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漂珠自動打撈機設計
院 系
北方科技學院
專 業(yè)
機械設計制造及自動化
班 級
5418304
學 號
200514183104
姓 名
付 超
指導教師
李 蕾
負責教師
沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院
2009年6月
沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計說明書
摘 要
漂珠－－一種很有價值的新型功能材料,但是同時也是一種污染物。它是火力發(fā)電廠燃燒過程中產生的副產品，它有一些特性，如質地堅硬、比重很輕、空心微粒狀物質。所以根據其性質，可以創(chuàng)造價值，因此要對其回收。
其提取方式是用濃縮除灰工藝先把電廠所排放的灰漿排到濃縮池中，由濃縮機攪拌將灰漿與漂珠分離，灰漿沉淀，由馬爾斯泵排出。國外對漂珠需求量很大，且供不應求使其價值不斷上漲。
漂珠自動打撈機是專門針對漂珠的回收利用而設計的一種高效、環(huán)保設備；隨著漂珠經濟價值的增長，該設備的利用會有更大實際意義。
我的目的是針對漂珠自動打撈機的設計說明，展示了系統設計，零部件設計和電器控制部分。具體內容為：打撈、輸送漂珠部件的設計及校核，還包括輔助部件如：漂珠自動卸載部件的設計等。運用UG軟件對漂珠自動打撈機整體進行三維設計，進行實體的裝配，最后在三維的基礎上，進行二維設計，為最后加工做準備，使其滿足實際要求，同時也滿足市場的要求。
關鍵詞：除灰；漂珠；打撈； 計設；裝配
Abstract
Cenospheres?---?it?is?a?new?functional?material?which?is?very?valuable?yet?meantime?it?is?also?a?pollutant.It?is?the?by-product?generated?from?a?coal-fired?power?plant?during?the?process?of?combustion.?It?has?some?attributes,?such?as?hard,?very?light?weight,?hollow?particulate?material.?Hence,?it?could?create?value?due?to?these?characteristics,?and?it?needs?to?be?recycled.
Its?extraction?is?concentrated?ash?process?used?by?the?first?power?plant?emissions?concentrated?slurry?into?the?pool,?by?the?mixing?machine?will?concentrate?Cenosphere?mortar?and?separated?from?the?sediment?slurry?from?the?pump?discharge?Mars.?There?has?a?great?oversea?demand?for?Cenosphere?and?it?makes?the?prices?go?up?as?the?demand?for?it?is?far?more?than?its?supply.
Auto?salvage?machine?Cenosphere?is?specially?used?to?recycling?Cenosphere?which?is?designed?for?efficient,?environmentally?friendly?equipment.?With?cenospheres?economic?growth,?this?equipment?can?be?of?significance?when?it?is?put?into?practice.
The?objective?of?this?essay?is?presenting?the?instruction?of?Self-salvage?cenospheres?machine?design,?system?design,?spare?part?design?and?electric?appliance?control?part.?Furthermore,?it?mainly?concentrates?on?the?design?and?inspection?the?subassembly?to?salvaging?and?transportation.?Also,?it?includes?the?accessory?such?as,?cenospheres?self-dumping?part?design?and?so?forth.?UG?is?applied?to?Self-salvage?cenospheres?machine?that?has?a?pervasive?effect?on?designing?of?three?dimensional?designs.?After?that,?it?need?to?be?assembly,?and?finally?on?the?three-dimension?design?foundation?establishes?two-dimension?of?Self-salvage?cenospheres,?which?is?prepare?for?last?step?in?order?to?satisfy?both?the?general?demand?and?market?demand.
