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3800吨全自动液压压砖机（主机)设计 已传 3800 全自动 液压 压砖机 主机 设计

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1 引言1.1全自动液压压砖机的简介陶瓷液压压砖机(以下简称压机)是现代陶瓷生产线的核心关键设备，是机、电、液、气一体化的高技术专用设备。说它关键，主要是它前连原料加工，后接干燥烧成，若压砖机出现故障，则全线停工。说它专用，主要是出于特殊的物料（含少量水的喷雾干燥颗粒状泥粉料）及成形工艺技术（按照特定的升压曲线实施多次加压及排气），而一般的压力机显然是不能用于压制陶瓷砖的。作为陶瓷生产线的关键设备全自动压砖机显出示许多的优点：压机采用液压传动对砖胚施加等静压力，工作平稳，有利于胚体压制成行。采用液压传动可非常方便地实现对压制力、速度、时间的调节控制，并保持稳定，使压机动作很好的符合陶瓷工艺的要求；容易实现压机的大型化和自动化；胚体成型好，强度高。现代全自动液压压砖机都看其有可靠性、重复性、调控性、耐久性、效率等。本毕业设计主要研究宽体压砖机，以提高生产效率，节约生产成本，获得更好的经济效益。1.2全自动液压压砖机在国内外的生产状况及发展趋势1.2.1 国内外压砖机的生产概况1 国内：当今的中国，是世界上公认的墙地砖的生产大国，有着世界最大的陶瓷压机市场。但直至20世纪80年代末，陶瓷压砖机仍是我国建陶企业唯一需要全部引进的装备，其主要来自意大利和德国。中国陶瓷压砖机从最早开始研发到今天成为压砖机生产大国,其间经历了二十多年的艰难的历程。今天国产压机不仅可以替代进口的压砖机，而且可以大批量的出口外国，这是一个具有历史意义的重大的转变。国产压砖机的主要技术参数、主要技术性能和整体水平已接近国外现代压砖机的先进水平，而且差距在不断缩小，但是国产压砖机行业发展时间短，发展开发过程中存在一些问题也是难免的，制造企业还应该不断提高产品质量，进一步降低成本，提高自身的竞争力，在巩固国内市场的同时，应积极开拓国际市场，只有在国际市场上占有一席之地，才真正证明国产压机的成功。07年广东科达机电宣布其自主研制的7800吨压机研制成功，标志着我国也步入了压机大吨位压机市场。经过10多年的不懈努力,国产压砖机取得了长足的进步,无论从外观和结构方面都经过了不断的优化、创新,但与国外压砖机相比还有较大差距。例如铸、锻件的质量问题就是国产压砖机与进口压砖机最明显的差距之处,故国产压砖机看上去总是显得粗糙、笨重。所以国产压砖机的研发,要立足国情,可以用好的结构,适合国情的结构来弥补国内制造业的不足。梁体的优化就是要最大限度的减少应力集中的危害,使梁体的应力场趋向均匀,在确保梁体刚度足够的前提下,可以适当减轻重量。同时梁体的优化还要有利于铸造工艺,例如优化时可以通过改变结构将铸造缺陷的密集区设计为低应力区以排除日后可能发生的隐患。为了满足陶瓷生产的需求,科达机电推出宽体压机，有KD3800、KD3200、KD2100。在一定的压力下，加宽工作台的，可以提高生产效率。宽体压机可以降低主电动机的功率，可以提高压制频率，还可以提高其工作的稳定性、节能、改变外观等，研究宽体压机还是很的意义的。通过现代的设计方法，对其进行设计，改变压机大小的、重量、受力情况、寿命等，对宽体压机将来能更好的适应市场和受到使用厂家的信赖好评给以保证，降低生产成本，为生产厂家获得更大的利益。宽体压机节能，提高生产效率，可以给使用厂家带来更大利益，降低能耗等。2 国外：近十几年来，国外的压砖机发展非常快，主要标志是，随着科技的进步，全世界生产压砖机的主要产家如德国的莱斯公司、道尔斯特公司等，意大利的萨米克公司、西蒂公司、维高公司、纳萨蒂公司等，日本的日型公司等一些公司不断推出结构日益完善，生产效率和自动化程度不断提高，多种结构形式的新型墙地砖成形液压机。国外的压砖机现在都在向美观，大吨位，高精度，高效率，节能控制，多功能自动化程度更高和机器的动作更加符合料压制成型的工艺要求的方向发展。1.2.2 现在压砖机的发展趋势随着陶瓷砖压砖机技术的日益进步，现代陶瓷液压压砖机无论从主机结构还是液压控制技术方面都和早期的压砖机大有不同。例如主机结构较多的采用经过不断优化的各种新型结构以及预应力结构，使压砖机的主机精度、可靠性和抗疲劳性能得到较大的提高；而近年来较多的采用先进的液压伺服比例控制技术,使压砖机的压制动作更加的柔和、平稳,压制力更加准确。