鋼坯火焰清理機(jī)中的翻板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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一、雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)設(shè)計(jì)1.1概述翻板機(jī)是中厚板車間精整工段不可缺少的輔助設(shè)備之一。其作用是將鋼板翻轉(zhuǎn)180，用來(lái)檢查鋼板上、下表面的質(zhì)量。本次鋼坯火焰清理機(jī)設(shè)計(jì)中，對(duì)鋼板上、下兩表面進(jìn)行清理，采用的翻板機(jī)構(gòu)為雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)構(gòu)。雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)、減速機(jī)提供低速大扭矩的動(dòng)力，由兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別帶動(dòng)翻板臂和接板臂的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)翻板的動(dòng)作。1.2工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖1.1為雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)的機(jī)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速后，由減速機(jī)的低速軸分別帶動(dòng)兩套曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)曲柄a1、a2有一定的角度位置差，兩搖桿軸上有若干個(gè)翻板臂和接板臂。低速軸帶動(dòng)曲柄做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄a1帶動(dòng)連桿b1，連桿b1帶動(dòng)搖桿c1做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)曲柄a2帶動(dòng)連桿b2，連桿b2帶動(dòng)搖桿c2做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。為了滿足空載啟動(dòng)，在初始位置翻板臂（送料撥桿）先向下偏轉(zhuǎn)5，接板臂也位于水平面以下偏5，翻板臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)托起鋼板直到與水平位置成85，與此同時(shí)，接板臂（接料撥桿）由水平位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)處于與翻板臂平行和接近平行的位置。然后兩臂加持鋼板一起轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始鋼板的交接（如圖2）。當(dāng)它們共同轉(zhuǎn)過(guò)10后，翻板臂開(kāi)始返回到水平位置。此時(shí)接板臂也托起鋼板返回，當(dāng)處于水平位置時(shí)，鋼板落到輥道上，完成180翻面。而此時(shí)接料臂仍繼續(xù)向下偏轉(zhuǎn)5，最后再回到水平位置。從而完成一次翻板，完成一次翻板的時(shí)間是21s。圖1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)角度初始位置圖 圖1.2 接送位置角度圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、 兩翻臂的擺動(dòng)角度100，從水平線下5擺到過(guò)垂直位置5，當(dāng)減速器輸出軸的曲柄回轉(zhuǎn)360，通過(guò)兩連桿帶動(dòng)兩搖桿在105來(lái)回?cái)[動(dòng)一次，兩翻臂則在100來(lái)回?cái)[動(dòng)一次，兩曲柄相位差22814，故主動(dòng)翻臂以-5擺動(dòng)托起鋼板到85時(shí)，從動(dòng)翻臂擺動(dòng)100過(guò)垂直線5。2、 翻臂的擺動(dòng)是由曲柄通過(guò)連桿、搖桿、撐桿在翻臂中部撐起而動(dòng)，翻臂軸不承受翻板扭矩，可以做得較小，兩翻臂軸就可以靠的很近（因?yàn)樽畲箐摪搴?00mm，取600mm）。3、 翻轉(zhuǎn)鋼板時(shí)由于接送撥桿有10左右的平行移動(dòng)過(guò)程，所以交接平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊4、 在翻臂上安裝自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小托輥，當(dāng)鋼板沒(méi)有到規(guī)定位置（翻臂止擋處）而翻板時(shí)，當(dāng)翻臂稍成傾角，鋼板就會(huì)平穩(wěn)而輕快地滾移到位，避免了很大沖擊和噪聲的產(chǎn)生。