環(huán)形加熱爐設(shè)計(jì)與仿真[三維UG]【含圖紙】

喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢(xún)交流】===================== 喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢(xún)交流】===================== 喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢(xún)交流】=====================

編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923052 學(xué)生姓名： 童春陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 俞經(jīng)虎（職稱(chēng)：副教授 ） （職稱(chēng)： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書(shū) 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）環(huán)形加熱爐的 設(shè)計(jì)與仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表 示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、 集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 92 學(xué) 號(hào)： 0923052 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書(shū) 一、題目及專(zhuān)題： 1、題目環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 2、專(zhuān)題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 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(duì)鋼鐵制品的質(zhì)量和需求量又上升到了一個(gè)更高的臺(tái) 階在各行各業(yè)中，人們沒(méi)有間斷過(guò)對(duì)鋼管的使用，不管是建筑業(yè) 中用于搭建外架的鋼管，還是各種汽車(chē)的框架結(jié)構(gòu)，或者是在機(jī)械 廠中用于支撐的支撐架和體育器材里的安裝部件，都出現(xiàn)了鋼管的 身影然而，要使鋼管成型就必須先對(duì)鋼管坯進(jìn)行加熱，然后才能 通過(guò)成型機(jī)械使鋼管成型由于鋼管坯的加熱不同于其它鋼坯的加 熱，對(duì)加熱的精度要求很高，要求鋼管坯的各部分受熱均勻，這樣 才可以防止在打孔和拉直過(guò)程中出現(xiàn)斷裂、變形、鋼管粗細(xì)分布不 均勻等情況，所以不能使用傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐對(duì)其進(jìn)行加熱，因 為傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐的加熱不是很均勻，如果是兩頭噴火式的話 那就是兩頭受熱多，如果中間噴火式的話那就是中間受熱多，所以 只能使用環(huán)形加熱爐來(lái)對(duì)其坯料來(lái)進(jìn)行加熱，因?yàn)榄h(huán)形加熱爐可以 II 對(duì)鋼管坯的兩頭和中間都進(jìn)行均勻的加熱，但是又因?yàn)榄h(huán)形加熱爐 是一個(gè)圓的封閉結(jié)構(gòu)，不能用推鋼機(jī)將坯料從另一頭推出去，所以 傳統(tǒng)的推鋼式進(jìn)出料機(jī)就不適合在環(huán)形加熱爐中使用，為了適應(yīng)環(huán) 形加熱爐的進(jìn)出料特點(diǎn)。 課題來(lái)源于企業(yè)需求，裝取料設(shè)備是加熱爐的一個(gè)重要組成部 分目前大量的從事各種工業(yè)爐窯的節(jié)能環(huán)保、專(zhuān)用設(shè)備、計(jì)算機(jī) 控制等技術(shù)的研究的企業(yè)都對(duì)裝取料設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，希望設(shè)計(jì)出高 效、穩(wěn)定、安全的裝取料設(shè)備。 三、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 92 班 姓名 童春陽(yáng) 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 III 2012 年 11 月 7 日 III 摘 要 進(jìn)入新世紀(jì)后隨著工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力得到了不斷地提升，環(huán)形 加熱爐技術(shù)也在不斷的成熟，而傳統(tǒng)的推鋼式進(jìn)出料機(jī)已經(jīng)不適合在環(huán)形加熱爐中使用， 為了適應(yīng)環(huán)形加熱爐的進(jìn)出料特點(diǎn)，在此專(zhuān)門(mén)為加熱爐量身定做了環(huán)形加熱爐裝取料機(jī)。 此機(jī)型包括了整體機(jī)架，小車(chē)，鉗桿這三部分。運(yùn)用夾緊氣缸和升降氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)鉗桿對(duì) 鋼料的夾取和升降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鉗桿裝載在小車(chē)上，小車(chē)可以在機(jī)架的導(dǎo)軌上進(jìn)退運(yùn)動(dòng)。 小車(chē)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)安裝在電動(dòng)機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，我們?cè)谟?橫梁上裝配了與小車(chē)齒輪可以嚙合的齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)在機(jī)架導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際情況 下充分根據(jù)環(huán)形加熱爐的特點(diǎn)特地使用兩臺(tái)一樣的裝取料機(jī)分別安裝在裝料口和出料口。 兩機(jī)同時(shí)進(jìn)行裝取料，極大地提高了加熱鋼料的效率，也更充分地發(fā)揮了環(huán)形加熱爐的 高效率的特性，提高了整個(gè)廠區(qū)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，與當(dāng)前我國(guó)提出的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、 低耗的理念相吻合。 關(guān)鍵詞：環(huán)形加熱爐；裝取料；有限元分析；高效 IV ABSTRACT In order to adapt to the rapid development in the new century, industrial steel enterprise production capacity has increased a lot then before, the annular heating furnace technology has been more mature, the traditional pushed steel type translation machine dose not suitable for using in the annular heating furnace any more. In order to adapt to the characteristics of the annular heating furnace a new type of feeding machine has been tailored specifically for the annular heating furnace is installed. The model of this machine includes the whole frame, car and clamp stem. Using clamping cylinder and the cylinder to lift