这些都为现代建筑陶瓷业生产多变的高档墙地砖创造了非常有利的条件。现代陶瓷砖压砖机主机结构的研究与开发就是要以最佳的、最合理的结构,尽可能少的原材料消耗,获得最理想的实用效果,包括主机精度、综合性能以及抗疲劳性等。但要做到这一点,就需要我们付出很多的努力,不断地总结经验、学习和研究。1.3 CAD/CAE在设计中的应用计算机辅助造型以及有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的CAD/CAE技术,广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中,成功的解决了许多复杂的设计和分析问题,已成为工程设计和分析中的重要工具。1 计算机辅助设计CAD 计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称CAD。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。2 计算机辅助工程CAE CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。有限元分析过程可以分为以下三个阶段： 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化。 1.4 本设计研究的内容和意义 众所皆知，随着我们国家的政策和我们国人自己意识到纯粹的简单的模仿别的国家的机器与不能在满足我们国家经济高速公路发展的要求，近些年来我们自主设计创新的机械产品已经越来越多。只有我们有生产出有先进水平的机械，才能真正的摆脱国际上一些强国对我们的控制，才能使我们生产出来的产品更具有竞争力，我们国家才能步入国际强国的行列。本设计设计的是3800吨全自动液压压砖机（宽体）的机械部分的设计，采用现代的设计方法，对压砖机的机架进行详细设计。用现代的设计方法和技术，实现对压砖机的设计制造，以优化压砖机，减轻压砖机的重量，节省材料等，提高其可靠性、重复性、调控性、耐久性等。陶瓷液压压砖机(以下简称压机)是现代陶瓷生产线的核心关键设备，是机、电、液、气一体化的高技术专用设备。说它关键，主要是它前连原料加工，后接干燥烧成，若压砖机出现故障，则全线停工。通过这样的设计可以减少压砖机的故障率，可使压砖机的寿命更长。而研究宽体压砖机，以提高生产效率，节约生产成本，获得更好的经济效益。本项目研究3800吨全自动液压压砖机的机械部分，为了提高效率，可以把压机的工作台的加宽。3800吨的压砖机增加工作台宽度可同时进行压制多块墙地砖。研究3800吨的压砖机的机械部份，用PRO/E画出其三维模型,然后用ANSYS软件对其有限元分析代替传统的方法，优化设计，以节省材料。目标实现压砖机同时实现压制墙砖600mm*600mm(3片)，360mm*450mm（6片/次），450mm*600mm(5片/次)，500mm*500mm(4片/次)。实现压砖机的最优设计（减轻重量、提高疲劳强度等）。2 设计原理最早有压砖机是采用螺旋传动，而螺旋传动只能传递较小的压制力，一直制约的压砖机的发展，直到后来人们引入了液压的传动，使压制力有很大的提高，压制出各式各样规格的砖，大大提高了生产效率。下面我们介绍一下液压压砖机的原理。2.1 液压压砖机工作原理 图1-4 液压压砖机的工作原理1小柱塞 2大柱塞 3坯体液压压砖机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力传递能量的机器。其工作原理如图1-4所示。2.2 液压压砖机主要特点 根据液压压砖机的工作原理可知，压砖机采用液压传动具有以下特点：（1）容易实现大型化。因为油压和活塞的面积可在较大范围内变动，压制力F=AP，只要增大活塞面积A和提高油压力P，就可得到大吨位的液压压砖机。目前已有公司宣称研制出一万吨液压压砖机就是证明。由此可知采用液压传动的压砖机容易获得更大的工作压制力，以满足压制大规格制品的要求。（2）可方便地对压制过程的压力、速度、保压时间等参数实行调节和控制，使各项压制参数满足压制成形工艺的要求。（3）对砖坯施加的压力为静压力，因此工作平稳，有利于砖坯的压制成形。（4）容易实现压砖机的自动化操作。