1256-鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計及總體裝配
1256-鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計及總體裝配,鋼坯,火焰,清理,清算,設(shè)計,總體,整體,方案設(shè)計,裝配
安裝示意圖：翻板機(jī)清理裝置輥子排屑裝置1摘要本文設(shè)計了鋼坯火焰清理機(jī)排屑系統(tǒng)，該排屑系統(tǒng)適用于大中型鋼坯火焰清理的排屑，該排屑系統(tǒng)由兩大部分組成，即動力系統(tǒng)部分和排屑系統(tǒng)部分，該設(shè)備采用了簡單高效的刮板式排屑方式，能在比較惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中工作，性能穩(wěn)定，制作成本效低。該設(shè)備先通過漏斗狀的容器把廢屑收集起來然后通過由動力帶動的運動的刮板把收集到的廢屑排放到指定地點，此過程完全由設(shè)備自動完成，無需任何人力。該設(shè)備的投產(chǎn)大大提高了排屑的能力和生產(chǎn)的自動化程度，更重要的是能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。2目錄1 緒論1.1 本課題研究的目的與意義1.2 本課題國內(nèi)外發(fā)展情況1.3 自動排屑系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2 系統(tǒng)總體方案的確定2.1 設(shè)計思想2.2 初選電機(jī)減速器系統(tǒng)方案2.3 輸送外傳動系統(tǒng)的確定2.4 系統(tǒng)總體方案的確定3 電動機(jī)的選擇3.1 電動機(jī)的類型選擇3.2 電動機(jī)功率的選擇3.3 確定電動機(jī)型號4 V 帶設(shè)計計算4.1 傳動比的分配4.2 各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩4.3 帶傳動方案的確定4.4 帶傳動設(shè)計計算4.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計5 減速器設(shè)計6 鏈傳動設(shè)計的計算6.1 鏈傳動方案確定6.2 鏈傳動設(shè)計計算6.3 鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.3.1 主、從動輪設(shè)計6.4 鏈的校核6.5 刮板鏈設(shè)計6.6 鏈輪軸的設(shè)計6.6.1 各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩6.6.2 6.7 軸的校核6.8 軸承的校核6.9 鍵的選擇和校核7 排屑裝置箱體的設(shè)計8 排屑裝置的保養(yǎng)與維護(hù)8.1 排屑裝置的保養(yǎng)8.2 排屑裝置的維護(hù)結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝3緒論1.1 本課題研究目的與意義自動排屑裝置的主要作用是將鐵屑從加工區(qū)域排出到指定區(qū)域，另外，鐵屑中往往混合著各種加工雜物，排屑裝置要對各種形態(tài)的廢屑進(jìn)行自動排出，所以，自動排屑裝置組要應(yīng)用于高效率的機(jī)械。1.2 本課題國內(nèi)外發(fā)展概況自動排屑裝置，是隨著機(jī)加工的發(fā)展而發(fā)展的。但是長期以來，重主機(jī)，輕配套的狀況使得自動排屑裝置處理技術(shù)及設(shè)備發(fā)展遲緩。80 年代開始，重主機(jī)，輕配套的狀況引起了各行業(yè)的注意，促使自動排屑裝置處理技術(shù)及設(shè)備在此后的 20 多年里得到長足的發(fā)展?，F(xiàn)在常見的排屑裝置有以下幾種：1、 平板鏈?zhǔn)脚判佳b置平板鏈?zhǔn)脚判佳b置以滾動鏈輪牽引鋼制平板在封閉箱中運轉(zhuǎn)，切屑用鏈帶帶出。這種裝置在數(shù)控車床使用時要與機(jī)床冷卻箱合為一體，以簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)。2、 刮板式排屑裝置刮板式排屑裝置的傳動原理與平板鏈?zhǔn)脚判佳b置基本相同，只是鏈板不同，帶有刮板鏈板。這種裝置常用于輸送各種材質(zhì)的短小切屑，排屑能力較強。3、 螺旋式排屑裝置該裝置是采用電動機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動安裝在溝槽中的一根長螺旋桿進(jìn)行驅(qū)動的。數(shù)控機(jī)床螺旋桿轉(zhuǎn)動時，溝槽中的切屑即由螺旋桿推動連續(xù)向前運動，最終排人切屑收集箱。螺旋桿有兩種形式，一種是用扁型鋼條卷成螺旋彈簧狀，另一種是在軸上焊上螺旋形鋼板。它主要用于輸送金屬、非金屬材料的粉末狀、顆粒狀和較短的切屑。這種裝置占據(jù)空間小，安裝使用方便，傳動環(huán)節(jié)少，故障率極低，尤其適于排屑空隙狹小的場合。螺旋式排屑裝置結(jié)構(gòu)簡單，排屑性能良好，但只適合沿水平或小角度傾斜直線方向排屑搖臂鉆床，不能用于大角度傾斜、提升或轉(zhuǎn)向排屑。1.3 自動排屑裝置的發(fā)展趨勢42 系統(tǒng)總體方案確定2.1 設(shè)計思想本課題是以及其經(jīng)濟(jì)性好，人性化設(shè)計，可靠性高，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修等為設(shè)計思想2.2 初選電機(jī)減速器系統(tǒng)反感（a）為帶轉(zhuǎn)動渦輪-渦桿減速器系統(tǒng) （b）為帶傳動-二級圓柱圓錐減速器系統(tǒng) （c）為聯(lián)軸器- 二級圓柱斜齒輪減速器系統(tǒng) （d）為帶傳動 -二級圓柱斜齒輪減速器系圖 2.1 電機(jī)減速器系統(tǒng)方案方案評價：（a） 方案為整體布局最小，傳動平穩(wěn)，而且可以實現(xiàn)較大的傳動比，但是由于渦輪渦桿效率低，功率損失大，很不經(jīng)濟(jì)。 （b）方案布局比較小，但5是圓錐齒輪加工較困難，特別是大直徑，大模數(shù)的錐輪，所以一般不采用。 （c）方案中減速器選擇合理，但本設(shè)計是用于自動排屑系統(tǒng)裝置，工作速度很低，使用聯(lián)軸器不利于減速，會增加減速器的成本，不夠經(jīng)濟(jì)。最終確定方案為（d）方案。該方案的優(yōu)缺點：該工作機(jī)有輕微震動，由于 V 帶有緩沖吸震能力，采用 V 帶傳動能減小震動帶來的影響，而且利于減速，還能起過載保護(hù)的作用，并且該工作機(jī)屬于小功率，載荷變化不大，可以采用 V 帶這種簡單的結(jié)構(gòu)，并且價格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅度降低成本。減速器部分兩級展開式圓柱齒輪減速，這是兩級減速器中應(yīng)用最廣泛的一種，齒輪相對于軸承不對稱，要求軸具有較大的剛度，高速及齒輪常布置在遠(yuǎn)離扭矩輸入端的一邊，以減小因彎曲變形所引起的載荷沿齒寬分布不均勻現(xiàn)象。電動機(jī)部分為 Y 系列三相交流，異步電動機(jī)?？傮w來講，該傳動方案滿足工作機(jī)的性能要求，使用工作條件，工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡單，成本低，傳動效率高。2.3 輸送外傳動系統(tǒng)的確定（a）帶傳動（b）履帶傳動（c）鏈傳動方案評價：（a）方案成本較低，但是防腐蝕性不強。 （b）履帶主要用在坦克等觸地設(shè)備，在此處用履帶傳動很不經(jīng)濟(jì)。 （c）方案中鏈傳動選擇合理。最終確定方案為（c）方案該方案的優(yōu)缺點：鏈傳動的傳動比精確，傳動效率高，鏈傳動對軸的作用力較小，鏈傳動尺寸較緊湊，鏈傳動對環(huán)境的使用能力較強，鏈條的磨損伸長比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)量較小。2.4 總體方案的確定方案為：電動機(jī)——帶傳動——減速器——鏈傳動如下圖：6圖 2.2 系統(tǒng)總體方案3 電動機(jī)型號的選擇3.1 電動機(jī)類型選擇根據(jù)動力源和工作條件，選用交流電機(jī)，Y 系列三項異步電動機(jī)3.2 電動機(jī)功率的選擇根據(jù)鏈傳輸機(jī)結(jié)構(gòu)的布置由已知條件鏈傳動機(jī)構(gòu)承受的鐵屑質(zhì)量為為此排屑的質(zhì)量，即為 2.28（最大板寬度）*4（最大版長度）*0.01（平均每次清理厚度）*7.85*1000（普通剛的的密度）=716KG 的鐵屑，即 7016N（取 G=9.8） ，取 3000， 鏈的傳動速度為（燒嘴速度為 V=8M/MIN,每次清理寬度為 100mm，所以清理一面的時間為（ 2.28*10*4）/8=11.4min，取 12MIN，搜所以每 12 分鐘便有 2806.72N 鐵屑排出，假設(shè)一次清理的鐵屑分連詞排出，算的 6min/次，總行程為 3.6M，3.6/6=0.6M/MIN，由于傳動機(jī)構(gòu)還受鏈條摩擦力 f 和刮板的重力分量 F1。由上述可知總的載荷為 F=f+F1+3000設(shè)所選鏈型號為 48A，P=76.2MM,單排質(zhì)量 Q=22.6KG/M，總長度為 10M，刮板尺寸為500mm*300mm*10,選用普通碳素鋼密度為 7.85，相鄰刮板之間的距離為五個節(jié)距88.9*6=533.4MM，F(xiàn)1 約為 2193N，f 約為 5880NF=5880+2193+7016=15089則工作機(jī)有效功率為 P=F*V=15089*0.01=0.151KW由已知條件得電動機(jī)有效功率為 Pd=P/η，式中 η 為系統(tǒng)總的傳動效率電動機(jī)到鏈傳動總的傳動效率為 η=η1*η2（平方）*η3（六次方）*η4*η5式中：η1 為 V 帶傳動效率， η2 為閉式齒輪的傳動效率，η3 為圓錐滾子軸承的傳動效率，，η4 為聯(lián)軸器的傳動效率，η5 為鏈傳動效率7查表：η1=0.95 η2=0.97 η3=0.98 η4=0.99 η5=0.96 代入上式：η=0.723 所以電動機(jī)的有效功率 Pd=p/η=0.209KW所選電動機(jī)的額定功率必須滿足 Pe>Pd3.4 確認(rèn)電動機(jī)型號根據(jù)已知條件本排屑裝置的輸送速度為：Nw=V*60*1000/Z1*P=11.04 選取電動機(jī)型號為 Y2-90S-8,同步轉(zhuǎn)速為 750r/min,對應(yīng)額定功率為 0.37KW，外伸軸直徑24mm方案 電機(jī)機(jī)型號 額定功率(KW)同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動比 i1 Y2-90S-8 0.37 750 700 654，V 帶的設(shè)計計算4.1 傳動比的分配1.計算總的傳動比：i=Nm/Nw=715/11=652.傳動比的分配：i1=3,i2*i3=i/i1=21.663.雙極斜齒圓柱齒輪減速器高速級的傳動比為 54.低速級傳動比：i3=4.334.2 各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：N1=715/3=238.33R/MIN功率：P1=Pd*η4=0.209*0.95=0.199KW扭矩：T1=9550P1/N1=9550*0.199/238.33=7.97N。M轉(zhuǎn)速：N2=238.33/5=47.67R/MIN功率：P2=P1*η2*η3=0.199*0.97*0.98=0.189KW扭矩：T2=9550P2/N2=9550*0.189/47.67=37.86N。M轉(zhuǎn)速：N3=47.67/4.33=11.01R/MIN功率：P3=P2*η2*η3=0.189*0.97*0.98=0.180KW扭矩：T3=9550P3/N3=9550*0.180/11.01=156.13N。