爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)設(shè)計
爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)設(shè)計,爐頂,連續(xù),旋轉(zhuǎn),布料,系統(tǒng),設(shè)計
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)設(shè)計爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)設(shè)計摘 要目前,礦熱爐爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)正朝著具有熱穩(wěn)定性好、原料適應(yīng)性好、能耗少、產(chǎn)量高、效率高,同時也有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量,是我國工業(yè)冶煉行業(yè)礦熱爐的發(fā)展趨勢。近年來實行全自動化是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢,是加料系統(tǒng)自動化發(fā)展的必要性。本次設(shè)計是關(guān)于連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料器系統(tǒng)的設(shè)計,本文對連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料器做了詳細(xì)的設(shè)計。首先從布料的溫度選擇材料,根據(jù)初期預(yù)想設(shè)計進(jìn)行三維建模并進(jìn)行裝配模擬。然后根據(jù)機(jī)構(gòu)傳動詳細(xì)設(shè)計了內(nèi)側(cè)壁、外側(cè)壁、頂板、軸、減速器支撐架、擋料板、氣缸支架、料斗、料管、下料支撐架和梯子等輔助設(shè)備并根據(jù)需求進(jìn)行了減速器、軸承、鍵、聯(lián)軸器、氣缸的合理選型。最后根據(jù)現(xiàn)實生產(chǎn)工藝的需求進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞:連續(xù)旋轉(zhuǎn);布料系統(tǒng);高爐;礦熱爐Design of Continuous Rotary DistributingSystem Top of Heat FurnaceAbstractIn this paper,on the top of continuous rotary distributing system structure design and checking calculation was made with the. At present, the top of furnace continuous rotary distributing system is developing towards has good thermal stability, good adaptability to feedstock,low energy consumption, high output, high efficiency, but also help to improve the quality of the products, is the development trend of industrial furnace smelting industry in china. In recent years the whole automation is now the trend, is the necessity of the development of automated feeding system.This design is the design of continuous rotary distributor system, this paper made a detailed design of the continuous rotary distributor. First select the material from the material temperature, the initial expected according to the 3D modeling design and assembly simulation. Then according to the