第 1 頁 共 47 頁摘 要陶瓷液壓壓磚機(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。機(jī)架是全自動液壓壓磚機(jī)的關(guān)鍵部分，也是主要的受力部分，其剛性和強(qiáng)度在很大的程度上影響了壓磚機(jī)的的左壽命和壓磚的質(zhì)量。本設(shè)計主要設(shè)計全自動液壓壓機(jī)的設(shè)計和其三維模型的建立，選擇上橫梁進(jìn)行有限元分析。關(guān)鍵詞：3800 噸全自動液壓壓磚機(jī) 立柱 橫梁 三維模型 有限元第 2 頁 共 47 頁ABSTRACTHydraulic brick press ceramic production lines of modern ceramic core of key equipment is the machine, electricity, liquid, gas integration of high-tech equipment. Automatic Hydraulic Press Rack is a key part, is also part of the main force, the stiffness and strength of a large extent on the impact of the press and the pressure of the left blocks of life quality. The main of this design to design of automatic hydraulic press design and its three-dimensional model, the choice of the finite element analysis of beams. KEYWORDS: THE DESIGN OF 3800T COMPLETEY AUTOMATIC Column Beams Three-dimensional model Finite element第 3 頁 共 47 頁目錄1 引言 …………………………………………………………………… 11.1 全自動液壓壓磚機(jī)的簡介 …………………………………… 11.2 全自動液壓壓磚機(jī)在國內(nèi)外的生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢 ………… 11.3 CAD/CAE 在設(shè)計中的應(yīng)用 …………………………………… 21.4 本設(shè)計研究的內(nèi)容和意義 ………………………………… 32 設(shè)計原理 ……………………………………………………………… 52.1 液壓壓磚機(jī)工作原理 ……………………………………… 52.2 液壓壓磚機(jī)主要特點 ……………………………………… 53 總體方案的論證和選擇 …………………………………………… 63.1 壓制油缸的選擇 …………………………………………… 63.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇 …………………………………………… 84 壓磚機(jī)各主要零部件的設(shè)計 …………………………………………… 114.1 各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………………… 134.2 各主要零部件的初步設(shè)計計算 ………………………………… 135 壓磚機(jī)各主要零件的詳細(xì)設(shè)計及用 PROE 建立三維模型 ………… 255.1 活動橫梁的詳細(xì)設(shè)計及三維模型的繪制 ……………………… 255.2 上橫梁的詳細(xì)設(shè)計和三維模型的繪制 ……………………… 275.3 下橫梁（工作臺）的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制 ……………… 295.4 立柱的詳細(xì)設(shè)計和三維模型繪制 …………………………… 305.5 套筒的詳細(xì)設(shè)計和三維模型 …………………………… 305.6 螺母的設(shè)計及三維模型繪制 ……………………………… 316 上橫梁的有限元分析 ……………………………………………… 327 經(jīng)濟(jì)分析 ………………………………………………… 377.1 市場預(yù)測（含同類項目的國內(nèi)外市場情況） ………………… 377.2 本項目的市場競爭優(yōu)勢、風(fēng)險及市場策略 ………………… 377.3 經(jīng)濟(jì)社會效益分析 ………………………………… 387.4 推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化分析 …………………………………… 38第 4 頁 共 47 頁8 最終設(shè)計結(jié)果 ……………………………………………… 39 9 設(shè)計小結(jié) ………………………………………………… 41致謝 …………………………………………………………………… 42參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………… 43第 5 頁 共 47 頁1 引言1.1 全自動液壓壓磚機(jī)的簡介陶瓷液壓壓磚機(jī)(以下簡稱壓機(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。說它關(guān)鍵，主要是它前連原料加工，后接干燥燒成，若壓磚機(jī)出現(xiàn)故障，則全線停工。