毕业设计(论文)开题报告-储能式冲击锤的创新设计.doc

浙江师范大学本科毕业设计(论文)开题报告14本科毕业设计（论文）开题报告学 院工学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名李新辉学号07550115指导教师徐 洪职称副教授合作导师职称论文题目储能式冲击锤的创新设计一、选题背景和意义市场上现有的破障类产品主要有以下几种，液压冲击器、气动冲击器和电动工具中的冲击电钻、电锤等。液压冲击器是一种大型的破障设备，如安装在大型挖掘机臂上的冲击器，具有功率大，破障能力强等特点。但这一冲击器需用液压作动力，属于大型化设备，这一设备的大型化使其缺少灵活性，并且由于设备造价高，限制了设备的广泛性配备与使用。气动冲击器是利用压缩空气为动力，用冲击气缸带动冲击执行件来实现破障的装置，如风镐，操作者通过手提风镐进行破障，操作较灵活，并具有较好的破碎能力，但由于其动力源为压缩空气，因而工作时需有气站或空压机等提供压缩空气，也限制性了其使用的灵活性。对比前两者，电动工具中的冲击电锤是一种最为灵活的破碎工具，具有重量轻、操作灵活等特点。冲击锤的锤击动作是由曲柄滑块机构带动下，活塞在汽缸内往复压缩空气，空气压力的周期变化带动辅锤往复冲击钻头的顶部而实现的，其冲击能力一般作为电锤的辅助功能，如在水泥板上钻孔，冲击的目的是用高频、小能量的冲击来配合硬质合金钻头的旋转运动，从而实现在水泥地面、墙体等场合的钻孔等工作，其冲击能量小，破碎作用不是很明显。并且这一设备使用时必须借助电力，在没电的场合就无法使用。正是因为现有产品的局限性，导致在野外工作及救灾时，常采用手挖、凿子凿和镐撬等原始办法，如在汶川地震救灾中甚至采用“火烧水激”的办法来破碎，为此，如能开发一种适合于野外使用并且具有较好的破碎能力的便携式破碎工具，将极大地提高使用的方便性和救灾的效率。为此我们拟开发一种聚能式冲击锤，在这一设备中我们将用微型汽油机作动力，并通过合理的辅锤机构的设计，通过能量的聚集，使小功率的压缩产生大冲击的效果，并尽量减小其外廓尺寸，减轻产品重量，成为一种便携式的破碎、破障工具。二、国内外研究现状、发展动态1.国外的研究现状破障类产品是在采矿业与工程施工的迫切要求下开发的，早在1813年特里维西克(R.Trevithick)就发明了蒸汽凿岩机，1844年英国人布隆顿（Brompton）发明了一种以压缩气体为动力的凿岩机，但两者都因为存在很多问题而不实用。1855年法国人方丹莫罗（Fontainmoreau）第一个取得了气动凿岩机的专利.20世纪20年代德国多尔曼（Dormann）公司制造出第一台液压凿岩机，由于当时工业水平还不高,液压技术也不够完善,未能用于生产。二十世纪50年代末期,德国克虐伯（Krupp）公司研制出世界上第一台液压碎石冲击器,到了六十年代国内外出现了破碎锤和凿岩机的专利。随后瑞典、英国、美国、德国、芬兰、奥地利、瑞士和日本等国相继涌现了瑞典的Atlas Copco、Linden-Alimark公司、法国的Montabert、Emico-Secoma公司,芬兰Tamrock、Rammer公司、日本的古河Furukam矿业株式会社,美国的Garder-Denver、Ingersoll Rand公司和德国的Krupp公司等30多家专业生产液压冲击机械的大型企业，并陆续研制出了各种型号的液压凿岩机和液压碎石机，在世界范围内形成了一个新兴的工业产业。电动工具最早出现在欧洲，1895年，德国泛音（Fein）公司制造了第一台电动工具直流电钻。1946年美国出现了采用热固性酚醛塑料外壳的电钻，即第二代电动工具。80年代起，电子技术的应用使电动工具性能和水平有了很大提高，一般称之为第三代电动工具。为了使电动工具能适用于无电源场合，1991年美国百得（B&D）公司开发了第四代以蓄电池作电源的电动工具。在20世纪5060年代，由于电动工具的巨大市场需求，吸引了各国政府和企业的巨大投入，多种多样的使用功能相继被开发出来。具有冲击作用的电动工具就是这一时期出现的，最早开发出电锤的是德国博世公司（Bosch），之后日本的日立（Hitachi）、牧田Makita，美国的百得（B&D）等公司相继开发了冲击电锤。目前，有关冲击电锤的70%以上的专利均由上述这些知名国外企业所拥有，形成了技术的垄断。2.国内研究现状我国对液压冲击器的研究起步并不晚，20世纪70年代中期,国内一些科研院校就已经涉足该领域，如原北京钢铁学院、中南工学院、长沙矿山研究院和长沙矿冶研究院等，但由于当时国内液压技术整体较落后,制造水平较低，在产品研发方面一直未取得实质性突破。1984年，由长沙矿冶研究院等单位研制的SYD-400型液垫式液压碎石冲击器和YSJ-1型移动式液压碎石器在南京白云石矿通过了冶金部的技术鉴定，国家“六五”科研攻关项目SYD-2000型高能碎石冲击器和北京科技大学研制的YS-5000型液压碎石冲击器都相继通过了有关部门组织的技术鉴定，安徽惊天液压机械制造有限公司的YB系列氮爆式液压破碎锤荣获“2005年度中国机械工业科学技术二等奖”。到目前为止,国内已经有十几家单位研制生产了数十种型号的液压凿岩机和液压碎石机，形成了系列产品。冲击机械在我国的能源开发、城市建筑、隧道工程建设中发挥了越来越大的作用。对于冲击锤类的电动工具，我国最早是在1942年由当时的大威电机厂仿美国的“香槟”牌电钻制造了首台电钻， 1954年我国第一家专业电动工具制造厂成立，到20世纪60年代我国电动工具制造业初具规模，到1972年全国已有多家电动工具厂，年产电动工具达42万台。