机械原理课程设计蜂窝煤成型机.docx

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机械原理课程设计蜂窝煤成型机

一、冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求

1、蜂窝煤的用途

蜂窝煤主要用于家庭生火、取暖，用无烟煤制成的蜂窝状的圆柱形煤球。

由原煤、碳化锯木屑、石灰、红（黄）泥、木炭粉等混合物基料和由硝酸盐、高锰酸钾等组成的易燃助燃剂所组成。

用上述材料制成直径100mm的易燃蜂窝煤试烧，其着火快、火苗高达140mm以上，燃烧时间长达1小时，无烟无味，燃烧完全。

蜂窝煤原料广泛、成本低廉、使用方便、制作简单、达到省料省时节能节资的目的，有着很好的开发前景。

秸秆生产蜂窝煤技术：

本品是以秸秆粉和劣质煤相配合为基本原料，再添加脱硫剂消石灰，成形后再经以石蜡和重油配制成的表面处理剂进行表面处理而制得

冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。

2、功能

冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。

为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：

煤粉加料；

冲头将蜂窝煤压制成型；

清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；

将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；

将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

3、原始数据及设计要求

1）蜂窝煤成型机的生产能力：

30次/min；

2）驱动电机：

Y180L－8、功率N＝11kW、转速n＝710r/min；

3）如图1所示位冲头3、脱模盘5、扫屑刷4、模筒转盘1的相互位置情况。

实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁2连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。

在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘附的煤粉。

模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入脱模位置、空的模筒进入加料位置；

4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；

5）由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较大，最大可达100000N，其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压，压力呈线性变化，由零值至最大值。

