全自動磚壓機(jī)設(shè)計

1、全自動墻體磚壓機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計 Design of Mechanical Structure and HydraulicSystem of Automatic Hydraulic Brick Press摘 要全自動液壓磚壓機(jī)作為壓制力加工的重要設(shè)備，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)必不可少的裝備之一。大型磚壓機(jī)由于其自身結(jié)構(gòu)和承載方式的特征，容易因剛度、機(jī)械強(qiáng)度不足和共振而發(fā)生機(jī)身損壞，這使得結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化成為了大型全自動液壓磚壓機(jī)設(shè)計的一個重要內(nèi)容。本課題采用傳統(tǒng)理論方法對全自動液壓磚壓機(jī)機(jī)身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算和強(qiáng)度校核，采用CAD 設(shè)計軟件及其他三維軟件對上橫梁、底座、上活動梁、下活動梁、主液壓缸

2、、立柱、總裝圖進(jìn)行了工程繪圖，在參考某公司生產(chǎn)的四梁四柱液壓墻體磚液壓機(jī)液壓系統(tǒng)以及查閱大量關(guān)于液壓系統(tǒng)設(shè)計的文獻(xiàn)后，確定全自動液壓磚壓機(jī)的設(shè)計方案，并對其進(jìn)行了可行性分析，最后對整個設(shè)計進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出整個設(shè)計切實(shí)可行。關(guān)鍵詞：全自動液壓磚壓機(jī)；立柱；橫梁AbstractAutomatic hydraulic brick press as an important pressure processing equipment, industrial production in particular has become essential equipment ceramic industry

3、. Large automatic hydraulic brick press, because of its structure and the bearer of features, easy due to mechanical strength, stiffness and lack of resonance failure occurs, which makes the structural analysis and optimization has become a large-scale automatic hydraulic brick press an important el

4、ement of the design.This topic using the traditional theory of automatic hydraulic brick wall presses against the fuselage structure design, calculation, strength check, using AUTO CAD design software on the upper beam, base, on the beams, under the beams, master cylinder, column, the assembly diagr

5、am of the engineering drawings, in reference to a company produces four column hydraulic brick wall beam hydraulic machine hydraulic system and access to a lot of books about the design of the hydraulic system after determining automatic digital control system design, drawing hydraulic system diagra

6、m shows the electrical system of the job description, and its feasibility analysis, and finally the entire design system analysis, the entire design is feasible.Key word: Automatic hydraulic brick press; Column; BeamsII目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1全自動液壓磚壓機(jī)的簡介11.2全自動液壓磚壓機(jī)在國內(nèi)外的生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢11.3本設(shè)計研究的內(nèi)容和意義32 設(shè)計原

7、理42.1 液壓磚壓機(jī)工作原理42.2 液壓磚壓機(jī)主要特點(diǎn)43 總體方案的論證和選擇53.1 壓制油缸的選擇53.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇74 磚壓機(jī)各主要零部件的設(shè)計94.1 各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計94.2 各主要零部件的初步設(shè)計計算125 磚壓機(jī)各主要零件的詳細(xì)設(shè)計及三維模型225.1 活動橫梁的詳細(xì)設(shè)計及三維模型的繪制225.2 上橫梁的詳細(xì)設(shè)計和三維模型的繪制245.3 下橫梁（工作臺）的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制265.4 立柱的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制265.5 套筒的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制275.6 螺母的設(shè)計及三維模型繪制285.7 最終設(shè)計結(jié)果29總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄34煙臺南

8、山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 34頁1緒論1.1全自動液壓磚壓機(jī)的簡介全自動液壓磚壓機(jī)(以下簡稱磚壓機(jī))是現(xiàn)代墻體磚生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，是集機(jī)、電、液、氣一體化的高技術(shù)專用設(shè)備。說它關(guān)鍵，主要是它前面進(jìn)行原料加工，后加溫直至干燥燒成，若磚壓機(jī)出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。作為生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，全自動液壓磚壓機(jī)顯出示許多的優(yōu)點(diǎn)：壓機(jī)采用液壓傳動對磚胚施加靜壓力，工作運(yùn)行平穩(wěn)，有利于胚體壓制成行。采用液壓傳動可非常方便地實(shí)現(xiàn)對壓制力的大小、速度的快慢、時間的調(diào)節(jié)控制，并能保持穩(wěn)定運(yùn)行，使壓機(jī)動作很好的符合工藝的要求；磚壓機(jī)的大型化和自動化更容易實(shí)現(xiàn)；胚體成型好，強(qiáng)度高?，F(xiàn)代全自動液壓磚壓機(jī)都有可靠性、耐久

9、性、調(diào)控性、效率等特點(diǎn)。本畢業(yè)設(shè)計主要研究寬體磚壓機(jī)，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本為主體，來獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2全自動液壓磚壓機(jī)在國內(nèi)外的生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)外磚壓機(jī)的生產(chǎn)概況1.2.1.1國內(nèi)生產(chǎn)概況當(dāng)今的中國，是世界上公認(rèn)的墻地磚生產(chǎn)大國，有著世界最大的陶瓷壓機(jī)市場。但直到20世紀(jì)80年代末，全自動磚壓機(jī)仍是我國建陶企業(yè)需要全部引進(jìn)的裝備，其主要來自意大利和德國。而今國產(chǎn)磚壓機(jī)不僅可以替代進(jìn)口的磚壓機(jī)，而且還可以大批量的向國外出口，這是一個具有歷史意義的重大的轉(zhuǎn)變。國產(chǎn)磚壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、主要技術(shù)性能和整體水平已接近國外現(xiàn)代磚壓機(jī)的先進(jìn)水平，而且差距在不斷縮小，但是國

