型钢垛型的设计与研究Word文件下载.docx

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２.３角钢绕度的计算-----------------------------------8

３、总体方案设计---------------------------------------10

３.１意义---------------------------------------------10

３.２型钢自动堆垛主要设备组成--------------------------10

３.３设计方案-----------------------------------------11

３.３设计要点-----------------------------------------12

４、机构运动分析与参数计算------------------------------13

４.１堆垛动作时序表-----------------------------------13

４.２摆杆和电磁铁转动的运动分析计算--------------------13

　４.２.１摆杆第一次转动加速度与角速度的计算-----------13

４.２.２电磁铁自转加速度与角速度的计算---------------14

４.２.３摆杆第二次转动加速度与角速度的计算-----------14

４.２.４摆杆第三次转动加速度与角速度的计算-----------14

４.２.５摆杆的第四次转动加速度与角速度的计算---------15

４.３摆杆设计与计算-----------------------------------15

４.３.１摆杆的参数确定------------------------------16

４.３.２摆杆质量的计算------------------------------16

４.４电磁铁的设计与计算-------------------------------16

５、机构的动力分析--------------------------------------18

５.１转动惯量的计算-----------------------------------18

５.１.１摆杆转动惯量--------------------------------18

５.１.２电磁铁转动惯量------------------------------18

５.１.３型钢转动惯量--------------------------------18

５.２主传动轴受力与动静扭矩计算　---------------------19

６、主要零件的设计计算-------------------------------26

６.１轴的设计计算与校核------------------------------26

６.１.１初步确定轴的最小直径------------------------26

６.１.２联轴器的选择-------------------------------27

６.１.３轴的结构设计-------------------------------27

６.１.４按弯扭合成应力校核轴的强度------------------28

６.２链轮设计计算-----------------------------------29

６.２.１链轮型号选择-------------------------------29

６.２.２从动链轮轴径的计算-------------------------30

６.２.３滚子链的静强度计算-------------------------31

６.２.４主动轮轴径的计算---------------------------32

６.２.５链轮主要参数计算---------------------------32

６.３张紧轮的设计计算--------------------------------34

６.３.１张紧轮型号选择-----------------------------34

６.３.２张紧轮主要参数计算-------------------------34

７、传动装置选择--------------------------------------36

设计体会----------------------------------------------37

致谢--------------------------------------------------38

参考文献----------------------------------------------39

附录1------------------------------------------------40

附表2-------------------------------------------------------------47

附表3-------------------------------------------------------------48

１、绪论

１.１型钢生产概况

型钢是经各种塑性加工成型的具有一定断面形状和尺寸的直条实心钢材.型钢生产历史悠久,产品品种规格众多,断面形状和尺寸的差异大.据统计,各类型钢的形状有1500种,尺寸规格达到3900多个,因而其生产方式十分繁多.尽管钢材生产中钢板和钢管的比例在不断提高,但根据各个国家的具体条件,型钢仍占钢材总量的30%-60%.我国目前的钢材产量占钢材总量的50%左右.型钢广泛应用于国民经济的各个部门,如机械的金属结构、桥梁建筑、汽车、铁路车辆制造和造船等部门,在国民经济领域中仍占有重要地位。

１.２型钢生产方法

型钢的生产方法很多,有冷热轧制法,冷热弯曲法,焊接法,挤压法,锻压法和特殊方法等.

（1）轧制法:

采用适当的原料,在初轧机轧钢坯连轧机和各种型钢轧机上通过不同形状的孔型轧制成众多简单端面和复杂端面型钢（包括初轧钢坯、小方坯、圆管坯’各种不同端面钢坯等半成品）.根据温度不同,有热轧和冷轧型钢之分.

（2）完全成形法:

用钢板或钢带,通过对不同形状且旋转的轧辊,使轧件承受弯曲变形获得所需的钢材,这种方法称为弯曲成形.弯曲成形也有冷热之分,其中冷弯成形法占主导地位.

