毕业设计（论文）-筒仓成型机设计.doc

黄河科技学院毕业设计说明书 第 25 页1绪论1.1我国粮食钢板筒仓的应用发展概况我国粮食钢板筒仓技术的应用与发展起步较晚,大致经历了4 个时期: 1979 1981年为应用尝试期,主要作为粮食中转和暂存的小型钢板筒仓使用;19821984年为应用技术引进期,引进美国镀锌波纹板装配式钢板筒仓(简称装配仓) ,属于农用钢板筒仓。之后轻工部门又引进了加拿大的商用粮食钢板筒仓,主要作为原料仓或港口码头的中转仓; 1983年开始至90年代初为应用技术消化、吸收、提升期,1983年我国引进了利浦技术和SM型专用卷仓设备,开始生产制作利浦式钢板筒仓(简称螺旋仓) 。后又引进了国外装配式钢板筒仓的全套技术和生产线,在消化和吸收国外建造技术的基础上,对钢板筒仓建造技术进行了创新和发展; 1995 年后为发展期,我国钢板筒仓的建造和应用取得了较大发展,开始大批量生产、制作、安装钢板筒仓,使钢板筒仓在强度、性能、安全方面的可靠性有了一定的保证,并将其作为一种产品大量出口。我国粮食钢板筒仓的建造和使用仅经历了20多年时间,目前在粮食加工业被广泛应用于储存和运输的各个环节,成为“四散”储粮的现代化标志之一。目前建造及引进的粮食钢板筒仓大部分作为中转仓、暂存仓、原料仓、成品仓、储备仓等使用1 1.2钢板筒仓的类型1.2.1粮食螺旋钢板筒仓1968年德国人利浦发明了用SM型专用设备建造螺旋钢板筒仓(简称利浦仓,也叫螺旋仓) 。1969年在德国建成第一个螺旋钢板筒仓。我国于1985年4月建成了国内第一个螺旋钢板筒仓 2 。目前,螺旋钢板筒仓直径可以在325 m之间选择,高径比最大可达5. 75,直筒高度最大可达31. 5 m,仓容最大可达6 000 t。施工时将495 mm宽的卷板由开卷机送入成型机轧制成所需的几何形状,再通过弯折机折弯、咬口(5层) ,围绕着筒仓外侧形成3040 mm宽的连续环绕的螺旋凸条,在结构上起到加强筒仓强度的作用。其优点为自重轻、强度高、寿命长、工期短、费用低、气密性好、用途广泛、适应性强、用料广泛。缺点为受仓容限制(目前直径不超过25 m,仓容不超过6 000 t) ,不可拆卸。1.2.2螺栓装配式镀锌波纹板钢板筒仓1982年3月黑龙江省洪河农场引进美国理德公司螺栓装配式镀锌波纹板钢板筒仓,国内的庆安、迎春、齐齐哈尔等钢板筒仓公司迅速消化吸收并开发出我国第一批螺栓装配式波纹钢板筒仓。装配式钢板筒仓的墙体主要由压型钢板和Z型钢立筋组成,小仓、矮仓可以不设立筋或只设单筋(每块墙板对应1根立筋) ,大仓、高仓必须设置双筋且立筋壁厚要逐次加厚。压型钢板以卷板为原料采用辊压法在工厂预制完成,逐道辊压一次成型,波纹形成后再经过冲孔、弯弧和镀锌等工序完成预制墙板,包装后运往仓库或现场进行安装 3 。进入21世纪,江苏牧羊集团引进了美国装配式钢板筒仓全套技术及专用设备生产线,按照国外先进技术、设计软件、制作标准,在消化和吸收的基础上,进行了创新和发展,开始大批量生产、制作和安装。钢板筒仓的直径最大可达32 m,仓容最大可达15 000 t (2003年由牧羊集团在山东三维油脂股份有限公司制造,直径32 m,高度达32. 08 m,单仓仓容15 000 t) ,说明我国钢板筒仓生产、制作、安装已经达到了国际水平。其优点为自重轻、对基础要求低;标准化程度高,可以在工厂预制生产; 装配简单,机动性强,可拆卸;寿命较长;仓容适用范围大,造价较低。缺点是密封性略逊于螺旋钢板筒仓,维护成本较高。1.2.3 焊接仓焊接仓是采用钢板对接焊制而成的仓,制作时要求上下、左右焊缝必须错开。优点是气密性好、仓壁钢板厚、强度高、储粮高度较高、使用寿命长。缺点是费工费料、施工难度大、施工周期长。1.3 钢板筒仓的结构组成和储粮特性1.3.1结构组成钢板筒仓是由仓上建筑、仓顶、仓壁、仓底、仓下支撑结构及基础6个部分组成的 4 1.3.2储粮特性 多数人认为钢板筒仓储粮存在仓壁太薄、温差大、结露等现象,会损坏大豆。但实践证明只要注意控制进粮水分(一般不超过1215% ) ,增加其他有效措施,可以弥补薄壁仓的上述缺陷。