龍卷風(fēng)吸塵罩設(shè)計(jì)中油缸的選型與計(jì)算

陳仁杰

（常州三思環(huán)保科技有限公司，江蘇 常州 213000）

龍卷風(fēng)吸塵罩設(shè)計(jì)中油缸的選型與計(jì)算

陳仁杰

（常州三思環(huán)保科技有限公司，江蘇 常州 213000）

通過(guò)分析龍卷風(fēng)吸塵罩的運(yùn)動(dòng)情況，在液壓站提供的壓力情況下，對(duì)龍卷風(fēng)吸塵罩的基本運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了介紹，并給出了油缸選型的計(jì)算依據(jù)和計(jì)算過(guò)程。

龍卷風(fēng)吸塵罩；油缸；液壓

龍卷風(fēng)吸塵罩屬于環(huán)保設(shè)備，是用于提高城市環(huán)境質(zhì)量的設(shè)備，在中頻爐熔煉金屬時(shí)對(duì)大氣處理起到了決定性作用。近年來(lái)，隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸加深，國(guó)家相繼頒布了一系列重磅文件，并將環(huán)境治理作為“十三五”的重要工作進(jìn)行。而作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)組成部分，大氣環(huán)保設(shè)備任重道遠(yuǎn)。本文以大氣處理設(shè)備龍卷風(fēng)吸塵罩為例，結(jié)合一定的模型基礎(chǔ)，介紹了龍卷風(fēng)吸塵罩的主要組成部分和作用，并述說(shuō)了吸塵罩的基本動(dòng)作，最后給出龍卷風(fēng)吸塵罩設(shè)計(jì)中油缸的選型與計(jì)算。

1 龍卷風(fēng)吸塵罩基本組成和作用

龍卷風(fēng)吸塵罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要組成部分包括外蓋、安裝底座、大臂、主管道連接口、中頻爐爐體。

圖1 龍卷風(fēng)吸塵罩的結(jié)構(gòu)

龍卷風(fēng)吸塵罩中的外蓋，在中頻爐融化過(guò)程中，外蓋始終處在爐體上方位置，既起到保溫，又起到除塵作用；外蓋內(nèi)側(cè)含有耐火材料，增長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。外蓋獨(dú)特的流線型設(shè)計(jì)使得氣流能夠像龍卷風(fēng)一樣被吸入除塵管道內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)大大的增加了除塵的效果，龍卷風(fēng)除塵罩中的龍卷風(fēng)也是因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)而被命名的。龍卷風(fēng)吸塵罩中的安裝底座起到固定整個(gè)吸塵罩的作用，安裝底板焊接在爐體平面結(jié)構(gòu)上，然后與安裝底座螺釘連接，并使吸塵罩牢牢固定在爐臺(tái)上，防止吸塵罩因脫落而造成人身財(cái)產(chǎn)損失。此外安裝座方便快捷的安裝方式備受客戶和安裝維修人員的喜愛(ài)。龍卷風(fēng)吸塵罩中的大臂是整個(gè)吸塵罩主梁機(jī)構(gòu)，吸塵罩的運(yùn)動(dòng)都要在此機(jī)構(gòu)上完成。吸塵罩的打開(kāi)與關(guān)閉，油缸受力的固定端，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都安裝在這個(gè)機(jī)構(gòu)上面，因此，特別對(duì)大臂做了分析與加強(qiáng)，從而使龍卷風(fēng)吸塵罩能夠順利的完成所要求的動(dòng)作。龍卷風(fēng)吸塵罩中的主管道連接口起到連接吸塵罩與主吸塵管路的作用，當(dāng)爐前風(fēng)閥打開(kāi)時(shí)，整個(gè)除塵系統(tǒng)通過(guò)主管道產(chǎn)生的負(fù)壓與流量，將中頻爐熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵顆粒與有害氣體，通過(guò)設(shè)計(jì)的龍卷風(fēng)吸塵罩全部吸進(jìn)主管道內(nèi)，這樣起到廢氣的處理作用。中頻爐的爐體，客戶現(xiàn)場(chǎng)提供，主要熔煉金屬，但會(huì)產(chǎn)生粉塵、廢氣等物質(zhì)，因此，為中頻爐配備龍卷風(fēng)吸塵罩是必不可少的。