（3）焊接成形法:

焊接成形法是将中厚半或带钢焊接成型钢的方法,可生产特大端面型钢,目前多应用于生产H型钢.用焊接法生产可以节省金属.随着钢板生产的发展,焊接型钢的比例将日益提高.

１.３型钢的分类

型钢的品种与规格已多达一万多种，其种类的划分也是有许多，按照产品断面几何形状及其用途可分为六类；

1）方形、圆形、扁形、三角形等断面几何形状简单的型持：

这些型材大都用于机械制造、金属结构、桥梁建筑等部门；

线材则大部分用作拉拨加工的原料。

2）建筑用钢筋：

包括螺纹钢、竹节钢以及扭耳钢筋等。

这些钢材用于钢筋混凝土构件、建筑物基础、柱架等，要求钢筋强度高，与混凝土有良好的附着力。

3）建筑结构用钢：

如工字钢、槽钢、角钢等，主要用于建筑构件、桥梁和造船工业等；

4）铁道用型钢；

如钢坑、色尾板、垫板等，主要用于铁路铺设和矿山、森林建设。

5）特殊用迭的复杂断面型钢：

如用于工业或民用建筑的窃框钢、水利和码头建设用的钢板桩等。

压成形法:

锻压型钢是原料在锻锤往复冲击力或在压力机的压力下而成形的钢材。

6）周期断面型钢：

这种型钢的断面和尺寸沿轧材纵轴方向呈周期性变化。

根据断面情况分别用纵轧、斜轧或楔横轧的方法生产。

如犁铧钢、机械零件用的变塑断面轴等都属周期断面钢材。

近午来，随着各部门对型钢生产日益提高，国内外那普遍重视发展经济断面型钢和高精度型钢。

如两腿平行的H型钢和轻型薄壁钢材等经济断面型钢，其断面形状类似普通型钢．但金属断面各部分的分布更加合理，具有节约金属等优点，成为今后型钢生产的发展方向。

如汽轮机叶片、各种冷轧、冷拔型材等高精度型材，其二次加工里极少，或可直

接代替机械加工零件使用。

１.４型钢生产工艺对堆垛的要求

　　型钢在生产时的出钢的速度应满足型钢堆垛机的翻钢的速度进程，型钢的出钢速度过大会导致型钢积压在一起，不能进行有效的翻钢堆垛。

出钢速度太小会使堆垛的垛型不满足设计的要求，使垛型不稳定。

总之，型钢的出钢速度对自动堆垛机的翻钢起着决定性的作用。

２、型钢垛型设计和计算

国内传统的型钢生产线一般都没有专门的自动堆垛设备。

随着市场经济对型钢产品要求的提高，传统型钢生产的型钢堆垛已成为当前迫切需要进行的技术改造之一。

不管是采用人工堆垛、半机械化堆垛还是全自动堆垛，首先要进行型钢的垛型设计。

目前型钢生产厂仍靠生产人员的经验设计垛型或设计人员根据产品大纲事先预定要求设计可选垛型供生产人员查用。

这种方法具有以下缺点：

1）型钢垛型固定，生产人员没有灵活性；

2）垛型设计难以得到最优结果；

3）设计结果不利与自动堆垛机的控制系统连接；

4）设计结果使用不方便。

为了克服传统设计方法的不足，满足自动堆垛机的要求，进行了计算机辅助型钢堆垛设计的研究，并发展了型钢堆垛自动设计系统。

２.１　型钢堆垛和垛型尺寸

型钢堆垛的排列方式和垛型尺寸是型钢垛型设计的主要内容。

根据型钢堆垛排列方式不同，等边角钢、槽钢、工字钢和H型钢可分为三种不同的垛型，即：

连锁型、独立型和组合型。

连锁型比较稳定，有利于堆垛和运输，打包后不易散包，但对用户来说，这种垛型难以拆包。

独立型稳定性比较差，垛型的高宽比不合理，容易造成散包，尤其是容易将大包拆分成小包。