3 总体方案的论证和选择全自动液压压砖机主机部分（又称机械部分）主要由机架、压制油缸、增压缸、顶模装置、布料装置及排气、安全装置等组成。本设计主要研究机架和压制油缸的选择。3.1 压制油缸的选择 本设计将先择活塞式的油缸，油缸倒置并将其和活动横梁做成一体，即倒置式组合主油缸。 改善了活动梁的受力状态, 使压制力更加均匀, 有利于坯体成形。现在压砖机的油缸主要有两种形式一种是活塞式油缸（图1-4（a），别一种是柱塞式(图1-4(b)。下面我们将通过比较。确定选择哪一种油缸更符合本设计的要求。塞式油缸被活塞分隔为两个腔，因此可以获得正反两个方面的运动。当活塞腔通入高压油，活塞杆腔回油时，即为工作行程；当活塞杆腔进油，活塞腔回油时，则可实现回程，故不需单独设置回程缸。它属于双作用油缸。由于活塞式油缸不需另设回程缸，所以结构紧凑，零件少，安装空间小。活塞在运动时，除了活塞杆有导向作用外，活塞沿缸壁滑动，也具有导向作用，且导向长度较长，所以活塞式油缸导向性能好。活塞缸密封件的寿命较长，原因是高压端的密封填充件的微小渗漏属内泄漏，只要不影响使用性能，密封件产生的一些微小泄漏可继续使用，不必更换。柱塞式油缸是一种单作用油缸，只能从一个方向加压，所以要靠另外的油缸实现回程。柱塞在油缸中上下移动时是在导向套（环）中滑动的。一般导向套长度较短，为了加长导向距离，以便承受较大的偏心力矩，可在柱塞的两端安装导向套。此外回程缸的另一个作用是用于导向作用。柱塞缸的密封的寿命较短，原因是柱塞缸一端通高压油腔，另一端直接与大气相通，密封件两端的压力差较大，而且有微小的渗漏，都会污染环境和坯体，均影响使用，必须进行更换。柱塞在导向钢套中作往复运动，偏心载荷断还会发生倾斜，因此校塞表面必须具有足够的硬度及光洁度，以免过早磨危或因表酣拉毛，拉成沟潜而导致损坏。校寒表四拉坏后，会直接影响密封寿命，引起高压液体的漏损，甚至每隔半月就必须换一次密封，严重影响生产。通过上面的比较我们将选择活塞式的油缸。油缸的装也有两种形式一种是正常安装与上梁做一体（图1-5），一个是倒置安装下梁做成一体（图1-6）。一般情况下，油缸安装在上横梁上，活塞杆与活动横梁相连。大吨液压压砖机采用将活塞式油缸倒置的结构，即将活塞杆与上横梁固连，活塞杆固定不动，而将油缸与活动横梁做成一体，让缸体活动横梁作上下运动。工作原理同普通活塞式油缸一样，但具有如下优点：增加了活动横梁受力面积，大大改善了活动横梁的受力状态，相对提高了活动横梁的刚性，使其受力变形小，使砖坯压制力更加均匀，有利于砖坯的压制成形，提高砖坯压制质量。压制油缸倒置可使上横梁的结构大为简化，从而大大减少其加工难度，同时不需在上横梁加工出油缸，因而使上横梁的强度得以大大提高，并可减小主机尺寸。由于倒置式有以上显著的优点，本设计将选择倒置式的。主油缸与动梁合一结构是大型压砖机的结构形式（如图1-6）。主油缸采用筒形无缸底结构，利用动梁的上平面作为油缸底部，通过柔性联接和独特的密封结构将主油缸和动梁联成一体。除具有油缸倒置结构的优点外，另外与带缸底倒置油缸结构相比，运动部分的重量大大减轻，有利于提高压砖机的运动速度及工作频率；油缸的重量减轻50%以上，主机高度可适当降低，并彻底解决了带底油缸的缸体与缸底连接部位的应力集中难题。 综上所述，本油缸将使用活塞式油缸，而且倒置，油缸做成一体。3.2 机架结构形式的选择机架是承受压制成形时的全部载荷，因此机架的强度和刚度对整机的性能影响较大。 目前，在陶瓷墙地砖的生产过程中，压砖机是陶瓷粉料干压成型的关键设备，因而压砖机框架刚性的好坏在一定程度上影响了陶瓷墙地砖坯体的质量及成坯率的高低。具体说来就是压砖机框架的刚性好，框架变形极小，所压制的坯体致密度、机械强度及成坯率等都较高;反之，坯体致密度、机械强度及成坯率等都较低，严重时，甚至成不了型，压不成坯体。所以说研究和探讨压砖机框架的设计计算，合理地提高框架的刚性，有效地减少框架的变形，能极大限度地提高陶瓷墙地砖坯体的质量及成坯率。目前常用的机架的结构形式有梁柱组合机架、拉杆套筒梁柱组合机架、钢丝缠绕机架，通过下面的比较选出最佳的机架方案是拉杆套筒梁柱组合机架。拉杆套筒梁柱组合机架（图1-1）。由上、下横梁与四根立柱用螺母连接而成，立柱由拉杆及套在其外面的套筒组成。装配时，拉杆两端分别穿过上、下横梁的通孔，再用专用千斤顶将拉杆拉长（也可加热使之伸长），最后用螺母拧紧。这样，拉杆受一个预拉力，全长预紧。