Key words：dust-removing;cenospere;Salvage;design;Assemble
目 錄
引言 1
1 簡述漂珠 2
1.1漂珠的形成原理 2
1.2漂珠對環(huán)境的危害 2
1.3漂珠的性質 3
1.3.1漂珠物理性 3
1.3.2漂珠的化學成分 4
1.4漂珠用途及經濟價值 4
1.4.1漂珠的主要用途 4
1.5漂珠回收的巨大價值 4
1.6漂珠打撈機必要性與可行性分析 5
1.7漂珠打撈機的工況分析 5
2 設計方案的總體論述 7
2.1設計方案的提出 7
2.2方案論證及選取 9
2.3方案的選擇 9
2.4漂珠打撈機的系統設計 9
2.4.1漂珠打撈機的工作原理 9
2.5設計參數 10
2.5.1工作條件 10
2.5.2設計指標和參數 10
3 傳動系統的設計計算及校合 12
3.1電機與減速器的選擇設計及校核 12
3.1.1 電動機的選取 12
3.1.2 滾子鏈鏈節(jié)的選取與計算 14
3.1.3 鏈輪的結構設計與鏈條校核 15
3.1.4軸的結構設計與校核 18
3.2鍵聯接的校核 23
3.3對軸承壽命的計算 24
3.4升降系統的結構設計 24
3.5珠箱的尺寸設計 25
3.6刮板寬度B的確定 25
3.7自動卸載漂珠機構的設計 26
3.7.1四桿機構的設計與計算 26
3.7.2卸料斗的設計 26
3.7.3電氣控制系統的原理的設計 27
4 基于UG的三維漂珠自動打撈機設計 29
4.1 UG軟件簡介 29
4.2實體建模 30
4.2.1鏈輪建模 30
4.2.2建立旋轉 32
4.2.3在建模體上建草圖 33
4.2.4 陣列切除 36
4.2.5直接建模工具使用 37
4.3其它零件的建模 40
4.4裝配體的建模 41
4.4.1裝配概述 41
4.4.2 裝配體建模 42
5 基于CAXA的漂珠自動打撈機二維設計 44
5.1CAXA軟件的簡介 44
5.2漂珠自動打撈機二維圖的設計 44
6 漂珠打撈機的現場按裝及后期維護 46
6.1漂珠打撈機的安裝、調試 46
6.2漂珠打撈機的保養(yǎng)與維護 47
6.2.1檢修與潤滑 47
6.2.2故障分析與排除 47
總結 48
致謝 49
參考文獻 50
50
引言
礦產資源是自然資源的重要組成部分，是人類生存、可持續(xù)發(fā)展必需和最重要的物質基礎之一，是大自然賜給人類的極其寶貴的財富！
我國是世界上礦產資源最豐富、礦物資源種類最多的國家之一。石油，天然氣，煤炭是我國的支柱資源，占總能源的70%以上。然而隨著石油、天然氣、煤炭資源的大量開發(fā)和利用，也就必然的會產生一系列的相應的環(huán)境污染問題，尤其是煤碳。隨著人類對煤炭的開發(fā)和消耗，煤炭會越來越少，直到枯竭。并且污染也是越來越嚴重。因此就要求我們要合理、科學的開發(fā)、利用、及回收！如何才能“合理、科學”？我想這就絕非是幾項技術就可以解決的，需要的是機械，電子，化學，計算機，微生物等等，各個大的領域積極的把它們先進的技術應用到資源的開發(fā)、利用、回收上。
我本次畢業(yè)論文所論述的就是把機械運用在火力發(fā)電廠的廢渣回收中的一個典型事例。
火力發(fā)電廠的燃燒系統是由五大部分組成：
（1） 輸煤（2）磨煤 （3）鍋爐與燃燒（4）風煙系統
（5）灰渣系統 爐膛內煤粉燃燒生成的小灰粒，被除塵器收集成細灰排入沖灰溝，燃燒中因結焦形成的大塊爐渣，下落到鍋爐底的渣斗內，經過碎渣機破碎后也排入沖灰溝。
而在電廠的廢渣中含有幾種價值很高，對環(huán)境污染卻很嚴重的物質，而其中的一種就是我畢業(yè)設計要主要開發(fā)的――飄珠。
為了從混合的幾種廢渣中分離出漂珠，我設計了一個機械，稱之為飄珠自動打撈機。在本次論文中我將對它的工作原理，設計過程進行詳細的介紹。
1 簡述漂珠
1.1漂珠的形成原理
了解漂珠的形成原理以及它的物理、化學性質對漂珠的回收再利用是十分必要的。首先讓我們先了解一下漂珠的形成的過程。
煤的可燃成分（炭和有機物）大部分燃燒，而粘土質不可燃成分（硅、鋁、鐵、鎂等）在爐膛攝氏1300度的高溫下開始熔融，形成石英玻璃和莫來石多孔共生體，其孔內充滿氣體。當爐溫達到攝氏1400度時，熔融體顆粒表面張力會使表面能降到最低值，棱角擺脫表面能而收縮，熔融顆粒會飄浮滾動形成球體。這時，多孔體內的氣體如CO、CO 2、N2、H 2等被包裹在球內。當爐溫繼續(xù)升高時，玻璃球體內的氣體膨脹，使球體增大，外殼變薄，形成中空球體。當中空球體離開爐膛，急速冷卻后，就變成了堅硬外殼的玻璃微珠。這些玻璃微珠，因壁厚及輕重不同，可分為兩類。其中一類是薄壁中空球體（壁厚為直徑的十分之一），因可漂水上，就稱為“漂珠”。另一類是壁厚中空球體（壁厚為直徑的三分之一）和實心球體，因較重而沉于水底，故城“沉珠：，含鐵量高的稱為“磁珠”。漂珠在粉煤灰中含量甚微，一般僅為0.2－0.5％，少數可達1％：沉珠量很大，約為粉煤灰的30－70％。漂珠的產量和質量，跟煤種、煤的細度、鍋爐負荷、燃燒狀況等因素有關。各電廠之間、一個電廠不同鍋爐之間、一個鍋爐不同時間，均有極大差別。一般發(fā)熱量高、含硫量低的煙煤，漂珠量多：無煙煤漂珠少，褐煤漂珠極少甚至無漂珠。爐膛內溫度低于攝氏1400度，很少形成漂珠：攝氏1400－1500度，形成漂珠多，攝氏1500度以上，形成的漂珠會爆裂成碎片。因此爐溫過高或過低都會影響漂珠的形成。
