Механическое оборудование доменных цехов

Механическое оборудование доменных цехов

Введение

На протяжении длительного времени Западно-сибирский металлургический комбинат показывает свою приверженность к системной работе по обеспечению качества выпускаемой продукции.

Признание приоритета качества во всех сферах деятельности, обеспечение производства и поставка продукции, максимально удовлетворяющая требованиям потребителей, является одним из главных направлений политики в области качества, принятой на ОАО «ЗСМК».

На комбинате разработана, внедрена и эффективно работает система менеджмента качества, что подтверждается сертификатами соответствия.

Разработанная система позволяет эффективно использовать организационные, научные и технические решения для скорейшего освоения проектных мощностей агрегатов при высоком уровне безопасности производственных процессов и качества выпускаемой продукции.

За достижение значительных результатов в области качества продукции, а также за внедрение высокоэффективных методов управления качеством, в 1999 году ОАО «ЗСМК» удостоен звания Лауреата Премии правительства РФ « Российской национальной олимпиады». В последние годы работы комбинат отмечен десятками престижных международных наград, полученных за безупречную репутацию и высокое качество продукции.

Общая часть

. Краткая характеристика ОАО «ЗСМК»и его цехов

Открытое акционерное общество «Западно-Сибирский металлургический комбинат», является современным российским вертикально-интегрированным металлургическим предприятием, производящим строительный и машиностроительный прокат. Предприятие обладает великолепным кадровым и техническим потенциалом.

Производство основных видов продукции осуществляется по классической схеме полного металлургического цикла. В состав предприятия входят коксохимическое, аглоизвестковое производства; доменный, сталеплавильный, прокатный и метизный переделы; энергетические, транспортные и ремонтно-механичекие подразделения.

По основным производственным показателям предприятие занимает четвертое место среди гигантов российской металлургии, являясь при этом безусловным лидером отрасли в производстве строительного проката.

Производство арматуры составляет 44,3% от общего производства в России, проволоки обыкновенного качества 44,6%. Доля комбината в общемировом производстве стального проката достигает 0,5% , в российском 8%.

Металлургический кокс получают методом слоевого коксования в большегрузных коксовых батареях. Угольную шихту подготавливают из концентратов двух обогатительных фабрик ЦОФ «Кузнецкая» и ЦОФ, входящей в состав коксохимического производства ЗСМК. Отделяемые при коксовании химические продукты подвергают дальнейшей переработке в цехах химического крыла. В результате чего в качестве готовых продуктов получают как индивидуальные химические соединения (бензол, фталевый ангидрид, сульфат аммония) так и масла. Коксовый газ, освобожденный от химических продуктов, применяют в качестве топлива. Офлюсованный агломерат производят на агломашинах ленточного типа. В состав алгошихты входят следующие основные компоненты: производственный концентрат, известняк, обожженная известь, коксовая мелочь собственного производства.

Агломерат после дробления, охлаждения и отсева мелких классов конвейерами подается в бункера доменного цеха.

Чугун плавят в трех доменных печах. Основами составляющими доменной шихты являются: офлюсованный агломерат, собственный и привозной, доменный кокс собственного производства. На участке шихтоподачи имеется пять перегрузочных станций, которые оснащены конвейерами с двумя приемными устройствами. В доменных печах в качестве дутья используют горячий, обогащенный кислородом воздух, а в качества дополнительного топлива-природный газ.

Весь выплавленный в доменном цехе чугун в расплавленном виде используется в сталеплавильном производстве ЗСМК. Доменный шлак подвергается дальнейшей переработке. Газ полученный в процессе плавки, проходит очистку от пыли и используется как газообразное топливо в различных цехах комбината.

Сталь плавят в пяти кислородных конверторах большой емкости с верхней продувкой. В качества дутья применяют технический кислород(О2), полученный из воздуха.Металошихта конвектеров состоит преимущественно из жидкого чугуна (около 70%), а так же из привозного металлолома и обрези прокатного производства. В настоящее время полученная сталь разливается как в изложницы так и на МНЛЗ.Первая линия была введена в 1994 году,с годовой производительностью до 1млн. т.Непрерывных заготовок диаметром от 150 до 300 мм. для производства труб и прямолинейной заготовки 150*200 мм для последующей переработки в сортопрокатном цехе. Оборудование для МНЛЗ и отделочной линия закупленное у итальянской фирмы «Даниэни», имеет восемь ручьев, независимых друг от дуга в работе. Разливка ведется через два четырехручьевых промежуточных ковша , установленных на одной тележке. Такое решение было обусловлено большой массой плавки. Полный переход на производство непрерывной заготовки и в дальнейшем на производство непрерывного сляба и стального листа в едином потоке, позволит комбинату без прироста сталеплавильных мощностей на 21% увеличить выпуск годовой продукции за счет снижения отходов производства.

В состав прокатного производства на комбинате входят обжимной, сортопрокатный, оснащенный четырьмя прокатными станами, и вальцетокарный цех.

Обжимной цех состоит из блюминга 1250 и непрерывно-заготовочного стана. Сортамент выпускаемой продукции: слябы сечением 140-160×670-790 мм; квадратная 180×180 мм, 100×100 мм,150×150мм и прямоугольная 150×200мм заготовки.

В сортопрокатном цехе работает непрерывный стан 450. Здесь производится покат круглый и угловой равнополочный, швеллеры, двутавры, полоса. Цех располагает так же мелкосортными 250-1 и 250-2 и проволочными станами. Здесь производят прокат: сталь горячекатаную для армирования бетона,сталь стержневую арматурную, термомеханически и термически упроченный, периодический профиль, угловой ровнополочный прокат и катанку.

В перспективе на ЗСМК, помимо выпускаемого сейчас проката, намечено производить трубную заготовку, калиброванную сталь и лист.

Функционирование основных цехов обеспечивается вспомогательными цехами, к которым относится группа цехов главного механика (механический, литейный, кузнечно-термический)и главного энергетика. Организационная структура ОАО «ЗСМК» представлена на рисунке1.1. Данная структура включает все основные цеха и вспомогательные производства комбината.

скиповый подъемник доменный цех

Рисунок 1.1 - Схема грузопотоков металлургического комбината

.1 Характеристика доменного цеха

Доменный цех предназначен для получения жидкого чугуна из железосодержащих материалов в процессе их восстановления и плавки в доменных печах, обеспечения чугуном сталеплавильного производства, цеха изложниц и в твердом виде (чушках) литейного цеха комбината.

В состав доменного цеха входят следующие объекты:

доменная печь №1 полезным объемом Vn=3000 м3;

доменная печь №2 полезным объемом Vn=2000 м3;

доменная печь №3 полезным объемом Vn=3000 м3;

печной участок;

участок шихтоподачи с аварийно-приемными устройствами №1,2,3;

участок разливочных машин;

центральные вытяжные станции №1,3;

электростанции №1,2;

отделение приготовления огнеупорных масс;

депо ремонта чугуновозных ковшей;

склад холодного чугуна;

рудный двор;

административно-бытовые корпуса №1,2.

Доменные печи имеют островное расположение. Блок воздухонагревателей на доменной печи №2 расположен рядом с печью, а на доменных печах №1,3-отдельно стоящими блоками. Участок шихтоподачи расположен вдоль фронта печей со шлаковой стороны.

Агломерационный и коксовые цехи №1,2 связаны с доменным цехом системой конвейеров.

Комплекс каждой доменной печи состоит из:

собственно доменной печи с загрузочным устройством;

пылеуловителя с нисходящим газопроводом «грязного» газа;

поддоменника;

литейных дворов с оборудованием для проведения выпусков;

пульта управления печью;

блока воздухонагревателей с дымовой трубой;

шихтовых бункеров, оборудования нижней системы загрузки, скиповой ямы;

наклонного моста с устройством замены скипов;

здания с лебедками конусов, зондов и скипового подъемника;

грузопассажирского лифта;

газораспределительного устройства для вдувания природного газа в печь.

.1.1 Грузопотоки, машины и агрегаты доменных цехов

Прибывающие в доменный цех железнодорожные вагоны 1(рисунок 1.2)с шихтовыми материалами(концентратами, рудой, флюсами и прочее) задают толкателем 2 в стационарный роторный вагоноопракидыватель 3, который разгружает материалы в приемные бункера 4. Из них материалы выдают толкателями 5 на конвейер 6 и затем, в случае необходимости, в дробильно-сортировочное отделение 7.

Конвейерами 8 из дробильно-сортировочного отделения или непосредственно от вагоноопракидывателя материалы подают на укладчик шихты 9. С конвейера 8- на распределительную воронку укладчика 10, а затем на консольные конвейеры 11. При перемещении укладчика шихты, ссыпающаяся с консольных конвейеров, образуют штабеля 12 послойной укладкой. Материалы из штабелей забирают усреднительной машиной 13 при помощи бороны 14, совершающей возвратно-поступательные движения поперек штабеля материала одновременным перемещением усреднителя на штабель. В нижней части усреднителя, куда ссыпается материал из-под бороны, расположен скребковый конвейер 15, который выдает материал на лопастной питатель 17, перемещающийся вдоль галерей 16. Питатель укладывает материалы на уборочный конвейер 18, расположенный вдоль галерей 16 каждого штабеля материалов. Уборочные конвейеры 18 выдают материалы через перегрузочную станцию 19 на конвейеры 20, которые в свою очередь подают материалы в подготовительное 21 и в спекательное 23 отделение фабрики коксования, оттуда их системой конвейеров 24 передают на конвейер 22. Он распределяет материалы по бункерам 25 эстакады: Кокс из силоса 26 подают в коксовые бункера 28 конвейерами 27.

На рисунке 1.2 приведены схемы подачи сыпучих материалов I и кокса II из бункеров бункерной эстакады к скиповому подъемнику, на колошник и в доменную печь, а так же уборка чугуна и шлака от доменной печи.

Рисунок 1.2 - Схема подачи железосодержащих компонентов шихты, флюсов и кокса в бункера доменной печи с использованием комплекса усреднительных машин и конвейеров

Конвейеры 6 с разгрузочными тележками(или реверсивные конвейеры) распределяют шихтовые материалы по рудным бункерам 7. Затворами бункеров служат грохоты 8, которые отсеивают мелочь, а крупную фракцию выдают на конвейер 9.

Каждая доменная печь имеет два конвейера 9, расположенные симметрично относительно оси подъемника. Для направления материалов на конвейера в любую из двух воронок-весов 11 служит подвижный или поворотный лоток 10. Из воронок-весов, имеющих емкость скипа, материалы выдают в скип 18.

В линии подачи кокса для загрузки двух коксовых бункеров 14 применяют коксовый перегрузочный вагон 12 или конвейер с разгрузочной тележкой 13. Из горловины 15 бункера, под которой расположен грохот 16, крупный кокс поступает в воронку-весы 17 (емкость ее равна емкости скипа) и затем в соответствии с программой загрузки доменной печи в скип 18.

На колошнике доменной печи все шихтовые материалы подают скиповым подъемником. На мосту 19 скипового подъемника уложены два параллельных пути для перемещения двух скипов 18. В крайних положениях один скип находится в скиповой яме (под загрузкой), а второй наверху нам разгрузочных кривых моста. Для перемещения скипов служит скиповая лебедка 21, расположенная в машинном зале 20 доменной печи. Из скипа при его движении по разгрузочным кривым материал пересыпается на приемную воронку 23 загрузочного устройства и падает на малый конус 25 вращающийся воронки 24 распределителя шахты (ВРШ). Емкость воронки обычно соответствует емкости скипа. При опускании малого конуса шихта попадает в засыпной аппарат, который состоит из газового затвора 26, чаши 27 и большого конуса 28. После набора подачи (обычно из четырех скипов) опускают большой конус, и шихта загружается в доменную печь 30.

Маневрирование конусами загрузочного устройства осуществляют лебедкой 22, которая связана со штангой конусов посредством канатов через рычажные балансиры и тяги.

Горячий воздух и кислород поступают в доменную печь через кольцевой воздухопровод 31, а природный газ и другие виды топлива - через фурменные приборы 32, расположенные по окружности печи. Доменный газ отводят через газопроводы 29 к очистным устройствам.

Чугун из доменной печи выпускают через чугунную летку 35 и по желобам 36 с помощью устройства для одноносковой разливки 37 направляют в ковш чугуновозов. Жидкий чугун в ковшах падают к разливочной машине 39 для получения твердого чугуна или в миксер. Разделение чугуна и шлака происходит в расширенной части главного желоба, откуда шлак (верхний слой) по желобу отправляют на шлаковую сторону литейного двора, а чугун по другому желобу для заливки в чугуновозный ковш.

Для вскрытия чугунной летки 35 служит сверлильная машина 34, а для забивки-пушка 33. Шлак из шлаковой летки 42 по желобу 43, через устройство для одноносковой разливки 44, сливают в чашу 45 шлаковоза и подают на установку для грануляции шлака 46. Установка припечной грануляции 48 и желоба 47. Шлаковую летку закрывают шлаковым стопором 41.

.1.2Доменная печь

Доменная печь(рисунок 1.3)шахтного типа предназначена для выплавки чугуна. Основными частями ее являются: колошник 1, шахта 2, распар 3, заплечики 4, горн 5, лещадь 6 и фундамент 7.

Через верхнюю цилиндрическую часть-колошник, загружают шихтовые материалы в печь и отводят образующиеся в ней газы. Ниже колошника расположена шахта конической формы, в которой материалы, нагреваясь и расширяясь в объеме, беспрепятственно опускаются вниз под действием собственного веса.

Распар-наиболее широкая часть печи, соединяет шахту с заплечиками, ликвидируя угол, в котором могли бы задержаться куски материала. В заплечиках печи происходит образование жидких продуктов плавки. Нижняя часть печи, называемая горном, делится на две зоны: верхнюю-фурменную, в которой установлены фурмы для вдувания горячего воздуха(дутья)и топлива(природного газа, мазута), и нижнюю-металлоприемник, в котором накапливаются жидкие чугун и шлак, которые выпускаются через отверстие в печи - летки. Основанием или дном горна является лещадь.