說它專用，主要是出于特殊的物料（含少量水的噴霧干燥顆粒狀泥粉料）及成形工藝技術(shù)（按照特定的升壓曲線實施多次加壓及排氣） ，而一般的壓力機(jī)顯然是不能用于壓制陶瓷磚的。作為陶瓷生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備全自動壓磚機(jī)顯出示許多的優(yōu)點：①壓機(jī)采用液壓傳動對磚胚施加等靜壓力，工作平穩(wěn)，有利于胚體壓制成行。②采用液壓傳動可非常方便地實現(xiàn)對壓制力、速度、時間的調(diào)節(jié)控制，并保持穩(wěn)定，使壓機(jī)動作很好的符合陶瓷工藝的要求；③容易實現(xiàn)壓機(jī)的大型化和自動化；④胚體成型好，強(qiáng)度高?，F(xiàn)代全自動液壓壓磚機(jī)都看其有可靠性、重復(fù)性、調(diào)控性、耐久性、效率等。本畢業(yè)設(shè)計主要研究寬體壓磚機(jī)，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 全自動液壓壓磚機(jī)在國內(nèi)外的生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)外壓磚機(jī)的生產(chǎn)概況1 國內(nèi)：當(dāng)今的中國，是世界上公認(rèn)的墻地磚的生產(chǎn)大國，有著世界最大的陶瓷壓機(jī)市場。但直至 20 世紀(jì) 80 年代末，陶瓷壓磚機(jī)仍是我國建陶企業(yè)唯一需要全部引進(jìn)的裝備，其主要來自意大利和德國。中國陶瓷壓磚機(jī)從最早開始研發(fā)到今天成為壓磚機(jī)生產(chǎn)大國,其間經(jīng)歷了二十多年的艱難的歷程。今天國產(chǎn)壓機(jī)不僅可以替代進(jìn)口的壓磚機(jī)，而且可以大批量的出口外國，這是一個具有歷史意義的重大的轉(zhuǎn)變。國產(chǎn)壓磚機(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)代壓磚機(jī)的先進(jìn)水平，而且差距在不斷縮小，但是國產(chǎn)壓磚機(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，應(yīng)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。07 年廣東科達(dá)機(jī)電宣布其自主研制的 7800 噸壓機(jī)研制成功，標(biāo)志著我國也步入了壓機(jī)大噸位壓機(jī)市場。經(jīng)過 10 多年的不懈努力,國產(chǎn)壓磚機(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,但與國外壓磚機(jī)相比還有較大差距。例如鑄、鍛件的質(zhì)量問第 6 頁 共 47 頁題就是國產(chǎn)壓磚機(jī)與進(jìn)口壓磚機(jī)最明顯的差距之處,故國產(chǎn)壓磚機(jī)看上去總是顯得粗糙、笨重。所以國產(chǎn)壓磚機(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)化就是要最大限度的減少應(yīng)力集中的危害,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)減輕重量。同時梁體的優(yōu)化還要有利于鑄造工藝,例如優(yōu)化時可以通過改變結(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。為了滿足陶瓷生產(chǎn)的需求,科達(dá)機(jī)電推出寬體壓機(jī)，有 KD3800、KD3200、KD2100。在一定的壓力下，加寬工作臺的，可以提高生產(chǎn)效率。寬體壓機(jī)可以降低主電動機(jī)的功率，可以提高壓制頻率，還可以提高其工作的穩(wěn)定性、節(jié)能、改變外觀等，研究寬體壓機(jī)還是很的意義的。通過現(xiàn)代的設(shè)計方法，對其進(jìn)行設(shè)計，改變壓機(jī)大小的、重量、受力情況、壽命等，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。寬體壓機(jī)節(jié)能，提高生產(chǎn)效率，可以給使用廠家?guī)砀罄?，降低能耗等? 國外：近十幾年來，國外的壓磚機(jī)發(fā)展非?？?，主要標(biāo)志是，隨著科技的進(jìn)步，全世界生產(chǎn)壓磚機(jī)的主要產(chǎn)家如德國的萊斯公司、道爾斯特公司等，意大利的薩米克公司、西蒂公司、維高公司、納薩蒂公司等，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，多種結(jié)構(gòu)形式的新型墻地磚成形液壓機(jī)。國外的壓磚機(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)器的動作更加符合料壓制成型的工藝要求的方向發(fā)展。1.2.2 現(xiàn)在壓磚機(jī)的發(fā)展趨勢隨著陶瓷磚壓磚機(jī)技術(shù)的日益進(jìn)步，現(xiàn)代陶瓷液壓壓磚機(jī)無論從主機(jī)結(jié)構(gòu)還是液壓控制技術(shù)方面都和早期的壓磚機(jī)大有不同。