瓷砖压制机和输送机设计.docx
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瓷砖压制机和输送机设计
瓷砖压制机和输送机的设计
摘要
在本次设计中的瓷砖压机的结构设计主要采用三维建模的方式对砖压机进行设计,首先对砖压机的发展进行了详细的了解并明确了我国和他国之间的差距,同时明确了发展的方向和目标,通过砖压机的设计制造,实现砖压机的轻质量,节省材料等,提高其可靠性、重复性、调控性、耐久性等。
对输送机构进行了详细的设计与研究,保证了输送环节每一个工艺过程的实现,并对砖压机流水线可能出现的砖片错乱叠加等现象设计了安全防撞机构来实现保护目的,由于陶瓷加工环境恶劣,有较大的尘埃出现所以设计了对应的重力沉降室对尘埃进行控制,防止工人在操作时,长时间后出现尘肺病等职业疾病。
关键词:
压制机构,输送机构,安全防撞机构,除尘机构
Abstract
Inthedesignofthestructuredesignofceramictilepressmainlyadoptthewayofthree-dimensionalmodelingtodesignofbrickpress,firsttothedevelopmentofbrickpresshascarriedonthedetailedunderstandingandclearthegapbetweenourcountryandothercountries,hasbeenclearaboutthedevelopmentdirectionandgoalsatthesametime,throughthedesignandmanufactureofbrickpress,brickpresslightquality,savematerials,improveitsreliability,repeatability,regulation,durability,etc.Carriedonthedetaileddesignandresearchofconveyingmechanism,toensurethetransmissionlinkofeveryprocess,andthebrickpresslinepossiblepieceofinsanitysuperpositionphenomenonsuchasdesignsafeanti-collisionmechanismtorealizeprotectionpurpose,duetotheceramicprocessingconditions,alargerdustappearsodesignedcorrespondinggravitysettlingchambertocontroldust,preventworkersinoperation,pneumoconiosisandotheroccupationaldiseaseafteralongperiodoftime.
Keywords:
suppressionmechanism,transmissionmechanism,safeanti-collisionmechanism,dustremovalmechanism
第一章绪论
1.1瓷砖压制设备的简介
瓷砖压制设备(以下简称砖压机)根据它的技术特点及其机构而言,主要有液压压制设备、运输设备、除尘设备等组成了一条完整的生产工艺线路。
其中液压压制设备是生产线的关键设备,它优点主要是:
液压传动压制静压力进行作用,工作平稳,压制成行稳定。
液压传动的应用可以控制压制力、速度、时间,控制持久稳定,压机动作准确可靠;压机的时候可以自由的做到大型化和自动化应用范围更加广泛;压制的胚体成型好,强度高。
砖压机的特点是可靠性、重复性、调控性、耐久性、效率。
本次设计将对砖压机的整条生产线路进行设计研究。