transmission mechanism is designed in detail, medial wall of lateral wall, roof, shaft, reducer support frame, a baffle plate, a cylinder bracket, hopper, feeding pipe, material support and ladders and other auxiliary equipment and according to the requirements of reasonable selection of reducer, bearing, coupling, keys, cylinder. Finally, the rational optimization design according to the practical needs of the production process.Keywords: Continuous rotation;Track Type;Blast furnace;Submerged Arc Furnace目 錄1 緒論491.1概述491.2本課題背景和研究意義491.2.1題目背景491.2.2 研究意義491.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況491.4 本文研究的主要內(nèi)容492 礦熱爐布料系統(tǒng)設(shè)計492.1爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)工作原理492.2爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點492.3礦熱爐布料系統(tǒng)設(shè)計方案49方案一:料車直接上料49方案二:馬基式旋轉(zhuǎn)布料49方案三:連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料493 爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計493.1內(nèi)側(cè)壁計算493.1.1 應(yīng)力分析內(nèi)側(cè)壁493.2 外側(cè)壁計算493.3 頂板計算493.4電機(jī)固定架計算494 傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算494.1 礦石預(yù)算494.2 計算轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)總質(zhì)量494.3 減速機(jī)的選型494.4 計算軸的最小直徑134.5 軸承的選擇494.6 聯(lián)軸器的選擇494.7 鍵的選擇494.8 軸的設(shè)計和校核495 擋料板氣動系統(tǒng)設(shè)計計算495.1 氣缸輸出力的大小495.1.1實際輸出力495.2負(fù)載率 495.3缸徑計算495.4活塞桿的彎曲強(qiáng)度和撓度495.4.1彎曲強(qiáng)度495.4.2撓度495.5緩沖性能495.6耗氣量495.7氣缸選擇要點495.8氣缸使用注意事項495.9 氣缸維護(hù)保養(yǎng)495.10最終選型結(jié)果496 連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料器的加工工藝及成本的合理性分析496.1加工工藝的合理性496.2成本的合理性497 結(jié)論49參考文獻(xiàn)49致謝49畢業(yè)設(shè)計(論文)知識產(chǎn)權(quán)聲明49畢業(yè)設(shè)計(論文)獨創(chuàng)性聲明49主要符號表n電機(jī)轉(zhuǎn)速P 功率i傳動比V 圓周速度S 安全系數(shù)M 質(zhì)量V 體積密度 負(fù)載率D 直徑S表面積h高度 效率F力u摩擦系數(shù)FN支持力T扭矩R半徑L長度A活塞截面積擾度E材料橫向彈性模量J活塞桿橫截面慣性矩VII1 緒論1.1概述近年,國內(nèi)礦熱爐(電石、鐵合金等)得到了飛速發(fā)展,尤其是80年代中期引進(jìn)挪威??瞎镜慕M合式把持器技術(shù)后。在電爐大型化設(shè)計上,雖經(jīng)過了十幾年的發(fā)展,但也只是停留25.5MvA到30MvA、33MvA等水平上,比起國外60MvA以上密閉電石爐還有一定的距離。 