10、產(chǎn)磚壓機(jī)行業(yè)發(fā)展時間短，發(fā)展開發(fā)過程中存在一些問題也是難免的，制造企業(yè)還應(yīng)該不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步降低成本，提高自身的競爭力，在鞏固國內(nèi)市場的同時，積極開拓國際市場，只有在國際市場上占有一席之地，才真正證明國產(chǎn)壓機(jī)的成功。經(jīng)過多年的不懈努力，國產(chǎn)磚壓機(jī)取得了長足的進(jìn)步，無論從外觀和結(jié)構(gòu)方面都經(jīng)過了不斷的優(yōu)化、創(chuàng)新，但與國外磚壓機(jī)相比還有較大差距。因此國產(chǎn)磚壓機(jī)的研發(fā)，要立足國情，可以用好的結(jié)構(gòu)，適合國情的結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)國內(nèi)制造業(yè)的不足。梁體的優(yōu)化最主要的就是最大限度的減少本體的應(yīng)力集中，使梁體的應(yīng)力場趨向均勻，在確保梁體剛度足夠的前提下，可以適當(dāng)減輕其重量。同時梁體的優(yōu)化還要有利于鑄造，例如優(yōu)化

11、時可以通過改變結(jié)構(gòu)將鑄造缺陷的密集區(qū)設(shè)計為低應(yīng)力區(qū)以排除日后可能發(fā)生的隱患?？七_(dá)機(jī)電為了滿足陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求推出寬體壓機(jī)，有KD3800、KD3200、KD2100。在一定的壓力下，加寬工作臺的，可提高生產(chǎn)效率。寬體壓機(jī)可以降低主電動機(jī)的功率，可提高壓制頻率，還可以提高其工作的穩(wěn)定性，并且在節(jié)能、外觀上有很大的改善等，研究寬體壓機(jī)還是很有意義的。通過現(xiàn)代的設(shè)計方法，對其進(jìn)行設(shè)計，改變壓機(jī)的大小、重量、受力情況等，對寬體壓機(jī)將來能更好的適應(yīng)市場和受到使用廠家的信賴好評給以保證，降低生產(chǎn)成本，為生產(chǎn)廠家獲得更大的利益。1.2.1.2國外生產(chǎn)概況近十幾年來，國外的磚壓機(jī)發(fā)展非常快，隨著科技的進(jìn)步，

12、全世界生產(chǎn)磚壓機(jī)的主要產(chǎn)家如德國的萊斯公司，意大利的薩米克公司、西蒂公司等，日本的日型公司等一些公司不斷推出結(jié)構(gòu)日益完善，生產(chǎn)效率和自動化程度不斷提高，出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式的新型墻地磚成形液壓機(jī)。國外的磚壓機(jī)現(xiàn)在都在向美觀，大噸位，高精度，高效率，節(jié)能控制，多功能自動化程度更高和機(jī)器的動作更加符合材料壓制成型的工藝要求的方向發(fā)展。1.2.2 全自動液壓磚壓機(jī)的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，現(xiàn)代全自動液壓磚壓機(jī)無論從主機(jī)結(jié)構(gòu)還是液壓控制技術(shù)方面相對于早期磚壓機(jī)都有很大提高。例如磚壓機(jī)的結(jié)構(gòu)采用經(jīng)過不斷優(yōu)化的新型結(jié)構(gòu)，使其精度、穩(wěn)定性和抗疲勞性能得到較大的提高；近年來新興的液壓伺服比例控制技術(shù)，使磚

13、壓機(jī)的壓制動作更加的均勻、平穩(wěn)，傳動更加精準(zhǔn)。這些都為建筑及陶瓷行業(yè)使用變化多樣的高檔瓷磚提供了非常有利的條件。液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢：1) 高質(zhì)量、高效化、低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，提高墻地磚的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。2) 機(jī)-電-液壓一體化。充分利用機(jī)械、電子及液壓三個方面的先進(jìn)技術(shù)完善整個系統(tǒng)。3) 自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)在加工，還應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有自動檢測及處理故障的功能。目前，我國液壓機(jī)制造行業(yè)雖然取得了較大發(fā)展，但與世界先進(jìn)水平相比，還有一定的差距，還滿足不了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。充分發(fā)揮現(xiàn)有液壓

14、機(jī)的生產(chǎn)潛力，提高設(shè)備利用率，加強(qiáng)對設(shè)備的維修和設(shè)備本身的技術(shù)改造，加強(qiáng)液壓機(jī)和操作機(jī)之間的相互聯(lián)系、液壓機(jī)組的程序控制和自動控制的研究。1.3 本設(shè)計研究的內(nèi)容和意義眾所周知，隨著我們國家的政策和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們自己意識到模仿別的國家的機(jī)器不再能滿足我們國家經(jīng)濟(jì)高速公路發(fā)展的要求，近些年來我們自主設(shè)計創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)越來越多。我們只有自主生產(chǎn)出先進(jìn)水平的機(jī)械，才能真正的擺脫國外對我們技術(shù)上的壟斷，我們才能在國際上更具有競爭力。本設(shè)計設(shè)計的是全自動液壓磚壓機(jī)的機(jī)械部分的設(shè)計，對磚壓機(jī)的機(jī)架進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。用現(xiàn)代的設(shè)計方法和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對磚壓機(jī)的設(shè)計制造，以優(yōu)化磚壓機(jī)，減輕機(jī)器自身重量，節(jié)省材料等

