【正文】 ................................................................................................................ 30 計(jì)算Ⅱ軸的轉(zhuǎn)矩 .................................................................................................... 30 大扇形齒輪軸上的受力 ........................................................................................ 30 計(jì)算軸的最小直徑 ................................................................................................ 31 確定軸的各段尺寸和長度 .................................................................................... 32 軸上零件的軸向定位 ............................................................................................ 32 確定軸上的圓角和倒角的尺寸 ............................................................................ 32 確定軸上的載荷 .................................................................................................... 33 平鍵的校核 .......................................................................................................... 36 第 4 章 經(jīng)濟(jì)性分析 ......................................................................................... 37 第 5 章 結(jié)論 .................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................... 39 致謝 .................................................................................................................. 40 1 第 1 章 概述 本文針對 國內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒有專門的自動堆垛設(shè)備。不管是采用人工堆垛、半機(jī)械化堆垛還是全自動堆垛 ， 首先要進(jìn)行型鋼的垛型設(shè)計(jì)。 機(jī)械部分由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和垛臺升降及壓緊機(jī)構(gòu)等 8 個子機(jī)構(gòu)，和 PLC 控制部分組成的成型鋼材自動打捆生產(chǎn)線。它不僅僅克服了過去人工堆垛的生產(chǎn)效率低、打捆質(zhì)量差、成本高、工作環(huán)境危險等缺點(diǎn)，更重要的是型鋼的堆垛打捆成為了整個軋鋼生產(chǎn)線發(fā)展的阻礙，在很大程度上阻礙了鋼材生產(chǎn)線的效率的提高，對整個生產(chǎn)效率的提高有很大的影響。型鋼堆垛機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動堆垛打捆，對改善工人的勞動狀況尤其是減輕工人的勞動強(qiáng)度、提高型鋼的包裝質(zhì)量、提高軋鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、增強(qiáng)鋼材市場的競爭能力、提高經(jīng)濟(jì)效益和 社會效益創(chuàng)造了良好的條件。 目前，世界上堆垛機(jī)的發(fā)展已經(jīng)很成熟了 。一類是磁性堆垛機(jī)。該系統(tǒng)主要運(yùn)用于中型型鋼堆垛。鋼材堆垛后，由平立輥道輸送到打捆區(qū)，平立輥道的寬度是可調(diào)的，以避免料垛散落。軋制由兩套液壓一機(jī)械機(jī)構(gòu)控制的機(jī)械手進(jìn)層 層堆垛其動作類似于人手。形成不正確的料捆成形狀非磁性堆垛機(jī)即純機(jī)械堆垛機(jī)的顯著特點(diǎn)就是無故障的處理雙層型鋼的能力，故其機(jī)械效率可提高一倍。堆垛方式是槽鋼： 6 根 /層， 4 層（如圖 11），每層分為正反兩排。由于 槽鋼和角鋼的結(jié)構(gòu)不同要在不改變堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)條件下實(shí)現(xiàn)不同鋼 2 的堆垛就需要在 PLC 程序上加以變化。型鋼規(guī)格為 20 槽鋼 ， 定尺長度范圍 8～ 10 米。