机将孔道钻到出铁口赤热的硬层，随后用人力或气锤捅开剩下的硬层。 2）用机械方法推送钻孔机，一直钻进到完全打开出铁口，而后将开铁口机迅速退 离出铁口。 3）用具有双杆的开口机或可以换杆的开铁口机先用一钻杆到赤热层，而后用第二 第 3 页 根杆子将硬层捅开。 4）在国外的一些具有几个出铁口的大型高炉上，日产铁水量大，由各个出铁口轮 流或交替出铁，基本上是二十四小时铁水常流，这样使炉缸铁水液面低，故开 出铁口的方法有变化，用泥炮堵塞出铁口后，使泥炮在堵口位置支持一段时间， 然后退出泥炮，立即用开口机的钻头钻到一定的深度，退出钻机后卸下钻杆， 换上捅杆，将捅杆打入出铁口并插透铁口，再后退 100mm 左右将钢杆放在出 铁口孔道内，待下次出铁时，用开口机拔出钢杆，即可实现开口出铁。 5）用钻孔机钻到赤热层后，再用氧气烧穿。 6）用钻孔机钻到赤热层后，再用定向爆破聚能药包打穿出铁口，在美国与苏联都 曾作了实验，取得了良好的效果。 打开出铁口的机器有钻孔式，冲孔式以及冲击和旋转合并式几种。它们用电击或 马达驱动。在我国的高炉上，应用的最广泛的是利用电动机构驱动的钻孔机转到出铁 口的赤热层然后人工用长钢杆捅开，开口机的结构比较简单，但劳动强度大，急需效 率高的开口机来取代目前的钻孔机。 1.2 高炉开口机的发展状况 开铁口机是高炉炉前的关键设备之一。我国目前绝大多数高炉开铁口机仍采用早 期设计的吊挂式电动开铁口机，只能旋转钻进，不能冲打钻孔，这种机型结构虽简单， 但操作需工人补助对正，工人劳动强度大、不安全，同时钻出的是一条弓形向下倾斜 的不规则的孔道，既不利于铁口的维护，又增加了打泥时的阻力，通过从日本、德国、 俄罗斯和英国的公司引进不同结构类型和不同规格的开铁口机，为我国消化吸收国外 先进技术和自行设计开铁口机提供了重要条件，为迎头赶上这些国家尽快实现开铁口 机的国产化更新换代，我们必须吸取国外的先进经验。 在我国的高炉上，目前广泛使用的是吊挂型电动式开日机，它是 50 年代设计的产 品.它一般由 9 部分组成，如图 1 所示.其中送进机构转臂 2 为一工字钢，它的一端沿水 平方向铰接在固定的座子 1 上，此座子固定在高炉炉皮上.转臂 2 的另一端装有送进机 构 3，借助于该传动机构和钢丝绳 4 拖动小车 5 在工字钢的下翼缘上移动.钻机本体通 过可调吊杆 6 悬在小车上，它由电机 7、减速机 8 和钻杆 5 组成.钻杆可装在减速机的 输出轴上，能随时拆装。如图（1-1）所示： 第 4 页 图 1.1 吊挂型电动开铁口机 1座子 2转臂 3送进传动机构 4钢绳 5小车 6吊杆 7电动机 8减速机 9钻杆 此类开口机的结构简单，易制造、安装和调整，送进机构 3 还可以放在地面上以 减轻转臂负荷。此类开口机使用很广泛，但机械化程度不高，在操作上仍需人工辅助 对正后才能开钻，更换钻杆也需人工操作。这类开口机，在钻开铁口的过程中，其钻 杆的中线与水平面间的夹角随钻进深度的增大而加大，钻头前端在出铁口内形成弧形 运动轨迹，钻孔质量低。以这种设备开铁口，劳动强度大，速度慢，且不安全，曾多 次出现人员伤亡和生产事故。所以，这种开口机与现代化高炉生产发展水平是非常不 相适应的。 总体来说国内先用的开铁口机，虽然具有结构简单、造价低廉等优点，但也存在 着许多的不足，主要有： a) 打出的出铁口孔道不直不圆，内小外大，在铁水的浸蚀下，铁口可能变大，容 易产生火喷、跑大流、出不净等问题。 b) 由于钻杆受弯矩作用，有时会出现卡弯而不能自由退出（因是非直线孔道）钻 开孔道对钻杆退出不利；人工捅口劳动强度大，难以完全保证炉前工的安全操 作。 