毕业设计（论文）-自动钢管成型机(堆垛成型部分)设计.doc

毕 业 设 计（说明书）2013 届题 目自动钢管成型机(堆垛成型部分)设计专 业机械设计制造及其自动化学生姓名学 号09082609指导教师论文字数15215完成日期2013年1月湖州师范学院教务处印制29原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：自动钢管成型机（堆垛成型部分）设计摘要：本设计主要是完成自动钢管成型机的设计，以实现对长度为6m，直径为114mm钢管的六边形形状的堆垛。采用棘轮分拣装置进行分料；小车、液压和直线导轨相结合来实现钢管的运输；收集装置的上升和下降实现钢管的收集、成型。分析了自动钢管成型机机构中的零件的选型原则及计算方法；根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；对所设计的各主要零部件进行了校核。自动钢管成型机的主要部件组成：传送平台、钢管运输小车、收集装置。本文主要研究了收集装置部分的结构设计，实现其升降动作。本次自动钢管成型机的设计代表了设计的一般过程，对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词：液压升降；堆垛；成型the designofautomatic steel tubemoldingmachine（the stacking and formingpart）abstract:this design is mainly complete automatic molding machine design of steel pipe,to achieve the action of hexagonal shape stacking for 6m long, 114mm diameter steel pipe.it uses ratchet sorting device for separating material.the combination of small car, hydraulic and linear guide rail achieved transportation of steel pipes.the rise and fall of the collecting device achieved collection and forming of the steel pipes.analysis the automatic molding machine steel institutions of components of the selection principles and calculation methods; then according to the design principles and calculation according to the given parameter selection method for type design; then the design of the main parts were respectively checked.the automatic steel tube molding machines main components: delivery platforms, pipe-transport car collection device.this paper studies the structural design of the collection device to achieve its lifting movements.the automatic molding machine design of steel pipe represents the general design process and has certain reference value for the selection of future design work.key words:hydraulic lift;stacking;forming目录第1章绪论11.1 课题背景和研究意义11.2 课题研究的现状和发展趋势11.3 本章小结1第2章总体方案的确定22.1 设计内容22.1.1 设计任务22.1.2 设计要求22.1.3 钢管打捆包装的标准要求22.2设计方案32.3 钢管运输的方案确定42.4 升降平台的方案比较42.5 收集装置的方案确定52.6 本章小结9第3章收集模具的结构设计103.1 收集模具的形状及主要作用103.2 收集模具的材料选择103.3 本章小结12第4章液压缸的选择及传动部分的结构设计134.1 