钢板筒仓虽然仓壁薄,受外界影响温差很大,容易结露,但大豆是很好的绝热体,只有靠近仓壁40cm以内的粮温变化明显;钢板筒仓吸热快,散热也快。仓内由于配备测温装置,在控制室就可以进行极为方便的检测,一旦粮温有变化,可根据变化情况进行处理。因此,在仓顶设排气管道和安装轴流风机是非常必要的;并应在仓底设机械通风装置,铺设通风管道;用离心风机通风是安全储粮的有效措施;此外,还可用移动式冷却通风装置使粮食处于低温(515 )下保管。除通风外,清扫、筛选、分级、除尘以及管理上成熟和完善的办法,例如倒仓、启动仓内翻粮系统等,使大豆钢板筒仓的安全储粮有了可靠保障 5 。1.4 钢板筒仓的使用寿命人们一般只考虑粮仓的物理寿命,而忽略了其技术寿命。自从引进新技术后,人们认识到粮仓使用周期应缩短,仓库的寿命根据用途、地点和需要不同一般考虑2050年,粮食钢板筒仓工作寿命则不小于25年 4 。螺栓装配式钢板筒仓具有拆迁方便的优越性,适应粮仓变迁的要求。通过长期实践证明,采用标准材料并对钢板表面进行双面镀锌热处理或其他涂层处理,可满足粮仓使用年限的要求。此外,将镀锌钢板压成波纹形状,可大大增强其强度,牢固耐用。影响钢板仓使用寿命的因素很多,而使用、维护的好坏是关键因素。我国1982年建造的第一批装配式波纹钢板筒仓,从目前的状况分析,其使用寿命不止25年。1.5 钢板筒仓所用的材料随着钢铁工业的迅速发展,钢材的产量、质量和品种等问题均能满足建仓的要求。当前钢板筒仓采用的原材料有黑钢板、镀锌钢板、铝板、铝- 镍复合钢板、涂塑钢板、玻璃涂层板、搪瓷钢板、不锈钢板等。常见的主要是镀锌钢板。1.6 钢板筒仓完善的技术钢板筒仓除筒仓本体外还应有相应完善的配套设备及技术。例如机械设备、电器设备、自控系统、检测装置、监控装置和技术服务等。机械设备包括:输送装卸机械,称重机械,清理机械,通风机械,保管器械。在控制室里将各种控制信号集中在控制面板或电脑上,可直观地显示出设备的运行状态,操作简单,快速安全,工作可靠,操作人员只需在控制室内操作,就可以管理整个筒仓,提高了效率。检测装置应配置齐全,常用的检测装置包括原粮品质快速化验装置、测温装置、料位装置等。监控装置主要是设备安全运行装置等。另外,应在管理上做好技术服务工作,高质量的服务让用户对粮食钢板筒仓的使用无后顾之忧 6 。1.7 钢板筒仓工艺布置及配套工艺设备钢板筒仓的平面及竖向布置应根据工艺、地形、工程地质及施工条件等,经技术经济比较后确定。主要要求:筒仓的尺寸、平面组合形式应满足使用、生产工艺和设备合理布置的要求;门窗的大小和位置应满足出入方便、维修方便、疏散安全、通风与采光的要求;选型应使结构构件布置合理,施工方便,并有利于筒仓平面组合。钢板筒仓仓群宜选用单排或多排行列式平面布置。钢板筒仓平面组合形式有行列式和错列式两种。在特殊情况下,为了增加现有群仓的容量,允许采用错列式。无论哪种仓型,在施工时都需要施工机具及操作必须的工作面,因此单仓之间应留有间距;另外钢板筒仓群仓的单仓之间要满足使用过程中维修通道要求,净距不应小于500 mm。当钢板筒仓采用独立基础时,间距应满足基础宽度的要求。落地式平地钢板筒仓一般由中部地道出粮,需要用大型机械清仓设备入仓作业。清仓设备入仓时需要足够的间隙或转弯半径。不同的设备入仓所需的空间距离不同,仓间净距应满足所采用的清仓设备操作要求。对有防雷要求的地区,钢板筒仓应考虑防雷措施。1.8 钢板筒仓的优点钢板筒仓以其土地利用率高,自动化程度高,建造容易、施工周期短,工艺配置灵活,易于管理等优势而日益成为粮食加工企业原粮暂存的首选仓型。随着应用及研究的深入,相信对钢板筒仓本身的技术特性将更加明晰,从而进一步为我国粮食加工业日常生产、粮食储存安全提供有力的保障。 2筒仓成型机的工艺设计如下图所示为筒仓成型机设备 2.1 几何尺寸 板厚s=4mm 板宽L=510mm2.2 工艺过程 该设备是弯曲成型机，将材料弯曲并初步成型，同时把材料材料弯成筒仓直径所要求的弧度，考虑到弯曲变形形状复杂、不对称性及整体性，复合模一次成型很难达到要求，即使能一部成型，但成本较高等因素，所以我们采用滚压式、分部成型法。