c) 钻机与吊杆为铰接，刚性不好，工作不稳定；有时来不及磨掉孔道中间部分的 第 5 页 泥料，会发生上下跳动此时，铁口泥套除了受切削推力外，还受上下移动的作 用力的作用，因而对铁口产生震裂、切断，有时会造成严重事故。 d) 进钻切削不合理，所消耗的无用功率大。由图 4 可见，该曲边梯形的相当一部 分面积不是钻头切削掉的，而是钻进时用钻杆磨去的。当开口机钻圆形直线孔 道时，即使钻头不锐利，所需电动机的功率也只是国内现用开口机的 1/3-1/2。 总之，这种开口机同目前高炉生产要求是很不适应的，必须改进。 从宝钢 1 号高炉开始，我国先后从日本、德国和英国等公司引进了 5 种不同型号 和不同规格的开铁口机，为我国自行设计新型开铁口机提供了良好的条件。日本、德 国和英国的开铁口机有一个共同的特点，就是结合了钻孔式和冲击式开铁口机两种功 能。能钻能冲，是一种新型的冲钻式开铁口机。 开铁口机的简易工作原理如下： 钻机是通过悬挂装置（内有反正螺栓，可以调节钻机离水平导轨的距离。 ）悬挂在 简易钢梁上，一般靠人工对位。用走轮和水平导轨相连，并通过电动卷扬机用钢绳牵 引使钻机在导轨限定的方向前后运动，用调节吊挂高度达到调节铁口角度。 这种开铁口机整体结构的刚度很差，开出的铁孔孔道是一条枣核形倾斜轨道，出 铁过程中常被焦炭块卡住孔道。它不能一次被钻透，还需人工用钢杆捅开。开铁口机 悬挂电缆很容易被破坏，工人操作时很危险。这种开铁口机不适应无水冲干的高硬度 炉泥，由于没有冲打功能更无法适应埋钎开铁口机。 这种开铁口机的钻杆角度较小（090）不能充分适应工作环境。钻杆受力状况不 良，钻杆工作不平稳，发生振动、上下跳动，破坏构件。铁口孔眼不符合标准工艺要 求，孔眼两头小中间大。铁流不稳定，先小后大。由于开口状态不合理开口机的功率 很大，功率损失也很大。现在我们对开口机分析比较，以设计出适应我国现有的 3002500m3高炉的开铁口机。 第 6 页 2 几种类型的开铁口机方案 国内开铁口机主要仍是以悬挂式开口机为主，而现在在国内外都有了一些新的形 式的开口机。它们主要包括两大类： 1、钻孔式开铁口机 2、冲钻式开铁口机 下面我们就国内外几种开铁口机为例，比较一下它们各自的特点，以便于确定自己 的方案。 2.1 SGK 型遥控全液压开铁口机 图 2.1 全液压开铁口机示意图 图 2-1 是 1992 年 10 月，由首钢机电公司制造出第一台 SGK 型遥控全液压开铁口 机，它采用简化的矮式刚性机构，全液压驱动;配备当今世界较先进的矿用液压凿岩机 作为心脏设备；并运用先进的无线遥控做为主要操作手段，实现最佳位置操作。 SGK 型遥控全液压开铁口机主要特点如下： （1） 开口能力强、效率高 机内装有冲击功为 300J 的液压凿岩机，使用压力 19Mpa，钻孔式能力 强，孔型圆度好，表面光滑，本机打穿 2m 厚的高炉碳砖只需 8090s。在高 炉实际操作中，不间断地打穿 3m 深的铁口仅需 2min。 （2） 可靠性高 第 7 页 本机在结构上尽可能使用刚性连接，去掉了过多的铰链点，从而避免了 机构卡孔，松动等事故隐患，本机首创的钢铰输油管路使得机体上不用安装 高压胶管，而高压胶管在炉前高温，明火的情况下，极易损坏或引起大火。 所以采用钢胶输油管路在最大程度上避免了设备着火损坏的可能性。同时， 可随操作工人在炉前任何位置操纵开铁口机的遥控装置，也为尽可能安全操 作提供了可能性。 （3） 结构新意、简单、刚性好、高度低。 SKG 型开铁口机采用了矮式刚性结构，并将机架安全座在单面倾斜基础 上，可放置于 1.7m1.8m 高的风口平台下与其他形式的开铁口机相比，对铁 口方式是靠回转机构一次对位，取消了压下机构，所以减少了铰接点，增加 了机体的刚度，又省掉了对位油缸（气缸）等元件。