1.2砖压机在国内外现状及发展
1.2.1国内外砖压机的现状
中国有巨大的瓷砖需求,同时也是巨大的瓷砖生产国。
20世纪80年代末,瓷砖仍然依靠进口。
但是经过二十多年的发展我国成为瓷砖制造大国,今天国产砖压机不仅可以替代进口的砖压机,而且可以大批量的出口外国,这是一个具有历史意义的重大的转变。
国产砖压机的主要技术参数、性能和整体水平已接近国外现代砖压机的先进水平,而且差距在不断缩小。
但是国产砖压机行业发展时间短,发展开发过程中竞争激烈,只有国内市场和国际市场同步开发,才能在国际市场上赢得认可,这样才能证明国产压机的成功。
经过10多年的不懈努力,国产砖压机取得了较大的进步,无论从外观还是结构方面都经过了不断的优化、创新。
但与国外砖压机相比还有较大差距,例如铸、锻件的质量问题就是国产砖压机与进口砖压机最明显的差距之处,故国产砖压机看上去总是显得粗糙、笨重。
所以国产砖压机的研发,要立足国情,用好的结构,适合国情的结构来弥补国内制造业的不足。
而梁体的优化就是要最大限度的减少应力集中的危害,使梁体的应力场趋向均匀,在确保梁体刚度足够的前提下,可以适当减轻重量。
同时梁体的优化还要有利于铸造工艺,例如优化时可以通过改变结构将铸造缺陷的密集区设计为低应力区以排除日后可能发生的隐患。
为了满足陶瓷生产的需求,国内的科达机电推出宽体压机,它在一定的压力下,加宽工作台的,可以提高生产效率。
宽体压机可以降低主电动机的功率,可以提高压制频率,还可以提高其工作的稳定性、节能、改变外观等,研究宽体压机还是很的意义的。
通过现代的设计方法,对其进行设计,改变压机大小的、重量、受力情况、寿命等,对宽体压机将来能更好的适应市场和受到使用厂家的信赖好评给以保证,降低生产成本,为生产厂家获得更大的利益。
宽体压机节能,提高生产效率,可以给使用厂家带来更大利益,降低能耗等。
在国外生产砖压机的主要产家有德国的莱斯公司、道尔斯特公司等,意大利的萨米克公司、西蒂公司、维高公司、纳萨蒂公司等。
日本的公司不断推出结构日益完善,生产效率和自动化程度不断提高,多种结构形式的新型墙地砖成形液压机。
国外的砖压机现在都在向美观,大吨位,高精度,高效率,节能控制,多功能自动化程度更高和机器的动作更加符合料压制成型的工艺要求的方向发展。
1.2.3现在砖压机的发展趋势
现代瓷砖液压机无论从主机结构还是液压控制技术以及流水线生产的输送环节以及清除尘埃的方式都和以前的生产模式不一样了。
主机结构采用经过改造后的新型结构,应力结构。
这样的主机精度、可靠性和抗疲劳性能都有很大的发展空间,伺服系统采用先进的液压伺服控制方式让压制动作更加的柔和、平稳,压制力更加准确。
瓷砖压制机主机结构的研究与开发中合理的结构,消耗少量的原材料,得到理想的实用效果—包括主机精度、综合性能以及抗疲劳性等都是我们要努力的方向和目标。
1.3本设计研究的内容和意义
模仿其他国家的机器已不是长久之计,这样不符合我们可持续发展的观点,自主设计创新的机械产品需要不断生产出有先进水平的机械,才能冲破技术封锁,生产具有竞争力的机械产品是每一个机械设计者的义务,一个国家综合国力有部分体现在机械产品上,让我们为我们的国家成为国际强国打下基础。
在本次设计中的瓷砖压机的结构设计主要采用三维建模的方式对砖压机进行设计,首先对砖压机的发展进行了详细的了解并明确了我国和他国之间的差距,同时明确了发展的方向和目标,通过砖压机的设计制造,实现砖压机的轻质量,节省材料等,提高其可靠性、重复性、调控性、耐久性等。
对输送机构进行了详细的设计与研究,保证了输送环节每一个工艺过程的实现,并对砖压机流水线可能出现的砖片错乱叠加等现象设计了安全防撞机构来实现保护目的,由于陶瓷加工环境恶劣,有较大的尘埃出现所以设计了对应的重力沉降室对尘埃进行控制,防止工人在操作时,长时间后出现尘肺病等职业疾病。