拉杆受拉而套筒受压，使上下横梁构成一封闭的戒框架，整机的刚性好，强度大。工作时，机架承受的为脉动载荷，循环特征r=0。立柱施以预拉力后，脉动载荷与预拉力叠加，改变了载荷的性质。如果设计得当，载荷的循环特征可大些，载荷性质接近于静载荷。这样一 来，拉杆就可以材料的屈服极限而不用持久极限特征来进行强度校核，材料的能力得到充分的利用，拉杆截面可以做小一点。3800吨压砖机是中等压力的压砖机用拉杆套筒梁柱组合机架的结构形式完全能够满足要求。梁柱组合机架（1-2），虽然结构简单，在制造和装配都比拉杆套筒梁柱组合机架简单，成本低，但是在压制的时候产生较大的变形，强度和刚度都不够，只适合吨位小的压砖机，不适合3800吨压砖机。钢丝缠绕机架(图1-3)，是现在世界上大吨位压砖机比较常用的一种机架形式，由上、下两个半圆梁及两立柱用预应力绝缘缠绕而成。通过预紧钢丝对梁柱施加足够的预紧力，使梁柱上的拉应力大部分转化为压应力，这样就大大消除了由于拉应力引起的疲劳裂纹扩展的隐患，提高了压砖机机架的疲劳强度和刚度。在我们国内这种形式的机架用的比较少，技术还不是很成熟，在制造和装配有一定的难度，造价成本高，而且其主要用于大吨位的压砖机3800吨压砖机是中等压力的压砖机用拉杆套筒梁柱组合机架的结构形式完全能够满足要求。综上所述，本设计将选择拉杆套筒梁柱组合机架。4 压砖机各主要零部件的设计4.1 各零件的结构设计4.1.1 主机的结构 从前面方案的选择中我们选择了现在比较常用的拉杆套筒式的梁柱式的结构形式，如下图（3-1）所示3-14.1.2 上横梁的结构设计 我们才用梁柱式的结构，上横梁要开四个立柱孔，。为了结构的美观我们将把充液箱放在在上横梁做成一体，即上横梁上表面要开一个孔，做为充液箱。活塞杆和上横梁才用法兰连接，连接处有一孔。螺母连接处要有沉孔，和套筒、法兰连接处都要有凸台。为了节省材料，内部可以适当的挖空。其结构简图，如图（3-2）所示。形状尺寸要求立柱孔一般比插入端大1-2mm。立柱螺母锁紧的表面（沉孔表面）平面度0.与活塞接触的表面平面度取0.1，垂直度（相对于轴线）0.05 4.1.3 活动横梁的结构设计 由于我们才用油缸倒置的形式，我们将去做成缸梁一体式的，活动横梁上也开有四个立柱孔，由于活动横梁在运动中的精度要求比较高，为了套筒和上横梁的接触要加导套，横梁还要放成导套的沉孔。下面还要有T型槽。如下图（3-3） 形状与尺寸的精度要求活动横梁的下表面的不平面度取0.05。对工作的平行度0.08孔前后左右的中心距偏差取0.2，孔对角方向上的公差由下面的公式（式中R、对角上孔的间距及公差；x、左右方向上的间距及公差；y、前后方向的间距及公差。）立柱孔与导套的外圆的配合精度4.1.4 下横梁（工作台）的结构设计 下横梁是主机受力比较大的一横梁，支撑着整台机器的重量和冲力，另外还要固定下横梁，安装顶模装置，还要连接布料装置，我们设计是宽体压砖机，下横梁的工作台面应该比较宽。为了保证下横梁的壁厚，对取适当的挖空，具体结构形式如（3-4）所示。 形状尺寸的精度要求 工作台面的平面度0.05 锁紧螺母与之贴全的平面的平面度0.16 立柱孔比立柱大2mm4.1.5 立柱的导向导套设计活动横梁与立柱配合外的导套是压砖机运动部分的导向装置，它对子机器的运动精度，压出来的砖的尺寸精度，模具寿命各机身受力等有很大的影响，因此导向装置的设计也是很重要的。拉杆套筒式的导向精度比较难保证，主要是由于配合面多，累积定向误差大，为了达到活动横梁的较高导向精度，我们在行动横梁导向要加导套，导套的形式用圆柱式的。为了减小加工难度，将上下横梁做成凸台形式。上面我们在设计上横梁的时候已经初步的设计了导套，厚度取20,高取40.现在我们对其进行详细设计。便于安装我们把导套做成凸式的，然后用压盖将其固定，上面还有防尘圈和毛线。其结构简图如下图所示4.2 各主要零部件的初步设计计算4.2.1立柱拉杆初步设计计算压机在工作的时候，立柱只承受拉力，套筒内承受压力。总的颈紧力Pj一般为公称压力的1.2-1.5倍。这里取1.5倍，以防止套筒与上横梁分离，使拉杆始终受拉套筒始终受压。拉杆的设计我们可以参照螺栓的设计方法进行设计。计算项目计算过程及说明结果1、受力分析拉杆的受力分析如下图所示：压砖机在工作的时候是受力情况是变化的，所以立柱受的接拉力是变化的。