从而简化了机构，开铁 口机由于基础对钻孔机的反作用力，使得本开铁口机省掉了对前端的挂钩装 置，没有挂钩动作，最大限度简化了机体，消除了工人无操作的可能性。 （4） 本机机构刚度强， 回转机构的旋转转臂为人字形梁与调用板构成的稳定的三角形结构，提 高了机体的刚度，能有效防止大梁及钻进机构受热变形，保证了打孔质量， 本机采用的调角形式，结构简单调角准确，并对整体高度影响较小。 本机在钻进机构前端设有前端固定装置。结合斜基础的特点，前端设有 弹簧式压触头靠回转油缸的压紧力于高炉炉皮上支座顶座，减小了机体在开 口时引起的颤动，从而保证了开口质量。 （5） 液压系统完善，可靠 SGK 型开铁口机的所有功能动作全部为液压传动，并具有多种自动及防 护功能其主要特点如下： a) 在开铁口机多路系统，同时驱动并保证各自独立的条件下，通过采用 组合油路和选择双联恒功率变量泵，将最佳 P-Q 曲线调定，以及优化 的备用方式，使整个泵流系统简化、功率较底，完全可靠。 b) 在高炉冶金设备上采用多路手动先导阀，使凿岩机上的冲击转钎两个 动作由一个手柄完成，依手柄的特定角度，实现冲击、正转、反转等 动作。所以将冲击转钎操作合二为一。更为重要的是由于冲击，转钎 第 8 页 和钻进小车的前进，后退是开口机操作必备的三个动作，从而实现了 由一个操作工人便可完全可靠地完成全部开口工作。 另外，由于动作先导阀的比例减压结构操作起来手感好，使动作 十分平稳。 c) 采用与手动先导阀配合使用的大通经多路液动换向阀这些组合元件被 广泛应用于工程机械中，使用可靠，抗污染能力强。动作十分平稳， 其中位回油机能使系数效率提高，防止油液升温，鉴于钻进小车 的进退马达臂回转没有同时动作的可能系统中采用了两路、多路换向 阀，以减小体积、简化油路。 （6） 液压系统中还设有以下功能 a)自动退杆功能防止钻透铁口后，操作工人不能及时反映而烧毁设备。 b)防击打，当杆头末顶到炉门时，凿岩机低压击打防止凿岩机受损。 c)卡杆报警功能。 d)钻进小车快速退回的自动缓冲功能。 e)遥控系统先进合理。 f) 首次将 PCM 调频编码技术应用于高炉前，体积小，抗干扰能力强，耗电 少，给操作带来极大方便。 （7） SGK 型开铁口机的研制成功，将给未来大型高炉用的开铁口机需要引进的 历史，其先进的结构和控制方式，将会是现代化高炉设备的发展方向，造价 低廉，维护方便，零配件供货及时等优点，是进口设备无法比拟的，目前已 完成该型开铁口机的规范化标准工作的，开发出适用于 500m34000m3 高炉 及不同工艺要求不同的格式 SGK 型开铁口机。 2.2 日制全气动开铁口机 图 2.2 是日本冈崎公司制造的悬挂式全气动开铁口机，用于宝钢的 3 座高炉， 其主要结构特点是： 1）悬臂梁的支承固定在高炉框架上，与液压泥炮布置在主铁沟的同一侧。 2）开口机在非工作位置时，钻机的走行轨道梁提升到最高位置，不影响炉前 工人的操作和其他炉前设备的布置，轨道梁的升降是通过气缸和杆机构来 第 9 页 实现。 3）钻机具有旋转钻削和正向、逆向冲打机构。开铁口时，可利用逆向冲打机 构将埋入的钢钎从出铁口拔出。 4）钻机送进来的采用气动马达和链条传动。 5）走行轨道梁的前端装有猫钩，开铁口机到达开口位置时猫钩在出铁口框架 上，以定位承受钻削反力。 6）走行轨道梁上还有保持其最高位置时猫钩而不自行下降的安全钩，由单独 的气缸进行摘钩， 图 2.2 日制全气动开铁口机 1导向轨梁 2起吊架 3气缸 4送进机构 5钻冲机构 6回转臂 7调整杆 使用过程中出现的主要问题是埋钎后开铁口机必须长期停留在主铁沟上受高温烘 烤，设备的润滑较为困难。管路中的软管较多，易烧坏，这些问题在宝钢 2#和 3#高炉 的开口机上已得到改进。 