15、，提高其可靠性、調(diào)控性、穩(wěn)定性等。陶瓷液壓磚壓機(jī)是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，是機(jī)、電、液、氣一體化的高技術(shù)專用設(shè)備。而研究寬體磚壓機(jī)，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。此次我們研究的是全自動液壓磚壓機(jī)的機(jī)械部分，為了提高效率，可以加寬壓機(jī)的工作臺。增加磚壓機(jī)工作臺寬度可同時進(jìn)行多塊墻地磚的壓制。研究的磚壓機(jī)的機(jī)械部份，用CAD畫出其二維視圖，用PRO/E畫出其三維模型,然后用ANSYS軟件對其有限元分析代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方法，優(yōu)化設(shè)計，以節(jié)省材料。目標(biāo)。一、實(shí)現(xiàn)磚壓機(jī)同時壓制墻磚600mm×600mm(3片)，360mm×450mm（6片/次），450mm&#

16、215;600mm(5片/次)，500mm×500mm(4片/次)；二、實(shí)現(xiàn)磚壓機(jī)的最優(yōu)設(shè)計（減輕重量、提高疲勞強(qiáng)度等）。2 設(shè)計原理早期的磚壓機(jī)采用的是螺旋傳動，而螺旋傳動只能傳遞的壓制力相對較小，磚對磚壓機(jī)的發(fā)展有很大限制，直到后來人們引入了液壓傳動，使壓制力有很大的提高，并且可以壓制出多種規(guī)格的磚，大大提高了生產(chǎn)效率。2.1 液壓磚壓機(jī)工作原理 圖2-1 液壓磚壓機(jī)的工作原理1小柱塞 2大柱塞 3坯體。液壓磚壓機(jī)是根據(jù)靜態(tài)下液體壓力等值傳遞的帕斯卡原理制成的，它是一種利用液體壓力傳遞能量的機(jī)器。其工作原理如圖2-1所示。圖2-1 液壓磚壓機(jī)的工作原理2.2 液壓磚壓機(jī)主要特點(diǎn)

17、根據(jù)液壓磚壓機(jī)的工作原理可知，采用液壓傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）更容易實(shí)現(xiàn)大型化。因?yàn)橛蛪汉突钊拿娣e變動的方位比較大，壓制力F=A×P，只要增大活塞面積A和提高油壓力P，就可得到大噸位的液壓磚壓機(jī)。目前已有公司宣稱研制出一萬噸液壓磚壓機(jī)。由此可知采用液壓傳動的磚壓機(jī)容易獲得更大的工作壓制力，以滿足壓制大規(guī)格制品的要求。（2）可方便地實(shí)現(xiàn)對壓制過程中的速度、壓力、保壓時間等參數(shù)實(shí)行控制和調(diào)節(jié)。（3）對磚坯施加的壓力為靜壓力，因此工作平穩(wěn)，有利于磚坯的壓制成形。（4）容易實(shí)現(xiàn)磚壓機(jī)的自動化操作。3 總體方案的論證和選擇全自動液壓磚壓機(jī)主機(jī)部分（又稱機(jī)械部分）主要由機(jī)架、壓制油缸、增壓缸、

18、頂模裝置、布料裝置及排氣、安全裝置等組成。本設(shè)計主要研究機(jī)架和壓制油缸的選擇。3.1 壓制油缸的選擇本設(shè)計擬采用活塞式油缸，油缸倒置并將其和活動橫梁做成一體，即倒置式組合主油缸。改善了活動梁的受力狀態(tài), 使壓制力更加均勻, 有利于坯體成形?，F(xiàn)在磚壓機(jī)的油缸主要有兩種形式一種是活塞式油缸（圖3-1（a），另一種是柱塞式(圖3-1(b)。我們將通過下面的比較，確定選擇哪一種油缸更符合本設(shè)計的要求。（a） (b)圖3-1 液壓磚壓機(jī)壓制油缸示意圖1活動橫梁 2 活塞 3 柱塞活塞式油缸被活塞分隔為兩個腔，因此可以獲得正反兩個方面的運(yùn)動。它屬于雙作用油缸。當(dāng)活塞腔通入高壓油，活塞桿腔回油時，即為工作行

19、程；當(dāng)活塞桿腔進(jìn)油，活塞腔回油時，則可實(shí)現(xiàn)回程，故不需要另外設(shè)置回程缸。由于活塞式油缸不需另設(shè)回程缸，所以結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，安裝空間小?；钊谶\(yùn)動時，除了活塞桿有導(dǎo)向作用外，活塞沿缸壁滑動，同時擁有導(dǎo)向作用，并且導(dǎo)向長度較長，所以活塞式油缸導(dǎo)向性能好。高壓端的密封填充件的微小滲漏屬內(nèi)泄漏，所以活塞缸密封件的壽命較長，在不影響使用性能的前提下，一些微小泄漏不影響密封件的繼續(xù)使用。柱塞式油缸是一種單作用油缸，只能從一個方向加壓，所以要靠另外的油缸實(shí)現(xiàn)回程。柱塞在油缸中上下移動時是在導(dǎo)向套（環(huán)）中滑動的。一般導(dǎo)向套長度較短，為了加長導(dǎo)向距離，以便承受較大的偏心力矩，可在柱塞的兩端安裝導(dǎo)向套。此外回程

20、缸的另一個作用是用于導(dǎo)向作用。柱塞缸的密封的壽命較短，原因是柱塞缸一端通高壓油腔，另一端直接與大氣相通，兩端的壓力差較大，很容易導(dǎo)致微小的滲漏，造成污染環(huán)境和坯體，影響油缸使用。柱塞在導(dǎo)向鋼套中作往復(fù)運(yùn)動，偏心載荷斷還會發(fā)生傾斜，因此校塞表面必須具有足夠的硬度及光潔度，以免過早磨損或表面拉毛而導(dǎo)致?lián)p壞。拉壞后，會直接影響密封件的壽命，引起高壓液體的漏損，甚至每隔半月就必須換一次密封件，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。通過上面的比較我們將選擇活塞式的油缸。油缸的裝配也有兩種形式：一種是正常安裝與上梁做一體（圖3-2），一個是倒置安裝下梁做成一體（圖3-3）。圖3-2 主油缸與上橫梁合一結(jié)構(gòu) 圖3-3 主油缸與動梁