M轉(zhuǎn)速：N4=N3=11.01R/MIN功率：P4=P3*η1*η5=0.180*0.99*0.96=0.17KW扭矩：T4=9550P4/N4=9550*0.17/11.01=147.46N。M表 1.1 各軸的運動與動力參數(shù)軸號 轉(zhuǎn)速（r/min） 功率（KW） 扭矩（N.M）1 238.33 0.199 7.972 47.67 0.189 37.863 11.01 0.180 156.134 11.01 0.17 147.464.3 帶傳動方案的確定外傳動帶選為普通 V 帶傳動81. 確定計算功率：Pc a(1)查文獻(xiàn)得工作情況系數(shù) KA=1.2（2）Pca=KA*P=1.2*0.151=0.18122.選擇 V 帶型號選 A 形 V 帶4.4 帶傳動設(shè)計計算1，確定帶輪尺寸 d1,d2（1）根據(jù)帶輪要求去小帶輪尺寸為 d1=160mmd 1/21204.確定 V 帶根數(shù) ZZ>Pca/(P0+ΔP)K αKlP0 為單根 V 帶的基本額定功率，Δp0 為 I≠1 是單根 V 帶額定功率增量，Kl 為帶長修正系數(shù)，Ka 為小帶輪包角系數(shù)P0=1.51 Δp0=0.09 Ka=0.93 KL=1.13代入得 Z=25.確定單跟初拉力 F0F0=500*Pca/VZ(2.5/Ka-1)+qv2=16.37N查表的 q=0.1kg/m6.計算對軸的壓力 FpFp=2ZF0sin(α1/2)=2*2*16.37*sin(159.86/2)=64.474.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 小帶輪的設(shè)計因為小帶輪基準(zhǔn)直徑 d1=160300 故可采用輪輻式帶輪寬：B=（Z-1 ）e+2f=(2-1)*15+2*10=35mm輪轂寬：L=（1.5-2）d=1.8*60=108輪轂外直徑：d1=1.9d=114mm帶輪外徑：da=dd+2ha=480+2*2.75=485.5輪緣寬：δ=8mm基準(zhǔn)線下深槽：10mm由以上數(shù)據(jù)，大帶輪結(jié)構(gòu)簡圖如下：6.鏈傳動設(shè)計的計算6.1 鏈傳動方案的確定6.2 鏈傳動的設(shè)計計算1， 選擇從動鏈輪齒數(shù)取傳動比為 i=1 取 Z2=292， 選擇主動鏈輪齒數(shù)Z1=iZ2=1*29=29＜120故合理3，確定計算功率已知鏈傳動工作平穩(wěn)，設(shè)計功率為Pd=KaP/KzKm=1*0.151/1.579*1=0.096kw式中：P-傳遞功率 KVKa-工礦系數(shù)，取 Ka=1.010Kz-小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取 Kz=1.579Km-多排鏈排數(shù)系數(shù)，去 Km=14.鏈條節(jié)距選用根據(jù)設(shè)計功率 Pd(取 Pd=P0)和小鏈輪轉(zhuǎn)速 n1,選用 56B 號鏈條，查表節(jié)距 P=88.9,設(shè)鏈長10M5.計算鏈輪尺寸D1=P/（sin180/Z1）=88.9/sin(180/29)=822.4mmD2= P/（sin180/Z2）=88.9/sin(180/29)=822.4mm6.初定中心距中心距暫取 3540（根據(jù)漏斗長決定）7，鏈條長度及鏈長節(jié)速鏈長：L=10M鏈條節(jié)數(shù)：Lp=L/P=10000/88.9=112.49元整偶數(shù)節(jié)，取 Lp=114鏈速：V=Z1N1P/60*1000=29*11.04*88.9/（60*1000=0.47<0.6m/s屬于低速運動6.3 鏈輪的結(jié)構(gòu)和尺寸6.3.1 主、從動輪設(shè)計1.鏈輪材料和工藝鏈輪材料為 45 鋼，硬度為 40-50HBS。工藝為：2.鏈輪的結(jié)構(gòu)和尺寸由前面設(shè)計可知 D1=D2=822.4 P=88.9 Z1=Z2=29鏈輪結(jié)構(gòu)如下：11鏈輪結(jié)構(gòu)簡圖輪轂厚度：h=K+Dk/6+0.01d=9.5+220/6+0.01*822.4=54.4mm由于 d=822.4 K 取 9.5輪轂長度：L=3.3h=3.3*54.4=179.5mm輪轂直徑：Dh=Dk+2h=220+2*54.4=328.8mm齒寬 Bf1=0.93*b1=49.6mmB1 為內(nèi)鏈節(jié)寬度齒側(cè)倒角：12Ba=0.13p=0.13*88.9=11.56mm齒側(cè)半徑：Rx=P=88.9mm齒全寬：Bfn=(n-1)Pt+Bf1=49.6mm3， 基本參數(shù)和主要尺寸分度圓直徑：D1=D2=822.4mm齒頂圓直徑：Da max=d+1.25p-d1=822.4+1.25*88.9-53.98=879.545式中：d1-滾子直徑 查表得 d1=53.98Da min=d+p(1-1.6/Z)-d1=822.4+88.9*（1-1.6/29）-53.98=852.42mm取 Da=866.0mm齒根圓直徑：Df=D-D1=822.4-53.98=768.42mm分度圓弦齒高：Ha max=(0.652+0.8/Z)p-0.5d1=31.02mmHa min=0.5（p-d1 ）=17.46取 Ha=24.24mm最大齒跟距高：Lx=dcos90/Z-d1=822.4*cos(90/29)-53.98=767.21mm齒輪凹緣直徑：dg=Pcot180/Z-1.04h2-0.76=4.鏈輪公差 查表得齒表面粗糙度：Ra=6.3um齒根圓極限偏差 量柱測量距極限偏差：由于:Df=768.42mm 查表得：上偏差 0，下偏差 h11量柱測量距：Mr=dcos90/Z+dr=822.4*cos(90/29)+53.98=875.17mm dr=d1式中：dr-量柱直徑，DR=D1,量柱技術(shù)要求為：極限偏差為：上片車 +0.01，下偏差：0；表面粗糙度 Ra=1.6um；表面硬度為： 55-60HRC。鏈輪孔和根圓直徑之間的跳動量：不能超過 max(0.008df+0.08,0.15)=0.15軸孔到鏈輪齒側(cè)平直部分的斷面跳動量：不能超過 max(0.009df+0.08,0.14)=0.14孔徑：H8齒寬：H146.4 鏈的校核湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計工作中期檢查表系 機(jī)制系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 07 興湘機(jī)一班 姓 名 羅東平 學(xué) 號 2007964213 指導(dǎo)教師 胡自化 指導(dǎo)教師職稱 教授題目名稱 鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計和總體裝配題目來源 ■科研 企業(yè) 其它 課題名稱 鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計和總體裝配題目性質(zhì) 工程設(shè)計 ■ 理論研究 科學(xué)實驗 軟件開發(fā) 綜合應(yīng)用 其它1、選題是否有變化 有 ■否 2、設(shè)計任務(wù)書 ■有 否資料情況3、文獻(xiàn)綜述是否完成 ■完成 未完成 4、外文翻譯 ■完成 未完成由學(xué)生填寫目前研究設(shè)計到何階段、進(jìn)度狀況：通過對資料的查詢，已經(jīng)確定了鋼坯火焰清理機(jī)初步設(shè)計方案?，F(xiàn)階段著力對各個構(gòu)件外形設(shè)計和計算。與此同時還通過對一些復(fù)雜的裝配圖形的裝配和仿真熟悉和了解三維制圖軟件工作進(jìn)度預(yù)測（按照任務(wù)書中時間計劃）提前完成 按計劃完成 拖后完成 無法完成工作態(tài)度（學(xué)生對畢業(yè)論文的認(rèn)真程度、紀(jì)律及出勤情況）：認(rèn)真 較認(rèn)真 一般 不認(rèn)真質(zhì)量評價（學(xué)生前期已完成的工作的質(zhì)量情況）由老師填寫優(yōu) 良 中 差指導(dǎo)教師（簽名）：年 月 日建議檢查結(jié)果： 通過 限期整改 緩答辯系意見： 簽名：年 月 日注：1、該表由指導(dǎo)教師和學(xué)生填寫。2、此表作為附件裝入畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋存檔。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目： 鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計和總體裝配 學(xué)號： 2007964213 姓名： 羅東平 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 胡自化 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求1、鋼坯火焰清理機(jī)項目的重要性 2、鋼坯火焰清理機(jī)項目的設(shè)計基本任務(wù) 3、鋼坯火焰清理機(jī)總體功能分析 4、鋼坯火焰清理機(jī)設(shè)計方案可行性論證 5、總結(jié)和撰寫設(shè)計說明書一份（附光盤） ； 6、CAD 制圖，本文一張 A0 裝配圖紙及其零件圖，課題組一套完整圖紙 7、翻譯相關(guān)外文資料一份； 二、重點研究的問題1、鋼坯火焰清理機(jī)總體方案設(shè)計及鋼坯的夾緊、轉(zhuǎn)動翻板裝置設(shè)計； 2、鋼坯的氧化皮、裂紋清理裝置設(shè)計； 3、鋼坯的支承、自動排屑裝置設(shè)計； 三、進(jìn)度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 熟悉課題及基礎(chǔ)資料 第一周2 調(diào)研及收集資料 第二周3 方案設(shè)計與討論 第三～四周4 初步方案可行性論述 第五～八周5 CAD 軟件的學(xué)習(xí) 第九周6 CAD 制圖 第十周7 撰寫說明書 第十一周8 英文文獻(xiàn)翻譯，答辯 第十二周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1]王勇勤.雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計及改進(jìn).鞍鋼技術(shù).94 年第 6 期[2]詹庭文.大型火焰切割機(jī)的開發(fā)與設(shè)計.上海冶金設(shè)計.93 年 [3]胡堅.中板翻板機(jī)典型機(jī)構(gòu)的運動分析.中國重型裝備.08 年第二期[4]賈景珍，荀鳳超.雙臂曲柄搖桿翻板機(jī)的優(yōu)化設(shè)計.重型機(jī)械.10 年第三期[5]羅迎社.材料力學(xué).武漢理工大學(xué)出版社.01 年 7 月第一版[6]吳宗澤，羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.高等教育出版社.06 年 5 月第三版[7]紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版[8]張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版[9]周良德，朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學(xué).湖南科學(xué)技術(shù)出版社.02 年 9 月第一版湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案和總體裝配學(xué) 院：興湘學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 號：2007964213 姓 名：羅東平 指導(dǎo)教師：胡自化 (教授) 完成日期： 2011 年 6 月 7 號 摘要手動火焰清理設(shè)備一直是鋼鐵企業(yè)的常用設(shè)備。