1.2漂珠對環(huán)境的危害
漂珠存在于燃煤電廠的排出物—粉煤灰中，而在中國以前粉煤灰的處理方法多是不加處理的排入河道或將其用強水流順著地下專用管道排入人口密度稀少的農村或山溝，粉煤灰本身對環(huán)境有很強的污染性，排入河道水系會造成河流淤塞，污染水質，而將其排入郊區(qū)，由于漂珠本身密度小質量輕的特點，會對粉煤灰排放地附近的大氣造成污染，產生揚塵，且對人體危害較大。
1.3漂珠的性質
漂珠壁較薄、容重小、強度低、耐磨性差、粒度較大，而沉珠壁較厚、容重大、強度高、粒度小、耐磨性好、呈中心珠體、渾圓度好、粒徑為0.25～150μm，有的在200μm左右。
1.3.1漂珠物理性
形狀：流動性優(yōu)越的空心球狀粉
粒徑（μm）：10--400
顏色（g／cm3）：非純白
真密度：0.6-0.8
堆積密度（g／cm3）：0.3-0.4
PH值：水分散系中6
熔點（℃）：≥1400
抗壓強度（Mpa）：≥350
莫氏硬度：5-7
比電阻（Ω.CM）：1.5x1010—1.5x1013
導溫系數（m2／h）：0.000903-0.0015
導熱系數（W／m？K）：0.054-0.095
折光率：1.54
吸油率g（oil）／g：0.68-0.69
以下是兩張漂珠直觀圖片：圖1.1 圖1.2
圖1.1 圖1.2
1.3.2漂珠的化學成分
SiO2 ? ? ?AI2O3 ? ?Fe2O3 ? ? CaO ? ? ?TiO2 ? ? MgO ? ? ?K2O
50-60％ ? 20-40％ ?0.5-5％ 0.5-3.5％ ?1-3％ ? 0.8-2％ ? 1-4％
1.4漂珠用途及經濟價值
1.4.1漂珠的主要用途
（1）作為塑料工業(yè)的填充劑，制品具有入量大、成本低、強度、耐熱性好、導熱性小等優(yōu)點；
（2）制作良好的輕質耐火材料，使其具有強度高、壽命長、高溫導熱系數小等特點；
（3）制作高效保溫材料，價格低廉；
（4）制作功能良好的防水涂料；
（5）在固井勘探技術中可起到較好的堵漏效果；
（6）在冶金工業(yè)中作為澆鑄和電焊車間隔板的填充料，用作砂芯的材料；
（7）在乙烯類塑料中摻入適量的漂珠可制成有效的消聲器材，將噪聲由95～100dB降低到90dB以下，也可用于消聲涂料等；
綜上所述，粉煤灰漂珠應用廣泛，發(fā)展前景良好，對我國粉煤灰資源綜合利用，保護環(huán)境有著重要的現實意義。
1.5漂珠回收的巨大價值
回收漂珠的價值，簡而言之，兩點：環(huán)境，經濟！
環(huán)境。漂珠對空氣，水源，土壤的污染是巨大的。
隨著中國對環(huán)境保護的日益重視，且我國燃燒用煤含灰分較高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的產生主要集中在火電廠和大型工礦企業(yè)的動力鍋爐上，按全國平均計，每增加10MW裝機容量，每年將增加近萬噸粉煤灰的排放量，因此對粉煤灰的處置方法也越來越重視。當前，我國對粉煤灰的處置方法主要有兩中：土地填埋、濃縮池存儲。國內外對其環(huán)境效應的研究表明，灰中潛在毒性物質會對土壤、地下水造成污染。在改土方面，也具有潛在不利效應：可溶鹽、硼及其它潛在毒性元素含量過高，可導致元素不均衡以及土壤的板結和硬化。因此粉煤灰的處理和利用問題引起人們的普遍重視，也成為我國環(huán)境保護與再生資源開發(fā)領域的一個重要課題。
經濟。同樣，漂珠的應用價值也是巨大的。
以上在1.4節(jié)中所羅列的漂珠廣泛用途足以暴露出它的市場價值。我做了一個簡單的市場調查，按粉煤灰處理量5T/H的生產規(guī)模計，一天運行20小時，年工作日300天，其年生產規(guī)模為3萬T/A，漂珠的總量回收率按80%計，原灰中的漂珠含量的65%計，漂珠產品售價平均按300元計，每年可實現銷售收入=30000×0.65×0.8×500元/噸=468萬元（注：以上考慮空心漂珠的售價是目前最低售價。）這樣，扣除生產運行成本后，一年全部收回投資外，還有十分可觀的收益。如果再加上其他附產品如碳粉、富鐵珠的銷售，其收益情況就更好了。
1.6漂珠打撈機必要性與可行性分析
如前所述，漂珠的回收利用已成必然趨勢，漂珠的回收方式就要加以論證?，F今我國大多要求電廠能夠零排放污染源，因此電廠基本上會有濃縮池對粉煤灰進行攪拌和沉淀（國內大、中城市已經不允許未經處理就將粉煤灰排放），且漂珠的比重小的特點，會漂浮在上面，而比重較大的沉珠沉在濃縮池的底部。由于這一原因，漂珠可以由人工方式從濃縮池水面上撈取出來，但這種打撈方式不僅需要大量的人力，費時，還不能全面的撈取（濃縮池很大），且不能長時間的工作，（由于電廠是白天晚上都會運轉，但到了晚上人工打撈就不能實現，因為晚上在濃縮池邊工作會有很大的安全隱患）。因此，就迫切需要一個高效、工作可靠、安全的機器出現。
