環(huán)形加熱爐設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)【優(yōu)秀畢業(yè)論文 答辯通過】

需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 編號 無錫 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 化 專業(yè) 學(xué) 號： 0923052 學(xué)生姓名： 童春陽 指導(dǎo)教師： 俞經(jīng)虎 （職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 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）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 92 學(xué) 號： 0923052 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫 太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、 題目 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 2、專題 二、課題來源及選題依據(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，人們對鋼鐵制品的質(zhì)量和需求量又上升到了一 個更高的臺階在各行各業(yè)中，人們沒有間斷過對鋼管的使用，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鋼管坯進(jìn)行加熱，然后才能通過成型機(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)形加熱爐來對其坯料來進(jìn)行加熱，因?yàn)榄h(huán)形加熱爐可以對鋼管坯的兩頭和中間都進(jìn)行均 的加熱，但是又因?yàn)榄h(huán)形加熱爐是一個圓的封閉結(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目前大量的從事各種工業(yè)爐窯的節(jié)能環(huán)保、專用設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)的研究的企業(yè)都對裝取料設(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 五、開始及完成日期： 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）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 7 日 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)，在此專門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，鉗桿這三部分 。 運(yùn)用夾緊氣缸和升降氣缸來實(shí)現(xiàn)鉗桿對鋼料的夾取和升降運(yùn)動，同時鉗桿裝載在小車上，小車可以在機(jī)架的導(dǎo)軌上進(jìn)退運(yùn)動 。 小車是用電動機(jī)驅(qū)動的，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行時，帶動安裝在電動機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動，我們在右橫梁上裝配 了與小車齒輪可以嚙合的齒條來實(shí)現(xiàn)小車在機(jī)架導(dǎo)軌上的運(yùn)動 。 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 ，提高了整個廠區(qū) 的 工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，與當(dāng)前我國提出的高產(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 n to to in a in In to to of a of is of to on be on in by a by in to of in of of of V 目 錄 摘 要 . 錯誤 !未定義書簽。 . 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 . 1 題來源及意義 . 1 形加熱爐的簡單介紹 . 2 形結(jié)構(gòu) : . 2 取料口距離計(jì)算 : . 3 取料機(jī)的簡單介紹 . 4 內(nèi)外的發(fā)展情 況 . 5 2 裝取料機(jī)的設(shè)計(jì)說明及工作原理 . 8 取料機(jī)的設(shè)計(jì)說明及工作原理 . 9 3 裝取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 . 錯誤 !未定義書簽。 體的設(shè)計(jì) . 錯誤 !未定義書簽。 桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 . 15 桿的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) : . 15 桿的長度 : . 15 桿的直徑 : . 15 氣缸型號的確定 : . 15 桿校核 . 16 輪校核 : . 18 車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 . 22 車的整體設(shè)計(jì) : . 22 體的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 22 輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 : . 24 軸的設(shè)計(jì)及校核 : . 24 輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 : . 26 下輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 : . 26 體機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 . 27 梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 : . 27 柱的設(shè)計(jì) : . 29 接梁的設(shè)計(jì) : . 20 4 合理性分析 . 32 桿的有限元分析 . 錯誤 !未定義書簽。 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 形加熱爐的設(shè)計(jì)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 。 