the bar clamp on steel clip and lifting movement, and installed with the car pliers stem, can be translated on the rails in the frame. The car was droved by a electric motor, the electric motor was droved by the gears which installed in the motor. According to the characteristics of annular heating furnace, two feeding machines were installed respectively in the loading and discharging part. These two machines simultaneously outfit feeding, greatly improving the efficiency of heating steel, also improve the efficiency of the whole factory work efficiency and economic benefit and coincide with the current idea of high-yield, high-quality and low consumption. Keywords: annular heating furnace; Pack feeding; Finite element analysis; high Efficient V 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題來(lái)源及意義 ...................................................................................................................1 1.2 環(huán)形加熱爐的簡(jiǎn)單介紹 .......................................................................................................2 1.2.1 爐形結(jié)構(gòu): .......................................................................................................................2 1.2.2 裝取料口距離計(jì)算: .......................................................................................................3 1.3 裝取料機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 ...........................................................................................................4 1.4 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 ...............................................................................................................5 2 裝取料機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明及工作原理 .............................................................................................8 2.1 裝取料機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明及工作原理 .......................................................................................9 3 裝取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................................................................14 3.1 整體的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................14 3.2 鉗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 .....................................................................................................14 3.2.1 鉗桿的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì): .................................................................................................15 3.2.2 鉗桿的長(zhǎng)度: .................................................................................................................15 3.2.3 鉗桿的直徑: .................................................................................................................15 3.2.4 兩氣缸型號(hào)的確定: .....................................................................................................15 3.2.5 鉗桿校核 ......................................................................................................................16 3.2.6 齒輪校核: .....................................................................................................................18 3.3 小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 .....................................................................................................22 3.3.1 小車(chē)的整體設(shè)計(jì): .........................................................................................................22 3.3.2 車(chē)體的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..........................................................................................................22 3.3.3 前輪的設(shè)計(jì)計(jì)算: .........................................................................................................24 3.3.4 輪軸的設(shè)計(jì)及校核: .....................................................................................................24 3.3.5 