升降平台用液压缸的选择134.1.1 类型选择134.1.2 参数计算及型号确定134.2 右挡板用液压缸的选择144.3 拨板用液压缸的选择144.4 液压油缸活塞杆的校核144.4.1 活塞杆强度的校核144.4.2 活塞杆弯曲稳定性的校核154.5 升降平台的结构设计164.6 链条的选择184.7 横轴的校核20第5章其它零件的设计与选择225.1润滑与密封225.2其他零件的设计和选择225.3 各零件的相互配合225.4 绘制装配图及零部件图23总结24参考文献25致谢26附录图纸列表27湖州师范学院本科毕业论文第1章 绪论1.1课题背景和研究意义该毕业设计题目来源于指导教师的一个科研课题，需要完成自动钢管成型机的设计。需要针对现存金洲管道企业中存在的钢管堆垛过程中，噪声巨大影响工作环境的问题，按照设计标准，结合目标企业的实际需求，对钢管的传送机构及钢管收集升降机构进行设计。通过对原先工厂已有的钢管堆垛成型机进行对比研究与推敲，在结合现有的技术基础上，经过一些创新改造设计后，设计出一种能够快速传送钢管，快速堆垛钢管，减轻现场噪声的钢管成型机。该自动钢管堆垛成型机的设计基本上解决了工作现场噪声巨大，搬运困难的问题，能够大大的为企业带来经济效益。1.2课题研究的现状和发展趋势随着社会对钢材需求和钢铁企业现代化程度的日益提高, 越来越多的钢铁企业发现,钢铁产品的包装质量成为影响钢铁产量发展的关键。传统的人工包装效率低, 工作强度大, 作业环境差, 而且易产生散捆、混号和捆松的情况, 从而大大制约了钢铁产量的提高。开发研制符合我国需求的先进打捆机及其配套机是我国钢管行业的迫切要求，也代表钢管行业的发展趋势1。自动钢管成型机是可按生产实际和设定的要求，自动的将钢管分层计数累计，并成排的堆垛成规则形状（正六边形、矩形和三角形等）并打捆包装的智能机械。它的投入使用可以有效地提高钢管的生产效率和包装质量，减轻工人的劳动强度，实现钢管生产包装的全面自动化2。国内在20世纪90年代初开始研究钢管的成形和包装技术。由于当时在国内对钢管包装工艺的研究还处于起步阶段，因此尚无自行研制钢管包装自动化设备的技术条件。近年来,国内在引进国外包装工具的基础上,开发的钢管包装机械也只有采用手动方式,并没有实现全自动化。目前我国钢管生产线的打捆工序逐渐暴露了能力严重不足，自动化程度低，包装质量不高，直接影响产品的产量和质量3。为此许多企业正在寻求改造，经济实力强的企业从国外引进了全套或部分装备。由于存在很多技术上的问题，许多企业只能寻求走国产化改造的道路。国外的钢材打捆机，经过几十年的技术积累和不断发展，己形成多品种、专业化、系列化生产，自动化程度不断提高，捆扎速度不断加快，可靠性和使用寿命也不断提高。国际上比较知名的钢材打捆机生产商主要有:美国signode(信诺)公司、瑞典sundbirsat(森德斯)公司、德国titan（泰坦）公司等4。总而言之，为了满足各种不同钢材打捆的需要，钢管成型机已形成了多品种、系列化、专业化的趋势。1.3本章小结本章主要论述了自动钢管成型机的研究背景、意义、现状和发展趋势，目的是结合目标企业的实际需求，设计出能够快速堆垛钢管的自动钢管成型机，以解决工作现场噪声巨大，搬运困难等问题，进而为企业带来一定的经济效益。第2章 总体方案的确定2.1设计内容2.1.1 设计任务该毕业设计要求完成直径为89mm114mm镀锌焊管六边形形状堆垛的动作要求，主要完成堆垛成型部分收集装置的升降动作。设计包括：方案的论证选择、传动方式的选择、总体布局设计、各部分零件的结构设计等。按照设计标准，结合目标企业的实际需求，在结合现有的技术基础上，经过对所要求的功能分析设计后，设计出一种对长度为6m，直径为114mm的镀锌焊管进行六边形形状堆垛的成型机。钢管输入速度为每分钟12根，钢管成型之后最下层为4根，各层数目依次排列为4、5、6、7、6、5、4。要求将完成一次37根钢管六边形形状堆垛成型动作所需的时间控制在三分半钟（210s）以内。设计自动钢管成型机结构的目标主要是进一步研究已有的该类机器的结构，并在此基础上改进钢管成型机的两大主要机构：传送分拣机构和堆垛成型机构，并进一步完善其系统。从而提高钢管成型机的传送速度、精度以保证其质量。自动钢管成型机的结构包括：机架、运送小车、钢管分拣机构、收集装置升降平台。该部分设计所需要完成的任务：堆垛成型部分收集装置升降方案的确定，传动方案的确定，传动及导向机构的零件设计。2.1.2 设计要求根据使用工艺要求及一般设计过程，确定自动钢管成型机设计要求：1.通过文献检索，了解目前国内外钢管成型机的发展概况；2.完成钢管成型机堆垛成型部分的方案设计，并作方案比较和技术经济分析；3.完成钢管成型机堆垛成型部分的结构设计，绘制结构草图；4.对堆垛成型部分机构中的横轴、平杆、液压缸等进行校核计算和分析；5.