高炉主上料装置设计说明书.doc

重庆科技学院

毕业设计（论文）

题 目 1250M3高炉主上料装置设计

学 院 机械与动力工程学院
专业班级 设维10
学生姓名 李永春 学号 2010630370
指导教师 蒋德平 职称 讲师
评阅教师 职称

2013年 6 月 8 日

重庆科技学院
毕业设计（论文）任务书

院 （系） 机械与动力工程学院
专业班级 机电设备维修与管理
学生姓名 李永春 学号 2010630370
指导教师 蒋德平 职称 讲 师

题目： 1250m3高炉主上料装置设计

（任务起止日期 年 月 日至 年 月 日）

教 研 室 主 任 年 月 日
院 长（系主任） 年 月 日

设计（论文）的主要内容：
1、原始设计参数：
1）高炉有效容积为1250m3；
2）倾斜角不大于15o；
3）两端高差约20米。
2.设计内容
1）广泛调研运输机械重点在带式运输机的总体方案与布局；
2）根据所给的参数确定对应机构及其传动功率；
3）合理确定、分配传动系统的传动方式；
4）主体传动机构、金属构架的选型、设计计算；
5) 轴承等标准件的计算和选择。
设计（论文）任务要求：
1．完成运输机械、重点带式运输机等相关资料的调研、收集、分析；
2． 完成能满足给定参数的带式输送机的总体方案设计；
3．完成主要机构的结构设计计算；
4．绘制该机总装配图以及部分部装图和一些重要零件图；
5．编制设计说明书。

主要参考文献（由指导教师指定）：
[1] 郭小元. 关于带式输送机效率的计算问题[J]. 山西能源与节能, 2008,(02)
[2]赵生虎, 李学光, 赵明实. 带式输送机载料断面参数优化设计[J]. 煤矿机械, 2005,(04)
[3] 李光布. 基于计算机仿真的带式输送机动态特性预测和控制[J]. 起重运输机械, 2005,(02)
[4] 李剑峰. 通讯、控制及保护系统在带式输送机中的应用[J]. 起重运输机械, 2007,(03)
[5] 徐瑞银. 带式输送机驱动系统的应用及分析[J]. 起重运输机械, 2005,(02)
[6] 周传玲. 煤矿带式输送机常见事故原因分析及预防[J]. 矿业安全与环保, 2005,(02)
[7] 李守华. 带式输送机部件的改进[J]. 起重运输机械, 1985,(06)
[8] Γ.А.ЛИТВИН , 钟燕初. 改善带式输送机工作条件的吸尘装置[J]. 起重运输机械, 1987,(05)
[9] 何建腾. 试析带式输送机带速的选择[J]. 港口装卸, 2009,(04)
[10] 一种新型带式输送机缓冲托辊组[J]. 起重运输机械, 2009,(10)
同组设计者及分工：
吴敌、刘影
注：该任务书由指导教师填写，在毕业设计开始前一周下达给学生，一式二份，专业教研室、每个学生各一份。其中教研室的一份待学生做完毕业设计（论文）后作为附件装入学生毕业设计（论文）资料中
学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：
年 月 日

重庆科技学院专科生毕业设计论文 摘要

摘要

本次毕业设计是关于1250高炉主上料装置的设计。首先进行充分的调研，包括设备的使用条件、环境条件，作好详细的资料调研收集，了解高炉炼铁的生产工艺过程，分析各种可能的方案，进行必要的可行性和必要性分析，根据要求设计出能满足炼铁工艺的要求，满足1250高炉炉顶上料的高炉上料装置，并且有较好的使用和维护性能。对设计的输送设备的主要零部件进行强度校核，主要标准件的选取进行充分的理论计算分析。最后设计出了能满足要求的带式输送机上料装置。
关键词：高炉 皮带上料 驱动装置

Abstract

This graduation design is about 1250 blast furnace design of the master device. First full investigation, including the use of the equipment conditions, environmental conditions, prepare detailed information research collection, understand the production technology of blast furnace ironmaking process, the analysis of various possible solutions, analyses the feasibility and necessity of necessary, according to the requirements designed to satisfy the requirement of ironmaking process, meet the 1250 blast furnace top feeding device of blast furnace, and has the better performance of operation and maintenance. Conveying equipment of the main components of the design intensity, and the main standard parts selection of adequate theoretical calculation analysis. Finally designed can meet the requirements of belt conveyor feeding device.
Key words：blast furnace; Belt material; actuating device