后輪的設(shè)計(jì)計(jì)算: .........................................................................................................26 3.3.6 后下輪的設(shè)計(jì)計(jì)算: .....................................................................................................26 3.4 整體機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 .............................................................................................27 3.4.1 橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算: .........................................................................................................27 3.4.2 立柱的設(shè)計(jì): .................................................................................................................29 3.4.3 連接梁的設(shè)計(jì): .............................................................................................................30 4 合理性分析 ...............................................................................................................................32 4.1 鉗桿的有限元分析 .............................................................................................................32 4.2 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(jì)與仿真 1 1 緒論 1.1 課題來(lái)源及意義 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(duì)鋼鐵制品 的質(zhì)量和需求量又上升到了一個(gè)更高的臺(tái)階。在各行各業(yè)中，人們沒(méi)有間斷過(guò)對(duì)鋼管的 使用，不管是建筑業(yè)中用于搭建外架的鋼管，還是各種汽車(chē)的框架結(jié)構(gòu)，或者是在機(jī)械 廠中用于支撐的支撐架和體育器材里的安裝部件，都出現(xiàn)了鋼管的身影。然而，要使鋼 管成型就必須先對(duì)鋼管坯進(jìn)行加熱，然后才能通過(guò)成型機(jī)械使鋼管成型。由于鋼管坯的 加熱不同于其它鋼坯的加熱，對(duì)加熱的精度要求很高，要求鋼管坯的各部分受熱均勻， 這樣才可以防止在打孔和拉直過(guò)程中出現(xiàn)斷裂、變形、鋼管粗細(xì)分布不均勻等情況，所 以不能使用傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐對(duì)其進(jìn)行加熱，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的推鋼式加熱爐的加熱不是很 均勻，如果是兩頭噴火式的話那就是兩頭受熱多，如果中間噴火式的話那就是中間受熱 多，所以只能使用環(huán)形加熱爐來(lái)對(duì)其坯料來(lái)進(jìn)行加熱，因?yàn)榄h(huán)形加熱爐可以對(duì)鋼管坯的 兩頭和中間都進(jìn)行均勻的加熱，但是又因?yàn)榄h(huán)形加熱爐是一個(gè)圓的封閉結(jié)構(gòu)，不能用推 鋼機(jī)將坯料從另一頭推出去，所以傳統(tǒng)的推鋼式進(jìn)出料機(jī)就不適合在環(huán)形加熱爐中使用， 為了適應(yīng)環(huán)形加熱爐的進(jìn)出料特點(diǎn)，這里就設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)為環(huán)形加熱爐準(zhǔn)備的進(jìn)出料機(jī) 環(huán)形加熱爐裝取料機(jī) 11。 （如圖 1.1 示：） 課題來(lái)源于企業(yè)需求，裝取料設(shè)備是加熱爐的一個(gè)重要組成部分。目前大量的從事 各種工業(yè)爐窯的節(jié)能環(huán)保、專(zhuān)用設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)的研究的企業(yè)都對(duì)裝取料設(shè)備 進(jìn)行設(shè)計(jì)，希望設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定、安全的裝取料設(shè)備，在這里通過(guò)該設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)我 們獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究和綜合分析思考的能力。 圖 1.1 裝取料設(shè)備 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1.2 環(huán)形加熱爐的簡(jiǎn)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。所以以致加熱爐的不斷更新?lián)Q代，取而代之的是新型的環(huán)形加熱爐（如圖 1.2） ，環(huán)形加熱爐不僅能使加熱鋼料均勻受熱而且節(jié)省能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 2。 圖 1.2 環(huán)形加熱爐 圖 1.3 示意圖 1.2.1 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。其中五個(gè)區(qū)段有供熱，各段的供熱可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，燒嘴安裝在內(nèi)外 環(huán)側(cè)墻和爐頂上，加熱爐采用平焰燒嘴和側(cè)向可調(diào)焰燒嘴 1。采用自然排煙的方式。考慮 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 3 到經(jīng)濟(jì)，節(jié)能又能最大程度的提高爐子的有效利用率，各段角度分配見(jiàn)圖 1.3。 1.2.2 裝取料口距離計(jì)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(jì)算裝取料口的距離 就得根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)定。在這里我取最常見(jiàn)的一種加熱爐的規(guī)格，也是應(yīng)用最廣的一 種型號(hào)的加熱爐。待加熱鋼坯規(guī)格：直徑 180mm350mm ，長(zhǎng)度 1.7m5.4m。環(huán)形 加熱爐基本尺寸：爐中徑 36000mm，爐腔寬度 6450mm，預(yù)熱段爐膛高度 1250mm，第一、 二、三加熱段爐膛高度 2000mm，第四加熱段、均熱段爐膛高度 1600mm，裝取料夾角 14.4。 圖 1.4 示意圖 由上述我們可以畫(huà)出示意圖 1.4。 根據(jù)圖 4 可計(jì)算：裝取料口距離 L=2*18000sin7.2=4512.0mm 由計(jì)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(jì)一臺(tái)裝取料機(jī)來(lái) 同時(shí)完成裝料和取料的話，這樣設(shè)計(jì)的整體機(jī)架就很大，而且占地大又費(fèi)料，并且設(shè)計(jì) 的小車(chē)要進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，進(jìn)退等一系列動(dòng)作，小車(chē)結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較復(fù)雜。