Печь имеет цельносварной корпус из листовой стали, изнутри футерованный огнеупорной кладкой, которая переходит внизу в кладку лещади, опирающуюся на фундамент. Для предохранения от разрушения значительная часть кладки охлаждается металлическими холодильниками, в которых постоянно циркулирует вода. Кладка колошника, подвергающаяся воздействию падающих кусков материала, защищена металлическими плитами.

Над колошником печи размещено колошниковое устройство для загрузки шихты и установлены газоотводы для отвода доменного газа. Ниже уровня чугунных леток расположена площадка литейного двора с машинами для открывания и закрывания чугунных и шлаковых леток.

Интенсификация доменного процесса достигается благодаря улучшению качества шихты, повышению давления газа под колошником увеличению температуры дутья, обогащению дутья кислородом, автоматизации процесса загрузки шихты в печь и другим мероприятиям, направленными на сокращение продолжительности плавки, уменьшению расхода кокса, повышение качества и снижение себестоимости чугуна.

Рисунок 1.3-доменная печь полезным объемом 2000м3

.1.3 Бункерная эстакада

Непрерывная подача шихтовых материалов в доменную печь в определенной последовательности по заданной программе, является одним из основных технологических требований при выплавке чугуна.

Для этой цели в доменном цехе непосредственно у печей располагают бункерную эстакаду, которую связывают технологические потоки материалов, поступающих с агломерационных или обогатительных фабрик, коксохимического цеха, с подачей этих материалов к скиповому подъемнику, а затем к загрузочному устройству доменной печи.

Бункерная эстакада представляет собой сооружение из стальных конструкций и железобетонных плит, в котором размещены бункера и обслуживающие их различного типа устройства, механизмы и машины. Эстакада возвышается над уровнем цеха примерно на 10 метров.

В составе бункерной эстакады имеются коксовые и рудные бункера, а так же бункера добавок. Рудные бункера, предназначенные для приема железосодержащих компонентов шихты, располагают обычно в два ряда вдоль фронта доменных печей, и коксовые бункера - непосредственно у скипового подъемника с целью сокращения перегрузок и связанного с этим уменьшение дробления кокса. Процессы подачи шихты в бункера эстакады, дозирование и транспортирование их к скиповому подъемнику в настоящее время механизированы и частично или полностью автоматизированы.

Под бункерной эстакадой по оси скипового подъемника размещают скиповую яму с установленными в ней механизмами для набора, рассева, взвешивания и загрузки шихты в скипы скипового подъемника.

.1.4   Конвейерная система подачи шихтовых материалов к доменной печи

Агломерат поступает с аглофабрики 5(рисунок 1.4)при помощи конвейеров 4. Подача кокса двух фракций 40-60мм, с коксосортировки 6 осуществляется конвейером 7. Для добавок предусмотрено приемное устройство 1, из которого материалы при помощи конвейера 2 подают на перегрузочную станцию 15,17.

На эстакаде установлено пять стационарных конвейеров 14,18, два из которых предназначены для агломерата, два для кокса и один для добавок. Перегрузочные станции 15 и 17 оборудованы передвижными реверсивными конвейерами 3,2,8, позволяющими направлять поток материалов на любые из конвейеров 14,18. Загрузка шихтовых материалов в бункера доменной печи 1,2,3 осуществляется при помощи передвижных реверсивных конвейеров, соответственно 12,10,13. Ширина двух конвейерных лент 1400 мм, а трех 1200 мм, соответственно и производительность их 800-1000 м3/час и 680-700 м3/час.

Доменная печь №2 имеет четыре коксовых бункера объемом 2000 м3 каждый; десять бункеров для агломерата(объемом 105 м3-6 штук и объемом 13.2 м3-4 штуки); два бункера для добавок объемом 35 м3 и 37 м3. Бункеры металлические сварные, все они оборудованы затворами шиберного типа.

Бункеры агломерата футерованы: вертикальные стенки рельсом Р-24, наклонные грани имеют естественную защиту(ребристую). Бункера кокса футерованы диабазовой плиткой толщиной 30 мм. Бункера сооружаются не по всему фронту доменных печей, а только отдельными группами. При расстоянии между чашами 142 м, длина бункеров составляет 72 м.

Агломерат из бункеров поступает на виброгрохоты агломерата(тип Г-191-ПР-1), на которых отгрохачивается фракция 4-8 мм. Подрешетный агломерат поступает на конвейеры(левый и правый), подающие агломерат в зависимости от программы(либо в левую, либо в правую воронку-весы агломерата), оборудованные тензометрической системой взвешивания агломерата. Заданная программой доза материала погружается в скип.

Нормальным режимом работы системы считается подача агломерата механизмом либо только левой, либо только правой стороны в оба скипа. Для обеспечения загрузки правых воронко-весов механизмами левой стороны, устанавливается перекидной лоток, имеющий три рабочих положения: правый, левый и нейтральный.

Мелочь агломерата из-под грохотов направляется по течкам на конвейеры, а с них по своему тракту на аглофабрику.

Кокс из бункеров в соответствии с программой загрузки подается на электровибрационные питатели(типа 189-а-ТП всего 8 штук), настроенные на отгрохачивание крупной фракции, которая идет непосредственно в воронко-весы кокса. Подрешетный кокс поступает на электровибрационный с резонирующими колосниками грохот(типа ГВН2-40 всего 2штуки), где отгрохачивается фракция 0-40 мм, а фракция кокса до 40 мм поступает в воронко-весы кокса, оборудованные тензометрической системой взвешивания. Набранная доза кокса через автоматический затвор выгружается в скип. Механизмами левой стороны системы загружают только левый скип и наоборот.

Рисунок 1.4 - Схема подачи шихтовых материалов из бункеров в скипы

.2      Оборудование доменного цеха

.2.1 Скиповый подъемник

Для работы доменной печи требуется бесперебойная подача шихтовых материалов к загрузочному устройству, количество этих материалов, подаваемых на высоту около 60-70 м и более от уровня земли, достигает 20000-25000 т в сутки.

К машинам для подачи шихтовых материалов предъявляют весьма жесткие требования, так как задержка в загрузке материалов даже на короткое время влечет за собой перевод печи на тихий ход или полную ее остановку. Поэтому эти машины должны иметь высокую производительность, повышенную надежность при эксплуатации и обеспечивать возможность полной автоматизации процесса загрузки печи. В случаях значительного понижения уровня шихты в печи машины обеспечивают форсированный режим подачи материалов к загрузочному устройству и последующей их загрузке в печь.

В настоящее время применяют два основных способа подачи шихтовых материалов-скиповый и конвейерный. В первом случае все материалы подают из скиповой ямы бункерной эстакады, а во втором из распределительных бункеров.

В России доменные печи объемом до 3200 м3 включительно оборудованы скиповыми подъемниками со скипами емкостью до 20 м3 каждый и скиповыми лебедками грузоподъемностью до 39 т. На доменных печах объемом 5580 м3 Череповецкого, 5000 м3 Криворожского и 3200 м3 Новолипецкого металлургических комбинатов, применена конвейерная загрузка шихты.

Рисунок 1.5-Скиповой подъемник доменной печи: А-общий вид; б-кинематическая схема; в-план машинного зала Основными элементами скипового подъемника(рисунок 1.6)являются: два скипа 5а и 5б, наклонный мост 3, система канатов 7а и 7б с блоками 6а и 6б, 9а и 9б, скиповая лебедка 1 и грузоподъемное оборудование 8

Скипы загружаются коксом из бункеров 12 через грохоты и весовую воронку кокса или железорудными материалами посредством конвейера 13 и весовой воронки 15 с затвором или вагон-весами, а разгружаются в приемную воронку 4 загрузочного устройства печи. Для полной выгрузки материала из сипа угол наклона его днища к горизонту в верхнем положении должен составлять 45-60 градусов.

Для перемещения по наклонному мосту скипы соединяют канатами с барабаном скиповой лебедки таким образом, что обеспечивается уравновешивание скипов. Для исключения аварий при обрыве одного из канатов, уменьшения диаметра канатов и блоков каждый скип подвешивают на двух канатах. Применяют блоки двух конструкций с цельнолитым ободом для двух канатов(диаметром 1800 и 2000 мм)и сдвоенный, допускающий поворот шкива одного каната относительно шкива другого(диаметром 2000 и 2500 мм). Длина одного каната 150-180 м.

Скиповую лебедку 1 обычно устанавливают под наклонным мостом 3 в машинном здании 18. В этом же здании располагают привод конусов загрузочного устройства(лебедку управления конусами)16, лебедки измерителей уровня шихты 17 и панели автоматического управления системой загрузки доменной печи.

Скиповые подъемники в основном похожи друг на друга, только отличаются они конструктивно в выполнении наклонных мостов, скипов и скиповых лебедок.

Наклонный мост 3 опирается на один или два пилона 2 и 2а, а также на стенку 11 скиповой ямы. Наклонные мосты изготавливают сварными с решетчатыми фермами, либо сплошными из листового проката. В поперечном сечении(А-А)мост представляет собой раму со сплошным настилом по нижним поперечным балкам. При полурамной конструкции моста облегчается замена скипов при помощи тележки 10. На мосту смонтированы площадки, на которых устанавливают направляющие 9а и 9б и головные 6а и 6б блоки скиповых канатов, а также отклоняющие балки канатов лебедки управления. Консольно-поворотный кран 8 служит для замены блоков.

.2.2 Поворотная сверлильная машина

Для вскрытия чугунной летки применяется сверлильная машина. Вскрытие чугунной летки можно производить несколькими способами:

сверлением(вращением сверла)до полного вскрытия летки;

сверлением до раскаленной зоны летки с последующим прожиганием кислородом;

сверлением летки до раскаленной твердой зоны с последующим пробиванием массы в этой зоне пневматическим молотком;

ударно-вращательным бурением максинами(буровыми молотками) перфораторного типа;

сверлением до раскаленного слоя леточной массы с последующей пробивкой кумулятивным зарядом.

По принципу движения рабочего органа(сверла, бура или молотка) различают следующие типы машин для вскрытия чугунной летки: вращательного, ударного, ударно-вращательного действия и другие.

Кроме того, машины для вскрытия чугунной летки по способу подвешивания рабочего исполнительного механизма делят на следующие типы: подвесные-стационарные(конструкции комбината «Азовсталь»), передвижные( для поочерёдного обслуживания двух лёток), поворотные на отдельно стоящей колонне( конструкции Гипромеза).

На ОАО «ЗСМК» применяют поворотную сверлильную машину (рисунок 1.6). неподвижная колонна в машины установлена на фундаментной плите бетонной площадке литейного двора.

На неподвижной колонне при помощи подшипников качения смонтирована полая колона 7 с консолью 7а. Наверху неподвижной колоны закреплена шестерня червячноцилиндрического редуктора 14 с встроенной фрикционной муфтой предельного момента. Редуктор 14 и его фланцевый двигатель 13 расположены на поворотной колонне. На конце консоли поворотной колонны шарнирно укреплена балка 9, по которой на роликах может перемещается тележка 1. Высоту и угол наклона балки относительно летки можно изменять посредством механизмов подъёма 10 и угла наклона 11. В передней части балки установлен упор 12, ограничивающий её перемещение при установке в рабочее положение.

Механизм 8 передвижения тележки расположен в задней части балки. Привод связан с тележкой при помощи пластинчатой цепи, которая огибает приводную и холостую звёздочки. Скорость отвода тележки в 12 раз больше скорости подачи, что обеспечивается электросхемой управления. На тележки 1 установлен механизм вращения сверла, состоящий из электродвигателя 5, редуктора 4, патрона 3 для закрепления сверла 2. С целью защиты сверла от повреждения жидким чугуном его выполняют пустотелым и по внутреннему каналу подают сжатый воздух, который охлаждают режущую кромку сверла и выдувает разрушенную при сверлении леточную массу.

К машинам для вскрытия чугунной летке предъявляют следующие требования:

Рисунок 1.6-поворотная сверлильная машина

1.3 Недостатки в работе оборудования доменного цеха

Анализ работы оборудования доменного цеха выявил следующие недостатки:

         Недостатком грохота ГСТ является сравнительно низкая эффективность грохочения из-за забивания колосников мелочью агломерата, что влечет за собой снижение производительности грохота.

         Недостатком реверсивного конвейера является неудобство его использования при обслуживании бункеров, так как часто происходит просыпь агломерата.

         Недостатком поворотной сверлильной машины является невозможность регулирования угла наклона машины в случае понижения уровня чугуна до 90, что является нарушением требований, предъявляемых к машинам для вскрытия чугунной летки.

         Недостаток в работе электропушки для забивки чугунной летки заключается в том, что в механизме прижима отсутствует визуальный контроль за гайкой, невозможно следить за ее работой, а так же замечено, что она быстро выходит из строя. Появляется заклинивание винта, что недопустимо в условиях эксплуатации пушки.

         Одним из главных недостатков механизма выдавливания леточной массы с винтовой передачей скольжения является его леточный низкий КПД (по экспериментальным замерам равный около 0,2), а также трудоемкость операции по зарядке рабочего цилиндра электропушки леточной массой.

         На участке шихтоподачи цеха работают устаревшие редукторы, что затрудняет ремонт, а следовательно снимает производительность из-за частых.

         Усложнено обслуживание и наблюдение за подшипниковыми узлами скиповой лебедки.

.4 Мероприятия по устранению выявленных недостатков и «узких мест» в работе оборудования

Мероприятия по устранению недостатка в грохоте заключается в следующем:

. Колосниковую решетку заменяют на другую конструкцию, образованную чередующимися по ширине стационарными(жесткими)и вибрирующими(резонирующими)колосниками. Сечение колосников имеет вид равнобокой трапеции с большим основанием в верху. Жесткость вибрирующих колосников принята такой, что частота собственных колебаний близка к чистоте вынужденных колебаний, сообщаемых приводом (околорезонансный режим). В связи с этим происходит перемещение вибрирующих колосников относительно стационарных, в результате чего уменьшается возможность заклинивания агломерата в решетке и повышается производительность.

. Возможным решением проблемы является замена реверсивного конвейера РКП- 2 на рукавный бункер.

. В данный момент ведутся научно- технические разработки по устранению этого недостатка сверлильной машины. Предлагается установить на каретке регулировочный винт. Так же возможна замена патрона с эксцентриком. В связи с этой заменой за счет эксцентриситета, улучшаются условия сверления, увеличивается условия сверления, увеличивается диаметр отверстия повышается стойкость бура.