1976年我国开始创建了 “中国电动工具检测中心”、“中国电工产品认证委员会电协动工具认证站”，从此我国进入了电动工具的高速发展期，到1989年，我国已有上百家电动工具厂，产量为2140多万台，到2009年，我国电动工具厂家遍布各地，年产量已达3亿台，占世界电动工具总产量的80%。虽然国内电动工具产品在种类、规格、产量、质量上都有较大的发展，但与国外产品相比仍存在以下问题：一是自有品牌少，主要是以OEM（贴牌）为主；二是知识产权拥有少，许多核心技术均被国外大公司所垄断；三是研发投入不够，产品主要是沿用了国外的结构方案，并且在“克隆”时未能做到很好的技术消化，因而与国外产品相比，国内电动工具普遍存在外观差、噪声大、单位重量输出功率低、有电磁干扰、使用寿命短等问题。国内外一直致力于适合于无电源情况下使用的便携式工具，其中第四代电动工具就是以蓄电池为动力的，但由于蓄电池充电时也需电源，加上蓄电池输出功率有限，以微型汽油机为动力的便携式工具得到了快速发展，如森林采伐用的油锯、背负式割草机等，但到目前为止，国内外尚无以内燃机为动力的便携式破碎工具。三、研究的内容及可行性分析现有冲击锤的冲击原理如图1所示,1.曲柄滑块机构 2.气缸 3.活塞 4.辅锤 5.钻头图1 电锤原理示意图电机带动曲柄滑块机构1的曲柄转动，带动活塞3在气缸2内直线往复运动，从而压缩气缸内活塞与辅锤4之间的空气，使空气压力出现周期性变化，同时周期性变化的空气促使辅锤4来回往复运动，当辅锤向前运动时对钻头尾部产生撞击，从而实现冲击的效果。活塞与辅锤之间是一种“随动”关系，根据冲击动力学可知，当其它因素不变时，冲击力的大小与冲击速度成正比，因提高辅锤的运动速度是提高冲击力的有效途径。为此，我们提出了新的辅锤运动方式，当辅锤回到零位后，活塞继续运动而辅锤保持静止，气缸内的空气被压缩，直到空气压缩到一定程度时实现聚能后，突然将铺锤释放，使辅锤具有比传统运动方式更大的冲击速度，以提高冲击力。这种运动方式在打火机的压电点火器中已得到了成功的运用：慢慢压下打火机点火器的按钮，点火器内的弹簧被压缩，下按的能量在弹簧中聚集，当按到一定深度时，弹簧的能量突然释放，小锤敲击压电陶瓷后产生 “火花”。研究的主要内容为研究新型运动方式，设计新的结构形式：为了能使辅锤在气缸中实现停顿完成聚能，应在铺锤上设计一个机构，当辅锤回复后能使其在气缸中锁定，当气缸内的空气压缩到极限时，能触发辅锤，使其获得更大的冲击速度。应当指出由于运动方式是在曲柄滑块的连续运转中实现的，铺锤的回复、锁定、触发等动作均应利用曲柄滑块的运动和气缸内的气压变化来实现。考虑到铺锤的高速运动，触发机构应有具有高速响应的能力，并且要做到结构简单、经久耐用。四、论文拟解决的关键问题及难点为了能使辅锤在气缸中实现停顿完成聚能，关键是在气缸内触发机构的设计，实现当辅锤回复后能使其在气缸中锁定，当气缸内的空气压缩到一定程度时，能触发辅锤，使其获得快速的冲击速度。同时由于运动方式应在曲柄滑块的连续运转中实现，铺锤的回复、锁定、触发等动作均应利用曲柄滑块的运动和气缸内的气压变化来实现。考虑到铺锤的高速运动，触发机构应具有高速响应的能力，并且要做到结构简单、经久耐用。五、研究方法1.查阅文献，分析各种破碎器的优缺点，确定以“先聚能后冲击”为主要技术特征的适合于野外、救灾等场合使用的便携式冲击锤为本项目的研究方案；2.制作出实物模型，进行实验分析。六、论文的进度安排2010年9月15日-2009年9月30日查阅相关资料2010年10月1日-2010年10月30日完成开题报告2010年11月1日-2010年11月30日完成文献综述2010年12月1日-2010年12月30日完成外文翻译，论文初稿2011年3月1日-2011年3月15日，进行中期检查2011年3月15日-2011年4月30日完成论文撰写七、主要参考文献1 吕仲文.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，1997，58-97.2 马先贵.润滑与密封M.北京：机械工业出版社，1985，102-114.3 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2006：307-369.4 卜炎.中国机械设计大典第三卷M.南昌：江西科学技术出版社，2002，5-862.5 张英会.弹簧M.北京：机械工业出版社，1982，160-180.6 王启等.常用机械零部件可靠性设计M.北京：机械工业出版社，1996，256-269.7 裘文言，张祖继，崔元赏.机械制图M.北京：高等教育出版社，2003，117-244.8 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006,110-139.9 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2006,143-336.10 邓文英. 金属工艺学 . 北京: 机械工业出版社. 2002,185-26.11 郑家骧,陈桂英.机械制图及计算机绘图. 机械工业出版社, 2000.7,50-80.12 ahyera, A., Mc Donald, R.J., Koenning T.H., 1982. Predictingperformance of Joy Hefti impactors for secondary breaking. In:Proceedings of the 14th Canadian Rock Mechanics Symposium,Vancouver, May 1314, CIM special