最重要的是極大地 影響了工作效率，在取料的同時(shí)不能進(jìn)行其他裝料等工作，與先進(jìn)高效的環(huán)形加熱爐工 作效率不相匹配。在這里我們準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一款裝取料機(jī)，它同時(shí)安裝在裝料口和取料口， 兩臺(tái)機(jī)的機(jī)械構(gòu)造完全一樣，這樣在取料口取料的同時(shí)另一臺(tái)機(jī)就可以在裝料口裝料， 工作效率大大的提高了。而且兩臺(tái)機(jī)同時(shí)工作，操作方便簡(jiǎn)單，不僅沒(méi)有造成資源設(shè)備 不必要的浪費(fèi)，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)上考慮是一種提高整個(gè)廠區(qū)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益的一種有效 辦法。 1.3 裝取料機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 裝取料機(jī)是專(zhuān)門(mén)為冶金鍛造行業(yè)設(shè)計(jì)制造的設(shè)備。它具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高的特 點(diǎn)，人性化的設(shè)計(jì)為操作者創(chuàng)造了一個(gè)舒適的工作環(huán)境，使繁重的工作變得簡(jiǎn)單輕松， 也為冶金行業(yè)的發(fā)展提供了物美價(jià)廉的配套設(shè)備。 裝取料機(jī)的工作特點(diǎn)： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 (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。它的結(jié)構(gòu)形 式與鍛壓操作機(jī)相似，但是有它自己的工作特點(diǎn)； (2) 鉗頭可以有多種形式，甚至不必夾緊動(dòng)作，只一叉子就可以有鉗頭的時(shí)候，其 鉗頭要小； (3) 鉗桿可以不必旋轉(zhuǎn)，基石有旋轉(zhuǎn)也不必達(dá)到 360 度，轉(zhuǎn)速也而可以慢一些； (4) 鉗桿要深入爐膛裝料和取料，因此，鉗桿一般都比較長(zhǎng)，為減少臺(tái)架的旋轉(zhuǎn)慣性， 有時(shí)候要做出可以伸縮的鉗桿； (5) 除了鉗桿的轉(zhuǎn)速外，其他的動(dòng)作均比鍛造操作機(jī)要大些，速度要快些； (6) 由于沒(méi)有鍛造時(shí)候的沖擊載荷，機(jī)件結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單一些，輕巧一些。 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(duì)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(shí)際安全系數(shù)高并且性能可靠； (3) 動(dòng)作靈敏而且操作控制方便； (4) 適應(yīng)于各類(lèi)不同形狀、規(guī)格的料件； (5)維護(hù)方便。 以上幾點(diǎn)也是裝取料機(jī)生產(chǎn)廠的設(shè)計(jì)原則。 經(jīng)過(guò)幾十年在實(shí)際應(yīng)用中的不斷的總結(jié)、修正，目前國(guó)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(lèi)：無(wú)軌裝取料機(jī)和軌道裝取料機(jī)國(guó)產(chǎn) 無(wú)軌裝取料機(jī)目前以叉車(chē)改造形式為主，即以標(biāo)準(zhǔn)叉車(chē)為基體，去除前部料叉，安裝裝 取料機(jī)專(zhuān)用機(jī)械手及執(zhí)行系統(tǒng)，使其能完成以下七個(gè)動(dòng)作：整體行走、轉(zhuǎn)彎、鉗頭夾緊、 鉗頭旋轉(zhuǎn)、鉗頭擺動(dòng)、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(pán)式，可以完成 7-8 種運(yùn)動(dòng)；大車(chē)固定在地面的軌道上行走；小車(chē)在其軌道上前 后行走，其整體形式類(lèi)似于行車(chē)；小車(chē)面板上裝有回轉(zhuǎn)裝置，機(jī)械手部分可隨小車(chē)做回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)，還可以做平移運(yùn)動(dòng)機(jī)械手隨鉗桿可以做前后收縮運(yùn)動(dòng)，加大機(jī)械 手的活動(dòng)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(shí)際生產(chǎn)中料件形狀方便的更換不同鉗 口形式。 優(yōu)點(diǎn)：具備以上的功能的裝取料機(jī)，無(wú)論是有軌道裝出料機(jī)還是無(wú)軌裝取料機(jī)，可 完全滿(mǎn)足目前鍛壓生產(chǎn)的需要，它能方便的將任意形狀的工件由地面或料架子上取下， 迅速的放置在加熱爐內(nèi)任意位置，并能從加熱爐內(nèi)任意位置取出加熱好的坯料。該機(jī)適 用性強(qiáng)，活動(dòng)范圍廣，沒(méi)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。在工作時(shí)可以做各種輔助工作。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(guò)渡，大大 減少料件的運(yùn)送時(shí)間，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，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。 沒(méi)有裝取料機(jī)的鍛造車(chē)間，對(duì)料件的裝出爐時(shí)，一般采用 4 5 人，通過(guò)行車(chē)輔助裝出 料件，甚至采用撞鐵的方式裝料，對(duì)加熱爐門(mén)及爐膛、爐壁的損壞很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于 沒(méi)有裝取料機(jī)，生產(chǎn)廠家對(duì)每臺(tái)加熱爐的年維修費(fèi)用在幾萬(wàn)元以上，同時(shí)，由于對(duì)加熱 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 5 爐的維修造成停產(chǎn)，累計(jì)起來(lái)，兩臺(tái)加熱爐每年的經(jīng)濟(jì)損失可以購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)裝取料機(jī)。若 配有裝取料機(jī)之后 ，該裝取料機(jī)在裝出料件時(shí)可做到輕拿輕放，裝出爐速度快，對(duì)加熱 爐有很好的保護(hù)作用。同時(shí)，該機(jī)一人操作就能完成所有工藝要求，減少勞動(dòng)力。綜上 所述，裝取料機(jī)在鍛壓生產(chǎn)中有以下優(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)。 當(dāng)前鍛壓行業(yè)發(fā)展迅速，客戶(hù)對(duì)鍛件產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，而能源費(fèi)用一再漲價(jià) ，工人工作條件要求改善，勞動(dòng)生產(chǎn)力價(jià)格不斷升高在此種情況下，要贏得市場(chǎng)就需 要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程采取機(jī)械化、自動(dòng)化。從而降低產(chǎn)品成本大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 本課題的裝取料機(jī)又稱(chēng)裝取料機(jī)械手，是由簡(jiǎn)單的機(jī)械手結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，是根據(jù)環(huán)形 加熱爐封閉圓不能將坯料推進(jìn)推出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只能運(yùn)用的是將坯料拿進(jìn)去拿出來(lái)的理 念而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在冶金行業(yè)中，加熱的裝取是個(gè)難點(diǎn)，為了解決這個(gè)問(wèn)題 ，改變現(xiàn)有 設(shè)備狀況 ，特設(shè)計(jì)了該機(jī)械手，它的作用就是將鋼料送入裝料區(qū)，加熱到所需溫度。