組合式把持器電石爐在國內(nèi)很多,國內(nèi)大的礦熱爐制造企業(yè)(如中鋼集團(tuán)吉林機(jī)電設(shè)備有限公司) 也成功地將組合式把持器技術(shù)應(yīng)用到鐵合金電爐上,如錳硅、高碳錳鐵、鉻鐵、硅鐵等,在錳硅合金礦熱爐上已使用了直徑1550mm的組合式把持器。礦熱爐的大型化、節(jié)能、綜合利用是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢,對降低一次性投資,減少人力資源,節(jié)能降耗均有利。目前,國外如瑞典、巴西、南非等國都已有60MvA以上容量的大型礦熱爐。礦熱爐的大型化不是按比例簡單放大,要取得良好的指標(biāo),必須解決好電效率和熱效率兩個重要因素,同時要保證設(shè)備可靠、安全運行。在解決電效率、熱效率問題上,從操作的角度講國內(nèi)采取很多好的方法,如優(yōu)化原料、嚴(yán)格操作制度等,有些廠家利用高比電阻還原劑以及采用分區(qū)不同配比布料等措施,有效地提高了操作電阻,保證電極插深,取得了良好的電效率與熱效率。部分廠家針對自身的原料特點采取相應(yīng)的措施也取得了較好的生產(chǎn)指標(biāo)。本題目來自工程實際,具有很高的實用價值,涉及到機(jī)械、氣壓、耐熱材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識,學(xué)生通過本畢業(yè)設(shè)計,能夠?qū)⒋髮W(xué)中學(xué)到的機(jī)械、氣壓方面的知識很好的用到實際工程中,培養(yǎng)我們進(jìn)行實際工程設(shè)計的技能。大容量礦熱爐具有熱穩(wěn)定性好、原料適應(yīng)性好、能耗少、產(chǎn)量高、單耗低同時也有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量,是我國工業(yè)冶煉行業(yè)礦熱爐的發(fā)展趨勢。實行全自動化是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢,是加料系統(tǒng)自動化發(fā)展的必要性1。隨著礦熱爐容量的增大,礦熱爐所消耗的原料也隨著增多,從而要求爐頂布料系的布料能力隨之增大。傳統(tǒng)的布料系統(tǒng)控制采用的繼電器控制,需要的繼電器多線復(fù)雜,因此故障多,維修困難,費工費時,不利于工藝的改進(jìn)?,F(xiàn)在采用旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng),仍暴露出許多問題,在這些問題上我們?nèi)∑渚A,去其糟粕,不斷的開拓創(chuàng)新,來達(dá)到最佳的效果。21.2本課題背景和研究意義1.2.1題目背景高爐爐頂布料設(shè)備是用來將爐料裝入高爐并使之合理分布,同時起爐頂密封作用的設(shè)備。高爐是按逆流原則進(jìn)行冶金過程的豎爐,爐頂是爐料的入口也是煤氣的出口。為了便于人工加料,過去很長時間爐頂是敞開的。后來為了利用煤氣,在爐頂安裝了簡單的料鐘與料斗,即單鐘式爐頂裝料設(shè)備,把敞開的爐頂封閉起來,煤氣用管導(dǎo)出加以利用,但在開鐘裝料時仍有大量煤氣逸出,這樣不僅散失了大量煤氣,污染了環(huán)境,而且給煤氣用戶造成很大不便。后改用雙鐘式爐頂裝料設(shè)備,交錯啟閉。為了布料均勻防止偏析,于1906年出現(xiàn)了布料器,最初是馬基式旋轉(zhuǎn)布料器,它形成一個完整的密封系統(tǒng)和較為靈活的布料工藝,獲得了廣泛應(yīng)用,后來又出現(xiàn)了快速旋轉(zhuǎn)布料器和空轉(zhuǎn)螺旋布料器1。無論何種爐頂裝料設(shè)備均應(yīng)滿足以下基本要求1:(l)要適應(yīng)高爐生產(chǎn)能力。(2)能滿足爐喉合理布料的要求,并能按生產(chǎn)要求進(jìn)行爐頂調(diào)劑。(3)保證爐頂可靠密封,使高壓操作順利進(jìn)行。(4)設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單和堅固,制造、運輸、安裝方便,能抵抗急劇的溫度變化及高溫作用。(5)易于實現(xiàn)自動化操作。1.2.2 研究意義隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展,高爐容積的大型化、高壓化,傳統(tǒng)的馬基式雙鐘爐頂裝料設(shè)備已滿足不了密封和布料要求。煤氣利用差,大小鐘及鐘桿磨損嚴(yán)重,影響爐頂壓力的提高,降低了作業(yè)率,不能適應(yīng)現(xiàn)代化高爐冶煉的要求。