完成设计总装配图和所有零件图的绘制；6.最终成型形状为正六边形，最下层为4根，各层依次排列为 4、5、6、7、6、5、4；7.尽量在原有的机架位置上进行改装，各个参数改动较小；7.必须达到国家关于成型机的各项标准；8.必须在保证安全生产的情况下，进行局部设计改进。2.1.3钢管打捆包装的标准要求钢管的包装捆扎件的形式按照截面形状分类，主要有：圆形、矩形、框架式和六角形四种，示意图如图2-1所示。其中，六角形包装件相对于其他几种包装件来说，比矩形包装件形状稳定，而比框架式的包装件经济、简便易行，又比圆形包装件外形整齐美观，堆放时受力面积大。因此，在实际的生产中，厂家一般多采用六角形包装件，特别是一些优质的产品，要求其用六角形包装件。图2-1钢管捆扎包装件示意图钢管六角成形打捆机的机械结构设计，在综合国外多款钢管打捆机的机械结构设计的基础上，以满足国内钢管生产厂家的实际生产使用要求和保证生产率为前提，较好的实现了六角堆垛成形及打捆的生产工艺原理。做到技术先进，经济合理，运行可靠稳定。还应具备一些特点：好的使用性能，合理的技术性能指标，能减轻劳动强度，改善劳动条件，不污染环境，可模块化设计。总之，机械结构设计过程应该充分考虑到：实现的功能、作用原理的科学性、结构合理性、参数计算准确性、安全性、人机工程要求、制造、检验、装配、运输、使用和维护的性能、资源回收、成本和产品研制周期等。2.2设计方案设计方案的确定是依照已经存在的自动钢管成型机结构进行进一步的研究，分析自动钢管成型机的运动路线，并选用合适材料，设计出最佳的结构，以降低生产成本，提高自动钢管成型机的传递效率，首先分析钢管成型机的工艺路线，如图2-2。图2-2钢管成型机的工艺路线由图分析自动钢管成型机动作周期得知，整个钢管堆垛传动部分大致可以分为传送平台、钢管运输小车、升降收集装置等。本设计中主要研究自动钢管成型机的升降收集装置。运输小车部分，以液压为动力源，实现运输小车的各个动作：小车被安放在一个以液压驱动的平台上，通过活塞杆的伸缩带动小车的左右运动，使钢管能够运动到收集装置的位置；通过液压控制悬臂的抬起、放下及小车的运动，实现钢管的被运输和放置，使钢管平稳良好地安放于收集模具中。升降收集装置部分，升降平台带动收集模具进行升降，用于将小车运送至的钢管收集到成型模具中，以解决由于钢管与模具存在过高的落差造成巨大噪声的问题。除满足设计要求5、6、7的要求之外，升降平台的尺寸与外形也限定了范围，升降平台的强度也有一定的要求。另外，为了安装、维护和清理方便，设计该部分装置可以整体单独安装，即收集装置可以在安装完毕后进行整体安装。根据上述分析得知设计步骤：首先，对全自动钢管堆垛成型机进行分析，按照全自动钢管堆垛成型机的实际应用要求，选择合适的驱动装置。第二，利用已学过的机械知识，结合实际情况，设计出合理的底座支撑机构、传动和导向机构。第三，依照生产要求选用合适的零部件材料，并设计出各种零部件尺寸。最后，画出总体装配图和零件图，撰写设计说明书。2.3 钢管运输的方案确定方案采用了设计一辆小车和轨道的机构，通过液压驱动小车的左右运动和小车悬臂托杆的抬起和放下动作，来达到搬运钢管的目的，而且能够平稳，快速，高效，准确的将钢管放置在收集装置的模具中。2.4升降平台的方案比较升降台是一种垂直运送人或物的起重机械，本设计的主要目的是设计一种能够升降的一个升降装置，所以，现有的用于升降的装置均可以作为设计的参考。在现有的应用较多的升降装置中，按其工作结构不同可分为套缸式、剪叉式、铝合金（立柱）式等几种不同的类别，另外，随着市场的需求，一些特殊订做升降平台、微型电动升降平台、伸缩台面升降平台等新型升降平台也渐渐开始被使用。套缸式升降平台为多级液压缸直立上升，液压缸高强度的材质和良好的机械性能，塔形梯状护架，使升降台有更高的稳定性。该产品是一种多用途的单作用伸缩式套筒油缸组成的垂直升降机械。整机设计结构紧凑、晃动小、重量轻、移动方便等特点，是登高作业最安全，经济实用的机具5，示意图如图2-3所示。图2-3套缸式升降平台剪叉式液压升降平台主要由底座、上平台、剪叉、单作用油缸及液压站组成6。剪叉式折叠升降机构是由多个x型杆件在中间交叉点及两端连接而成，也可以看作是由多个用铰链连接的平行四杆机构，平台升起时的动力采用由液压缸活塞杆的顶出力作用于铰链平行四杆机构中相应的两杆件端，把处于折叠状态的铰链平行四杆机构顶开至四边形，从而使平台升起。具有结构稳固、故障率低、运行可靠、安全高效、维护简单方便。如图2-4所示。图2-4剪叉式升降平台铝合金式升降平台的驱动源同样为液压设备，整体采用高强度优质铝合金材料，具有造型美观、体积小、重量轻、升降平稳、安全可靠等优点。广泛用于工厂、宾馆、餐厅、车站、影剧院、展览馆等场所，是保养机具、油漆装修、调换灯具、电器、清洁保养等用途的最佳安全伴侣。