這項艱苦的工作經(jīng)常是在高溫，高粉塵及噪聲污染的惡劣環(huán)境中進(jìn)行的。為了改善手工作業(yè)環(huán)境以及由于手工作業(yè)帶來的低效率，高成本等問題，如今鋼鐵行業(yè)逐漸重視對鋼坯清理的機(jī)械作業(yè)的研發(fā)。所謂鋼坯火焰清理就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的工序。該工序能有效提高鋼材的軋制質(zhì)量，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)鋼材提供了必要的保證。鋼坯火焰清理按工作溫度分為熱鋼坯火焰清理和冷鋼坯火焰清理；鋼坯火焰清理按操作方式分為手工作業(yè)和機(jī)械作業(yè)方式。其中實現(xiàn)機(jī)械作業(yè)的裝置稱火焰清理機(jī)，他是通過專門燒嘴將氧氣和煉焦煤氣進(jìn)行混合，燃燒火焰預(yù)熱連鑄鋼坯，然后利用高壓純氧流與鋼坯表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，對鋼坯火焰清理機(jī)需要采取機(jī)械作業(yè)方式，冷鋼坯火焰清理機(jī)即可采用手工作業(yè)方式，又可采用機(jī)械作業(yè)方式。冷鋼坯火焰清理即可采用手工作業(yè)方式，又可采用計息作業(yè)方式，但由于我國目前非常缺乏專門的火焰清理機(jī)的設(shè)計、制造研發(fā)能力，國內(nèi)鋼坯火焰清理主要采用手工作業(yè)冷鋼坯清理方式。本課題組的工作重點主要有下面幾個方面：1、進(jìn)行鋼坯火焰清理機(jī)總體功能分析2、進(jìn)行鋼坯火焰清理機(jī)初步設(shè)計方案可行性論證3、基于確定初步設(shè)計方案進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括鋼坯翻板、缺陷清理、廢屑排除等典型功能裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算4、鋼坯火焰清理機(jī)的具體技術(shù)指標(biāo)為：工作溫度：0°C—50 °C，相對適度：≤90%工作電源：380V±10% /3 相/50HZ鋼坯臨界尺寸（mm）：（長*寬*高）：(200~300)*（1850~2280）*（2000~4000 ）具有鋼坯自動夾緊與松開、自動翻板功能；燒嘴能自動點火與熄滅，且高度能手動可調(diào)；具有自動排屑功能；導(dǎo)軌帶有自動防屑塵的防護(hù)罩。關(guān)鍵字：鋼坯，火焰清理，火焰清理機(jī)，總體方案設(shè)計，導(dǎo)軌AbstractManual flame cleaning equipment commonly used in iron and steel enterprises has been the equipment. The hard work is often at high temperatures, high dust and noise pollution, the harsh environments. In order to improve the environment as a result of manual work to bring the low efficiency of manual work, cost and other issues, is now increasing emphasis on the billet steel industry clean-up research and development of mechanical operations. The so-called clean-up is the use of high-temperature flame billet flame gas cutting and melting the role of the slab surface defects in addition to burning processes. The process can improve the quality of rolled steel, in order to produce high quality steel provides the necessary guarantees. Billet flame temperature is divided into hot clean-up by cleaning and cold billet billet flame flame cleaning; billet flame into manual clean-up operation by operation, and mechanical practices. Mechanical operation of the device to achieve them, said flame cleaning machine, he will be through a special burner to mix oxygen and coking coal gas, burning flame preheating continuous casting billets, and then using high pressure oxygen flow with the billet surface oxidation, flame cleaning of steel billet machine need to take mechanical practices, cold steel billet flame cleaning machine can be manually practices, but also can be mechanical practices. Cold billet flame cleaning practices can be used manually, but also can be used interest-bearing practices, but because our country is lack of specialized flame cleaning machine design, manufacturing R & D capabilities, domestic steel flame mainly manual work cleaning up the cold slab clean way. The main focus of the work our group has the following aspects: 1, the overall function of slab of flame cleaning machine 2, the initial billet flame cleaning machine design feasibility 3, based on the preliminary design to determine preliminary design, including the billet flap, defect clean up, debris excluded from the typical functional device working principle and structure design calculations 4, billet flame cleaning machine specific technical indicators: Operating temperature: 0 ° C-50 ° C, relatively modest: ≤ 90% Power supply: 380V ± 10% / 3 phase / 50HZ Billet critical size (mm): (L * W * H): (200 ~ 300) * (1850 ~ 2280) * (2000 ~ 4000) Automatic clamping and release with the billet, automatic shutter function; Automatic ignition and extinguishing of the burner can, and the height can be manually adjusted; Function with automatic chip removal; Rail with automatic anti-litter dust shield. Keywords: billet, flame cleaning, flame cleaning machine, the overall design, rail 湘 潭 大 學(xué) 興湘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計及總體裝配姓 名 羅東平 學(xué)號 2007964213專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 興湘學(xué)院機(jī)械一班指導(dǎo)教師 胡自化 職稱 教授填寫時間 2010 年 3 月 20 日2010 年 3 月說 明1．根據(jù)湘潭大學(xué)《畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告》，由指導(dǎo)教師簽署意見，系主任批準(zhǔn)后實施。2．開題報告是畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3．畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4．本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于 2000 字。5．開題報告檢查原則上在第 2～4 周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后， 應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。6. 填寫說明：(1) 課題性質(zhì) ：可填寫 A．工程設(shè)計；B． 論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。(2) 課題來源：可填寫 A．自然科學(xué)基金與部、省、市級以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托 課題；C．校級基金課題；D．自擬課題。(3) 除自擬課題 外，其它課題必須要填寫課題的名稱。(4) 參考文獻(xiàn)不能少于 10 篇。(5) 填寫內(nèi)容的字體大小 為小四，表格所留空不夠可增頁。本科畢業(yè)設(shè)計 (論文)開題報告學(xué)生姓名 羅東平 學(xué) 號 2007964213 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其 自動化指導(dǎo)教師 胡自化 職 稱 教授 所在系 機(jī)電系課題來源 科研 課題性 質(zhì) 工程技術(shù)研究課題名稱 鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計—總體方案設(shè)計及總體裝配一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況所謂鋼坯火焰清理（searfingofbillet）就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的工序。該工序能有效提高鋼材的軋制質(zhì)量，為熱鋼坯火焰清理和冷鋼坯火焰清理；鋼坯火焰清理按操作方式分為手工作業(yè)和機(jī)械作業(yè)兩種方式。