21、合一結(jié)構(gòu)1橫梁 2缸蓋 3活塞 4缸體 5法蘭 1橫梁 2活塞 3缸蓋 4缸體 5動梁一般情況下，將油缸安裝在上橫梁上，活塞桿與活動橫梁相連接。大噸液壓磚壓機(jī)采用將活塞式油缸倒置的結(jié)構(gòu)，即將活塞桿與上橫梁固連，活塞桿固定在上橫梁上，將油缸與活動橫梁做成一體，讓缸體活動橫梁作同步運(yùn)動。工作原理同普通活塞式油缸一樣，但具有如下優(yōu)點(diǎn)：增加了活動橫梁受力面積，大大改善了活動橫梁的受力情況，提高了活動橫梁的剛性，使其受力變形小，使磚坯壓制更加均勻，有利于磚坯的壓制成形，提高磚坯壓制質(zhì)量。油缸倒置和梁結(jié)構(gòu)的簡化，從而大大降低了加工難度，也不需要在上橫梁的加工出油缸，從而大大提高梁的強(qiáng)度，減小了主機(jī)的尺寸。

22、由于倒置有以上優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計將選擇倒置式油缸。主油缸與動梁合一結(jié)構(gòu)是大型磚壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式（如圖3-3）。主油缸采用筒形無缸底結(jié)構(gòu)，利用動梁的上平面作為油缸底部，通過獨(dú)特的密封結(jié)構(gòu)和柔性聯(lián)接將主油缸和動梁連成一體。不僅僅具有油缸倒置式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，而且同帶缸底倒置油缸結(jié)構(gòu)相比，重量大大減輕，大大提高了磚壓機(jī)的運(yùn)動速度及工作效率；油缸的重量減輕一半以上，主機(jī)高度可適當(dāng)降低，徹底解決了帶底油缸的缸體與缸底連接部位的應(yīng)力集中難題。 綜上所述，本油缸將使用活塞式油缸，而且倒置，油缸做成一體。3.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇機(jī)架承受壓制成形時的全部載荷，因此機(jī)架的強(qiáng)度和剛度幾乎決定整機(jī)的性能。目前，在陶瓷墻地磚

23、的生產(chǎn)過程中，磚壓機(jī)是生產(chǎn)陶瓷粉料干壓成型的關(guān)鍵設(shè)備，因此磚壓機(jī)框架剛性的強(qiáng)弱直接影響了磚坯體的質(zhì)量及成坯率的高低?？偠灾褪谴u壓機(jī)框架的剛性越好，框架變形越小，機(jī)械強(qiáng)度、所壓制的坯體密度、成坯率等都越高;反之，壓機(jī)機(jī)械強(qiáng)度、坯體的密度及成坯率等都較低，嚴(yán)重時，甚至成不了型，坯體壓制不出來。機(jī)架的性能在機(jī)器的整體中極為重要，所以說探討和研究磚壓機(jī)框架的設(shè)計計算，合理的提高框架的剛性，適當(dāng)改善其外形尺寸，能有效地減少框架的變形，極大限度地提高磚坯體的質(zhì)量及成坯率。目前常用的機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式有梁柱組合機(jī)架、拉桿套筒梁柱組合機(jī)架、鋼絲纏繞機(jī)架三種，通過下面的比較我們將選出最佳的方案是拉桿套筒梁柱組合

24、機(jī)架。拉桿套筒梁柱組合機(jī)架（圖3-5）。由上、下橫梁與四根立柱用螺母連接而成，立柱由拉桿及套在其外面的套筒組成。裝配時，拉桿兩端分別穿過上、下橫梁的通孔，可用專用千斤頂或者加熱使拉桿伸長，最后用螺母擰緊。這樣，拉桿受一個預(yù)拉力的作用，能夠全長預(yù)緊。套筒受壓而拉桿受拉，使上下橫梁構(gòu)成一封閉的框架，使整機(jī)的剛性更好，強(qiáng)度更大。開機(jī)運(yùn)行時，機(jī)架承受脈動載荷，循環(huán)特征r =0。立柱給予預(yù)拉力后，脈動載荷與預(yù)拉力疊加，則會改變載荷的性質(zhì)。如果設(shè)計得當(dāng)，載荷的循環(huán)特征可大些，性質(zhì)接近于靜載荷。這樣的話，拉桿就可以使用材料的屈服極限而不是持久極限特征來進(jìn)行強(qiáng)度校核，材料本身的性質(zhì)得到充分的利用，拉桿截面可以

25、減小一點(diǎn)。拉桿套筒梁柱組合機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式適用于中等壓力的磚壓機(jī)，即可用于3800噸磚壓機(jī)。梁柱組合機(jī)架（圖3-6）雖然制造和裝配都比拉桿套筒梁柱組合機(jī)架簡單，成本也相對較低，但是剛度和強(qiáng)度都略遜一籌，在壓制的時候容易產(chǎn)生較大的變形，性能也不夠穩(wěn)定，只適合噸位小的磚壓機(jī)，不適合中型磚壓機(jī)的使用。鋼絲纏繞機(jī)架(圖3-7) 現(xiàn)在是世界大噸位壓磚機(jī)比較常用的一種結(jié)構(gòu)形式，由兩個半圓梁，兩立柱預(yù)應(yīng)力絕緣繞組。利用預(yù)應(yīng)力鋼絲束柱施加足夠的預(yù)緊力，梁柱上的拉應(yīng)力大部分轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，從而大大降低了拉伸力所造成的疲勞裂紋增長和提高，由于壓磚機(jī)構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度和剛度。在機(jī)架中較少使用的形式，技術(shù)尚未達(dá)到相應(yīng)的水平，

