论文摘要
钢铁行业作为国民经济的基础产业,是国家综合国力和经济水平的重要体现。近年来,随着钢铁行业的快速发展,对高炉炼铁技术以及炉前设备提出了更高的要求。高炉炉前设备能否持续、高效、安全工作直接影响到炼铁的生产效率与钢铁行业的发展。然而,作为炉前重要机械设备之一的开铁口机目前存在着钻具系统寿命短、开口效率低、炉前生产成本高等问题,这些问题已经成为制约钢铁行业发展的因素之一,需要有效地解决。本课题作为“济钢全液压开铁口机项目”的一个子课题,主要针对济钢集团炉前开铁口机目前存在的问题提出改进与优化方案,提高开铁口机的工作效率,降低炉前的生产成本。首先对开铁口机钻凿系统中的连接形式进行改进,采用新型整体式的连接套连接形式代替原有的分体式连接套连接形式。借助运动学与动力学分析软件ADAMS对改进前后的能量传递过程进行仿真分析,并且对炉前现场数据进行了统计,结果表明整体式的连接套减少了源动力在传递过程中的能量损失29.5%,提高了开铁口机的工作效率。运用有限元分析软件ABAQUS对开铁口机钻具进行了温度场模拟,分析结果表明开铁口机钻具在工作环境中的高温对钻具的影响较大。为了对钻具有效地冷却,研究开发了一种雾化水冷却系统。生产现场使用情况表明,该系统可以在开铁口机工作过程中对钻削系统进行有效冷却,提高了开铁口机的工作效率,减少易损件的使用量,降低生产成本。同时,减少了粉尘排放量,改善了炉前的工作环境,具有推广应用价值。对开铁口机工作过程中的钻头受力进行了理论分析,并借助于运动学与动力学分析软件ADAMS对钻头的受力进行了仿真分析；在有限元分析软件ABAQUS中建立了钻头的有限元模型,将动力学分析结果和温度场作为载荷施加到模型上进行了有限元仿真分析,得到了钻头在工作过程中的应力与变形情况。分析结果表明钻头失效主要是因为钻刃脱落,并据此设计了一种新型钻头。对全液压开铁口机进行了机械零部件的测绘,建立了开铁口机的整机模型。运用ADAMS软件对开铁口机的工作过程进行了运动学与动力学仿真研究,测出各主要约束副的受力情况,并对开铁口机的主要承力部件进行了强度校核。结果表明,各部件的最大应力都远远低于材料的许用应力,符合设计要求。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 前言1.2 高炉炼铁过程及炉前主要设备1.2.1 高炉炼铁过程1.2.2 炉前主要设备1.3 开铁口机的分类及应用1.4 开铁口机的发展概况1.4.1 国内外开铁口机的发展概况1.4.2 开铁口机应用的发展趋势1.5 课题提出的目的与意义1.6 研究内容与方法第2章 开铁口机连接套改进2.1 连接套的结构改进2.1.1 连接套存在的问题2.1.2 连接套的结构改进2.2 动力传递过程理论分析2.3 动力传递过程仿真分析2.3.1 ADAMS软件简介2.3.2 优化前源动力传递的仿真分析2.3.3 优化后源动力传递的仿真分析2.4 实践应用效果2.5 本章小结第3章 开铁口机雾化水冷却系统研究开发3.1 开铁口机钻削系统存在的问题3.2 开铁口机钻头高温工作情况模拟分析3.2.1 ABAQUS软件简介3.2.2 开铁口机钻头高温工作情况模拟3.3 雾化水冷却系统的研究开发3.3.1 雾化水冷却系统的研发3.3.2 雾化水与炮泥的作用机理3.4 雾化水冷却效果的有限元仿真分析3.5 雾化水冷却系统的实际应用效果3.5.1 低损耗3.5.2 高效率3.5.3 环保3.6 本章小结第4章 新型开铁口机钻头研究开发4.1 开铁口机钻头现状4.1.1 开铁口机钻头的工作环境4.1.2 国内外开铁口机钻头使用现状4.2 开铁口机钻头受力分析4.2.1 开铁口机钻头受力理论分析4.2.2 开铁口机钻头受力动力学仿真分析4.3 开铁口机钻头失效分析4.3.1 钻头的热-力耦合分析4.3.2 钻头的失效分析4.4 新型钻头的设计4.4.1 新型钻头整体设计方案4.4.2 钻刃结构及其排列方式4.4.3 钻头体结构形式4.4.4 材料选择4.5 新型钻头使用效果4.6 本章小结第5章 开铁口机整机系统仿真5.1 开铁口机的结构与工作过程5.2 虚拟样机技术简介5.3 开铁口机模型的建立5.3.1 开铁口机三维模型的建立5.3.2 模型施加约束5.3.3 添加运动激励5.4 整机动力学分析5.5 开铁口机主要承力构件强度校核5.5.1 各主要承力构件模型的建立5.5.2 有限元分析结果5.6 本章小结结论与展望参考文献攻读硕士学位期间取得的研究成果致谢学位论文评阅及答辩情祝表
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