在各行各業(yè)中，人們沒有間斷過對鋼管的使用，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鋼管坯進(jìn)行加熱，然后才能通過成型機(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) 形加熱爐來對其坯料來進(jìn)行加熱，因?yàn)榄h(huán)形加熱爐可以對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)了專門為環(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。 （ ： ） 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 。 目前大量的從事各種工業(yè)爐窯的節(jié)能環(huán)保、專用設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)的研究的企業(yè)都對 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 取料設(shè)備 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 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 。 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 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 形加熱爐 圖 意圖 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 。 考慮到經(jīng)濟(jì)，環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 3 節(jié)能又能最大程度的提高爐子的有效利用率，各段角度分配見圖 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)場的情況來定 。 在這里我取最常見的一種加熱爐的規(guī)格，也是應(yīng)用最廣的一種型號的加熱爐 。 待加熱鋼坯規(guī)格：直徑 180350長度 環(huán)形加熱爐基本尺寸：爐中徑 36000腔寬度 6450熱段爐膛高度 1250一 、二、三加 熱段爐膛高度 2000四 加 熱段 、均熱段 爐膛高度 1600取料夾角 。 圖 意圖 由上述我們可以畫出示意圖 根據(jù)圖 4 可計(jì)算：裝取料口距離 L=2*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)一臺裝取料機(jī)來同時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 。 最重要的是 極大地影響了工作效率，在取料的同時不能進(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 。 而且兩臺機(jī)同時工作，操作方便簡單，不僅沒有造成資源設(shè)備不必要的浪費(fèi)，而且從長遠(yuǎn)上考慮是一種提高整個廠區(qū)工作效率 和經(jīng)濟(jì)效益 的一種有效辦法 。 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(jì)制造的設(shè)備 。 它具有 操作簡單、可靠 性高 的特點(diǎn)，人性化的設(shè)計(jì)為操作者創(chuàng)造了一個舒適的工作環(huán)境，使繁重的工作變得簡單輕松，也為冶金行業(yè)的發(fā)展提供了物美價廉的配套設(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 。 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) ； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 (2) 鉗頭可以有多種形式，甚至不必夾緊動作，只一叉子就可以 有鉗頭的時候，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，為減少臺架的旋轉(zhuǎn)慣性，有時候要做出可以伸縮的鉗桿 ； (5) 除了鉗桿的轉(zhuǎn)速外，其他的動作均比鍛造操作機(jī)要大些，速度要快些 ； (6) 由于沒有鍛造時候的沖擊載荷，機(jī)件結(jié)構(gòu)可以簡單一些，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 。 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)過幾十年在實(shí)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 7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(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)，無論是有軌道裝出料機(jī)還是無軌裝取 料機(jī)，可完全滿足目前鍛壓生產(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 。 在工作時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 。 沒有裝取 料機(jī)的鍛造車間，對料件的裝出爐時，一般采用 4 5 人，通過行車輔助裝出料件，甚至采用撞鐵的方式裝料，對加熱爐門及爐膛、爐壁的損壞很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于沒有裝 取 料機(jī)，生產(chǎn)廠 家 對每臺加熱 爐的年維修費(fèi)用在幾萬元以上，同時，由于 對加熱爐的維修造成停產(chǎn)，累計(jì)起來，兩臺加熱爐每年的經(jīng)濟(jì)損失可以購買一臺裝取料機(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 。 同時，該機(jī)一人操作就能完成所有工藝要求，減少勞動力 。 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(jì)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) 。 當(dāng)前鍛壓行業(yè)發(fā)展迅速，客戶對鍛件產(chǎn)品質(zhì) 量要求越來越高，而能源費(fèi)用一再漲價 ，工人工作條件要求改善，勞動生產(chǎn)力價格不斷升高 在此種情況下，要贏得市場就需要對生 產(chǎn)過 程采取機(jī)械化、自動化 。 從而降低產(chǎn)品成本大大提高勞動生產(chǎn)率 。 本課題的裝取料機(jī)又稱裝取 料機(jī)械手，是由簡單的機(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，加熱的裝取是個難點(diǎn)，為了解決這個問題 ，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)動提供必要的軌道 ； (2) 小車：主要用于帶動機(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，通過裝配在鉗桿上的夾緊氣缸來控制夾鉗的夾緊與松開 ， 通過裝配在小車上的升降汽缸來控制鉗桿的上升與下降，一次把坯料抬起放下 。 