同時,隨著高爐大型化,大鐘及大鐘斗直徑增大,質(zhì)量增加,給加工制造、運輸、安裝及維修帶來很大的困難,因此,為了解決設(shè)備制造,以及解決設(shè)備密封與布料兩種功能的矛盾,將兩種功能分開,相繼出現(xiàn)三鐘、鐘閥等結(jié)構(gòu)。隨著爐容增大,爐喉斷面增大,爐料在爐喉斷面上的分布不均勻性也擴(kuò)大了,加劇了高爐煤氣分布的不均勻,使煤氣利用變差;為了解決布料問題,出現(xiàn)了可調(diào)爐喉結(jié)構(gòu)。但是,仍不能滿足高爐進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉的要求,所以沒有得到廣泛應(yīng)用。而爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)布料量大,效率高,自動化程度高滿足了高爐冶煉對布料的要求,因此在未來的高爐布料上必能廣泛應(yīng)用19。1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況目前常見的布料器有馬基式雙鐘爐頂布料器如圖11.1,馬基式旋轉(zhuǎn)布料器如圖11.2,空轉(zhuǎn)螺旋布料器1等。布料機(jī)在國內(nèi)數(shù)量少,使用少,除了人們對布料機(jī)了解不多外,重要一點是目前布料機(jī)還依賴進(jìn)口,價格昂貴,許多單位考慮到經(jīng)濟(jì)上的因素而不愿意引進(jìn),但是施工質(zhì)量要更上一層樓,機(jī)械就必須要配套。采用布料機(jī)配合的方式,由于布料范圍廣,就位靈活正確,大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度,提高了施工效率,降低了施工本錢,必會帶來更高的收益。1-斗; 2-大鐘;3-大鐘桿;4-煤氣封罩;5-爐頂封板;6-爐頂法蘭;7-小料斗下部內(nèi)層;8-小料斗下部外層;9-小料斗;10-小齒輪;11-大齒輪;12-支撐輪;l3-定位輪;14-小鐘桿;15鐘桿密封;16軸承;17-大鐘桿吊掛件;18-小鐘桿吊掛件;19一放散閥;20-均壓閥;21-小鐘密封;22-大料斗上節(jié);23-受料漏斗圖1.1 馬基式布料器雙鐘爐頂結(jié)構(gòu) a 快速旋轉(zhuǎn)布料器b 空轉(zhuǎn)螺旋布料器圖1.2 布料器結(jié)構(gòu)c礦熱爐設(shè)計制造屬于近年來快速發(fā)展起來的新興行業(yè),其組成絕大多數(shù)為民營、聯(lián)營公司,單位規(guī)模普遍較小(小型單位占 90%以上),尚未形成上檔次、上規(guī)模的骨干企業(yè),而且普遍存在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、自主研發(fā)能力不足、人才和信息匱乏的難題,設(shè)計能力及設(shè)計水平較低。加工制造能力的相對落后,行業(yè)的規(guī)范化、系列化和成套化不健全,嚴(yán)重制約著加熱爐行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展3。到90年代末由于國外全自動礦熱爐的引進(jìn),有部分礦熱爐廠家采用PLC對加料系統(tǒng)進(jìn)行控制,實現(xiàn)加料的自動化4。 1.4 本文研究的主要內(nèi)容爐頂連續(xù)布料系統(tǒng)設(shè)計,包括布料系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、布料盤、布料擋板機(jī)構(gòu)等方面的內(nèi)容。52 礦熱爐布料系統(tǒng)設(shè)計2.1爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)工作原理當(dāng)料倉需要下料時,由設(shè)置在料倉上的料位儀發(fā)出一個電信號,頂部料斗開始下料減速器開始工作,內(nèi)側(cè)壁旋轉(zhuǎn)。這時氣壓缸開始同步動作,當(dāng)料運輸?shù)綒鈮簱醢鍟r,被擋板擋著料開始進(jìn)入下面的料斗,最終通過料筒進(jìn)入煉鋼爐。當(dāng)下料接近結(jié)束時料倉上的料位儀會發(fā)出另一個信號,頂部料斗停止下料。等到內(nèi)側(cè)壁里面的料全部下到料斗后,減速器停止工作,同時氣壓缸歸位。