铝电解多功能机组20t出铝小车起升机构设计计算_李福俊

0
前言
1. 1
钢丝绳的计算与选择
铝电解多功能机组 20 t 出铝小车的起升机构之 是机组 功能是完成铝抬包及零星物件的升降作业 ， 中重要机构。起升机构工作的好坏， 将直接影响铝 电解多功能机组的工作性能。现以本公司为土耳其 项目的设计方案为主要参数依据， 以传统不带浮动 轴的机组起升机构布置方案为模板， 通过计算选用 ， 机构中所需要的零部件 为设计选型提供数据。 设 计依据如下： 额定起升载荷 起升速度 工作级别 Q = 20 t v n = 1 ～ 10 min M8
钢丝绳的受力复杂， 其内部应力难以准确计算， 按照设计规范规定， 可按钢丝绳在工作状态下的最 大静拉力计算 S max =
［1 ］
：
Q + G D 2. 0 × 10 4 + 1. 041 × 10 3 = × 10 xmη h 2 × 4 × 0. 95 （ 1）
= 2. 768 × 10 4 N 式中 S max —钢丝绳最大静拉力， N； Q—额定起重量， Q = 20000 kg； G D —吊钩组等重量， G D = 1041 kg； x—绕上卷筒的钢丝绳分支数， x = 2；
235. 5 dm3 。考虑到电解车间的高温环境， 油箱容积
3 则油箱容积为 5 × 78. 5 dm = 392. 5 按 5 倍流量计， dm3 。
3
应用效果
由于阀组占用空间小， 使用电液比例控制技术 3 的液压站油箱容积可达到 400 dm ， 在外形体积大小 相同的情况下， 集成块式开关量控制阀组的液压站 3 也就是说， 电液比例控制阀 油箱容积只有 240 dm ， 组较集成块式开关量控制阀组节省的大量空间 ， 可 以分配给油箱。 2. 4 散热性好 受铝电解多功能机组的工作条件所限， 无法实 工作环境温度达 65 ℃ ， 故液压油冷却较难 现水冷， 控制。根据以上计算， 采用比例控制后， 液压站油箱 由原 240 L 增至 400 L， 亦即增加了散热面积。实际 使用中， 很少出现油热报警而导致液压站无法工作 的情况。 （ 上接第 37 页） 因为此铝电解多功能机组出铝小车的主要工作 是吊运装有熔融铝液的铝抬包， 属于冶金类的起重 设备， 所以起升机构应设置两个制动器 ， 一个为工作 一个为安全制动器， 制动器的制动力矩必须 制动器， ［1 ］ 大于吊运体的静力矩， 且按照相关设计规定 ， 必 须在吊运物处于悬空状态时具有足够的安全裕度 。 所以， 所选制动器应满足： M zh ≥K zh M j = 2. 5 × 394 = 985 N · m M — ， N · m ； 式中 制动器制动力矩 zh K zh —制动器安全系数， N · m。 （ 13 ）
开关控制运动参数 工具回转 打壳装置升降 阳极扳手旋转 阳极装置升降 扭拔机构升降 阳极夹具开闭 打壳机构倾斜 / 垂直 2 r / min 1 /9 m / min（ 双速） 75 r / min 1 /8 m / min（ 双速） 1 /8 m / min（ 双速） 1. 5 m / min 8 m / min
采用比例控制的液压站， 液压元件间的连接管 30% ， 线减少 大大降低了连接泄漏点出现的概率， 方便了使用和维护， 提高了设备运转率。 由于比例控制系统综合性能突出， 我公司首先 在国内铝电解多功能机组上采用了比例控制系统 ， 取得了满意结果。目前国内同行业产品大都采用此 种控制技术， 提高了设备的稳定性、 操作性和经济效 益。
m—滑轮组倍率， 按照设计规范推荐的双联 滑轮组的倍率， 取 m = 4； η h —滑 轮 组 及 导 向 轮 综 合 效 率 ， 取 ηh = 0. 95 。 钢丝绳计算直径： 式中 dj = c 槡 S max = 0. 120 槡 27680 = 19. 96 d j —钢丝绳计算直径， mm； S max —钢丝最大工作静拉力， N； c—选择系数， 其取值与机构工作级别和钢丝 有色设备 2011 （ 4 ） （ 2）
36
企业专栏