例如主機(jī)結(jié)構(gòu)較多的采用經(jīng)過不斷優(yōu)化的各種新型結(jié)構(gòu)以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，使壓磚機(jī)的主機(jī)精度、可靠性和抗疲勞性能得到較大的提高；而近年來較多的采用先進(jìn)的液壓伺服比例控制技術(shù),使壓磚機(jī)的壓制動作更加的柔和、平穩(wěn),壓制力更加準(zhǔn)確。這些都為現(xiàn)代建筑陶瓷業(yè)生產(chǎn)多變的高檔墻地磚創(chuàng)造了非常有利的條件。現(xiàn)代陶瓷磚壓磚機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā)就是要以最佳的、最合理的結(jié)構(gòu),盡可能少的原材料消耗,獲得最理想的實用效果,包括主機(jī)精度、綜合性能以及抗疲勞性等。但要做到這一點,就需要我們付出很多的努力,不斷地總結(jié)經(jīng)驗、學(xué)習(xí)和研究。第 7 頁 共 47 頁1.3 CAD/CAE 在設(shè)計中的應(yīng)用計算機(jī)輔助造型以及有限元法是隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種先進(jìn)的CAD/CAE 技術(shù),廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中的科學(xué)計算、設(shè)計、分析中,成功的解決了許多復(fù)雜的設(shè)計和分析問題,已成為工程設(shè)計和分析中的重要工具。1 計算機(jī)輔助設(shè)計——CAD計算機(jī)輔助設(shè)計指利用計算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計工作 。簡稱CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機(jī)可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用計算機(jī)對不同方案進(jìn)行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機(jī)完成；由計算機(jī)自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計作出判斷和修改；利用計算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD 能夠減輕設(shè)計人員的勞動，縮短設(shè)計周期和提高設(shè)計質(zhì)量。2 計算機(jī)輔助工程——CAECAE(Computer Aided Engineering)是用計算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。有限元分析過程可以分為以下三個階段： 1.建模階段: 建模階段是根據(jù)結(jié)構(gòu)實際形狀和實際工況條件建立有限元分析的計算模型——有限元模型，從而為有限元數(shù)值計算提供必要的輸入數(shù)據(jù)。有限元建模的中心任務(wù)是結(jié)構(gòu)離散，即劃分網(wǎng)格。但是還是要處理許多與之相關(guān)的工作：如結(jié)構(gòu)形式處理、集合模型建立、單元特性定義、單元質(zhì)量檢查、編號順序以及模型邊界條件的定義等。 2.計算階段: 計算階段的任務(wù)是完成有限元方法有關(guān)的數(shù)值計算。由于這一步運算量非常大，所以這部分工作由有限元分析軟件控制并在計算機(jī)上自動完成。 3.后處理階段: 它的任務(wù)是對計算輸出的結(jié)果驚醒必要的處理，并按一定方式顯示或打印出來，以便對結(jié)構(gòu)性能的好壞或設(shè)計的合理性進(jìn)行評估，并作為相應(yīng)的改進(jìn)或優(yōu)化。 1.4 本設(shè)計研究的內(nèi)容和意義眾所皆知，隨著我們國家的政策和我們國人自己意識到純粹的簡單的模仿別第 8 頁 共 47 頁的國家的機(jī)器與不能在滿足我們國家經(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。只有我們有生產(chǎn)出有先進(jìn)水平的機(jī)械，才能真正的擺脫國際上一些強(qiáng)國對我們的控制，才能使我們生產(chǎn)出來的產(chǎn)品更具有競爭力，我們國家才能步入國際強(qiáng)國的行列。本設(shè)計設(shè)計的是 3800 噸全自動液壓壓磚機(jī)（寬體）的機(jī)械部分的設(shè)計，采用現(xiàn)代的設(shè)計方法，對壓磚機(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)，實現(xiàn)對壓磚機(jī)的設(shè)計制造，以優(yōu)化壓磚機(jī)，減輕壓磚機(jī)的重量，節(jié)省材料等，提高其可靠性、重復(fù)性、調(diào)控性、耐久性等。陶瓷液壓壓磚機(jī)(以下簡稱壓機(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。說它關(guān)鍵，主要是它前連原料加工，后接干燥燒成，若壓磚機(jī)出現(xiàn)故障，則全線停工。通過這樣的設(shè)計可以減少壓磚機(jī)的故障率，可使壓磚機(jī)的壽命更長。而研究寬體壓磚機(jī)，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。本項目研究 3800 噸全自動液壓壓磚機(jī)的機(jī)械部分，為了提高效率，可以把壓機(jī)的工作臺的加寬。3800 噸的壓磚機(jī)增加工作臺寬度可同時進(jìn)行壓制多塊墻地磚。