2.2爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)在工程實際中運用廣泛,其結(jié)構(gòu)很簡單,主要由布料系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、布料盤、布料擋板機(jī)構(gòu)等幾大部件組成。如圖2.1,圖2.2,圖2.3所示:圖2.1 結(jié)構(gòu)總圖8圖2.2 結(jié)構(gòu)總圖圖2.3 結(jié)構(gòu)總圖2.3礦熱爐布料系統(tǒng)設(shè)計方案布料器的作用是布料器能及時、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、均勻地將合格原料送入高爐爐頂?shù)氖芰下┒?415。方案一:料車直接上料優(yōu)點:可以直接上料,不需要中間的其他輔助設(shè)備缺點:對于料車上料的高爐爐頂裝料設(shè)備的最大缺點是爐料分布不均。料車只能從斜橋方向?qū)t料通過受料漏斗裝入小料斗中,因此在小料斗中產(chǎn)生偏析現(xiàn)象,大粒度爐料集中在料車對面,粉末料集中在料車一側(cè),堆尖也在這側(cè),爐料粒度越不均勻,料車卸料速度越慢,這種偏析現(xiàn)象越嚴(yán)重。這種不均勻現(xiàn)象在大料斗山和爐喉部位仍然重復(fù)著。方案二:馬基式旋轉(zhuǎn)布料優(yōu)點:小料斗裝料后旋轉(zhuǎn)一定角度,再開啟小鐘,一般是每批料旋轉(zhuǎn)60,即0、60、120、180、240、360,俗稱六點布料,要求每次轉(zhuǎn)角誤差不超過2,這樣小料斗中產(chǎn)生的偏析現(xiàn)象就依次沿爐喉圓周按上述角度分布。落在爐喉某一部位的大塊料與粉末,或者每批料的堆尖,沿高度綜合起來是均勻的。當(dāng)轉(zhuǎn)角超過l80時布料器可以逆轉(zhuǎn),例如240角可變?yōu)?120角。缺點: 一是布料仍然不均,這是由于雙料車上料時,料車位置與斜橋中心線有一定夾角,因此堆尖位置受到影響;二是旋轉(zhuǎn)漏斗與密封裝置極易磨損,而更換、檢修又較困難。方案三:連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料優(yōu)點:連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)外形設(shè)計簡單實用,便于安裝和維護(hù)。采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)方式布料可以及時、均勻地將合格原料送入高爐爐頂?shù)氖芰下┒?。布料盤采用三個相同的電機(jī)同時驅(qū)動,刮料板采用氣壓驅(qū)動便于自動化控制。并且連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)布料量大,效率高,自動化程度高滿足了高爐冶煉對布料的要求。缺點:連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程要想穩(wěn)定工作對系統(tǒng)的各個部位精度要求較高,工作過程因為布料溫度相對較高對于保溫隔熱要選用相應(yīng)的特殊材料。綜上所述:本課題最終采用方案三:爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)。3 爐頂連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1內(nèi)側(cè)壁計算根據(jù)要求繪制三維圖形,如圖3.1所示。根據(jù)實際情況的需求,選擇內(nèi)側(cè)壁的材料為耐熱鋼板Q345B通過Solidworks質(zhì)量屬性計算出內(nèi)側(cè)壁的相關(guān)參數(shù)如下:密度= 7700.00 千克 / 立方米體積 V= 0.82 立方米表面積 S= 82.52 平方米質(zhì)量 M壁= 6277.04 千克=6.28 噸圖3.1 內(nèi)側(cè)壁453.1.1 應(yīng)力分析內(nèi)側(cè)壁通過Solidworks應(yīng)力分析可得:最小安全系數(shù)是:126.94 (一般情況下大于1.5就可以認(rèn)為設(shè)計合理)所以內(nèi)側(cè)壁能夠滿足預(yù)期載荷,結(jié)構(gòu)設(shè)計符合要求。(詳見附件內(nèi)側(cè)壁11-SimulationXpress Study-1)3.2 外側(cè)壁計算根據(jù)要求繪制三維圖形,如圖3.2所示。