第 10 页 2.3 双梁双杆式三用开铁口机 1）倾角变化机构由孔板和螺纹组成，可将钻机置于指定的倾角位置，倾角变化范 围为 717。 2）锁机机构由固定在炉臂上的钩座和安装在平面梁前部的定位挂钩等组成。保证 开口机准确地定位使开口机顺利打开铁口，可靠到进行。钩座上设有复位弹簧， 使钩座可以在捅口固定。挂钩脱离钩座后自动复位，保证下次钻孔时挂钩与钩 座定位。 3）钻机由钻具，园柱齿轮，减速器，电机组成。安装在钻机运行小车上减速器输 出轴为空心轴，可以鼓入压缩空气通过空的钻杆进入钻头，以便在钻孔时，即 可冷却钻头又可吹扫出钻孔泥屑。 4）钻机和捅机运行机构的电气控制系统保证连锁即钻机与捅机只有一个能处于工 作状态防止误操作而导致的钻机与捅机相互干涉而损坏设备。 2.4 国产电振打开铁口机 1）此机是在原苏联的全电动开铁口机整体结构基础上将其钻削机构进行改造，使 原有的开铁口机的钻削功能扩展为不仅钻削且能冲打。同时在进给梁上增加一 猫钩装置，使其更进一步增强了其振打效果。 2）整体结构紧凑，占地面积小，占用空间小可以在现有 300m3 500m3高炉很小的 炉前区域内放置，减小了设备占空间对炉前操作的影响。 3）整体结构刚度大，钻削缺口可以实现精度较高的圆柱形铁水通道，保证出铁水 畅通稳定。 4）与其它形式开铁口机比较的特点 a) 由于采用电动实现振打动能，现有炉前设施不需要多大改动就能实现冲打开 口的功能，并具备了导向“全棒法”开铁口的功能。 b) 与其它有冲打功能的开铁口机比较，无须建立专用空压机站或其它特殊设施 可节省改造投资。 c) 冲钻机构简单，体积小，重量轻，便于维护装卸可以根据习惯安装在其它形 式的开铁口机上实现振动钻削开铁口。 d) 在钻冲机构中增加了一个防止堵喳的装置，使冲钻机构的使用寿命和现场维 第 11 页 护工作得到了提高和简化。 图 2.3 国产电振打开铁口机 1回转臂 2送进传动轴 3回转圆筒 4涡轮蜗杆减速器 5差动减速器 6回转电机 7圆柱轮减速器 8联轴器 9送进电器 10四杆机构 11调倾角弯板 12主动链轮 13导向轨梁 14钻冲机构 15猫钩装置 以上所介绍的几种开口机的比较具有典型的代表性，它们各有优点，而其实上又 都存在着一定的缺点，经过几方面的比较以及经济上的考虑，我们设计了一种带斜梁 的冲钻式开铁口机。关于其结构的考虑及其它设计问题在以后将陆续提到，就我国目 前而言，新建或改建高炉容积大小，投资规模和装备水平方面差别很大，目前还没有 一种较为成熟的国产开铁口机用于不同容积的高炉特别是大型高炉，因此进行各种传 动形式，各种结构特点的开铁口机的研制都是必要的，就国外开铁口机的研制都是必 要的，就国外开铁口机的发展方向和国内近几年工作研究来看，研制工作的重点，应 实现以下几个方面的要求： 1）要求开铁口机结构紧凑，所占空间小。 第 12 页 2）要求开铁口机具备足够的强度和刚度，以保证设备开铁口成较高精度的直圆柱 通道。 3）开铁口机应同时具有钻削和冲打的功能，才能适应使用无水泥炮时的开铁口能 力的要求。 4）开铁口机除了正向冲打外，还应具有逆向冲打的功能。 5）在不断完善开铁口机结构的基础上，应考虑配备能够检测开铁口深度的检测装 置。 2.5 此设计方案的特点 2.5.1 方案的综合比较与确定 由于效率低，工作环境差，浪费等问题的存在，现有的开铁口机急需引进一些先 进的技术进行改进。此设计方案在进行多方面的考察研究的基础上，从实际出发利用 了一些原有的设备并且增加一些关键的能改善性能的结构，达到了提高效率、提高自 动化程度、节约附属用品等目的。 