研究3800 噸的壓磚機(jī)的機(jī)械部份，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)實現(xiàn)壓磚機(jī)同時實現(xiàn)壓制墻磚 600mm*600mm(3 片)，360mm*450mm（6 片/次） ，450mm*600mm(5 片/次)，500mm*500mm(4 片/次)。實現(xiàn)壓磚機(jī)的最優(yōu)設(shè)計（減輕重量、提高疲勞強(qiáng)度等） 。第 9 頁 共 47 頁2 設(shè)計原理最早有壓磚機(jī)是采用螺旋傳動，而螺旋傳動只能傳遞較小的壓制力，一直制約的壓磚機(jī)的發(fā)展，直到后來人們引入了液壓的傳動，使壓制力有很大的提高，壓制出各式各樣規(guī)格的磚，大大提高了生產(chǎn)效率。下面我們介紹一下液壓壓磚機(jī)的原理。2.1 液壓壓磚機(jī)工作原理 圖 1-4 液壓壓磚機(jī)的工作原理 1－小柱塞 2－大柱塞 3－坯體液壓壓磚機(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 1-4 所示。2.2 液壓壓磚機(jī)主要特點 根據(jù)液壓壓磚機(jī)的工作原理可知，壓磚機(jī)采用液壓傳動具有以下特點：（1）容易實現(xiàn)大型化。因為油壓和活塞的面積可在較大范圍內(nèi)變動，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壓磚機(jī)。目前已有公司宣稱研制出一萬噸液壓壓磚機(jī)就是證明。由此可知采用液壓傳動的壓磚機(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）可方便地對壓制過程的壓力、速度、保壓時間等參數(shù)實行調(diào)節(jié)和控制，使各項壓制參數(shù)滿足壓制成形工藝的要求。（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）容易實現(xiàn)壓磚機(jī)的自動化操作。第 10 頁 共 47 頁3 總體方案的論證和選擇全自動液壓壓磚機(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、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)計將先擇活塞式的油缸，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)在壓磚機(jī)的油缸主要有兩種形式一種是活塞式油缸（圖 1-4（a） ） ，別一種是柱塞式(圖 1-4(b))。下面我們將通過比較。確定選擇哪一種油缸更符合本設(shè)計的要求。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動。當(dāng)活塞腔通入高壓油，活塞桿腔回油時，即為工作行程；當(dāng)活塞桿腔進(jìn)油，活塞腔回油時，則可實現(xiàn)回程，故不需單獨設(shè)置回程缸。它屬于雙作用油缸。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\動時，除了活塞桿有導(dǎo)向作用外，活塞沿缸壁滑動，也具有導(dǎo)向作用，且導(dǎo)向長度較長，所以活塞式油缸導(dǎo)向性能好。活塞缸密封件的壽命較長，原因是高壓端的密封填充件的微小滲漏屬內(nèi)泄漏，只要不影響使用性能，密封件產(chǎn)生的一些微小泄漏可繼續(xù)使用，不必更換。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，密封件兩端的壓力差較大，而且有微小的滲漏，都會污染環(huán)境和坯體，均影響使用，必須進(jìn)行更換。柱塞在導(dǎo)向鋼套中作往復(fù)運動，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?；蛞虮砗ɡ蓽蠞摱鴮?dǎo)致?lián)p壞。校寒表四拉壞后，會直接影響密封壽命，引起高壓液體的漏損，甚至每隔半月就必須換一次密封，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。第 11 頁 共 47 頁油缸的裝也有兩種形式一種是正常安裝與上梁做一體（圖 1-5） ，一個是倒置安裝下梁做成一體（圖 1-6） 。一般情況下，油缸安裝在上橫梁上，活塞桿與活動橫梁相連。大噸液壓壓磚機(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，活塞桿固定不動，而將油缸與活動橫梁做成一體，讓缸體活動橫梁作上下運動。工作原理同普通活塞式油缸一樣，但具有如下優(yōu)點：①增加了活動橫梁受力面積，大大改善了活動橫梁的受力狀態(tài)，相對提高了活動橫梁的剛性，使其受力變形小，使磚坯壓制力更加均勻，有利于磚坯的壓制成形，提高磚坯壓制質(zhì)量。②壓制油缸倒置可使上橫梁的結(jié)構(gòu)大為簡化，從而大大減少其加工難度，同時不需在上橫梁加工出油缸，因而使上橫梁的強(qiáng)度得以大大提高，并可減小主機(jī)尺寸。由于倒置式有以上顯著的優(yōu)點，本設(shè)計將選擇倒置式的。③主油缸與動梁合一結(jié)構(gòu)是大型壓磚機(jī)的結(jié)構(gòu)形式（如圖 1-6） 。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，通過柔性聯(lián)接和獨特的密封結(jié)構(gòu)將主油缸和動梁聯(lián)成一體。