其中實現(xiàn)機(jī)械作業(yè)的裝置稱火焰清理機(jī)。它是通過專門燒嘴將氧氣和煉焦煤氣進(jìn)行混合，燃燒火焰預(yù)熱連鑄鋼坯，然后利用高壓的純氧流與鋼坯表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，對鋼坯的一個頂面、一個底面和兩個側(cè)面的表面缺陷進(jìn)行火焰清理作業(yè)。熱鋼坯火焰清理需要采取機(jī)械作業(yè)的方式。冷鋼坯火焰清理既可采用手工作業(yè)方式，又可采用機(jī)械作業(yè)方式。但由于我國目前非常缺乏專門的火焰清機(jī)的設(shè)計、制造研發(fā)能力，國內(nèi)鋼坯火焰清理主要采用手工作業(yè)冷鋼坯火焰清理方式。鋼坯火焰清理技術(shù)起源于美國，成熟于韓國，是全球冶金行業(yè)率先進(jìn)行批量化檢驗板坯皮下缺陷的先進(jìn)手段，目前正風(fēng)靡于世界冶金業(yè)。而隨著我國鋼鐵工業(yè)對鋼種質(zhì)量的需求進(jìn)一步提高，鋼坯的火焰表面清理技術(shù)顯得越來越重要，實踐證明利用火焰清理鋼坯缺陷，能有效地提高鋼材的軋制質(zhì)量。近幾年來國內(nèi)高度重視鋼坯火焰清理技術(shù)在國內(nèi)冶金業(yè)的應(yīng)用，如 2006 年寶鋼分公司煉鋼廠 4 號連鑄機(jī)工程配套改造項目：二煉剛火焰清理機(jī)技改工程熱負(fù)荷試車一次成功，順利投入運行。我國目前火焰清理機(jī)研發(fā)十分落后的局面，注定我國民族冶金企業(yè)必須走自主創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，通過對鋼坯火焰清理機(jī)研發(fā)中的整體方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、制造與裝配等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行校企聯(lián)合公關(guān)，我國才能夠較快較全面掌握鋼坯火焰清理技術(shù)，為我國冶金企業(yè)長期發(fā)展注入強勁的活力。因此，鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計項目具有十分深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義和工程應(yīng)用價值。二、研究內(nèi)容、預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施 為滿足連鑄鋼坯的規(guī)格尺寸和改善手工作業(yè)環(huán)境，鋼坯火焰清理機(jī)項目的設(shè)計基本任務(wù)如下：1、 進(jìn)行鋼坯火焰清理機(jī)總體功能分析2、 進(jìn)行鋼坯火焰清理機(jī)初步設(shè)計方案可行性論證3、 基于確定初步設(shè)計方案進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括鋼坯翻板、缺陷清理、廢屑排除等典型功能裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。鋼坯火焰清理機(jī)得具體技術(shù)指標(biāo)為：工作溫度：0℃~50 ℃ 相對濕度:≤90%工作電源：380V±10% 3 相 50HZ鋼坯臨界尺寸：最小=200*1850*2000最大=300*2280*4000火焰清理機(jī)是清除鋼坯上、下表面氧化層和表層下裂紋缺陷的重要設(shè)備，是軋制加工質(zhì)量的前期必要保障，因此，為滿足火焰清理工序要求和項目技術(shù)指標(biāo)要求，鋼坯火焰清理機(jī)應(yīng)具有如下功能：1、鋼坯柔性支承與定位功能2、鋼坯自動夾緊與轉(zhuǎn)動翻板功能3、氧化皮和裂紋自動去除功能4、廢屑自動排除功能三、主要特色及工作進(jìn)度主要特色：利用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，基于 solidwork08 等軟件對理論設(shè)計的進(jìn)行參數(shù)化建模，動態(tài)仿真。四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）參考文獻(xiàn)[1]王勇勤.雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計及改進(jìn).鞍鋼技術(shù).94 年第 6 期[2]詹庭文.大型火焰切割機(jī)的開發(fā)與設(shè)計.上海冶金設(shè)計.93 年 [3]胡堅.中板翻板機(jī)典型機(jī)構(gòu)的運動分析.中國重型裝備.08 年第二期[4]賈景珍，荀鳳超.雙臂曲柄搖桿翻板機(jī)的優(yōu)化設(shè)計.重型機(jī)械.10 年第三期[5]羅迎社.材料力學(xué).武漢理工大學(xué)出版社.01 年 7 月第一版[6]吳宗澤，羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.高等教育出版社.06 年 5 月第三版[7]紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版[8]張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版[9]周良德，朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學(xué).湖南科學(xué)技術(shù)出版社.02 年 9 月第一版指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系意見 系主任簽名：年 月 日院意見 教學(xué)院長簽名： 年 月 日1第一章 引言1.1 概述手動火焰清理設(shè)備一直是鋼鐵企業(yè)的常用設(shè)備。這項艱苦的工作經(jīng)常是在高溫，高粉塵及噪聲污染的惡劣環(huán)境中進(jìn)行的。為了改善手工作業(yè)環(huán)境以及由于手工作業(yè)帶來的低效率，高成本等問題，如今鋼鐵行業(yè)逐漸重視對鋼坯清理的機(jī)械作業(yè)的研發(fā)。所謂鋼坯火焰清理就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的工序。該工序能有效提高鋼材的軋制質(zhì)量，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)鋼材提供了必要的保證。鋼坯火焰清理按工作溫度分為熱鋼坯火焰清理和冷鋼坯火焰清理；鋼坯火焰清理按操作方式分為手工作業(yè)和機(jī)械作業(yè)方式。其中實現(xiàn)機(jī)械作業(yè)的裝置稱火焰清理機(jī)，他是通過專門燒嘴將氧氣和煉焦煤氣進(jìn)行混合，燃燒火焰預(yù)熱連鑄鋼坯，然后利用高壓純氧流與鋼坯表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，對鋼坯火焰清理機(jī)需要采取機(jī)械作業(yè)方式，冷鋼坯火焰清理機(jī)即可采用手工作業(yè)方式，又可采用機(jī)械作業(yè)方式。冷鋼坯火焰清理即可采用手工作業(yè)方式，又可采用計息作業(yè)方式，但由于我國目前非常缺乏專門的火焰清理機(jī)的設(shè)計、制造研發(fā)能力，國內(nèi)鋼坯火焰清理主要采用手工作業(yè)冷鋼坯清理方式。1.2 鋼坯火焰清理機(jī)的發(fā)展概況鋼坯火焰清理技術(shù)起源于美國，成熟于韓國，是全球冶金行業(yè)率先進(jìn)行批量化檢驗板坯皮下缺陷的先進(jìn)手段，目前正風(fēng)靡于世界冶金業(yè)。而隨著我國鋼鐵工業(yè)對鋼種質(zhì)量的需求進(jìn)一步提高，鋼坯的火焰表面清理技術(shù)顯得越來越重要，實踐證明利用火焰清理鋼坯缺陷，能有效地提高鋼材的軋制質(zhì)量。近幾年來國內(nèi)高度重視鋼坯火焰清理技術(shù)在國內(nèi)冶金業(yè)的應(yīng)用，如 2006 年寶鋼分公司煉鋼廠 4 號連鑄機(jī)工程配套改造項目：二煉剛火焰清理機(jī)技改工程熱負(fù)荷試車一次成功，順利投入運行。改造后，二煉鋼火焰清理機(jī)清理鑄坯的最大寬度可從 1450 毫米增至 1750 毫米，年清理能力也將由 60 萬噸擴(kuò)大到 120 萬噸。又如2010 年遷鋼公司板坯火焰清理機(jī)熱試成功，設(shè)計年處理板坯 190 萬噸，為該公司低成本生產(chǎn)高端高效產(chǎn)品，尤其是高品質(zhì)汽車板、加點板提供了技術(shù)保證，遷鋼成為國內(nèi)繼寶鋼之后第二家投入火焰清理機(jī)的企業(yè)。但該板坯火焰清理機(jī)主體設(shè)備均由日本 KBK 公司和美國 L-TEC 公司聯(lián)合設(shè)計制作?？梢姡瑖怃撆骰鹧媲謇砑夹g(shù)現(xiàn)處于極度保密的狀態(tài)，國內(nèi)需要花費巨大的外匯來進(jìn)口國外的鋼坯火焰清理機(jī)的整機(jī)和關(guān)鍵核心部件，而且維修服務(wù)費用昂貴?；谖覈壳盎鹧媲謇頇C(jī)研發(fā)十分落后的局面，注定我國民族冶金企業(yè)必須走自主創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，通過對鋼坯火焰清理機(jī)研發(fā)中的整體方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、制造與裝配等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行校企聯(lián)合公關(guān)，我國才能夠較快較全面掌握鋼坯火焰清理技術(shù)，為我國冶金企業(yè)長期發(fā)展注入強勁的活力。因此，鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計項目具有十分深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義和工程應(yīng)用價值21.3 鋼坯火焰清理機(jī)開發(fā)的理由和目的* 產(chǎn)品質(zhì)量方面的要求* 日益高漲的作業(yè)費用* 改善人工清理時嚴(yán)酷的工作環(huán)境* 排除人工清理產(chǎn)生的不穩(wěn)定性* 保證高質(zhì)量和高附加值* 克服在其他表面處理作業(yè)時被限制的能力1.4 鋼坯火焰清理機(jī)的具體技術(shù)指標(biāo)：工作溫度 0°C—50°C 相對適度 ≤90%工作電源 380V±10%/3 相/50HZ鋼坯臨界尺寸 （長*寬*高）最小=200*1850*2000 最大=300*2280*4000一次清理深度 0．8mm—4.2mm清理速度 6m/min—9m/min清理軌跡要求具有三軸兩聯(lián)動數(shù)控插補具有鋼坯自動翻板功能燒嘴能自動點火與熄滅，且高度能手動可調(diào)具有機(jī)械擋屑、自動排屑功能導(dǎo)軌帶自動防屑塵的防護(hù)罩圖表 1-1 技術(shù)指標(biāo)1.5 本文主要研究的內(nèi)容對鋼坯火焰清理機(jī)進(jìn)行總體功能分析，確定總體方案以及翻板裝置的仿真模擬。3第二章 整體布局2.1 鋼坯火焰清理機(jī)工作原理和功能火焰清理機(jī)往往是安裝在初軋機(jī)和大剪機(jī)之間的生產(chǎn)線上，是對連鑄板坯、方坯或鋼錠鋼表面缺陷，通過利用氧氣-燃?xì)膺M(jìn)行熱化學(xué)的氧化反應(yīng)，對其進(jìn)行表面缺陷處理的設(shè)備?；鹧媲謇頇C(jī)除了可以去除材料表面的瑕疵外，還可以通過火焰燒嘴噴出的氣流力量，把因加熱后產(chǎn)生的脫碳層、殘余的氧化層渣滓或其他不純物質(zhì)吹走，提高鋼坯表面的質(zhì)量和成材率。按設(shè)計要求，該裝置由鋼坯輸送裝置、氧化皮和裂紋自動清理裝置、鋼坯翻板裝置、廢屑自動排除裝置等部分所組成。