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10MN电极挤压机设计开题报告

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10MN电极挤压机设计开题报告

10MN电极挤压机1选题背景及其意义在二十世纪初,美国首先可以用电极挤压机生产φ2001200毫米的电极。在之后的二十年里,电极挤压机设备不断发展,电极挤压机生产的电极可以达到φ5001828毫米。随着电炉炼钢技术向着大容量的方向发展,电极的直径也随之变大到φ510610毫米。到了五十年代中期,美国国家碳素公司下属的尼阿加拉、哥伦比亚和克拉克斯泊尔厂均装备了12600吨的电极挤压机,能挤压生产φ11252750毫米的碳素或石墨电极。日本的碳素工业发展起步要比美国较晚,但发展速度却很快。根据一些资料介绍,二十世纪二十年代末建立碳素工业时,日本可以生产的电极直径最大只有φ150200毫米。到了三、四十年代,日本开始从美国、德国引进先进的技术和设备。后来,又通过和别国的技术合作来提高日本电极挤压设备的设计制造水平和能力。比如日本东海电极公司的6000吨电极挤压机,就是由美国所属公司设计、日本所属的公司制作和制造的。日本对本国碳素工业的重视,使得其碳素工业得到快速的发展,技术已经可以和西方一些国家的水平相当。据资料介绍,目前国外最近制造的一台大吨位电极挤压机是奥地利的公司为波兰某工厂制造的6300吨电极挤压机。该机器重为700吨,可挤压生产φ4501000毫米,长达到3000毫米的电极。电极挤压机是炭素厂最重要的生产设备,它的吨位和性能决定着该企业在行业中的地位。因此,各个厂家对挤压机的选购特别重视,不惜花费重金购买行业内公认的先进的挤压机。例如,旋转料室35MN(卧)/15MN(立)有挡板压机以及从国外引进的35MN(卧)/17MN(立)无挡板压机。电极挤压机是炭石墨制品成型最重要的设备,在一定的工艺条件下,设备性能的好坏,直接影响电极的质量和成型率。电极是电炉重要的组成部分,它将电能输入到电炉内然后与炉料间产生高温电弧(电弧温度可达30006000℃)。电极在这种高温下工作,会受到炉气的氧化和塌料的撞击。冶炼过程中要求电极具有良好的导电性,耐高温性使其不易被氧化与烧损,有足够的强度,不易被折断及破碎,含磷、硫等杂质少。电极挤压设备主要由凉料机、挤压机、冷却系统三部分组成。从混捏机输来的电极糊料在凉料机中进一步混匀并冷却至100110℃。然后加入挤压机按要求挤压成不同规格的电极并剪切成相应的要求长度,之后进入冷却系统进行冷却成形成半成品。电极挤压机可用于很多领域,如国防工业、航空航天、船舶等各行各业,所以对电极挤压机的研究具有很重要的意义。2文献综述(国内外研究现状与发展趋势)通过对国内外一些资料的查询和对目前电极挤压机的发展状况的研究,电极挤压机技术的发展呈以下集中趋势。2.1电极直径趋于稳定,电极挤压机不再向大吨位方向发展电极挤压机能力随电极直径加粗而加大是五十年代的情况。美国在五十年代初能生产φ510610毫米,长2440毫米的电极。但到五十年代末的短短几年里就提高到能生产直径φ1125毫米,长2750毫米的电极。而到了七十年代,国外电极的直径已经不再加粗,一般挤压机生产的电极直径最粗不超过φ650毫米。随着电炉炼钢技术的发展电极的直径已经不能再继续增大,而是对于提高电极的允许载流密度进行研究。2.2大部分设备采用油压直接传动方式在最近十几年里,国外电极挤压技术发展的明显变化是电极挤压设备趋向使用油泵直接传动。如日本的新系列产品全都为油泵直接传动。而蓄势器传动只在一些特大型电极挤压机上应用,如美国公司拥有的12600吨挤压机、日本公司的10000吨挤压机等。2.3采用同步自动剪切装置为了获得标准长度的电极,电极挤压机末端会采用不同的剪切装置。目前有固定剪切和移动同步自动剪切两种方式。固定剪切装置就是在挤压机咀型的前方固定安装两把刀,通过液压或机械传动使剪刀切断电极。采用固定剪切装置时每次剪切前都要停止挤压,这样会引起电极膨胀或产生龟裂。既影响生产效率,又影响电极的质量。为克服上述的缺点,研究出了剪切装置随着电极的挤出速度而保持同步移动的同步剪切。目前使用的同步剪切装置有电液同服同步自动剪切装置和机械平衡同步自动剪切装置两种。2.4采用咀型夹紧机构与更换装置咀型是按照电极制品横截面的大小不同而经常更换的一种工装,特别是生产大型电极,往往咀型本身的重量就超过10吨,并有100℃以上的温度,手工更换比较困难。因此,国外电极挤压设备都安装有咀型旋转更换装置和咀型夹紧机构。使咀型的更换工作由每次12小时减少到每次1520分钟,大大缩短了咀型的更换时间,并且操作安全可靠。