2-3 毕业设计论文最终稿

本科毕业设计第1 页共40 页1 绪论本次毕业设计承担的题目是基于UG的炉顶放散阀的三维设计与运动仿真。

通过查阅20余篇文献内容，对阀门及UG软件有了比较清晰的认识。

我国阀门种类繁多，功能多样，发展非常迅速。

阀门在工业生产中正扮演着越来越重要的角色。

其中，炉顶放散阀在冶金行业的作用尤显突出。

炉顶放散阀主要应用于控制冶金炉中的压力以保证安全生产。

其控制的介质可以是煤气、空气等气体。

当炉内压力大于阀门额定压力时，炉顶放散阀的重锤被顶起。

重锤通过连杆、拉杆、键连接、轴、卸扣等部件实现简单的运动，把阀盖拉起。

从而使炉内压力减小，以保证在安全的工作范围内。

当炉内压力低于正常生产所需压力时，炉内压力便支撑不了重锤的重量，还是通过部件间的连接和相对运动来实现阀门的闭合。

形象地说，炉顶放散阀的工作原理正如高压锅锅盖上阀门的工作原理。

我国早些时候大部分使用的是有重锤的炉顶放散阀。

有重锤的炉顶放散阀结构简单，操作方便。

其主要结构是：拉环、拉杆、杠杆、阀盖、阀座、下壳和重锤。

由于重锤的存在，炉顶放散阀安装在高炉上很是笨重，而且可能会有危险发生。

因此，无配重炉顶放散阀正被国内阀门行业所研究和广泛应用。

无配重炉顶放散阀主要结构是：.液压驱动装置、机体、小支座、小转臂、连接板、大支座、大转臂、阀盖、下壳、中壳、阀座。

在设计具体的某一种阀门时应遵循必要的设计流程。

首先，应认真研究阀门的详细结构，通过相关资料确定具体数据；其次，根据预定的功能试制有关的部件；然后，几个部件装配成一个组件并检查是否满足要求，若满足则进行下一部件的设计，如不满足要求则要返回上一步骤修改设计方案。

如此往复，最后形成一个阀门的成体。

在阀门的实体设计中，一定会用到CAD相关软件，例如UG等。

UG是个功能强大的软件，它提供了产品设计所需的各种功能。

例如三维实体造型、装配序列仿真、运动仿真、爆炸视图、导出工程图、可靠性分析等等。

本文主要针对阀门行业的现状，以炉顶放散阀为例介绍了其发展前景并利用UG软件对其进行了产品设计。

1.1 阀门及炉顶放散阀概述阀门是流体输送系统之中的控制部件，它们是用来改变通路断面和介质流动方向的部件，具有导流、截止、节流、分流和溢流、卸压等功能。

用于流体控制阀门，从最简单的截止阀到复杂的自控系统中所用的各类阀门，其品种规格繁多，各类阀门的公称通径从极微小的仪表阀门大至通径达10m的工业管路用阀门。

阀门可用于控制蒸汽、水、油品、泥浆、各种腐蚀性介质、气体、液态金属和流体等各种类型流体地流动，阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa 的高压，工作温度从-300℃的低温到1430℃的高温。

阀门的控制可采用多种传动方式，如电动、液动、手动、涡轮、电磁动、电磁液动、电液动等；可以在压力、温度和其它形式传感信号的作用下，按照预定要求动作，和不依传感信号而进行开启和关闭，阀门依靠驱动和自动机构使启闭件作滑移、旋摆升降、回转运动，从而改变流道面积从而实现其控制功能。

炉顶放散阀是1冶金高炉上应用的阀门，其作用是保证炉内压力保持在正常工作范围压力内，并在高炉修风时将煤气排放出高炉，以此来保证安全生产。

1.1.1阀门业的发展自从改革开放以来，随着各行业的发展，生产厂家迅速增加，阀门也得到了快速发展，阀门产量大幅增加，生产水平有了较大提高，阀门市场的成套率、和成套能力都有了较大的提高。

仅浙江从改革开放初期的几家，发展到目前的两千多家阀门企业，收入300多亿元。

在浙江的杭州、台州、宁波，江苏常州、苏州、上海、盐城，西南地区成都，西北兰州，安徽等地，借助地区优势和国内外大型企业的投资，逐步形成了完整的阀门制造生产产业链。

生产产业链的形成有利于阀门行业进行生产、成本控制，使阀门行业规模化、专业化、精品化。

总体上看，我国阀门技术有了很大进步，目前已能生产、设计、检测十几大类、40000多个规格的阀门产品、3000多个型号。

十.一五期间，我国阀门行业研制了旋转阀、固体物料气力输送用阀、新一代高性能双向密封的偏心复合圈金属密封蝶阀、蝶阀、软硬密封真空电磁阀和耐压阀、镶嵌耐磨陶瓷密封的闸阀、球阀、调节阀。