濃縮池的排灰工藝是先把灰漿排到濃縮池中，由濃縮機攪拌將灰漿與漂珠分離，灰漿沉淀，由馬爾斯泵排出。漂珠浮于水面，濃縮除灰工藝較傳統的——直接用渾水泵通過排灰管道把灰輸送出去的辦法節(jié)約用水30%，減輕對排灰系統的磨損。
1.7漂珠打撈機的工況分析
根據的濃縮池（如圖1.3）結構是一個直徑大約45m，高20m的池子，且中心有一個回轉臂繞濃縮池旋轉，因此可以將漂珠打撈機固定在回轉臂上，隨回轉臂一邊旋轉一邊撈取漂珠，撈取方式采用刮板運輸機的原理，這樣可高效率的撈取漂珠。
圖1.3
2 設計方案的總體論述
在對漂珠打撈機進行設計時，要充分了解對設備的要求，這些要求就是設計的依據。針對論證應考慮到以下幾個方面：
（1） 運輸量
（2） 輸送的線路的詳細尺寸
（3） 物料的性質
（4） 工作條件和環(huán)境狀況
（5） 給料和卸料方法
（6） 工作制度
（7） 設計的要求：鏈的垂直度要求、阻力系數、摩擦系數、安全系數等
2.1設計方案的提出
漂珠打撈機是固定在濃縮池中心的回轉壁的邊緣進行不間斷的漂珠打撈工作。因此要求此機器體積小，質量輕的特點。且不能影響回轉臂的正常工作。由于漂珠本身表面硬度大，會對機器的相關零部件造成很大的磨損。因此，要求打撈機的易磨損的部件易于更換且價格相對便宜，因此設計方案的選取是決定漂珠打撈機的總體性能、實用價值、以及經濟性大小的關鍵。
現在提出幾種方案，比較優(yōu)劣后選擇最為合理的一種：
方案一：傳動系統中傳動部分選用圓鏈傳動，減速器選用漸開線行星齒輪傳動；如圖2.1所示：
圖2.1 方案一
特點說明：
鎖鏈有很強的耐磨性，成本較低，但質量很大，減速器的傳動比大，可達i=10～300，結構緊湊，體積較小，重量較輕、價格較便宜。
方案二：傳動系統中傳動部分選用鏈條傳動。減速器選用電機直聯擺線針輪減速機。如圖2-2所示：
圖2.2 方案二
特點說明：
鏈條傳動較平穩(wěn)，節(jié)距在15.875左右的鏈條也有很強的耐磨性，質量較大。擺線針輪減速器的傳動比很大，一級傳動比i=6～119,且結構緊湊、體積小、重量輕，傳動平穩(wěn)，噪音低；工作可靠，使用壽命長，可直接購買。
方案三：傳動系統中傳動部分選用皮帶傳動。減速器選用兩級圓錐-圓柱齒輪減速器傳動。如圖2-3所示：
圖2.3 方案三
特點說明：
皮帶傳動較平穩(wěn)，質量較輕 ，但耐磨性很弱且成本較高。減速器用于輸入軸和輸出軸兩軸線垂直相交傳動中，傳動比I=8～40，因此應選用低速電機才能達到轉速要求。
2.2方案論證及選取
本次設計的產品從其使用環(huán)境和成本兩方面考慮，本產品是安裝在濃縮池中心回轉臂上，所以要求此產品質量體積?。挥钟捎诖水a品所打撈的物品—漂珠的表面硬度很高，對打撈機器有很大的磨損。因此還要求此產品直接接觸漂珠的部件要有很強的抗磨性，且價格適中。
方案一：鎖鏈傳動負載能力強，但體積及質量較大。減速器結構簡單，體積較小，但不是最小，但需自行制造，且其制造工藝復雜。
方案二 ：鏈條傳動質量及體積中等，減速器的占地面積最小，且裝配簡單，能在市場上直接購買到相應的型號，但價格較貴。
方案三：皮帶傳動質量較小，但其抗磨損性極差，這樣就會增加使用成本。減速器結構簡單、制造業(yè)較為容易，但其傳動比較低，這樣就只能選用低速電機，同樣成本很高。且體積與質量較大。
2.3方案的選擇
通過上述分析論證，以及配合機器的現場使用條件，決定選用方案二。因為，此機器不僅要求能在潮濕的環(huán)境中連續(xù)工作，還要求運輸部件有較強的抗磨損能力，這是為了減少機器在運轉過程中頻繁的更換運輸部件，減少機器的使用成本，也減少了維修時間也提高了生產效率。同時要求此機器的體積小，以便能隨著回轉臂旋轉，且不過分的增加回轉臂的負擔。選用鏈條作為運輸部件，是考慮到其質量及體積都不是很大，且有較強的耐磨性，因此選用。方案二中，雖然電機直聯擺線針輪減速機的價格較貴，但其使用壽命較長，且能長時間工作。因此本設計選用方案二。
2.4漂珠打撈機的系統設計
2.4.1漂珠打撈機的工作原理
當確定具體的傳動方案后，面對的問題就是如何經濟合理的設計出漂珠打撈機輸送機構。設計時，往往是生產工藝要求確定打撈機布置。輸送機系統的設計需要先考慮一下打撈機的具體工作原理。
漂珠打撈機械固定在濃縮池回轉臂一側，隨其回轉的同時自動打撈漂浮在水面的漂珠，該機的工作原理：由電機、減速器組成的動力系統驅動撈取運輸系統的主動鏈輪工作，撈取、輸送采用雙鏈刮板輸送機的結構，從動輪與導軌之間傳動處于水平傳動，刮板水平撈取水面的漂珠，然后通過輸送槽送到料箱。刮取漂珠的厚度由升降機構的垂直位移來實現。
當回轉臂運送到卸料斗時，料斗前端擋鐵擠壓料箱底蓋，將漂珠傾斜到料斗，順料斗底部送料管道漏到地面。
機構繼續(xù)回轉到卸料斗后端擋鐵處，由擋鐵擠壓料箱底蓋，使料箱底蓋關閉，從而完成整個工作順序。當未回到卸料斗料箱已滿時，由控制系統制動斷電停機直到轉到料斗處卸料后控制系統從新啟動。
該機構固定在回轉臂一側，隨回轉臂回轉的同時完成撈取、輸送漂珠的功能。機構主要由輸送鏈、鏈輪、刮板、輸送槽等組成，刮板固定在鏈條上。輸送槽和刮板都采用不銹鋼材制造。