鋼坯先用吊具吊放于預(yù)制工作區(qū)，然后由輥道輸送到第一清理位，安裝在第一清理位的清理機(jī)啟動作業(yè)，完成上表面的清理。上表面清理后輥道動力啟動，把鋼坯運送到翻板機(jī)構(gòu)位，翻板機(jī)構(gòu)啟動對鋼坯的翻板，鋼坯被翻轉(zhuǎn)180°后右邊的輥道動力啟動，把鋼坯輸送到第二清理位，進(jìn)行下表面的清理，整個清理工作完成后，由輥子運輸輥道輸送出來，進(jìn)行冷卻、堆碼等。整個鋼坯清理機(jī)流程示意圖、三維安裝示意圖見下文。2.2 流程示意如圖：圖 2-1 平面布局示意圖1 一清理位 1 2—清理位 2 3—送入輥道 4—送出輥道 5—翻板機(jī)構(gòu)和清理區(qū) 6—預(yù)制工作區(qū)2.3 安裝示意圖：4圖 2-2 鋼坯火焰清理機(jī)總安裝示意圖2.4 火焰清理機(jī)作業(yè)流程圖輥道傳送 翻板區(qū)翻板輥道傳送鋼坯（由吊具調(diào)至預(yù)制加工區(qū)）鋼坯火焰清理機(jī)清理區(qū) 1鋼坯火焰清理機(jī)清理區(qū) 2吊具吊走、堆碼圖 2-3 火焰清理機(jī)作業(yè)流程示意圖5第三章 各結(jié)構(gòu)設(shè)計分析3.1 鋼坯翻板裝置設(shè)計1.1 鋼翻板裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：（1）齒輪傳動雙臂翻板機(jī)如圖：圖 3-1 齒輪傳動雙臂翻板機(jī)結(jié)構(gòu)特點：兩翻臂分別由大小兩個齒輪嚙合傳動，在翻板時，為達(dá)到不帶負(fù)荷啟動的目的，兩翻臂都要在低于水平位置下方 5 度時啟動，而翻板時翻轉(zhuǎn)臂的交接點在 A 點位置，即送鋼側(cè)的翻臂要走過 100 度，而接鋼側(cè)要走過 90度。鋼板在翻轉(zhuǎn)的過程中，過了中間垂直位置后，鋼板是以送鋼臂的初速度開始并以變加速度進(jìn)行翻板，其翻轉(zhuǎn)的角加速度是隨著鋼板翻轉(zhuǎn)的角度增加而加大的，它一定是以某個速度翻轉(zhuǎn)到接鋼板的翻臂上，所以會產(chǎn)生噪聲和沖擊，整個翻板過程電機(jī)要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)。（2）雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)如圖：6圖 3-2 雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)特點：該翻板機(jī)由一臺交流電動機(jī)驅(qū)動，由互相連接的兩套四桿機(jī)構(gòu)組成。主動驅(qū)動為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，而翻板為雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)由中間長軸和一個成直角的拐作為中間連接。整個傳動系統(tǒng)是在減速器的低速軸兩端各裝一個有一定偏角的曲柄 a1、a2，由它們分別帶動兩套四桿機(jī)構(gòu)，用連桿 b 與兩根翻板中間長軸相連。該翻板機(jī)最大的特點就是有一個鋼板的接送過程。優(yōu)點：解決沖擊發(fā)出噪聲并對鋼板表面有可能有一定的損傷，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低（3）液壓翻板機(jī)隨著計算機(jī)和液壓伺服技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓技術(shù)由于有獨特的優(yōu)良特性而廣泛地運用于冶金設(shè)備中，從而產(chǎn)生了一種新型翻板機(jī)——液壓翻板機(jī)。如圖：7圖 3-3 液壓翻板機(jī)優(yōu)點：同步長軸上加上角度檢測裝置，對翻板的角度信號進(jìn)行處理，再通過伺服系統(tǒng)，對翻板過程就能實現(xiàn)速度和位置的精確控制。因此液壓翻板機(jī)具有比機(jī)械翻板機(jī)更加平穩(wěn)的翻板過程，從而實現(xiàn)無噪聲化生產(chǎn)。缺點：該結(jié)構(gòu)需要的控制水平要求高，且采用液壓系統(tǒng)，成本高，投資大1.2 翻板結(jié)構(gòu)設(shè)計具體采用方案通過上述幾種類型翻板機(jī)構(gòu)的分析，可以看出齒輪翻板機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠但是沖擊大、對噪聲大對環(huán)境的影響大。而且由于翻板過程中的沖擊會對鋼板產(chǎn)生表面損傷，而液壓翻板機(jī)得翻板過程平穩(wěn)，但是控制水平要去高，投資較大，所以本課題設(shè)計翻板結(jié)構(gòu)部分選用上述雙臂曲軸搖桿式翻板機(jī)思路進(jìn)行設(shè)計具體結(jié)構(gòu)如圖所示：8圖 3-4 翻板結(jié)構(gòu)三維示意圖3.2 火焰清理裝置方案論證鋼坯火焰清理機(jī)就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除。3.2.1 外形結(jié)構(gòu)分析常見的數(shù)控火焰清理裝置外形結(jié)構(gòu)有懸臂式和龍門式兩種方案方案 1 懸臂式（如圖）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的敞開性，占用場地少，成本低缺點：懸臂式結(jié)構(gòu)，當(dāng)伸臂跨距太長時，由于火焰槍作業(yè)時有上下左右的行走，安裝在伸臂端，只有一側(cè)支撐，顯得結(jié)構(gòu)很單薄，且平穩(wěn)性不好，不利于長期穩(wěn)定的作業(yè)。懸臂式結(jié)構(gòu)，單邊驅(qū)動，只能固定在某一位置，不可挪動，隨著使用年限增加，誤差也會隨著增加，無改造價值9圖 3-5 懸臂式方案 2 門式（如圖 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，剛性高，減震穩(wěn)定性好，門式結(jié)構(gòu)可以采用雙邊驅(qū)動，整個作業(yè)機(jī)構(gòu)可以再導(dǎo)軌上移動，不是固定某一個位置不能移動。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，橫梁可以采用箱子式焊接技術(shù)，不變形，使用年限長，具有改造價值。圖 3-6 龍門式3.2.2 傳動方案選取機(jī)械傳動部件通常有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動等，其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此可以說，機(jī)械傳動部件實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器，其目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。機(jī)械傳動部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動類型、傳動方式、傳動剛度以及傳動可靠性對機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。因此，應(yīng)設(shè)計10和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件。如圖（3）所示：圖 3-7 清理結(jié)構(gòu)三維示意圖機(jī)械傳動部件中的傳動機(jī)構(gòu)及其傳動功能如下圖表運動的變換 動力的變化 基本功能傳動機(jī)構(gòu)形式 行程 方向 速度 大小 形式絲杠螺母 Δ Δ Δ齒輪 Δ Δ Δ齒輪齒條 Δ Δ鏈輪鏈條 Δ帶、帶輪 Δ Δ纜繩、繩輪 Δ Δ Δ Δ Δ杠桿機(jī)構(gòu) Δ Δ Δ連桿機(jī)構(gòu) Δ Δ Δ凸輪機(jī)構(gòu) Δ Δ Δ Δ摩擦輪 Δ Δ Δ軟軸 Δ間歇機(jī)構(gòu) Δ11蝸輪輪蝸桿 Δ Δ Δ萬向聯(lián)軸器 Δ注：Δ 表示有此功能 （圖表） 從表中可以看出，齒輪齒條傳動既可將直線運動或回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動或直線運動，又可將驅(qū)動力或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動力；帶傳動、蝸輪蝸桿傳動及各類齒輪減速器既可進(jìn)行升速或降速，也可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩大小的變換。絲杠螺母機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)動力形式的變化，主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。3.2.3 工作臺沿導(dǎo)軌縱向移動的傳動方案和沿橫梁橫向運動方案選定工作臺縱向沿導(dǎo)軌運動和沿橫梁橫向運動都是只作直線運動，而電機(jī)軸作旋轉(zhuǎn)運動，動力的形式起到變化。由以上分析，以下為直線傳動的常用方案：方案 1 電機(jī)→聯(lián)軸器→變速箱→齒輪→齒條方案 2 伺服電機(jī)→一級齒輪→絲杠→絲杠螺母方案 3 伺服電機(jī)→聯(lián)軸器→絲杠→絲杠螺母方案 1：電機(jī)與絲杠用聯(lián)軸器直接連接可以使傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量減小，減小電機(jī)的負(fù)擔(dān)，采用精密齒輪齒條傳動滿足長行程的需要。方案 2，3：采用絲杠—絲杠螺母傳動，精度高，但是長絲杠制造成本極高，安裝上難度大，6m 的滾珠絲杠需要定做，價格在 8 萬左右。3.2.4 火焰槍升降結(jié)構(gòu)分析因為所謂的鋼坯火焰清理機(jī)是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的一道工序。所以火焰清理機(jī)的清理裝置可以仿火焰切割機(jī)進(jìn)行設(shè)計，火焰清理槍安裝在割炬上。考慮到成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、自動化等因素，火焰清理裝置的升降結(jié)構(gòu)一般有以下手動和自動兩種方案：方案 1、采用手動升降割炬12圖 3-8 手動升降割炬1-托輥 2-橫梁 3-導(dǎo)軌 4-載體 5-橫向調(diào)節(jié)手輪 6-割炬 7-升降手輪割炬的升降由手動實現(xiàn)，如圖 3-8 所示。開條裝置固定在橫梁的托架上，托架的數(shù)量視不同軌距而定。梁安裝在同一水平的托架平面上，梁上置有供數(shù)個載體橫向移動的導(dǎo)軌，載體數(shù)量可根據(jù)需求配置。每個載體上配有一把割炬，并設(shè)有橫向調(diào)節(jié)手輪，該手輪可調(diào)節(jié)載體的位置及載體間的距離，割炬的割嘴與鋼板的距離可通過升降手輪來調(diào)節(jié)。此種割炬升降結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點；但是操作麻煩，一般用于小軌距門式火焰清理機(jī)。方案 2、自動升降割炬131-滑座 2-橫梁 3-橫向調(diào)節(jié)手輪 4-升降裝置 5-割炬 6-升降調(diào)節(jié)手輪圖 3-9 自動升降割炬割炬的升降由自動實現(xiàn)，如圖 3-9 所示。橫梁導(dǎo)軌上配有數(shù)個滑座，其數(shù)量可根據(jù)用戶所需的割炬數(shù)而定。滑座平面上裝有電動升降裝置，割炬座固定在升降裝置的座上。每個滑座的位置可通過橫向調(diào)節(jié)手輪來設(shè)定；割炬座升降調(diào)節(jié)手輪，用于手動調(diào)節(jié)割炬的高度，割炬的自動化升降由電動升降裝置來實現(xiàn)。