绳抗拉强度有关， 取 c = 0. 120 。 由于电解铝车间铝电解多功能机组出铝小车的 主要工作是吊运熔融铝液的铝抬包， 根据冶金起重 机的设计规范要求， 选用钢丝绳为耐高温金属丝绳 ， d = 20 mm， 芯 钢丝绳直径为 钢丝绳型号为 20NAT6 × 37 + IWR1870 ， 钢丝绳最小断裂载荷为 F0 = 266 kN。 钢丝绳的最小断裂载荷必须满足 ： F0 ≥S max［ n］= 27680 × 9 = 2. 49 × 10 5 式中 F0 —所选钢丝绳的最小破断载荷， N； ［ n］ —钢丝绳的最小许用安全系数， 当机构 工作级别为 M8 时， 要求钢丝绳的最小 n］= 9 。 许用安全系数［ 根据计算， 所选钢丝绳满足使用要求。 1. 2 1. 2. 1 卷筒直径与转速计算 卷筒直径 式中 1. 4 （ 3） η—起升时的总机械效率， 取 η = 0. 85 。 电动机计算功率： P = K1 × P n = 0. 95 × 41. 25 = 39. 19 kW （ 7 ） 式中 K1 —系数， 取 K1 = 0. 95 。 根据电动机的负载性质、 使用场合环境条件、 负 荷功率等因素、 以及冶金起重机选用电动机的相关 要求， 选择断续性工作制为 S3 、 接电持续率为 J c = 40 % 、 额定功率为 45 kW 的 YZP 系列 6 级电动机， 其额定转速 n = 1000 r / min； 电动机的输出转矩： 39. 19 P T d = 9550 = 9550 × · m （ 8） = 374. 3 N n 1000 P —电动机计算功率， P = 39. 19 kW； n—电动机转速， n = 1000 r / min。 减速机构的计算 减速器的计算速比： n 1000 = 40. 82 i= = n t 24. 5 式中 i—减速器的计算速比； n—电动机转速， n = 1000 r / min。 按照减速机的计算速比以及输入功率等参数， 并根据减速机设计厂家的设计参数， 可以初选减速 机型号。 1. 5 静力矩计算［4］ 当机组卷扬机构起吊重物时， 起吊额定载荷作 用在卷筒轴上的静力矩为 M jt ： （ Q + G D ） D0 2. 104 × 10 4 × 10 × 0. 52 M jt = = 2 mη' 2 × 4 × 0. 91 = 15028 N · m （ 10 ） 式中 η' —滑轮组效率、 平衡滑轮组效率及卷筒机 取 η' = 0. 91 。 械效率之积， （ 9）
Design Calculation of Hoisting Mechanism of 20 t Aluminum Discharging Trolley in Pot Tending Machine for Aluminum Electrolysis
LI Fujun，ZHAN Tao
（ Aluminum Equipment Design Research Institute， NFC （ Shenyang） Metallurgy Machinery Co．， Ltd．， Shenyang 110141 ， China） Abstract： Considering complicated working condition of electrolytic aluminum workshop on site synthetically ， the article performs calculation parameters optimization of configuration modes， wire rope types， rollers， motors， reducers and brakes for hoisting mechanism design， which is expected to meet the operation requirements on site as much as possible． Key words： pot tending machine for aluminum electrolysis； aluminum discharging trolley； hoisting mechanism