高空作业更方便快捷，能够快速、慢速行走，可调速，是现代企业高效安全生产之理想高空作业设备。如图2-5所示。图2-5铝合金式升降平台综上所述，根据升降收集装置的实际使用要求，分析以上各类升降平台之后，本设计采用工作原理与套缸式相似的升降式方案进行设计，运用液压缸带动升降平台进行升降运动。2.5收集装置的方案确定结合2.4升降平台的方案比较以及传动方式的分析，在选择如何能够将钢管按要求平稳，快速，高效的安放于收集装置中考虑了好几个方案，经过自己的分析和研究，最终还是选择了以下两种方案。方案一：选择电机+联轴器+减速器控制方式作为该收集装置升降平台的驱动装置，选择锥齿轮+螺杆+螺母副作为传动及执行机构，如图2-6所示。1.电机 2.联轴器 3.减速器 4.圆锥齿轮1 5.圆柱齿轮2 6.丝杆轴7.导向杆轴 8.升降平台图2-6传动方案一此方案主要采用了螺旋机构作为传动机构。螺旋机构:螺旋传动机构一般是将螺旋运动变成直线运动，或反过来将直线运动变为旋转运动的机构，并同时进行能量和力的传递。按照螺旋传动的用途可分为：以传递动力为主的传力螺旋，如螺旋千斤顶和螺旋压力机；以传递运动为主，精度要求较高的传导螺旋，如金属切削机床的进给丝杠；调整零件相互位置的调整螺旋，如轧钢机轧辊的压下螺旋等，示意图如图2-7所示。图2-7螺旋传动机构示意图丝杠螺母机构稳定性以及位置精度较高，可以实现相对准确的定位。优点是：传动平稳，当螺纹升角小于摩擦角时可以实现自锁；缺点是：摩擦阻力大，效率低，仅在0.30.7之间，自锁时低于0.5，常在0.30.4之间，螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程，磨损快，低速及微调时可能出现爬行7。方案二：选择液压油箱+液压泵+换向阀作为该收集装置升降平台的驱动装置，选择液压缸作为执行机构，如图2-8所示。1.液压油箱 2.液压泵 3.溢流阀 4.三位四通电磁换向阀 5.液压油缸 6.升降平台7.背压阀图2-8传动方案二此方案主要采用了液压系统作为传动机构。液压传动系统是由液压泵、液压控制阀、液压执行元件和液压辅件组成的传动系统。液压泵把机械能转换成液体的压力能；液压控制阀和液压辅件（管道和蓄能器等）控制液压介质的压力、流量和流动方向，将液压泵输出的压力能传给执行元件；执行元件，如液压缸和液压马达等，将液体压力能转换为机械能，以完成要求的动作，实现直线运动。液压传动系统传动和控制的优点是：同其它传动方式相比，在传动功率相同的条件下，液压传动装置的重量轻，体积紧凑，并且可以实现无级变速，调速范围大。运动件的惯性小，能够频繁迅速换向，传动工作平稳。系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。缺点是：容易产生泄漏，污染环境。因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定位比传动。系统内混入空气，会引起爬行、噪声和振动8。液压缸如图2-9所示。图2-9液压缸经过分析，丝杠螺母机构传动虽然可以实现较准确的定位，但是成本较高，并且丝杠传动时要考虑丝杠两边受力平衡的问题，一旦受力不平衡就可能出现卡死的现象，因此要求调平工作必须很精确。其次，由于丝杠螺母容易磨损，磨损后会造成传动不准确或传动失效，设备需要进行调整维修后才能够继续正常工作。最后，综合考虑现场工作环境和现有设备，最终选取方案二的液压传动系统来实现收集器的升降，使用行程开关也可以实现相对准确的定位控制。通过考察现场实际的工况，堆垛成型之前的工位的设备安装位置已经确定。因此钢管滚道的高度不能做过大的调整。如果采用以上方案，将液压缸安装在升降平台的下方，直接驱动收集装置上升下降。液压缸的安装基准面势必要低于机架安装的水平基准，也就是说需要挖地坑，并且要打地基以实现收集装置的平稳安装和定位。这样一来，大大的增加了改造的难度和加工的成本，在经济性上不合理。因此，方案需要进行一定的调整。通过查找文献资料，在方案二的基础上结合叉车的起重原理，如图2-10，采用油缸+链条+导轨实现升降平台的升降动作。图2-10 手动液压叉车液压杆顶部与链轮铰接，液压杆推动链轮，通过链条提升平台，液压杆收缩，平台下降。这个方案，减小了液压缸的行程，收集装置可以与机架同一水平基准安装。至此，收集装置的方案确定完成，示意图如图2-11。1.液压油箱2.液压泵3.三位四通电磁换向阀4.液压油缸5.链轮6.导向柱7.链条8.升降平台9.导向轮 10.平衡杆图2-11收集装置示意图2.6本章小结本章主要讲了自动钢管成型机收集装置方案的设计过程，包括设计任务的介绍，设计的各方面参数和技术要求，整个自动钢管成型机运动过程的具体步骤，自动钢管成型机收集装置的方案比较、选择、调整和确定。