【正文】 ............. 錯誤 !未定義書簽。 整體的設(shè)計 ........................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 橫梁工字鋼的有限元分析 ................................................................................................. 34 結(jié)論與展望 ................................................................................................................................... 36 致謝 ............................................................................................................................................... 37 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 38 VI 環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真 1 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù) 和 經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展 以及 全球一體化進(jìn)程 的 不斷加快，人們對鋼鐵制品的質(zhì)量和需求量又上升到了一個更高的臺階 。 然而，要使鋼管成型就必須先對鋼管坯進(jìn)行加熱，然后才能通過成型機(jī)械使鋼管成型 。 （ 如圖 示： ） 課題來 源于企業(yè)需求， 裝取 料設(shè)備是加熱爐的一個重要組成部分 。 圖 裝取料設(shè)備 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 環(huán)形加熱爐的簡單介紹 進(jìn)入新世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，企業(yè)也得到了快速發(fā)展，鋼管的生產(chǎn)能力不斷提升 。 圖 環(huán)形加熱爐 圖 示意圖 爐形結(jié)構(gòu) 根據(jù)工藝要求，加熱爐自裝料端到出料端依次為預(yù)熱段 、一加熱段、二加熱段、三加熱段、四加熱段、 均熱段，加熱爐爐頂采用平直結(jié)構(gòu)，在裝出料位置設(shè)置 三 道水冷隔墻 。 采用自然排煙的方式 。 裝取料口距離計算 由于環(huán)形加熱爐的大小視 加熱 鋼坯料件的大小而定，所以我們計算 裝取料口的距離就得根據(jù)現(xiàn)場的情況來定 。 待加熱鋼坯規(guī)格：直徑 Ф180mm～ Ф350mm， 長度 ～ 。 。 圖 示意圖 由上述我們可以畫出示意圖 。= 由計算結(jié)果可以得出，裝料口和取料口的距離偏大，要是單獨(dú)設(shè)計一臺裝取料機(jī)來同時完成裝料和取料的話，這樣設(shè)計的整體機(jī)架就很大，而且占地大又費(fèi)料，并且設(shè)計的小車要進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，進(jìn)退等一系列動作，小車結(jié)構(gòu)也相對比較復(fù)雜 。 在這里我們準(zhǔn)備設(shè)計一款裝取料機(jī)，它同 時安裝在裝料口和取料口，兩臺機(jī) 的機(jī)械構(gòu)造完全一樣，這樣在取料口取料的同時另一臺機(jī)就可以在裝料口裝料，工作效率大大的提高了 。 裝取 料機(jī)的簡單介紹 裝 取 料機(jī)是 專門 為冶金鍛造行業(yè)設(shè)計制造的設(shè)備 。 裝 取 料機(jī)的工作特點(diǎn)： (1) 裝 取 料機(jī)是坯料裝爐，出爐以及運(yùn)料到鍛壓設(shè)備上的一種機(jī)械裝置 。 