和螺栓受力变化一样如下图所示（机械设计 P86）其中： Q：每根立柱受的压机工作时所受所受力 Qp：立柱受的预紧力（Qp1.3F） F：工作压力（Fp/4，其中p是公称压力） Q/P: 工作过程中立柱受的预紧力 Q ：立柱受的总拉力F: 应力幅C1 : 立柱拉杆的刚度C2 : 上横梁各套筒的刚度：拉杆加载后外伸长的长度 上横梁和套筒加载后被压缩后的增量由机械设计公式得Q Qp+FQ/P = Qp - Fn-n截面所受的图如下图由Q/P = Qp - F =1.5-0.8F=0.7F由Q Qp+F1.5F+0.2F1.7F由FP/4/4 N N得Q N 相对刚度0.20.8立柱受的最大应力Q N2材料的选择本设计中的立柱的材料将选择35CrMo.35CrMo的特性系数及力学性能：屈服极限 抗拉强度弹性模量 泊松比由于立柱比较大受力也比较大，使用锻造方法对其进行加工，35CrMo这种合金钢具有良好的锻造性能。35CrMo2拉杆直径计算d初步的计算拉杆的直径d取安全系数ns=3=278Mpa由得到0.272m 对于螺纹型式一般对小于500吨的选用公制细牙螺纹。对大于500吨的选用单线细牙锯齿形螺纹(按重型机床行业标准QZBl7373选用)。查机机械零件设计手册上册499页选用大径d=300 螺距P12 中径d2=291 小径d1=279.14(螺母大径D300 中径D2291 小径D1282）。由于d1=279.14272可以满足要求。 故取d =300d =3003螺母的设计立柱螺母立柱一般有整体式与对开式两种。对于中小型液压机采用整体式较多。大于500吨的用对开式较多。材料一般选用45锻钢件。螺母高度一般取： H=11.5d螺母外径一般取： D11.8d式中d为螺纹直径设计中螺母的高度H1.2d1.2300360螺母的外径D31.5d=450由螺纹的设计中可得螺母的螺母大径D300 中径D2291 小径D1282 大径D300 中径D2291 小径D1282防松装置的设计由于立柱的螺纹连接是在变载荷的工作条件下工作，很容易松动，压砖工作是不允许出现松动，松支后不仅会存在危险，而且会影响到压砖机的压制效果，所以需进行防松设计。参照机械设计我们防松装置将采用摩擦防松中的对顶螺母。两螺母对顶后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。工作载荷变动的时候，该摩擦力仍然存在。由上面可知螺母高度为360，故我们的两个螺母高度和大于等于360，故取每个螺母的高度为180。受用对顶螺母防松螺母的高度为180疲劳强度校核由于压砖机在工作时立柱受交变应力，我们有必要对它进行强度校核。 由上面已知安全系数S=3。立柱受的最大拉力Fmax=1.7F=N，Fmin=1.5F=N，应力幅应力保持不变由机械设计=223Mpa=38Mpa根据材料力学式（11-16）其中：工作安全系数； 对称循环的持久极限； 应力幅；平均应力； 有效集中应力系数； 尺寸系数；表面质量系数; 试件材料常数，对于合金钢=0.230.3。查机械设计手册第二卷表11.6-4 立柱受抗压=我们选择的材料是35CrMo,查表得=0.28查表 螺纹连接的尺寸系数=0.5由机械零件设计手册查表6-5得有效应力集中系数2查机械设计手册疲劳强度设计表3-2得=1.7所以=1.951.7所以立住是安全立柱可满足要求4.2.2 套筒的初步设计计算计算项目计算过程及说明结果套筒厚度的设计全自动液压压砖机才用拉杆套筒形式，在工作过程中套筒始终受压，由上面立柱的设计可知套筒始终受压，最大压力即为预紧力Fmax=1.5F=N最小压力Fmin=0.7F=N在这里初步计算一下它的外径的大小，材料取和立柱的一样也是35CrMo,安全系数ns=3，则278Mpa，由于套筒和立柱是部分接触，套筒内径d初取330由得得389,这里取400套筒的校核压杆稳定性的校核疲劳强度的校核压杆稳定性的较核由材料力学 压杆稳定的校核由公式（9.8）求出 由于套筒是可简化成一端固定的，另一端铰支，=0.7。截面是圆环形，i=(初取l=1300)，所以不能用欧拉公式计算临界压力。由分公式(9.11),由于，所以上面我们杆用强度计算是可以满足要求。疲劳强度的校核套筒受交变应力，Fmax=1.5F=N，Fmin=N=190Mpa，=138Mpa由式（3-2）同上面的=417Mpa，查表得应力集中系数=1，查表尺寸的截面系数=1查机械设计手册疲劳强度设计表3-2得=1.7=2.21.7满足要求满足要求4.2.3上横梁的初步设计计算计算项目计算过程及说明结果受力分析上横梁的初步设计可以把其简化成梁的形式，本设计油缸采用倒置安装，即活塞杆与上横梁连接。