要加工出如图下所示的形状。需要六步成型及六个工序。 工序号图示工序内容工序一下料厚s=4m宽L=510mm工序二将钢板的上部和中下部弯折成45工序三将钢板上部在工序一的基础上再弯折45达到90工序四将钢板中下部在工序一的基础上再弯折45达到90工序五工序三的基础上将钢板上部水平部分绕其中点再弯折 90工序六在工序三的基础上将钢板下部垂直段绕中点再弯折90 3弯曲力计算该说明书涉及的计算为筒仓成型机第一部分，所完成的工序为工序三板料折弯力计算公式： (=235N/mm2) K1.4 F-弯折力 （KN） S-板厚 （mm） S=4mm L-板宽 （m） L=510mm=0.51m V-下模模宽 （mm） 则 F6.0KN 工作机的工作阻力大于折弯力取F=6.0KN常敏感，下止点位置的微小变化将引起校正弯曲力的急剧变化。同时，板料厚度的波动和校正力也有很大的关系。所以，为保险起见，可取压力机的压力为F压力应大于或等于(1.52)F总。 取F=30KN4电动机的选择与计算4.1 电动机的类型选择 选择电动机的类型主要根据工作机械的工作载荷特性，有无冲击过载情况，调速范围，起动制动的频繁程度以及电网供电情况等。 对恒转矩负载特性的机械，应选用机械特性为硬特性的电动机；对恒功率负载特性的机械，应选用变速直流电动机或带机械变速的交流异步电动机。常用的是三相异步电动机。4.2 电动机功率的选择4.2.1 工作机所需要功率的计算 PW=FV/1000w 试中F=30KN，根据实际生产条件，选取成型设备线速度为3m/min，工作效率W=大链轮轴承。大链轮=0.96 轴承=0.99 代入上式得=0.95 工作需要的功率：1.57KW4.2.2 确定电动机的额定功率 电动机所需功率Pd按下式计算Pd=Pw/总 减速器的传动效率（取）1=90%. 小链轮传动效率 2=95% 链传动的效率 3=97% 总= 1 2 3=82% 电动机所需的功率： 所以确定电动机额定功率Pm（KW），查机械设计课程设计手册表12-1，取Pm=2.2KW。4.2.3 确定电动机的转速 同一功率的电动机通常有几种转速可供选择，电动机转速越高磁极越少，尺寸重量越小，价格也越低；但传动装置的总传动比要增大，传动级数增大，尺寸及重量增大，从而使成本增加。低转速电动机则相反。 根据实际生产条件，选取成型设备线速度为3m/min。 主动轴的转速为 w=60x1000xVw/x90=63.68r/min 根据机械设计手册表1-8推荐的各类比的取值范围，取联轴器的传动比i联轴器=34，链的传动比i链=26，齿轮的传动比i齿轮=35，所以传动装置的总传动比i总=18120，故电动机的转速可取范围为 m=i总Xw=（18120）x63.89=1150.027666.8r/min 符合要求的同步转速有1500r/min,3000r/min两种。 由于该刚材料是Q235，在生产以及运用中会有所改变，因此实际选取的电动机的额定功率要大于计算功率。电动机根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机1500r/min。 查机械设计手册所以选择电动机的额定功率为2.2Kw 电动机的型号为 Y100L14 实际功率为2.2Kw ,满载转速1430r/min ，额定转矩为2.2，效率为82%5传动装置的功率参数计算 链传动是一种挠性传动，由链轮条和链轮(小链轮和大链轮)组成。通过链轮与链条链节的啮合来传递运动和动力。与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不用像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向力较小，链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑。与齿轮传动相比，链传动的制造安装要求精度要求较低，成本也低，对中心距的要求不高。 