除具有油缸倒置結(jié)構(gòu)的優(yōu)點外，另外與帶缸底倒置油缸結(jié)構(gòu)相比，運動部分的重量大大減輕，有利于提高壓磚機(jī)的運動速度及工作頻率；油缸的重量減輕 50%以上，主機(jī)高度可適當(dāng)降低，并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。第 12 頁 共 47 頁綜上所述，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)架是承受壓制成形時的全部載荷，因此機(jī)架的強(qiáng)度和剛度對整機(jī)的性能影響較大。目前，在陶瓷墻地磚的生產(chǎn)過程中，壓磚機(jī)是陶瓷粉料干壓成型的關(guān)鍵設(shè)備，因而壓磚機(jī)框架剛性的好壞在一定程度上影響了陶瓷墻地磚坯體的質(zhì)量及成坯率的高低。具體說來就是壓磚機(jī)框架的剛性好，框架變形極小，所壓制的坯體致密度、機(jī)械強(qiáng)度及成坯率等都較高;反之，坯體致密度、機(jī)械強(qiáng)度及成坯率等都較低，嚴(yán)重時，甚至成不了型，壓不成坯體。所以說研究和探討壓磚機(jī)框架的設(shè)計計算，合理地提高框架的剛性，有效地減少框架的變形，能極大限度地提高陶瓷墻地磚坯體的質(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，通過下面的比較選出最佳的機(jī)架方案是拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架。拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架（圖 1-1） 。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，再用專用千斤頂將拉桿拉長（也可加熱使之伸長） ，最后用螺母擰緊。這樣，拉桿受一個預(yù)拉力，全長預(yù)緊。拉桿受拉而套筒受壓，使上下橫梁構(gòu)成一封閉的戒框架，整機(jī)的剛性好，強(qiáng)度大。工作時，機(jī)架承受的為脈動載荷，循環(huán)特征 r=0。立柱施以預(yù)拉力后，脈動載荷與預(yù)拉力疊加，改變了載荷的性質(zhì)。如果設(shè)計得當(dāng)，載荷的循環(huán)特征可大些，載荷性質(zhì)接近于靜載荷。這樣一 來，拉桿就可以材料的屈服極限而不用持久極限特征來進(jìn)行強(qiáng)度校核，材料的能力得到充分的利用，拉桿截面可以做小一點。3800 噸壓磚機(jī)第 13 頁 共 47 頁是中等壓力的壓磚機(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。梁柱組合機(jī)架（1-2） ，雖然結(jié)構(gòu)簡單，在制造和裝配都比拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架簡單，成本低，但是在壓制的時候產(chǎn)生較大的變形，強(qiáng)度和剛度都不夠，只適合噸位小的壓磚機(jī)，不適合 3800 噸壓磚機(jī)。鋼絲纏繞機(jī)架(圖 1-3)，是現(xiàn)在世界上大噸位壓磚機(jī)比較常用的一種機(jī)架形式，由上、下兩個半圓梁及兩立柱用預(yù)應(yīng)力絕緣纏繞而成。通過預(yù)緊鋼絲對梁柱施加足夠的預(yù)緊力，使梁柱上的拉應(yīng)力大部分轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，這樣就大大消除了由于拉應(yīng)力引起的疲勞裂紋擴(kuò)展的隱患，提高了壓磚機(jī)機(jī)架的疲勞強(qiáng)度和剛度。在我們國內(nèi)這種形式的機(jī)架用的比較少，技術(shù)還不是很成熟，在制造和裝配有一定的難度，造價成本高，而且其主要用于大噸位的壓磚機(jī) 3800 噸壓磚機(jī)是中等壓力的壓磚機(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。第 14 頁 共 47 頁綜上所述，本設(shè)計將選擇拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架。第 15 頁 共 47 頁4 壓磚機(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（3-1）所示3-14.1.2 上橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計我們才用梁柱式的結(jié)構(gòu)，上橫梁要開四個立柱孔， 。為了結(jié)構(gòu)的美觀我們將把充液箱放在在上橫梁做成一體，即上橫梁上表面要開一個孔，做為充液箱?；钊麠U和上橫梁才用法蘭連接，連接處有一孔。螺母連接處要有沉孔，和套筒、法蘭連接處都要有凸臺。為了節(jié)省材料，內(nèi)部可以適當(dāng)?shù)耐诳?。其結(jié)構(gòu)簡圖，如圖（3-2）所示。形狀尺寸要求①立柱孔一般比插入端大 1-2mm。②立柱螺母鎖緊的表面（沉孔表面）平面度≤0.③與活塞接觸的表面平面度取 0.1，垂直度（相對于軸線）0.05第 16 頁 共 47 頁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，我們將去做成缸梁一體式的，活動橫梁上也開有四個立柱孔，由于活動橫梁在運動中的精度要求比較高，為了套筒和上橫梁的接觸要加導(dǎo)套，橫梁還要放成導(dǎo)套的沉孔。下面還要有 T 型槽。