26、有一定的制造和裝配難度大，成本高，它主要用于大噸位壓磚機(jī)。3800噸磚壓機(jī)是中等壓力的磚壓機(jī)，用拉桿套筒梁柱組合機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式完全能夠滿足要求。圖3-5 拉桿-套筒 梁柱組合機(jī)架 圖3-6梁柱組合機(jī)架1橫梁 2動梁 3立柱 4套筒 5底座 1橫梁 2動梁 3立柱 4底座圖3-7 鋼絲纏繞機(jī)架1上梁 2動梁 3導(dǎo)柱 4底座 5支腳綜上所述，本設(shè)計將選擇拉桿套筒梁柱組合機(jī)架。4 磚壓機(jī)各主要零部件的設(shè)計4.1 各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1 主機(jī)的結(jié)構(gòu) 從前面方案的選擇中我們選擇了現(xiàn)在比較常用的拉桿套筒式的梁柱式的結(jié)構(gòu)形式，如下圖（4-1）所示圖4-1 拉桿套筒式的結(jié)構(gòu)4.1.2 上橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計我們

27、采用梁柱式的結(jié)構(gòu)，在上橫梁上需開四個立柱孔。為了結(jié)構(gòu)的美觀我們將把充液箱放在上橫梁，把兩者做成一體，即上橫梁上表面要開一個孔，做為充液箱?；钊麠U和上橫梁之間采用法蘭連接，連接處開孔。螺母連接處開沉孔，在套筒、法蘭連接處都要設(shè)計有凸臺?？紤]到材料的成本，橫梁內(nèi)部可以適當(dāng)?shù)耐诳?。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖（4-2）所示。形狀尺寸要求：立柱孔尺寸一般比插入端尺寸大1-2mm。立柱螺母鎖緊的表面（沉孔表面）平面度0。與活塞接觸的表面平面度取0.1，垂直度?。ㄏ鄬τ谳S線）0.05。 圖4-2 上橫梁的結(jié)構(gòu)簡圖4.1.3 活動橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于我們才用油缸倒置的形式，我們將要做成缸梁一體式的，活動橫梁上也開有四個立

28、柱孔。由于活動橫梁在運(yùn)動中的精度要求比較高，因此我們在套筒和上橫梁之間加導(dǎo)套。下面還要有T型槽，如下圖（4-3）。形狀與尺寸的精度要求：活動橫梁下表面的不平面度取0.05，工作的平行度取0.08?？浊昂笞笥业闹行木嗥钊?#177;0.2，孔對角方向上的公差由下面的公式（式中R、對角上孔的間距及公差；x、左右方向上的間距及公差；y、前后方向的間距及公差。）立柱孔與導(dǎo)套的外圓的配合精度圖4-3 活動橫梁的結(jié)構(gòu)簡圖4.1.4 下橫梁（工作臺）的結(jié)構(gòu)設(shè)計下橫梁承受機(jī)器的主要壓力，支撐整機(jī)重量與沖擊力，需要固定梁，安裝頂模裝置，我們的設(shè)計是一個寬體壓磚機(jī)，桌下梁應(yīng)相對寬。在不影響梁的強(qiáng)度的前提下，我們

29、可以對梁壁適當(dāng)?shù)耐诳?，具體結(jié)構(gòu)形式如（4-4）所示。形狀尺寸的精度要求工作臺面的平面度0.05鎖緊螺母與之貼全的平面的平面度0.16立柱孔比立柱大2mm圖4-4 下橫梁結(jié)構(gòu)簡圖4.1.5 立柱的導(dǎo)向?qū)自O(shè)計活動橫梁與立柱配合間的導(dǎo)套是磚壓機(jī)運(yùn)動部分的導(dǎo)向裝置，它對機(jī)器的運(yùn)動精度，壓出來的磚的尺寸精度，模具壽命及機(jī)身受力等有很大的影響，因此導(dǎo)向裝置的設(shè)計也是非常重要的。拉桿套筒式的導(dǎo)向精度比較難保證，主要是由于配合面多，累積定向誤差大，為了保證活動橫梁的較高導(dǎo)向精度，我們在活動橫梁導(dǎo)向處要加導(dǎo)套，導(dǎo)套的形式用圓筒式的。為了減小加工難度，將上下橫梁做成凸臺形式。上面我們在設(shè)計上橫梁的時候已經(jīng)初步的

30、設(shè)計了導(dǎo)套，厚度取20,高取40.現(xiàn)在我們對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計?？紤]到安裝的方便性，我們把導(dǎo)套做成凸式的，然后用壓蓋將其固定，上面再加有防塵圈和毛線絨。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-5所示圖4-5 拉桿套筒結(jié)構(gòu)簡圖 4.2 各主要零部件的初步設(shè)計計算4.2.1立柱拉桿初步設(shè)計計算壓機(jī)在工作的時候，立柱只承受拉力，套筒內(nèi)承受壓力。總的預(yù)緊力一般為公稱壓力的1.2-1.5倍，這里取1.5倍。我們可以以螺栓的設(shè)計方法為基準(zhǔn)進(jìn)行拉桿的設(shè)計。4.2.1.1受力分析拉桿的受力分析如下圖所示：磚壓機(jī)在工作的時候是受力情況是在不斷變化的，所以立柱受的拉力也是變化的。和螺栓受力變化一樣如下圖所示（機(jī)械設(shè)計 P86）其中： Q：