. Для того, чтобы устранить этот недостаток, предлагается установить комбинированную гайку. Это позволит экономить время и затраты на осуществление ремонта, так как происходит замена только внутренней резьбовой части гайки, а весь корпус останется на месте. Корпус изготавливается из обычного металла, а резьба из бронзы. Накопленный опыт позволяет теперь, зная степень износа резьбы, заранее осуществить ремонт и избежать аварии и длительные простои.

. Существенное увеличение давления можно получить установив шарико-винтовую передачу, у которой трение скольжения заменяется трением качения. У такой передачи КПД равен 0.85. Для ликвидации трудоемкой операции по зарядке рабочего цилиндра электропушки леточной массой предлагается создание легкосъемного рабочего цилиндра, заполнение которого осуществляется специальным прессом.

. Решением проблем на участке шихтопередачи является полная замена устаревших моделей редукторов на более современные, учитывая все предъявляемые требования и технические характеристики.

. Обеспечение необходимого надзора и обслуживание подшипниковых узлов, позволяющей не только вести постоянное наблюдение за узлами, а так же прогнозировать дальнейшее развитие возникающих микродифектоа с сообщением о дефекте оператору.

1.5 Расчет привода скипового подъемника

.5.1 Расчет времени движения скипа

Время перегонов скипов(подъем груженого скипа с одновременным опусканием другого порожнего)может быть определено из графика скоростей канатов, который обусловлен особенностями движения скипов на разгрузочном участке моста. В таблице 1 и 2 указаны данные скоростей и времени, а так же значения намотанного на барабан каната, в зависимости от графика скоростей и ускорения при движении скипа, пути скипа и моментов Мст, Мдин, М∑, на барабан скиповой лебедки в функции времени для скипового подъемника доменной печи №3 объемом 2015м3.

Таблица 1.1-График скоростей канатов

Таблица 1.2-Значение длины навитого на барабан(или свитого)каната за отдельные периоды движения скипа

Полное время перегона скипа.

ℓ=t1+t2+t3 +t4 +t5 +t 6

где tℓ-время перегона скипа;-первый период разгона скипа;-второй период времени;-третий период времени;-четвертый период времени;-пятый период времени;-шестой период времени.ℓ=2,58+5,37+15,1+5+1,12+2,5=31,67≈32сек.

.5.2 Расчет производительности скипового подъемника

Определим необходимую производительность подъемника по числу подач, которые нужно загружать в доменную печь при условии равномерной непрерывной работы подъемника.

.        Суточная производительность печи:

Π=(т/сут) (1) [1,с 194]

где П-производительность доменной печи;

V-объем доменной печи(v=2015м3)

K-коэффициент использования полезного объема печи(КИПО)по данным на 2006 г. ОАО «ЗСМК» К=0,7179 м3

=4238 т/сут

.Суточный расход кокса.

С1к.с.=qк×П (2) [1, с 200]

где qк-удельный вес расхода кокса(принимаем qк=0,5084)

С1к.с=0,5084×4238=2154,6 т

. Суточный расход железорудной части шихты:

С1ж.с=qж×П (3) [1,с 200]

где qж-удельный вес расхода железорудной части(принимаем qж =1,806)

С1ж.с=1,806×4238=7653,83 т

. Вес материала в скипе:

С1 к (ж)=Vℓγк(ж)q×κ3 (4) [1,с 200]

где С1 к (ж)-вес материала в скипе

γк(ж)-объемная масса кокса (железорудной части);

γк≤0,45;γж=2,1:

κ3-коэффициент заполнения скипа(κ3=0,85);

Vℓ-объем скипа(Vℓ=13,5м3);

С1к(ж)=13,5×0,45×10×0,85=76,5 кН=7,65 т

С1к(ж)=13,5×2,1×10×0,85=357 кН=35,7 т.

. Выход чугуна из одной подачи

У= (5) [5,с 242]

где У-вес кокса из одной подачи

Кп-вес кокса в одной подаче(Кп=15,3 г)к-удельный расход кокса

У==30,1 т

Таблица 1.3-Расход шихтовых материалов

При расчете принята четырехскиповая подача РРКК

. Необходимое число подач в сутки кокса или руды

п=С1к(ж)сут ⁄(Ст к(ж)×Zк(ж)) (6) [5,с 242]

где С1к(ж)сут-суточный расход кокса или железорудной части

Ст к(ж)-вес материала в скипе;к(ж))-количество скипов;п==140,8≈141

. Время подъема одной подачи:

=Zк(tℓ+tк)+Zж(tℓ+tк) (7) [5,с 248]

где Zк(ж)-число скипов кокса или железорудной шихты в подаче;ℓ-время перегона скипов, сек;к(ж)-время остановок при погрузке кокса или железорудной части в подаче(tк=16 сек.,tХ=10 сек.)=2(32+16)+2(32+10)=180 сек.

         Необходимое время работы подъемника в сутки

сут.=t×Zп (8) [5,с.243]

сут=180×141=25380 сек.

         Расчетный коэффициент загружаемости скипового подъемника:

Кр=×100% (9) [1,с.194]

где Zт-число подач шихтовых материалов, исходя из теоретических возможностей производительности скипового подъемника.т=24×60× (10) [1,с.194]т=24×60×=480

Кр=×100%=30%

.5.3 Расчет мощности двигателя скиповой лебедки

Двигатель скиповой лебедки работает в повторно-кратковременном режиме с переменным графиком нагрузки. При работе допускают следующие допущения канат и упряжь на участке подъемника от головного блока до любого положения скипа параллельны наклонной части моста, не исключая участок в скиповой яме и разгрузочный участок. Погонный вес единицы длинны упряжи равен погонному весу каната.

Определения усилия действующих на скип при его нахождении в скиповой яме, когда направление каната параллельно рельсам моста на основном участке. Проектируя все силы на ось, параллельно пути в скиповой яме, из условия равновесия груженного скипа получим:

Р1соs(α1-α2)-(Gн+Gс)sinα1=±[Р1sin(α1-α2)+(Gн+Gс)соsα

где Р1-усилие в канате; (11) [1,с.194]

α1,α2-углы наклона скипа на участке моста(α1=60°,α2=55°49´50´´);

Gн-вес материала(Gн(ж)=357 кН;Gн(к)=76,5 кН);

Gс-вес скипа(Gс=186,550 кН);

ω-коэффициент сопротивления передвижению скипа по рельсам:

ω=β (12) [1,с.194]

где β-коэффициент, участвующий в трении о рельсы(β=3)

μ1-коэффициент трения для подшипников ходового колеса(μ=0,015);

d1-диаметр цапфы(d1=20 см);коэффициент трения-качания колес о рельсы(f=0,08);-диаметр ходового колеса скипа(D1=700 мм);

ω=

Усиление в точке крепления каната к скипу:

P1=(Gм+Gс)(13) [1,с.194]

где «+»-знак принимают при подъеме скипа;

«-»-знак принимают при опускании скипа;

При нахождении скипа на основном участке наклонного моста усилие Р1 составляет(так как α1=α2)

Р1=(Gт+Gс)(sinα2±ωсоsα2)

Натяжение в канате набегание на головной блок

Р2=Р1+2gl12sinα2, (14) [1,с.194]

где g-все единицы длинны каната(g=10,87 кг),-расстояние от точки крепления упряжи скипа до точки касания каната с головным блоком.

Натяжение ветки каната, сбегающей с головного блока:

Р3=Р2(1±С) (15) [1,с.194]

где С-коэффициент сопротивления при огибании канатом блока, равный:

С=sin (16) [1,с 201]

где dк-диаметр каната(dк=5,2 см);диаметр блока(D=250 мм);коэффициент, учитывающий трение каната, о желоб блока(k=3);

μ-коэффициент трения в подшипниках блока(μ=0,005);

d-диаметр цапф блока(d=30см);

-угол обхвата канатом блока(=153°)

С=+2×3×0,025sin=0,03

Натяжение в набегающей ветви каната направляющего блока:

Рп=Р3-2gl34sinα34 (17) [1,с.202]

где l34-расстояние между точками 3и 4(l34=33м)-угол наклона каната к горизонту на участке 3-4(α34=48°)

Натяжение ветви каната, сбегающей с направляющего блока:

Р5=Р4(1±С)

Натяжение на барабане:

Р6=Р5-2gl56 (18) [1,с 202]

где l56-расстояние между точками 5и6(l56=37,4 м)

Подставляя последовательно одно выражение для Р i k другое получим:

H6u=H1(1+2c)+2g[sinα(l12-l34)×l56]-2glisinα (19) [5,c.248]

Статическое усилие при подъеме груженого скипа железорудной частью.

.        При подъеме груженого скипа на участке в скиповой яме:

Рбг(ж)=(G(ж)+Gс)(1+2с)+2g[sinα×(l4-l34)-l56]-2glisinα

Рбг(ж)=-2×0,1087lisin60°

Рбг(ж)=476,4864-0,1883li

Согласно таблице 2 скип в периоды t1 и t2 находится на участке скиповой ямы. Подставляя соответствующие значения l1, равные 0,1, получим:

Рбг(ж)1=476,4864-0,1883×0=476,4864 кН;

Рбг(ж)2=476,4864-0,1883×1=476,2981 кН ;

.        При движении скипа по наклонному мосту в периоды t3,t4, t 5.

Подставляем соответствующие значения времени из таблицы2

Рбг(ж)3,4,5=(3,57+186,55)(sin55°49’50”+0,02cos55°49’50”)(1+2×0,03)+2× ×0,187[(95,5-33)sin55°49’50”-37,4]-2×0,1087×lisin55°49’50”;

Рбг(ж)3=474,7609-0,1755×13,84=472,3кН;

Рбг(ж)4=474,7609-0,1755×74,13=461,7511кН;

Рбг(ж)5=474,7609-0,1755×86,63=459,5573кН;

3.      При движении скипа в периоды t5 и t6 он находится на разгрузочном участке:

Рбг(ж)5,6,7=0,66Gс(1+2с)+2g[(l12-l34)sinα2-l56]-2glisinα;

Рбг(ж)5,6,7=133,3485-0,1755 li

Подставляя данные из таблицы1.2 находим:

Рбг(ж)6=133,3485-0,1755×87,75=117,9484 кН;

Рбг(ж)7=133,3485-0,1755×89=117,729 кН;

Статическое усиление при подъеме груженого скипа коксом.

.        При подъеме скипа на участке скиповой ямы:

Рбг(кокс)=(Gн+Gс)(1+2c)+2g[sinα2(l12-l34)-l56]-2glisinα1;

Рбг(К)1,2=(76,5+186,55)×(1+2×0,03)+2×0,1087

[sin55°49’50”(95,5-33)-37,4]-2×0,1087lisin60°;

Рбг(к)1,2=232,0667-0,1833li;

Рбг(к)1=232,0667-0,1833×0=232,0667 кН;

Рбг(к)2=232,0,667-0,1833×1=232,8784 кН;

.        При движении скипа по наклонному мосту в периоды t3,t4 ,t5.

Рбг(к)3,4,5=(Gн+Gс)(tsinα2 +ωcosα2)(1+2c)+2g[sinα(α12-α34)-α56-2glisinα;

Рбг(к)3=231,2302-0,1755×1384=228,1013 кН;

Рбг(к)4=231,2302-0,1755×74,13=218,22 кН;

Рбг(к)5=231,2302-0,1755×86,03=216,0266 кН;

.        При движении груженого скипа в периоды t5-t7, находятся на разгрузочном участке

Рбг(к)6б7=0.66(1+2с)+ 2g[sinα(α12-α34)-α56-2glisinα

Рбг(к)6,7=133,3485-0,1756li;

Рбг(к)6,7=133,3485-0,1756li;

Рбг(к)6=133,3485-0,1756×87,75=117,948 кН;

Рбг(к)7=133,3485-0,1756×87=117,729 кН.

Статическое усилие в канате при опускании порожнего скипа.

.        При опускании скипа в начале периодов t1 и t2 он начинает движение на разгрузочных кривых. Статическое усилие можно определить по формуле.

Рбп=0,66Gc(1-2с)+2g[(l6-l34)sinα-l56]+2glisinα1

где Рбп-статическое усилие в канатах у барабана при опускании порожнего скипа;

Рбп 1,2=0,66×186,55×0,94+2×0,1087[(6,5-33)sin55°49’50”-37,4]+ +2×0,1087lisin55°49’50”;

Рбп1,2=102,954+0,1755li;

Рбп1=102,954+0,1755×0 102,954 кН;

Рбп2=102,954+0,1755×1=103,1295 кН;

2.      При опускании моста на прямом участке усилие необходимо определить по формуле:

Рбп3,4,5=Gс(sinα-cosα)(1-2с)+2g[(l13-l34)sinα-l56]×2glisinα

Рбп3,4,5=126,7099+0,1755li; (20) [5,с.250]

Рбп3=126,7099+0,1755×13,84=129,1388 кН;

Рбп4=126,7099+0,1755×74,13=139,7197 кН;

Рбп5=126,7099+0,1755×86,63=141,4135 кН;

.        При опускании скипа на участке скиповой ямы.

Рбп6,7=Gc(1-2с)+2g[(l13-l34)sinα-l56+2glisinα

Рбп6,7=127,8265+0,1883li;

Рбп6=127,8265+0,1883×87,75+144,3497 кН;

Рбп7=127,8265+0,1883×87=144,5852 кН.

Все полученные данные Рбг(ж)i, Рбг (ж)i, Рбпi заносим в таблицу 4.

Таблица 1.4-Статические усилия

Определение статического момента на барабане лебедки.

Статический момент на барабане лебедки(для любых положений скипов)находим по формуле:

бi=(Рбгi-Рбпi) (21) [1,с.202]

где-Mбi-статический момент на барабане;б-диаметр барабана(принимаем Dб=2,4 м)

Статический момент на барабане при подъеме железорудной части.