组合型是垛包的上部、中部和底部的某些层上采用连锁的堆垛方式，而在垛包的其余层上采用独立型的堆垛方式，这种垛型既有交好的稳定性，又有利于拆包。

对于槽钢、工字钢和H型钢，连锁型和独立型的垛型宽度是不同的。

其中连型宽度较小，独立型的较大，当每层跟数较多时，两者之间的差距较大，此时不易采用组合型，否则会影响垛包的打捆质量。

对于等边角钢,连锁型和独立型的垛型宽度相同,而它们的高度不同,其中独立型的垛型高度较大.

不等边角钢和钢轨的堆垛相比之下就比较复杂了,而我的毕业设计又不是研究不等边角钢和钢轨的,这里就不加详细说明了,假如有人想了解这方面的内容可以参考<

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冶金设备>

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1998年2月第1期总第7期。

常用型钢的垛型是矩形，他们的垛型尺寸是矩形的高（H）宽（B）.

２.２　垛型设计计算

型钢垛型设计计算就是根据给定的型钢品种、垛型定尺长度和理论垛重计算出堆垛型钢的总跟数（N），一层最多堆放的型钢跟数（m），层数（n）,和垛型尺寸以及实际垛重（G）,其中n、m是堆垛机工作的控制参数，也是垛型设计的主要参数。

垛型设计计算公式

对于不同品种的型钢的堆垛，在垛型设计时其计算公式不同。

下面给出了连锁型和独立型垛型设计的主要参数计算公式。

等边角钢的计算公式为：

（mm）

式中：

b—角钢的边宽（mm）；

d—角钢的边厚度（mm）。

槽钢的计算公式为：

h～槽钢高度（mm）

d～腰厚度（mm）

b～腿宽度（mm）

t～平均腿宽度（mm）

这里设计所需要的型钢为等边角钢和槽钢，且它们的型号都有所规定，既角钢的型号为：

５～１０＃、槽钢的型号为６.３～１２.６＃。

垛型同样被一定的限制，既定尺长度为６～１２米、每垛的重量为３～５吨，钢的产量为５０万吨每年，电磁铁的规格是：

高为３００mm、宽为２８０mm、长为５００mm。

根据这些已知的条件和上面的公式及型钢的型号，我们可以根据成大先主编的《机械设计手册》第三版的第一卷查出型钢的一些基本参数，将查到的已知量代入型钢的计算公式中并根据这些已知的条件我们可以计算出型钢垛型一层最多能堆放的型钢跟数（m）和层数（n）。

计算的结果以被制成一个表格附在说明书的后面既附表2。

每次吸钢的最大质量为837Kg,计算过程可以参考附表1。

但是我们这个设计中可以取为850Kg。

根据附表1我们可知型钢堆垛的基本形状，每种型号的角钢所堆垛的垛型每层所堆放的根数为：

5#角钢为6根、5.6#角钢为5根、7#角钢为4根、7.5#角钢为4根、8#角钢为3根、9#角钢为3根、10角钢为3根。

同样每种型号的槽钢所堆垛成垛型每层所能堆放的根数为：

6.3#槽钢为6根、8#槽钢为5根、10#槽钢为4根、12.6#为3根。

我们也可以根据附表1查到每种型号角钢和槽钢堆垛的垛型的层数，由于数据太多这里就不将其一一列出来，要想知道详细的数据参数可以参考说明书后面的附表1。

根据以上所确定的垛型参数我们就可以设计出一个符合我们型钢生产车间所需要的垛型，来满足各各生产层次的需要，从而达到最优化的堆垛，给生产厂家带来丰厚的利润，并使其在市场竞争中处于有利的地位。