31、每根立柱受的壓機(jī)工作時所受所受力 Qp：立柱受的預(yù)緊力（Qp1.3F） F：工作壓力（Fp/4，其中p是公稱壓力） QP: 工作過程中立柱受的預(yù)緊力 Q ：立柱受的總拉力F: 應(yīng)力幅C1 : 立柱拉桿的剛度C2 : 上橫梁各套筒的剛度：拉桿加載后外伸長的長度 上橫梁和套筒加載后被壓縮后的增量由機(jī)械設(shè)計公式得Q Qp+FQ/P = Qp - Fn-n截面所受的圖如下圖由Q/P = Qp - F =1.5-0.8F=0.7F由Q Qp+F1.5F+0.2F1.7F由FP/4/4 N N得Q N4.2.1.2材料選擇本設(shè)計中立柱的材料將選擇35CrMo，以下是35CrMo的特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極

32、限 抗拉強(qiáng)度彈性模量 泊松比由于立柱比較大，受力也比較大，需使用鍛造的方法對其進(jìn)行加工，35CrMo這種合金鋼具有良好的鍛造性能，非常有利于立柱的鍛造。4.2.1.3拉桿直徑計算初步的計算拉桿的直徑d，取安全系數(shù)ns=3=278MPa由 得到 0.272m螺紋型式的選擇，小于500噸的一般選用公制細(xì)牙螺紋，對大于500噸的選用單線細(xì)牙鋸齒形螺紋(按重型機(jī)床行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QZBl7373選用)。查閱機(jī)械零件設(shè)計手冊上冊499頁，選用大徑d=300 螺距P12 中徑d2=291 小徑d1=279.14 (螺母大徑D300 中徑D2291 小徑D1282）。由于d1=279.14>272可以滿足要求

33、。 故取d =300。4.2.1.4螺母的設(shè)計立柱一般有整體式與對開式兩種。整體式多用于中小型液壓機(jī)，一般小于500噸，對開式多用于大于500噸的液壓機(jī)。材料一般選用45鍛鋼件。螺母高度?。?H=11.5d螺母外徑?。?D11.8d式中d為螺紋直徑，設(shè)計中螺母的高度H1.2d1.2300360，螺母的外徑D31.5d=450，由螺紋的設(shè)計可得到螺母的大徑D300、 中徑D2291、 小徑D1282。4.2.1.5防松裝置的設(shè)計由于螺紋連接的柱在變負(fù)荷工況下，很容易松動，壓磚的工作壓力是不允許出現(xiàn)松動，松枝將不僅是有風(fēng)險的，而且會影響壓磚機(jī)的壓制效果，所以需要防松設(shè)計。參照 機(jī)械設(shè)計手冊，我們采

34、用摩擦防松中的對頂螺母。兩螺母對頂后，旋合螺紋之間始終有摩擦力和壓力的作用，通過兩種力的相互作用達(dá)到防松的目的。工作載荷變動的時候，該摩擦力仍然存在。由上面可知螺母高度為360，故我們的兩個螺母高度和大于等于360，取每個螺母的高度為180。4.2.1.6疲勞強(qiáng)度校核由于磚壓機(jī)在工作時立柱受交變應(yīng)力，我們有必要對它進(jìn)行強(qiáng)度校核。 由上面已知安全系數(shù)S=3。立柱受的最大拉力Fmax=1.7F=N，F(xiàn)min=1.5F=N，應(yīng)力幅，應(yīng)力保持不變，由機(jī)械設(shè)計：=223MPa=38MPa根據(jù)材料力學(xué)式（11-16）其中：工作安全系數(shù)； 對稱循環(huán)的持久極限； 應(yīng)力幅；平均應(yīng)力； 有效集中應(yīng)力系數(shù)； 尺寸系

35、數(shù)；表面質(zhì)量系數(shù); 試件材料常數(shù)，對于合金鋼=0.230.3。查機(jī)械設(shè)計手冊第二卷表11.6-4，立柱受抗壓=我們選擇的材料是35CrMo,查表得=0.28，查表得螺紋連接的尺寸系數(shù)=0.5；由機(jī)械零件設(shè)計手冊查表6-5得有效應(yīng)力集中系數(shù)2；查機(jī)械設(shè)計手冊疲勞強(qiáng)度設(shè)計表3-2得=1.7，所以：=1.951.7因此立柱是安全，滿足要求。4.2.2 套筒的初步設(shè)計計算4.2.2.1套筒厚度的設(shè)計全自動液壓壓磚機(jī)采用套桿形式。套筒在工作過程總是在壓縮，通過設(shè)計表明，上柱套始終受壓，最大壓力即為預(yù)緊力：Fmax=1.5F=N最小壓力Fmin=0.7F=N在這里初步計算一下它的外徑的大小，材料使用35C

36、rMo,安全系數(shù)ns=3，則278Mpa，由于套筒和立柱是部分接觸，套筒內(nèi)徑d初取330由 得 得389,這里取400。4.2.2.2套筒的校核壓桿穩(wěn)定性的校核由材料力學(xué) 壓桿穩(wěn)定的校核，由公式（9.8）求出 由于套筒是可簡化成一端固定的，另一端鉸支，=0.7。截面是圓環(huán)形，i=(初取l=1300)，所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由分公式(9.11)得由于，所以上面我們的強(qiáng)度計算是可以滿足要求。疲勞強(qiáng)度的校核套筒受交變應(yīng)力，F(xiàn)max=1.5F=N，F(xiàn)min=N=190MPa，=138MPa由式（3-2），同上面的=417Mpa，查表得應(yīng)力集中系數(shù)=1，查表尺寸的截面系數(shù)=1查機(jī)械設(shè)計手冊疲勞