根据实际生产条件，选取成型设备线速度为3m/min则 V=R （R=80mm） 即 =37.5rad/sn=2=235.5r/min 所以 设计主动轴1转速为235.5r/min为了符合各种传动形式的工作特点和结构经凑，必须使各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自的传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，质量最小。所以综上所述设计双链轮传动比为3则小链轮主轴转速为V=235.5X3=705r/min因为电动机的转速为1430r/min所以 设计减速器的减速比为i=1430/705=2.02由 推出链轮材料选用45钢，由双链轮的设计传动比为3。设计小链轮：z=10，p=12.7 大链轮：z=30，p=12.7。6轴的设计和计算6.1 轴的结构设计 为便于轴上零件的安装，把轴设计成阶梯轴，后端轴的直径大于前端轴的直径，从动轴的具体设计如下 轴端1安装上滚压凸模，用键周向固定 轴端2高于轴端1形成轴肩，用来安装齿轮 轴端3高于轴端2，方便安装轴承 轴端4高于轴端3，方便安装垫圈轴端6高于轴端5形成轴环，用来定位齿轮图5传动轴结构简图轴为台阶轴,拟定轴上端盖、轴承、齿轮、螺纹、退刀槽、螺纹孔。根据这些零件以及配合尺寸以及轴上所有零件的定位和固定的要求， 逐步确定各段的直径和长度，轴的草图如图5所示 轴上零件与轴的同向固定均用平键联接，轴承与轴的配合采用过渡配合。6.2 确定各轴段的尺寸6.2.1 轴的直径计算(1) 轴的材料选用45钢，调质处理。由公式: 取=（110120）=(110120) =44.546.5mm 取d=45mm因为键槽和螺钉孔对轴的强度影响： 键槽对轴强度影响所以d1=45.0(1+5%)=47.3mm 选择48mm 螺钉孔和螺钉对轴的强度影响所以d1=58mm最终选择d1=58mm6.2.2 各轴端直径轴端2的直径到d2应在d1的基础之上加上定位轴肩高度。这里取轴肩高度为1mm，考虑到轴端安装密封圈，故直径d2的选择应符合密封圈的标准，取d2=60mm轴端3的直径d3应在d2的基础之上加上两倍的定位轴肩高度，但因该轴端应安装滚动轴承，故直径的要与滚动轴承内径相符合。这里取d3=70mm轴端4的直径d4=d3+h34,h34是定位轴环的高度，取h34=3mm，即d4=70+2x3=76mm轴端5上安装密封垫圈，为方便安装密封垫圈，取d5=66mm轴端6的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，选用该段用6208轴承，查机械设计手册取d6=80mm6.2.3 各轴段的长度 各轴段的长度如图纸所示。6.3 轴的强度校核已知T=10.4N/m =20d=90mm F1=F2=F=3.88KN=3880N。轴的材料为45钢，调质处理，查得=700Mpa。轴的受力如图6所示。由机械设计式10-3 圆周力为： 图6传动轴受力图径向力为： 法向载荷为： 水平受力如图7(上）所示： 图7水平受力图和水平弯矩图水平弯矩：水平弯矩如图7(下）所示。由静力平衡方程求得： 垂直受力如图8(上）：垂直弯矩为:垂直弯矩图如图8（下）所示。 图8垂直受力图和垂直弯矩图合成弯曲为：合成弯矩如图9所示。已知轴的材料为45钢（调质），=700Mpa 查表得：=65Mpa =110pa 由合成弯矩图可知，受载荷最大的面在轴承中间平面处， 则 图9合成弯矩图 求得： =21.5Mpa 即端面强度满足要求，所以轴的结构设计符合要。7齿轮的设计由于主、从轴的传动比是1：1，且要求高传动精度和力，因此选用直齿、较大模数的齿轮材料选用45钢。7.1 齿轮传动比的选择 由于主、从轴的传动比是1：1，且要求高传动精度和力，因此选用直齿、较大模数的圆柱齿轮,选用7级精度(GB 10095-88),材料选用45钢(调质)，硬度为240HBS。7.2 齿面强度计算 由计算公式(机械原理10-9a)进行试算，即确定公式内的各计算数值试选载荷系数K=1.3计算齿轮的转矩: 由表10-7选取=1。 由表10-6查得材料的弹性影响系数。 取接触疲劳寿命系数KHN=0.9. 