Мб(ж)1=(476,4864-102,954)=448,2389 кНм;

Мб(ж)2=(476,2964-103,1294)=447,8093 кНм;

Мб(ж)3=(472,332-129,1388)=411,8318 кНм;

Мб(ж)4=(461,7511-139,7197)=386,4377 кНм;

Мб(ж)5=(459,5573-141,9135)=381,1726 кНм;

Мб(ж)6=(117,9484-144,9135)=32,3581 кНм;

Мб(ж)7=(117,929-144,5852)=32,2274 кНм;

Статический момент на барабане лебедки при подъеме кокса.

Мб((к)1=(232,0667-102,954)=154,9352 кНм;

Мб((к)2=(231,8784-103,1295)=154,4987 кНм;

Мб((к)3=(228,8013-129,1388)=119,595 кНм;

Мб((к)4=(218,2204-139,7197)=94,9357 кНм;

Мб((к)5=(216,0266-141,9135)=88,9357 кНм;

Мб((к)6=(117,9484-144,9135)=-32,3581 кНм;

Мб((к)7=(117,729-144,5852)=-32,2274 кНм;

Статический момент на волу двигателя.

Мд.в. ст. i=МZ*U*𝔶 (22) [1,с.202]

где Мд.в. ст. i-статический момент на валу двигателя:число двигателей(принимаем Z=2);общее придаточное число(U=30,3599)

𝔶-КПД лебедки(𝔶=0,73)

Мд.в.(ж) ст1=448,2389/2×30,3599×0,73=10,1124кНм;

Мд.в.(ж) ст2=447,8093/2×30,3599×0,73=10,1026 кНм;

Мд.в.(ж) ст3=411,8318/2×30,3599×0,73=9,2911кНм;

Мд.в.(ж) ст4=386,4377/2×30,3599×0,73=8,7182кНм;

Мд.в.(ж) ст5=8,5994кНм;

Мд.в.(ж) ст6=-0,73кНм;

Мд.в.(ж) ст7=-0,73кНм;

Статический момент на валу двигателя при подъеме кокса.

Мд.в.(к) ст1=154,9352/2×30,3599×0,73=3,4945кНм;

Мд.в.(к) ст2=154,4981/2×30,3599×0,73=3,4855кНм;

Мд.в.(к) ст3=119,595/2×30,3599×0,73=2,698кНм;

Мд.в.(к) ст4=94,9357/2×30,3599×0,73=2,1252кНм;

Мд.в.(к) ст5=2,0064кНм;

Мд.в.(к) ст6=-0,73кНм;

Мд.в.(к) ст7=-0,73кНм;

Для работы динамических моментов необходимо располагать данными о моменте интеграции масс ротора двигателя, поэтому подберем в начале двигатель по статической нагрузке.

Предварительно мощность двигателя находим по формуле:

Рдв.пр.= (23) [1,с.202]

где Мбi-момент на барабане при максимальной нагрузке(принимаем Мбi=448,2389кНм);м-максимальная скорость движения скипа(Vм=4м/с);

Рдв.пр.==746,3372 кВт;

По предварительной мощности двигателя выбираем двигатель П2Д-630-152-743

Динамический момент.

В период ускорений и замедлений t1 ,t2 ,t3 ,t4,t6 на валу одного двигателя возникает динамический момент:

Мдв.дин.=ℑпр.ℰi (24) [5,с.245]

где ℑпр-общий момент интеграции движущихся масс приведенный к валу двигателя;

ℰi=()U;

где аi-ускорение(замедление) скипа при t1, t2, t4, t6

а1=0,3м/с2; а2=0.6м/с2; а4=-0,6 м/с2; а6=-0,4м/с2

ℰ1=()×30,3599=7,6м/с2;

ℰ2=()×30,3599=13,18м/с2;

ℰ4=()×30,3599=-15,18м/с2;

ℰ6=()×30,3599=-10,12м/с2;

Общий момент интеграции.

ℑпр.=++Zℑдв.б. (25) [5,с.245]

где -длинна одоного каната;

-момент интеграции массы узла барабана лебедки относительно;

ℑgв-момент интеграции масс на валу двигателя(ротор, муфта, шкив);к-все единицы длинны каната(g=10,87кг)ускорение свободного падения(g=9,81м/с2);передаточное число от оси барабана до оси двигателя ;

б-коэффициент, учитывающий момент инерции масс других деталей привода, расположенных не на волу двигателя(б=1,2);

к=l12+l23+l34+l45+l56+2пDт (26) [5, с. 246.]

где l56-длинна каната на участке 5-6(l56=1м)

пDт-длинна двух запасных витков на барабане:к=95,5+3,34+33+1+37,4+2×3,14×2,4=185,32м

Находим момент инерции массы барабана:

ℑб=2ℑхохо

где ℑхохо-центральный элемент инерции элементов

ℑхохо=2ℑZо ох

где ℑZоох-момент инерции тела относительно плоскостей главной центральной системы координат;

ℑZоох=m(2+R2),

где m-масса барабана(m=14800кг);

-внутренний радиус барабана(=1,2м);

ℑZоох=×14800(2+1,12)=9805кг×м2,

ℑхохо=2×9805=19610 кг×м2;

ℑб=2×19610=39220кг×м2

Находим момент инерции масс на валу двигателя:

ℑgв.=ℑр+ℑтм+ℑм; [3,с.85]

где ℑр-момент инерции ротора двигателя(ℑр=95кг×м2);

ℑтм-момент инерции тормозного шкива;

ℑм-момент инерции муфта(ℑм=6,84 кг×м2);

ℑтм=mт.ш.²т.ш.gт.ш. [3,с.85],

где mт.ш-масса тормозного шкива(mт.ш=300 кг.)

т.ш.-радиус тормозного шкива(²т.ш.=0,9м);т.ш.-коэффициент, учитывающий распределение массы шкива(gт.ш.=0,6);

ℑтм=300×0,9²×0,6=36,45кг×м²;

ℑgв.=95+35,45+6,84=138,29кг×м²;

ℑпр(ж)=++2×138,29×1,2=482,266кгм²

Динамический момент при подъеме железорудной части:

Мдв.дин(ж)1=482,266×7,6×0,5=1,83кНм;

Мдв.дин(ж)2=482,266×15,18×0,5=3,66кНм;

Мдв.дин(ж)4=482,266×(-15,18)×0,5=-3,66кНм;

Мдв.дин(ж)6=482,266×(-10,12)×0,5=2,44кНм;

ℑпр(к)=++2×138,29×1,2=437,596кг×м²

Динамический момент при подъеме кокса:

Мдв.дин(к)1=437,596×7,6×0,5=1,653кНм;

Мдв.дин(к)2=437,596×15,12×0,5=3,306кНм;

Мдв.дин(к)4=437,596×(-15,18)×0,5=-3,306кНм;

Мдв.дин(к)6=437,596×(-10,12)×0,5=-2,204кНм;

Общий момент на валу двигателя.

ММдв.стi+Мдв.динi (27) [1,с.203]

М10,1124+1,83=11,9424кНм;

М10,1026+3,86=13,7626кНм;

М9,2911кНм;

М8,7182+(-3,66)=5,0582кНм;

М8,5994кНм;

М-0,73-2,44=-3,17кНм;

М3,4954+1,653=5,1484кНм;

М2,698кНм;

М2,1252-3,306=-1,1808кНм;

М2,0064;

М-0,73-2,204=-2,934кНм;

Полученные данные моментов при подъеме железорудной части заносим в таблицу 5, а при подъеме кокса, после чего строим нагрузочную диаграмму двигателя(рисунок 1.16)железорудной части шихты и коксовой части шихты(рисунок1.17).

Таблица 1.5-Статичаский, динамический и суммарный моменты при подъеме коксовой части шихты

Определим эквивалентный(среднеквадратичный )момент для одного рудного(коксового)скипа:

Мэ.ж.(к)= (28) [1,с.209]

где Мэ.ж.(к)-эквивалентный моментн-коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя в периоды разгона, торможения.

На участках нагрузочной диаграммы моменты меняются по линейному закону, поэтому величины Мi можно рассчитывать по формуле:

Мi= (29) [1,с. 209]

где Мнi-начальный момент;

Мкi-конечный момент;

Мж1==11,9375кНм;

Мж2==13,3589кНм;

Мж3==9,0062кНм;

Мж4==4,9989кНм;

Мж5==4,7681кНм;

Мж6=3,17кНм;

Мэ(ж)=

=9,952кНм;

Мк1==5,1434кНм;

Мк2==6,4018кНм;

Мк3==2,4173кНм;

Мк4==1,2407кНм;

Мк5==1,0155кНм;

Мк6==2,934кНм;

Мэк==3,844кНм;

Эквивалентный момент для одной подачи шихтовых материалов:

Мп.э= (30) [1,с.204]

где Мп.э-эквивалентный момент для одной подачи;ж-число скипов с железорудной частью;к-число скипов с коксом.

Мп.э==7,544кНм

Мощность двигателя определяем по формуле:

Рдв.ф=Мп.э×дв

где дв.-угловая скорость ротора двигателя;

дв=;

где п-частота вращения ротора двигателя(п=1000мм)

дв===104,66рад/с-1

Рдв.ф=75,44104,66=789,55кВт;

Фактическая производительность включения составляет:

ПВф=×100%

где tпж-время паузы при загрузке скипа железорудной частью(tпж=10сек); tп.к-время паузы при загрузке скипа коксом(tпк=16сек);с-время перегона скипов(tс=32сек)

ПВф=×100%=71%

При установке двигателя со стандартной продолжительностью включения ПВ, отличающейся от фактической ПВф, необходимо выполнить перерасчет мощности:

Рдв=Рдв.в.ф.=;

где ПВ-продолжительность включения из справочника

Рдв=789,55=665кВт;

Выбранный двигатель постоянного тока проверяем на перегрузку

где Мmax-максимальный момент двигателя(Мmax=13,7626кНм);

Мноm==7644кНм;

,81,9

Выбранный двигатель удовлетворяет всем требованиям

. Специальная часть

.1 Анализ существующих конструкций и обоснование выбора прототипа

При помощи пушки осуществляют забивку летки печи после выпуска чугуна, при этом вдавливаемая в отверстие леточная масса не только полностью закрывает канал, но и восстанавливает часть внутренней футеровки печи, разрушенную во время выпуска чугуна.

Состав леточной массы:

кокс сухой,38%

шамотный порошок,15%

полимеры,15%

глина огнеупорная,23%

каменноугольный пек,9%

В настоящее время применяют пушки двух основных типов: электрические и гидравлические так же существуют конструкции с пневматическим приводом.

.1.1 Гидроэлектропушка УЗТМ

Гидропушка, изготовленная по проекту УЗТМ состоит из трех основных механизмов: движения поворота и прижима пушки.

Все механизмы снабжены двигателями в виде гидравлических цилиндров, в которых в качестве рабочей жидкости используется масло под довлением.

Для питания гидравлических цилиндров на поворотной колонне установлено два насоса и два блока. Производительность каждого насоса 100 м3/мин,при давлении до 8 Мпа. Каждый насос работает от электродвигателя N=17,5 кВт, n=960 об/мин.

Техническая характеристика пушки:

объем цилиндра для массы-0,4м3;

диаметр цилиндра-0,58 м;

усилие на поршень-1м;

удельное давление на массу под поршнем-3,8Мпа;

скорость выхода леточной массы из носка-0,35м/сек

В гидроэлектропушках можно создавать очень большие усилия на поршень, но при этом ресурсе работы гидравлического привода, меньше электромеханического. Повышение ресурса требует больших затрат на изготовление, что отражается на стоимости пушки.

2.1.2 Двухцилиндровая пневматическая пушка

Рисунок 2.1-Двухцилиндровая пневматическая пушка

Пушка состоит из двух сдвоенных цилиндров, расположенных один над другим. Каждый из сдвоенных цилиндров состоит из пневматического цилиндра 1 и цилиндра для леточной массы 2. Поршни 3 и 4 этих цилиндров соединены общим штоком 5.

Верхний цилиндр 2 для леточной массы соединен с нижним угловым патрубком 6. У нижнего цилиндра имеется носок 7, который вводится в фурму летки.

При помощи серьги 8 пушка подвешена к поворотному кронштейну 9, укрепленному на колоне доменной печи. Кронштейн с пушкой поворачивается при помощи двух пневматических цилиндров одностороннего действия и каната, огибающего шкив, который закреплен на валу кронштейна.

Приближаясь к летке , пушка переходит из горизонтального положения в наклонное(угол наклона составляет около 17°). Для изменения угла наклона пушки предусмотрен специальный механизм(рисунок 2.2).

Рисунок 2.2-Кронштейн пневматической пушки

К заднему концу пушки прикреплен канат 1, связанный с изогнутым рычагом2, другой конец которого снабжен роликом 3. Изогнутый рычаг шарнирно соединен с кривошипом4, насаженный на вертикальный вал 5. При повороте кронштейна ролик 3 входит в соприкосновение с лекалом 6, вследствие чего пушка наклоняется к летке.

Поворот пушки в горизонтальной плоскости относительно кронштейна осуществляется при помощи тяги 7, эксцентрично соединенной с подвеской 8 для пушки и с неподвижной опорой9. Таким образом при повороте контейнера пушка совершает сложное движение ,и носок ее передвигается по криволинейной траектории, которая при входе носка в летку приближается к прямой линии.

В рабочем положении пушка удерживается при помощи прижимного устройства, которое состоит из пневматического цилиндра , вращающего при помощи кривошипа , горизонтальный вал. При повороте вала закрепленные на нем два рычага нажимаются цапфы пушки и удерживают ее в момент забивки.

Работа пушки.

Пушку заряжают леточной массой в то время, когда она отведена в сторону печи. Поворот пушки к летки, прижатие, а так же забивка летки леточной массой осуществляется с одного пункта управления, находящегося в стороне от летки. При забивке летки в начале сообщается движение верхнему поршню, затем нижнему. Если количество подавляемое изначально двумя цилиндрами недостаточно, то пушку заряжают дополнительно массой у самой летки. Дополнительными ходами поршней управляют при помощи рукояток , установленных на верхнем и нижнем цилиндрах пушки.

