陳仁杰

（常州三思環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 常州 213000）

龍卷風吸塵罩設計中油缸的選型與計算

陳仁杰

（常州三思環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 常州 213000）

通過分析龍卷風吸塵罩的運動情況，在液壓站提供的壓力情況下，對龍卷風吸塵罩的基本運動進行了介紹，并給出了油缸選型的計算依據(jù)和計算過程。

龍卷風吸塵罩；油缸；液壓

龍卷風吸塵罩屬于環(huán)保設備，是用于提高城市環(huán)境質(zhì)量的設備，在中頻爐熔煉金屬時對大氣處理起到了決定性作用。近年來，隨著環(huán)保意識的逐漸加深，國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”的重要工作進行。而作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的一個組成部分，大氣環(huán)保設備任重道遠。本文以大氣處理設備龍卷風吸塵罩為例，結合一定的模型基礎，介紹了龍卷風吸塵罩的主要組成部分和作用，并述說了吸塵罩的基本動作，最后給出龍卷風吸塵罩設計中油缸的選型與計算。

1 龍卷風吸塵罩基本組成和作用

龍卷風吸塵罩的結構如圖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 龍卷風吸塵罩的結構

龍卷風吸塵罩中的外蓋，在中頻爐融化過程中，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)側含有耐火材料，增長設備使用壽命。外蓋獨特的流線型設計使得氣流能夠像龍卷風一樣被吸入除塵管道內(nèi)，這樣的設計大大的增加了除塵的效果，龍卷風除塵罩中的龍卷風也是因為此設計而被命名的。龍卷風吸塵罩中的安裝底座起到固定整個吸塵罩的作用，安裝底板焊接在爐體平面結構上，然后與安裝底座螺釘連接，并使吸塵罩牢牢固定在爐臺上，防止吸塵罩因脫落而造成人身財產(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。龍卷風吸塵罩中的大臂是整個吸塵罩主梁機構，吸塵罩的運動都要在此機構上完成。吸塵罩的打開與關閉，油缸受力的固定端，回轉機構都安裝在這個機構上面，因此，特別對大臂做了分析與加強，從而使龍卷風吸塵罩能夠順利的完成所要求的動作。龍卷風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，當爐前風閥打開時，整個除塵系統(tǒng)通過主管道產(chǎn)生的負壓與流量，將中頻爐熔煉過程中產(chǎn)生的粉塵顆粒與有害氣體，通過設計的龍卷風吸塵罩全部吸進主管道內(nèi)，這樣起到廢氣的處理作用。中頻爐的爐體，客戶現(xiàn)場提供，主要熔煉金屬，但會產(chǎn)生粉塵、廢氣等物質(zhì)，因此，為中頻爐配備龍卷風吸塵罩是必不可少的。

2 龍卷風吸塵罩的基本動作

龍卷風吸塵罩主要有初始狀態(tài)，即油缸均不動作吸塵罩停留在中頻爐上方；外蓋向后方打開狀態(tài)，即小臂油缸伸出推動回轉機構，打開外蓋從而進行扒渣處理；龍卷風吸塵罩向前方打開狀態(tài)，即加料小車進行加料，操作人員對融化樣品測試等操作，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，龍卷風吸塵罩是閉合在中頻爐上方，除塵管道風閥關閉，這樣既可以保證爐體內(nèi)的溫度，保證金屬融化的效率，又可以對熔煉時產(chǎn)生的粉塵顆粒與有害氣體進行處理，達到國家環(huán)保生產(chǎn)的要求。當中頻爐需要進行扒渣處理的時候，操作人員拉下操作臺拉桿，小臂油缸伸出，龍卷風吸塵罩爐蓋外蓋打開。隨后操作人員進行扒渣處理；扒渣完成后，在確保安全的情況下，拉上操作臺拉桿，小臂油缸做收回動作，龍卷風吸塵罩緩慢回歸至初始狀態(tài)，停留在中頻爐上方。當中頻爐出鐵水完成時，加料小車進行金屬加料處理。操作人員切換旋鈕至大臂油缸端，拉下拉桿，此時大臂油缸伸出，整個龍卷風吸塵罩爐蓋打開，加料小車緩緩駛入后方進行加料，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，使龍卷風吸塵罩恢復至初始狀態(tài)。

3 油缸選型與計算

（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℃）；小臂總負載：1500 k g；大臂總負載：3800 k g；龍卷風吸塵罩組件間摩擦系數(shù)：μ=0.3。

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

在龍卷風吸塵罩應用中公式為：T≥M×μ×f s

式中，T為油缸推力產(chǎn)生的扭矩；M為負載產(chǎn)生的扭矩；μ為回轉支承摩擦系數(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；s為油缸受力面積。

S=πr2

M=G×L

式中，G為負載重力；L為負載重心力臂。

G=mg

式中，m為負載質(zhì)量；g為重力加速度，約等于9.8 N/k g

小臂油缸計算：

初選小臂油缸缸徑D=80 mm，帶入公式計算得：

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。

大臂油缸計算：

初定大臂油缸缸徑D=120 mm，帶入公式計算得：

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，帶入公式計算得：

I f D=140 mm

T=[18.81 K NM,112.68 K NM]

f s=1.4

計算得出安全系數(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 結語

通過對龍卷風吸塵罩主要組成部分的研究、龍卷風吸塵罩要求完成動作的分析，大臂小臂在負載情況下要完成動作所需的推力，計算出油缸缸徑。根據(jù)以上所述，所選油缸缸徑在設備上運行良好，并實現(xiàn)了龍卷風吸塵罩所要求的相關動作。

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