1.3機(jī)構(gòu)尺寸確定1、兩套四桿機(jī)構(gòu)極位夾角的確定兩套四桿機(jī)構(gòu)用OA1B1C1和OA2B2C2表示（如圖1.3）圖1.3 兩套四桿機(jī)構(gòu)極位夾角圖因?yàn)殇撆鹘唤舆^(guò)程中，要平穩(wěn)可靠，兩翻轉(zhuǎn)臂加持鋼板需同時(shí)旋轉(zhuǎn)，并基本保持同步旋轉(zhuǎn)。故兩套四桿機(jī)構(gòu)的極位夾角（如圖1.4）必須相同，并且當(dāng)其值為零時(shí)，沒(méi)有機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)，同步性最優(yōu)。、即：1=2=0圖1.4 兩套連桿機(jī)構(gòu)的極位夾角圖二、機(jī)構(gòu)尺寸確定在設(shè)計(jì)中，由于場(chǎng)地等因素的限制，可預(yù)先確定L1、L2和h。即兩套四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架長(zhǎng)度d1、d2。2.1第一套四桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定 圖2.1 第一套四桿機(jī)構(gòu)極限位置圖預(yù)先確定搖桿長(zhǎng)度c1,根據(jù)=0，機(jī)架長(zhǎng)度d1及搖桿擺角可以作出圖2.1，從而求得其余桿件的尺寸。在圖5中，OB1=b1-a1,OB1=b1+a1,B1B1=OB1-OB1=2a1，a1,b1分別為曲柄和連桿長(zhǎng)度。故a1= B1B1/2又因B1B1=2c1/sin(/2),所以a1=c1*sin(/2),設(shè)C1O長(zhǎng)為d1，從圖5中可以求得d1=L12+H21/2 b1= d12-(c1*cos)2 取值L1=3000mm,H=500mm，C1=700mm, =105（在設(shè)計(jì)中，由于場(chǎng)地等因素的限制，可預(yù)先確定L1，L2和H，即兩套四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架長(zhǎng)度d1和d2）故a1=c1*sin(/2)=555mm 連桿b1=L12+H2- (c1*cos)212 =9250000-181589.334=3011.4 d1= (L12+H2)12 =3041.42.2第二套四桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定圖2.2 第二套四桿機(jī)構(gòu)極限位置圖按照確定第一套機(jī)構(gòu)尺寸同樣的方法，可方便的求得第二套機(jī)構(gòu)尺寸。預(yù)先確定C2=700mm，H1=H2=500mm。a2=c2sin=555mm d2= （L1+L2）2+H212=5024.9b2=d22-(c2cos)212=25250000-181589.312=5006.842.3曲柄存在條件及傳動(dòng)角的驗(yàn)算當(dāng)兩套四桿機(jī)構(gòu)的尺寸確定以后，還要進(jìn)行曲柄存在條件及傳動(dòng)角大小的驗(yàn)算。曲柄存在條件是:曲柄為最短桿；機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和驗(yàn)算兩套機(jī)構(gòu)桿的尺寸：曲柄a1,a2、連桿b1,b2、搖桿c1,c2、連架桿d1,d2應(yīng)滿足下列條件：a1+d1c1+b1和a2+d2c2+b2 a1+d1=555+3041.4=3596.4c1+b1=700+3011.4+3711.4a1+d1 符合要求 a2+b2=555+5024.9=5579.9c2+d2=700+5006.8=5706.8a2+d2 符合要求傳動(dòng)角的驗(yàn)算如下（見(jiàn)圖2.3）圖2.3 傳動(dòng)角的極限大小圖7當(dāng)曲柄a轉(zhuǎn)到與連架桿g成一直線或重合的兩極限位置時(shí)傳動(dòng)角u有最大值和最小值。 umax=cos-1b2+c2-(d+a)2/2bc umin=cos-1 b2+c2-(d-a)2/2bc若電動(dòng)機(jī)力矩變化不大，為了提高效率，傳動(dòng)角應(yīng)盡量在90附近一般umax150， umin30。代入第一套數(shù)據(jù)umax=143.2150、umin=36.8，umax=142.7150、umin=37.25。均滿足要求2.4 第三套機(jī)構(gòu)尺寸e的確定根據(jù)場(chǎng)地的條件限制，取定H2=2300mm，L4=400mm，f2=1200mm,(翻板臂整長(zhǎng)為2400mm)當(dāng)手臂處于水平時(shí)，支撐桿與翻臂垂直或接近垂直時(shí)受力最大，設(shè)定角F2E2D2為90。