如下圖（3-3）形狀與尺寸的精度要求①活動橫梁的下表面的不平面度取 0.05。對工作的平行度 0.08②孔前后左右的中心距偏差取±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*xyR????x?間距及公差；y、 前后方向的間距及公差。 ）③立柱孔與導(dǎo)套的外圓的配合精度 76Hn4.1.4 下橫梁（工作臺）的結(jié)構(gòu)設(shè)計下橫梁是主機(jī)受力比較大的一橫梁，支撐著整臺機(jī)器的重量和沖力，另外還要固定下橫梁，安裝頂模裝置，還要連接布料裝置，我們設(shè)計是寬體壓磚機(jī)，下橫梁的工作臺面應(yīng)該比較寬。為了保證下橫梁的壁厚，對取適當(dāng)?shù)耐诳?，具體結(jié)構(gòu)形式如（3-4）所示。形狀尺寸的精度要求①工作臺面的平面度 0.05②鎖緊螺母與之貼全的平面的平面度 0.16③立柱孔比立柱大 2mm第 17 頁 共 47 頁4.1.5 立柱的導(dǎo)向?qū)自O(shè)計活動橫梁與立柱配合外的導(dǎo)套是壓磚機(jī)運動部分的導(dǎo)向裝置，它對子機(jī)器的運動精度，壓出來的磚的尺寸精度，模具壽命各機(jī)身受力等有很大的影響，因此導(dǎo)向裝置的設(shè)計也是很重要的。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，為了達(dá)到活動橫梁的較高導(dǎo)向精度，我們在行動橫梁導(dǎo)向要加導(dǎo)套，導(dǎo)套的形式用圓柱式的。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。便于安裝我們把導(dǎo)套做成凸式的，然后用壓蓋將其固定，上面還有防塵圈和毛線。其結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示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?？偟念i緊力 Pj 一般為公稱壓力的 1.2-1.5 倍。這里取 1.5 倍，以防止套筒與上橫梁分離，使拉桿始終受拉套筒始終受壓。拉桿的設(shè)計我們可以參照螺栓的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。第 18 頁 共 47 頁計算項目 計算過程及說明 結(jié)果1、受力分析①拉桿的受力分析如下圖所示：②壓磚機(jī)在工作的時候是受力情況是變化的，所以立柱受的接拉力是變化的。和螺栓受力變化一樣如下圖所示（《機(jī)械設(shè)計》 P86）其中：Q：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（Q p＝1.3F）F：工作壓力（F＝p/4，其中 p 是公稱壓力）Q/P: 工作過程中立柱受的預(yù)緊力第 19 頁 共 47 頁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△λ：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 ＝Q p+ F12C?Q/P = Qp - Fn-n 截面所受的圖如下圖由 Q/P = Qp - F =1.5-0.8F=0.7F21C?由 Q ＝Q p+ F＝1.5F+0.2F＝1.7F由 F＝P/4＝ /4 N＝ N 得73.80?69.510?Q＝ N1.695相對剛度 12C?＝0.21＝0.8立柱受的最大應(yīng)力Q＝71.90?N第 20 頁 共 47 頁2 材料的選擇本設(shè)計中的立柱的材料將選擇 35CrMo.35CrMo 的特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極限 抗拉強(qiáng)度835saMp??980baMp??彈性模量 泊松比12.074E??.3?＝由于立柱比較大受力也比較大，使用鍛造方法對其進(jìn)行加工，35CrMo 這種合金鋼具有良好的鍛造性能。 35CrMo2 拉桿直徑計算 d初步的計算拉桿的直徑 d取安全系數(shù) ns=3= =278Mpa[]?s＝ 835由 得到2[]4FAd???＝0.272m[]Q??對于螺紋型式一般對小于 500 噸的選用公制細(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) Q／ZBl73—73 選用)。查機(jī)《機(jī)械零件設(shè)計手冊上冊》499 頁選用大徑 d=300 螺距 P＝12 中徑 d2=291 小徑 d1=279.14(螺母大徑 D＝300 中徑 D2＝291 小徑 D1＝282） 。由于 d1=279.14272 可以滿足要求。故取 d =300d =3003 螺母的設(shè)計立柱螺母立柱一般有整體式與對開式兩種。對于中小型液壓機(jī)采用整體式較多。大于 500 噸的用對開式較多。材料第 21 頁 共 47 頁一般選用 45 鍛鋼件。螺母高度一般?。?H=1—1.5d螺母外徑一般?。?D＝1—1.8d式中 d 為螺紋直徑設(shè)計中螺母的高度 H＝1.2d＝1.2 300＝360 螺母的外徑?D3＝1.5d=450由螺紋的設(shè)計中可得螺母的螺母大徑 D＝300 中徑D2＝291 小徑 D1＝282 大徑D＝300 中徑D2＝291 小徑D1＝282防松裝置的設(shè)計由于立柱的螺紋連接是在變載荷的工作條件下工作，很容易松動，壓磚工作是不允許出現(xiàn)松動，松支后不僅會存在危險，而且會影響到壓磚機(jī)的壓制效果，所以需進(jìn)行防松設(shè)計。參照《機(jī)械設(shè)計》我們防松裝置將采用摩擦防松中的對頂螺母。