自动钢管成型机设计的基本方案及要求如下：1.根据钢管的直径为89mm114mm，可以确定收集装置的框架大约是900mm；2.滚道末端焊接有一个高度约为80mm的挡块，主要是防止钢管直接下落到收集装置中而发出巨大的噪声；3.小车运动的距离大约为1000mm，小车上部悬臂的长度至少为880mm；4.计数器（花盘）采用棘轮机构液压驱动，总共有6个钢槽；5.收集装置升降相对平稳进行，定位相对准确；6.收集装置的安装位置不影响小车对钢管的运输，在原有的工作空间下安装；7.必须在保证安全生产的情况下，进行局部设计改进。第3章 收集模具的结构设计3.1 收集模具的形状及主要作用根据第2章钢管六角堆垛成形的特点和分析的各项参数可以确定收集装置的内框为正六边形，用于收集横截面形状为圆形的钢管，收集装置由四部分组成：底座，左挡板，右挡板，拨板。1.底座的作用：与升降平台进行螺栓固定连接，随之升降；一个侧面与左挡板进行螺栓固定连接，防止钢管往左侧掉落；另一个侧面增大钢管的安放面积增强收集装置的强度，刚度和稳定性。2.左挡板的作用:与底座的一个侧面进行螺栓固定连接，防止钢管往左侧掉落；根据钢管的尺寸，改变安装位置，实现多尺寸钢管的使用。3.右挡板的作用:与油缸液压杆进行螺栓固定连接，使其能够通过油缸的带动，沿着底座侧面的滑槽进行横向移动；通过横行移动，便于卸下钢管；右挡板由两块板通过4个螺栓固定联接，主要起的就是加强固定作用，还可以根据钢管的尺寸更换其中一块板以实现模具多尺寸钢管的使用。4.拨板的作用：与液压油缸的活塞杆栓接，随着活塞杆实现其横向移动；在堆垛4层后，伸出靠紧钢管防止钢管从左侧掉落。3.2 收集模具的材料选择由于钢管堆垛成型机收集工作时，将会产生一定的冲击力但冲击力不大，并且载荷比较稳定。由参考文献10可以分析收集装置各个部件的主要材料选择及其原因。底座：根据底座的作用和底座的主要技术参数，可知底座主要受到钢管对它的压力，且有一定量的冲击载荷，故可以选择ht200作为材料，ht200强度较高，耐磨性好，减振性好；铸造性能好，适用于承受较大载荷或较为重要的零件。故采用该材料可以达到生产的要求。收集模具底座结构如图3-1所示。图3-1 收集模具底座结构图左挡板：根据左挡板的作用和挡板的主要技术参数，可知左挡板主要受到钢管对它的压力，且有一定量的冲击载荷，故可以选择ht200作为材料，ht200强度较高，耐磨性好，减振性好；铸造性能好，适用于承受较大载荷或较为重要的零件。故采用该材料可以达到生产的要求。左挡板结构如图3-2所示。图3-2 收集模具左挡板结构右挡板：根据右挡板的作用和挡板的主要技术参数，可知右挡板主要受到钢管对它的压力，且有一定量的冲击载荷，故可以选择ht200作为材料，ht200强度较高，耐磨性好，减振性好；铸造性能好，适用于承受较大载荷或较为重要的零件。故采用该材料可以达到生产的要求。右挡板结构如图3-3所示。图3-3 收集模具右挡板拨板：根据伸出挡板的作用和挡板的主要技术参数，可知伸出挡板主要受到钢管对它的压力，且有一定量的冲击载荷，故可以选择ht200作为材料，ht200强度较高，耐磨性好，减振性好；铸造性能好，适用于承受较大载荷或较为重要的零件。故采用该材料可以达到生产的要求。伸出挡板结构如图3-4所示。图3-4 收集模具拨板3.3本章小结本章主要讲述了堆垛成型部分收集模具的设计过程，介绍了收集模具装置的形状和主要作用，并且根据其作用对收集模具各个组成部分的材料进行了选择，完成了零件结构的设计。第4章液压缸的选择及传动部分的结构设计4.1 升降平台用液压缸的选择4.1.1 类型选择此处液压缸主要的作用是液压杆推动与之顶部铰接的链轮，再通过链条提升平台。查文献8第六章液压缸的类型，可以看出液压缸按供油方向分为单作用缸和双作用缸。单作用缸中液压力只能使活塞单方向运动，反方向运动必须靠外力实现；双作用液压缸可由液压力实现两个方向的运动。根据设计要求，升降平台的速度和行程位置需要相对准确的控制，故选用双作用液压缸，便于控制系统进行控制。鉴于，通用液压缸用途较为广泛，适用于机床、车辆、重型机械、自动控制等的液压传动，已有国家标准和国际标准规定其安装尺寸。可以直接选用标准化系列的油缸。首先，分析可知此处油缸作用是推动升降平台，最多需要举起装有37根钢管的收集模具，根据工厂所给实际的数据，每一根钢管的质量大约为55kg，故37根钢管的质量大约为2035kg。因为收集模具自身也有重量，且估计工件自重约为165kg，即2200kg。该设备的机构不仅仅只有一套这样的产品，它需要对称分布两个这样的平台，故如果按总共有两套这样的机构，则每一个液压缸活塞杆至少要承受1100kg的重量，即要承受11000n的压力（此处重力加速度取g=10n/kg）。其次，分析该设备的工况可知，工作强度高，环境恶劣，需要工作可靠的液压油缸，以保证设备寿命足够长。