活塞杆与上面接触面的力可以看成是均布载荷均布力为q。受力分析我们将采用我们学校老师自己开发的材料力学软件对上横梁的受力求出最大弯矩,受力简图如下图所示由同组设计同学，得知活塞杆的直径d=1m,所以均布力q=p/d=N/m受力分析求出力FA,FB,弯矩M由MA0,求出FB FB*AB-q*d*AB/2=0 FB= 1.6107N同理FA1.6107N剪力图如下图所示弯矩图如下图所示最大弯矩Mmax = = N.m最大弯矩Mmax = N.m材料的选择压砖机的上横梁、活动横梁、底座都是采用铸件。中碳钢有良好的韧性及塑性，强度和硬性较高，切削性能良好比低碳钢铸造性能好.参照其它压砖机本设计将采用G270-500G270-500特性系数及力学性能：屈服极限 抗拉强度弹性模量 泊松比材料ZG270-50上横梁的设计参照其它压砖机取上横梁的宽b=1400,高h=1400对其进行初步计算可采用下面这个公式其中取K1.5,W（初步设计把截面看成长方形）脆性材料安全系数可以取大点，这里ns=4则500/4125Mpa=0.49pa118Mpa135Mpa可以满足要求上横梁的宽b=1400,高h=1400 4.2.4 活动横梁的初步设计计算项目计算过程及说明结果活动横梁的设计本主设计采用电气行程开关进行限程，不是采用机械限程，通过模具垫板传递压力，故动梁仅受挤压应力和较小的弯曲应力，可以不用对其进行详细设计。参考其它压砖机取其宽b=1120,高h=400材料和上横梁的一样选择ZG270-500材料ZG270-500宽b=1120,高h=4004.2.5 下横梁（工作台）的初步设计计算项目计算过程及说明结果受力分析下横梁的初步设计可以把其简化成梁的形式，在压制过程中下横梁也是受均布载荷，均布载荷的面积即模具与下横梁的接触面积，由可压制3块600600,接触长度大概是2100,下横梁的受力简图如下图所示分析计算过程和上横梁一样剪力图弯矩图最大弯矩Mmax其中AB大约是中心间距AB初取3200CD是下模和工作台的接触面而定，一般取（0.35-0.6）倍的中心间距，由于是宽体压砖机可以比一般的大以、取0.6倍，即CD=2100 Mmax= N/m最大弯矩Mmax= N/m材料选择材料和上横梁的一样选择ZG270-500G270-500特性系数及力学性能：屈服极限 抗拉强度弹性模量 泊松比材料ZG270-500下横梁的设计参照其它压砖机取上横梁的宽b=1500,高h=1400对其进行初步计算可采用下面这个公式其中取K1.5,W（初步设计把截面看成长方形）脆性材料安全系数取高一点，这里ns=4则500/4125Mpa53.4Mpa 满足要求下横梁的宽b=1600高h=14004.2.6 充液箱的初步设计计算项目计算过程及说明结果充液箱体积的计算为了保证一定的最低液压面，以避免保保证证气体不进入管道。充液箱的体积Q式中：K充液体积相对于工作缸的容积，一般取2-2.5 n充液箱相中最大压力和最小压力的比值一般取0.7-0.75 A工作缸的面积 S活动行程由上面可知将K 值和n值代入可得，这里取 Q=4.5AS由上面我们知道工作缸的直径d=1250，活动行程S=190，所以 Q=1m3Q=1.16m3充液箱的设计我们设计成圆筒式的，初取D=1200，则h=850计算壁厚，由充液箱的最大压强取2bar即0.2MPa，用薄壁进行计算，式中P是1.5倍的最大压强，D=1200，是许用应力， 充液箱选用Q235的钢板焊接而成，安全系数取4，所以=58.755MPa所以，取=3内径D=1200，高h=850，壁厚=35 压砖机各主要零件的详细设计及用PROE建立三维模型压砖机的上横梁、活动横梁、下横梁都是用铸造的方法获得。影响零件成本90%是零件的设计过程决定。铸件的设计涉及四个方面的内容：a、即压力铸造对零件形状结构的要求；b、压铸件的工艺性能；c、压铸件的尺寸精度及表面要求；d、压铸件分型面的确定。5.1活动横梁的详细设计及三维模型的绘制1、活动横梁的总体设计活动横梁是压砖机的一个重要的运动部件，在运动中和套筒的摩擦很大要加导套，厚度可取1020,这里取10,为了装配和维修的方便立柱导套做成对开式，每个导套高的活动横梁导向部分高度，约这里取，高度80。