由于漂珠表面的吸附力很強，容易“坨”住，因此應適當的向料箱內注水，使漂珠保持一定的粘稠度，因此需要一個制動清理潤滑系統，這個系統由兩個泵組成，，一個是用于裝置的清洗和料箱的注水，另一個是鏈條的潤滑和清洗，以保證漂珠撈取工作的能長時間正常運作。兩個泵抽取的是濃縮池里的水。
2.5設計參數
2.5.1工作條件
由于漂珠為堅硬顆粒、比重輕于水，漂浮于濃縮池水面上，濃縮池高20m，直徑。等速回轉攪拌池中灰漿轉速n=0.056r/min；圓周速度。工作環(huán)境為露天開放式。因此該機械的設計應滿足以下要求：
1）結構緊湊、重量輕、搬運裝卸方便。
2）操作簡單，安全可靠；
3）保證除灰系統安全運行，減少環(huán)境污染；
4）成本低，實用性強；
5）防腐、耐磨。
2.5.2設計指標和參數
合理設計回收裝置結構，合理考慮該裝置與原系統轉臂的相互關系，做到該裝置運行對原系統不產生不良影響，達到如下計算指標：
1）打撈率：95%以上；
2）總機質量小于1000kg；
3）日打撈量：。
3 傳動系統的設計計算及校合
3.1電機與減速器的選擇設計及校核
3.1.1 電動機的選取
1. 電動機的選取
（1）選擇電動機的基本原則
（a）考慮電動機的重要性能（起動、過載及調速等）、額定功率的大小、額定轉速及結構形式等方面滿足生產機械的要求。
（b）在以上前提下優(yōu)先選用結構簡單、運行可靠、維護方便且價格合理的電動機。
（2）電動機類型的選擇原則 根據電動機的工作環(huán)境選擇電動機類型；
安裝方式的選擇：
電動機的安裝方式有臥式和立式兩種，臥式電動機的價格較立式的便宜，所以通常情況下多選用臥式電動機，一般只為簡化傳動裝置且必須垂直運轉時才選用立式電動機。
（a）防護式的選擇：電機防護形式有開啟式、封閉式、防護式和防爆式四種。
1）開啟式電動機在定子兩端上有較大的通風口，散熱條件好，價格便宜，但水氣、塵埃等雜物容易進入，因此只在清潔干燥的環(huán)境下使用。
2）封閉式電動機分自扇冷式，他扇冷式和封閉式三種，前兩種可在潮濕多塵埃、高溫、有腐蝕性氣體或易受風雨的環(huán)境中工作。第三種可侵入液體中使用。
（3）防護式電動機在機座下方有通風口，散熱較好，能防止水及鐵屑等雜物從上方落入電機，但不能防止塵埃和潮氣，所以適宜于較清潔干凈的環(huán)境中。
（4）防爆式電動機適用于有爆炸危險環(huán)境中，如油庫，礦井等。
2. 電動機系列及型號的選取
（1）由于此產品是在垂直于火電廠附近的濃縮池上方工作，因此要求能防止塵埃和潮氣的入侵，故選用YB系列全封閉自扇式三項異步電動機，該機的特點是高效節(jié)能，噪音低，振動小，溫升裕大，可24小時工作，運行安全可靠。
（2）選擇電機型號：
工作所需的實際功率（估算）：
設電動機功率為N
式（3.1）
式中 N1—漂珠輸送所需功率；
N2—鏈及刮板自重消耗的功率；
K—綜合影響系數，取K=1.5。
式中 hmex——漂珠撈取的最大厚度，暫取hmex=50mm；
e1——刮板有效刮取寬度，暫取e1=210mm；
L——刮板刮取及運送總長度，暫取L=3500mm;
L1——刮板傾斜距離，暫L1=2400mm；
f——漂珠與槽面前的摩擦系數，取f=0.1；
η——傳動效率，
其中 η1 減速器效率
η2 聯軸器效率
η3 鏈傳動效率
η4 軸承效率
則暫取v=0.3m/s
式（3.2）
式中 F—鏈自重引起的鏈拉力，Fy按下式計算
式（3-3）
其中 —重度系數，當下垂度y=0.02a，α=30°時，取6；
q—位長度重量，1.2kg/m；
g—重力加速度，9.8m/s2；
a—中心矩，暫取a=4000mm。
v—鏈速，暫取v=0.2m/s;
若忽略離心力的影響，則有
所以漂珠撈取所需總功率為：
考慮到漂珠再撈取的過程中會卡住機械造成很大阻力，因此選用電機時選用較大的電機
最后確定電機功率為0.75kw.
選定電機型號為：YB802-4
3. 減速器的選取：
按設計要求：主動輪轉速為21r/min求傳動比i=1500/21=71
減速器選用ZWD0.75—4-71傳到軸的最大實際功率
式（3.4）
式（3.5）
查得 ：
3.1.2 滾子鏈鏈節(jié)的選取與計算
1. 鏈節(jié)的計算與選取
（1）確定工況系數f1,（查參考文獻[2]1071頁表5.2-13）
。
（2）確定鏈輪齒數：。
當時，（查參考文獻[2]1071頁圖5.2-15）
齒數系數。
（3）按工藝曲線選擇鏈條規(guī)格
計算設計功率：
式（3.6）
當和時，(查參考文獻[2]1072頁5.2-16)可查得適用鏈條為12A和12B，單由于本次設計的鏈條主要是運輸而非機械傳動而且設計時選用的功率較實際大很多（機器運轉時過載可能性較高），還需要有較強的耐磨性，因此選用10A的鏈條。其節(jié)距為15.875mm。
（4）按工作環(huán)境確定中心距及鏈節(jié)數如圖3-2所示：
圖3.2鏈條軌跡
2. 鏈節(jié)的基本參數
鏈節(jié)的基本參數如下所示：
鏈號：10A
節(jié)距：15.875p/mm
排距：18.11p/mm
滾子：10.16d1/mm
內鏈節(jié)距：9.40b1/mm
銷軸直徑：5.08d2/mm
內鏈板高度：15.09h2/mm
極限拉伸載荷：21800N
每米質量：1.00kg/m
3.1.3 鏈輪的結構設計與鏈條校核
1. 鏈輪材料的選擇