兩螺母對頂后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。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，故取每個螺母的高度為 180。受用對頂螺母防松螺母的高度為 180疲勞強(qiáng)度校核由于壓磚機(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= N71.6950?71.4250?，應(yīng)力幅 Ｎ62F??應(yīng)力保持不變由《機(jī)械設(shè)計》 3??機(jī) 械 零 件 的 疲 勞 強(qiáng) 度 計 算= =223Mpam?axin2A?= =38MpaaF?第 22 頁 共 47 頁根據(jù)《材料力學(xué)》 式（11-16）359P1amnK????????其中： ——工作安全系數(shù)；n?——對稱循環(huán)的持久極限；1?——應(yīng)力幅； ——平均應(yīng)力；am?——有效集中應(yīng)力系數(shù)；K?——尺寸系數(shù)； ——表面質(zhì)量系數(shù);??——試件材料常數(shù)，對于合金鋼 =0.23—????0.3。查《機(jī)械設(shè)計手冊》第二卷 表11.6-4106P?立柱受抗壓 0.42?=1.3()sb???.3(859)?417.507.MPa?我們選擇的材料是35CrMo,查表得 =0.28??查表 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)≈2k?查《機(jī)械設(shè)計手冊——疲勞強(qiáng)度設(shè)計》表 3-2 得=1.7[]n?所以 =1.95≥1.7417.538023???所以立住是安全立柱可滿足要求4.2.2 套筒的初步設(shè)計計算計算項目 計算過程及說明 結(jié)果套筒厚度的設(shè)計全自動液壓壓磚機(jī)才用拉桿套筒形式，在工作過程中套筒始終受壓，由上面立柱的設(shè)計可知套筒始終受壓，最第 23 頁 共 47 頁大壓力即為預(yù)緊力 Fmax=1.5F= = N71.53804?71.25?最小壓力 Fmin=0.7F= = N70. 6.在這里初步計算一下它的外徑的大小，材料取和立柱的一樣也是 35CrMo,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21.5[]()4FDd??????72261.304(0.)8???得Ｄ 389,這里?。模?00?套筒的校核①壓桿穩(wěn)定性的校核①壓桿穩(wěn)定性的較核由《材料力學(xué)》 壓桿穩(wěn)定的校核9.5?由公式（9.8）求出2291(10)583pE??????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= =?IA422()30.18Ddd?????(初取 l=1300)，10.7li??1??所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由分公式(9.11),298675.2sab????由于 ，所以上面我們桿用強(qiáng)度計算是可以滿足要2??求。②疲勞強(qiáng)度的校核第 24 頁 共 47 頁②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=71.4250?N6.510?= =190Mpa， = =138Mpam?axin2FA?a?FA?由式（3-2）同上面的 =417Mpa，查表得應(yīng)力集中系數(shù) =1，1? k?查表尺寸的截面系數(shù) =1??查《機(jī)械設(shè)計手冊——疲勞強(qiáng)度設(shè)計》表 3-2 得=1.7[]n?=2.2 1.71amK?????????滿足要求滿足要求4.2.3 上橫梁的初步設(shè)計計算計算項目 計算過程及說明 結(jié)果受力分析 上橫梁的初步設(shè)計可以把其簡化成梁的形式，本設(shè)計油缸采用倒置安裝，即活塞桿與上橫梁連接?；钊麠U與上面接觸面的力可以看成是均布載荷均布力為 q。受力分析我們將采用我們學(xué)校老師自己開發(fā)的材料力學(xué)軟件對上橫梁的受力求出最大彎矩,受力簡圖如下圖所示由同組設(shè)計同學(xué)，得知活塞桿的直徑 d=1m,所以均布力q=p/d= N/m73.810?受力分析求出力 FA,FB,彎矩 M第 25 頁 共 47 頁由 MA＝0,求出 FB?FB*AB-q*d*AB/2=0?FB＝ = ＝1.6 107N1.24q??同理 FA＝ ＝1.6 107N剪力圖如下圖所示彎矩圖如下圖所示最大彎矩 Mmax＝2*28pABql?= 773.10.4310??= N.m7.6最大彎矩Mmax = N.71.805?m材料的選擇壓磚機(jī)的上橫梁、活動橫梁、底座都是采用鑄件。中碳鋼有良好的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬性較高，切削性能良好比低碳鋼鑄造性能好.參照其它壓磚機(jī)本設(shè)計將采第 26 頁 共 47 頁用 G270-500G270-500 特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極限 抗拉強(qiáng)度270saMp??50baMp??彈性模量 泊松比1.4E??.3?＝材料ZG270-50上橫梁的設(shè)計參照其它壓磚機(jī)取上橫梁的寬 b=1400,高 h=1400對其進(jìn)行初步計算可采用下面這個公式 max[]MKW????