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。 由此可見(jiàn)裝取料機(jī)主要由以下三部分組成： (1) 整體機(jī)架：主要用于裝取料機(jī)的整體支撐和為機(jī)械手即鉗桿的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)提供必要 的軌道； (2) 小車(chē)：主要用于帶動(dòng)機(jī)械手即鉗桿前進(jìn)和后退，其行程可以根據(jù)機(jī)械手裝夾坯料 的規(guī)格的不同而進(jìn)行調(diào)整，還有依靠裝備在小車(chē)上的氣缸控制機(jī)械臂抬起和下降； (3) 鉗桿：主要用于裝夾坯料，通過(guò)裝配在鉗桿上的夾緊氣缸來(lái)控制夾鉗的夾緊與松 開(kāi)，通過(guò)裝配在小車(chē)上的升降汽缸來(lái)控制鉗桿的上升與下降，一次把坯料抬起放下。 1.4 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 目前國(guó)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(lèi)： 無(wú)軌裝取料機(jī)和軌道裝取料機(jī)。國(guó)產(chǎn)無(wú)軌裝取料機(jī)目前以叉車(chē)改造形式為主，即以標(biāo)準(zhǔn) 叉車(chē)為基體，去除前部料叉，安裝裝取料機(jī)專(zhuān)用機(jī)械手及執(zhí)行系統(tǒng)，使其能完成以下七 個(gè)動(dòng)作：整體行走、轉(zhuǎn)彎、鉗頭夾緊、鉗頭旋轉(zhuǎn)、鉗頭擺動(dòng)、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(pán)式，可以完成 7-8 種運(yùn)動(dòng)；大車(chē)固定在 地面的軌道上行走；小車(chē)在其軌道上前后行走，其整體形式類(lèi)似于行車(chē)；小車(chē)面板上裝 有回轉(zhuǎn)裝置，機(jī)械手部分可隨小車(chē)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)，還可以做平移運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手 隨鉗桿可以做前后收縮運(yùn)動(dòng)，加大機(jī)械手的活的范圍，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(shí)際生產(chǎn)中料件形狀方便的更換不同鉗口形式。 國(guó)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?yàn)樵?傳統(tǒng)的加熱爐周?chē)沫h(huán)境是非常惡劣的，溫度高，粉塵大。工作人員一般很難長(zhǎng)時(shí)間在 那里進(jìn)行操作，特別是爐口的裝取料機(jī)的操作人員，一旦爐內(nèi)壓力沒(méi)有控制好的話很可 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 能引起爐火外竄，而使?fàn)t口溫度急劇上升，可能還有燙傷操作人員的危險(xiǎn)，但是又因?yàn)?當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的技術(shù)力的限制，很難去完全控制住加熱爐的爐壓，所以裝取料機(jī)的遠(yuǎn)程操 控和自動(dòng)化控制便是當(dāng)今發(fā)展的一個(gè)主要方向我在實(shí)習(xí)的時(shí)候去工廠參觀，在我看到 的企業(yè)中，無(wú)論好壞的企業(yè)，均沒(méi)有用電腦操作的裝取料機(jī)，均是有人進(jìn)行裝取料的。 而環(huán)形爐進(jìn)出料機(jī)利用的就是遠(yuǎn)程控制，通過(guò)電腦將程序?qū)懭?PLC 中，然后通過(guò) PLC 控 制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出料的控制，這樣的話，就只需要一個(gè)控制人員在一旁的控制室內(nèi)對(duì) 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(duì)操作工人的身體健康沒(méi)有危害；并且從長(zhǎng)遠(yuǎn) 利益來(lái)講，這樣也就等于降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了勞動(dòng)力；提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；況且， 遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作也是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，即節(jié)省人力又節(jié)約時(shí)間，而且改善了工 作環(huán)境。在實(shí)際的運(yùn)用中不斷改進(jìn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作的方式、方法，可以更好的推動(dòng)遠(yuǎn)程 自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展。無(wú)論是對(duì)于裝出料機(jī)的設(shè)計(jì)還是在其他設(shè)計(jì)制造當(dāng)中，都是有很大 的益處的，其前景是無(wú)限寬廣的。 以下是 3 張國(guó)內(nèi)的裝出料機(jī)的圖片，可以看出都是由人工來(lái)操作的，這與我在工廠看 到的是一樣的。如圖示 1.5、1.6、1.7 圖 1.5 裝出料機(jī) 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 7 圖 1.6 裝出料機(jī) 圖 1.7 裝出料機(jī) 無(wú)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(jì)說(shuō)明及工作原理 2.1 裝取料機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明及工作原理 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，由于加熱爐的爐門(mén)口下沿高度與鉗桿夾料處高度一致，且爐門(mén)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(guò)程中發(fā)生坯料與 爐口相撞的情況，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)鉗桿裝夾坯料時(shí)在鉗桿的尾步連接了氣動(dòng)裝置，這樣 就可以實(shí)現(xiàn)鉗桿的落下和抬起，當(dāng)鉗桿落下時(shí)，夾鉗將坯料夾起，然后通過(guò)升降氣缸的 運(yùn)動(dòng)使鉗桿抬起，送入加熱爐中，鉗桿落下，夾鉗松開(kāi)，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(mén)回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行第二次裝夾因?yàn)榕髁显谝?開(kāi)始的時(shí)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(shí)，在坯 料被提起的同時(shí)原本與水平面平行放置的坯料還會(huì)與水平面形成一個(gè)夾角，因?yàn)殂Q桿在 進(jìn)出加熱爐時(shí)與水平面是垂直的，所以這個(gè)夾角同時(shí)也就是鉗桿落下的角度，為了保證 坯料在進(jìn)出時(shí)，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(guò)對(duì)鉗桿長(zhǎng)度擬定和對(duì)坯料長(zhǎng)度的計(jì)算，取落下角度為 4 度夾角符合以上介紹的情況 12。 