从实用、价格低、又能提高效率等方面考虑，引进国外最先进设备或采用国内最 先进的全液压设备需要大量资金，这样的一次性投入虽然效果好但过于昂贵，并且也 不必要，为此，我们尝试性把凿岩机应用到开铁口机，增加斜梁小车轨道，加设链传 动，达到了实用又廉价的特点。 第 13 页 2.5.2 开口机小车运行轨道的改进 从现状分析我们知道现有的开铁口机最为突出的缺点便是受力状况存在别劲的问 题。开铁口时，生产操作人员先开动水平摆动轨道，使其摆动到铁钩的上面，同时生 产人员将钻杆抬进铁钩对正出铁口，开动运行小车将其插到铁口上，然后开始钻，随 着钻进深度的增加，开口即钻杆的没钻进部分就逐渐缩短。如图所示： 图 2.4 钻头轨迹示意图 1 机体 2 钻杆 3 出铁口孔道 4 铁口泥包 5 炉墙渣皮 6 炉墙 然而小车却要总保持在轨道上作水平移动，而悬挂小车的链条又不能随便增大， 并且悬挂链鱼铅垂线的夹角又不能太小，要是小于钻角的倾角便失去了钻进的力 量，所以随着钻进深度的增加悬挂链开口机的后部便渐渐抬起，以补偿没钻进钻杆逐 渐缩短的垂直分量（把钻杆沿倾斜方向的钻进量看成是水平分量的合成量） 。钻杆后部 的抬起就使钻杆在钻进过程中还要发生摆动，而由于铁口的坚硬限制了钻杆的摆动量， 便产生钻杆别劲现象，甚至使钻杆别弯。增加钻进的困难从图中还可以看出这种现象 随着钻进深度的增加而加剧。由于无水泥炮的使用及铁口深度的增加、出铁次数的增 多，这种别劲现象就更加严重，开口机受力分析如图： 第 14 页 图 2.5 改进前受力分析 Q链条牵引力 PQ 的进钻分力 NQ 的垂直方向的进钻分力 e偏心距 M1动力扭矩 Mt-阻力扭矩 S进钻阻力 F铁口别劲合力 R钻孔深处别劲合力 图中为悬挂式开口机的链条对开口机的牵引力，它可分解为钻杆方向的钻进分Q 量、垂直钻杆方向的分力，由于牵引力所处的方向，进钻的有效推力不太大，PNP 无钻进作用的分力却很大，因而产生的铁口对钻杆的反作用力和铁口深处的反作NF 用力，造成钻杆别劲分力和它引起的反作用力，和进钻推力的偏心压缩RNFRP （偏心距为 ）却有使钻杆弯曲的作用，而且、的同时作用也产生磨擦力，eFRP 使进钻受阻，是钻杆所受的扭矩，钻杆的主要作用是向钻头传递扭矩。总的看来，M 钻杆受的是弯扭联合的作用，因此需要的强度要高。对此本设计增设的斜梁设计方案， 能解决此问题。其斜梁倾角与铁口的角度相一致。具有可进行角度调整装置与水平吊 梁的连接，轨道可升降，开铁口始终可随意升降。轨道可在各种倾角内变化。177 斜梁不工作时可有卷扬机构将斜梁开口机前端升起。小车轨道可在卷扬机构控制下通 过轨道与水平吊梁的伸缩连接达到可升降的目的。 2.5.3 开口机增设的凿岩机 由于无水泥炮的使用使得开铁口变得坚硬，于是选用了矿石开采用凿岩机增加开 口能力。凿岩机分为气动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃凿岩机等几种。根 第 15 页 据开铁口的技术要求和工作环境，选用了气动凿岩机。气动凿岩机适用于任何硬度的 岩石，主要的优点是结构简单，重量较轻，工作安全可靠，操作维修方便，气源来源 多。气动凿岩机因以压缩空气为动力，因此能量利用效率低，设备使用费用高。总之 开口机中使用凿岩机使得开铁口的效率大大提高。 2.5.4 定位准确 为保证开口机准确的定位、使开铁口工作顺利可靠的进行，在炉壁上和开铁口机 上设计安装了定位挂钩及钩座。使得开口机的准确定位有了保障。 2.5.5 小车的传动方式 行走小车使用气动马达带动下的链传动，在斜梁上加上链轮使小车传动平稳可靠、 推进力加大。这使快速准确的打开铁口提供了可靠的传动环境。链传动选用了双排滚 子链，它的强度大、准确可靠。两脸轮之间加设张紧装置，这些使工人避免了靠近开 铁口操作，减少了危险。 