由于工作環(huán)境的要求，要求其要有較強的耐磨性，因此選擇40Cr作為鏈輪的材料，且熱處理為淬火、回火，齒面硬度達到40～50HRC。
2. 鏈輪的基本參數及尺寸
（1）分度圓直徑d：（查參考文獻[2]1081頁表5.2-27得）
鏈輪分度圓直徑系數：
式（3.7）
取
（2）齒頂圓直徑：
式（3.8）
式（3.9）
取
（3） 齒根圓直徑：
式（3.10）
（4）齒寬：
式（3.11）
（5）倒角寬
式（3.12）
取
（6）量柱測量距:
式 （3.13）
3. 鏈輪的結構尺寸
（1）輪轂厚度h：
試選用軸孔直徑
式（3.14）
(2)輪轂長度：
(參考) 式（3.15）
（參考） 式（3.16）
取 鏈輪1；
鏈輪2
（3）輪轂直徑：
式（3.17）
取
鏈輪的結構如圖3-3所示：
圖3.3 鏈輪結構圖
（4）計算有效圓周力F：
a)求鏈速v:
式（3.18）
b)計算有效圓周力：
式（3.19）
（5)求鏈條長度L和鏈條節(jié)數LP：
如圖3-1所示：
式（3.20）
式（3.21）
取
取鏈條近似中心距為
4. 滾子鏈的靜強度驗算
（1)求離心力引起的拉力：
式（3.22）
式中： —鏈條每米質量。
(查參考文獻[5]1128表8-2-2)
；（由于是掛板鏈，所以比查到的值略大一些 。）
（2) 計算懸垂力：
式（3.23）
式中：（查參考文獻[5]1138頁圖8-2-5）得 ：；
式（3.24）
（3)求鏈的抗拉靜強度的計算安全系數：
式（3.25）
式中： -鏈條極限拉載荷 ，可（查參考文獻[5]1138表8-2-2得）：
-工作情況系數，可（查參考文獻[5]1132表8-2-6查得）：
所以鏈條的靜強合格。
3.1.4軸的結構設計與校核
1.料的選擇
軸的材料選取40Cr。
2.結構設計
（1）軸1的結構設計：
a)初步確定軸的最小直徑
查（參考文獻[1]1128表8-2-2）值為97：
式（3.26）
考慮到軸是低速轉動，鏈輪的軸孔直徑為35mm，所以取軸的最小直徑
b)軸的結構設計：
①擬定軸的裝配方案，如圖3.4所示：
圖3.4 軸I結構圖
②根據軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度：
為了滿足半聯軸器的軸向定位要求，軸Ⅲ－Ⅳ段有一鏈輪，鏈輪的左端需制出一軸肩，鏈輪與半聯軸器之間采用套筒定位，故可取軸Ⅲ－Ⅳ段的直徑；右端用軸端擋圈定位，按周端直徑取擋圈直徑。半聯軸器與軸配合的轂孔長度鏈輪長度為，軸套長度為，為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸的端面上，故取Ⅲ－Ⅳ段的長度應比略短一些，取。同時為保護電機，（由于此機械在運行過程中極易卡住而造成電機過載）將連接兩個半聯軸器的銷換成木制的，這樣一旦過載木銷就會斷裂而起到保護電機及機械的作用。
軸Ⅰ－Ⅱ段就只有一個鏈輪，其軸向定位是左端由軸端擋圈定位，右端是軸肩定位。
初步選擇滾動軸承，因滾動軸承是安裝在鏈輪的軸轂上，因其受力特點是承受徑向載荷的同時，有不大的軸向載荷，因此選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據鏈輪輪轂直徑為則由軸承產品目錄中選取7214C角接觸球軸承其尺寸為。每個鏈輪上有兩個滾動軸承，其安裝方式一樣，靠近鏈輪處與鏈輪之間是軸套定位，軸套長度 ，使其距鏈輪15mm。滾動軸承與滾動軸承之間也是軸套定位。其長度為。滾動軸承另一端是用彈簧性擋圈定位。 其尺寸按鏈輪輪轂尺寸從手冊中查取。
至此，已初步確定了軸的各段長度和直徑
③軸上零件的周向定位：
鏈輪和半聯軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接，按軸的尺寸由（查參考文獻[3]5-23頁表5-1-28得）平鍵截面（GB/T1095-1979）鍵長分別為：70mm（半聯軸器）和80mm（標準鍵長見GB/T1096-1979）。同時為保證齒輪與軸配合又良好的對中性，故選擇鏈輪與軸的配合為H7/r6。滾動軸承與鏈輪軸轂的軸向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑的尺寸公差為m6。
④確定軸上的倒角與圓角尺寸：
取其軸端倒角為45°，軸肩處的圓角半徑為R1。
（2）軸2的結構設計:
①擬訂裝配方案，如圖3-5所示：
圖3.5 軸2結構圖
②根據軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度：
軸2的直徑尺寸同軸1，軸端定位也相同長度如圖所示。
③軸上零件的周向定位：
軸2的周向定位也同軸1，但平鍵的長度為：56mm（標準鍵長見GB/T1096-1979）。
④確定軸上的倒角與圓角尺寸：
取其軸端倒角為45°，軸肩處的圓角半徑為R1。
3.軸的強度校核
因為軸1和軸2 的結構相同，因此，只需校核一個軸。因此此次設計只校核軸1。
（1） 求軸1（如圖3-4）上的載荷：
求鏈輪對軸的力：
式（3.27）
(2)判定危險截面：
首先根據軸1的結構圖（圖3.2），作出軸的計算簡圖彎矩圖及扭矩圖，如圖3-4所示。
從軸的結構圖及彎矩和扭矩圖可以看出，圖中所示的A截面是軸的危險截面?，F將計算出的A截面處的、、的值列于表3-2。
表3.2 軸1彎矩扭矩