為適應(yīng)鍛壓行業(yè)生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)環(huán)境要求，對裝 取料機(jī) 有 以 下幾點(diǎn)要求： (1) 可以適應(yīng)鍛造高溫和高粉塵的環(huán)境 ； (2) 實際 安全系數(shù)高并且性能可靠 ； (3) 動作靈敏而且操作控制方便 ； (4) 適應(yīng)于各類不同形狀、規(guī)格的料件 ； (5)維護(hù)方便 。 經(jīng)過幾十年在實際應(yīng)用中的不斷 的 總結(jié)、修正，目前國內(nèi)裝 取 料機(jī)已 經(jīng)初步形成了統(tǒng)一的成型產(chǎn)品，從形式上主要可以分為兩大類：無軌裝取料機(jī)和軌道裝取料機(jī) ． 國產(chǎn)無軌裝取 料機(jī)目前 以叉車改造形式為主，即以標(biāo)準(zhǔn)叉車為基體， 去除前部料叉，安裝裝取料機(jī)專用機(jī)械手及執(zhí)行系統(tǒng)，使其能完成 以 下七個 動作：整體行走、轉(zhuǎn)彎、鉗頭 夾緊、鉗頭旋轉(zhuǎn)、鉗頭擺動、鉗頭平行升降、鉗頭俯仰升降 ． 軌道式裝取 料機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式采用整體走盤式，可以完成 78 種運(yùn)動；大車固定在地面的軌道上行走；小車在其軌道上前后行走，其整體形式類似于行車；小車面板上裝有回轉(zhuǎn)裝置，機(jī)械手部分可隨小車做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，俯仰運(yùn)動，還可以做平移運(yùn)動 ． 機(jī)械手隨鉗桿可以做前后收縮運(yùn)動，加大機(jī)械手的活 動 范圍，使料件方便的送入加熱爐和方便的從加熱爐中取出 ；機(jī)械手的回轉(zhuǎn)可以方便的夾取各種姿態(tài)的料件；夾頭 夾持，可根據(jù)實際 生產(chǎn)中料件形狀方便的更換不同鉗口形式 。 該 機(jī)適用性強(qiáng)，活動范圍廣，沒有死角，一般目視到的工件皆可以單獨(dú)取送，爐子有效空間利用率高 。 該裝取 料機(jī)與操作機(jī)配合使用效果更佳，它可以方便的將從加熱爐中取出 的料件直接 送到操作機(jī)鉗口中，中間不需要任何過渡，大大減少 料件的運(yùn)送時間，在提高生產(chǎn)效率的同時，還減少加熱火次，降低能源消耗 ，提高鍛造質(zhì)量和精度 ． 該機(jī) 的配用不僅可提高生產(chǎn)效率，還大大節(jié)約了加熱爐的維修費(fèi)用 。 若配有裝取 料機(jī)之后 ，該裝取 料機(jī)在裝出料件時可做到輕拿 輕 放，裝出爐速度快， 對加熱爐有很好的保護(hù)作用 。 綜上所述，裝 取 料機(jī)在鍛壓生產(chǎn)中有以下環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真 5 優(yōu)點(diǎn)： (1) 能降低生產(chǎn)成本 (包括人工、維修費(fèi)用、能源費(fèi)用 )； (2) 提高生產(chǎn)效率 ； (3) 提高產(chǎn)品質(zhì)量 ； (4) 改善工人工作條件 ； (5) 安全生產(chǎn) 。 從而降低產(chǎn)品成本大大提高勞動生 產(chǎn)率 。 然后取出進(jìn)行鍛造或二次及多次軋斷 ． 使鋼料成為所需的各種型材 [5]。 國內(nèi)外的發(fā)展情況 目前國內(nèi)裝取料機(jī)已經(jīng)初步形成了統(tǒng)一的成型產(chǎn)品，從形式上主要可以分為兩大類：無軌裝取料機(jī)和軌道裝取料機(jī) 。軌道式裝取料機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式采用整體走盤式，可以完成 78 種運(yùn)動；大車固定在地面的軌道上行走；小車在其軌道上前后行走，其整體形式類似于行車；小車面板上裝有回轉(zhuǎn)裝置，機(jī)械手部分可隨小車做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，俯仰運(yùn)動，還可以做平移運(yùn)動 。 國內(nèi)外的加熱爐不僅在加熱質(zhì)量上更重要的是要求其生產(chǎn)環(huán)境要進(jìn)行改善，因為在傳統(tǒng)的加熱爐周圍的環(huán)境是非常惡劣的，溫度高，粉塵大 。 