2.5.6 卷扬吊起装置 增加了卷扬吊起装置使调整斜梁的倾角与铁口的倾角一致，又可以在开铁口机闲 暇时被吊起来，节省了空间，并可防止斜梁长期处于高温下。 综合以上各点，改进后的设备，小车运行轨道倾斜角度与铁口的倾角一致，所以 能钻出角度准确的铁口，并且由于轨道的倾斜角度可调整。因此可根据炼铁生产工艺 各个不同炉龄时期的要求开出不同角度的铁口。从开口机受力分析中，可看出开铁口 机钻杆的受力情况得到了较好的改善，从根本上消除了钻杆别劲的现象。既消除了牵 引力在垂直于钻杆方向的分力。因此不存在铁口深处的别力，钻进的推动力就等于小 车的牵引力，钻杆除受力 P 的偏心压缩引起的弯矩外不再受其他弯矩的作用。由于开 口机的摆动对位、升降、进退及开停钻都有电钮操纵。钻杆再不必由人抬进抬出，方 便了生产工人又安全可靠。与现有的开铁口机相比可减少钻杆，法兰及接头等各种件 的消耗，降低各设备维修量。 其改进后的受力分析图如下： 第 16 页 图 2.6 改进后的受力分析 Q小车牵引力 P进钻力 e偏心距 M1动力扭矩 Mt-阻力扭矩 S进钻阻力 第 17 页 3 设计计算 3.1 钻头设计 3.1.1 钻头设计 钻头为硬制合金材料。 1）钻头直径 由铁口直径决定，在我国已经系列化。 参照目前国内钻头直径选择钻头直径。 mmD80 2）钻头长度 钻头长度与钻头直径之比为长径比。 （3.1） D l i 式中： 长径比；i 钻头直径；l 钻头直径；D 长径比 ，一般 取 2.32.7。ii 既：7 . 23 . 2 D l i l mm D 216184 80)7 . 23 . 2( )7 . 23 . 2( 取mml185 3）钻尾直径 钻尾直径和钻头直径的比值叫钻头断面比。 （3.2） d D j 式中： 第 18 页 断面比；j 钻尾直径；d 值一般取值约为。j1 . 27 . 1 既：1 . 27 . 1 d D j mm D d4738 1 . 27 . 1 80 1 . 27 . 1 钻尾与钻头螺母连接于一起，所以钻尾设计成 M42 的螺纹型。 取（参考现用钻头）mmd42 3.1.2 凿岩机的选择和送进马达的校核 （一）钻头，转速开口深度，采用硬质合金钻头。mmD80min/250rn m5 . 3 钻头尺寸如下： 钻头直径：；mmD80 钻尾直径：；mmd42 刀片个数：2z； 铁口碳素料：； 2 /5 . 1mmkg cm 钻头推进速度：；min/1mVn 钻头切割深度：；rmm zn V h n /2 2250 1 切割面积：； 2 1 80 2 80 2mm z D hs 钻头角速度： ；sr n / 2 . 26 30 25014 . 3 30 计算结果如下表 3.1： 第 19 页 设主刃外围磨损宽度： mmC1 1.01.52.0 主刃磨损端面积： 2 2 1 2 2sin4 )1 ( mm DC S 21.932.8543.8 副刃磨损端面积： 2 2 1 2 2sin4 mm DC S 13.4320.1526.86 合计磨损端面积： 2 mm 35.335370.66 主刃磨损端面的压力： 2 sin 1 4 2 1 2 cm DC Pkg 32.6849.065.34 副刃磨损端面的压力： 2 sin 4 2 1 2 cm DC Pkg 9.5714.3619.15 主刃磨损端面摩擦力：uPF 22 kg 16.3424.532.67 副刃磨损端面摩擦力：uPF 22 kg 4.787.189.57 主切削力： 11 SKP cm 22.9334.4045.86 主切削力产生的摩擦力：uPF 1 kg 11.4717.222.93 轴向总推进力：zPPFP) 2 sin 2 sin( 221 