砖压机全自动生产线上的机械设备包括压制机构、输送机构、安全防撞机构、灰尘清理等的机械部分,为了提高效率,可以把压机的工作台的加宽。
其中输送机构可以采用滚筒输送模式,控制间隔区间,来保证同时运送多块的目标。
同时可以考虑使用重力沉降或者旋流器等方式来收集废弃的灰尘空气。
安全防撞机构的设计是本文的一个创新设计,让输送线在使用情况下尽可能高的提高安全性能,同时摆脱了传统的依靠电子信号来实现的目标。
目标实现砖压机同时实现压制瓷砖600mm×600mm×18mm,每天的日产量为5000-10000平方。
实现砖压机的轻量化与经济性,保证防撞机构的有效实现,输送机构的多片同时输送,除尘的轻量化与成本优化。
第二章砖压机工艺与原理
2.1砖压机工艺流程
世界各国生产陶瓷砖除了塑性法、注浆法成型坯体之外,只要是采用颗粒状粉料压力成型工艺的基本上都是走过手工锤打→半机械化的摩擦压力锤→机械式压力机→摩擦—液压机成型→全自动液压机成型的道路。
因此,当今各地企业选用的自动液压压砖机其实是实践经验总结的应用,是目前最普遍最先进的方法。
2.2液压砖压机工作原理
液压砖压机的工作原理1-小柱塞2-大柱塞3-坯体液压砖压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的,它是一种利用液体压力传递能量的机器。
图2-1液压砖压机的工作原理
两个充满工作液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道连接,当小柱塞上作用的力为F1时,在大柱塞上将产生向上的作用力F2,迫使制件变形,
A1、A2分别为小柱塞和大柱塞的工作面积。
2.2.1液压砖压机主要特点
砖压机采用液压传动特点如下:
(1)容易实现大型化。
因为油压和活塞的面积可在较大范围内变动,压制力F=A×P,只要增大活塞面积A和提高油压力P,就可得到大吨位的液压砖压机。
目前已有公司宣称研制出一万吨液压砖压机就是证明。
由此可知采用液压传动的砖压机容易获得更大的工作压制力,以满足压制大规格制品的要求。
(2)可方便地对压制过程的压力、速度、保压时间等参数实行调节和控制,使各项压制参数满足压制成形工艺的要求。
(3)对砖坯施加的压力为静压力,因此工作平稳,有利于砖坯的压制成形。
(4)容易实现砖压机的自动化操作。
第三章总体方案设计
全自动液压砖压机主机部分(又称机械部分)主要由机架、压制油缸、增压缸、顶模装置、布料装置及排气、安全装置等组成。
本设计主要研究机架和压制油缸的选择。
3.1压制油缸的选择
现在砖压机的油缸主要有两种形式活塞式、油缸柱塞式。
塞式油缸被活塞分隔为两个腔,因此可以获得正反两个方面的运动。
当活塞腔通入高压油,活塞杆腔回油时,即为工作行程;当活塞杆腔进油,活塞腔回油时,则可实现回程,故不需单独设置回程缸。
它属于双作用油缸。
由于活塞式油缸不需另设回程缸,所以结构紧凑,零件少,安装空间小。
活塞在运动时,除了活塞杆有导向作用外,活塞沿缸壁滑动,也具有导向作用,且导向长度较长,所以活塞式油缸导向性能好。
活塞缸密封件的寿命较长,原因是高压端的密封填充件的微小渗漏属内泄漏,只要不影响使用性能,密封件产生的一些微小泄漏可继续使用,不必更换。
柱塞式油缸是一种单作用油缸,只能从一个方向加压,所以要靠另外的油缸实现回程。
柱塞在油缸中上下移动时是在导向套(环)中滑动的。
一般导向套长度较短,为了加长导向距离,以便承受较大的偏心力矩,可在柱塞的两端安装导向套。
此外回程缸的另一个作用是用于导向作用。
柱塞缸的密封的寿命较短,原因是柱塞缸一端通高压油腔,另一端直接与大气相通,密封件两端的压力差较大,而且有微小的渗漏,都会污染环境和坯体,均影响使用,必须进行更换。
柱塞在导向钢套中作往复运动,偏心载荷断还会发生倾斜,因此校塞表面必须具有足够的硬度及光洁度,以免过早磨危或因表酣拉毛,拉成沟潜而导致损坏。