Недостатком пневматической пушки является малый объем заряда и небольшое давление поршня. Увеличение усилия на поршень привело бы к необходимости применять громоздкие пневматические цилиндры. Пневматическая система создает ряд затруднений в эксплуатации канатно - рычажных механизмов наклона пушки и поворота ее относительно контейнера, не обеспечивают устойчивость траектории движения носка пушки при входе в летку. Добавочная забивка леточной массой требует присутствия рабочих у летки, что небезопасно для них. Установка достаточно громоздкая и недостаточно надёжна в работе.

.1.3 Электропушки

Существующие конструкции электропушек для забивки чугунной летки можно разделить на две группы: винтовые и реечные.

Реечная электропушка:

Рисунок 2.3-Реечная электропушка

В этой пушке шток поршня выполнен в виде двухсторонней рейки, которая входит в зацепление с двумя ведущими шестернями редуктора. Редуктор состоит из червячной передачи 1 и трех пар цилиндрических зубчатых колес. Реечная пушка подвешена непосредственно к контейнеру поворотной колонны.

Наклон пушки осуществляется при помощи каната (цепи) и рычага, поворот относительно кронштейна- при помощи эксцентрично расположенной тяги.

Пушка снабжена двумя электродвигателями: для движения поршня и для поворота. При забивке летки пушка удерживается в рабочем положении тормозом в механизме поворота колонны.

Техническая характеристика реечной пушки

Объем цилиндра-0,34 м3

Диаметр цилиндра-0,560 м

Усилие на поршень-0,35 МН;

Давление на массу под поршнем-1,8 Мпа;

Скорость входа из носка-0,48 м/с

Недостатки реечной пушки:

Канатно-рычажный механизм, изменяющей положение пушки относительно контейнера, аналогичный таким же механизм в пневматической пушке, не обеспечивает точной траектории носка пушки при входе в летку: удержание пушки при забивки летки при помощи тормоза в механизме поворота создает большой момент, что требует применение зубчатых колес большим модулем; подшипники поворотной колонны быстро изнашиваются; величина усилия давления поршня на массу мала, увеличение же этого усилия до 1,8 МН, как это требуется в современных условиях, привело бы к необходимости создать громоздкую конструкцию реечного привода.

В винтовых пушках поршень может двигаться в результате поступательного движения винта или гайки.

Электропушка Уралмашзавода с поступательно движущимся винтом для передвижения поршня.

Основными механизмами электропушки являются: механизм подачи леточной массы, механизм прижима и механизм поворота.

Механизм подачи леточной массы(рисунок 2.5)состоит из цилиндра 1, переходного патрубка 2 с носком 3 для входа леточной массы; поршня со штоком, выполненным в виде винта, трехступенчатого соосного редуктора 4, муфты5,электродвигателя 6.

Рисунок 2.4-Кинематическая система механизмов прижима пушки, подачи леточной массы и защелки пушки

Механизм прижима установлен на лафете и жестко прикреплен болтом к консоли поворотной колонны. Лафет представляет собой опорную раму с вырезами, по которым движутся ходовые колеса тележки. Вырезы служат направляющими, обеспечивающими требуемый наклон пушки при входе в летку. Тележка приводится в движение электродвигателя через муфту предельного момента, двух-ступенчатый редуктор и винтовую передачу. При вращении винта, гайка(закрепляется в теле оси передних роликов) перемещается вдоль винта и приводит в движение передние ролики тележки.

Механизм поворота пушки(рисунок 2.4)служит для установки ее по оси чугунной летки в период забивки и отвода от главного желоба после затвердевания леточной массы.

Представляет собой поворотную колонну 1 с консолью, вращающуюся вокруг неподвижной опорной колонны 2. Вращение передается от электродвигателя 3 через червячную передачу 4с фрикционной муфтой предельного момента и цилиндрическую передачу5. При этом малая шестерня обкатывает зубчатое колесо, закрепленное на неподвижной опоре. Механизм снабжен конечным выключателем.

При повороте консоли к летке захват(крюк)заходит за скобу, прикрепленную на кожухе печи(специальную балку ). Подъем и опускание захвата осуществляется электромагнитом при помощи двуплечего рычага и тяги.

Рисунок 2.4-Кинематическая схема механизма поворота

Техническая характеристика пушки:

объем цилиндра-0.35м3;

диаметр цилиндра-580мм;

усилие на поршень-2,65 ММ;

давление под поршнем-10Мпа;

скорость входа массы-0,27м/с;

Недостатки электропушки:

Быстрый износ винтов и бронзовых гаек; большие затруднения при смене гаек прижимного механизма и ремонта других деталей, сложность конструкции. Электропушка конструкции КМК с поступательно движущейся гайкой. Основными механизмами электропушки являются: механизм выталкивания леточной массы и механизм поворота.

Механизм выталкивания леточной массы обеспечивает поступательное перемещение гайка и связанного с ней поршня от электродвигателя 1 через двухступенчатый редуктор и винтовую пару 7 и 8. Поршень выталкивает массу из цилиндра 9 через переходный патрубок и носок в леточний канал. Приводная вал-шестерня 2 через колесо 3 и шестерню 4 сообщает вращение колесу 5, которое жестко закреплено на винте 8. Осевое усилие винта воспринимает упорный подшипник 6. Для предотвращения совместного вращения гайки и поршня с винтом внутри защитного кожуха винта устанавливают шпонку.

Рисунок 2.5-Механизм выталкивания леточной массы

Рисунок 2.6-Общий вид электропушки конструкции КМК

Механизм поворота(рисунок 2.7)представляет собой поворотную колонну с консолью, вращающуюся вокруг неподвижной опорой колонны. Вращение передается от электродвигателя через муфту, двухступенчатый редуктор(с червячной и цилиндрической передачей)и цилиндрическую передачу. При этом малая шестерня обкатывает зубчатое колесо, закрепленное на неподвижной опоре.

Рисунок 2.7-кинематическая схема механизма поворота

Механизм поворота электропушки конструкции КМК, помимо вращения механизма прессования вокруг неподвижной оси, осуществляет прижатие носка пушки к летке, так как специального механизма прижима у электропушки не имеется. Усилие прижатия пушки значительно прижимает нагрузки, необходимые для поворота механизма. Поэтому мощность привода механизма поворота определяется по максимальному усилию прижатия. Максимальное усилие прижатия регулируется сжатием буферного устройства и конечным выключением. Удержание пушки в прижатом состоянии осушествляется самотормозящей червячной передачей.

Поворот пушки в горизонтальной плоскости относительно кронштейна осуществляется при помощи тяги(см рисунок 2.6)

Изменение угла наклона пушки осуществляется при помощи рычага и цепи.

Техническая характеристика электропушки КМК:

объем цилиндра-0,23м3;

диаметр цилиндра-0,5м;

усилие прессования-1,9МН;

давление на массу-9,5Мпа;

скорость выхода массы-0,35м/с;

время выстрела-90сек;

электродвигатель механизма прессования-тип К052-5К,N=75кВт;

усилие прижима при 3-х кратной перегузке-30т;

угол поворота-149°; время поворота-35сек;

электродвигатель механизма поворота-тип МТКН-412-8,N=22кВт.

Выбираем в качестве прототипа электорпушку конструкции КМК, так как её главным достоинством является простота конструкции, а так же достаточное усилие прессования для забивки чугунной летки.

Далее рассмотрим механизм выталкивания лёточной массы. как основополагающей конструкции машины.

2.2 Определение технологических режимов работы механизма выталкивания лёточной массы

Режим работы электродвигателя механизма выталкивания леточной массы по условиям нагревания-кратковременный.

Цикл работы поршня складывается из следующих этапов:

         Предварительное уплотнение леточной массы двигатель работает в режиме холостого хода;

         Выталкивание леточной массы в летку(рабочий ход)-двигатель работает с полной нагрузкой;

         Обратный ход поршня-режим холостого хода.

Суммарный момент на валу двигателя

М=Мст+Мдин (31) [2,с.321]

Статический момент на валу двигателя

Мст==; (32) [2,с.321]

где Q-усилие на поршень, Q=1,9×106Н;

Мв-момент, прилагаемый квинту;передаточное число механизма выталкивания U=33,85;

ŋ-общий к.п.д. механизма, ŋ=0,35;в=0,19818 м средний диаметр резьбы винта;

α=2°56’ угол подъема винтовой линии;

5°42’-угол трения в винтовой паре.

Мст==2815(Н×М)

Динамический момент на валу двигателя; для его определения используют характеристики установленного двигателя.

КО 52-6к,№=75кВт,п=990об/мин

Мдин=Jдв×ξ×δ (33) [2,с.321]

где Jдв-момент инерции масс на валу двигателя

дв=Jр+Jд

где Jр-момент инерции ротора двигателя,р=96Н×м²;Jд-момент инерции масс вращающихся деталей привода;д=Jр;

ξ-угловое ускорение(замедление)ротора двигателя.

ξ= ω /(tn(T))

где ω-условная скорость ротора двигателя, ω=102,6с;(т)-время пуска (торможения);(т)=3с

δ-коэффициент, учитывающий момент инерции всех вращающихся масс механизма, δ=1,1-1,2;

Тогда Мдин=2×96×(102.6/3)×1,15=7551Н×М)

М=2815+7551=10366(Н×М)

Рисунок 2.8-Нагрузочная диаграмма

.3 Определение технических нагрузок на механизм

В период забивки летки усилие, приложенное к поршню пушки, должно преодолевать суммарные силы сопротивления, возникающих при движении леточной массы в цилиндре, переходном патрубке и носке пушки, канале летки и горные печи, причем последнее зависит от гидростатического давления жидкого чугуна, шлака и сжатых газов на уровне оси чугунной летки. Из практики установлено, что давление леточной массы на поршень g должно быть 8-11Мпа, принимаем ρ=9,5Мпа

Усилие на поршень, создаваемое электродвигателями через зубчатую и винтовую передачу:

Q=Р (34) [1,с.276]

где Д=0,5м-внутренний диаметр цилиндра=×9,5=1,9(М×Н)

Скорость движения поршня Vм=0,2-0,3м/с из носка диаметром d=0,13м

Равенство расхода запишем в виде:

,

Откуда Vn=Vм=0,3=0,02(м/с)

Определение параметров привода.

Номинальная мощность электродвигателя

дв= (35) [1,с.276]

где ŋц-к.п.д двухступенчатого цилиндрического редуктора.

ŋц=ŋ3²×ŋn4×ŋм

ŋм=0,98-к.п.д муфты;

ŋ3=0,97-к.п.д зубчатой передачи;

ŋn=0,99-к.п.д подшипника.

ŋц=0,972×0,994×0,98=0,85

ŋв-к.п.д. винтовой пары

ŋв= (36) [1,с.276]

где α-угол подъема винтовой линии резьбы;

ρ-угол трения в винтовой паре

α=arctg (37) [1,с.276]

где S-ход резьбы, S=0,032м;

dв=0,19818-средний диаметр винта.

α=arctg=arctg0,0512→α=2°56’

ρ=arctgμ (38) [1,с.276]

где μ-коэффициент трения в винтовой паре, при отсутствии смазки для стали по бронзе μ=0,1

ρ=arctg0,1=5°42’

ŋв===0,35

-допустимый коэффицент перегрузки электродвигателя,принимаем=1,72, Nдв==74,5(кВт) выбираем электродвигатель тип КО-52-Gк,N=75 кВт,n=900 об/мин. Одним из недостатков действующей электропушки является бронзовая гайка механизма прессования, которая быстро изнашивается, что требует частой ее замены и может привести к аварии при срезе износившейся резьбы. Кроме того , винтовая пара скольжения имеет очень низкий к.п.д., благодаря чему нерационально расходуется электроэнергия перегружается редуктор.

Проектом предполагается установка шариковой винтовой передачи (ШВП), которая этих недостатков не имеет.

2.4 Расчет передачи винт-гайка качении

Рисунок 2.9-Основные параметры полукруглого профиля резьбы.

Сохраняем габариты винтовой пары скольжения и шаг:

S=32мм,dо=220мм

ш=(0,60,65)S=0,65×32=20,8(мм) (39) [3,с.15]

Принимает стандартный шарик dш=20,64мм.

Радиус профиля винтовой канавки:

Гп=0,515 dш=0,515×29,64=10,6(мм)

Число шариков в одном витке гайки

ш=Пdo/(dш×соs Ψ) (40) [4,с.10]

где ψ-угол подъема винтовой линии

Ψ=arctg(S/Пdo)=actg(32/(П×220))=2°39̕ (41) [3,с.10]

Zш=(П×220)/(20.64×cos2°39̕)=34(шт)

Расчетное число шариков в одном винте гайки:

Zр=07(Zш-(3S/dш)=07(34-(3×32/20.64)=20(шт) (42) [4,с.10]

Контактное напряжение определяются из формулы Герца:

Gmax=(4000/ μV) g((4Гn-dш)/(4Гn-dш)) (43) [3,с.24]

где μV-коэффициенты, характеризующие давление на контактных поверхностях, они определяются по входной величине cosℑ,

ℑ=dш/(4Гn-dш) =20.64/(4×10.6-20.64) =0,948

cosℑ=0,948 соответствует μV=1,62 (44) [5,с.281]

усилие, действующие на один шарик по нормам к поверхности контакта.

q= (45) [3,с.24]

где Q-наибольшая осевая нагрузка (усилие на поршень), Q=1,9*106Н;

-коэффицент учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шариками, =0,80,9, принимаем=0,9;число шариков в гайке, так как два контура по пять витков, то

Z=2×5×20=200

αк-угол контакта, αк=45° (46) [4,с.10]

тогда q==14944(Н)=1494,4(кг)

тогда Gmax=)=2817,3Мпа

Допускаемое напряжение по Герцу [G]к=2500-3000МПа (47) [3,с.406]

к.п.д. шариковой передачи ηшв=0,9 (48) [5,с.405]

Мощность электродвигателя механизма выталкивания с ШВП:

=N=75×=29(кВт)

Выбираем электродвигатель КО41-6;N=32 кВт, n=980об/мин

Достоинства шариковинтовой передачи: малые потери на трение , высокая несущая способность при малых габаритах, возможность реализации равномерного поступательного перемещения с высокой точностью , высокое быстродействие , значительный ресурс простота обслуживания в процессе эксплуатации.