堆垛機(jī)總體設(shè) 計(jì)主要包括：確定型鋼堆垛機(jī)的工藝流程、型鋼堆垛機(jī)平面示意圖的初步確定、主要機(jī)構(gòu)的簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體尺寸的確定、堆垛機(jī)驅(qū)動裝置的確定和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 ⑵ 堆垛速度約為 4 分鐘／捆； ⑶ 班垛能力為 450～ 470 噸 /班； ⑷ 堆垛成捆的型鋼作到一頭齊，符合國家堆垛包括標(biāo)準(zhǔn) GB2101－ 89； 本型鋼堆垛機(jī)堆垛方式是槽鋼是 6 根 /層，每層分為上下正反兩排如圖 22，堆垛的型鋼型號為 20 槽鋼 ,定尺長度范圍 8～ 10 米。然后垛臺下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材 和這一次的高度相等。然后由壓緊機(jī)構(gòu)把鋼材壓緊，到此堆垛過程結(jié)束，再由垛臺輸送輥道將堆垛號的鋼材輸送出去。 堆垛機(jī)平面示意圖 根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機(jī)的工藝流程和其他同類設(shè)備初步確定型鋼堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)分布如圖 2— 3 所示。 5 圖 23 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)分布圖 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)上述工藝過程和圖 2— 3 可得，該設(shè)備由以下主要機(jī)構(gòu)組成：單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)（槽鋼分組機(jī)構(gòu)）、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和垛臺升降機(jī)構(gòu)及壓緊機(jī)構(gòu)。 傳動系統(tǒng)的選擇 傳動機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動、電器傳動和流體傳動。流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量替換、傳遞和控制的傳動。 其中機(jī)電傳動和液壓傳動是最常用的兩類傳動。在強(qiáng)電系統(tǒng)中三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這主要是由于電能的 生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制都比較方便經(jīng)濟(jì)。因此，電機(jī)拖動已成為現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中廣泛采用的拖動方式。 因此，電機(jī)拖動，特別是自動化的電機(jī)拖動，成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)電氣化與自動化的基礎(chǔ)與核心。 考慮到以上各種傳動的特點(diǎn)各機(jī)構(gòu)的傳動方式選擇如下： 由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動特性和參考同類設(shè)備，該三部分均道選取三相交流異步電動機(jī)直接驅(qū)動。如圖 2— 3 所示，撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)的電動機(jī)分布方式，撥鋼機(jī)構(gòu)是將電動機(jī)布置在一端，而移鋼機(jī)構(gòu)是將電動機(jī)布置在兩根輸出軸的一端。移鋼機(jī)構(gòu)在工作時，由于傳動距離較大 (約 )并且載荷較撥鋼大的多，軸較長，最大扭矩較大，因此將電動機(jī)布置在兩根軸的中間，這樣單根軸所承受的最大扭矩要小得多。用液壓缸的伸縮來完成分組、定位、翻轉(zhuǎn)和垛臺升降及壓緊，用液壓 7 馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)平移。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它的動力系統(tǒng)的主要要求為低速可調(diào)，交流電動機(jī)不能滿足要求，直流電動機(jī)雖然有低速可調(diào)的性能，但是直流電動機(jī)價錢昂貴，也不能選取，液壓傳動的鮮明特點(diǎn)就是低速可調(diào)，所以我們最后選液壓傳動作為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動力源。這是一個低速運(yùn)行的機(jī)構(gòu) 。 設(shè)計(jì)的基本要求 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電磁鐵要滿足能吸住 3 根鋼材所要求的磁力；軸要滿足翻轉(zhuǎn)臺自重和鋼材自重所產(chǎn)生的扭矩；齒輪要能承受傳遞扭矩所產(chǎn)生的力；液壓缸要能產(chǎn)生出機(jī)構(gòu)所需要的力，并滿足相應(yīng)的強(qiáng)度條件。齒輪根據(jù)要傳遞的力來確定具體尺寸，并對齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核和接觸強(qiáng)度校核。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的時間因素由 PLC 控制來調(diào)節(jié)處理。 鋼材分為 6 根一層堆垛在垛臺上，然后垛臺下降一定的高度讓下一層的鋼材跟上一層的鋼材處于同一高度進(jìn)行堆垛 。 設(shè)計(jì)的 基本要求 垛臺能承受 24 根鋼材的重量；液壓缸能承受 24 根鋼材和 垛臺的自重所需要的力。