校寒表四拉坏后,会直接影响密封寿命,引起高压液体的漏损,甚至每隔半月就必须换一次密封,严重影响生产。
经过了比较后发现本设计将先择活塞式的油缸,油缸倒置并将其和活动横梁做成一体,即倒置式组合主油缸。
改善了活动梁的受力状态,使压制力更加均匀,有利于坯体成形。
将油缸与活动横梁做成一体,让缸体活动横梁作上下运动。
工作原理同普通活塞式油缸一样,主要优点是:
(1)增加了活动横梁受力面积,大大改善了活动横梁的受力状态,相对提高了活动横梁的刚性,使其受力变形小,使砖坯压制力更加均匀,有利于砖坯的压制成形,提高砖坯压制质量。
(2)压制油缸倒置可使上横梁的结构大为简化,从而大大减少其加工难度,同时不需在上横梁加工出油缸,因而使上横梁的强度得以大大提高,并可减小主机尺寸。
由于倒置式有以上显著的优点,本设计将选择倒置式的。
(3)主油缸与动梁合一结构是大型砖压机的结构形式(如图1-6)。
主油缸采用筒形无缸底结构,利用动梁的上平面作为油缸底部,通过柔性联接和独特的密封结构将主油缸和动梁联成一体。
除具有油缸倒置结构的优点外,另外与带缸底倒置油缸结构相比,运动部分的重量大大减轻,有利于提高砖压机的运动速度及工作频率;油缸的重量减轻50%以上,主机高度可适当降低,并彻底解决了带底油缸的缸体与缸底连接部位的应力集中难题。
综上所述,本油缸将使用活塞式油缸,而且倒置,油缸做成一体。
3.2机架结构形式的选择
机架是陶瓷液压压砖机的关键部件,也是主要的受力部件。
如果机架损坏,则整个压机损坏。
因而机架一方面要求有足够的强度储备,足够的刚度和较大的可靠性。
另一方面,由于陶瓷压砖机的工作环境恶劣,通常是在满负荷高频率日工作次数达一万次以上下工作,所以与其它行业液压机相比,陶瓷压砖机还必须具备超强的疲劳抗力和疲劳寿命例如某些注塑压力机十年的疲劳寿命次数也只相当于陶瓷压砖机一年的疲劳期限。
目前,国内外陶瓷压砖机广泛采用的机架型式有梁柱结构和板框结构,国外少数大型压砖机采用预应力钢丝缠绕机架。
目前常用的机架的结构形式有梁柱组合机架、拉杆-套筒梁柱组合机架、钢丝缠绕机架,通过下面的比较选出最佳的机架方案是拉杆-套筒梁柱组合机架。
(1)拉杆-套筒梁柱组合机架。
由上、下横梁与四根立柱用螺母连接而成,立柱由拉杆及套在其外面的套筒组成。
装配时,拉杆两端分别穿过上、下横梁的通孔,再用专用千斤顶将拉杆拉长(也可加热使之伸长),最后用螺母拧紧。
这样,拉杆受一个预拉力,全长预紧。
拉杆受拉而套筒受压,使上下横梁构成一封闭的戒框架,整机的刚性好,强度大。
工作时,机架承受的为脉动载荷,循环特征r=0。
立柱施以预拉力后,脉动载荷与预拉力叠加,改变了载荷的性质。
如果设计得当,载荷的循环特征可大些,载荷性质接近于静载荷。
这样一来,拉杆就可以材料的屈服极限而不用持久极限特征来进行强度校核,材料的能力得到充分的利用,拉杆截面可以做小一点。
3800吨砖压机是中等压力的砖压机用拉杆-套筒梁柱组合机架的结构形式完全能够满足要求。
(2)梁柱组合机架,虽然结构简单,在制造和装配都比拉杆-套筒梁柱组合机架简单,成本低,但是在压制的时候产生较大的变形,强度和刚度都不够,只适合吨位小的砖压机,不适合3800吨砖压机。
(3)钢丝缠绕机架是现在世界上大吨位砖压机比较常用的一种机架形式,由上、下两个半圆梁及两立柱用预应力绝缘缠绕而成。
通过预紧钢丝对梁柱施加足够的预紧力,使梁柱上的拉应力大部分转化为压应力,这样就大大消除了由于拉应力引起的疲劳裂纹扩展的隐患,提高了砖压机机架的疲劳强度和刚度。
在我们国内这种形式的机架用的比较少,技术还不是很成熟,在制造和装配有一定的难度,造价成本高,而且其主要用于大吨位的砖压机3800吨砖压机是中等压力的砖压机用拉杆-套筒梁柱组合机架的结构形式完全能够满足要求。
综上所述,本设计将选择拉杆-套筒梁柱组合机架。
第四章砖压机各主要零部件的设计
4.1各零件的结构设计