此外还开发生产高温高压Y型波纹管截止阀、波纹管氯气阀、亚临界和超临界高压截止阀、生物抗菌隔膜阀等。

某些企业生产的产品还填补了国内空白，获得了国家的专利。

例如杭州惠阀门有限公司研发的超临界机组配套使用的一种高温高压减温减压装置(阀)及一种高性能安全阀等在2008年分别获得国家专利；浙江高压阀门有限公司研制成功我国首台大风洞排气节流调压阀；国内冶金阀门龙头企业秦冶重工获得八项阀门专利的节能节水型热风阀；这些产品的研发标志着我国阀门技术水平有了很大的提高。

然而国内阀门技术水平与世界发达国家相比还有一定差距。

大部分国内企业只生产技术含量低、附加值少的产品，新产品开发只是在原有产品上作些改进和者直接借鉴国外同类产品。

企业缺乏具有自主知识产权核心技术，缺乏具有国际竞争力高端产品。

60万千瓦以上火电机组配套高温高压阀门、核电阀门、一些行业配套的特殊阀门、高参高性能安全阀等产品主要依赖进口。

阀门企业研发动力不强，对新产品研发重视不足，阀门研发主要还是依靠各研究机构。

1.1.2阀门的驱动方式(1)电力驱动阀门电力驱动阀门是常用驱动方式的阀门，通常称驱动装置形式的驱动为阀门电动装置，阀门电动装置特点如下：启闭迅速，可以一定程度缩短启闭阀门所需时间；可以大大减轻操作人员劳动强度，非常适用于高压、大口径阀门；适用于安装在不能手动操作和难于接近的位置，易实现远距离操纵，而且安装高度不受限制；有利整个系统的自动化设计；电源比气源容易获得，其电线的维护也比压缩空气简单得多。

阀门电动装置的缺点是构造的复杂性，在潮湿的地方使用较为困难，用于易爆介质的时候，需要采用隔爆措施。

阀门电动装置一般由传动机构、转矩限制机构、电动机、行程控制机构、手动-电动切换机构、开度指示器组成。

(2)气动和液动阀门气动阀门和液动是以一定压力空气、水和油为动力源，利用气缸和活塞的运动来驱动阀门的，一般气动的空气压力应该是小于0.8MPa，液动的水压和油压为 2.5MPa至25MPa。

如用于驱动隔膜阀；回转型气用于驱动球阀、蝶阀和旋塞阀。

液动装置的驱动力大，适用于驱动大口径阀。

如用于驱动旋塞阀、球阀和蝶阀时，须将活塞的往复运动转换面回转运动。

除了采用气缸和液压缸的活塞来驱动外，还有采用气动薄膜驱动，因其行程和驱动力较小，故主要用于调节阀门。

(3)手动阀门手动阀门是最基本的驱动方式的阀门。

它包括用手轮、手柄和板手直接驱动和通过传动机构进行驱动两种形式。

当阀门的启力矩大时，可通过齿轮和蜗轮传动进行驱动，以达到省略目的。

齿轮传动分直齿圆柱齿轮传动和锥齿传动。

齿轮传动减速比较小，适用于闸阀和截止阀，蜗轮传动减速比较大，适用于旋塞闪、球阀和蝶阀等。

1.1.3 炉顶放散阀炉顶放散阀是冶金高炉上的一种阀门，其功能是保证炉内压力保持在适当的范围内，并且在高炉煤气修风时将煤气排放出高炉。

放散阀又分为有配重炉顶放散阀和无配重炉顶放散阀。

传统重锤杠杆式结构炉顶放散阀，主要有拉环、拉杆、杠杆、阀盖、阀座、下壳和重锤组成，因为有配重炉顶放散阀有笨重的配重，在高炉上工作风险比较大，所以现在冶金业广泛应用无配重炉顶放散阀门。

我国也正结合国外先进技术大力发展无配重炉顶放散阀门。

无配重炉顶放散阀由阀座、阀盖、下壳、中壳、拉杆等零件组成。

它是由卷扬式启闭机控制的杠杆系统拉动阀盖实现阀门的启闭，具有启闭灵活操作方便、工作安全可靠、结构简单等特点，主要用于在高炉休风时将炉中的煤气排放至空气中，以保证高炉系统的安全。