根據(jù)液壓缸所要求的力來計(jì)算液壓缸的具體尺寸，從而選出液壓缸的型號，并對液壓 缸的桿進(jìn)行穩(wěn)定性和強(qiáng)度校核。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。 按照結(jié)構(gòu)形式的不同可以分成有活塞缸，柱塞缸，擺動缸三大類型，活塞缸和柱塞缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動，輸出速度和推力，擺動缸則實(shí)現(xiàn)的是往復(fù)擺動，輸出的是角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)矩。 另外，按照缸的特殊用途分，可以為串聯(lián)缸，增壓缸，增速缸，步進(jìn)缸等等。 液壓缸因用途要求的不同，有各種結(jié)構(gòu)形式。 根據(jù)仿形設(shè) 計(jì)，取液壓缸桿距（ ? ）軸的距離為 225mm。 確定液壓缸的工作壓力 根據(jù)前面算出的力 R=250000N。即： 1P 為進(jìn)口壓力， 1 4P MPa? ； 2P 為回油背壓， 2 3P MPa? 。對于雙作用單活塞桿液壓缸，當(dāng)活塞桿是以推力驅(qū)動工作負(fù)載時，即壓力油輸入無桿腔時，工作負(fù)載 R 為： ??? )(402022 pdpDpDFR ????? （ 31） 推出： 0020 )(4 pp pdpp RD ???? ?? (32) 10 式中： R —— 液壓缸的工作負(fù)載； F —— 活塞桿的最大推力； ? —— 機(jī)械效率，考慮密封件的摩擦阻力損失，橡膠密封常取 ?? ； p —— 工作壓力，一般情況下取系統(tǒng)的調(diào)定壓力； 0p —— 回油背壓， 0 3p MPa? ； d —— 活塞桿直徑， 根據(jù)《液壓與氣壓傳動》表 42 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑查得 ? 。 活塞桿的直徑 d 為 0. 7 12 2d D mm?? 。 液壓缸最大工作行程 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如圖 32 所示： 翻轉(zhuǎn)電磁鐵在翻轉(zhuǎn)時，小齒輪旋轉(zhuǎn)180? ，即轉(zhuǎn)過 11 個齒，對應(yīng)的扇形齒輪也轉(zhuǎn)過 11 個齒，即扇形齒輪轉(zhuǎn)了20? ，由于曲柄和扇形齒輪通過鍵固連接在一 起，所以曲柄也轉(zhuǎn)了 20? 。 其中， 125a rc ta n 3 02 1 6 .5? ?? 液壓缸支座曲柄軸曲柄扇形齒輪， ，60176。 我們可以根據(jù)余旋定理計(jì)算出行程的大小： 222 1 6 .5 2 5 0 2 2 1 6 .5 2 5 0 c o s 5 0 1 2 5 7 7l m m? ? ? ? ? ? ? ?理 論 以 上 l 值為理論值，現(xiàn)實(shí)中我們選則的液壓缸的行程應(yīng)略大于理論值， 參考《液壓元件及選用》中表 ZQ 型重型冶金設(shè)備液壓缸的型號和技術(shù)參數(shù)得： 我們選擇其行程為mml 90＝ 。 缸筒長度 L 缸筒長度由活塞最大行程，活塞長度、活塞桿導(dǎo)向長度 H 和特殊要求的其他長度確定（見圖 34） 12 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中表 11170 中查出缸內(nèi)徑為 160mm 的液壓缸的缸體的外形尺寸為430+行程，由行程為 90mm，得缸體的外形尺寸為 520mm。為了降低加工難度，一般液壓缸的缸筒長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。 液壓缸的選定 綜合以上計(jì)算分析可得 : 由于該液壓缸為冶金設(shè)備用液壓缸，所以在冶金液壓缸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓缸系列選取。其安裝方式有法蘭、耳環(huán)、銷軸等多種形式，符合 ISO6020/1— 1981 標(biāo)準(zhǔn)，另外還有腳架（底座）示。 ZQ 型液壓缸具有性能良好可靠性好等優(yōu)點(diǎn)；廣泛用于重型機(jī)械，冶金、礦山等行業(yè)。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（化學(xué)工業(yè)出版社）中液壓缸型號的選用選出： 液壓缸 ZQ160 90 B? , 圖 34 13 其中： B 表是油缸的安裝形式是 擺動式的 。 （一）假設(shè)缸筒壁厚 ? 與內(nèi)徑之比小于 110，則壁厚按薄壁缸公式計(jì)算，即： ? ?2PD? ?? （ 33） 公式中： P—— 液壓缸的最大工作壓力 ? ?Pa ； D—— 缸筒內(nèi)徑 ??m ； ??? —— 缸筒材料的許用應(yīng)力 ? ?Pa ， ? ? sn? ?? ； ? ?b? —— 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限； n —— 安全系數(shù)，一般取 5?n ； 缸筒選用材料為 HT350， Mpab 350??；即： ? ? MP a705 10350 6 ???? ， 將以上數(shù)值帶入得： 664 1 0 0 .1 6 142 7 0 1 0 mm? ??????。 符合我們的設(shè)計(jì)要求。 （二）假設(shè) D? 大于 110 ，壁厚按厚壁強(qiáng)度及公式計(jì)算： 14 ? ? ? ? ?????? ???? PPD ??? （ 34） ? ?7 1 .60 .0 8 16 4 .8? ?? 4mm?? 因?yàn)?4 160D? ??小于 110與假設(shè)矛盾，所以此液壓缸為薄壁缸。