计算疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式所以轴的直径：取分度圆直径d1：计算圆周速度：7.3 齿轮的参数模数齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿轮孔径D=70mm 7.4 齿轮的校核 因为所选齿轮为标准齿轮 由于所选齿轮材料相同，所选比例为1:1，所以两齿轮的值分别小于许用接触应力值，故安全。 8上滚压凸模设计 此零件主要是对键槽和键的设计，根据58的轴选用键16*11（GB/T1096-2003）键槽公差按H79键的选择及校核9.1 键的选择 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。常用的键连接类型有：平键连接、半圆键连接、锲键连接、切向键连接。平键的两侧是工作平面，工作时靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键底面间的则留有间隙，平键具有结构简单、装拆方便，对中性较好等特点。半圆键连接工作时靠侧面来传递转矩，优点是工艺性较好，装配方便，缺点是轴上键槽太深，对轴的强度削弱较大。锲键连接键锲紧后，轴和轮毂的配合产生偏斜和偏心。切向键连接工作时靠工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力来传递转矩，一个切向键只能单向传递，双向传递时必须用两个。综上选择平键连接,牌号分别为平键201265，平键2214100，平键181170。9.2 校核键连接的强度 键和轴的材料都是钢查机械设计查得许用挤压力p=100200Mpa,取平均值p=110Mpa 键的工作长度=65-20=45mm，键与轮毂键槽的接触高度K=0.5h=6mm，轴的直径d=70mm。由公式：经校核键的强度能达到要求。10轴承的设计 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。按照标准选牌号分别为6011 6415 6417 6418。 轴承寿命计算 根据公式 已知n=37.5r/min p=3.88KN 查表得C=25.5KN所以轴承的寿命： 11结构设计筒仓设备成型机主要有辅助装置、送料装置、弯曲机组和电气控制系统等四部分组成。其中，辅助装置是由钢焊接而成，主要材料包括锻钢、钢管和钢板。对成型机起固定和支撑作用。送料装置是将钢板准确、匀速地送进弯曲机组。弯曲机组共有五个部分组成。每一部分都将钢板弯曲一定的角度（具体角度和形状见工艺过程），为了满足滚压轮匀速滚压，传动系统我们选用加工精度和传动精度比较高的齿轮、双链轮，原动力选用Y型三相异步电动机，并经减速机减速。当然，可视钢板厚度和加工情况选择不同的加工速度。电气控制系统要求除有基本的启停、紧急停机控制外，还可以随钢板厚度和现场情况的需要调节不同的加工速度。结 论毕业业设计是我们走向未来重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己所学知识的一次检验和运用。通过这次实践，我了解了筒仓成型机的用途及工作原理，熟悉了成型机的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。21世纪机械制造业的重要性表现在它的全球化，网络化，虚拟化，智能化以及环保协调的绿色制造等。它将使人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从繁琐的计算，分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动，它使生产系统具有更完善的判断力与适应能力。当然这一切还需要我们大家进一步的努力。 实践，是一面很亮的镜子，能够通过它看出我们自身的缺点，能够通过它查找出自身缺乏的知识。通过这次设计，我明显感觉到“书到用时方恨少”。在以后的生活中我会不断地学习充实自己。致 谢 本学期是我在学校求学的最后的