I

重庆科技学院专科生毕业设计论文 目录

目录

摘要……………………………………………………………………………………I
1 绪论…………………………………………………………………………………1
1.1 高炉炼铁工艺………………………………………………………………2
1.2 高炉上料方式的选择………………………………………………………2
1.3 运输物料的特性……………………………………………………………3
1.4 设计上料装置的原始数据…………………………………………………3
1.4.1 计算运送量……………..………………………………………………3
2 带式输送机主要参数的确定………………………………………………………5
2.1 皮带运料横截面积…………………………………………………………5
2.2 带速的计算…………………………………………………………………6
2.3 皮带型号选择及校核………………………………………………………6
3 运行阻力，驱动功率，张力的计算………………………………………………8
3.1 驱动装置和驱动形式的选择………………………………………………8
3.2 运行阻力的计算…………………………………………………………11
3.3 驱动功率的计算…………………………………………………………13
3.4 张力计算…………………………………………………………………14
4 带式输送机的主要零部件设计…………………………………………………15
4.1支承装置（托辊）的设计………………………………………………15
4.2 驱动装置的设计…………………………………………………………19
4.2.1 电动机的选择…………………………………………………………19
4.2.2 驱动滚筒的设计………………………………………………………19
4.2.3 减速器的选择…………………………………………………………24
4.2.4 联轴器的选择…………………………………………………………26
4.2.5 逆止器的选择…………………………………………………………28
4.3 辅助装置的设计…………………………………………………………29
4.3.1 清扫装置的设计………………………………………………………29
4.3.2 张紧装置的设计………………………………………………………30
4.3.3 机电保护装置的设计…………………………………………………31
5 带式输送机的运转维护知识……………………………………………………33
6 结论………………………………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………………………35
致 谢…………………………………………………………………………………36

重庆科技学院专科生毕业设计论文 绪论

1 绪论

1.1 高炉炼铁工艺
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原 物质 CO、、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95％以上。炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）燃料 、（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生 成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
高炉生产工艺流程包括以下几个系统：
① 高炉本体；
② 上料设备系统；
③ 装料设备系统；
④ 送风设备系统；
⑤ 煤气净化设备系统；
⑥ 渣铁处理系统；
⑦ 喷吹燃料系统。
此次我们设计的就是1250高炉上料装置。其上料工艺流程如图1.1所示:
1

图1.1 高炉上料工艺流程

1.2 高炉上料方式的选择
20世纪60年代开始高炉迅速大型化，炉容增大到3000～5000m3，采用斜桥料车上料已不能满足生产要求。尤其在采用冷烧结矿以后，胶带寿命延长，能满足连续运转的要求，2500m3以上高炉多采用胶带运输机上料。1000m3以上、2500m3以下高炉结合地形、布置等条件，可选用胶带运输机或斜桥料车上料。1000m3以下高炉则仍以斜桥料车上料为主。目前我国中小高炉大都采用斜桥料车卷扬机上料。随着高炉容积不断增大，这种上料方式的问题越来越明显，例如随着料车容量和钢绳负荷增加，必须加大钢绳直径，增大斜桥总重，而且庞大的料车卷扬机和很深的料车坑，是设备和基建费用大大增加，对于大容积高炉，用斜桥料车上料已不能满足要求，所以用皮带上料。故此次设计选用皮带上料。

图1.2 带式输送机上料系统示意图

2

图1.3 斜桥料车上料系统示意图

1.3 运输物料的特性
输送物料 混合矿 焦炭
物料密度 1.6 0.5
物料安息角 30° 30°
工作环境：多尘、潮湿，-5°~70°。
矿粉含铁量取60％

1.4 设计上料装置的原始数据
① 高炉容积为1250立方米；
② 倾角不大于15°；
③ 两端高差约20米。
1.4.1计算运送量
焦比取0.6，高炉休风率取1.5%，有效容积系数取2
查阅相关资料可知：
高炉生铁年产量=高炉座数年平均生产日高炉有效容积系数高炉有效容积
带入数据可得：
高炉生铁年产量=135521250
3

=887500t
矿粉总质量=
焦炭总质量=
矿粉体积：
焦炭体积：
混合后物料体积：
每小时运送物料体积：

4
重庆科技学院专科生毕业设计论文 带式输送机主要参数确定

2 带式输送机主要参数的确定
2.1皮带运料横截面积：

B：皮带的带宽取800mm
：物料堆积角rad

图2.1运料截面积的计算
5

不同物料堆积角时的值不同，查《炼铁机械设备》表3-11得

2.2带速计算：

故：

式中：
r：物料的堆积密度（矿粉取r=1.6t/m³焦炭取0.5t/m³）
C：皮带的倾角系数（倾角为14°，C=0.91）
：考虑料流不连续系数=0.7
2.3皮带型号选择及校核