此種升降結(jié)構(gòu)自動化程度高、操作方便。2.5 火焰清理裝置總方案由以上分析，確定本次設(shè)計清理裝置總體機(jī)械設(shè)計方案：機(jī)架整體采用門式結(jié)構(gòu)方案，由于要清理的鋼板長度最長為 4m，所以橫梁跨度超過 4000mm，采用雙邊驅(qū)動。橫梁采用箱型結(jié)構(gòu)固定在兩端縱向立柱上，隨立柱在導(dǎo)軌上做縱向進(jìn)給運動。其他裝置具體設(shè)計如下：a、 橫向驅(qū)動裝置電機(jī)通過減速器驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪和齒條配合傳動帶動滑塊移動，使整個伸臂帶動氣割炬和橫向氣割熔除，清理鋼坯表面缺陷。電動機(jī)通過變頻控制可調(diào)節(jié)橫向走行速度，即橫向清理速度b、 縱向驅(qū)動裝置位于機(jī)架頂部的電機(jī)經(jīng)減速器，齒輪鏈條傳動帶動縱向移動滑塊上下移動，使安裝在縱向移動滑塊上的伸臂上下移動。c、 伸臂及割炬上下移動裝置氣割炬安裝在伸臂頭部，伸臂頭部有驅(qū)動部分能夾持氣割炬 ，并通過齒輪齒條傳動，使氣割炬前后移動伸臂的后部裝有氣割炬左右移動用的電機(jī)經(jīng)減速機(jī)和齒輪齒條傳給伸臂頭部的氣割炬上下驅(qū)動的裝置，控制清理作業(yè)。d、 氣割炬和點火槍氣割炬通過預(yù)熱焦?fàn)t煤氣、預(yù)熱氧氣在割嘴處混合，形成混合氣體火焰，切割用的氧氣通過割嘴中心噴出進(jìn)行氣割。管體及噴嘴均通過冷卻。為了能使氣割炬點火，還裝置了點火槍，點火槍裝在氣割炬的管體上，通入的焦?fàn)t煤氣在混合部吸入空氣，混合氣體從點火槍燒嘴噴出明火，可以點燃?xì)飧罹婊鹧妗Ｊ疽鈭D如下：14圖 3-10 燒嘴e、其他配件此鋼坯火焰清理機(jī)采用數(shù)控自動控制機(jī)械作業(yè)，清理軌跡要具有三軸兩聯(lián)動數(shù)控插補，所以還需要配備數(shù)控控制操作盤、數(shù)控系統(tǒng)、電器操作盤，由于該鋼坯火焰清理機(jī)，是利用氧氣和焦?fàn)t煤氣的混合燃燒產(chǎn)生高溫火焰對鋼坯表面缺陷進(jìn)行氣割和熔除達(dá)到清理鋼坯表面提高鋼坯質(zhì)量的原理，所以還需要能源控制系統(tǒng)（壓力表、減壓閥、截止閥、電磁閥等） ，另外，由于有些部件處于高溫環(huán)境中，所以還需要設(shè)計水冷卻系統(tǒng)、管道等。3.3 鋼坯的輸送裝置設(shè)計輸送機(jī)已有很長的歷史，古埃及人在建造金字塔時，就已開始利用其“轉(zhuǎn)動”的原理，搬運石材。今天，輸送機(jī)被廣泛用于各個行業(yè)。如礦山、港口碼頭、自動化生產(chǎn)線等。一般而言，輸送機(jī)是可以連續(xù)地搬運物品的搬運機(jī)械。輸送機(jī)可定義為：以上部構(gòu)造作為支撐面，承載、移動所要搬運的貨物的機(jī)械。美國輸送機(jī)行業(yè)對輸送機(jī)的定義是：從一定或任意的裝載地到卸貨地，經(jīng)設(shè)定的路線，將散裝、包裝等搬運貨物，以水平、傾斜及垂直方式進(jìn)行搬運的機(jī)械設(shè)備。153.3.1. 輸送機(jī)的分類及種類輸送機(jī)的種類很多，分類方法也各有不同，按構(gòu)造、傳動方式區(qū)分有皮帶輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)、輥子輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、振動輸送機(jī)、流體輸送機(jī)、氣墊式輸送機(jī)、升降電梯輸送機(jī)等。所以輸送機(jī)器的設(shè)計有多種方案。鋼鐵礦業(yè)部門常用的輸送機(jī)，采用輥子輸送機(jī)型號比較多。本次設(shè)計選用輥子輸送機(jī)。輥子輸送機(jī)也稱滾筒輸送機(jī)。將穿過輥子中心線的軸的兩端。固定在左右兩側(cè)的支架上，數(shù)個以上被固定的滾子按一間隔排列就構(gòu)成了輥子輸送機(jī)。輥子輸送機(jī)按驅(qū)動方式分為：重力（驅(qū)動）輥道輸送機(jī)和動力（驅(qū)動）輥道輸送機(jī)兩大類a. 重力輥子輸送機(jī)重力輥子輸送機(jī)是利用自重連續(xù)搬運物品的機(jī)械。嚴(yán)格講輸送機(jī)在呈傾斜狀態(tài)時，是利用自重來搬送物品的，而在輸送機(jī)呈水平狀態(tài)時，就不是靠重力，而是要通過人力或其它外力來移動物品了。重力輥子輸送機(jī)的優(yōu)點：不需要動力、構(gòu)造簡單、維修費用低、價廉以及布局易變更等。缺點：1、由于是在傾斜的輸送機(jī)上利用自重移動物品，輸送機(jī)越長，由于加速度的原因而造成移動速度越來越快。2、重物品的移動速度快，輕物品移動速度慢或不移動。當(dāng)輕、重物品同時被搬運，而物品的重量相差較大時，會因移動速度的差異發(fā)生物品碰撞，造成物品損傷或脫離輥道。b. 動力輥子輸送機(jī)動力輥子輸送機(jī)是將電機(jī)輸出的動力，通過傳動裝置傳給輥子，帶動輥子旋轉(zhuǎn)而搬運物品的機(jī)械。動力輥子的設(shè)計常用方案有以下幾種：方案 1：皮帶驅(qū)動輥子輸送機(jī)由皮帶將電機(jī)的動力傳給輥子，帶動輥子旋轉(zhuǎn)而搬送貨物。根據(jù)使用皮帶的類型可分為：圓型皮帶，平皮帶和 V 型皮帶。優(yōu)點：帶式輸送機(jī)運行可靠，輸送量大，輸送距離長，維護(hù)簡便16缺點：在特殊環(huán)境中工作的帶式輸送機(jī)，應(yīng)采取耐熱、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等防護(hù)措施。對 于 氣 候 的 適 應(yīng) 性 差 ， 易 打 滑 和 老 化 ， 必 須 有 張 緊裝 置 使 輸 送 帶 達(dá) 到 必 要 的 張 力 ， 以 免 在 驅(qū) 動 滾 筒 上 打 滑 。 皮帶容易跑偏及打滑，且不適合傳動大件、高溫的物件。方案 2:鏈條驅(qū)動輥子輸送機(jī)由鏈條將電機(jī)的動力傳給輥子，帶動輥子回轉(zhuǎn)，通過輥子的回轉(zhuǎn)搬運貨運。鏈條驅(qū)動輥子輸送機(jī)動作原理不通又分為：連續(xù)鏈型和輥子對輥子型。連續(xù)鏈型，通過安裝在電機(jī)上的鏈輪帶動鏈條轉(zhuǎn)動，再通過焊接在輥子端部的鏈輪將鏈條的運動傳達(dá)給輥子，帶動輥子轉(zhuǎn)動，搬運貨運。圖 3-11 連續(xù)型鏈條驅(qū)動輥子輸送機(jī)優(yōu)點：適用于高溫、多塵、油、水及污染的環(huán)境，搬運重物及體積大的物品。缺點：不適合長距離傳送重物，且對鏈條的張緊要求比較嚴(yán)格，往往需要單獨設(shè)置鏈輪鏈條的張緊裝置。圖 3-12 輥子對輥子型17所有輥子兩兩相連形成聯(lián)動關(guān)系。例如，安裝于電機(jī)上的鏈輪順時針旋轉(zhuǎn)時，通過鏈條帶動輥子 A、B 的鏈輪同向回轉(zhuǎn)， B 輥子和Ｃ輥子以鏈條在另一側(cè)相連，Ｂ輥子運動將帶動Ｃ輥子運動，以此類推，所有輥子將實現(xiàn)聯(lián)動。這種輸送機(jī)的優(yōu)點：適用于高溫、多塵、油、水及污染的環(huán)境，搬送較重的物品及需要頻繁停機(jī)或逆轉(zhuǎn)的場合。缺點：鏈輪與鏈條需要一定的張緊，需要設(shè)計張緊裝置，因為以鏈條作為牽引件，輸送速度不能過大，以防止增大動力載荷。鏈條驅(qū)動效率較低。長距離驅(qū)動，容易產(chǎn)生鏈條的脈動。方案 3：齒輪嚙合驅(qū)動電動機(jī)經(jīng)減速器減速通過聯(lián)軸器帶動錐齒輪運動，然后經(jīng)過錐齒輪的嚙合帶動滾筒運動。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖：圖 3-13 齒輪嚙合驅(qū)動輥子示意圖通過齒輪傳動輥子輸送機(jī)的特點：優(yōu)點：齒輪機(jī)構(gòu)傳動具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點。3.3.2 輸送裝置方案選取由于本次輸送裝置的設(shè)計是用來輸送重量在 8~24 噸左右的鋼坯，需要傳遞的功率范圍大，傳動過程中，工作可靠。由于鋼坯是在高溫下進(jìn)行的清理，清理后鋼坯還會保持著高溫，所以不適合帶式輸送機(jī)輸送。綜上分析，本次設(shè)計采用方案 3，齒輪嚙合驅(qū)動式輥子輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。18圖 3-14 輥子安裝三維結(jié)構(gòu)示意圖3.4 鋼屑自動排屑機(jī)構(gòu)排屑機(jī)構(gòu)是將機(jī)床產(chǎn)生的切屑，自動輸送到指定位置的裝置。它可以用于單臺機(jī)床也可以用于多臺機(jī)床的共同排屑，也可以是各種不同方式組合的排屑。3.4.1、 排屑機(jī)的分類：目前國內(nèi)對排屑機(jī)設(shè)計，常用的思路有：磁式、履帶鏈?zhǔn)?、刮板式、螺旋式、大流量水沖涮和振動式幾種。磁式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，排屑量較小，成本較高。履帶式，用于各類材質(zhì)各種狀態(tài)的切屑。尤其適用團(tuán)狀、卷狀得細(xì)長屑，排屑量較大，但是傳動部分與鐵屑不分離，易發(fā)生故障。螺旋式，結(jié)構(gòu)簡單排屑量大，但是一般不能單獨使用，一般多用于偏離排屑中心線短距離輸送。大流量水沖刷，排屑量較大，維修方便，故障率低，使用壽命長，但是，其占地面積大，使用費用較高，造價較高。振動式，使用于各種材質(zhì)，各種切屑，但是噪聲較大，對環(huán)境影響大。刮板式，適用于各種材質(zhì)的斷屑，成本低。193.4.2、 排屑機(jī)方案分析本課題的鋼屑自動排屑機(jī)構(gòu)采用刮板式思路。常見的排屑機(jī)安裝有以下兩種型式方案 1：挖槽型圖 3-15 挖槽型刮板清理結(jié)構(gòu)a、 排屑機(jī)理在車間地面沿機(jī)床排列方向挖一長溝，根據(jù)機(jī)床位置設(shè)若干投進(jìn)屑口；安裝刮屑刀片（刮板）的橫支架一端安裝液壓油缸，作為動力往復(fù)推拉排屑器。排屑器每往返，鋼屑就向前推進(jìn)一段距離，經(jīng)數(shù)十次推動后，鋼屑即進(jìn)入車間外面的集屑箱中，然后裝車運走。b、 排屑器特點：該排屑器由槽鋼、橫支架、刀片、油缸構(gòu)成，置于排屑槽體的上部。20圖 3-16 刮板結(jié)構(gòu)刮板和橫支架連接采用銷軸連接。當(dāng)排屑器連接的液壓缸往右方向運動時，刮板由于受到防護(hù)罩底盤上的切屑的阻力而繞銷軸做順時針方向翻轉(zhuǎn)，此時支架上的 a 面與刮板上的 b 面逐漸遠(yuǎn)離開來，刮板的 b 面不受支架的作用力，刮板可以自由地繞銷軸 3 做順時針旋轉(zhuǎn)而使下端抬起，從而將切屑留在原地，這樣也實現(xiàn)了，使切屑只能向機(jī)床前端運動。此種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但由于采用了液壓缸驅(qū)動，成本較高。而且清理下來的鐵屑具有高溫，易導(dǎo)致液壓缸爆炸等安全問題。方案 2：機(jī)架型21圖 3-17 機(jī)架式該設(shè)備特點：1、先通過漏斗狀的容器把廢屑收集起來然后通過由動力帶動的運動的刮板把收集到的廢屑排放到指定地點，此過程完全由設(shè)備自動完成，無需任何人力。2、投產(chǎn)大大提高了排屑的能力和生產(chǎn)的自動化程度，更重要的是能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。3、采用電動機(jī)經(jīng)減速器聯(lián)軸器。22結(jié)論與展望本文設(shè)計的自動火焰清理機(jī)是用氧氣和符合要求的可燃?xì)怏w火焰廢噴射鋼坯表面去除氧化皮的設(shè)備。