2.5向自动化方向发展挤压设备的辅助装置和设备也是挤压生产线的重要组成部分,因此提高生产率的主要方法就是在于提高挤压机各个环节的机械化和自动化程度。随着国外挤压技术的不断发展,促进了设备的不断完善逐步从人工化走向自动化。如果说五十年代的电炉炼钢技术是朝着大容量方向发展,使挤压设备的吨位加大来生产大直径电极的话,那么,到了七、八十年代以后,则发展成为由单机自动化向整个生产过程的自动化的方向发展。3研究内容本课题研究设计的挤压机是10MN电极挤压机,由于它在挤压机类别里属于小吨位的挤压机,所以选择卧式机构进行设计。10MN电极挤压机结构简单,有卧式预压、卧式挤压的特点。10MN电极挤压机本体结构由前梁、后梁和水平方向张力柱组成一个水平的封闭受力框架。后横梁上装有一个挤压缸和二个侧工作缸,三只缸均与活动梁相连。中间是一个上方有入料口的料室。料室出口处是咀形,咀形处有一可上下移动的挡板。电极挤压机的工作过程及原理,工作时,料室右侧的咀形出口处,移动挡板要下移封住咀形口,然后对料室进行加料,每次加料后由主液压缸对料室内的原料进行预压,预压时间为13分钟,预压过程中抽真空。预压完成后,由两侧的回程缸将主缸柱塞拉回,然后继续往料室里加料,重复上述的预压过程,此过程重复23次则加料完成。然后咀形处挡板上移,挤压主缸和侧缸加压进行挤压,电极制品即由咀形口挤出,随后由自动剪切装置将制品剪断,再由料槽或辊道将制品输送至水槽冷却。3.1总体参数(1)公称挤压力10MN(2)回程力1.5MN(3)工作介质液压油常用工作压力25MPa(4)挤压行程2000mm(5)料室直径800mm(6)料室长度2000mm(7)咀形规格φ100mmφ400mm。3.2液压缸本课题所设计的电极挤压机有三个液压缸,主液压缸是柱塞液压缸,两侧两个辅助液压缸是活塞液压缸。分别起挤压和回程作用,也有其对应的结构,液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动的液压执行元件。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成3.3料室本结构料室左侧上方设置一个进料口,用来进料。本结构的预压和挤压都是在料室进行,当从进料室加热一部分原料之后,主缸进行一次预压,然后由回程缸拉回,反复23次后对原料进行挤压。对于本结构的出料处是型嘴设计,料室横截面积与型嘴口横截面积的比值称为挤压比(φ)。挤压比从数据上反映了炭素糊料的变形情况,挤压比的大小对于糊料被挤压变形过程和挤压制品质量都有很重要影响,若挤压比过小,会使内层的糊料压的不够实,挤压的产品内外层性能差别会很大若挤压比过大,挤压时产品从型嘴口被挤出的速度过快,产品的密度会下降,且距离中心线不同半径的层面流速不同,会使层面间产生较大的相对滑动,从而使层状结构更加明显,使其强度大幅下降,同时挤压时所消耗的能量也会增加,这在实际生产中是不经济的。因此在挤压一定直径的产品时,必须合理选择料室直径。料室型嘴处设计一挡板,挡板的作用是当料室在加料和进行预压的时候,挡板需要下移,把型嘴出口挡住,防止预压时料室内的原料溢出。当预压结束后,挡板上移,进行挤压工作。3.4横梁本机构有前后两个横梁,前后两个横梁分别要承受机构的重量和机构在运行时所产生的各方面的力。故要根据各方面因素对其设计,保证机构在运行过程中的稳定性。3.5咀形料室右侧需要设计一出料的咀形。根据各方面因素进行设计。炭素糊料在挤出咀形后会发生弹性膨胀,所以挤压产品截面积会略大于咀形口截面积。但是在后序的焙烧和石墨化过程中会有一定的收缩,机械加工时也需有一些加工余量,所以挤压机咀形出口端内壁尺寸应比产品成品尺寸大410。3.6预压力和挤压力对于本机构的卧式挤压机,预压(或挤压)力与料室横截面积的比值叫做比压(α),即预压(或挤压)时料室内炭素糊料单位面积上所承受的压力。预压的目的是充分排尽糊料中的气体,达到压实的目的,以提高产品密度。适当的提高预压压力有利于提高产品的密度,但是对于提高产品的机械强度效果不会明显。3.7挤压力回程力分配挤压缸的挤压力是10MN,回程力是1.5MN,但是机构在运行的的时候还会受到摩擦力等其他力的影响,所以设计时要把液压缸的力大一些。回程是由两个侧缸完成,所以要通过后续的计算进行力的合理分配。3.8挤压速度挤压速度是根据挤出速度而设定的,不同规格的炭素产品对应着不同的挤出速度,适当降低挤出速度有利于提高产品的密度,但挤出速度太慢则会影响生产效率。挤出速度与挤压速度之比等于料室横截面积与型嘴出口横截面积之比,即为挤压比。