L3=L2/2-L4/2=800mm，f2-L2=D2O=400C2=（C2D2-D2O）1/2=（14002-4002）1/2=1341.67mme1=C2O+H2=3642搖桿擺角及板臂（以下簡(jiǎn)稱撥桿）下偏角的選取原則根據(jù)翻板機(jī)的工作特性，為滿足兩撥桿在一定角度范圍內(nèi)（一般在85-95）基本上能同步旋轉(zhuǎn)，除按上節(jié)介紹的方法設(shè)計(jì)外，還應(yīng)正確地選擇及，和不能隨意選取，事實(shí)上它們之間存在有某種聯(lián)系，現(xiàn)推導(dǎo)如下，如圖2.4圖2.4 搖臂的極限位置圖假設(shè)工藝要求兩撥桿在角度處開(kāi)始交接鋼板，此時(shí)送料撥桿1所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為A1=+2左側(cè)接料撥桿所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為A2=-+由工作原理我們知道，當(dāng)兩撥桿開(kāi)始鋼板交接時(shí)，它們所轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等。即：A1=A2由上面三式可得+2=-+由圖可知=-180-(-)整理以上式子，可知-2=90.1另外，為保證兩撥桿至少在85位置開(kāi)始鋼板交接，即-952可以用1、2倆式來(lái)確定及的大小。三、整個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的載荷計(jì)算3.1 e2載荷和大小計(jì)算為簡(jiǎn)化計(jì)算，只考慮鋼板的荷載（鋼板重24噸），其它構(gòu)件的荷載忽略不計(jì)，也不考慮加速度引起的動(dòng)負(fù)荷。由于a1、b1、c1、d1、e1和a2、b2、c2、d2、e2是兩套一樣的連桿機(jī)構(gòu)，算前面一套的數(shù)據(jù)就可以把另外一套的數(shù)據(jù)確定。除了b1、b2的根據(jù)布局不同選取的長(zhǎng)度不同外，其它的數(shù)據(jù)都是一樣。3.1 翻轉(zhuǎn)臂是往下轉(zhuǎn)5脫離鋼板以后再通過(guò)e2給翻臂一個(gè)向上的力托起鋼板使其翻轉(zhuǎn)。由5到剛接觸鋼板的零界圖可以知道e2在垂直的往上頂?shù)臅r(shí)候所受到的荷載是最小的。如下圖： 圖3.1 局部受力和機(jī)座分布示意圖如圖3.1 按e2垂直翻轉(zhuǎn)臂和鋼板計(jì)算。連桿需要較高的屈服強(qiáng)度，綜合性能需求選45號(hào)鋼做連桿材料。GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的45鋼經(jīng)850正火、840淬火、600回火，達(dá)到的性能為屈服強(qiáng)度355MPa，= s/n,n為安全系數(shù)，取5，則滿足要求。連架桿e2的載荷和大小計(jì)算過(guò)程如下：e2載荷：max=AF/= s/ns 取ns=5 , s=355MP。得到=71MP。F=24103Kg10N/kg=240000N,A=3380.28mm2,1d2/43380.28mm2d65.6mm,取80mm。3.2 搖桿d2、C2的載荷和大小計(jì)算：根據(jù)3.1圖所示可以知道兩機(jī)座之間的距離是2460mm，兩翻臂軸中心孔的距離是600mm。算出C2到G的距離：D2G=1200-（1230-300）=270mm根據(jù)圖上的受力分析可以知道搖桿C2D2在D2處的受力情況。利用三角形相似定理可得到連架桿作用在上面的力為24000N，垂直搖桿C2D2的力為F=2400010270140046285.71N。 一邊5套相同的C2D2，將力F除5得到單個(gè)力為9257.14N?？古そ孛婺Ａ縒t=D /16 T / Wt=FL / Wt =9257.141400(D /16)0.53555 D （9257.14140016）（ * 35.5）=1856401.074mmD122.9mm ，取D為130mm。C2桿的計(jì)算：根據(jù)力矩守恒有F1*C2D2 = F2*C2B2 ，得到F2=2F1 。抗扭截面模量Wt=D /16 T / Wt=FL / Wt 則有D31629257.1470035.53.141860230.88mm =D122.99mm。3.3 連架桿和搖臂直接的連接軸大小和載荷計(jì)算當(dāng)搖臂水平不動(dòng)承受鋼板載荷時(shí)，連架桿和搖臂直接的軸與搖桿d2與連架桿之間的軸是一樣的。