4.1.1液压机主要技术参数
四柱液压机的主要功能:
通过液压传动系统传递动力,完成零件的压力成型加工。
四柱液压机的适用范围:
液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。
表4.1液压机技术参数
参数项
参数
公称力(最大负载)
2000KN
工进时液体最大工作压力
25MPa
主缸回程力
400KN
顶出缸顶出力
350KN
主缸滑块行程
700mm
顶出活塞行程
250mm
主缸滑块距工作台最大距离
1100mm
主缸滑块快进速度
0.08m/s
主缸滑块工进最大速度
0.006m/s
主缸快退速度
0.03m/s
顶出活塞顶出速度
0.02m/s
顶出活塞退回速度
0.05m/s
4.1.2主机的结构
从前面方案的选择中我们选择了现在比较常用的拉杆套筒式的梁柱式的结构形式,如下图:
图4-1拉杆套筒式的结构
第五章砖压机设计及用Solidworks建立三维模型
砖压机的上横梁、活动横梁、下横梁都是用铸造的方法获得。
影响零件成本90%是零件的设计过程决定。
铸件的设计涉及四个方面的内容:
a、即压力铸造对零件形状结构的要求;b、压铸件的工艺性能;c、压铸件的尺寸精度及表面要求;d、压铸件分型面的确定。
5.1活动横梁的详细设计及三维模型的绘制
5.1.1SoldiWorks的介绍与应用
Solidworks公司是专业从事三维机械设计、工程分析和产品数据管理软件开发和营销的跨国公司,其软件产品Solidworks提供一系列的三维(3D)设计产品,帮助设计师减少设计时间,增加精确性,提高设计的创新性,并将产品更快推向市场。
Solidworks软件组成:
1)2D到3D转换工具
将2D工程图拖到SolidWorks工程图中的功能;支持包括外部参考的可重复使用2D几何;视图折叠工具,可以从DWG资料产生3D模型。
2)内置零件分析
测试零件设计,分析设计的完整性。
3)机器设计工具
具有整套熔接结构设计和文件工具,以及完全关联的钣金功能。
4)模具设计工具
测试塑料射出制模零件的可制造性。
5)消费产品设计工具
保持设计中曲率的连续性,以及产品薄壁的内凹零件,可加速消费性产品的设计。
6)对现成零组件的线上存取
让3DCAD系统使用者透过市场上领先的线上目录使用现在的零组件。
7)模型组态管理
在一个文件中产生零件或零组件模型的多个设计变化,简化设计的重复使用。
8)零件模型建构
利用伸长、旋转、薄件特征、进阶薄壳、特征复制排列和钻孔来产生设计。
9)曲面设计
使用有导引曲线的叠层拉伸和扫出产生复杂曲面、填空钻孔,拖曳控制点以进行简单的相切控制。
直观地修剪、延伸、图化、缝织曲面、缩放和复制排列曲面。
(2)三维零件库的应用
标准件库的价值在于机械产品有10%~25%的零件为标准件,标准件的使用极大地节省产品的制造成本。
在产品开发过程中标准件库同样能节省大量的设计成本,如果没有标准件的三维模型库,工程师将花费大量的时间在简单的重复建模工作上,造成设计资源的浪费。
以一个轴承模型为例:
工程师通常需要2个小时才能建立一个合格的模型,而从标准件库中选用,只需要1分钟。
世界上主流标准库与零件图有traceParts零件库、Cadenas零件库、StrackNorma模具标准件库。
国际市场上常用的标准件库有:
发恩特标准件库、新迪3D零件图、迈迪标准件库、LinkAblePATcommunity。
solidworks标准件库主要为Solidworks软件开发的标准件三维模型图库,主要包括螺栓,螺母,螺钉,螺柱,键,销,垫圈,挡圈,密封圈,弹簧,型材,法兰等。
Solidworks软件右侧的Toolbox是较为方便可以调用的零件库。
从图中可以看出内部涵盖了美国、中国、英国、发过、澳大利亚等众多国家的标准件,普通的紧固件、型材、辅助件都有相关的标准可以查找。