而環(huán)形爐進(jìn)出料機(jī)利用的就是遠(yuǎn)程控制，通過電腦將程序?qū)懭?PLC 中，然后通過 PLC 控制電路來實現(xiàn)對進(jìn)出料的控制，這樣的話，就只需要一個控制人員在一旁的控制室內(nèi)對 裝取 料機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣不僅可以使操作人員遠(yuǎn)離爐口從而改善工作環(huán)境，避免由于不規(guī)范的操作而導(dǎo)致的人員傷亡，而且對操作工人的身體健康沒有危害；并且從長遠(yuǎn)利益來講，這樣也就等于降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了勞動力；提高了勞動生產(chǎn)率；況且，遠(yuǎn)程自動化操作也是當(dāng)今社會的一個發(fā)展趨勢，即節(jié)省人力又節(jié)約時間，而且改善了工作環(huán) 境 。 無論是對于裝出料機(jī)的設(shè)計還是在其他設(shè)計制造當(dāng)中，都是有很大的益處的，其前景是無限寬廣的 。 如圖示 、 、 圖 裝出料機(jī) 環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真 7 圖 裝出料機(jī) 圖 裝出料機(jī) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 2 裝取料機(jī)的設(shè)計說明及工作原理 裝取料機(jī)的設(shè)計說明及工作原理 根據(jù)現(xiàn)場的情況，由于加熱爐的爐門口下沿高度與鉗桿夾料處高 度一致，且爐門并不是垂直于水平面的，而是與水平面成 88 度角的，所以為了避免在裝料過程中發(fā)生坯料與爐口相撞的情況，所以我們在設(shè)計鉗桿裝夾坯料時在鉗桿的尾步連接了氣動裝置，這樣就可以實現(xiàn)鉗桿的落下和抬起，當(dāng)鉗桿落下時，夾鉗將坯料夾起，然后通過升降氣缸的運(yùn)動使鉗桿抬起，送入加熱爐中，鉗桿落下，夾鉗松開，坯料被放置在指定的坯料加熱位置，最后，鉗桿抬起，退出爐門回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行第二次裝夾 ． 因為坯料在一開始的時候是平放在放料處的，所以當(dāng)鉗桿降下，夾鉗把坯料夾住，鉗桿抬起時，在坯料被提起的同時原本與水平面平行放置的 坯料還會與水平面形成一個夾角，因為鉗桿在進(jìn)出加熱爐時與水平面是垂直的，所以這個夾角同時也就是鉗桿落下的角度，為了保證坯料在進(jìn)出時，坯料的最上端低于爐口的上沿，胚料的最下端要高于爐口的下沿，且要有足夠的上下空間的剩余量，經(jīng)過對鉗桿長度擬定和對坯料長度的計算，取落下角度為 4 度夾角符合以上介紹的情況 [12]。 夾鉗的夾緊部分圓弧的半徑則是根據(jù)可裝夾的最大坯料的半徑來定的，這臺 裝取 料機(jī)可裝夾的最大坯料的半徑是 ，所以我們就把夾鉗的夾緊部分的半徑為 ． 而夾鉗的厚度，我們以其能抓緊坯料，不使其搖晃為標(biāo)準(zhǔn)，初定為 400mm． 兩夾鉗分別焊接在兩 鉗桿之上，如圖 。 根據(jù)所需的夾緊力和要裝夾的胚料的最大和最小規(guī)格來選定夾緊氣缸的規(guī)格，然后根據(jù)夾緊氣缸的初始總長度、行程，夾鉗所需的最大張口和最小裝夾坯料來進(jìn)行擺臂的設(shè)計、安裝和焊接 。 一、松開 二、裝夾最大胚料 三、裝夾最小胚料 圖 夾鉗的狀態(tài) 圖示分別是夾鉗在松開、裝夾最大坯料、裝夾最小坯料時氣缸活塞桿的行程，在氣缸處于初始位置時要預(yù)先給夾鉗空開足夠的松開余量，便于以后裝夾 。 因為鉗桿其本身還要做轉(zhuǎn)動運(yùn)動，所以不能把吊架與鉗桿直接用螺釘連接或焊接，我們這里采用雙軸承座，先用雙軸承座將兩鉗桿固定后再把軸承座與吊板用螺釘進(jìn)行連接，這樣既可以不影響兩鉗桿自身的轉(zhuǎn)動，又可以使兩鉗桿始終保持平行狀態(tài) 。 的鉗桿部分 圖 示意圖 為 了使兩鉗桿保持同步轉(zhuǎn)動，不出現(xiàn)裝夾中線偏移坯料中心線，我們在鉗桿 的末端安裝一對齒輪，使用齒輪傳動保持兩鉗桿同時向相對方向轉(zhuǎn)動，同時帶動夾鉗運(yùn)動 。 