因此，希望冲压机构具有增力功能，以减小机器的速度波动和减小原动机的功率。

6）机械运动方案应力求简单。

二、工作原理和工艺动作分解

为实现蜂窝煤成型，该机器应该具有下列功能：

输入煤粉、煤粉成型、清除煤屑、型煤起模、输出成品。

首先进行原理方案设计，蜂窝煤成型机的技术原理见下表。

功能

原理方案1

原理方案2

原理方案3

输入煤粉

物理方法

机械加入

人工加入

煤粉成型

冲压成型

挤出成型

-------------

清除煤屑

机械清屑

风力清屑

人工清屑

型煤起模

机械起模

人工起模

-------------

输出成品

传送带运煤

人工搬运

-------------

根据上述分析，冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下五个动作：

1）加料：

这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；

2）冲压成型：

要求冲头上下往复运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；

3）扫屑：

要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除；

4）脱模：

要求脱模盘上下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。

一般可以将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上；

5）输送：

将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。

以上五个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压可以用一个机构完成。

但是应该注意的是，要考虑模筒转模间歇运动即以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换。

因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。

三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图

对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以利对各执行机构的设计、装配和调试。

冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。

上图表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。

冲头和脱模盘都由工作行程和回程两部分组成。

模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。

扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程的前半段完成扫屑运动。

四、执行机构的选型

机构选型应遵循以下原则：

表1选用执行机构的原则与方法

机械运动方案的评价

　　对上述执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。

机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。

一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。

从机构和机械运动方案的选择和评价要求看，主要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。

表2机械运动方案的评价指标

性能指标

具体内容

机构的功能

1）运动规律的型式；2）传动精度高低

机构工作性能

1）应用范围；2）可调性；

3）运转速度；4）承载能力

机构动力性能

1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性

经济性

1）制造难易；2）制造误差敏感度；

3）调整方便性；4）能耗大小

结构紧凑

1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性

目前常用的评价方法很多，如系统工程评价法、模糊综合评价法等。

根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1的常用机构，这一表格又称为执行机构的形态学矩阵。

表1三执行机构的形态学矩阵

冲头和脱模盘机构

对心曲柄滑块机构

偏置曲柄滑块机构

六杆冲压机构

扫屑刷机构

附加滑块摇杆机构

固定移动凸轮移动从动件机构

模筒转盘间歇运动机构

槽轮机构

不完全齿轮机构

凸轮式间歇运动机构

冲压式蜂窝煤成型机的机构组合

冲压机构

曲柄滑快机构

六杆增压机构

凸轮机构

间歇转动机构

槽轮机构

不完全齿轮机构

凸轮式间歇机构

扫屑机构

连杆机构

移动凸轮机构

齿轮机构

脱模机构

单独凸轮机构

与冲压机构同体

传动机构

齿轮机构

带传动机构

带传动+齿轮机构

根据表所示的三个执行构件的机构形态矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为：

N＝3×3×3×3＝81

根据蜂窝煤成型机要求性能良好、结构简单、操作容易、经久耐用、维修方便、成本低廉的特点，其机械系统由曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（分度机构）、凸轮机构（扫屑机构）以及带传动+齿轮机构组成（减速机构）。

五、机械运动方案的选定和评价

图3（a）表示附加滑块摇杆机构。

利用滑梁的上下移动使摇杆OB上的扫屑刷扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。

图3（b）表示固定移动凸轮利用滑梁上下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。

现在，我们可以给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。

由此可选定两个结构比较简单的方案。

方案Ⅰ：

冲压机构为对心曲柄滑块机构、模筒转盘为槽轮机构、扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。

方案Ⅱ：

冲压机构为偏置曲柄滑块机构、模筒转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。

两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选，这里从略。

最后选择方案Ⅰ为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案。

六、机械传动系统的传动比和变速机构

根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。

七、画出机械运动方案简图

按已选定的三个执行机构的型式及机械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动示意图。

其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案示意简图。

（蓝色参考书115面7.4.4）

如果再加上加料机构和输送机构，那就可以完整地表示整台机器的机械运动方案图。

有了机械运动方案图，就可以进行机构的运动尺寸设计计算和机器的总体设计。

八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算

为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和扫屑凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。

1、带传动计算。

2、齿轮传动计算

取Z1=22，Z2＝i×22＝5×22＝110。

按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。

则

d1＝Z1m＝110mm.

d2＝Z2m＝550mm.

其余尺寸，按齿轮机构相关计算表格求出。

3、曲柄滑块机构计算

已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=300mm，曲柄与连杆长度比，即连杆系数为λ＝0.175，则曲柄半径为：

R=δ/2=150mm

连杆长度为：

L=R/λ=955.41mm

因此，不难求出曲柄滑块机构中滑梁（滑块）的速度和加速度变化。

4、槽轮机构计算

1）槽数Z按工位要求选定为6。

2）中心距α按结构情况确定α=300mm。

3）圆销半径r按结构情况确定r=30mm。

4）槽轮每次转位时主动件的转角2α2α=180（1-2/z）=120

5）槽间角2β2β=360/z=60

6）主动件圆销中心半径R1R1=αsinβ=150mm

7）R1与α的比值λλ=R1/α

8）槽轮外圆半径R2

9）槽轮槽深h

取h=80mm。

10）运动系数kk=（z-2）/2z=1/3（n=1,n为圆销数）

5、扫屑凸轮机构计算

固定凸轮采用斜面形状，其上下方向的长度应大于滑梁的行程s，其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围。

具体按结构情况来设计。

九、注意事项

1）机械传动系统的速比和变速机构

机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。

原动机是机械系统中的驱动部分，其类型及规格已选定，执行机构的机构型式通过上述设计过程也已确定，此时应进行传动系统的设计计算。

传动系统是把原动机和执行机构联系起来的装置，冲压式蜂窝煤成型机中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到执行机构。

2）机械传动系统和执行机构的尺度计算

根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行机构进行尺度计算。

3）绘制机械运动方案图

根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制冲压式蜂窝煤成型机机械运动示意图（草图），然后绘制机构运动循环图，有关参数计算完毕后，选取适当的比例绘制机械运动方案。