查阅资料得，高炉输送皮带选用夹钢绳芯的胶带
根据设计参数可算出皮带运料长度为82.67m
物料在带上的体积：

混合物料密度：
故物料在输送带上的质量：
皮带所受拉力：

初选钢丝绳带，带厚14mm
6

皮带横截面积：

故
所选皮带型号适合。
装料皮带质量：
总质量：

7
重庆科技学院专科生毕业设计论文 运行阻力\驱动功率\张力的计算

3 运行阻力、驱动功率、张力的计算

3.1 驱动装置和驱动形式的选择
驱动系统一般必须用到的设备有电动机、联轴器、减速器、制动器等。
电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。
通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。
单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动。带式输送机常见典型的布置方式如表3.1所示：
表3.1 带式输送机常见布置方式

皮带上料机的传动装置的形式可以是多种多样的，对高炉上料来说双滚筒驱动是比较适合的一种，布置形式如图3.1所示：
8

图3.1 所设计的带式输送机布置形式

如此布置的理由：由图可知，两个驱动滚筒,各由两台电动机，通过液力联轴器、减速器而带动。四台电动机中有一台为备用，不论哪台驱动装置发生故障，均可保证胶带继续运行。两个驱动滚筒的表面包着一层带沟的橡胶，目的在于增大及稳定驱动滚筒与胶带间的摩擦系数。
液力耦合器装在电动机与减速器之间,用来均衡电动机负载和使胶带启动平稳及避免冲击。制动器用来防止胶带机带料停机时产生逆转，避免出现胶带与炉料的下滑。
由皮带传动的理论可知：
（3.1）
（3.2）
式中 —皮带所传递的圆周力；
—皮带紧边拉力；
—皮带松边拉力；
—皮带和驱动卷轴间的摩擦系数；
—皮带在驱动卷筒上的包角。

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图3.2 输送带张力理论图
皮带松边拉力可认为与初拉力成正比，由于双滚筒驱动时，皮带和卷筒的包角远大于单卷筒驱动时的包角，在相同系统出力、提升高度、提升角度等外界因素条件下，多滚筒驱动时的初拉力可比单滚筒驱动时大为降低；同时，胶带张紧装置的平衡重量也大为减轻。因此多滚筒驱动的优点就是在相同负载条件下，大大提高胶带机的输送能力，故在较大功率的胶带输送机上，常采用多滚筒驱动。
采用双滚筒驱动后，随之而来的是在两个驱动滚筒之间怎样分配功率（圆周力）更为合理。对于一台外界条件已定的双滚筒驱动的胶带输送机，有四种分配驱动功率的方案：最小张力法；等圆周力分配法；等驱动单元法和圆周力任意分配法。
通过分析可知：按最小张力法分配驱动功率，其胶带中的最大张力最小，因而所需要的装紧装置重锤重量也较小；按等圆周力分配法则最不利，在时，胶带的最大张力将增大12%~14%，装紧装置重锤也要相应增加。
最小张力法虽使胶带的最大张力最小，但是在高炉皮带上料机中则不宜采用。其原因是：①此时两个驱动滚筒的驱动功率之比值为，即两个卷筒的功率相差达两倍以上，于是所选用的电动机型号、减速器中心距将不同。而实际上同一型号不同中心距的减速器即使名义传动比一样，可是实际传动比有时却不同；再加上不同型号的电动机之额定转速也不相同，会使两驱动滚筒的实际转速更大。因此，这种方案既要增加备品的品种、规格，又难以保证两个滚筒的圆周线速度一致，从而对皮带的运行带来损害。②采用最小张力法所获得的减少皮带张力与等驱动单元法（圆周力比值2:1）相比，所减少的数值比例较小仅占4%，故实用价值不大。
等圆周力法的分配法，随能使驱动装置、传动部件标准化，便于制造，减少备品种类，但它的功率分配是1:1，偏离的值较多，因而使皮带中工作张力较大。
等单元驱动法是等圆周力法的改进，使驱动滚筒传递圆周力的比值由等圆周力法的1:1变为较接近的2:1，从而达到既能减少皮带中的张力，又能保证驱动装置具有通用性，减少备品种类，便于维修。
鉴于上述分析，在设计钢丝绳芯皮带上料机时，采用等单元驱动法较为合适。其传动装置配置形式如图3.3所示：
10

1
2

图3.3 所设计的传动装置配置形式
1— 驱动滚筒1（两个驱动电机）
2— 驱动滚筒2（一个驱动电机，一个备用电机）

3.2 运行阻力的计算
在稳定工况运行时需要的驱动力（运行阻力）综合了摩擦力、重力和质量的作用。输送机的功率消耗是运行阻力和运行速度的乘积，即：
（3.3）
将运行阻力细分,这些阻力的和等于从传动滚筒传递到输送带上的圆周力：
（3.4）
式中 —主要阻力；
—附加阻力；
—特种主要阻力；
—特种附加阻力；
—倾斜阻力。
运行阻力的计算

