一种新型立式龙门旋转台压块机机构的设计与使用

2022-09-11

近两年来, 国家对小中频炉的关闭使用, 直接炼钢原料大量减少, 而铁矿石的炼铁过程长, 成本消耗高, 所以废钢的需求量快速增长。由于废钢是直接加入炼钢炉中使用, 对废钢的要求也逐步提高, 比如废钢的杂质含量、品级、收得率等系列要求, 其中收得率直接与废钢的密度和形状相关。通过压块机挤压后的铁屑废钢, 最高密度可达5300kg/m³, 铁水收得率超过94%, 通过挤压后的废钢属于优质废钢。机构应用在铁屑压块中, 使得原本使用价值低的散料铁屑变成高价值的优质炼钢原料。

一、立式龙门旋转台压块机的总体设计

(一) 立式龙门旋转台压块机设计原则:安全可靠、无人操作 (自动控制) 、高效生产

(二) 立式龙门旋转台压块机功能实现要求

(1) 进料系统自动对机构进行定量的加料; (2) 转盘工位自动旋转定位到压杆正下方; (3) 加料, 压块成型, 出模三个动作同时进行, 对比传统立柱单模压块设备节约工作等待时间, 提高生产效率。

(三) 立式龙门旋转台压块机总体模型及结构组成及动作原理

(1) 机构整体模型如图1;机构由进料系统、转盘、主液压缸、立式龙门架、出模系统、定位机构、电控系统、液压系统等模块组成。

图1中1.下底座、2.定位机构、3.上横梁、4.主液压缸、5.进料系统、6.气动插板阀、7.进料导槽、8.出模系统、9.转盘

(2) 机构动作顺序

a加料。气动闸板打开, 进料系统电机旋转加料 (设定电机旋转圈数控制加料量) ;原料通过导槽进入模具后, 气动闸板关闭, 加料完成;

b旋转工位。转盘电机低频启动, 加频旋转, 低频停止, 通过接近开关获取信号实现动作启停;

c定位。转盘转到工位触发信号, 定位机构的气缸完成插销定位;

d主缸下压、加料、出模缸下压出模同时进行。接收定位完成信号后, 主缸下压对物料进行挤压成型;与此同时, 下一个工位实行加料动作;上一个工位进行出模动作;在接收到d中三个动作全部完成的信号后, 系统重复b、c、d三项动作, 实现机构连续运转;

二、关键部位的详细设计

(一) 立式龙门架设计

该龙门架上横梁与下底座之间承受的最高压力达到6300KN, 上横梁下部受到主液压缸安装面向上的推力, 下底座上部受到主液压缸的压力;设计选用ZG270-500材质, 该材料屈服强度δs=270Mpa;设计结构紧凑, 在满足强度情况下尽可能减少设备重量。其受力有限元分析状态图2和图3所示;

经分析上横梁峰值应力δs1=142Mpa<δs=270Mpa, 下底座峰值应力δs2=172Mpa<δs=270Mpa;上横梁和下底座的结构设计形式和材料强度均能满足使用要求。

(二) 转盘设计

转盘承载着6个模具的回转动作实现, 下部安装齿轮啮合, 通过变频减速电机控制旋转, 关键在6个模具的安装位置精准等分, 与旋转中心对称。设计结构如图4所示。图中1.上轴承、2.下轴承、3.压盖、4.转盘、5.回转套、6.防尘盖。

该结构设计为了满足转盘承载模具时受到纵向挤压带来的摩擦力, 该摩擦力作用在转盘非中心位置, 要求转盘中心具备小量调心量, 避免主油缸加压时转盘结构受压变形, 同时轴承必须承载足够轴向力, 此处选用GB5859中推力调心辊子轴承, 考虑轴承不便于更换, 因此选定下部轴承型号为29348, 其轴向额定静载荷达到6016KN该轴承使用安全系数达到2.98。

(三) 液压系统设计计算

主液压缸总行程650mm, 实际工作行程520mm, 其中加压行程约L1=170mm, 快速行程约L2=350mm;设计加压时间t1=8s, 快速行程时间t2=2s。另主液压缸缸径D1=560mm, 副液压缸缸径D2=125mm;快速退回时由副缸做功, 行程L3=520mm, 副缸活塞杆直径d3=80mm;

计算加压所需流量Q1 (L/min) = (π×D12/4×L1) /t1=313.9L/min。

计算快速下行所需流量Q2 (L/min) = (π×D22/4×L2) /t2=128.8L/min。

计算快速退回所需流量Q3 (L/min) ={π× (D22–d32) /4×L3}/t2=113L/min。

使用YCY-160变量泵组, 电机功率45kw, 转速1480r/min, 两个泵组并联使用, 单个泵组理论流量Q0=232L/min;其工作原理为恒功率变量, 而系统加压时压力随加压时间变化曲线如图5所示;由图5中可知, 加压时间越长, 压力越大, 变量泵流量变小 (10Mpa为加压切换信号点) ;快速下行和快速回退时系统压力均低于10Mpa, 此时Q0>Q2>Q3, 因此设计快速行程时单泵做功, 由电磁溢流阀控制油路的开闭, 满足流量需求;根据YCY变量泵流量变化与功率关系, 在恒功率42kw状态下计算在8s时间内单泵提供流量Q0`=161.4L/min, 因此在双泵同时工作情况下2 Q0`=322.8L/min>Q1, 满足设定时间的加压流量要求。

摘要：本文介绍的立式龙门旋转台压块机机构是一种用于废旧散料物资的挤压成块, 便于物资的回收利用与运输;该机构主要由龙门架、旋转台、进料系统、定位机构、出模系统、液压系统、电控系统组成, 机构的设计建模采用的是SolidWorks软件, 主要受力结构件进行了有限元分析及相应的计算。该机构具备将散料物资 (主要用于加工后的碎铁屑压块) 挤压成块 (φ180圆饼块, 厚度100mm±5mm) 的功能, 全过程通过PLC程序自动控制, 不同的物料状态通过调整控制参数, 得到对应的压块产品。目前该机构已于湖南华菱湘钢大力应用, 产出的铁屑压块大量用于宽厚板厂、炼钢厂的转炉炼钢工艺中, 该机构的实用性强, 在废旧物资回收利用行业非常有前景;

关键词：旋转台,压块,SolidWorks,自动控制,回收利用,炼钢