2 龍卷風(fēng)吸塵罩的基本動(dòng)作

龍卷風(fēng)吸塵罩主要有初始狀態(tài)，即油缸均不動(dòng)作吸塵罩停留在中頻爐上方；外蓋向后方打開(kāi)狀態(tài)，即小臂油缸伸出推動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，打開(kāi)外蓋從而進(jìn)行扒渣處理；龍卷風(fēng)吸塵罩向前方打開(kāi)狀態(tài)，即加料小車進(jìn)行加料，操作人員對(duì)融化樣品測(cè)試等操作，都需要吸塵罩在此狀態(tài)下完成。正常熔煉狀態(tài)下、出鐵水狀態(tài)下，龍卷風(fēng)吸塵罩是閉合在中頻爐上方，除塵管道風(fēng)閥關(guān)閉，這樣既可以保證爐體內(nèi)的溫度，保證金屬融化的效率，又可以對(duì)熔煉時(shí)產(chǎn)生的粉塵顆粒與有害氣體進(jìn)行處理，達(dá)到國(guó)家環(huán)保生產(chǎn)的要求。當(dāng)中頻爐需要進(jìn)行扒渣處理的時(shí)候，操作人員拉下操作臺(tái)拉桿，小臂油缸伸出，龍卷風(fēng)吸塵罩爐蓋外蓋打開(kāi)。隨后操作人員進(jìn)行扒渣處理；扒渣完成后，在確保安全的情況下，拉上操作臺(tái)拉桿，小臂油缸做收回動(dòng)作，龍卷風(fēng)吸塵罩緩慢回歸至初始狀態(tài)，停留在中頻爐上方。當(dāng)中頻爐出鐵水完成時(shí)，加料小車進(jìn)行金屬加料處理。操作人員切換旋鈕至大臂油缸端，拉下拉桿，此時(shí)大臂油缸伸出，整個(gè)龍卷風(fēng)吸塵罩爐蓋打開(kāi)，加料小車緩緩駛?cè)牒蠓竭M(jìn)行加料，待加料完成后，操作加料小車駛出至初始位置。隨后操作人員控制拉桿，使龍卷風(fēng)吸塵罩恢復(fù)至初始狀態(tài)。

3 油缸選型與計(jì)算

（1）模型基本參數(shù)。液壓站提供液壓壓力12 MP a；液壓油介質(zhì)：植物油；油缸工作溫度：高溫（≤80℃）；小臂總負(fù)載：1500 k g；大臂總負(fù)載：3800 k g；龍卷風(fēng)吸塵罩組件間摩擦系數(shù)：μ=0.3。

（2）計(jì)算步驟。油缸計(jì)算基本原則：油缸推力大于（負(fù)債作用力×安全系數(shù)f s）。

在龍卷風(fēng)吸塵罩應(yīng)用中公式為：T≥M×μ×f s

式中，T為油缸推力產(chǎn)生的扭矩；M為負(fù)載產(chǎn)生的扭矩；μ為回轉(zhuǎn)支承摩擦系數(shù)；f s為安全系數(shù)。

T=F×l×c o s γ

式中，F(xiàn)為油缸推力；l為油缸推力力臂；γ為油缸推力方向與切線方向的夾角。

F=p×s

式中，P為油缸壓強(qiáng)；s為油缸受力面積。

S=πr2

M=G×L

式中，G為負(fù)載重力；L為負(fù)載重心力臂。

G=mg

式中，m為負(fù)載質(zhì)量；g為重力加速度，約等于9.8 N/k g

小臂油缸計(jì)算：

初選小臂油缸缸徑D=80 mm，帶入公式計(jì)算得：

T≥M×μ×f s

T=F×l×c o s γ

p=12 MP a,D=80 mm,l=630 mm,γ=[0，51.43]

T=[23.69 K NM,38 K NM]

M=G×L

m=1500 k g,L=1353 mm

M=20.295 K NM

μ=0.3

f s=3.89

安全系數(shù)f s=3.89，符合安全要求。但是安全系數(shù)過(guò)大，增加研發(fā)制作成本。減小小臂油缸缸徑D=60 mm，代入公式計(jì)算得：

I f D=60 mm

T=[18.81 K NM,112.68 K NM]

f s=1.17

安全系數(shù)f s=1.17≤1.2，不符合安全制造要求。

綜合考慮到油缸缸徑80 mm以下只有60 mm或者更小，因而得出小臂油缸缸徑取D=80 mm。

大臂油缸計(jì)算：

初定大臂油缸缸徑D=120 mm，帶入公式計(jì)算得：

T≥M×μ×f s

T=F×l×c o s γ

p=12 MP a,D=120 mm,l=610 mm,γ=[0，80.39]

T=[13.82 K NM,82 K NM]

M=G×L

m=3800 k g,L=1162 mm

M=44.156 K NM

μ=0.3

f s=1.04

計(jì)算得出安全系數(shù)f s=1.04≤1.2，不符合安全制造的要求。因而繼續(xù)增大大臂油缸缸徑D=140 mm，帶入公式計(jì)算得：

I f D=140 mm

T=[18.81 K NM,112.68 K NM]

f s=1.4

計(jì)算得出安全系數(shù)f s=1.4≥1.2，符合安全制造要求。

得出大臂油缸缸徑取D=120 mm。

綜上所述，小臂油缸缸徑取D=80 mm、大臂油缸缸徑取D=120 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)龍卷風(fēng)吸塵罩主要組成部分的研究、龍卷風(fēng)吸塵罩要求完成動(dòng)作的分析，大臂小臂在負(fù)載情況下要完成動(dòng)作所需的推力，計(jì)算出油缸缸徑。根據(jù)以上所述，所選油缸缸徑在設(shè)備上運(yùn)行良好，并實(shí)現(xiàn)了龍卷風(fēng)吸塵罩所要求的相關(guān)動(dòng)作。

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P 445

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