最后，查手册可知液压缸主要有以下几类：工程机用液压缸、车辆用液压缸、冶金设备用液压缸、重载液压缸、多级液压缸等产品。综合考虑，升降平台用液压缸选用uy型液压缸：uy型液压缸为重型机械企业标准产品，该型液压缸为液压及重型机械专门设计，属于重负荷液压缸，工作可靠，耐冲击，耐污染，适用于高温、高压、环境恶劣的场合，广泛用于冶炼、铸轧、船舶、航天、交通及电力等设备上。4.1.2 参数计算及型号确定油液作用在单位面积上的压强：(pa) (4-1)式中，f：作用在活塞上的载荷，n；a：活塞的有效工作面积，m2；根据工厂提供经验，液压泵输出为中低压，取p=5mpa，则由式4-1可得，活塞的有效工作面积：(4-2)经过理论设计，选择液压缸的型号：uywf2263500-10mpa，其主要参数如表4-1所示。表4-1 液压缸之一的参数液压缸类型活塞面积液压缸直径活塞杆直径工作压力最大行程安装方式双作用活塞缸31.17cm263mm45mm10mpa500mm尾部法兰式4.2 右挡板用液压缸的选择此处的液压缸的作用主要是：在7层钢管堆垛成型，并且打包好后，推动右挡板横向移动，以便于钢管的运离。由其作用可知所需推力不用很大。参照升降平台用液压油缸的选择过程，通过理论设计，选取液压缸的型号为：uyjg2240250-10mpa,其主要参数如表4-2所示。表4-2液压缸之二的参数液压缸类型活塞面积液压缸直径活塞杆直径工作压力最大行程安装方式双作用活塞缸12.57cm240mm28mm10mpa250mm脚架固定式4.3 拨板用液压缸的选择此处的液压缸的作用主要是：在堆垛4层后，在其余每层钢管摆放好后，推动拨板靠紧钢管防止钢管从左侧掉落。在7层钢管堆垛成型，并且打包好后，拉动拨板横向移动，以便于钢管的运离。由其作用可知所需推力不用很大。参照升降平台用液压油缸的选择过程，通过理论设计，选取液压缸的型号为：uyjg2250400-10mpa,其主要参数如表4-3所示。表4-3液压油缸之三的参数液压缸类型活塞面积液压缸直径活塞杆直径工作压力最大行程安装方式双作用活塞缸19.63cm250mm36mm10mpa400mm脚架固定式4.4 液压油缸活塞杆的校核活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种用力，必须有足够的强度和刚度，在活塞杆运动时还要考虑到稳定性的问题。4.4.1 活塞杆强度的校核查文献11知，活塞杆在稳定工况下，如果受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：(mpa)(4-3)式中，f：活塞杆的作用力，n；d：活塞杆直径，m；:材料的许用应力，无缝钢管=100110mpa,中碳钢（调质）=400mpa。由4.1.2液压油缸的选择知，f=11000n，d=0.045m，则该液压缸的活塞杆强度：由以上计算结果可知，显然该活塞杆的强度符合要求。4.4.2 活塞杆弯曲稳定性的校核液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径d与活塞杆的计算长度l之比大于10时（即）,应该校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。已知l=500mm,d=45mm,则，需要进行相关校核。这里在无偏心载荷的情况下计算，有材料力学知，受压细长杆，当载荷力接近某一临界值时，杆将产生纵向弯曲。且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大，以至屈曲破坏。对于没有偏心载荷的细长杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。等截面计算法是把钢筒的惯性矩看成与活塞杆相同，这与实际情况差别较大，因而这种计算方法得到的临界载荷pk值趋于保守。采用非等截面计算法得到的pk值，与实际情况接近。其计算公式为：(4-4)式中，:活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷（n）；:形状系数；e:活塞杆材料的弹性模量，对于钢，取为pa；j:活塞杆截面的转动惯量（m4），实心活塞杆；空心活塞杆（其中，d为活塞杆的直径（m），d1为空心活塞杆外径（m），d2为空心活塞杆内径（m）；l：活塞杆计算长度，即活塞杆在最大伸出时，活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离（m）；一般在实际使用时，为了保证活塞杆不产生纵向弯曲，活塞杆实际承受的压缩载荷要远小于极限载荷。即(4-5)式中，：安全系数，一般取=24。查文献9图23.6-69，得出k=0.31。