5個(gè)搖臂受力分析得每個(gè)受力為24000105=48000N，取連桿軸長(zhǎng)度為350mm，軸受到的最大剪應(yīng)力為=16T/D30.5s/5，得D3516FL/0.5s=516480003503.140.5355=2411411.14mm3D134.10mm3.4 連桿b與搖桿c之間的連接軸計(jì)算按上面受力分析得F2=29257.14N,軸還是取350mm長(zhǎng)，則Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt，則有D31629257.1435035.53.14=930115.44mm3；D97.6mm。3.5連桿b的大小計(jì)算上面求得F2為29257.14N，受力分析得到F合為29257.141400270=95999.97N。max=AF/= s/ns 取ns=5 , s=355MP。得到=71MP。F合=95999.97N,A=1352.11mm2,1d2/41352.11mm2d41.5mm， 取100mm。3.6 曲柄a的大小和強(qiáng)度計(jì)算取曲柄長(zhǎng)度為555mm，連桿機(jī)構(gòu)損耗率為0.8.由上面可以知道電動(dòng)機(jī)輸出力矩為24000101.20.8=360000Nm，則曲柄的切線方向的力的大小為3600000.555N=648648.65N。則Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt =0.5s/5，則有D316648648.6555535.53.14=51673096.01mm3；D372.47mm。曲柄與連桿的連接軸取連接軸長(zhǎng)為250mm，按上面受力分析得F=648648.65N,則Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt，則有D316648648.6525035.53.14=23276169.37mm3；D285.52mm。四. 電動(dòng)機(jī)和減速器的選取 由前面講敘的翻臂翻轉(zhuǎn)一次再回到原來(lái)位置的要用21s，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周也是t=21s。圓周長(zhǎng)s=2r=23.140.555=3.4854m。曲柄切線方向的力為F=648648.65N，那電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P=FS/T=107657.1431w=107.66kw。選取電動(dòng)機(jī)為YZR355M-10型號(hào)的額定功率為110Kw,轉(zhuǎn)速為581r/min。 曲柄21s內(nèi)完成一次循環(huán)，一分鐘轉(zhuǎn)2.857圈，總傳動(dòng)比i=5812.857204 將額定功率和傳動(dòng)比告訴廠家可以定到符合規(guī)格的電動(dòng)機(jī)和減速器。結(jié)論與展望本文對(duì)曲柄翻板機(jī)的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，獲得了一些成果與結(jié)論。我們求出了翻版過(guò)程受力和四桿機(jī)構(gòu)中各個(gè)桿件的強(qiáng)度及大小，現(xiàn)已經(jīng)能夠熟練的操作SolidWorks制圖軟件。同時(shí)我們對(duì)機(jī)構(gòu)的尺寸確定、傳動(dòng)角及各角度的驗(yàn)算、電動(dòng)機(jī)的選取方法都有了一定的掌握。原本要通過(guò)比較繁瑣的單一的翻轉(zhuǎn)在這套機(jī)構(gòu)出現(xiàn)以后大大的改進(jìn)了生產(chǎn)流程，節(jié)約了時(shí)間和人力，也給工人們?cè)鰪?qiáng)了安全保障。電機(jī)、減速機(jī)提供低速大扭矩的動(dòng)力，由兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別帶動(dòng)翻板臂和接板臂的旋轉(zhuǎn)，由此帶動(dòng)鋼板翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)工程中各桿件和搖臂的載荷、角度的變化迫切需要本文的出現(xiàn)。通過(guò)本文的研究分析得出的結(jié)論我們有理由相信：隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展，不同類型的鋼板需求越來(lái)越大。這給鋼板生產(chǎn)家也帶來(lái)了技術(shù)更新的壓力，在結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和各廠家場(chǎng)地的不同，曲柄四桿機(jī)構(gòu)翻板機(jī)將更加完善。在不久的將來(lái)曲柄連桿翻版機(jī)構(gòu)將會(huì)廣泛運(yùn)用于加工和檢測(cè)中，人工和維修性都會(huì)降低，生產(chǎn)效率將大大提高。參考文獻(xiàn)1秦大同機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)與技術(shù)北京：清華大學(xué)出版社，20032紀(jì)名鋼. 