雖然把角度再取大一點(diǎn)也是可以符合上述條件，但是為了避免做過(guò)多的無(wú)用功，從 合理的利用和節(jié)約能源的角度來(lái)考慮，選取 4 度角是比較合理的由于坯料被夾住抬起 時(shí)并不是與鉗桿平行的，所以為了使夾鉗能夠完全的夾住坯料，在鑄造夾鉗的過(guò)程中， 夾鉗的下沿也應(yīng)被設(shè)計(jì)成與水平面成 4 度的角度，如圖 2.1 所示，這樣在裝夾時(shí)，夾鉗的 下沿就會(huì)與坯料平行，從而可以完整的將坯料夾住，使坯料被裝夾的位置各部分受力均 勻，避免了一些由于受力不均勻而導(dǎo)致的坯料松動(dòng)和滑脫問(wèn)題，加大了夾鉗的夾緊能力 10。 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(lái)定的，這臺(tái)裝取料機(jī)可 裝夾的最大坯料的半徑是 140.5mm，所以我們就把夾鉗的夾緊部分的半徑為 140.5mm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 2.2。 1.鉗桿 2.夾鉗 3 坯料 圖 2.1 結(jié)構(gòu)圖 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 9 1.氣缸 2.右擺臂 3.左擺臂 4.鉗桿 5.夾鉗 圖 2.2 夾鉗 夾鉗要裝夾坯料就必須獲得一個(gè)夾緊力，由這個(gè)夾緊力來(lái)夾緊坯料，提供這個(gè)夾緊 力的正是裝配在鉗桿上的夾緊氣缸，氣缸活塞桿的端頭部分與氣缸的另一端分別與左右 擺臂用軸進(jìn)行連接，這樣可以保證當(dāng)活塞在進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，左右擺臂可以根據(jù)各自的 連接軸繞軸做轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，左右擺臂的另一端焊接在鉗桿上，當(dāng)擺臂在做繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，擺臂的另一端就會(huì)帶動(dòng)鉗桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由于夾鉗是焊接在鉗桿上的，所以當(dāng)鉗桿在轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，夾鉗也就跟著張開(kāi)和閉合，從而達(dá)到夾緊和松開(kāi)的目的 3。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(lái)選定夾緊氣缸的規(guī)格，然后根據(jù)夾緊氣缸的初始總長(zhǎng)度、 行程，夾鉗所需的最大張口和最小裝夾坯料來(lái)進(jìn)行擺臂的設(shè)計(jì)、安裝和焊接。夾鉗的最 大開(kāi)口與最小開(kāi)口，如圖 2.3 所示。 一、松開(kāi) 二、裝夾最大胚料 三、裝夾最小胚料 圖 2.3 夾鉗的狀態(tài) 圖示分別是夾鉗在松開(kāi)、裝夾最大坯料、裝夾最小坯料時(shí)氣缸活塞桿的行程，在氣 缸處于初始位置時(shí)要預(yù)先給夾鉗空開(kāi)足夠的松開(kāi)余量，便于以后裝夾。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 帶動(dòng)鉗桿做抬起、降下運(yùn)動(dòng)的是裝配在鉗桿末端的升降氣缸，由氣缸控制的鉗桿位 置我們可以將其看成是一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)鉗桿只有一個(gè)端點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)時(shí)是不能帶動(dòng)另一個(gè)端點(diǎn)做 抬起、降下運(yùn)動(dòng)的，所以我們?cè)阢Q桿上為其設(shè)置一個(gè)支點(diǎn)，讓鉗桿可以圍繞這個(gè)支點(diǎn)做 轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣當(dāng)鉗桿的一頭被抬起時(shí)，鉗桿的另一頭就會(huì)被降下，相反的如果一頭被降下， 另一頭就會(huì)被抬起為了讓鉗桿要跟著小車(chē)前進(jìn)和后退，所以我們把升降氣缸和支點(diǎn)都 裝配在小車(chē)上，因?yàn)橹c(diǎn)是裝配在小車(chē)上的，所以鉗桿是被支點(diǎn)在上面吊著的而不是在 下面頂著的，然后將升降氣缸和支點(diǎn)的另一端與吊架連接，在連接過(guò)程中，由于鉗桿要 圍繞支點(diǎn)做轉(zhuǎn)動(dòng)，而且當(dāng)氣缸去頂拉鉗桿時(shí)，鉗桿也會(huì)產(chǎn)生傾斜，所以我們這里與吊架 連接采用的是軸連接，這樣就不會(huì)對(duì)鉗桿的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生影響。因?yàn)殂Q桿其本身還要做轉(zhuǎn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，又可以使兩鉗桿始終保持平行狀態(tài)。在鉗桿與軸承座相配合的部分，鉗桿的 外徑要小于鉗桿其它部分的外徑，這樣當(dāng)將軸承座裝配上去時(shí)，軸承座不僅只限制鉗桿 前后，上下的自由度，并且連鉗桿的左右自由度也限制住了，如圖 2.4 所示。 1.與軸承座相配合的鉗桿部分 2.其它鉗桿部分 圖 2.4 示意圖 為了使兩鉗桿保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，不出現(xiàn)裝夾中線偏移坯料中心線，我們?cè)阢Q桿的末端 安裝一對(duì)齒輪，使用齒輪傳動(dòng)保持兩鉗桿同時(shí)向相對(duì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)夾鉗運(yùn)動(dòng)。 由于鉗桿要在高溫條件下連續(xù)進(jìn)行工作，即使使用再好的耐熱材料也是會(huì)由于溫度 太高達(dá)到極限值而發(fā)生鉗桿軟化變形等一系列的問(wèn)題，所以對(duì)鉗桿的冷卻在這里就非常 重要了，我們?cè)谶@里采用的是水冷，就是利用冷水的流動(dòng)來(lái)對(duì)鉗桿進(jìn)行冷卻，由于鉗桿 是空心的，我們?cè)阢Q桿的中心部安裝了水冷管，水冷管的設(shè)計(jì)是按照相類(lèi)似產(chǎn)品的水冷 管設(shè)計(jì)來(lái)完成的，在鉗桿后雙軸承座左右，也就是與升降氣缸相連接部分的鉗桿左右分 別鉆空，用來(lái)安裝進(jìn)出水管但是由于我的設(shè)計(jì)不包括這個(gè)部分，所以只是在這交代一 下。 小車(chē)的主要作用就是帶動(dòng)鉗桿做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)裝配在小車(chē)上的升降氣缸給鉗桿提 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 11 供一個(gè)升降運(yùn)動(dòng)。由于升降氣缸要帶動(dòng)鉗桿做升降運(yùn)動(dòng)，所以升降氣缸裝配處的鋼板受 力較大，我們采用了異型筋板來(lái)加強(qiáng)裝配氣缸處的鋼板強(qiáng)度。小車(chē)的車(chē)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(guò)計(jì)算，所選工字鋼的強(qiáng) 度符合要求，且工字鋼相對(duì)于其它形狀的鋼材的優(yōu)勢(shì)就是較節(jié)省成本的，車(chē)身的豎梁是 用鋼板焊接而成的形狀類(lèi)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(shí)這樣還可以減輕車(chē)身的負(fù)擔(dān)，減輕其自身的重量。 我們?yōu)樾≤?chē)分別設(shè)計(jì)了前輪和后輪，這兩對(duì)輪子的主要是起支撐車(chē)體和減小小車(chē)移 動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力的作用，在后輪下面我們還設(shè)計(jì)了一對(duì)后下輪，后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌 的下沿接觸，而后輪與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對(duì)輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從 而利用導(dǎo)軌來(lái)限制了小車(chē)的上下自由度，當(dāng)然后下輪采用的還是滾動(dòng)摩擦，目的還是為 了減小摩擦所帶來(lái)的阻力，在車(chē)身的一旁，我們還設(shè)計(jì)了兩對(duì)導(dǎo)向輪，兩對(duì)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(chē)左右的自由度，讓小車(chē)可 以沿著軌道進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)搖晃和偏出軌道等事故，采用輪子而非滑塊自然也 是考慮到了摩擦力問(wèn)題。