２.３角钢绕度的计算

根据成大先主编《机械设计手册》第三版第一卷及《材料力学》我们可以得到角钢最大绕度的计算公式为：

上式中：

E=2.1

MP查《机械设计手册》可知；

可在《机械设计手册》的第一卷中查到，之后将已知量代入型钢绕度计算公式中进行型钢绕度的计算，所得绕度的运算的结果见说明书后面的附表3。

通过查附表2型钢绕度的计算结果我们知道角钢的最大的绕度为10.6mm，对长度为12m的型钢来说是在绕度的范围之内，是可以允许存在的，对型钢的转动是没有什么大的影响，在本设计当中这个绕度也是可以接受的。

３、总方案的设计

３.１调研报告

本设计所研究的是单摇臂翻钢机，它是在双摇臂的基础上研发而来的，它不仅具有双摇臂所有功能和一些特有的优点，还具有它自身一些特点。

在国内的许多大、中型钢厂企业中钢材的捆扎和堆垛多依赖于人工，这样劳动强度非常大而且工作量也十分的大，不利于实现机械的现代化发展和当今世界局势的演变，使国内的钢材生产线和世界的发展不能同步，国内的钢材始终处于劣势，特别是在我国当今已加入世界贸易组织，使我国的钢材在世界的大舞台竞争当中处于一个不利的地步，同时也很难进入世界贸易之中，即使进入也我国的钢材的利润相当的低，甚至亏本。

总之，在当今这个充满竞争的世界当中现代化是十分的重要的，它能使一个人发达，甚至也能使一个国家强盛。

钢材的发展如何是衡量一个国家军事力量的主心骨，是一个国家综合国力的体现。

目前，国内钢厂的堆垛设备大多是依赖于在国外引进，这样耗资大，且在更换零件时难，使国内的钢材对国外有一定的依赖性，设计一台自动的堆垛机并投产使用，对堆垛机国产化必定能起到一定的促进作用。

堆垛机可以避免采用人工堆垛、半机械化堆垛的一些缺点，使堆钢更加灵活，垛型更加稳定，有利于运输和工人钢材进行检查。

这样，使我国的钢材在世界这个充满竞争的历史舞台上处于一个有利的地位，使我国更加强大。

３.２型钢自动堆垛主要设备组成：

（1）几组输送辊道：

输送辊道选用单传辊道，当非连续的少数电机有故障时不影响其他电机的正常使用。

（2）拨钢机：

拨钢机选用链条拨爪牵引

（3）链条式移钢检查台架：

把不合格的型钢移至收集槽，回收后再回炉再利用，使钢不被浪费，减小生产成本。

（4）改尺钢收集机构及处理抬架：

对钢材进行剪切，使其生产出来的钢材符合人们需要的尺寸，再进行输送。

（5）堆垛移钢台架：

把合格的产品送到运输辊道上。

（6）分组机构：

保证钢材以一定的形式可靠分组，如以尺寸、长短、型号等进行分组。

（7）定位机构：

使钢材能在指定的位置进行接受翻转。

（8）平移堆垛机构：

翻转堆垛机构通过交替运行堆垛。

（9）垛台升降机构：

保证翻转后的钢材能顺利地堆放在垛台上，而不会出现型钢脱离垛台而不能进行传输。

（10）钢垛压紧机构：

使堆型紧密整齐，有利于运输和堆放，并且可以节省堆放的空间。

（11）堆垛输送辊道：

把捆好的钢材传输出去进行储存或进行出售。

分组、定位机构，平移、翻转机构，升降、压紧机构采用液压驱动，电机拖动全部的采用交流电。

３.３方案设计

下图为堆垛机在吸钢和放钢运动过程当中电磁铁的三个不同的位置，另外和链轮与张紧轮它们装在摆臂上的位置关系。

再图上我们能清楚的看到电磁铁吸钢和托钢板托钢的具体位置。

每个位置都有它一定的工作的先后顺序和自身在此装置中的作用，并对生产线进行着控制

型钢由生产线传输到一个集中的位置,由拨钢机拨电磁铁每次所要吸钢的根数,再由传输的链条输送的电磁铁的正下方既电磁铁处于位置1时,由挡钢板挡住,此时启动托钢板,将钢托到一定的位置,电磁由铁导线通电吸住型钢,再液压马达启动主传动轴带动摇臂转动，电磁铁转动一定的角度时摆动油杠启动而带动链轮转动,电磁铁由链轮带动而产生自转,使型钢在堆垛时翻转过来。