經(jīng)過幾個月的集體努力，獲得了一些成果和結(jié)論。我們求得了曲柄連桿翻版機(jī)構(gòu)中各個桿件載荷和直徑的大小、曲柄翻轉(zhuǎn)過程角度的變化。輥道傳送得出了齒輪機(jī)構(gòu)傳動具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點。清理機(jī)中得出刮板可以自由地繞銷軸做順時針旋轉(zhuǎn)而使下端抬起，從而將切屑留在原地，使得切屑只可以向排屑機(jī)前面排出。整體時間和空間上，各部分裝配到一起去的時候應(yīng)該注意相互之間怎樣配合。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，鋼坯的作用越來越大。需要加工鋼坯兩面的地方越來越多。鋼坯火焰清理機(jī)的出現(xiàn)使得工作效率提高幾個等級，出現(xiàn)的人身安全事故也成倍的減少。為了滿足生產(chǎn)需求我們小組做此設(shè)計來解決清理氧化皮問題，這是為了生產(chǎn)力的提高，為了解決實際問題才結(jié)的此題目。鋼坯火焰清理的需求再將來的鋼坯運用中有很大的好處。在不久的將來，此設(shè)計所說的方案定會在實習(xí)生產(chǎn)中大量的運用。23參考文獻(xiàn)[1]王勇勤.雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計及改進(jìn).鞍鋼技術(shù) .94 年第 6 期[2]詹庭文.大型火焰切割機(jī)的開發(fā)與設(shè)計.上海冶金設(shè)計.93 年 [3]胡堅.中板翻板機(jī)典型機(jī)構(gòu)的運動分析.中國重型裝備.08 年第二期[4]賈景珍，荀鳳超.雙臂曲柄搖桿翻板機(jī)的優(yōu)化設(shè)計.重型機(jī)械 .10 年第三期[5]羅迎社.材料力學(xué).武漢理工大學(xué)出版社.01 年 7 月第一版[6]吳宗澤，羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.高等教育出版社 .06 年 5 月第三版[7]紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版[8]張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版[9]周良德，朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學(xué).湖南科學(xué)技術(shù)出版社.02 年 9 月第一版[10]韓柏榮，門式火焰切割機(jī)開條割炬升降結(jié)構(gòu).造船技術(shù) .1997 第 8 期[11]胡堅.中板翻板機(jī)典型結(jié)構(gòu)的運動分析.中國重型裝備.199824致謝此畢業(yè)設(shè)計結(jié)束之際，大學(xué)生活也隨著它走向完結(jié)。在幾個月的設(shè)計時間里，我學(xué)到的東西是原本相同時間里面學(xué)到的幾倍。它讓我懂得怎樣查找和運用資料、怎樣去解決一個問題、怎樣團(tuán)隊分工合作、怎樣去探討那些未知的事物以及其它學(xué)到的很多方面。有其各種細(xì)微處更加應(yīng)該注意，往往都是細(xì)節(jié)出現(xiàn)錯誤影響總體上的運作。通過用 Solidworks 畫三維圖后，對軟件的運用更加熟練。以前感覺學(xué)的許多科目沒有實際意義，到現(xiàn)在覺得以前的專業(yè)知識不夠扎實，給自己的設(shè)計過程帶來了很大的麻煩。這次畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了自己的綜合能力、自學(xué)能力，從而適應(yīng)未來社會的需要與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要。培養(yǎng)了自己綜合的、靈活的運用的發(fā)揮所學(xué)的知識。 特別感謝我們的導(dǎo)師胡自化老師對我們的悉心指導(dǎo)，在百忙之中抽出時間來幫我們解決問題。胡老師給我們提供的資料使得我們的畢業(yè)設(shè)計更加完善。我覺得通過此次畢業(yè)設(shè)計，讓我懂得怎樣去設(shè)計一個產(chǎn)品，怎樣去分析每一個設(shè)計部分的可行性，培養(yǎng)了我的一種設(shè)計思維，給我以后的工作和學(xué)習(xí)中提供了一個模板。25附錄一：英文文獻(xiàn)原文2627282930313233附錄二：英文文獻(xiàn)翻譯疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損（譯文）鄧建新，劉麗麗，趙進(jìn)龍，孫軍龍山東大學(xué)機(jī)械工程系，中國山東省濟(jì)南 250061，接稿 2006 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月 30 日摘要SiC/（W,Ti)C 疊層結(jié)構(gòu)的陶瓷噴嘴通過熱壓成形，熱壓是為了減少噴嘴進(jìn)出口區(qū)域的拉應(yīng)力。在合成物的燒結(jié)過程中由于 SiC 和(W,Ti)C 固溶體的熱量膨脹系數(shù)和收縮率不同將導(dǎo)致殘余應(yīng)力產(chǎn)生，通過有限元方法可以分析該殘余應(yīng)力。疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損是由沙粒的沖擊產(chǎn)生，這個實驗結(jié)果和一個在相同條件下不受壓應(yīng)力的參考噴嘴實驗結(jié)果相比較而得。這個實驗的結(jié)論已經(jīng)表明疊層陶瓷噴嘴比相類似的自由應(yīng)力噴嘴有更高的抵抗沖蝕磨損性能。1.引言噴沙處理是一個研磨的加工程序并且廣泛地作為表面的加強[1],表面的修正[2]表面的清理和除銹,等等。它適用于硬且脆的材料, 易延展的金屬，合金和非金屬的材處理。在沙噴的過程中，從噴嘴里出來的高速噴射的精細(xì)研磨微粒和載流氣體撞擊目標(biāo)對象的表面來沖蝕該表面。精細(xì)微粒通常由高于幾倍大氣壓的氣流來加速。粒子直接對表面進(jìn)行處理。當(dāng)粒子沖擊表面時, 粒子引起一個小的破碎，氣流會將研磨粒子和已破碎的粒子帶離去。噴嘴是噴沙設(shè)備中最緊要關(guān)頭的部份。有許多因素影響力噴嘴的磨損如：流量率和沖擊角度，沖蝕研磨劑性能，噴嘴的材料和它的幾何形狀，溫度。有高耐磨性的陶瓷有很大的潛力做為沙噴的噴嘴材料。一些研究已經(jīng)顯示陶瓷噴嘴的進(jìn)口區(qū)域展現(xiàn)了一個感應(yīng)去除程序的脆性破碎而中央的區(qū)域顯示出材料切除模態(tài)的耕犁類型。在沙噴中當(dāng)沖蝕的微粒以高的角度 ( 將近 90 °) 沖撞噴嘴進(jìn)口區(qū)段 (見到圖 1) ，噴嘴進(jìn)口區(qū)域遭受形嚴(yán)重的研磨沖擊, 這可能引起大的張應(yīng)力。最高的張應(yīng)力位于噴嘴的進(jìn)口區(qū)域。34因此，噴嘴進(jìn)口區(qū)域的沖蝕磨損相對于中心區(qū)域的磨損來說，總是嚴(yán)重的。圖 1 沙噴過程中沖蝕粒子與噴嘴間的作用示意圖由不同材料的交替層構(gòu)成的疊層混合結(jié)構(gòu)能適當(dāng)?shù)乇辉O(shè)計, 促使對一個表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，從而提高了表面的機(jī)械性能和耐磨性。殘余應(yīng)力增大主要是在于熱膨脹系數(shù) (CTE) ，燒結(jié)率，相階段和相鄰層的彈性模量之間的搭配, 并且殘余應(yīng)力區(qū)域決定于分層的結(jié)構(gòu)幾何形狀和層之間的厚度比率。 Toschi 等人報告疊層混合結(jié)構(gòu)能改善氧化鋁的滑動耐磨性。Portu 等人表明表面區(qū)域受壓縮殘余應(yīng)力的疊層結(jié)構(gòu)組成而得的混合物材料能具備更好的磨擦性能。鄧教授等人證實傾斜的陶瓷噴嘴能展現(xiàn)出比一般位置的陶瓷噴嘴更高的耐磨性。目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 疊層結(jié)構(gòu)的陶瓷噴嘴為了要在噴嘴的進(jìn)出口區(qū)域減少張應(yīng)力 , 靠熱壓的方式生產(chǎn)。在燒結(jié)過程式中疊層噴嘴的殘余應(yīng)力由有限元方法計算而得。疊層陶瓷噴嘴沖蝕磨損對照于相同的條件下一個不受應(yīng)力的叁考噴嘴而被考查。352．材料和實驗步驟2.1. 準(zhǔn)備疊層陶瓷噴嘴材料 SiC /(W,Ti)C 開始的材料是(W,Ti)C 固溶體粉末，平均顆粒大約為 0.8μm，純度為 99.9% 。SiC 粉末的平均顆粒大約為 1μm，純度為 99.8%。六種不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被選擇去設(shè)計六層結(jié)構(gòu) SiC /(W,Ti)C 疊層噴嘴材料。疊層陶瓷噴嘴材料的成分分配在圖 2 被顯示。它指出疊層噴嘴材料的成分分配在噴嘴軸的方向中改變。如 SiC 的熱導(dǎo)率比 (W,Ti) C 的更高, 當(dāng)它的熱膨脹系數(shù)比 (W,Ti) C 的更低時候, SiC 的最高含量的層被提出在進(jìn)入層和出口層中兩地方 ( 見圖 2.1 a) 。相似的無應(yīng)力的噴嘴沒有成分變化在圖中 2(b) 被顯示。疊層陶瓷噴嘴在進(jìn)入和出口兩區(qū)域叫做 GN-3, 無壓應(yīng)力噴嘴叫做 CN-2 。圖 2.1a 為陶瓷噴嘴在進(jìn)口和出口區(qū)域（ GN-3 ）輾壓的照抄原文/ （ W ， Ti ） C 成分分配示意圖； b 為相似的無應(yīng)力噴嘴（ CN-2 ）SiC/(W,Ti) C 以六種不同混合比合成的粉末被分別地在酒精中和接合的碳化物球體研磨 80 個小時而成濕球來作準(zhǔn)備。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次被疊壓進(jìn)入模子之內(nèi)。這時樣品在流動的氮氣中以 30 MPa 壓力 ,1900 ℃溫度熱壓 40 分鐘。2.2.噴沙測試如圖 2.2.1 所示，空氣噴射研磨機(jī)床 ( GS-6 類型) 的示意圖，它由一個36空氣壓縮機(jī)，一只噴射槍，一個控制閥，粒子供應(yīng)管，一個過濾器，一個干燥器，一個調(diào)壓閥，灰塵捕捉器，一個研磨漏斗 , 和一個噴嘴。氣流流程率被被壓縮的空氣控制，而且研磨粒子的速度經(jīng)過噴嘴被調(diào)整為 60 米/ 秒。圖 2.2.1 空氣噴射研磨機(jī)床的示意圖（（ 1 ）空氣壓縮機(jī)， （ 2 ）控制閥，（ 3 ）過濾器， （ 4 ）干燥器， （ 5 ）調(diào)壓閥， （ 6 ）吸塵器， （ 7 ）噴槍） （ 8 ）研磨漏斗， （ 9 ）陶瓷噴嘴） 。被用于這一項研究的沖蝕研磨劑是 50–150μm 谷粒大小碳化硅粉末。作為干沙噴射的 SiC 粉末的 SEM 顯微圖在圖 4 中所示。37圖 2.2.2 沙噴中被用的 SiC 研磨劑的 SEM 顯微圖內(nèi)直徑 8 毫米和長度 30 毫米的噴嘴由 SiC /(W,Ti) C 的疊壓結(jié)構(gòu) (GN-3) 制造而成，無壓應(yīng)力結(jié)構(gòu) (CN-2) 被熱壓制造而成，如圖 2.2.3 所示。圖 2.2.3 GN-3 疊層陶瓷噴嘴的照片磨損的噴嘴損失量被一個精確的電子稱測量。 ( 最小量 0.1 毫克) 。 所有的測試情況在表一中被列出。噴嘴的沖蝕率 (W) 被定義為噴嘴損失量 除1m以噴嘴密度 d 和沖蝕研磨粒子 的乘積: W 的單位為 2m??21/md??g/3。有限元方法 (FEM) 被做為一種數(shù)字地分析在制造過程中疊層陶瓷噴嘴的殘38余應(yīng)力和它的分布狀態(tài)的方法。為微小損害的觀察和沖蝕機(jī)制的檢測, 磨損的噴嘴被軸向地分為區(qū)段。噴嘴的被侵蝕的孔表面由掃描電子顯微鏡檢查。