如圖 2.5 所示，小車(chē)的前輪和后輪分別通過(guò)各自的軸與小車(chē)裝備 在一起，前軸和后軸用螺栓連接在小車(chē)車(chē)體的鋼板上。而導(dǎo)向輪是直接通過(guò)筋板用螺栓 連接固定在小車(chē)車(chē)體上的。 1.導(dǎo)向輪 2.導(dǎo)軌 圖 2.5 小車(chē)導(dǎo)輪導(dǎo)軌 為了防止因違規(guī)操作或小車(chē)減速過(guò)慢而導(dǎo)致的小車(chē)超過(guò)極限行程沖出機(jī)架，我們?cè)?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(chē)一次又一次的沖擊的，所以 我們?cè)谛≤?chē)的后下輪周?chē)惭b了由橡膠制成的緩沖器，如圖 2.5，通過(guò)橡膠的張力伸縮性 來(lái)減緩小車(chē)對(duì)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(huì)因?yàn)樾≤?chē)的 沖擊而崩壞，也保護(hù)了小車(chē)，使小車(chē)在受到?jīng)_擊時(shí)，有一個(gè)緩沖的過(guò)程，如圖 2.6 所示 7。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 1.緩沖器架 2.后緩沖器 3.前緩沖器 圖 2.6 緩沖器 為了要讓小車(chē)連接鉗桿支點(diǎn)部，所以在小車(chē)前部用螺栓連接長(zhǎng)筋板，使其與吊板相 連接，這樣小車(chē)通過(guò)升降氣缸、長(zhǎng)筋板和兩塊吊板與鉗桿連接，就可以帶動(dòng)鉗桿做平動(dòng)。 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(chē)的前輪和后輪直接接觸， 在提供小車(chē)支撐點(diǎn)和運(yùn)行方向的同時(shí)還與小車(chē)的導(dǎo)向輪相配合，限制了小車(chē)左右的自由 度。由于小車(chē)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)安裝在電動(dòng)機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 所以為了要使小車(chē)被齒輪驅(qū)動(dòng)，我們?cè)谟覚M梁上裝配了與小車(chē)齒輪可以嚙合的齒條，齒 條是通過(guò)螺栓和銷(xiāo)連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于齒條是被固定的，所以與裝配 了電動(dòng)機(jī)的小車(chē)就被齒輪帶動(dòng)開(kāi)始做進(jìn)退運(yùn)動(dòng)。關(guān)于變速操作問(wèn)題，裝取料機(jī)的的小車(chē) 以及升降汽缸等相對(duì)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(lái)的慣性，速度又不宜太高，所以裝取料機(jī)的動(dòng)作最好是變速操作，即慢慢 啟動(dòng)，快行，慢慢停止，至于怎么控制是用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，控制電磁換向閥實(shí)現(xiàn)的，在這里 我不用做控制的部分，故不在敘述。由于右橫梁在安裝齒條時(shí)，會(huì)多出齒條與橫梁相連 接的部分，而后下輪正好是與那部分鋼板相連接的，但是由于左橫梁沒(méi)有安裝齒條，所 以后下輪的左輪與左橫梁就會(huì)空出那部分的余量，為了使小車(chē)在運(yùn)行時(shí)保持平穩(wěn)我們就 在左橫梁上焊接一根鋼條，來(lái)填補(bǔ)左橫梁上的那個(gè)空余量，使小車(chē)的左下輪也可以和左 橫梁相接觸如圖 2.7 所示。 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 13 1.左橫梁 2.填充鋼條 3.左下后輪 圖 2.7 橫梁 橫梁上在小車(chē)行程的極限位置上焊接擋板兩塊，準(zhǔn)備承受小車(chē)的沖擊力，擋板用鋼 板在后加固。 4 根連接梁的主要作用就上將兩根橫梁連接起來(lái)，提高機(jī)架整體的的強(qiáng)度，其中后上 連接梁是比較特殊的，主要是因?yàn)槠湮恢玫奶厥庑运斐傻模驗(yàn)楹笊线B接梁被裝配在 小車(chē)的緩沖器的同一個(gè)平面內(nèi)，所以當(dāng)小車(chē)后退時(shí)，小車(chē)緩沖器是有很大的可能與后上 連接梁相接觸的，所以后上連接梁除了起到連接橫梁和加固作用外，還起到一個(gè)后擋板 的作用，用來(lái)?yè)踝【彌_器。所以我們?cè)诤笊线B接梁上焊接了兩塊鋼板，以提高后上連接 梁自身的強(qiáng)度。 6 根立柱的作用自然就是支撐裝取料機(jī)整體結(jié)構(gòu)，承載小車(chē)、橫梁以及鉗桿和料。在 計(jì)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(lái)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?chē)俜謩e焊接鋼板對(duì)連接板進(jìn)行加固。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3 裝取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 整體的設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的認(rèn)識(shí)，以及安裝現(xiàn)場(chǎng)的位置要求，可以把整個(gè)機(jī)構(gòu)分成三部分： 鉗桿、小車(chē)、整體機(jī)架，大概的運(yùn)動(dòng)就是移動(dòng)小車(chē)帶動(dòng)鉗桿在機(jī)架上運(yùn)動(dòng)。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。機(jī)架上部為焊接架結(jié)構(gòu)，以增加橋架鋼度， 橋架兩個(gè)梁板上有小車(chē)前后輪導(dǎo)軌后輪設(shè)計(jì)了后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌的下沿接觸，而后輪 與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對(duì)輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來(lái)限制了 小車(chē)的上下自由度。在車(chē)身的一旁，我們還設(shè)計(jì)了兩對(duì)導(dǎo)向輪，兩對(duì)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(chē)左右的自由度，讓小車(chē)可以沿著 軌道進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。小車(chē)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)安裝在電動(dòng)機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所以為了要 使小車(chē)被齒輪驅(qū)動(dòng)，我們?cè)谟覚M梁上裝配了與小車(chē)齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過(guò)螺 栓和銷(xiāo)連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動(dòng)機(jī)的 小車(chē)就被齒輪帶動(dòng)開(kāi)始做進(jìn)退運(yùn)動(dòng)。為了使小車(chē)停位準(zhǔn)確并且小車(chē)停下時(shí)受到的沖擊力， 架子上裝有前后限程及緩沖裝置，這個(gè)緩沖裝置是由橡膠制成，它的限位由架子上的兩 個(gè)連接梁決定。