图1-1 无配重炉顶放散阀图1-2 有配重炉顶放散阀1.2 炉顶放散阀的结构与应用特点1.2.1 无配重炉顶放散阀的结构1-液压驱动装置2-机体3-小支座4-小转臂5-连接板6-大支座7-大转臂8-阀盖9-下壳10-中壳11-阀座图1-3 无配重炉顶放散阀高炉炼铁中采用的无配重炉顶放散阀，包括阀体、阀盖和驱动装置。

阀体由阀座、中壳和下壳组成。

阀盖的启闭装置由大、小转臂及支座和二者之间的连接板等组成，阀盖与大转臂铰链连接，大转臂及大支座铰链连接，小转臂及小支座铰链连接，大转臂和小转臂均与连接板铰链连接。

连接板与大、小转臂连接的二销轴孔处于竖直位置时，启闭装置开始自锁，阀盖处于关闭状态。

当驱动装置拉动小转臂时，连接板与大、小转臂连接的二销轴孔偏离死点位置，小转臂带动连接板，从而拉动大转臂摆动，阀盖被打开。

无配重自锁式的放散阀利用大小转臂与连接板之间的置关系，实现阀盖的启闭，启动动力小，结构简单，重量轻，经济、安全，使用寿命延长。

阀门通过拉动杠杆来实现阀门的启闭动作。

由于采用轴承定位部件，阀门具有寿命长、操作灵活，密封可靠等特点。

例如：阀盖、阀体、拉杆机构组成，由卷扬机牵动拉杆机构驱动阀盖实现阀门启闭。

阀门用于高炉炉顶的放散，密封付喷焊粉末合金经工艺加工后密封可靠，耐冲蚀性能较好，阀门使用寿命较高。

阀拉杆轴该用轴瓦支承采用干式润滑从而保证在多粉尘润滑条件差的恶劣环境下仍然使用可靠。

1.2.2有配重炉顶放散阀的结构1-阀盖2-阀座3-中壳4-下壳5-杠杆6-重锤7-拉杆图1-4 有配重炉顶放散阀炼铁高炉中采用的有配重炉顶放散阀，主要由阀盖、阀座、中壳、下壳、杠杆、重锤、拉杆组成。

有配重炉顶放散阀结构比较简单，工作可靠，价格相对较低，操作方便，原理简单易懂。

在早期的冶金行业中，有配重炉顶放散阀被广泛应用。

有配重炉顶放散阀主要应用于控制冶金炉中的压力以保证安全生产。

其控制的介质可以是煤气、空气等气体。

当炉内压力大于阀门额定压力时，炉顶放散阀的重锤被顶起。

重锤通过连杆、拉杆、键连接、轴、卸扣等部件实现简单的运动，把阀盖拉起。

从而使炉内压力减小，以保证在安全的工作范围内。

当炉内压力低于正常生产所需压力时，炉内压力便支撑不了重锤的重量，还是通过部件间的连接和相对运动来实现阀门的闭合。

形象地说，炉顶放散阀的工作原理正如高压锅锅盖上阀门的工作原理。

但由于重锤的存在，炉顶放散阀安装在高炉上很是笨重，而且可能会有危险发生。

因此，研究人员从多方面改进了有配重的炉顶放散阀。

现在，比较流行并且相对安全可靠地冶金用放散阀是无配重炉顶放散阀。

1.3阀门设计流程与CAD技术的应用1.3.1 炉顶放散阀的设计流程阀门的设计应遵循一定的设计流程。

首先，收集阀门的相关资料，熟悉阀门的结构、功能、原理等；其次，根据相关资料确定阀门部件的尺寸、位置；然后，学习设计阀门用的CAD软件，如UG；再次，绘制阀门的相关零件。

炉顶放散阀需要绘制的零件有法兰、阀体、平垫圈、弹垫、螺栓、螺母、阀座、阀盖、铆钉、连杆、挡铁、垫片、重锤、弹簧垫圈、开槽螺母、拉杆、轴、销轴、开口销、六角头螺栓、六角螺母、挡盖、头部带孔螺栓、钢丝、键、轴套、索具卸扣、轴座、开口销等；之后，将各零件装配在一起形成装配图，并分析部件的位置能否满足阀门功能的需要；最后，在装配图正确完成后，通过UG软件完成装配图的爆炸视图与运动仿真。