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) 。 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 7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)樵趥鹘y(tǒng)的加熱爐周圍的環(huán)境是非常惡劣的，溫度高，粉塵大 。 工作人員一般很難長時間在那里進(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)壓力沒有控制好的話很可能引起爐火外竄，而使?fàn)t口溫度急劇上升，可能還有燙傷操作人員的危險，但是又因?yàn)楫?dāng)今國 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)程操控和自動化控制便是當(dāng)今發(fā)展的一個主要方向 我在實(shí)習(xí)的時候去工廠參觀，在我看到的企業(yè)中，無無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 論好壞的企業(yè)，均沒有用電腦操作的 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，通過電腦將程序?qū)懭?，然后通過 制電路來實(shí)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 。 在實(shí)際的運(yùn)用中不斷改進(jìn)遠(yuǎn)程自動化操作的方式、方法，可以更好的推動遠(yuǎn)程自動化生產(chǎn)的發(fā)展 。 無論是對于裝出料機(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，其前景是無限寬廣的 。 以下是 3 張國內(nèi)的裝出料機(jī)的圖片，可以看出都是由人工來操作的，這與我在工廠看到的是一樣的 。 如圖示 出料機(jī) 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 7 圖 出 料機(jī) 圖 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(jì)說明及工作原理 取料機(jī)的設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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?yàn)榕髁显谝婚_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?yàn)殂Q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(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，但是為了避免做過多的無用功，從合理的利用和節(jié)約能源的角度來考慮，選取 4 度角是比較合理的 由于坯料被夾住抬起時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 示，這樣在裝夾時，夾鉗的下沿就會與坯料平行，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)致的坯料松動和滑脫問題，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定的，這臺 裝取 料機(jī)可裝 夾的最大坯料的半徑是 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 400兩夾鉗分別焊接在兩鉗桿之上，如圖 3 坯料 圖 構(gòu)圖 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 9 圖 鉗 夾鉗要裝夾坯料就必須獲得一個夾緊力，由這個夾緊力 來夾緊坯料，提供這個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)動時，左右擺臂可以根據(jù)各自的連接軸繞軸做轉(zhuǎn)動運(yùn)動，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)動運(yùn)動時，擺臂的另一端就會帶動鉗桿轉(zhuǎn)動，由于夾鉗是焊接在鉗桿上的，所以當(dāng)鉗桿在轉(zhuǎn)動時，夾鉗也就跟著張開和閉合，從而達(dá)到夾緊和松開的目的 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(jì)、安裝和焊接 。 夾鉗的最大開口與最小開口，如圖 示 。 一、松開 二、裝夾最大胚料 三、裝夾最小胚料 圖 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 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 帶動鉗桿做抬起、降下運(yùn)動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點(diǎn)，當(dāng)鉗桿只有一個端點(diǎn) 在運(yùn)動時是不能帶動另一個端點(diǎn)做抬起、降下運(yùn)動的，所以我們在鉗桿 上為其設(shè)置一個支點(diǎn)，讓鉗桿可以圍繞這個支點(diǎn)做轉(zhuǎn)動，這樣當(dāng)鉗桿的一頭被抬起時，鉗桿的另一頭就會被降下，相反的如果一頭被降下，另一頭就會被抬起 為了讓鉗桿要跟著小車前進(jìn)和后退，所以我們把升降氣缸和支點(diǎn)都裝配在小車上，因?yàn)橹c(diǎn)是裝配在小車上的，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，在連接過程中，由于鉗桿要圍繞支點(diǎn)做轉(zhuǎn)動，而且當(dāng)氣缸去頂拉鉗桿時，鉗桿也會產(chǎn)生傾斜，所以我們這里與吊架連接采用的是軸連接，這樣就不會對鉗桿的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生影響 。 因?yàn)殂Q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) 。 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， 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 示 。 圖 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 。 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題，所以對鉗桿的 冷卻在這里就非常重要了，我們在這里采用的是水冷，就是利用冷水的流動來對鉗桿進(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)是按照相類似產(chǎn)品的水冷管設(shè)計(jì)來完成的，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，用來安裝進(jìn)出水管 但是由于我的設(shè)計(jì)不包括這個部分，所以只是在這交代一下 。 