根據(jù)實際情況的需求,選擇外側(cè)壁的材料為耐熱鋼板Q345B通過Solidworks質(zhì)量屬性計算出外側(cè)壁的相關(guān)參數(shù)如下:密度= 7700.00 千克 / 立方米體積 V= 0.36 立方米表面積 S= 66.25 平方米質(zhì)量 M壁= 2806.57 千克 圖3.2 外側(cè)壁3.3 頂板計算根據(jù)要求繪制三維圖形,如圖3.3所示。根據(jù)實際情況的需求,選擇頂板的材料為耐熱鋼板Q345B通過Solidworks質(zhì)量屬性計算出頂板的相關(guān)參數(shù)如下:密度= 7700.00 千克 / 立方米體積 V= 0.41 立方米表面積 S= 68.44 平方米質(zhì)量 M壁= 3199.63 千克圖3.3 頂板3.4電機(jī)固定架計算根據(jù)要求繪制三維圖形,如圖3.4所示。根據(jù)實際情況的需求,選擇電機(jī)固定架的材料為耐熱鋼板Q345B通過Solidworks質(zhì)量屬性計算出電機(jī)固定架的相關(guān)參數(shù)如下:密度= 7700.00 千克 / 立方米體積 V= 0.22 立方米表面積 S= 25.85 平方米質(zhì)量 M壁= 1710.73 千克圖3.4 電機(jī)固定架4 傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算4.1 礦石預(yù)算已知礦石的密度=2300千克 / 立方米 經(jīng)過Solidworks測量屬性礦石區(qū)域的表面積S=16m2 高度h=0.173m 所以 M石=v=sh=6.37 t4.2 計算轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)總質(zhì)量摩擦輪所承受的總質(zhì)量M總= M壁+ M石=6.28+6.37=12.65 t4.3 減速機(jī)的選型已知w=0.9 ; =0.990.990.98 因為執(zhí)行功率Pw=(Tn)/9550w ; f=FN ; T=fR R=5.684/2=2.842 m每個減速器所承受的力為 f =(1/3)(0.5 126500)=21083.3 N已知內(nèi)側(cè)壁轉(zhuǎn)速n=0.2r/min所以T單=21083.3 N (5.684/2) = 59918.7 N所以 Pw=(59918.70.2)/(95500.9)= 1.39 KW所以Pd= Pw/ =1.39/(0.990.990.98) = 1.45 KW 查詢減速機(jī)的型號選擇TRF 138 TR 78減速機(jī)詳細(xì)參數(shù)如下表4.1:表4.1 減速器的參數(shù)功率輸出轉(zhuǎn)速輸出扭矩傳動比服務(wù)系數(shù)機(jī)型號極數(shù)PowerKWOutputspeedr/minOutput torqueNmRatioiService factorfbTypeTypePolep1.53.734443742.2TRF138TR78 44.4 計算軸的最小直徑 減速機(jī)上的功率傳送到軸上時的功率為:Pw= Pd=1.45(0.990.990.98)=1.39 KW已知轉(zhuǎn)速nw=3.7 r/min通過機(jī)械設(shè)計手冊計算軸的最小直徑:首先軸的材料選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理。詳細(xì)參數(shù)如圖4.1圖4.1 轉(zhuǎn)軸材料參數(shù)圖通過公式計算軸的最小直徑,詳細(xì)參數(shù)如圖4.2圖4.2 軸的最小直徑確定參數(shù)圖因為軸上有兩個鍵槽,所以取值應(yīng)增大10 % 15 % ,取值增大15 %進(jìn)行計算。所以d=79.37 (1+0.15)=91.2755mm 查表選取標(biāo)準(zhǔn)值:取值d=100mm所以軸的最小直徑為100mm4.5 軸承的選擇根據(jù)工作條件所選擇的軸承應(yīng)該滿足以下要求:(1)承載能力大;(2)承受徑向載荷大,軸向也能夠受載荷;(3)極限轉(zhuǎn)速低;(4)調(diào)心性好;查詢機(jī)械設(shè)計手冊根據(jù)需求選擇:圓柱孔調(diào)心滾子軸承(改進(jìn)型) 此軸承的特點:(1)承載能力大,額定動載荷比2.3 5.2 ;(2)主要承受徑向載荷,也能承受任一方向的軸向載荷,適用于重載 和振動載荷下工作,不能承受純軸向載荷;(3)軸和外殼的軸向位移限制在軸向游隙范圍內(nèi);(4)調(diào)心性好,能補(bǔ)償同軸度誤差;(5)極限轉(zhuǎn)速低;(6)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式,棍子和滾道間的摩擦減小,承載能力高,應(yīng)該優(yōu)先選用;軸承代號:20000C (CC、CACM、TN1)/W33型內(nèi)徑:110mm外徑:170mm厚度:45mm4.6 聯(lián)軸器的選擇因為軸段需與聯(lián)軸器連接,為使該段直徑與連軸器的孔徑相適應(yīng),所以需同時選用聯(lián)軸器,又由于本減速器屬于大型減速器,其輸出軸與工作機(jī)軸的軸線偏移不大。