3．結(jié)果和討論3.1 疊層噴嘴材料的顯微結(jié)構(gòu)特征和性能硬度測量在 GN-3 疊層噴嘴材料的橫截面面的每層上放著維氏壓痕處操縱。壓痕負(fù)荷是 200 N ，這時每層的三個壓痕的最小量被測試。每層的維氏硬度 (GPa)靠（P 是壓痕負(fù)荷（N） ，2 是壓痕對線的長度）計算所得。每層 GN-3 疊層噴嘴材料的硬度被列出在表二中。GN-3 疊層陶瓷的噴嘴材料磨光的每層 SEM 顯微圖如圖 3.1 所示。黑色的區(qū)域被 EDX 分析鑒別為 SiC, 和鮮明的對比白色的區(qū)域是(W,Ti)C?？梢员豢吹?，SiC 粒子非常勻均地在顯微結(jié)構(gòu)中普遍分布, 多孔性事實上是不存在的。圖 3.1 GN-3 疊層陶瓷的噴嘴材料磨光的每層 SEM 顯微圖（a）第一層（進(jìn)口區(qū)域） ， （b）第二層， （c）第三層， （d）第四層， （e）第五層， （f）第六層3.2 疊層噴嘴的殘余應(yīng)力制造過程中的疊層陶瓷噴嘴的殘余應(yīng)力被假設(shè)箱子從燒結(jié)溫度 1900℃冷卻到室溫 20℃經(jīng)由有限元方法計算。 （W，Ti）C 和 SiC 的熱機(jī)械性能依下列各項所得:39由于對稱，軸對稱的計算被推薦。假定它是穩(wěn)定狀態(tài)邊界條件，在 GN-3 疊層噴嘴中從燒結(jié)溫度冷卻到窒溫過程中軸向的，徑向的。很明顯，一個額外的壓縮殘余應(yīng)力在 GN-3 疊層噴嘴進(jìn)口與出口區(qū)域處被形成。圖 3.2 GN-3 疊層噴嘴在制造過程中的(a)軸向的( z?)，(b)徑向的( r?)，(c)圓周向的( ??)殘余應(yīng)力沿噴嘴軸向不同位置的分布3.3 疊層噴嘴的沖蝕磨損GN-3 疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損靠在沙噴時和 CN-2 無應(yīng)力陶瓷噴嘴對比來被評定。圖 3.2 顯示 GN-3 和 CN-2 噴嘴在沙噴過程中累積的損失量。很明顯累積的損失量隨著操作時間不斷地增加。在相同實驗條件下，與 GN-3 疊層噴嘴比較,CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴有更高的累積損失量。40圖 3.3 a GN-3 噴嘴和 CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴在沙噴過程中累積的損失量磨損的陶瓷噴嘴在操作之后在縱向的方向被切斷，出現(xiàn)分析失敗。圖 3.3 a 所示為操作 540 分鐘后的 GN-3 和 CN-2 噴嘴的內(nèi)部孔的輪廓相片。它被表明沿著噴嘴縱向的方向磨損的 CN-2 噴嘴的內(nèi)部孔的直徑是比磨損的 GN-3 疊層噴嘴更大, 尤其在噴嘴進(jìn)口區(qū)域。圖 3.3 b 操作 540 分鐘后的 GN-3 和 CN-2 噴嘴的內(nèi)部孔的輪廓相片GN-3 和 CN-2 噴嘴進(jìn)口孔直徑隨著沖蝕時間而變化的結(jié)果如圖 3.3 b 所示。它被指出 CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴進(jìn)口孔的直徑隨操作運行時間而擴(kuò)大得很快。然而GN-3 疊層噴嘴進(jìn)口孔直徑慢慢地隨操作運行時間增大。圖 3.3 d 表示沙噴過程中 GN-3 和 CN-2 噴嘴的沖蝕率對比。顯而可見，無壓應(yīng)力噴嘴的沖蝕率比疊層噴嘴的沖蝕率更高。因此，很顯然在相同測試條件下 GN-3 疊層噴嘴比起GN-2 無壓應(yīng)力噴嘴展現(xiàn)了較高的沖蝕耐磨性。41圖 3.3 c GN-3 和 CN-2 噴嘴進(jìn)口孔直徑隨著沖蝕時間而變化圖 3.3 d 沙噴過程中 GN-3 和 CN-2 噴嘴的沖蝕率對比圖 3.3 e 表明受磨損的 CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴的進(jìn)口孔的表面 SEM 顯微像。從這些 SEM 顯微像, 噴嘴的不同形態(tài)學(xué)和破碎模態(tài)能被清楚地看見。CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴在進(jìn)口區(qū)域處以非常脆的方式中失敗, 而且展現(xiàn)了一個促使去除處理的脆性破碎。位于噴嘴孔表面上有許多明顯的凹坑，該表面表示脆性破碎發(fā)生的表面。呈現(xiàn)在 GN-3 疊層陶瓷噴嘴被侵蝕的進(jìn)口孔表面的典型 SEM 圖 如圖3.3 f 所示。顯而可見，疊層噴嘴受侵蝕的區(qū)域的出現(xiàn)表示與無壓應(yīng)力噴嘴受侵蝕的區(qū)域相比，它有一個相對平滑的表面。42圖 3.3 e 受磨損的 CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴的進(jìn)口孔的表面 SEM 顯微像圖 3.3 f 受磨損的 GN-3 疊層陶瓷噴嘴的進(jìn)口孔表面的 SEM 圖因沖蝕磨損而失敗的陶瓷噴嘴通常由在噴嘴進(jìn)口區(qū)域受大的張應(yīng)力的破碎所引起的 [11-15]。因為噴嘴進(jìn)口區(qū)域遭受嚴(yán)重的研磨沖擊, 而且產(chǎn)生大的張應(yīng)力,這可能引起表面下的側(cè)部裂縫而且促進(jìn)了材料碎片的去除.因此，噴嘴在進(jìn)口區(qū)域處的沖蝕磨損依賴于壓應(yīng)力的分布。一旦最大的張應(yīng)力超過噴嘴材料的極限強度，將會發(fā)生破碎。在進(jìn)口區(qū)域和出口區(qū)域根據(jù)壓縮殘余應(yīng)力的形成而分析， GN-3 疊層噴嘴比 CN-2 無壓應(yīng)力噴嘴具有較高的沖蝕耐磨性。當(dāng)計算以上數(shù)據(jù)之時,在從燒結(jié)溫度到室溫的制造過程中，GN-3 疊層噴嘴的進(jìn)口區(qū)域和出口區(qū)域處將形成受壓的殘余應(yīng)力，它可能會部份地與產(chǎn)生外部負(fù)載的噴嘴的進(jìn)出區(qū)段處的的張應(yīng)力相抵消。這影響可能導(dǎo)致增加對破碎的抵制, 因此增加了疊層噴嘴的沖蝕耐磨43性。4．結(jié)論SiC/(W,Ti)C 疊層陶瓷噴嘴通過熱壓而制造。目的是在沙噴過程間減少噴嘴在進(jìn)口和出口的區(qū)域的張應(yīng)力。特別注意的是疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損。結(jié)果表示了相對于類似的無壓應(yīng)力陶瓷噴嘴，疊層陶瓷噴嘴有上好的沖蝕耐磨性。可靠的機(jī)制被解釋作為在制造過程中疊層陶瓷噴嘴進(jìn)口和出口兩區(qū)域壓縮殘余應(yīng)力的形成，它可能會部份地與產(chǎn)生外部負(fù)載的張應(yīng)力相抵消。疊層結(jié)構(gòu)在陶瓷噴嘴中是一種有效的改善無壓應(yīng)力陶瓷噴嘴的沖蝕耐磨性的方法。鳴謝該研究受到了“中國 (50475133) 的國家自然科學(xué)基金” “高等教育 (20030422105) 的博士計劃專門研究基金 ”， “山東省 (Y2004F08) 自然科學(xué)基金”和“大學(xué)（NCET-04-0622）新世紀(jì)杰出人才計劃”的大力支持。參考文獻(xiàn)[1]李國英，曲面工程，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1998[2]鄧建新，改良的機(jī)器制造陶瓷合成物表面完整性和可靠性的技術(shù)，曲面工程2000； 16(5):411 –4.[3]Raykowski A，燃?xì)馕佪啓C(jī)混合涂料的噴射清潔，存放移動和基體變形。磨損2001;249:127–32.[4]Djurovic B ，纖維合成物的涂料移動和使用淀粉媒體噴射的鋁。磨損 1999;224:22–37.[5]Oka YI ， Ohnogi H 。堅硬的粒子沖擊引起沖蝕損害依賴于沖擊角度，磨損1997;203–204:573 –9.[6]Finnie I， Stevick GR, 角研磨粒子碰撞角度在易延展金屬的沖蝕中的影響，磨損 1992;152:91–7.[7]Wellman RG ，艾倫 C ，沖擊角度和材料性能對陶瓷沖蝕率的影響，磨損 1995;186 –187:117–23.[8]Srinivasan S，Scatterrgood RO ，沖蝕硬度對脆性材料的沖蝕的影響，磨損1988;128:139 –52.[9]Shipway PH，Hutchings IM ，粒子性能對燒結(jié)的碳化硼沖蝕磨損的影響，磨損 1991;149:85–98.[10]Bahadur S ，Badruddin R ，沖蝕粒子的特征和粒子大小與形狀對沖蝕的影響，關(guān)于材料磨損的國際會議學(xué)報，ASME，紐約，(1989):143–53.[11]鄧建新，研磨空氣噴射的碳化硼噴嘴的沖蝕磨損，材料科學(xué)工程學(xué) A， 2005;408(1-2):227-33.[12]鄧建新，在沙噴處理中陶瓷噴嘴的磨損行為。歐洲陶瓷社會的雜志，2003;23:323 –9.44[13]鄧建新，張西華，劉平彰 ，干沙噴射的陶瓷噴嘴的磨損，國際摩擦學(xué) 2006;39(3):274–80.[14]鄧建新，B4C/(W,Ti) C 陶瓷噴擊噴嘴的沙子沖蝕性能。應(yīng)用陶瓷的進(jìn)步 2005;104:59 -64.[15]鄧建新，鄭中菜，在干沙噴射過程陶瓷和粘合的碳化物噴嘴的沖蝕磨損，英國的陶瓷交易， 2003;102:61 –5.[16]Wood RJK ，Wheeler DW, Lejeau DC, 涂抹碳化鎢的 CVD 碳化硼的沙子沖蝕性能,磨損，1999;233 -235:134–50.[17]鄧建新，煤-水-泥漿 (CWS) 陶瓷噴嘴的沖蝕磨損的機(jī)械裝置，材料科學(xué)工程A，2006;417(1 -2):1 -7.[18]丁澤亮，鄧建新，用煤水泥漿燒結(jié)的陶瓷噴嘴的磨損行為，國際陶瓷，2004;34(4):591–6.[19]Lakshminarayanan R ， Shetty DK ，帶有殘余表面壓縮的分層的陶瓷合成物變堅固，美國陶瓷社會的雜志 1996；79(1):79 –87.[20]Cai PZ ，Green DJ，Al2O3/ ZrO2 混血疊壓片的機(jī)械性能，歐洲陶瓷社會的雜志，1998;5:2025 –34.[21]Tarlazzi A，Roncari E ， Pinasco P ， Guicciardi S ，Al2O3/ZrO2- ZrO2 的疊壓合成物的磨擦行為，磨損，2000;244:29–40.[22]Toschi F ， Melandri C ， Pinasco P ，殘余壓應(yīng)力對礬土 / 礬土–氧化鋯疊層混合物的磨損的影響，美國陶瓷社會雜志，2003;86(9):1547 –53.[23]Hillman C ， Suo Z ，疊壓片受雙軸的張應(yīng)力的裂痕，美國陶瓷社會雜志，1996;79:2127.[24]Marshall DB,Ratto JJ,Lange FF，分層的 Ce–ZrO2 和 Al2O3 的微混合物破碎韌性的提高，美國陶瓷社會雜志，1991;74:2979.[25]Sergo V ， Lipkin DM ， Portu GD ，礬土/氧化鋯疊壓片的邊緣應(yīng)力，美國陶瓷社會雜志 1997;80(7):1633–8.[26]Portu GD ， Micele L ， Sekiguchi Y ，Al2O3/3 Y- TZP 多層合成物殘余應(yīng)力分布的測量，2005;53:1511 –20.[27]Portu GD ， Micele L ， Prandstraller D ，疊層陶瓷合成物的研磨磨損在，磨損，2006;260(9 – 10):1104 –11.[28]鄧建新 ，劉麗麗 ，李建風(fēng) ，噴沙表面處理中基能上傾斜的陶瓷噴嘴材料發(fā)展，難熔金屬和高硬度材料的國際雜志，印刷，修正校樣45
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