2.5 Прочностной расчет элементов привода

.5.1 Расчет стержня винта на прочность

Проверка на прочность по эквивалентному номинальному напряжению:

G7=²[Gр] (49) [3,с.409]

где Мв-момент скручивающий винт:

Мв=Мдв×Uр×ηц

Мдв=9,55×Nдв/п=9,55×=312(Н×М)

Мв=312×33,85×0,85=9505,1(Н×М)-полощадь внутреннего сечения винта

С-смещение центра радиуса профиля

С=(Гпр- )sinαк=(10,6- )sin45°=0,2 (50) [4,с.11]

вн=220×2×0,2-2×10,6=199,2(мм)==0,0311(м²)

W01-момент сопротивления кручению сечения винта по внутреннему диаметру винта:

W01=0,2d³вн=0,2×0,1992²=0,0016(м³)

тогда Gэ=

Допускаемое напряжение во избежание местных пластических деформаций материалы выбирают

[G]р=

Материал винта-сталь их 15 ст, термообработка-закалка 840° в масле, отпуск 170°-охлаждение на воздухе НRС=60,Gт=1500(Мпа)

[G]р==500(Мпа)э=62,4МПа[G]р=500(МПа)

Условие прочности винта в поперечном сечении выполняется.

.5.2 Проверка винта на статическую устойчивость

Винт передачи подвержен воздействию значительной осевой силы. Так как стержень винта работает на сжатие, то выполняем проверку винта на отсутствие продольного изгиба.

Вычисляем значение критической силы Fкр по условию Эйлера:кр= (52) [4,с.9]

где Е-модуль упругости материала винта, МПа,для стали Е=2,1×10⁵МПа;коэффициент запаса, n=1,44(обычно n=3)

Μ-коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления концов винта , из табл. 1.5 [4,с.9] μ=0,7;

L-длинна нагруженного участка винта, l=1300(мм) (за расчетное принимаем крайнее положение гайки, при котором винт подвержен сжатию на максимальной длине)

тогда Fкр==64384534(Н)=64,4(МН)

Статическая устойчивость обеспечена, если:

Fкр

где Fmax-наибольшая осевая сила, Fmax=Q=1,9(МН)

Условие устойчивости по Эйлеру выполняется.

.5.3 Расчет цилиндра

Проверку напряжений в стаканах цилиндров производим по аналогии с гидравлическими цилиндрами.

Напряжение на внутренней поверхности цилиндра.

вн= (53) [6,с.66]

где q=9,5МПа-давление в цилиндре ,

х=1,73 коэффициент ,внешний радиус цилиндра,R=0,295м,внутренний радиус цилиндра,r=0,25мвн==58(МПа)

Для наружной поверхностинар= ==42(МПа) (54) [6,с.66]

Материал цилиндра-сталь 50Г2П:

Предел текучести Gт=350(МПа)

Допустимое напряжение [G]доп===140(МПа)вн=58МПа[G]доп=140МПа, условие прочности выполняется.

.5.4 Расчет болтового соединения цилиндров

Цилиндры механизма прессования соединяются между собой и с редуктором 8-ю болтами с резьбой М56×5,5

Материал болтов-сталь 40ХН, ГОСТ 4543-71; термообработка-улучшение; материал гаек сталь 40ХН,термообработка-нормализация, Gт=460МПа

Усилие прижатия на один болт:===237500(Н)=237,5(кН)

рd-0,94S (55) [7,с.133]

где d-наружный диаметр, d=56(мм)

S=5.5(мм)

Dр=56-0,94×5,5-50,83(мм)=5,083(см)

Номинальное напряжение в винте(без учета начальной затяжки)

Gр===11,7()=117МПа (56) [7,с.133]

Учитывая предварительную затяжку, расчет ведется на эквивалентное напряжение:

экв=1,3Gр[Gр] (57) [7,с.133]

Gэкв=1,3×117=152,1(МПа)

Допускаемое напряжение при растяжении

[Gp]= (58) [7,с.135]

где Gт-предел текучести ,Gт=600(МПа)

[n]-коэффициент запаса прочности, для затянутых болтов из легированной стали,[n]=2-3

[Gp]==200(МПа)экв=152,1МПа[Gp]=200(МПа)

Условие прочности выполняется.

Напряжение среза в резьбе гайки

=

где-Н-высота гайки;Н=6,5см

К-коэффициент полноты резьбы для треугольной резьбы К=0,87;наружный диаметр резьбы болта, d=5,6см;

Кт-коэффициент неравномерности нагрузки,Кт=0,55-0,75 принимаем Кт=0,6

с==4()=40(МПа)

Допускаемое напряжение на срез

[]=(0,20,3)Gт=0,2×460=92(МПа)

с=40(МПа)<[с]=92(МПа)условия прочности соблюдаются.

2.5.5 Расчет деталей крепления носка пушки

Рисунок 2.10-Крепление носка пушки

Расчет втулки на срез

Условия прочности

с[]ср

с=,

где F-площадь поперечного сечения элемента.

Fв=,

тогда с===10,75()=1075(МПа)

где Q=1900кН-сила,действующая поперек плоскости стыка=7,5см-диаметр валика (втулки)

[]ср-допускаемое напряжение на срез

Материал валика- сталь 40х, термообработка-улучшение,Gт=500(МПа)

[ср]=(0,2-0,3)т=0,3×500=150МПа

с=107,5 МПа<[с]=150 МПа условие прочности выполняется.

Расчет серьги на разрыв

Условие прочности:

= (59) [7,с.135]

Материал серьги-сталь 40х,термообработка-улучшение,т=500МПа

Допускаемое напряжение на разрыв

[Gp]===250(МПа)

===80(МПа)<[Gp]условия прочности соблюдаются.

Проверка ушей носка цилиндра на смятие

Условие прочности:

Gсм=[Gсм]

Материал-сталь 50Г2Л,Gт=350(МПа)

Допускаемое напряжение на смятие

[Gсм]===175(МПа)

см==11,5()=115(МПа)см=115(МПа)<[Gсм]=175(МПа) условие прочности выполняется.

Проверка клина на смятие

Условие прочности:см=[Gсм]

где Н1-высота серьги , H1=15,5(см)толщина клина, S=3(см)

Материал клина-сталь 40Х, термообработка-улучшение,Gт=500(МПа)

Допускаемое напряжение на смятие:

[Gсм]==250(МПа)см=20,4()=204(МПа)см=204(МПа)<[Gсм]=250(МПа)условие прочности выполняется

Материал цилиндра, в который упирается клин передней плоскостью-50Г2Л, Gт=350МПа

Запас прочности: n===1,4

При точном учете перегрузок запускается уменьшение и до 1,25.

2.5.6 Напряжение и запасы прочности вала-шестерни

Диаметр, длительной окружности шестерни d1=92,26(мм), диаметр окружности впадин df1=79 мм: угол наклона зубьев β=9°28´22˝, угол зацепления α=20°; расстояние между подшипниками вала ι=150 мм, частота вращения n=980 мин.

Материал вала-сталь 40ХН, термообработка-улучшение, предел прочности Gв=930(МПа)

Рассчитаем вал на статическую прочность, на совместное действие и кручения:

крутящий момент, передаваемый валом двигателя:

Мдв=9,55×Nдв/n=9,55×32×103/980=311,8(Н×М) (60) [8,с.130]

Вращающий момент на валу-шестерне:

М1=Мдв×ηм×ηn2

где ηм-к.п.д муфты, ηм=0,98;

ηn-к.п.д подшипника, ηn=0,99

М1=311,8×0,98×0,99=299×5(Н×М)

Значение сил на валу-шестерне:

а)окружная сила

Ft===6492,5(Н) (61) [8,с.131]

б)радиальная сила

Fr=Ft=6492,5×=2395,8(Н) (62) [8,с.131]

Осевая силаа=Ft×tgβ=6492,5×tg9°28̕22˝=1083,3(Н) (63) [8,с.131]

Рисунок 2.11-Эпюры моментов

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости от сил Fr,Fa.

ΣМа=О;

Fr×-Fa×+Rву×ι=0

Rву=[(-Fa×(d1/2))+(Fr×(t/2))]/2=[(-1083.3×46.13)+(2395.8×75) ]/150 ==864,8(Н)

Проверка:

Σу=0;Fr+Rву=864,8-2395,8+1531=0

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости от силы Ft;

х=Rвх=Ft/2=6492.5/2=3246,3(Н)

Для построения эпюр определяем размер изгибающих моментов в характерных сечениях АВС:

В плоскости УОZ

Муа=Мув=О;Мус=RАХ×=3246,3×0,075=243,5(Н×М)

Вычисляем наибольшее напряжение изгиба и кручения для опасного сечения С: суммарный изгибающий момент

Ми===269,2(Н×М) (64) [7,с.267]

Приведенный им эквивалентный момент вычисляют по третьей теории прочности

Мэкв===402,7(Н×М) (65) [7,с.267]

Проверочный расчет вала на совместное действие изгиба и кручения.

Мэкв=[Gu] (66) [7,с.267]

Где df1-диаметр окружности впадин шестеренного вала

[Gu]-допустимое напряжение на изгибе, [Gu]=90(МПа)экв==8,2×10⁶(Па)=8,2(МПа)[Gu]=90(МПа)

.5.6.1 Расчет вала на сопротивление усталости

Условие запаса прочности:

S=[S] (67) [7,с.268]

где SG-коэффициент запаса прочности при изгибе-коэффицент запаса прочности при кручении.

SG=

где G-1 и -1-пределы выносливости при изгибе и кручении при симметричном цикле напряжений;а и а-амплитуды циклов при изгибе и кручении;

КG и К-эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении, так как расчет проведен по внутреннему диаметру и вал шлифованный КG=К=1;

Кd-коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (масштабный фактор); Кd=0,63 (68) [7,с.271]

Кν-коэффициент влияния поверхностного упрочнения,Кν=1

ΨG и Ψ-коэффицент чувствительности к ассиметрии цикла напряжений, ΨG=0,1, Ψ=0,05

При изгибе G-1=0,35Gв+120МПа=0,35×930+120=445,5(МПа)

При кручении -1=0,25Gв=0,25×930=232,5(МПа) (69) [7,с.14]

Расчетное напряжение изгиба в сечении с вала:

===5,5МПа (70) [7,с.269]

При частом реверсировании вала принимают, что напряжение на кручение изменяются по симметричному циклу, и в соответствии с этим среднее напряжение цикла при кручении m=0, а амплитуда цикла при кручении а=к; при расчете вала без учета растяжения или сжатия, что соответствует симметричному циклу напряжений в сечениях вала; среднее напряжение цикла при изгибе Gm=0, а амплитуда цикла при изгибе

а=Gu=5,5МПа (71) [7,с,269]

Расчетное напряжение на кручение в сечении

к===3МПА (72) [7,с.269]

а=к=3(МПа)

Коэффициент запаса прочности вала в сечении с по изгибу:₆==51

Коэффициент запаса прочности по кручению:==48

Коэффициент запаса прочности:==34[S]=1,5 условие прочности выполняется.

.5.7 Проверочный расчет подшипников

Проверим подшипник 318 вала-шестерни для которого статическая грузоподъемность l0=101000Н, динамическая грузоподъемность l=112000Н

Эквивалентная динамическая нагрузка

Р=(ХVFr+YFa)×Кб×Кт (73) [7,с.306]

где V-коэффициент вращения, для внутреннего кольца V=1;

Кб-коэффициент безопасности, Кб=1;

Кт-температурный коэффицент,Кт=1;

Х и Y-коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, учитывающие их значение.

Осевая нагрузка на подшипник(см.стр306)Fa=1083,3Н радиальная нагрузка на подшипник.

Fra===3360(Н)вr===3590(Н)

Наибольшая радиальная нагрузка Fr=3590(Н)

Отношению==0,011 соответствует коэффициент осевого нагружения l=0,19(табл. 18.2[7,с.308])

Отношение==0,3l=0,19 и, следовательно коэффициент радиальной нагрузки Y=2,3 тогда:

Р=(0,56×1×3590+2,3×1083,3)×1×1=4502(Н)

Требуемое значение динамической грузоподъемноститр=Р(6×10-5nLn

где n=980 мин-1-частота вращения;долговечность подшипников, Ln=36000 ч;

α-величина, зависящая от формы кривой контактной устойчивости, для шариковых подшипников α=3;

тогда Стр=4502(6×10-5×980×36000=57805(Н)

Таким образом, подшипник удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям.

2.5.8 Проверочный расчет шпонки

Проверим шпонку 24×14×90, ГОСТ 8788-68 на валу-шестерне.

Условие прочности:

Gсм=≤[Gсм]

где М1 - крутящий момент на валу, М=299,5(Нм)lp - геометрические размеры шпонки, h=14мм;=90-24=66(мм)диаметр сечения вала,d=85мм

[Gсм]=100Н/мм2 допускаемое напряжение смятиясм==15,3()[Gсм]

Условия прочности соблюдаются.

.6 Расчет надежности цилиндрического редуктора

В результате наблюдения за работой цилиндрического редуктора было зарегистрировано 7 отказов, r=7. Наработки ti между отказами составили, сут.: 27, 18, 26, 31, 29, 14. 15.

Определили наработку на отказ редуктора и вероятность его безотказной работы в пределах наработки равной 24ч.

Наработка на отказ редуктора:

T===23(сут) (75) [10,с.62]

Вероятность отказной работы:

(t)=

где Nбо-число наработок, в течение которых редуктор работал безотказно 24ч. и более.

Nбо=5, это 27, 26, 31 29, 25ч.

тогда, P(t) =5/7=0,71

Вероятность безотказной работы P(t)=71%.

.7 Технология замены вала - шестерни

. Отсоединить полумуфту(дет.54), для чего вывернуть болты(дет.99).

. Отсоединить электродвигатель.

. При помощи съемника снять полумуфту(дет.54), насаженную на вал шестерню(дет.5).

. Отсоединить крышки подшипников(дет.38 и 38).

. Демонтировать вал-шестерню вместе с подшипниками.

. Взамен изношенного вала-шестерни установить вновь изготовленный с предварительно насаженными на него подшипниками.

. В обратной последовательности собрать демонтированные детали и узлы, произведя проверку параллельности валов, соосности отверстий корпусов подшипников в плане, центровку валов.