其次為了能夠使傳送平穩(wěn),所以必須使傳送裝置具有緩沖,吸振的特性。查詢機(jī)械設(shè)計手冊選用LX8型彈性柱銷聯(lián)軸器。 LX8型彈性柱銷聯(lián)軸器主要參數(shù)為:公稱轉(zhuǎn)矩Tn16000 Nmm軸孔長度L=167mm孔徑d1 =100 mm4.7 鍵的選擇根據(jù)軸的最小直徑100mm,查詢機(jī)械設(shè)計手冊選擇圓頭普通平鍵(A型)其主要參數(shù)為:鍵的寬度b=28mm 鍵的高度h=16mm 鍵的長度L= 100mm 圓角半徑r= 0.5 mm4.8 軸的設(shè)計和校核根據(jù)軸的特點,兩端鏈接需要有鍵槽,中間再有兩個軸承固定即可。所以軸的外形應(yīng)該如圖4.3所示:圖4.3 軸外觀圖根據(jù)聯(lián)軸器的孔徑和孔深取值:L1=167mm ; d1=100mm 根據(jù)軸承的孔徑和厚度取值:L2=90mm ; d2=110mm根據(jù)外殼的尺寸取值:L3=80mm ; d3=120mm相應(yīng)的取值: L4=90mm ; d4=110mmL5=167mm ; d5=100mm用Solidworks繪制三維圖如圖4.4材料為45鋼(淬火調(diào)質(zhì)處理)用Solidworks進(jìn)行應(yīng)力分析分析結(jié)果可得最小安全系數(shù)為:15.4162 (一般情況下大于1.5就可以認(rèn)為設(shè)計合理)詳細(xì)結(jié)果見附件摩擦輪軸-SimulationXpress Study-1圖4.4 軸的實體圖用機(jī)械設(shè)計手冊進(jìn)行分析根據(jù)受力進(jìn)行結(jié)構(gòu)造型如圖4.5圖4.5 軸段設(shè)計參數(shù)圖系統(tǒng)進(jìn)行零件圖的繪制如圖4.6圖4.6 軸的外形圖根據(jù)公式 進(jìn)行支反力的計算。根據(jù)公式 進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力的計算。畫出內(nèi)應(yīng)力圖并標(biāo)注危險截面如圖4.7圖4.7 軸的危險截面圖進(jìn)行彎曲應(yīng)力校核如圖4.8圖4.8 軸的應(yīng)力校核參數(shù)圖安全系數(shù)校核如圖4.9圖4.9 軸的安全系數(shù)校核參數(shù)圖扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行校核如圖4.10圖4.10 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核圖彎曲剛度進(jìn)行校核如圖4.11彎曲剛度進(jìn)行校核如圖15圖4.11 軸的彎曲剛度校核參數(shù)圖計算臨界轉(zhuǎn)速如圖4.12圖4.12 軸的臨界轉(zhuǎn)速參數(shù)圖所有校核都能通過說明軸的設(shè)計合理,整體過程如圖4.13所示:圖4.13 軸的設(shè)計整體參數(shù)圖5 擋料板氣動系統(tǒng)設(shè)計計算5.1 氣缸輸出力的大小5.1.1實際輸出力氣缸未加載時實際所能輸出的力,受到氣缸活塞和活塞本身的摩擦力影響,如活塞和缸筒之間的摩擦?;钊麠U和前缸蓋之間的摩擦,用氣缸效率表示,如圖5.1氣缸效率曲線所示,氣缸的效率 與氣缸的缸徑D和工作壓力p有關(guān),缸徑增大,工怍壓力提高,則氣缸效率口增加。在氣缸缸徑增大時,在同樣的加工條件、氣缸結(jié)構(gòu)條件下,摩擦力在氣缸的理論輸出力中所占的比例 明顯地減小了,即效率提高了。一般氣缸的效率在0.7-0.95之間。圖5.1 效率曲線普通雙作用氣缸的實際輸出推力Fe為Fe= 4 D2 p (5.1)實際輸出扭力Fe為Fe= 4 (D2-d2) p (5.2)普通單作用氣缸的實際輸出推力Fe為Fe= 4 D2 p -F1 (5.3) 5.2負(fù)載率 從對氣缸特性研究知道,要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的,于是,在研究氣缸的性能和選擇確定氣缸缸徑時,常用到負(fù)載 的概念。