小 車的主要作用就是帶動鉗桿做進(jìn)給運(yùn)動，同時裝配在小車上的升降氣缸 給鉗桿提供一個升降運(yùn)動 。 小車的車體，大部分都是由鑄件直接焊接而成，當(dāng)中的橫梁部分所采用的是工字鋼，通過計算，所選工字鋼的強(qiáng)度符合要求，且工字鋼相對于其它形狀的鋼材的優(yōu)勢就是較 節(jié)省成本的，車身的豎梁是用鋼板焊接而成的形狀類似于工字鋼的鋼條所組成，在強(qiáng)度條件足夠的情況下也節(jié)約了成本，同時這樣還可以減輕車身的負(fù)擔(dān)，減輕其自身的重量 。 如圖 所示 ， 小車的前輪和后輪分別通過各自的軸與小車裝備在一起，前軸和后軸用螺栓連接在小車車體的鋼板上 。 圖 小車導(dǎo)輪導(dǎo)軌 為了防止因違規(guī)操作或小車減速過慢而導(dǎo)致的小車 超過極限行程沖出機(jī)架，我們在機(jī)架上安裝了擋板，但是即使安裝了擋板，也是經(jīng)不住小車一次又一次的沖擊的，所以我們在小車的后下輪周圍安裝了由橡膠制成的緩沖器，如圖 ，通過橡膠的張力伸縮性來減緩小車對擋板和機(jī)架的沖擊力，從而既保護(hù)了機(jī)架和擋板，使他們不會因為小車的沖擊而崩壞，也保護(hù)了小車，使小車在受到?jīng)_擊時，有一個緩沖的過程，如圖 所示 [7]。 裝取 料裝置的機(jī)架主要是由 2 根橫梁， 4 根連接梁和 6 根立柱裝配而成的，其中 2 根橫梁是工字型鋼板，在橫梁 上分別焊接兩條導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與小車的前輪和后輪直接接觸，在提供小車 支撐點(diǎn)和運(yùn)行方向的同時還與小車的導(dǎo)向輪相配合，限制了小車左右的自由度 。 關(guān)于變速操作問題，裝 取 料機(jī)的的小車以及升降汽缸等相對 要求速度高些，可以提高效率，但是為了加料的準(zhǔn)確以及減少由于速度大而 帶來的慣性 ， 速度又不宜太高，所以裝 取 料機(jī)的動作最好是變速操作，即慢慢啟動，快行，慢慢停止，至于怎么控制是用 轉(zhuǎn)換開關(guān) ，控制電磁換向閥實現(xiàn)的，在這里我不用做控制的部分，故 不在敘述 。 環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真 13 圖 橫梁 橫梁上在小車行程的極限位置上焊接擋板兩塊，準(zhǔn)備承受小車的沖擊力，擋板用鋼板在后加固 。 所以我們在后上連接梁上焊接了兩塊鋼板，以提高后上連接梁自身的強(qiáng)度 。 在計算強(qiáng)度允許的前提下，我們考慮了材料的節(jié)約，所以我們使用兩根槽鋼當(dāng)中用鋼板焊接在一起的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成立柱，立柱的上下部分別在焊接帶孔方型鋼板，以便 于立柱與橫梁和地面進(jìn)行螺栓連接，周圍再分別焊接鋼板對連接板進(jìn)行加固 。 機(jī) 架 由焊接構(gòu)件裝配而成， 并 以其六根支柱支承在基礎(chǔ)上 。 在車身的一旁，我們還設(shè)計了兩對導(dǎo)向輪，兩對導(dǎo)向輪分別與導(dǎo)軌左右兩端接觸，將導(dǎo)軌夾在當(dāng)中，自然是為了限制小車左右的自由度，讓小車可以沿著軌道進(jìn)行直線運(yùn)動 。 為 了 使小車停位準(zhǔn)確 并且小車 停下 時 受到的沖擊力 ，架 子上 裝有前后限程及緩沖裝置 ，這個緩沖裝置是由 橡膠制成，它的限位由架子上的兩個連接梁決定 。 因為鉗頭和 坯 料要進(jìn)入爐子內(nèi)部，所以 做的不是很大，在加上他們頻繁的出入高溫爐膛，夾持高溫的坯料，溫度 升的非?？欤词褂心蜔徜撝圃?，也應(yīng)該考慮冷卻問題 。 環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真 15 鉗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 鉗桿在整個設(shè)備中雖然是送料動作的執(zhí)行件，但同時也是被帶動件，因為它是依靠移動小車來實現(xiàn)其運(yùn)動的 。夾鉗 是 由一對夾鉗稈、 鉗手 開合擺動裝 置組成 夾鉗桿被吊掛于 下部的橫梁