其中取 K＝1.5,W＝ （初步設(shè)計把截面看成長26bh方形）脆性材料安全系數(shù)可以取大點，這里 ns=4則 ＝500/4＝125Mpa[]?=71.580w?＝0.492.46?＝ pa＝118Mpa 135Mpa?71.80??可以滿足要求上橫梁的寬b=1400,高h(yuǎn)=14004.2.4 活動橫梁的初步設(shè)計計算項目 計算過程及說明 結(jié)果活動橫梁的設(shè)計 本主設(shè)計采用電氣行程開關(guān)進(jìn)行限程，不是采用機(jī)械限程，通過模具墊板傳遞壓力，故動梁僅受擠壓應(yīng)力和較小的彎曲應(yīng)力，可以不用對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。參考其它壓磚機(jī)取其寬 b=1120,高 h=400材料和上橫梁的一樣選擇 ZG270-500材料 ZG270-500 寬b=1120,高h(yuǎn)=4004.2.5 下橫梁（工作臺）的初步設(shè)計第 27 頁 共 47 頁計算項目 計算過程及說明 結(jié)果受力分析 下橫梁的初步設(shè)計可以把其簡化成梁的形式，在壓制過程中下橫梁也是受均布載荷，均布載荷的面積即模具與下橫梁的接觸面積，由可壓制 3 塊 600 600,接觸長度大?概是 2100,下橫梁的受力簡圖如下圖所示分析計算過程和上橫梁一樣剪力圖彎矩圖最大彎矩Mmax＝ ()42pCDAB?其中 AB 大約是中心間距 AB 初取 3200CD 是下模和工作臺的接觸面而定，一般?。?.35-0.6）最大彎矩Mmax= 71.8520?第 28 頁 共 47 頁倍的中心間距，由于是寬體壓磚機(jī)可以比一般的大以、取 0.6 倍，即 CD=2100Mmax= N/m?71.280? N/m材料選擇 材料和上橫梁的一樣選擇 ZG270-500G270-500 特性系數(shù)及力學(xué)性能：屈服極限 抗拉強(qiáng)度270saMp??50baMp??彈性模量 泊松比1.4E??.3?＝材料ZG270-500下橫梁的設(shè)計參照其它壓磚機(jī)取上橫梁的寬 b=1500,高 h=1400對其進(jìn)行初步計算可采用下面這個公式 max[]KW????其中取 K＝1.5,W＝ （初步設(shè)計把截面看成長方26bh形）脆性材料安全系數(shù)取高一點，這里 ns=4則 ＝500/4＝125Mpa[]?71.5820w??.4.6＝53.4Mpa?53.[]??滿足要求下橫梁的寬b=1600高h(yuǎn)=14004.2.6 充液箱的初步設(shè)計計算項目計算過程及說明 結(jié)果充液箱體積的計算為了保證一定的最低液壓面，以避免保保證證氣體不進(jìn)入管道。充液箱的體積 Q3()(1nQKASm???第 29 頁 共 47 頁式中：K——充液體積相對于工作缸的容積，一般取2-2.5n——充液箱相中最大壓力和最小壓力的比值一般取 0.7-0.75A——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(4.35)QAS??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=1m 3 Q=1.16m3充液箱的設(shè)計我們設(shè)計成圓筒式的，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=1200，2[]D??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所以 ，取 =30.312587?????內(nèi)徑D=1200，高h(yuǎn)=850，壁厚=3?第 30 頁 共 47 頁5 壓磚機(jī)各主要零件的詳細(xì)設(shè)計及用 PROE 建立三維模型壓磚機(jī)的上橫梁、活動橫梁、下橫梁都是用鑄造的方法獲得。影響零件成本 90%是零件的設(shè)計過程決定。鑄件的設(shè)計涉及四個方面的內(nèi)容：a、即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1、活動橫梁的總體設(shè)計活動橫梁是壓磚機(jī)的一個重要的運動部件，在運動中和套筒的摩擦很大要加導(dǎo)套，厚度可取 10—20,這里取 10,為了裝配和維修的方便立柱導(dǎo)套做成對開式，每個導(dǎo)套高的活動橫梁導(dǎo)向部分高度，約這里取 ，高度 80?；顒訖M梁將采用鑄造的方法進(jìn)143?14行加工，由于《械設(shè)計手冊》鑄件較大壁厚可取 50，導(dǎo)向部分的高度取等于 300，由套筒的外徑 d=400 和立柱導(dǎo)套的厚度 10,可確定，活動橫梁上立柱孔 D＝420,由立柱的凈間距 2400 可以確定活動橫梁的立柱孔橫向間距 l1＝2820，立柱柱縱向凈間距取 200，剛立柱孔縱向間距 l2=620，長 a=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)省材料可做成箱體體形式，內(nèi)部做十字加強(qiáng)肋，厚 100。由《機(jī)械設(shè)計手冊》鑄件的倒圓角,內(nèi)部圓角都取 30,外部圓滿角都取 25。設(shè)計和布置鑄造工藝所需的出砂孔，出砂孔邊的應(yīng)力集中，也是上橫梁被削弱的地方，出砂孔一般布置在彎曲應(yīng)力為零的中性層附近，雖然彎曲應(yīng)力為零，但還是存在較大的剪應(yīng)力。砂孔的半徑 R＝100，布置在中性層上，6 個砂孔，具體位置如下（4-1）三維圖所示.2、Ｖ型槽的設(shè)計