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式中：
：主要阻力
：附加阻力
：特种主要阻力
：倾斜阻力
①
f：平均摩擦系数，取0.02
L：带式输送机长度83m
g：重力加速度
：承载托辊单位质量，17.9kg/m
：回程托辊单位质量，5.3kg/m
：输送带单位质量，16.4kg/m
：物料单位质量，81.8kg/m
：输送机倾角
带入数据计算：=2230N
②附加阻力
的总和用附加阻力系数C来表示，附加阻力系数C的定义为：

系数C查《带式输送机实用技术》表10-7，由输送机长度为83m，可知C=1.9
带入数据可得：
③ 特种主要阻力

：托辊前倾阻力
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：输送物料与导料板之间的摩擦阻力

：槽角的槽型系数，槽角为30°取0.4
：承载托辊和输送带之间的摩擦系数，取0.6
：装有前倾托辊的设备长度为83m
：前倾角，11.2°
：装有导料板的设备长度为3m
：倾角，=14°
带入数据得：=3932，=153
故：
④ 倾斜阻力

H：物料提升高度，20m

综上所得，可算出

3.3 驱动功率的计算
驱动功率表示为：
（3.15）
式中 —运行阻力（驱动力），为24196N；
—带速，为1.3m/s。
代入
13
数据得：

3.4 皮带张力的计算
由于采用等单元驱动法，采用的每套驱动装置都是相同的，但每个驱动滚筒可根据需要布置一套或二套驱动装置。如果在卷筒I上布置二套驱动装置，卷筒II上布置一套驱动装置，使驱动滚筒传递圆周力的比值由等圆周力法的1:1变成2:1，则胶带的紧边张紧力计算如下：
（3.16）
（3.17）
（3.18）
（3.19）
因, ,
则
即 （3.20）
当 及 时，

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重庆科技学院专科生毕业设计论文 带式输送机的主要零部件设计

4 带式输送机的主要零部件设计

4.1 托辊的设计
托辊是带式输送机的输送带及货载的支承装置。托辊随输送带的运行而转动，以减小输送机的运行阻力。托辊质量的好坏取决带式输送机的使用效果，特别是输送带的使用寿命。而托辊的维修费用成为带式输送机运营费用的重要组成部分。所以要求托辊：结构合理，经久耐用，回转阻力系数小，密封可靠，灰尘、煤粉不能进入轴承，从而使输送机运转阻力小、节省能源、延长使用寿命。
托辊分钢托辊和塑料托辊两种。钢托辊多由无缝钢管制成。托辊辊子直径与输送带宽度有关。我们选择了钢托辊
托辊按用途又可分为槽形托辊、平形托辊、缓冲托辊和调心托辊，因为本机输送物料主要为铁矿石、焦炭，所以我们选择不易让物料撒落的槽。如图4.1、4.2所示。

图4.1 槽型上托辊和平行托辊

图4.2 缓冲托辊

对于承载托辊：我们选择30°大槽角槽型托辊。
由《新型带式输送机运输机械设计手册》［5］表8-44查询得，上托辊的参数如
15
下表，
带宽B
D
L
轴承
型号
A
E

H

P
Q
d
质量
Kg
800
89
315
4G204
1090
1150
142.5
245
350
170
130
M12
21.5
表4.1上托辊参数

表中的数据所表示的对象见下图：
图4.3槽型托辊组
承载托辊回转部分质量，查询《带式运输机实用技术》，详情见下表：

带宽
轴径
轴承型号
一节辊

二节棍
三节棍
回转部分质量
单个托辊质量
回转部分质量
单个托辊质量
回转部分质量
单个托辊质量
800
20
204
6.7
9.2
4.9
6.2
2.7
3.6
表4.2 托辊回转部分质量
对于回程托辊，一般采用平行托辊，查《新型带式运输机设计手册》具体参数如下表：
带宽
D
L
轴承
A
E

P
Q
d
质量
800
89
950
4G205
1090
1142
144.5
145
90
M12
15
表4.3 回程托辊参数

示意图如下所示：

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图4.3 回程托辊示意图
托辊的布置设计：
垂度：ISO 5048-1989中规定，最大垂度为0.5%~2%
DZN 22101-2002中规定，≤ 0.1%
DI II手册推荐值为＜0.1%
最后垂度取3%
托辊间距的计算:A=1.3B=1040mm,故上托辊间距取1.2m,下托辊取3m.
托辊轴承的校核:
则Tmin =4.2a0(qB+qG)g
垂度公式