活动横梁将采用铸造的方法进行加工，由于械设计手册铸件较大壁厚可取50，导向部分的高度取等于300，由套筒的外径d=400和立柱导套的厚度10,可确定，活动横梁上立柱孔D420,由立柱的净间距2400可以确定活动横梁的立柱孔横向间距l12820，立柱柱纵向净间距取200，刚立柱孔纵向间距l2=620，长a=3420,宽b=1140,活动横梁的导向部分的度要大于活动横梁的活动行程的一半，取300。为了节省材料可做成箱体体形式，内部做十字加强肋，厚100。由机械设计手册铸件的倒圆角,内部圆角都取30,外部圆满角都取25。设计和布置铸造工艺所需的出砂孔，出砂孔边的应力集中，也是上横梁被削弱的地方，出砂孔一般布置在弯曲应力为零的中性层附近，虽然弯曲应力为零，但还是存在较大的剪应力。砂孔的半径R100，布置在中性层上，6个砂孔，具体位置如下（4-1）三维图所示.2、型槽的设计活动横梁下表面型槽的设计，型槽是要固定模具。由机械设计手册表7-1可得取a=36,则b=60(允差+3),c=25（允差+2）,h=40,e=2，活动横梁上分布8个，具体位置有模具决定。三维图如图(5-1)所示 (5-1)5.2 上横梁的详细设计和三维模型的绘制1、上横梁的总体设计大型铸件一般都要做成箱体的形式，上横梁我们设计成箱体形式，由于上横梁受力比较大，为了保证强度和刚度，壁厚应该厚一些，这里壁厚取取100。由活动横梁左右的中心间距2820，前后的中心间距620，我们可以确定上横梁的长l=3330，宽(中间截面)b=1400，两边宽b1=1150，由机械设计手册箱体拐角处和连接处的倒圆角，由机械设计手册铸件的设计，查得内部圆角都取50，外部取25。砂孔大小取直径D100,在中性面上，在上面两个面，总共4个，对称分布。2、立柱和上横梁的连接设计由立柱d=300，取其与柱孔接触部分的直径为310,接触高度为120,上横梁与立柱的配合间隙原定为，但在实际安装的时，往往由于立柱垂直度公差叠加(两立柱同时向里或向外，对角线方向同时向里或向外偏差)，而发生装不进的现象，所以对中小型液压机，应有12mm的间隙，这里取2mm，所以上横梁的立柱孔直径为312（接触部分），接触高度h=120 梁的立柱孔高度一般是立柱径的2.53.5倍，这里取等高梁，高度1400。由上下接触部分均为120,所以不接触部分为1140，由JB-ZQ 4169-97 铸件设计规范，不接触部分的直径要大于等于342这里取345,过度处的倒圆角R=30。螺母与上横梁的接触地方加工出沉孔，沉孔的高度20，直径d470。套筒和上横梁接触的地方要做出凸台，凸台高度取20，内径310，外径420。3、活塞杆和上横梁的连接设计本设计采用油缸倒置的形式，活塞横杆与上横梁的连接形式的设计活塞杆的直径D1100,这里我们将采用螺栓连接，螺栓直接从上横梁充液箱的底部连到活塞杆综上所述，和参照目前压砖机的结构形式设计，其上横梁的结构形式如图（5-2）所示。5-25.3 下横梁（工作台）的详细设计和三维模型绘制下横梁的设计和上横梁的设计基本相似，下横梁也是箱体式，立柱孔的直径为310,配合精度为H7/h6厚度为100，加强肋条的厚度为150，直接把上表面加厚取厚300,下表面直接穿透。下横梁的长度l=3565,宽b=1500,高h=1400,立柱孔的高度h=900,结构形式和上横梁一样，螺母放在箱体内部。四周均布四个地角螺栓，对其进行固定，角螺栓取M20。期它的参数和上横梁一样。立柱孔的与立柱的接触部分长度120，所以不接触部分的长度660。 具体给构形式如图5-3所示，5-35.4 立柱的详细设计和三维模型绘制1、由压砖机的各个参数确定上横梁与下横梁的间距，从而确定套筒的长度即上横梁和下横梁间立柱的长度。上横梁到下横梁的长度由已知的活动横梁到工作台在的最大距离700、活到横梁的厚度400、油缸的高度450还有油缸与上横梁适当的间距取,故上横梁到下横梁的距离1600。立柱的上下表面开有起掉螺纹孔2、立柱上螺纹设计我们采用的螺纹是锯齿螺纹，螺距P12,每个螺母的高度180，由机械设计手册第2卷6-10中查得螺纹的退刀槽l=1.25p=15螺纹的总长度395加上过度段的长度25。3、立柱上各段长度确定由上面我们知道与上、下横梁，套筒的接触部分的直径d=310,高度h=100，过度部分的圆角R，都等于10。