37、強(qiáng)度設(shè)計表3-2得=1.7=2.21.7，因此滿足要求。4.2.3 上橫梁的初步設(shè)計計算4.2.3.1 受力分析我們可以把上橫梁簡化成梁的形式進(jìn)行初步設(shè)計，本設(shè)計油缸采用倒置安裝。活塞桿與上面接觸面的力可以看成是載荷均布力q。通過材料力學(xué)的知識，我們對上橫梁進(jìn)行受力分析，求出最大彎矩,受力簡圖如下圖所示得知活塞桿的直徑d=1m，所以均布力q=p/d=N/m；受力分析求出力FA，F(xiàn)B，彎矩M由MA0,求出FB FB*AB-q*d*AB/2=0 FB= 1.6107N同理FA1.6107N剪力圖如下圖所示彎矩圖如下圖所示最大彎矩Mmax = = N.m4.2.3.2 材料的選擇磚壓機(jī)的上橫梁、活動

38、橫梁、底座都是采用鑄造的方式生產(chǎn)的。中碳鋼有良好的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬性較高，切削性能良好。性能比低碳鋼好。參照其它磚壓機(jī)，本設(shè)計將采用ZG270-500。ZG270-500特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極限 抗拉強(qiáng)度彈性模量 泊松比4.2.3.3 上橫梁的設(shè)計參照其它磚壓機(jī)，取上橫梁的寬b=1400,高h(yuǎn)=1400，對其進(jìn)行初步計算可采用下面這個公式：其中取K1.5，W（初步設(shè)計把截面看成長方形），脆性材料安全系數(shù)可以取大點(diǎn)，這里ns=4。則500/4125MPa=0.49Pa118MPa135MPa，可以滿足要求。4.2.4 活動橫梁的初步設(shè)計對于活動橫梁，我們也可以簡化成梁的形式進(jìn)行初步設(shè)計，

39、而不采用機(jī)械限制，通過模具墊板傳遞壓力，因此動梁僅受擠壓應(yīng)力和較小的彎曲應(yīng)力兩個力的作用。參考其它磚壓機(jī)取其寬b=1120，高h(yuǎn)=400，材料和上橫梁的一樣選擇ZG270-500。4.2.5 下橫梁（工作臺）的初步設(shè)計4.2.5.1 受力分析對于下橫梁，我們也可以簡化成梁的形式進(jìn)行初步設(shè)計，在壓制過程中下橫梁受的是均布載荷，均布載荷的面積為模具與下橫梁的接觸面積，可以壓制3塊600600,接觸長度大約是2100，下橫梁的分析計算過程和上橫梁基本一致，受力簡圖如下圖所示。剪力圖：彎矩圖：最大彎矩Mmax，其中AB大約是中心間距AB初取3200，CD是下模和工作臺的接觸面而定，一般?。?.35-0

40、.6）倍的中心間距，由于是寬體磚壓機(jī)可以比一般的大，所以取0.6倍，即CD=2100。 Mmax= N/m。4.2.5.2 材料選擇材料和上橫梁的一樣選擇ZG270-500，G270-500特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極限 抗拉強(qiáng)度彈性模量 泊松比4.2.5.3 下橫梁的設(shè)計參照其它磚壓機(jī)，取上橫梁的寬b=1500,高h(yuǎn)=1400，對其進(jìn)行初步計算可采用下面這個公式：其中取K1.5，W（初步設(shè)計把截面看成長方形），脆性材料安全系數(shù)取高一點(diǎn)，這里ns=4，則500/4125MPa，53.4MPa，滿足要求。4.2.6 充液箱的初步設(shè)計4.2.6.1 充液箱體積的計算為了保證一定的最低液壓面，以保證氣

41、體不進(jìn)入管道。充液箱的體積Q，可由以下公式得出：式中：K充液體積相對于工作缸的容積，一般取2-2.5 n充液箱相中最大壓力和最小壓力的比值一般取0.7-0.75 A工作缸的面積 S活動行程由上面可知將K值和n值代入可得，這里取 Q=4.5AS；由上面我們知道工作缸的直徑d=1250，活動行程S=190，所以 Q=1m3。4.2.6.2 充液箱的設(shè)計我們設(shè)計為圓筒式，初取D=1200，則h=850；計算壁厚，由充液箱的最大壓強(qiáng)取2bar即0.2MPa，用薄壁進(jìn)行計算：式中P是1.5倍的最大壓強(qiáng)，D=1200，是許用應(yīng)力，充液箱選用Q235的鋼板焊接而成，安全系數(shù)取4，所以=58.755MPa，因

42、此，取=3。5 磚壓機(jī)各主要零件的詳細(xì)設(shè)計及三維模型磚壓機(jī)的三個都是用鑄造的方法獲得，零件成本90%是由零件的設(shè)計決定。鑄件的設(shè)計涉及四個方面的內(nèi)容：a、壓力鑄造對零件形狀結(jié)構(gòu)的要求；b、壓鑄件的工藝性能；c、壓鑄件的尺寸精度及表面要求；d、壓鑄件分型面的確定。5.1 活動橫梁的詳細(xì)設(shè)計及三維模型的繪制5.1.1 活動橫梁的總體設(shè)計活動橫梁是磚壓機(jī)的一個重要的運(yùn)動部件，在運(yùn)動中和套筒的摩擦很大，因此需要加導(dǎo)套，厚度可取1020，這里取10，立柱導(dǎo)套做成對開式，這樣方便裝配與維修，每個導(dǎo)套高約的活動橫梁導(dǎo)向部分高度，這里約取，高度80?；顒恿翰捎描T造工藝方法，由于機(jī)械設(shè)計手冊鑄造大壁厚可取50，

43、導(dǎo)向部分的高度用套筒直徑D = 400和立柱導(dǎo)厚度10，導(dǎo)向套高度等于300，可以確定，活動梁柱孔D = 420，立柱凈間距為2400可以確定柱孔的水平距離L1 = 2820橫梁，立柱縱向間距取200，只是立柱縱向孔間距L2 = 620， 長= 3420，寬b = 1140，活動橫梁的導(dǎo)向部分的度要大于活動橫梁的活動行程的一半，取300。為了節(jié)省材料，形成一個箱體，在做十字加強(qiáng)筋，厚度100。從機(jī)械設(shè)計手冊鑄造的倒圓角，內(nèi)部圓角取30，外部取25角。布置設(shè)計和鑄造工藝的砂孔，砂孔邊的應(yīng)力最集中，砂孔一般布置在彎曲應(yīng)力為零的中性層，雖然彎曲應(yīng)力為零，但仍有較大的剪應(yīng)力。砂孔半徑R = 100，設(shè)