［3 ］
（ 4）
D—按 钢 丝 绳 中 心 计 算 的 卷 筒 卷 绕 直 径，
（ பைடு நூலகம்）
式中
作用在电机轴上的静力矩为 M j ： （ Q + G D ） D0 2. 104 × 10 5 × 0. 52 = 394 N Mj = = · m 2 miη 2 × 4 × 40. 82 × 0. 85 （ 11 ） 1. 6 电机与减速机构间联轴器的计算 所需联轴器转矩： T L = φK L T d = 2. 5 × 1. 6 × 374. 3 = 1497. 2 N · m （ 12 ） 式中 1. 7 φ—等效系数， 特重级取 φ = 2. 5 ； K L —安全系数， 取 K L = 1. 6 。 制动器的计算 （ 下转第 43 页） 37
企业专栏
铝电解多功能机组 20 t 出铝小车起升机构设计计算
李福俊，詹
［ 摘
涛
（ 中国有色（ 沈阳） 冶金机械有限公司 铝设备设计研究所， 辽宁 沈阳 110141 ） 要］ 综合考虑电解铝车间现场的复杂使用工况， 进一步优化起升机构配置形式 、 钢丝绳类型、 卷筒、 电机、 减
速机及制动器等出铝小车起升机构设计计算参数， 以期最大限度地满足现场使用要求 。 ［ 关键词］ 铝电解多功能机组； 出铝小车； 起升机构 ［ 中图分类号］ TF351 ［ 文献标识码］ A ［ 文章编号］ 1003 － 8884 （ 2011 ） 04 － 0036 － 02
企业专栏
表2 开关控制与比例控制液压系统执行元件运动参数对照表 比例控制运动参数 0 ～ 2 r / min 0 ～ 9 m / min（ 可调） 0 ～ 75 r / min 0 ～ 8 m / min（ 可调） 0 ～ 8 m / min（ 可调） 0 ～ 1. 5 m / min（ 可调） 0 ～ 8 m / min（ 可调） 开关控制： 通过手工调节控制阀， 确定执行元件 动作， 运行数值调整好后不易修正， 速度为固定 值。 比例控制： 使用计算机等输入设备改变电流电 即可控制执行元件动作， 实现远程控制和无 压， 极调速。 比 较
卷筒的名义直径是指绳槽底的直径， 根据设计 ［2 ］ ， 手册所述 一般设计按照钢丝绳的中心计算卷筒 直径： D = h × d = 25 × 20 = 500 式中 mm； h—卷筒与钢丝绳直径之比值； 按照设计规 范， 并根据工作级别及钢丝绳的类型， 取 h = 25 ； d—钢丝绳公称直径， d = 20 mm。 1. 2. 2 卷筒转速 mv n 4 × 10 nt = = = 24. 5 πD0 3. 14 × 0. 52 n t —卷筒转速， r / min； v n —起升速度， v n = 10 m / min； D0 —卷筒的卷绕直径， D0 = D + d = 520 mm。 1. 3 卷扬机构起升静功率及电动机参数计算
出铝小车卷扬机构的载荷由起升载荷和吊钩、 电子秤重系统及动滑轮组自重两部分组成 ， 根据两 部分载荷的总和， 确定卷扬机构的起升静功率。 （ Q + G D ） v n 2. 104 × 10 4 × 10 × 10 Pn = = = 41. 25 kW 60 × 1000 η 60 × 1000 × 0. 85 （ 6） 式中 Q—额定起重量， Q = 20000 kg； G D —吊钩组等重量， G D = 1041 kg； v n —起升速度， m / min； 有色设备 2011 （ 4 ）
1
起升机构设计计算
［ ［ 收稿日期］ 2011 － 01 － 25 修回日期］ 2011 － 04 － 20 ［ （ 1981 － ） ， 作者简介］ 李福俊 男， 内蒙古武川县人， 工程 师， 大学本科， 主要从事制铝设备的设计 、 开发工作。 詹 涛（ 1982 － ） ， 男， 辽宁省盘锦市人， 助理工程师， 大 学专科， 主要从事制铝设备及附属设备的设计研发工作 。