3. Организационная часть

.1. Организация надзора за оборудованием

Для обеспечения безотказной работы механического оборудования за весь период эксплуатации необходим постоянный надзор и уход за его состоянием. Все эти мероприятия включены в систему технологического обслуживания и ремонта (ТОиР).

Основная задача механослужбы - обеспечение устойчивой работы оборудования при оптимальных людских и материальных ресурсах.

Суть системы ТОиР заключается в последовательном чередовании и регламентации устойчивой работы оборудования в заданном режиме с профилактическими мероприятиями, направленными на уменьшение износа оборудования. Профилактическое обслуживание включает:

очистку оборудования;

протяжка;

регулировка;

ликвидация дефектов;

замена быстроизнашивающихся элементов;

надзор за состоянием оборудования со стороны ИТР;

смазка и др.

Системой технического обслуживания и ремонта предусмотрены плановые осмотры оборудования ИТР - контроль начальника цеха.

Цель осмотров:

выявление недостатков, неисправностей, которые могут привести к авариям;

установка технического состояния наиболее ответственных узлов и деталей для определения объемов работ предстоящих ремонтов;

проведение работ по усовершенствованию и модернизации оборудования.

Все заключения, выявленные в период осмотра, записываются в агрегатный журнал.

Кроме плановых осмотров все грузоподъемное оборудование и сосуды под избыточным давлением должны подвергаться дополнительному техническому освидетельствованию и испытанию, лицами, ответственными за это оборудование с учетом требований ГОСГОРТЕХНАДЗОРА.

.2. Организация ухода за оборудованием

Служба механика цеха осуществляет надзор за состоянием оборудования в цехе и осуществляет его текущий и мелкий ремонт. В состав этой службы входят: дежурный и ремонтные слесаря, сварщики, сварщики, резчики, жестянщики и так далее.

Обязанности дежурного персонала в период смены:

наблюдать за соблюдением правил технической безопасности оборудования;

проводить плановые профилактические осмотры закрепленного оборудования;

осуществлять замену быстро изнашиваемых и вышедших из строя деталей и узлов;

пополнять системы смазки смазочными материалами и системы гидравлики жидкостями;

следить за состоянием ограждающих устройств, выявлять возможные неисправности оборудования;

проводить регулировку подшипников, пневматических, фрикционных, электромагнитных муфт, регулировку ценных ременных передач;

вести контроль за качеством ухода со стороны эксплуатационного персонала с записью в журнале приема-сдачи смен.

Обязанности ремонтного персонала в период смены:

надзор за закрепленным оборудованием;

выявление и устранение неисправностей на закрепленном оборудовании;

вести наладочные и регулировочные работы, следить за состоянием блокировочных устройств;

участвовать в работе по усовершенствованию закрепленного оборудования;

участвовать в проведении ремонтов, в подготовленных операциями по обслуживанию и ремонту оборудования;

обеспечить устойчивую работу систем автоматической смазки.

Обязанности эксплуатационного персонала в период смены:

постоянное наблюдение за состоянием оборудования, показателями контрольно-измерительных приборов, нагревом узлов трения, их смазка и охлаждение;

следить за чисткой оборудования;

при индивидуальной системе смазки проводить смазку соответствующих точек, контролировать работу централизованных систем смазки;

отмечать случаи появления вибрации, шума, с сообщение начальнику смены, вплоть до остановки оборудования;

устранять мелкие неисправности и неполадки.

.3 Организация ремонтно-восстановительных работ

Для выполнения ремонтов оборудования в доменном цехе составляют годовые(перспективные)и месячные(оперативные графики планово-предупредительных ремонтов(ППР))графики ремонтов. Годовые графики составляются отделом главного механика. При составлении проекта годового графика учитываются данные о сроках службы основных элементов оборудования, накопленные в процессе его эксплуатации за текущий период и зафиксированные в соответствующей документации(технический паспорт), данные о производственных показателях последнего периода работы оборудования и работе аналогичного оборудования на металлургическом предприятии. На уровне главного механика, годовой график ремонта согласовывается с графиками ремонтов главного энергетика, главного электрика, а также с плановым и производственным отделом.

Основным содержанием текущих ремонтов является выполнение работ по частичной замене или восстановлению быстроизнашивающихся деталей и узлов, выверке отдельных узлов, очистке, промывке и ревизии механизмов, проверке крепежных соединений и замене вышедших из строя крепежных деталей.

Стационарная диагностическая система ведет диагноз скиповой лебедки , она позволяет предупреждать механика о необходимости ремонта в данный момент.

Периодичность измерений определяется скоростью развития дефекта подшипника при его работе. Скорость развития неодинакова для разных типов, а минимальное время развития дефектов износа от момента обнаружения зарождающегося дефекта до аварийного состояния близок к четверти от среднего ресурса подшипника в месте использования.

Если дефекты не обнаружены при диагностики, то интервал следующего измерения составляет 20% от изначального ресурса. Если обнаружен слабый дефект, интервал между измерениями сохраняется. Если обнаружены два слабых дефекта разных узлов подшипника, либо один средний, интервал измерений сокращается в два раза, точность до 10% ресурса.

При появлении двух средних дефектов разных узлов или одного сильного, интервал до следующего измерения в два раза, то есть до 5% ресурса. Такой же интервал выдерживается и при обнаружении среднего дефекта тел качения, так как последний относится к наиболее быстро изнашивающимся.

При появлении одного среднего и одного сильного дефекта разных узлов подшипника, интервал между измерениями сокращается еще в два раза, точность до 2,5% ресурса.

Аналогичное сокращение интервала проводится и при сильном дефекте, если его значение принимает более чем на 50% установленного от нормы сильного дефекта.

Во всех других случаях, а именно при двух сильных дефектах разных элементов подшипника рекомендуется по получению сообщения системы о сильном дефекте заменить подшипник, либо производить измерения ежедневно, следя за скоростью их развития и при появлении еще одного вида сильного дефекта произвести замену подшипника немедленно.

После установки нового подшипника дату установки необходимо ввести в базу данных. Определение даты последнего диагностирования и выполнение необходимых измерений в установленные сроки производится автоматически. В случае индивидуального подхода при сильных дефектах подшипника, проведение текущих измерений и их анализ производится оператором.

Оператор сообщает механику о данных отклонениях. Эта система дает механику полную информацию о работе скиповой лебедки.

4. Экономическая часть

Проектом предлагается в качестве усовершенствования машины для забивки чугунной лётки заменить бронзовую гайку механизма прессования на передачу винт-гайка скольжения, что дает следующие преимущества перед аналогом:

количество ремонтов снизится с 2 до 1 в год;

затраты на ремонт снижаются.

.1.     Расчет инвестиций на реализацию предлагаемого мероприятия

Затраты на изготовление винта-гайки складываются из стоимости отдельных частей узла:

Затраты на изготовление винта:

Цов=Рв+Рэл-Ммет×Цм;

где Нрасх-расход материала на изготовление , Нрасх=648кг;

Цм-цена материала , Цм=11,04руб/кг;

Рв=648×11,04=7153,9(руб)

Рэл-затраты на электроэнергию;

Рэл=р×t×С;

где Р-мощность электродвигателя станка, Р=15кВт;время, затраченное на обработку,t=16ч

С-стоимость электроэнергии, С=0,95руб./кВт×ч;

Рэл=15×16×0,95=228(руб.)

Ммет-масса металлолома, Ммет=114кг;

Цм-цена металлолома, Цм=6,3руб./кг;

Цов=7153,9+228-114×6,3=6663,7(руб.)

Затраты на изготовление гайки:

Цог=Рг+Рэл-Ммет×М.,;

где Рг-затраты на материал гайки;

Рг=Нрасх×Цм,

где Нрасх=171кг,

Цм=11,04руб./кг.

Рг=171×11,04=1887,8(руб.)

Рэл=р×t×с

где р=7,5 кВт;=6Ч;

с=0,95руб./кВт×ч;

Рэл=7,5×6×0,95=42,75(руб)

Ммет=65кг,

Цм=6,3руб/кг,

Цог=1887,8+42,75-65×6,3=1521(руб)

Стоимость шариков:

Цом=5,2×300=1560т(руб)

Количество гаек 2 шт.

Ко=(Цов+2Цог+Цош) (1+ат+ам);

где ам-коэффициент, учитывающий затраты на монтажные работы; ам=0,1;

ат-коэффициент, учитывающий транспортно заготовочные работы, ат=0,05.

Кп=(6663,7+2×1521+1560)×(1+0,05+0,1)=12956(руб)

Расчет инвестиций в оборотные средства

Нg = Цо* n*a,

где a- количество винт-гаек в запасе, a=2

Нg =12956 *2*2=51824(руб)

Расчет общей величины инвестиций

K=Kп*2+Hg

=12956*2+51824=77736(руб)

.1      Расчет затрат на ремонт

Количество рабочих, участвующих в замене шарико-винтовой передачи в механизме выталкивания лёточной массы элекротпушки приведены в таблице.

Таблица 4.1-Количество рабочих

Всего в ремонте участвуют 11 человек, продолжительность работ по ремонту 14 часов.

Затраты на заработную плату

ЗПпр=ТСср.часТ

где ТСср.час- средневзвешанная тарифная ставка;

ТСчас.6р=32;

ТСчас.5р=30;

ТСчас.4р=24;

Т- трудоемкость ремонта.

ТСср.час=

где ТСчас.i-часовая тарифная ставка; руб/час

Чi.сп-списочная численость рабочих; чел.

Чi.сп=ЧiКсп

где Чi-численность рабочих i-го разряда;

Ксп-коэффицент списочности.Ксп=1,167

∑Чсп-списочность численность рабочих брих.

ТСср.час==30

Т=

где Ч- число рабочих Ч=11чел.р.о-продолжительность ремонтной операции tр.о=14час.

Кз.р-коэффициент загруженности рабочих Кз.р=0,75-0,8

Т==192

ЗПпр=30192=5760

Доплата за условия труда

Ду.т=3Ппр0,03

Ду.т=57600,03=173

Надбавка за проф-мастерство

Нп.м=3Ппр0,25=57600,25=1440

Расчет премии

Пприем=

где р-размер премии в %, за выполнение установленных показателей Р=40%

Пприем==2949

Основная заработная плата

Посн=(3Ппр+Ду.м+Нп.м+3Ппрем)Кр.к

где Кр.к1,3районый коэффициент

Посн=(5760+173+1440+2949)1,3=13418

Дополнительная заработная плата

ЗПдоп=ЗПосн0,12

ЗПдоп=134180,12=1610

Общая величина заработной платы

ЗПобщ=ЗПосн+ЗПдоп

ЗПобщ=13418+1610=15028

Начисление на заработную плату

Нач=(ЗПосн+ЗПдоп)0,26

Нач=(13418+1610)0,26=3907

Количество ремонтов в год сократилось с двух до одного.

Расчет общепроизводственных затрат на ремонты сводим в таблице.

Таблица4.2-Смета затрат на ремонт

Общепроизводственные расходы

ОП=(ЗПосн+ЗПдоп)0,81

ОП=(13418+1610)0,81=12172

Общехозяйственные расходы

ОХ=Сц0,03

где Сц=49924-цеховая себестоимость

ОХ=499240,03=1497

.3 Расчет годовой экономии текущих затрат

Эуч=Сб-Сп

Где Сб-годовые затраты на ремонт (базовый вариант);

Сб=51421×2=102842(руб):

Сп-годовые затраты на ремонт(проектный вариант);

Сп=35189 (руб);

Эуч=102842-35189=67653 (руб)

.4 Срок окупаемости инвестиций

Ток===1,15 года.

Вывод: В результате проектного мероприятия (направленного на увеличение межремонтного периода)по замене бронзовой гайки на передачу винт-гайку может быть получена годовая экономия текущих затрат на ремонтах, которая составила 67653 рублей, срок окупаемости капитальных вложений 3 месяца что позволяет судить о экономической целесообразности экономического мероприятия.

5. Безопасность и экологичность проекта

.1 Безопасность проекта

.1.1 Анализ условий труда в цехе

Отдельные операции доменного процесса сопровождаются вредными производственными факторами - выделением большого количества тепла, пыли и газов. К таким операциям относятся: разделка отверстий чугунной и шлаковой леток (особенно прижигание их кислородом), выпуск шлака и чугуна из доменной печи.

Источником интенсивных тепловых излучений является расплавленный чугун и шлак. Рабочие литейного двора периодически подвергаются воздействию инфракрасного излучения. Интенсивность облучения на рабочих местах горновых в зависимости от размеров и температуры источников излучения и расстояния составляет от 0,01 до 5,6 - 7,0 кВт/м². При выполнении отдельных операций интенсивность облучения достигает 10,5 кВт/м² и более. Температура воздуха на многих рабочих местах, расположенных на литейном дворе, в зимнее время колеблется от минус 3 до минус 10 градусов. При выполнении производственных операций рабочие подвергаются воздействию резких температурных периодов (колебаний) от 1,9 до 16,4 градусов. Неблагоприятные условия создаются на рабочих местах в летнее время, средняя температура воздуха на большинстве рабочих мест колеблется в пределах 32,9 - 36,7 градусов, а в период после выпуска металла температура воздуха повышается на 0,1 - 9,4 градуса.

Для снижения вредного воздействия тепла на организм человека устанавливают стационарные и передвижные вентиляционные установки.

Выпуск чугуна и шлака из печи сопровождается также выделением значительных количеств вредных для организма газов и соединений окиси углерода, сернистого газа, различных углеводородов и цианистых соединений. Источниками воздействия газов могут являться также трещины в кладке и кожухе доменной печи, не плотности соединений отдельных элементов конструкций.

Метеорологические условия для рабочей зоны производственных помещений в соответствии с требованиями ГОСТ 12.01.005-88 приведены в таблице.

Таблица 5.1 - Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений ГОСТ 12.01.005-88.

Основную опасность представляет оксид углерода CO - бесцветный газ не имеющий запаха и не оказывающий раздражающих воздействий на организм человека, что может вызвать отравление без каких-либо предварительных ощущений. Значительные концентрации окиси углерода регистрируются в воздушной среде у чугунных леток, фурменных приборов, в конце литейного двора во время слива чугуна и шлака. Попадая на организм человека через легкие, CO нарушает нормальные процессы газового обмена и окисления в организме, что приводит к тяжелым последствиям.