44、置在中性層，6個砂孔。5.1.2 T型槽的設(shè)計活動橫梁下表面T型槽的設(shè)計，T型槽是要固定模具。由機(jī)械設(shè)計手冊表7-1可得取a=36，則b=60(允差+3)，c=25（允差+2），h=40，e=2，活動橫梁上分布8個，具體位置與模具決定，三維圖如圖(5-1)所示。 圖5-1 活動橫梁三維圖5.2 上橫梁的詳細(xì)設(shè)計和三維模型的繪制5.2.1 上橫梁的總體設(shè)計大型鑄件一般都要做成箱體的形式，由于上橫梁受力比較大，為了保證梁強(qiáng)度和剛度，壁應(yīng)該厚一些，上橫梁我們設(shè)計成箱體形式，這里壁厚取100?；顒訖M梁左右的中心間距2820，前后的中心間距620，我們可以確定上橫梁的長l=3330，寬(中間截面)b=1

45、400，兩邊寬b1=1150，由機(jī)械設(shè)計手冊箱體拐角處和連接處的倒圓角和機(jī)械設(shè)計手冊鑄件的設(shè)計，查得內(nèi)部圓角都取50，外部取25。砂孔大小取直徑D100,在中性面上，在上面兩個面，總共4個，對稱分布。5.2.2 立柱和上橫梁的連接設(shè)計由立柱d=300，取其與柱孔接觸部分的直徑為310，接觸高度為120，上橫梁與立柱的配合間隙原定為，但在實(shí)際安裝中，常常由于立柱垂直度公差（或向外偏離對角線方向），出現(xiàn)安裝不進(jìn)去的情況，所以對中小型液壓機(jī)，應(yīng)留有12mm的間隙，這里取2mm，所以上橫梁的立柱孔直徑為312mm（接觸部分），接觸高度h=120， 梁的立柱孔高度一般是立柱徑的2.53.5倍，這里取等高

46、梁，高度1400。由上下接觸部分均為120,所以不接觸部分為1140，由JB-ZQ 4169-97 鑄件設(shè)計規(guī)范，不接觸部分的直徑要大于等于342我們?nèi)?45，過渡處的倒圓角R=30。螺母與上橫梁的接觸地方加工出沉孔，沉孔的高度20，直徑d470。套筒和上橫梁接觸的地方要做出凸臺，凸臺高度取20，內(nèi)徑310，外徑420。5.2.3 活塞桿和上橫梁的連接設(shè)計本設(shè)計采用油缸倒置的形式，活塞橫桿與上橫梁的連接形式的設(shè)計。活塞桿的直徑D1100,這里我們將采用螺栓連接，螺栓直接從上橫梁充液箱的底部連到活塞桿。綜上所述，和參照目前磚壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，其上橫梁的結(jié)構(gòu)形式如圖（5-2）所示。圖5-2 上橫

47、梁三維圖5.3 下橫梁（工作臺）的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制下橫梁的設(shè)計和上橫梁的設(shè)計幾乎相同，下橫梁也采用箱體式，立柱孔的直徑為310，配合精度為H7/h6，厚度為100，加強(qiáng)肋條的厚度為150，直接把上表面加厚取厚300，下表面直接穿透。下橫梁的長度l=3565，寬b=1500，高h(yuǎn)=1400，立柱孔的高度h=900，與上橫梁一樣的結(jié)構(gòu)形式，箱體內(nèi)部放置螺母。四個地腳螺栓均布在橫梁周圍，對其進(jìn)行固定，地腳螺栓取M20，其它的參數(shù)和上橫梁一樣。立柱孔與立柱的接觸部分長度120，所以不接觸部分的長度660，具體給構(gòu)形式如圖5-3所示。圖5-3 下橫梁三維圖5.4 立柱的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制5.4

48、.1 立柱上螺紋設(shè)計我們采用的螺紋是鋸齒螺紋，螺距P12，每個螺母的高度為180，由機(jī)械設(shè)計手冊第2卷6-10中查得螺紋的退刀槽l=1.25p=15、螺紋的總長度395加上過度段的長度25。5.4.2 立柱上各段長度確定由上面我們知道上、下橫梁與套筒的接觸部分的直徑d=310，高度h=100，過度部分的圓角R，都等于10。a段長420，b段和上橫梁連接長度80，c段在上橫梁內(nèi)部不接觸部分長度1190，g段與上橫梁和套筒接觸部分的長度160，f段上橫梁到下橫梁的長度去掉和套筒接觸部分長度1400，f段下橫梁和套筒接觸部分的長度180，在下橫梁內(nèi)部不接觸的部分長度740，h段是與下橫梁接觸的部分長度80，i段與a段一樣也是420，立柱總長度4670，三維模型如圖（5-4）所示。圖5-4 立柱三維圖5.5 套筒的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制由上面我們知道套筒的長度1580，內(nèi)徑310（接觸部分），不接觸部分內(nèi)徑320，外徑400，上下接觸接觸部分的高度為100，上面開有起掉孔，三維圖如圖（5-5）所示。圖5-5 套筒三維圖5.6 螺母的設(shè)計及三維模型繪制我們上面對螺母進(jìn)行了設(shè)計，對頂螺母的高度180，外徑450。螺紋牙上的載荷分布是不均勻的，實(shí)驗(yàn)證明約有三分之一的載荷在第