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 。 由于升降氣缸要帶動鉗桿做升降運(yùn)動，所以升降氣缸裝配處的鋼板受力較環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 11 大，我們采用了異型筋板來加 強(qiáng)裝配氣缸處的鋼板強(qiáng)度 。 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(jì)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 。 我們?yōu)樾≤嚪謩e設(shè)計(jì)了前輪和后輪，這兩對輪子的主要是起支撐車體和減小小車移動時所產(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，兩對輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來限制了小車的上下自由度，當(dāng)然后下輪采用的還是滾動摩擦，目的還是為了減小摩擦所帶來的阻力，在車身的一旁，我們還設(shè)計(jì)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，不會出現(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題 。 如圖 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 。 而導(dǎo)向輪是直接通過筋板用螺栓連接固定在 小車車體上的 。 圖 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 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?yàn)樾≤嚨臎_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 示 7。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 沖器 為了要讓小車連接鉗桿支點(diǎn)部，所以在小車前部用螺栓連接長筋板，使其與吊板相連接，這樣小車通過升降氣缸、長筋板和兩塊吊板與鉗桿連接，就可以帶動鉗桿做平動 。 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 。由于小車是用電動機(jī)驅(qū)動的，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行時，帶動安裝在電動機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動，所以為了要使小車被齒輪驅(qū)動，我們在右橫梁上裝配了與小車齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過螺栓和銷連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動時，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動機(jī)的小車就被齒輪帶動開始做進(jìn)退運(yùn)動 。 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(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，會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，但是由于左橫梁沒有安裝齒條，所以后下輪的左輪與左橫梁就會空出那部分的余量，為了使小車在運(yùn)行時保持平穩(wěn)我們就在左橫梁上焊接一根鋼條，來填補(bǔ)左橫梁上的那個空余量，使小車的左下輪也可以和左橫梁相接觸如圖 示 。 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 13 圖 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 。 4 根連接梁的主要作用就上將兩根橫梁連接起來，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?，因?yàn)楹笊线B接梁被裝配在小車的緩沖器的同一個平面內(nèi)，所以當(dāng)小車后退時，小車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，還起到一個后擋板的作用，用來擋住緩沖器 。 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 。 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、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 。 無錫太湖學(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 體的設(shè)計(jì) 通過對設(shè)計(jì)要求的認(rèn)識，以及安裝現(xiàn)場的位置要求，可以把整個機(jī)構(gòu)分成三部分 ： 鉗桿 、 小車 、 整體機(jī)架 ，大概的運(yùn)動就是移動小車帶動鉗桿在機(jī)架 上運(yùn)動 。 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， 橋架兩個梁板上有小車前后輪導(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，兩對輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來限制了小車的上下自由度 。 在車身的一旁，我們還設(shè)計(jì)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 。 小車是用電動機(jī)驅(qū)動帶動安裝在電動機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動，所以為了要使小車被齒輪驅(qū)動，我們在右橫梁上裝配了與小車齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過螺栓和銷連接在右橫梁上的，齒 輪轉(zhuǎn)動時，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動機(jī)的小車就被齒輪帶動開始做進(jìn)退運(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 。 夾鉗由一對夾鉗稈、 鉗 手 開合裝置及鉗 手 擺動裝置組成 （即夾緊 氣 缸） ， 鉗桿被吊掛于行走小車下部的橫梁上，兩夾鉗在杠桿式的夾鉗開合裝置推動下繞其支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動，以閉合或松開鉗口 也 可以隨同橫梁在升降氣 缸驅(qū)動下繞吊掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動以使 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)該考慮冷卻問題 。 否則容易變形損壞，