Наблюдается также загрязнение воздушной среды рабочих мест сернистым ангидридом, хотя и в концентрациях в большинстве случаев, не превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК). В общем объеме газовыделений доля остальных газов является незначительной и они, как правило, оказывают периодические воздействия.

Вредным фактором является наличие высоких концентраций пыли в воздухе рабочей зоны при выпуске чугуна и шлака. Максимальное пылевыделение наблюдается из главного желоба при выпуске чугуна. В зоне чугунного ковша, заполняемого чугуном, образуется облако пыли, состоящее в основном из графита мелких фракций, концентрация пыли в этой зоне при выпуске значительна. Также наиболее высокие концентрации пыли отмечаются у бункеров агломерата, в скиповой яме и на отсеве агломерата.

Санитарные нормы устанавливают ПДК пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений согласно ГОСТ 12.1.005-88 представлены в таблице.

Таблица 5.2 - ПДК пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений ГОСТ 12.1.005-88

Наиболее эффективным средством борьбы с пылью является устройство аспирации.

К вредным производственным фактором относятся также повышенные уровни шума, вибрации при проведении некоторых операций. Рабочие находящиеся на различных участках литейного двора периодически подвергаются воздействию широкополосному шуму интенсивностью 86 - 106 дБ. Высокий уровень шума наблюдается при работе аэраторов и при уборке сжатым воздухом (в особенности на высоких частотах). На середине литейного двора уровень шума достигает порядка 92 дБ.

Согласно санитарным нормам предельно допустимы уровень звука (эквивалентный) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях ГОСТ 12.1.1.003-88 составляет 80 дБ.

В таблице приведена характеристика фактического состояния условий труда на рабочих местах доменного цеха ОАО “ЗСМК” для слесаря ремонтника разливочной машины.

Таблица 5.3 - Фактическое состояние условий труда для слесаря ремонтника разливочной машины

12             Физическая, динамическая нагрузка,  при перемещении груза

на расстояние до 5 м

на расстояние больше 5м5000

нет

.1.2 Мероприятия направленные на улучшение условий труда

Проектом предусмотрено: снизить количество ремонтов винт-гайки с 2 до 1 в год. Это позволит увеличить надежность и снизить затраты на ремонт.

Кроме этого в цехе предусмотрено следующее мероприятие:

1.   Закончить строительную часть фильтровальной станции операционной системы улавливания и очистки газов при выплавке продуктов плавки, доменных печей (назначение мероприятия: уменьшение количества пыли и газов).

2.      Исключить поставку агломерата с содержанием фракции 0-5мм. (назначение мероприятия: уменьшение количества пыли).

.        Сделать укрытие желобов на разливочных машинах и подключить систему аспирации к фильтрованной станции по улавливанию и очистки газов.(назначение мероприятия: уменьшение количество пыли и газов).

.        Сделать аспирационную установку для обрывочной ямы чугуновозов (назначение мероприятия: уменьшение количества пыли).

.        Произвести реконструкцию системы аспирации галереи подбункерных помещений, скиповых ям и подключить к фильтрованной станции по улавливанию и очистки газов(назначение мероприятия: уменьшить количество пыли).

.1.3 Пожаро и взрывоопасность

Производства подразделяются на взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности на категории. Согласно НПБ 105-03 доменный цех относиться к категории«Б»

Таблица5.4-Взрыво и пожароопасность

5.2.Экологичность проекта

.2.1 Защита воздушного бассейна

В доменных цехах источниками неограниченных пылегазовыделений являются многие участки и объекты. Один из основных - это литейный двор, где от чугунных и шлаковых леток, желобов и мест слива в ковш чугуна и шлака выделяются горячие: угарный газ СО, сернистый газ, пыль оксиды железа, графит и оксиды кремния, кальция, магния; выделяется пыль при обслуживании желобов и СО при их обогреве сжигаемым газом. В бункерных эстакадах и системах шихтоподачи выделяется много пыли шихтовых материалов, особенно пылящимися материалами являются агломерат и окатыши. На установках грануляции шлака в атмосферу , и на припечных установках в закрытую камеру выделяются парогазовые выбросы, содержащие токсичный сероводород, а так же сернистый ангидрид. На печах с двухконусным разгрузочным устройством при его работе в атмосферу выделяется газ, содержащий СО и пыль(главным образом оксиды железа, а так же оксиды кремния, кальция, магния, марганца и углерода). При разливке чугуна на разливочных машинах выделяется пыль содержащая графит и оксиды железа. Заметное загрязнение атмосферы происходит при выпуске пыли в вагоны из сухих пылеуловителей система газоочистки доменных печей. Пыль при ломке футеровки ковшей, оксиды азота и СО при разогреве ковшей выделяются в депо ремонта ковшей. Возможно сильное запыление в отделении подготовке огнеупорных масс.

.2.2 Уборка колошниковой пыли

Для уборки колошниковой пыли в доменном цехе предусматривают специальные железнодорожные пути, которые проложены под сухими пылеуловителями. Выпуск пыли из пылеуловителей в вагоны, которые производят по определенному графику. Для выпуска пыли широко применяют шнековые устройства. Под нижней горловиной пылеуловителя установлен отсечной тарельчатый клапан , ниже клапана установлены два горизонтально расположенных цеха, заключенные в закрытый корпус.

При открывании клапана пыль ссыпается из пылеуловителя на шнеки, которые перемещают ее к выгрузному отверстию корпуса, расположенному над вагоном. При движении пыль увлажняется с помощью нескольких форсунок, размещенных в корпусе устройства. Производительность устройства 100м3 пыли в час.

Шнеки не всегда работают надежно, поэтому на многих заводах начали применять более простое устройство, включающее расположенный под горловиной пылеуловителя тарельчатый клапан и далее пылеспускную трубу диаметром 0,4-0,5м. При открывании отсечного канала пыль выносится в вагоны по наклонной трубе; движение пыли происходит под воздействием избыточного давления газа в пылеуловителе. Для увлажнения пыли в трубу в нескольких местах по ее периферии и оси падают воду.

Недостатком обоих способов является то, что несмотря на увлажнение в процессе выпуска, происходит загрязнение пылью окружающей атмосферы.

Колошниковую пыль в вагонах транспортируют на агломерационную фабрику и используют как добавку к шихте при агломерации.

.2.3 Аспирационная установка АС-1 литейного двора

Технический процесс выпуска чугуна сопровождается большим выделением крупно и мелкодисперсной пыли. Для отсоса пыли литейного двора применяются аспирационная установка АС-1, состоящая из пылеотбойного короба, газохода, дымососа Д-20, увлажнителя пыли во втором газоходе и трубе. Контроль подачи воды от увлажнителя пыли поступает по наклонному желобу в яму. Контроль подачи воды и чистка отверстий увлажнителя осуществляется постоянно при профилактических осмотрах и ремонтах. Аспирационная установка отсасывает большой процент пыли, что способствует безопасной работе персонала при выпуске чугуна, ремонтных работах и осмотрах оборудования на литейном дворе доменного цеха. Выделяющаяся пыль является одним из наиболее вредных факторов, так как она оседает в легких и со временем ведет к тяжелым формам заболеваний. Поэтому борьба с этим фактором должна осуществляется в полном объеме. Аспирационная установка- один из способов отсоса пыли улучшения условий труда в цехе.

.2.4 Отчистка доменного газа

В современных доменных печах удельный выход доменного газа составляет 180-200м3/м3 полезного объема в час, избыточное давление газа на колошнике равно 0,1-0,25МПа, температура 120-450°С, содержание пыли в газе составляет 10-30г/м3 и паров воды 90-100г/м3.перед подачей в горелочные устройства для предотвращения выхода из строя (засорения и др.)содержание пыли в газе должно быть более 5мг/м3, в связи с чем требуется обязательная газоочистка. Для очистки газа приведена схема отчистки.

Схема системы отчистки доменного газа:

От колошниковой части 1 печи газы по наклонному газопроводу поступают в сухой инерционный пылеуловитель с диаметром до 16м, имеющий сужение вверху и внизу. Газ в него поступает сверху и меняет направление движения на 180% , а крупнее частицы пыли периодически выпускают в железнодорожные вагоны. остаточное содержание пыли в газе составляет 5-9г/м3. Далее газ попадает в беспосадочный скруббер высокого давления диаметром 6-9 и высотой 25-40м. В скруббере частицы пыли захватываются подаваемой через форсунки водой и осаждаются в нижней части скруббера в виде шлама, газ здесь охлаждается до 35-40°С. Расход воды в скруббере составляет 3-10л/м3 газа, остаточное содержание пыли в газе 2-4г/м3. Затем газ проходит через нерегулируемую низконапорную трубу 5. В трубе частицы пыли поглощаются каплями воды; часть их осаждается каплями воды, а часть осаждается в каплеуловителе 7. После низконапорной трубы «Вентури№ (перепад давления 5-6кПа) содержание пыли в газе составляет 20-40мг/м3. Далее при отсутствии ГУБТ в системе газоочистки газы проходят дроссельную группу 8 , которая предназначена для поддержания повышенного давления газа на колошнике и его регулирования, так же для тонкой очистки газа от пыли. Группа представляет собой пять параллельных патрубков, в четырех из которых установлены дроссели - поворотные диски на некоторый угол, уменьшают или увеличивают сечение патрубков, по которым происходит газ; уменьшение сечения патрубков ведет к повышению давления газа в печи. Три дросселя обеспечивают грубую регулировку давления газа, дроссель связанный с регулятором поддерживает постоянное давление газа в доменной печи.

Перед патрубками расположены форсунки, через которые в поток газа от пыли. В патрубках дроссельной группы скорость достигает 250-300м/с, в связи с чем они работают как газоочистной аппарат по тому же принципу, что и трубы «Вентури», обеспечивая поглощение пыли каплями воды. Далее газ происходит через каплеуловители 7 и через задвижку 9 поступает в цеховой газопровод 4 газ отводят на колошнике для выравнивания давления в межконусном пространстве.

При наличии ГУБТ в системе газоочистки доменный газ после труб «Внтури»через открываемую задвижку поступает в ГУБТ 10, а после нее в общецеховой газопровод 11. В турбине давление газа снижается, поэтому в системе отчистки газа не используется дроссельная группа. Она сохраняет на случай неполадок и ремонтов ГУБТ; при остановке ГУБТ газ пропускается через дроссельную группу, что обеспечивает работу доменной печи на повышенном давлении.

5.3 Мероприятия, направленные на ликвидацию чрезвычайных ситуаций

.3.1 Виды аварийных ситуаций, на которые составляются планы ликвидации аварий

Оперативной частью плана ликвидации аварий (ПЛА) должны охватывать все виды возможных аварий.

При оставлении ПЛА так же учитывается нарушение нормальных производственных условий и режимов работы, отключение электроэнергии, прекращение работы вентиляции, выключение освещения, прекращение подачи сырья, топлива, газа, воды, пара, нарушение технологического процесса или режима работа агрегатов, аппаратов, пылеочистных и газовых установок, коммуникаций , возгорание от газовых разрывов и вторичных направлений молний, которые могут привести к аварии.

К аварийным относятся на предприятиях металлургической промышленности такие ситуации погар чугуна , шахты заплечиков доменной печи , погар холодильников, чугунной лётки и горна, прорыва жидкого чугуна, разлив бензола, хлора, хлоридов и других химически агрессивных и взрывоопасных веществ, продувы, разрывы и крушение газопроводов доменного и коксового газа.

В одну позицию плана может включаться одно или несколько производственных мест, если мероприятия по спасению людей из мест одинаковы.

Допускают объединение в одну позицию возможных случаев взрыва и пожара. При этом для указанных аварий необходимо предусмотреть отдельные мероприятия.

Мероприятия по спасению людей и ликвидации аварий должны разрабатываться с учетом взаимосвязи по коммуникациям и взаиморасположения производств , цехов, отделений, установок и других объектов.

В оперативной части ПЛА должны быть предусмотрены:

а) мероприятия по спасению людей и ликвидации аварий, конкретно по каждому предусмотренному случаю аварий;

б) лица, ответственные за выполнение предусмотренных мероприятий и контроль за исполнителями;

в) действия газоспасательного подразделения и пожарной части в начальный момент по спасению людей и ликвидации аварий;

г) места нахождения средств для и ликвидации аварий.

.3.2 Мероприятия, направленные на ликвидации разрыва газопровода

В доменном цехе могут произойти различного типа чрезвычайные ситуации: взрывы, пожары, утечка доменного газа. На примере одной из ситуаций рассмотрим мероприятия по ликвидации.

Таблица 5.5 - Мероприятия по ликвидации аварии при повреждении газопровода в здании воздухонагревателей доменной печи

Библиографический список

1.     В.М. Гребеник, Д.А. Сторожик, и др.«Механическое оборудование фабрик окускования и доменных цехов»-к.: Высшая школа 1985-312 с.

2.      А.И.Целиков, П.И. Полухин и др. «Машины и агрегаты металлургических заводов»ч.1-М.: металлургия, 1987. 440 с.

.        Б.И.Павлов «Шарикоподшиниковые винтовые механизмы (конструкция и методика расчета)»Ленинград, 1966

.        О.П. Лелинков «Шариковые винтовые передачи приложения к журналу»Инженерный журнал. Справочник»№2/2003, №5/2002 Млсква, Машиносроение, 24с.

.        «Подшипник качения. Справочное пособие» под ред. Н.А. Спицина и А.И. Спириковского, Москва, 1961г.

.        В.К.Грузинов «Механическое оборудование доменных цехов» Москва, 1961г.

.        П.Г. Грузинов «Детали машин «-М: Высшая школа, 1982г.-351с.

.        Шейблинт «Курсовое проектирование деталей машин»1991г.

.        Устюгов И.И.«детали машин»-М.: Высшая школа, 1981г.-399с.

.        В.Д. Плахтин «Надежность, ремонт и монтаж металлургичеких машин»Металлургия, 1983-411с.

.        Н,С, Ширенко «Механическое оборудование доменных цехов» Металлургия, 1961г.-516с.

.        Нормативно-контрольная документация (паспорт доменного цеха и др.)