5.1.2活动横梁的总体设计
活动横梁是砖压机的一个重要的运动部件,在运动中和套筒的摩擦很大要加导套,厚度可取10—20,这里取10,为了装配和维修的方便立柱导套做成对开式,每个导套高
的活动横梁导向部分高度,约这里取
,高度80。
活动横梁将采用铸造的方法进行加工,由于《械设计手册》铸件较大壁厚可取50,导向部分的高度取等于300,由套筒的外径d=400和立柱导套的厚度10,可确定,活动横梁上立柱孔D=420,由立柱的净间距2400可以确定活动横梁的立柱孔横向间距l1=2820,立柱柱纵向净间距取200,刚立柱孔纵向间距l2=620,长a=3420,宽b=1140,活动横梁的导向部分的度要大于活动横梁的活动行程的一半,取300。
为了节省材料可做成箱体体形式,内部做十字加强肋,厚100。
由《机械设计手册》铸件的倒圆角,内部圆角都取30,外部圆满角都取25。
设计和布置铸造工艺所需的出砂孔,出砂孔边的应力集中,也是上横梁被削弱的地方,出砂孔一般布置在弯曲应力为零的中性层附近,虽然弯曲应力为零,但还是存在较大的剪应力。
砂孔的半径R=100,布置在中性层上,6个砂孔,具体位置如下图所示。
图5-1砂孔布置位置
5.1.3T型槽的设计
活动横梁下表面T型槽的设计,T型槽是要固定模具。
由《机械设计手册》表7-1,可得取宽度为84.62高度为70,活动横梁上分布5个,具体位置与模具决定。
三维图如下图所示。
图5-2活动横梁三维图
5.2上横梁的详细设计和三维模型的绘制
5.2.1上横梁的总体设计
大型铸件一般都要做成箱体的形式,上横梁我们设计成箱体形式,由于上横梁受力比较大,为了保证强度和刚度,壁厚应该厚一些,这里壁厚取取100。
由活动横梁左右的中心间距2820,前后的中心间距620,我们可以确定上横梁的长l=3330,宽(中间截面)b=1400,两边宽b1=1150,由《机械设计手册》箱体拐角处和连接处的倒圆角,由《机械设计手册》铸件的设计,查得内部圆角都取50,外部取25。
砂孔大小取直径D=100,在中性面上,在上面两个面,总共4个,对称分布。
5.3下横梁(工作台)的详细设计和三维模型绘制
下横梁也是箱体式采用铸造模式成型,下横梁的长度l=1087.6,宽b=1781.47,高h=600立柱孔的高度h=390,结构形式和上横梁一样,螺母放在箱体内部的沉头孔处。
期它的参数和上横梁一样。
立柱孔的与立柱的接触部分长度390,所以不接触部分的长度200。
具体给构形式如图5-3所示。
图5-3下横梁三维图
5.4立柱的详细设计和三维模型绘制
5.4.1立柱上螺纹设计
我们采用的螺纹是锯齿螺纹,螺距P=12,每个螺母的高度160,公称螺纹直径为M142,由机《械设计手册》第2卷6-10中查得螺纹的退刀槽l=1.25p=15
5.4.2立柱上各段长度确定
由上面我们知道与上、下横梁,套筒的接触部分的直径d=M142,高度h=783.7,过度部分的圆角R,都等于10。
底部与下机架的组合长度为560.5,立柱总长度,3111.4。
5.4.3钢套与活动架的组合
图5-4立柱三维图
5.5螺母的设计及三维模型绘制
由上面螺母设计,我们两个对顶螺母螺母的高度136,外径215.7。
螺纹值为M160,螺纹牙上的载荷分布是不均匀的,实验证明约有三分之一的载荷在第一圈上,第八圈之后几乎不受载荷。
为了改变螺纹的受力。
为了改变这种受力情况,我们在前三扣车出
的锥度。
螺纹的加工我们将采用普通车削的方式即可达到工艺方法,加工螺纹,可以显著的提高螺纹连接处的疲劳强度
三维图如下图
图5-5螺母三维图
5.6最终设计结果
完成设计,全自动液压砖压机的三维装配图
图5-6砖压机三维装配图
5.7安装过程说明
(1)按照地基图浇注地基,保证
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