4研究方案4.1方案比较本课题研究设计的是10MN电极挤压机,现在已有的挤压机吨位一般比较大,大致的结构如下图所示图41旋转料室电极挤压机1回程缸2主缸3真空排气管4挤压头5料室6压实真空罐7型嘴8自动剪切机9机座10旋转油缸11托板缸12前梁与挡板上图这种电极挤压机适合进行吨位比较大的挤压,它的结构比较复杂,设计时比较麻烦,占用空间大,移动和安装不太方便,加工要求比较高,适合大型生产厂使用。上图机构的工作过程及原理大致如下所述,工作时料室和咀形旋转成竖直方向,下面由托板封住咀形口,此时开始加料,一般分2次加料,每次加料后由预压主缸带动预压压头对糊料进行捣固,捣固后进行预压,预压时间为13分钟,捣固和预压过程中抽真空。预压完成后,提升杆将预压主缸柱塞和预压压头提起,料室旋转为水平方向,挤压主缸和侧缸加压进行挤压,电极制品即由咀形口挤出,随后由随动剪将制品剪断,再由料槽或辊道将制品输送至水槽冷却。本课题的设计的是10MN电极挤压机,要求电极挤压机结构简单,使用方便、快捷,适合小量的生产,设备的运输与安装,并且具有卧式预压、卧式挤压的特点。大致结构如下图所示图42卧式电极挤压机结构简图1机架2后横梁3加料斗4料室5真空罩6咀形7挡板上图电极挤压机的工作过程及原理,工作时,料室右侧的咀形6出口处,移动挡板7要下移封住咀形6,然后由加料斗3对料室4进行加料,每次加料后由主液压缸对料室内的原料进行预压,预压时间为13分钟,预压过程中由真空罩5抽真空。预压完成后,主缸柱塞由液压缸拉回,然后继续往料室里4加料,重复上述的预压过程,此过程重复23次则加料完成。然后挡板7上移,挤压主缸和侧缸加压进行挤压,电极制品即由咀形6口挤出,随后由自动剪切装置将制品剪断,再由料槽或辊道将制品输送至水槽冷却。通过对本课题参数要求的考虑,对适合这种吨位挤压机结构的考虑加之其他方面因素的综合比较,最后决定使用上图42的结构简单,使用方便的结构设计本课题。5进度计划2013.11查阅有关专业技术文献,了解液压机国内外现状和发展趋势。2013.122014.01主要技术参数确定及总体方案确定。2014.012014.02主要零部件结构的初步确定及设计计算。2014.032014.04完成总装图、部件图和零件图。2014.052014.06撰写设计说明书,准备答辩。参考文献1辛火.35MN电极挤压机液压控制回路及其故障分析.合肥炭素厂2肖著珏.电极挤压机型咀曲线设计方法的研究.湖南大学学报(自然科学版).1994年04期3包第馥.德国30MN立捣卧式电极挤压机简介.上海碳素厂4赵如.国内外电极挤压机技术的发展.上海重型机器厂.19925宋清玉、孟宪玉.35MN立卧电极挤压机结构研究.设计研究院工程师.19966赵杰三.电极挤压机评述.山西三利炭素有限公司.文章编号10013741(2011)0541047俞新陆.液压机的设计与应用M.机械工业出版社.20061719.8赵如.国外电极挤压机技术的发展.上海重型机器厂.19859魏征宇、赵国、栋薛峰、满庆惠、邹敏.立捣卧挤式炭素挤压机主机设计.文章编号10013741(2012)02B240410PingZhou、HaiyanLiu、KaishunTan、ChaoChen.ApplicationandResearchofFuzzyControlSimulationinTwinScrewExtruder.GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin54100,Guangxi,ChinaGuilinHiChengRubberPlasticsMachineryCO.,LTD,Guilin541004,Guangxi,ChinaProcediaEngineering,2012,Vol.29,pp.54254611FredericT.Barrows、DavidA.J.Stone、RonaldW.Hardy.TheeffectsofextrusionconditionsonthenutritionalvalueofsoybeanmealforrainbowtroutOncorhynchusmykissU.S.DepartmentofAgriculture,AgriculturalResearchService,HagermanFishCultureExperimentStation,3059HNationalFishHatcheryRoad,Hagerman,ID,83332,USAUniversityofIdaho,HagermanFishCultureExperimentStation,3059HNationalFishHatcheryRoad,Hagerman,ID,83332,USAAquaculture,2007,Vol.2651,pp.244252

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