氣缸負(fù)載率尾的定義是 =氣缸的實際負(fù)載F氣缸的理論輸出力F0100% (5.4)氣缸的實際負(fù)載是由工況所決定的,若確定了氣缸負(fù)載率 ,則由定義就能確定氣缸的理論輸出力F0,從而可以計算氣缸的缸徑。氣缸負(fù)載率 的選取與氣缸的負(fù)載性能及氣缸的運動速度有關(guān)(見表5.1)。表5.1 氣缸的運動狀態(tài)和負(fù)載率慣性負(fù)載的運動速度v/mm/s阻性負(fù)載(靜負(fù)載)5500.80.65050.35對于阻性負(fù)載,如氣缸用作氣動夾具,負(fù)載不產(chǎn)生慣性力的靜負(fù)載。一般負(fù)載率 選力0.8。對于慣性負(fù)載,如氣缸用來推送工件,負(fù)載將產(chǎn)生慣性力的,負(fù)載率 的取值為0.65 氣缸作低速運動 V100 mm/s0.5 氣缸作中速運動, V500 mm/s 根據(jù)工作需求,此處選擇=0.8根據(jù): =氣缸的實際負(fù)載F氣缸的理論輸出力F0100%可求出F0=F/已知:M石=6.37 t ;每個擋板平均支持力FN = 6.37 1000000 / 12 =5308N所以單個擋板所受力F= FN=5308渭 N渭為礦石與鋼板的動摩擦因數(shù),查機(jī)械設(shè)計手冊得 =0.3所以F0=1990.5 N5.3缸徑計算由氣缸帶動的負(fù)載、運動狀態(tài)及工作壓力。就可以進(jìn)行氣缸缸徑的計算和選用。缸徑計算步驟如下:1) 根據(jù)氣缸帶動的負(fù)載,計算氣缸的軸向負(fù)載力F,常見負(fù)載實例,見圖 5.2 圖19氣缸軸向負(fù)載力 a)斜面b)水平導(dǎo)軌c)滾動 d)夾具夾緊e)提升f)氣吊 圖5.2 常見負(fù)載實例2)由氣缸的平均速度來選定氣缸的負(fù)載率 ,氣缸的運動速度越高,負(fù)載率應(yīng)選得越小。3)若系統(tǒng)工作壓力為0.6 MPa時,氣缸的工作壓力計算時一般選為0.4 MPa。當(dāng)然,系統(tǒng)工作壓力低于0.6 MPa計算時工作壓力也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。 4)由氣缸的理論輸出力計算公式、負(fù)載率 及工作壓力p即能計算缸徑。由計算的缸徑再圓整到標(biāo)準(zhǔn)缸徑。氣缸的理論輸出力F0計算公式F0=nps (5.5)F0 氣缸的理論輸出力P 系統(tǒng)壓力(此處取0.5MPa)S 活塞面積n 安全系數(shù)(氣缸水平n=0.7,氣缸垂直n=0.5)已知F0=1990.5 N ;P=0.5MPa ; n=0.7 ; S= 4 D2所以可求得D=85.1mm根據(jù)工作需求氣缸的工作行程為420mm通常缸徑計算到此結(jié)束,但若氣缸的緩沖性能校核不符合要求,應(yīng)重新選擇缸徑或采取外部緩沖措施,如氣壓緩沖缸、緩沖回路等,保證氣缸緩沖。5.4活塞桿的彎曲強(qiáng)度和撓度5.4.1彎曲強(qiáng)度氣缸的活塞行程越越長,則活塞伸出的距離也越長,對于長行程的氣缸?;钊麠U的長度將受到限制。若在活塞桿上承受的軸向推力達(dá)到極限力之后,活塞桿就會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象,發(fā)生彎曲變形。因此,必須 進(jìn)行活塞桿的穩(wěn)定性驗算,其穩(wěn)定條件為 F Fknk (5.6)式中 F-活塞桿承受的最大軸向壓力(N); Fk-縱向彎曲極限力(N), nk穩(wěn)定性安全系數(shù),一般取2-6。 極限力Fk不僅與活塞桿材料、直徑、安裝長度有關(guān),還與氣缸的安裝支承條件決定的末端系素m有關(guān)。 當(dāng)細(xì)長比L/k85m時(歐拉公式) Fk = m2EJL2 (5.7) 式中m 末端系數(shù); E 材料彈性模量; J活塞桿橫截面慣性矩(m4); 空心圓桿 J=(d4-d04)64 (5.8) 實心圓桿 J=d464 (5.9) d活塞桿直徑(m); d0空心活塞桿內(nèi)徑(m); L氣缸的安裝長度(m)。當(dāng)細(xì)長比L /K 1.002.00-RTCr161.62.41.52.21OO100.0515.0018.00-RTSi52.43.24.55.50.80.20O120.501.00-耐熱球墨鑄鐵RTQSi4
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