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
彎矩
總彎矩
扭矩
圖3-6 軸1的彎矩扭矩圖
（3）按彎扭合成應力校核軸 ：
求軸的抗彎截面系數W：
式（3.28）
折合系數
則軸的計算應力為：
已定軸的材料為40Cr，調質處理，（查參考文獻[1]355頁表15-1）得
式（3.29）
因此，安全。
（4）精確校核軸的疲勞強度
a)判斷危險截面：
由軸的彎矩圖和扭矩圖可以看出只需校核截面A的右側。
b)校核截面A的右側：
抗扭截面系數：
式（3.30）
彎曲應力為：
式（3.31）
扭轉切力為：
式（3.32）
（查參考文獻[1]355頁表15-1）
得40Cr的彎曲疲勞極限
剪切疲勞極限
因為此段軸是鍵槽配合，
（查參考文獻[1]38頁附表3-4）
得 ：；
取 式（3.33）
軸按磨削加工（查參考文獻[1]40頁附圖3-4）得表面質量系數：
所以得綜合系數為 ：
式（3.34）
式（3.35）
40Cr特性系數
取
取
則安全系數為:
式（3.36）
式（3.37）
式（3.38）
故該軸截面A的右側強度是足夠的 。
因此該軸的強度校核合格。
3.2鍵聯接的校核
如前所選定的平鍵截面為的鍵，其中最短的鍵長為56mm，因此只需校核該鍵。
作用在該鍵的扭矩
式（3.39）
式（3.40）
（查參考文獻[1]104頁表6-2）鍵聯接的需用擠壓應力為：
則鍵聯接的強度條件為：
式（3.41）
所以該鍵合格。
3.3對軸承壽命的計算
查得，軸承7214C基本額定載荷（動），，
所以 ，查文獻[1] 第312頁公式
式（2.3）
滾子軸承。n代表軸承的轉速， 則
因此，軸承壽命足夠。
3.4升降系統的結構設計
升降調節(jié)機構（如圖3-7）用于調節(jié)漂珠打撈機械在濃縮池中的上下位置，以適應不同的工作要求，該部件主要由螺桿、導螺母、滑道組成。螺母座與回轉臂固定，滑道下部與打撈機械鉸鏈，構成了搖塊四桿機構，旋轉螺桿可調節(jié)機械的上下位置可以調整刮取池內的漂珠厚度。當打撈機部工作的時候，可旋轉螺桿將打撈接卸提出水面，以減少回轉臂的運行阻力。
圖3.7升降系統的結構圖
3.5珠箱的尺寸設計
按要求，該機械每日撈取漂珠25m3 ?；剞D臂每19分轉一圈，因此要求一天24小時內珠箱（如圖3-8）所承載的漂珠量(每轉一圈卸載一次）的總和不少于25 m3 。
因此漂珠的體積V應滿足：
所以：
按漂珠打撈機的整體裝配可取其尺寸為：
材料選擇的不銹鋼板。
為了卸載方便設計其下半部有一定的斜度，綜合考慮卸料口設計為。
珠箱底部為卸料門，且門與卸料斗上壓輪相接觸，可自動完成門的開啟和關閉，門的四周用高彈性發(fā)泡橡膠條密封。
圖3.8 珠箱結構圖
3.6刮板寬度B的確定
刮板寬度B是決定撈取工作能力的重要因素。按下述方法確定：
轉臂回轉速度Vdm為
式（3.42）
式中 Dm=3800mm；
N—轉臂轉速，n=1周/19分
則
若取刮板鏈條線速度V=0.20m/s，刮板間距L1=300mm,則刮板所能刮取的有效寬度（認為在刮取漂珠時，不發(fā)生橫向流動）：
式中：S為一個刮板刮取到另一個刮板所在位置時所需時間，按下式計算
式（3.43）
則
取刮板寬度B=210mm。
3.7自動卸載漂珠機構的設計
3.7.1四桿機構的設計與計算
為了能夠在卸料時卸料，開料箱能順暢的打開，因此設計一個四桿機構，能起到助力作用，因此要求是曲柄搖桿機構。如圖3.9所示：
圖3.9 四桿機構
按要求（可查參考文獻[2]795頁表3.2-4得），
，實際尺由現場安裝時按其比例選取。
3.7.2卸料斗的設計
卸料斗固定在水泥基礎上，在卸料斗支撐架上設有開門機構（頂壓輪核脫鉤輪）和關門機構，（頂壓輪）。當珠箱運行到卸料斗處時，頂壓輪通過珠箱門底面的楔塊將門向上推起，脫鉤輪將掛鉤頂出，料門迅速打開卸料，當珠箱卸料完畢運行至卸料斗末端需要關門時，關門機構的頂壓輪壓緊楔面，將門向上推起，掛鉤的復位彈簧使掛鉤復位，鉤緊珠箱門。脫鉤過程模擬圖如圖3.10所示：
圖3.10 脫鉤過程模擬圖
3.7.3電氣控制系統的原理的設計
在電路控制上，采用兩套并聯電路控制系統。1.按鈕人工控制；2.全自動系統控制。當正常啟動工作時，如出現珠箱內儲料過量有外溢可能時，傳感系統自動斷電，整機停止工作；當卸料后自動接通，整機恢復工作狀態(tài)。傳感系統是在珠箱內裝有一漂浮裝置。
自動控制電路的設計，如圖3-8所示。一對開關按鈕（圖中、）安裝在珠箱架上最便于操作之處，控制電磁開關KM，用來控制工作電機M。熱繼電器FR對電機進行過載保護。
行程開關SQ，中間繼電器KA、時間繼電器KT組成全自動控制系統，控制漂珠儲量的極限值。使用調試時將傳感機構的掛鉤筒置于最佳位置，當掛筒受漂珠擠壓，則向上推動行程開關動作，即處于圖3-11所示位置，KM斷電、電機停車。同時中間繼電器KA接通開始工作，當卸料或其他原因是掛筒在因自重下落時，行程開關復原，KM接通，電機開始工作。與此同時時間繼電器KT也接通開始工作，其延時斷開的凍接點KT經數秒后斷開，中間繼電器KA停電，一個循環(huán)結束。
圖3-11 電氣控制原理圖
4 基于UG的三維漂珠自動打撈機設計
4.1 UG軟件簡介