又知活塞杆材料为钢，e=2.11011pa；活塞杆的转动惯量j：(4-6)已知活塞杆的计算长度l=1.323m，则可以计算出：(4-7)kn由活塞杆的工况知，实际承受的压缩载荷p=11kn。p=11knn=18.35n综上所述，该液压油缸的活塞杆在实际使用过程中不会产生纵向弯曲，符合要求。4.5 升降平台的结构设计升降平台参照了手动液压叉车的结构。手动液压叉车也被称为手动堆高车是一种高起升装卸和短距离运输两用车，由于不产生火花和电磁场。适用于汽车装卸及车间、仓库、码头、车站、货场等地的易燃、易爆和禁火物品的装卸运输。该产品具有升降平衡、转动灵活、操作方便等特点。根据实际工况及所需完成的动作，升降平台采用如图4-1所示的结构。图4-1升降平台结构图悬臂杆与收集模具的中部平板用螺栓固结，实现升降平台带动收集模具做竖直方向的运动。两侧的导板上安装有导向轮，两组导向轮所在的平面与竖直平面存在一定的夹角。升降平台安装在导向支架上，两组导向轮分别靠紧导向槽的两侧面，导向槽同时起到导向和承受载荷及弯矩的作用。收集装置导向架的结构如图4-2所示。图4-2 收集装置导向架结构图考虑到，升降平台的悬臂平杆主要受到装有钢管的收集装置对它的压力而产生的弯矩影响，故应该选优秀碳素结构钢20，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴以及冲压件、焊接件，有时也用于制造渗碳件，故采用该材料可以满足任务要求。平杆的材料：20，热轧槽钢，型号为18a,b=400mpa，由其工况可知平杆受较大的弯曲应力，因此需要进行强度的校核：平杆的受力图如图4-3所示。图4-3平杆的受力分析图查文献表1-1-92，知，惯性矩ix：(4-8)其中：=17.2mm=0.0172m=68-17.2=50.8mm=0.0508mh=e1-d=17.2-7=10.2mm=0.0102mm4抗弯截面系数wx：(4-9)画出平杆的弯矩图4-4所示。图4-4平杆的弯矩图则平杆在最左端受到的弯矩最大，即(4-10)pa=135.6mpa故，升降平台的悬臂平杆满足要求。4.6链条的选择链条的作用主要是在轴承的推动下竖直提起升降平台。设计链条的速度v=0.08m/s，已知链轮半径r=63mm，则链轮转速：(4-11)r/min12r/min收集装置上升所需的最大功率p0(kw)：(4-12)w=1850w=1,85kw式中，为链轮链条传动效率。由双排链，知kw。由于该设备的机构不仅仅只有一套这样的产品，它需要对称分布两个这样的平台，故如果按总共有两套这样的机构，则：kw。查文献5图13-2-2，选取链条的型号，取12a型滚子链。在低速（m/s）重载链传动中，链条的静强度占主要地位。如果仍用典型承载能力图进行计算，结果不经济，因为承载能力图上的安全系数远比静强度安全系数大。但进行有限寿命计算时，若要求使用寿命过短，传动功率过大，也需进行链条的静强度验算。链条静强度计算式：(4-13)式中，n：静强度安全系数；q：链条极限拉伸载荷（抗拉载荷），n；f1：工况系数；ft：有效圆周力，n；fc：离心力引起的拉力，n，；q：链条质量，kg/m；v：链条速度，m/s；ff：悬垂拉力，n，在和二者中取大值， (4-14)(4-15)式中，kf：系数；a：链传动中心距，mm；：两轮中心连线对水平面倾角；np：需用安全系数，np=48。查文献7表13-2-1得，q=62.3kn，f1=1,(4-16)nn(4-17)nn由于此处链条并不是典型双链轮传动形式，而是起重用链条，所以存在链传动中心距a和两轮中心连线对水平倾角，则ff=0n。=5.39已知，np=48，n在这个范围之内，综上，满足条件，符合要求。4.7横轴的校核横轴的材料已选定为45钢，调质处理，=640mpa。横轴的结构图如图4-5所示。图4-5 横轴结构图已知两链条受力f1=11000n，则横轴两端受力f=22000n。由其工况可知横轴受较大的弯曲应力，一旦出现过载现象会造成横轴弯曲，零件失效，无法运动。因此需要进行强度校核，且需满足。横轴的受力图如图4-6所示。图4-6 横轴的受力图画出横轴的弯矩图，图4-7所示。图4-6 横轴的弯矩图由弯矩图可知，横轴中间部位所受弯矩最大，nm直径mm。抗弯截面系数：mm3=8946mm3=m3=293mpa故，横轴满足强度要求。第5章 其它零件的设计与选择5.1润滑与密封润滑是用润滑剂减少摩擦副的摩擦和降低温度，或改善其他形式的表面破坏的措施。合理地选择与设计润滑方法和润滑系统和装置，对降低摩擦阻力，减少表面磨损和维持油温，使设备具有良好的润滑状况和工作性能，保证设备高效运转，节约能源，延长使用寿命，具有十分重要的意义。在摩擦表面之间加入了润滑剂，不但能够降低摩擦、减轻磨损，还能起到保护零件不受锈蚀的作用，而且在采用循环润滑的时候，还能起到散热降温的作用。