夾鉗由一對(duì)夾鉗稈、鉗手開(kāi)合裝置及鉗手?jǐn)[動(dòng)裝置組成（即夾緊氣缸） ， 鉗桿被吊掛于行走小車(chē)下部的橫梁上，兩夾鉗在杠桿式的夾鉗開(kāi)合裝置推動(dòng)下繞其支承 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以閉合或松開(kāi)鉗口也可以隨同橫梁在升降氣缸驅(qū)動(dòng)下繞吊掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)以使鉗桿 提升或放下 13。因?yàn)殂Q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，溫度升的非常快，即使有耐熱鋼制造，也應(yīng)該考慮冷 卻問(wèn)題。否則容易變形損壞，即使使用再好的耐熱材料也是會(huì)由于溫度太高達(dá)到極限值 而發(fā)生鉗桿軟化變形等一系列的問(wèn)題，所以對(duì)鉗桿的冷卻在這里就非常重要了，我們?cè)?這里采用的是水冷，就是利用冷水的流動(dòng)來(lái)對(duì)鉗桿進(jìn)行冷卻，由于鉗桿是空心的，我們 在鉗桿的中心部安裝了水冷管，水冷管的設(shè)計(jì)是按照相類(lèi)似產(chǎn)品的水冷管設(shè)計(jì)來(lái)完成 的但是我的設(shè)計(jì)不做關(guān)于冷卻的部分，所以在這里不在多敘述。 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 15 3.2 鉗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 鉗桿在整個(gè)設(shè)備中雖然是送料動(dòng)作的執(zhí)行件，但同時(shí)也是被帶動(dòng)件，因?yàn)樗且揽?移動(dòng)小車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的。然而要想把整個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出來(lái)，就必須從鉗桿開(kāi)始著手設(shè)計(jì) 計(jì)算。夾鉗是由一對(duì)夾鉗稈、鉗手開(kāi)合擺動(dòng)裝置組成夾鉗桿被吊掛于下部的橫梁上，兩 夾鉗在夾緊氣缸裝置推動(dòng)下繞其支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以閉合或張開(kāi)鉗口，也可以隨同橫梁在升 降氣缸使鉗桿提升或放下。 3.2.1 鉗桿的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)所要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求，知道鉗桿主要有以下幾個(gè)運(yùn)動(dòng)： (1) 上下運(yùn)動(dòng) 因?yàn)橐獖A取物料，所以要有帶動(dòng)鉗桿可以上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，這時(shí)可以用一臺(tái)升降氣 缸來(lái)幫助其完成而氣缸的型號(hào)要在整個(gè)鉗桿設(shè)計(jì)好以后才可以確定。 (2) 夾取和松開(kāi)物料運(yùn)動(dòng) 這個(gè)動(dòng)作不好設(shè)計(jì)完成，因?yàn)榫驼麄€(gè)機(jī)構(gòu)而言，并不是大批大量生產(chǎn)的，也不是要 求精密度很高的設(shè)備想到夾取自然會(huì)想到機(jī)械手，但一般的機(jī)械手的設(shè)計(jì)造價(jià)都很高， 而且多用在高精度的機(jī)器中，所以在這可以用簡(jiǎn)單的機(jī)械手因此可以想到將一個(gè)類(lèi)似 于機(jī)械手的半圓狀部件焊接在鉗桿上，兩根鉗桿并排放置，再有一臺(tái)夾緊氣缸在完成夾 取和松開(kāi)運(yùn)動(dòng)這樣整個(gè)設(shè)計(jì)就很簡(jiǎn)化了，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用同時(shí)夾緊氣缸的型號(hào)也要待 定。 (3) 與小車(chē)的連接 與小車(chē)的連接部分有兩點(diǎn)，一是升降氣缸處，升降氣缸的上方要與小車(chē)相連，下方 則與鉗桿相連二是為了平衡和支撐鉗桿，設(shè)置一處鉗桿與小車(chē)的相連處，此處相連處 在進(jìn)行鉗桿的校核時(shí)可看作支點(diǎn)。 3.2.2 鉗桿的長(zhǎng)度 鉗桿的長(zhǎng)度的確定是根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)以及環(huán)形加熱爐爐體深度而定的，待加熱的物料是 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 管狀坯料，直徑是 180mm350mm，長(zhǎng)度是 17005400mm，最大重量是 1500Kg。爐腔寬度是 6450mm，這樣若送進(jìn)爐體內(nèi)的管坯與爐體內(nèi)圈的距離留為 150mm，則伸進(jìn)爐體的鉗桿的長(zhǎng)度最大是 6450-150-850=5450mm，設(shè)外面的架子離爐口 的距離是 300mm，鉗桿與小車(chē)的兩連接處的距離及鉗桿兩端的預(yù)留的長(zhǎng)度總共設(shè)為 3000mm。 這樣鉗桿的總長(zhǎng) L=5450+300+3000=8750mm。 3.2.3 鉗桿的直徑 由于此設(shè)備是往加熱爐里送取料，而加熱爐的溫度可達(dá)到 1000 多攝氏度，所以伸進(jìn) 爐體的鉗桿必須要冷卻，這里采用的是水冷，就是鉗桿采用空心管，管里面可注入 水但由于我的設(shè)計(jì)要求沒(méi)有這個(gè)部分，所以在我的設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有體現(xiàn)這個(gè)，不過(guò) 在這要設(shè)計(jì)鉗桿的直徑就必須說(shuō)明這點(diǎn)。 由待加熱的管坯的直徑?jīng)Q定鉗手的形狀及張開(kāi)最大最小時(shí)的狀況，這樣也多少的給 鉗桿的直徑的確定帶來(lái)的一些限制。若太小了，會(huì)使鉗手承受不住管坯的重量，太大了， 又會(huì)浪費(fèi)材料。而管壁的厚度也是從強(qiáng)度和節(jié)能方面考慮的，太厚或是太薄都將影響鉗 桿的機(jī)能，所以綜合各方面的因素可以設(shè)鉗桿的外徑為 245mm，內(nèi)徑為 200mm。 3.2.4 兩氣缸的型號(hào)的確定 在確定氣缸型號(hào)之前，要先將鉗桿的受力情況分析清楚 由鉗桿的零件圖可以知道鉗桿受四個(gè)力，各個(gè)力之間的距離均是先假設(shè)的，受力圖如圖 3.1： 圖 3.1 受力圖 根據(jù)受力情況，可以查資料得到氣缸的型號(hào)，但由于用的都是成品，在達(dá)到同樣的工 作性能的前提下，從節(jié)省的角度考慮選用的氣缸并不是國(guó)標(biāo)的，而是私人公司生產(chǎn)的， 升降氣缸型號(hào)為 QGB-KF400X130-中間耳軸，缸徑為 400mm，桿徑為 90mm，行程 130mm，工作壓力 0.6Mpa夾緊氣缸型號(hào) QGB-KF250X235-尾部耳軸 14，缸徑為 140mm，桿徑為 60mm，行程 235mm，工作壓力 0.6Mpa。 3.2.5 鉗桿校核 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 17 圖 3.2 鉗桿 1）選材 考慮到此材料要有較高的強(qiáng)度和足夠的耐熱度，故選 35 鋼正火處理，由MPab590 2）鉗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如上 3.2 圖 3）鉗桿的強(qiáng)度計(jì)算 鉗桿的受力簡(jiǎn)圖如下 3.3 圖 圖 3.3 受力圖 彎矩簡(jiǎn)圖如下 3.4 圖： 圖 3.4 彎矩圖 所以強(qiáng)度校核 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 MPaW49251.0763 （3.1） 得 MPa51 故強(qiáng)度足夠 4）鉗桿的疲勞強(qiáng)度校核 （1） 斷危險(xiǎn)截面 根據(jù)鉗桿的受力情況可以判斷出所受的彎矩最大的地方就是其危險(xiǎn)截面。 （2） 計(jì)算彎曲應(yīng)力 抗彎截面系數(shù)為 3331470625m2.01.dW （3.2） 截面左側(cè)