機(jī)械設(shè)計(jì).8版.北京：高等教育出版社，20063羅迎社.材料力學(xué).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20014吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).6版.北京：高等教育出版社，20065王勇勤.雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及改進(jìn).冶金設(shè)備94年第2期，20046 張錫玉 ，劉建波 ，湯武初. 曲柄搖桿式翻板機(jī)的仿真設(shè)計(jì)及改進(jìn). CFHITECHNOLOGY 09年第2期。20097胡堅(jiān).幾種中板翻轉(zhuǎn)機(jī)典型結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析.重鋼技術(shù).重鋼設(shè)計(jì)院，20088孫桓，葛文杰，陳作模.機(jī)械原理，第7版.高等教育出版社，20069 邵勝太，劉少陽(yáng). 翻板機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及演示，河北冶金01年第3期.200110 于文妍. 翻板機(jī)構(gòu)的分析及其理論計(jì)算，內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)08年10月.2008致謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成的時(shí)候，其突然意識(shí)到四年的大學(xué)生涯即將畫上一個(gè)句號(hào)。當(dāng)我在外實(shí)習(xí)兩個(gè)月回來(lái)開(kāi)始畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，還不清楚留給我們將來(lái)可以還念的四年就要過(guò)去。在即將到來(lái)的工作崗位上所面臨的就是不同的生活方式，完全不同與之前的16年學(xué)生生涯。要是說(shuō)原來(lái)的我們是學(xué)怎樣做人、怎樣做事、如何認(rèn)識(shí)和理解社會(huì)、如何學(xué)會(huì)感恩，那么，今后的日子里，我將真正成為一個(gè)有用的人，一個(gè)能與隊(duì)友合作或獨(dú)立完成任務(wù)的人，一個(gè)真正懂得世界、懂得感恩并真正付出的人。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師胡自化老師，在本次設(shè)計(jì)開(kāi)始到結(jié)尾過(guò)程中，一直跨度將近4個(gè)月時(shí)間，胡老師給我提供了寶貴的意見(jiàn)和資料。再者感謝我所有的組員，沒(méi)有他們的支持和鼓舞，我完成將更加困難。在組長(zhǎng)提供的方案中選取曲柄翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)作為本次的設(shè)計(jì)方向，這給我來(lái)將是種挑戰(zhàn)。我們組6個(gè)成員開(kāi)始就到處查找資料，找到以后資源共享，這給本設(shè)計(jì)的完成提供了很大的幫助。很慶幸選擇胡老師和我其他的隊(duì)友一起走過(guò)大學(xué)的最后一段時(shí)光，我可以肯定這段時(shí)光將是我將來(lái)無(wú)比還念的大學(xué)生活。就是這段時(shí)光讓我認(rèn)識(shí)的團(tuán)隊(duì)合作的重要，學(xué)會(huì)了根據(jù)事實(shí)資料和理論知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題的方式，懂得了怎樣去查找資料，怎樣一步步的完成一個(gè)任務(wù)。這次設(shè)計(jì)真的讓我學(xué)到了很多。學(xué)無(wú)止境，無(wú)論每天往返于工廠和住所，還是奔走于圖書(shū)館和宿舍之間，作為一個(gè)職員或?qū)W生，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在接受著新的知識(shí)、觀點(diǎn)、理念。即使是創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值，也仍需不斷補(bǔ)給養(yǎng)分。于此，作為即將走出校園的人，我將銘記于心。最后，忠誠(chéng)的希望每一個(gè)已經(jīng)出現(xiàn)在或是即將出現(xiàn)在我不同人生階段卻給我?guī)椭吞崾镜膸熼L(zhǎng)、親友、同事們，能夠擁有美好幸福的生活狀態(tài)，以及一顆熱衷于探索未知和真理的心，同時(shí)也是對(duì)自己未來(lái)生活的一種期冀。附錄2：三維整體裝配圖 圖1 翻板機(jī)三維裝配圖 圖2 火焰清理機(jī)總體裝配圖16