Unigraphics（簡稱UG）是美國EDS公司出品的一套CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統。它的功能覆蓋了從概念設計到產品生產的整個過程，并且廣泛地運用在汽車、航天、模具加工及設計和醫(yī)療器械行業(yè)等方面。它提供了強大的實體建模技術，提供了高效的曲面建構能力，能夠完成復雜的造形設計，除此之外，裝配功能、2D出圖功能、模具加工功能及與PDM之間的緊密結合，使得UG在工業(yè)界成為一套無可匹敵的高級CAD/CAM系統。
在零件設計方面，UG提供了非全約束的實體特征建模與曲面建模相結合的技術，不但使工程師在設計時操作更加靈活，而且能夠保證用戶設計出非常復雜的產品。變量化的草圖輪廓繪制，能夠自動進行動態(tài)化約束檢查。通過拖動手柄改變尺寸，可以動態(tài)預覽模型，實現特征和草圖的動態(tài)編輯。UG提供的拉伸、旋轉、放樣、掃描、抽殼、筋板、圓角、倒角等功能可以設計出各種實體模型。采用拉伸、旋轉、放樣、掃描和曲面延伸、延展、縫合、修補等構造曲面功能可以創(chuàng)建形狀復雜的曲面模型。
UG還具有功能強大的鈑金模塊，但這個模塊并不是獨立存在的，而是完全集成于UG零件設計環(huán)境中，這樣在進行鈑金設計時更加方便。鈑金模塊包括平面特征、多重彎曲、切割、自動展平、彎折、法蘭、折邊、斷開邊角等功能，利用這些功能可以設計出非常復雜的鈑金零件。
在工程圖方面，UG提供了生成完整詳細的工程圖的各種設計工具，使用戶能快捷地生成完整的，符合標準的工程圖紙。由于工程視圖是由三維零件自動在圖紙中生成的，因此不同方向的視圖、局部視圖、剖視圖和其他視圖都是全相關的。當用戶修改圖紙時，三維零件模型和各個視圖都會自動更新。另外，系統還提供了完備的尺寸和符號標注工具，不但可以在視圖中控制三維模型中已有標注的顯示，還可以手動加入形位公差、焊接符、粗糙度、螺紋線、基準符符號，用戶還可以自定義標注符號。圖紙的繪制和標注不但支持ANSI、BS、DIN、ISO、JIS和GOST等國際標準，還支持GB國家標準。
UG的強大功能：
（1） 可以為機械設計、模具設計以及電器設計單位提供一套完整的設計、分析和制造方案。
（2） UG是一個完整的參數化軟件，為零部件的系列化建模、裝配和分析提供強大的基礎支持。
（3） UG可以管理CAD、數據以及整個產品開發(fā)周期中所有相關的數據，實現逆向工程和并行工程等先進設計方法。
（4） UG可以完成包括自由曲面在內的復雜模形的創(chuàng)建，同時在圖形顯示方面運用了區(qū)域化管理的方式，節(jié)約系統資源。
（5） UG具有強大的裝配功能，并在裝配模塊中運用了引用集的設計思想。為節(jié)省計算機資源提出了行之有效的方案。
UG軟件覆蓋了CAD，CAM，CAE的所有領域，UG的應用模塊有十幾部分它們都是集成環(huán)境的一部分，相對獨立又相互聯系，包括建模、外觀造形設計、制圖、加工、結構分析、運動分析、鈑金、管路、注塑模向導、用戶界面編輯器。
由于是初次接觸UG這種如此強大的軟件，在短暫的時間內學到的也只是皮毛部分，所以現只對建模進行祥細的說明。
4.2實體建模
4.2.1鏈輪建?！?
1. 繪制草圖
以鏈輪為例對UG的實體建模進行說明。
在建模狀態(tài)下進入草圖繪制首先進入建模條件下，然后進入草圖狀態(tài)下，在草圖狀態(tài)下進行草圖繪制。
工具繪制一條豎直線和3條水平線，豎直線的起點與原點重合，上面2條水平構造線的右端點與豎直線重合，下面一條水平構造線的右端點與原點重合。用“直線”工具繪制出2條水平線（最上面一條和最下面一條）和一條豎直線，上面日一條水平線右端點與豎直構造線端點重合，下面一條水平線右端點與原點重合，左端點與豎直線下端點重合，豎直線上端點與 第二條水平構造線左端點重合.工具標注如圖所示的尺寸。如圖4.1
圖4.1
用“三點圓弧”工具，繪制出一條圓弧，它的起點和終點分別落在直線的端點上。如圖4.2
圖4.2
用鏡像工具，將選中的草圖鏡像。如圖4.3
圖4.3
4.2.2建立旋轉
退出草圖，單擊，然后再在特征工具欄中單擊“旋轉”圖標，系統彈出“旋轉”屬性管理器，在“旋轉軸”輸入框中，選擇作為旋轉軸。復利用選擇合適方向。選擇起始角度 ，選擇合適角度。單擊“確定”圖標按鈕完成建模。
圖4.4
4.2.3在建模體上建草圖
以圓盤的表面作為草圖平面，先繪制出3個同心圓，圓心與原點重合。如4.5
圖4.5
用工具繪制出3條直線，它們的起點都與原點重合，重點與圓重合，右邊的一條作“豎直“約束，利用設定尺寸。如圖4.6
圖4.6
繪制3條直線，它們的起點和終點都落在圓上，右邊的直線作水平約束，用“約束”工具，將圖5-4所指的兩條直線作“垂直”約束。將圖中下面的兩條直線作“相等”約束，直線的尺寸如圖4.7
圖4.7
用“圓”工具繪制出一個圓，圓心落在直線的端點上，用將2個圓作“相切”約束。如圖4.8
圖4.8
用“三點圓弧”工具，繪制出一條圓弧，起點落在直線的端點上，終點落在圓上，如圖5-9所示。用工具，將圖中箭頭所指的圓弧和點作“重合”約束，將圓和圓弧作“相切”約束。如圖4.9
圖4.9
利用“鏡像”工具對圓弧進行鏡像。如圖4.10
圖4.10
用“三點圓弧”工具，繪制出一條圓弧，圓弧的起點和終點分別落在尺寸13直線的兩個點上，如圖5-13所示。用工具標注出分度圓直徑的從動