165.7248.5369.7 主切削主力矩：ZP D M 11 4 mkg 1.912.7523.67 主刃摩擦力矩：zRFM S 222 mkg 1.141.722.29 副刃摩擦力矩：zRFM S 222 mkg 0.330.500.67 总阻力矩：Mmkg 3.384.976.63 不均匀系数：1.151.151.15 传动机械效率：0.90.90.9 需要功率1.111.632.18 表 3.1 钻头参数 第 20 页 由表 3.1 可知，所需扭矩应为 6.63，需要钻孔深度 3.5，钻头直径 80。mkg mmm 所以，根据所需选择凿岩机为 YGZ90 型，其技术参数如下表： 型号YGZ90 钎杆回转结构形式双向外回转可调转数 配气机构形式无阀 机重（kg）90 气缸直径（mm）125 活塞行程（mm）60 活塞重量（kg）7 使用气压（kg/cm2）57 使用水压（kg/cm2）46 冲击频率（次/分）19002000 冲击力（）mkg 200 扭矩（）mkg 110120 耗气量（）min/ 3 m 11 使用 气压 为 5kg/cm2 时 钎杆转数（）min/r0250 钻孔直径（mm）5080 钻孔深度（m）30 钎尾规格（mm） 9742 气管内径（mm）冲 38 回 25 水管内径（mm）19 外型尺寸（mm）303355750 表 3.2 钻头技术参数 注：压缩空气中雾化油是气动凿岩机连续润滑的主要来源。 （二）送进马达的选择： 送进马达的主要作用是推动钻机向前并使之对压钻体有一定的压靠力。 由第一个表可知： 第 21 页 轴向总推进力： NkgNkgP3697/10 7 . 369 max 在后面得出的链轮直径： mmd 2 . 147 故减速器轴所输出的力矩应为： mN d PM 2 . 544 2 1472 . 0 3697 2 则： KW nM N37 . 1 9550 24 2 . 544 9550 查文献8得减速机效率： 89 . 0 则所需要的马达功率： KW N P54 . 1 89 . 0 37 . 1 而所选马达，所以符合要求。KWKWP54 . 1 8 . 5 第 22 页 3.2 链及链轮 3.2.1 链 初设链轮直径为 150mm 1、链的运行速度 sm i n r/09 . 0 6050 600 2 150 14 . 3 2 60 2 由于链速所以应按低速链静强度校核。sm/6 . 0 查得公式：84 4 min FK Q S A 2、查文献8得3 . 1 A K 而N P Ft 4 104 . 2 09 . 0 2 . 2 10001000 NKFQ At 444 min 10496 . 2 10248 . 1 104 . 23 . 1)84()84( 根据机械设计表，选择链为 24A 双排滚子链。 其适合所要求静强度，主要几何尺寸如下：NQ249100 min mmP 1 . 38mmPt87.48 mmd23.22 1 mmb22.25 1 mmb46.35 2 mmb 3 . 96 5 mmh 2 . 36 2 3.2.2 链轮主要几何尺寸计算 （一）大链轮 1、确定齿数 根据公式可得 z P dd 180 sin 第 23 页 23.12 150 1 . 38 arcsin 180 arcsin 180 d P z 取12z 2、精确计算主要几何尺寸 分度圆直径： mm z P dd 2 . 147 12 180 sin 1 . 38 180 sin 齿顶圆直径： 1max 25 . 1 dPdda 23.22 1 . 3825 . 1 2 . 147 mm595.172 1min ) 6 . 1 1 (dP z dda 23