a段长420，b段和上横梁连接长度80，c段在上横梁内部不接触部分长度1190，g段与上横梁和套筒接触部分的长度160，f段上横梁到下横梁的长度去掉和套筒接触部分长度1400，f段下横梁和套筒接触部分的长度180，在下横梁内部不接触的部分长度740，h段是与下横梁接触的部分长度80，i段a段一样也是420，立柱总长度4670。三维模型如图（5-4）所示5-45.5 套筒的详细设计和三维模型绘制由上面我们知道套筒的长度1580，内径310（接触部分），不接触部分内径320，外径400，上下接触接触部分的高度为100，上面开有起掉孔三维图（4-5）5-55.6 螺母的设计及三维模型绘制由上面螺母设计，我们两个对顶螺母螺母的高度180，外径450。螺纹牙上的载荷分布是不均匀的，实验证明约有三分之一的载荷在第一圈上，第八圈之后几乎不受载荷。为了改变螺纹的受力。为了改变这种受力情况，我们在前三扣车出的锥度。为了保证对中心线的垂直度在0.05毫米之内。我们将采用滚压工艺方法，加工螺纹，可以显著的提高螺纹连接处的疲劳强度三维图如下图（5-6）5-66 上横梁的有限元分析 对上横梁的精确设计是在我们初步设计计算那建好三维模型之后，用有限元分析软件对其分析，得出结论，对初步设计的零件进行修改，达到对零件的精确设计.本设计使用的有限元分析软件是ANSYS10.0。用PROE建立各零件的三维模型之后，保存为IGES格式的文件，然后后导入ANSYS中去分析。在proe中三维模型的建立，由于上横梁是一个对称的的零件，在分析中为了简化分析，提高分析效率，我们在分析时只取四分之一，还有一些对分析结果不明显的特征均可忽略。把文件另存为IGES文件。把创建的IGES文件，导入ANSYS10.0中。定义材料，上横梁选用的材料是铸钢ZG 270-500，材料特性弹性模量EX210G，泊松比=0.28。定义单元类型，实体类型。网格划分，采用自动网格划分工具划分得出结点数Nodes=19558，结点单元Elements11692。添加约束和载荷、求解。加位移约束，对称面分别加上垂直于对称面的位移约束，上横梁的下底面全约束。加载荷，在活塞杆和上横梁连接处加上均布载荷（面力），大小是12101910N/m，在螺母和上横梁接触处加上均布载荷(面力)，大小是135227272N/m。求解。后处理过程（结果）由第一应力图(1-1)(1-1)可以满足要求由总应力图(1-2)可以满足要求由y方向的应变图(1-3)总应变图(1-4)7 经济分析7.1市场预测（含同类项目的国内外市场情况）陶瓷液压压砖机(以下简称压机)是现代陶瓷生产线的核心关键设备，是机、电、液、气一体化的高技术专用设备。研究3800吨全自动液压压砖机是很有意义的，在未来的几年里市场还是很大的。宽体系列压机满足现代陶瓷大产量生产要求，工作稳定可靠，技术性能先进，工作速度快，生产效率高，外形美观，整机节能，参数调控方便，工艺适应性强，一推出来将备受国内外用户的青睐。现在全世界都在提倡节能降耗,通过做宽体压机可提高生产效率和通过现代设计降低压机的故障率等可以达到目的，受各介厂家的喜欢。二十多年来我国从一个完全进口的压机到现在成为世界第一生产大国，销售从国内到国外。国内在瓷砖的销量年年都稳定增长，各个厂家都扩大自己的生产规模，在加上更个厂家的压机的都在更新，而宽体压机是他们很好的选择。压机不仅仅是我们国家对压机的需求很大，外国需求很大，再加上通过近年来我们国家对外出口的压机还是很受到好评，而且随着我们国家的生产技术的进步，都对我们的压机出口到国外创造很好的条件。在这个时候推出宽体压机将能创造很大的利益。7.2本项目的市场竞争优势、风险及市场策略 虽然现在我们国家有好几家和世界上几个老牌的公司都生产压机，但就面前的形势我们还是很有竞争优势的，首先我们研究的方向宽体压机是现在很受欢迎现在各个厂家的喜欢。其次我们有很好的合作的公司和雄厚的资金，而且我们的压机已有预定的厂家。我们已有一批很好的科研工作人员，我们其它加工设备（世界先进）已基本到位，材料供应已基本做好。在外协方面，也基本上联系好了。在设计上我们采用现在的设计方法，在加工上我们采用先进的技术。风险上，我们公司已经做好充分应对的准备，当出现问题将会很好的对付。虽然我们做好的充分准备，但是现在好多厂家也在生产同类的产品和现在都在往高吨发展，都有可能对我们构成威胁。加上现在世界金融危机，房地产比较低迷，都有可能对有可能影响到我们。但是我相信前景还是很好的。市场策略：在销售上我们公司做了很好的的准备，在生产之前就有厂家预定我们的产品。销售