链轮的链条再往复的传动过程中会产生松弛故而在摇臂上装上一个张紧装置，来防止链条的松弛使它始终处于一个最佳的传动状态。

链轮必须和主轴的运动是一致的，既传动链轮的轴随着主轴转动。

当摆杆转动

后电磁铁来到位置２时电磁铁断电，此时等在位置２的正下方的托钢板接

住型钢进行堆垛。

这样一次翻钢过程结束，接着下一个就开始了。

启动液压马达由主轴带动摆杆和电磁铁一起旋转，当转动了

时来到位置３，在这次转动前型钢应没有传输过来，不然摆杆和电磁铁就不能转到位置３而不能完成再次翻钢过程，当电磁铁运动到位置３后，链条传输事先规定好数量的型钢到位置１的正下方，再由托钢板将型钢托到第二次吸钢的位置，液压马达再次启动带动摆杆和电磁铁转动，但是这次的速度不能太大，因为它将在运动过程中进行吸钢这一动作，速度过大会造成吸钢的不稳定和吸的位置不固定。

当它转动了

时导线给电磁铁通电使电磁铁吸钢，当型钢被电磁铁吸住的同时托钢板下降，托钢板下降到型钢传输线以下时一定数目的型钢再由链条传输过来，当传输到电磁铁的位置1下面时由挡钢板挡住型钢使其位于电磁铁的正下方等待再一次的吸钢。

此时电磁铁由摆杆带动又以另外一个加速度进行传动，当摆杆转动了

时再次来到位置２，电磁铁断电将型钢放在托钢板上。

再启动油压马达，由摆杆带动电磁铁由位置2返回到位置1，这样就完成了一个吸钢的运动周期，以上的几次吸钢和放钢的过程是一个完整的循环过程，以后的吸钢和放钢的过程就是按照上面的循环过程周而复始地循环下去。

当位置２下面的托钢板托钢的层数达到前面关于型钢垛型计算的结果时托钢板下降，将型钢放在钢垛压紧机构上进行压紧，压紧后再进行捆扎由辊道将型钢运输出去进行存放。

３.４设计要点

（1）保证自动堆垛系统连续正常工作，矫直后的型上检查架时应保证干之间有一定的间距。

（2）由于型钢中，角钢与槽钢有所不同，则为此需要可靠的正确的分组、定位机构

（3）由于型钢堆垛在翻转过程中，所受的里和速度方向是变化的，则翻转过程中回产生剧烈地抖动，容易造成事故，以至该设备不能正常的使用，使生产速度减慢，甚至停产。

（4）主传动轴：

主传动轴和摆杆及轴承的装配。

（5）链轮：

链轮的传动和自身被传动，及自身的装配问提。

（6）在翻转时，电磁铁要自转，同时摇臂的长度不能阻挡电磁铁所吸的型钢，以导致不能自由的旋转。

（7）张紧轮：

张紧轮的装配位置确定，及自身的尺寸。

（8）第二次吸钢时，电磁铁必须在传输型钢的链条的下方，让型钢通过链条传输过来，再由托钢板托钢到一定的位置，以让电磁铁能吸到型钢，注意的是在此时电磁铁的旋转的速度不不能太大，如果太大的话，电磁铁在吸钢时会产生剧烈地抖动，容易造成吸钢的位置发生变化和吸钢不够稳定。

（9）型钢堆垛时，垛台每放一层刚，必须自动下降一定的高度，保证垛台平面始终保持在原始的高度。

４、摆杆和电磁铁的运动分析与计算

４.１堆垛动作时序表如下：

４.２摆杆和电磁铁转