润滑剂可以分为气体、液体、半固体和固体4种基本类型。在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂。它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、二氧化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可以作为气体润滑剂，其中用的最多的是空气，它主要用在气体轴承中12。使用润滑脂，密封简单，不必经常加换。这对高速电机、自动装置和不易加油的机的润滑有重大的意义。润滑脂受温度影响不大，对载荷性质、运动速度的变化等有较大的适应范围，在垂直面上不易流失，可以填平粗糙平面，减少磨损，并能在往复运动的机构中起缓冲作用，避免爬行，消除震动。但是流动性差。导热系数小，不能做循环润滑。综合考虑，本设计中采用润滑脂润滑。5.2其他零件的设计和选择其他用于连接的螺栓、螺母、螺钉、垫片等，根据经验可以查阅机械设计手册，选用标准件。因为选择标准件有其优越性：1.能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广泛的零件进行大量的集中制造，以提高质量，降低成本；2.统一了材料和零件性能的可靠性；3.采用了标准结构，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，同时也简化了机器的维修工作。5.3 各零件的相互配合选用合理的公差和配合，是机械设计中的一项重要工作，它对产品的质量，互换性和经济效益都有重要的影响。公差与配合的使用主要解决以下问题：1.公差与配合标准的适用条件和应用范围；2.基准制的选用；3.公差等级的选用；在对零件标注时，主要考虑的是：规定适当的公差项是确定采用公差原则，给出公差值，对位置工程还应给定测量基准等。这些要求最后都应该按照国家标准的规定正确的标注在图样上。正确合理的选用公差等级的原则是：在充分满足适用要求的前提下，考虑工艺的可能性，尽量选用精度较低的公差等级。5.4 绘制装配图及零部件图表达机器或部件的图样称为装配图。在进行设计、装配、调整、检验、适用和维修时都需要装配图。首先要绘制装配图，然后再拆画零部件图。装配图要反映出设计者的意图，表达出机器和零部件的工作原理、性能要求，零件间的装配关系和零件的主要结构，以及在装配检验、安装时所需要的尺寸数据和技术要求。总 结本科阶段的毕业设计是整个大学四年专业学习的一次总结和汇报。在选择设计题目时，我就特别重视，在整个设计过程中，我更加体会到毕业设计的重要性。在此次毕业设计中，学到很多知识，总结如下几点：1.课题分析。在接到毕业设计题目后，认真翻阅了指导老师提供的资料，对课题进行了深刻的分析，并向老师请教了设计中的一些疑点、要点及难点。2.设计方案选择。通过文献检索，罗列出多种可以完成设计题目要求的技术方案，然后对于不同种类的技术方案进行对比分析从而选择最优化的方案。3.机械机构的设计。技术方案选择制定完成后，需要绘制出机构示意图，之后进行装配图与零件图的绘制。在绘制零件图的过程中，首先需要考虑到零件的结构设计，其次是零件的材料选择，最后是零件的加工公差要求和粗糙度要求。这些以前没有真正去手册上查过，在做毕业设计的过程中，会慢慢发现之前上的几门专业基础课及专业课的课本上的知识点，在学习的时候并没有掌握，现在再回过头翻阅时，就会理解到这些知识的必要性和重要性。在绘制装配图的过程中，在组装零件的过程中会发现零件之间有的会出现干涉，需要进行来回反复地修改直至达到装配要求。另外，零件之间的配合安装要求，这些要根据实际的工况要求进行选择设计。在设计过程中，在指导教师的悉心指导下，收获很多，也清楚地认识到自己的专业基础知识比较薄弱。4.图形的绘制。在制图过程中，用的是autocad绘制图形。在这次毕业设计之前，自己的三维想象能力不好，并且autocad运用的也不够熟练。经过这段时间的训练，感觉自己的autocad使用比较熟练，绘图速度与绘图质量都得到一定程度的提高，为以后的就业打下一个好的基础。5.设计经济性与安全性的考虑。设计中除了考虑装置机构的合理性之外，还要考虑安全性与经济性等现实情况，尤其是经济性方面的考虑，这个方面的因素在实际的设计工程中也显得非常现实。6.设计者的责任心。在实际的实用要求上，作为一位设计工作者需要考虑实际的使用情况，设计的质量直接影响装置的实用要求，所以责任心在设计中非常重要。以上便是在毕业设计过程中的总结，最后，在各方面的支持和帮助下，顺利的完成了毕业设计。通过对其结构的分析，以及材料的选用，提高了机械设计过程中所需要掌握的一些基本技能，包括对方案的提出和确定，进行参数设定，材料的选择及零部件的设计，设计基本完成以后的进一步校核和优化。这