毕业设计（论文）-LG50裂管器工作机构的设计（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计 题题 目：目： LG50 裂管器工作机构的设计裂管器工作机构的设计 学学 院：院： 机电工程学院机电工程学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2016 年年 4 月月 10 日日 I 摘摘 要要 机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家 经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下， 中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传 播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对裂管器工作机构进行改良 和优化是当务之急。生产裂管器的企业，必须充分考虑到在裂管器工作机构运行 中可能出现的问题，尽量使裂管器工作机构的自动化程度越高越好，从而减少人 工碎裂管道的时间，国内裂管器工作机构的研发及制造要与全球号召的高效经济、 安全稳定主题保持一致。裂管器工作机构的发展与人类社会的进步和科学技术的 水平密切相关。 本次设计的题目是裂管器工作机构的设计，主要由裂管器机架，顶推系统， 动力头等组成，其主要功能是实现地下管道的碎裂和更换。 关键词：关键词：机械产品 裂管器工作机构 顶推系统 碎裂 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract：This graduation design is the optimization design of driving roller conveyor, first on the driving roller type conveyer is summarized; then analyzed the selection principle and calculating method of driving roller conveyor; then calculated based on these design criteria and abase is designed; then checked on the main parts selected conveyor. Is the drive roller conveyor consists of four main parts: driving device, tension device, middle rack, and the moving part. Finally, a simple description of the installation and maintenance of transport. At present, the drive roller conveyor is moving towards long distance, high speed, low friction direction, air cushion conveyor in recent years is one of the. the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. In the design, driving roller type conveyer manufacture and application, at present our country compared with foreign advanced level there are still large gaps, domestic in the design and manufacture of driving .This design is the optimization design of driving roller conveyor. Keywords：Driving roller Crankshaft Processing craft Significance 1 目目 录录 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 本课题研究的内容 . 2 1.3 研究的意义 . 3 2 液压传动基础知识 . 3 2.1 液压系统的基本组成 . 3 2.2 液压传动的优缺点 . 4 2.3 液压传动技术的发展及应用 . 6 3 裂管器工作机构总体结构的设计 . 7 3.1 顶推系统的设计 . 8 3.2 动力头的设计 . 9 3.3 裂管器工作机构的工作原理 . 9 4 液压缸的设计 . 10 4.1 缸体壁厚的计算 . 10 4.2 缸底厚度的计算 . 11 4.3 缸筒发生完全塑性变形的压力计算 . 12 4.4 缸筒径向变形计算 . 12 4.5 活塞杆强度的计算 . 13 5 裂管器工作机构中主要零件的三维建模 . 12 5.1 液压缸的三维建模 . 12 5.2 连接头的三维建模 . 13 5.3 旧管的三维建模 . 13 5.4 裂管器工作机构的三维建模 . 14 6 设计总结 . 14 结 论 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 2 1 绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 我国生产的裂管器工作机构结构简陋，裂管效率始终不高，虽然经过几十年 的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的 影响， 我国目前生产的裂管器工作机构的总体水平与进口产品及港口用户的要求 仍有较大差距，裂管器工作机构的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种 新型的裂管器工作机构势在必行！ 相信此种裂管器工作机构的出现将会大大提高现有裂管器的裂管能力和质 量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时 也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界裂管器工作机构以采用新材料、新技 术、新工艺、新结构为基础,19 世纪 80 年代，美国的 HUGER 公司将新开发的裂 管器工作机构应用到该公司的子公司-一个生产裂管器的机械公司，经过几年 的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国 HUGER 公司之后，德国的 DESTO 公司也看到了裂管器裂管机的利润所在， 投入了相当大的人力和精力来开发研制 裂管器裂管机，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机 械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行裂管器工作机构的研发工作。现在 国外等著名裂管器工作机构的品牌中，都有裂管器工作机构的销售，全世界裂管 器工作机构的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，裂管器工作机构的市场， 由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此裂管器工作机构是当今棒料生 产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。 西方资本主义国家有巨大的裂管器工 作机构销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 目前国外特别是美国正在考虑发展裂管器工作机构的功率最大化， 产能最优 化的问题。自“九五”期间裂管器工作机构的开发和研制已经被列入美国的重 大科技攻关计划， 以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的裂管器 工作机构。 我国从 1953 年开始生产裂管器工作机构， 于 1958 年自行设计制造裂管半径 在 50、70、90、120、500 等裂管器的裂管器工作机构之后，为了适应裂管器生 产厂家的需要，1959 年又制造了 500、1000、1200 等大直径的裂管器工作机构。 3 为了满足裂管器生产工业发展需要，我国于 1970 年研制了大型裂管器工作 机构。经运转实践证明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外来技术 人才，全身心地投入到了裂管器裂管机的研发中，利用丰富的人力资源和设备， 研发出了多种可夹持不同直径棒料的裂管机，与同年 12 也投入市场，获得了非 常大的经济利润。近几年又研制出 PX1400/170 裂管器工作机构，其设计能力为 1750t/h，实际达到 2508t/h，是设计值的 1.6 倍。 目前机械式裂管器工作机构将逐渐被全自动裂管器工作机构所代替。 传统的 机械式的裂管器工作机构已经不能完全满足当今市场的需要， 迫切需要各种多功 能的裂管器工作机构来满足市场需求， 如是福建金明公司加大人力开发出了五个 规格十四种类型的裂管器工作机构， 然而我国机械人业所需的裂管器工作机构全 部依赖进口，这使得国产机械人配备裂管器工作机构后，成本增加很大，而装备 自行开发生产裂管器工作机构，其成本提高不大，说明裂管器工作机构的市场前 景令人乐观。传统的裂管器工作机构的产品图如下图 1、图 2 所示： 图 1 4 图 2 1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对裂管器工作机构进行设计， 从裂管器工作机构的整体方案 出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： （1）通过网络和图书馆查找各种关于裂管器裂管机的相关资料，对裂管器工作 机构进行方案的比较和预定。 （2）分析裂管器工作机构的结构与参数 （3）确定设计总体方案 （4）确定具体设计方案 （5）裂管器工作机构的三维图的绘制、CAD 装配图、零件图的绘制。 （6）说明书的整理 1.3 研究的意义 本论文主要研究运用 SolidWorks 对裂管器工作机构进行设计。通过对裂管 器工作机构进行设计，来了解裂管器工作机构的结构组成、工作原理以及以后的 发展趋势和现状。该课题来自于棒料加工型机械公司的生产实际，通过设计出裂 管器工作机构， 从而来掌握裂管器工作机构的整个设计生产流程， 培养工程意识。 我国生产的裂管器工作机构结构简陋，裂管效率始终不高，虽然经过几十年 5 的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的 影响， 我国目前生产的裂管器工作机构的总体水平与进口产品及港口用户的要求 仍有较大差距，裂管器工作机构的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种 新型的裂管器工作机构势在必行！本文运用大学所学的知识，提出了裂管器工作 机构的结构组成、 工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强 度校验，构建了裂管器工作机构总的指导思想，从而得出了该裂管器工作机构的 优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。 通过设计裂管器工作机构，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机械 原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用三维绘图软件，二 维绘图软件对机械设备进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应用 水平和设计能力。 相信此种裂管器工作机构的出现将会大大提高裂管器的裂管能力和质量， 为 企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某 种程度上推进了机械工业的不断发展。 2 液压传动的基础知识 广泛的液压工程和多方位的服务领域都需要液压系统的支持，在各行 各业，特别是工程机械领域，液压缸的使用非常广泛，几乎无处不在。传 统的液压传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切 需要液压系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会液压工业发展的需 要。总之，现代液压工程有五个业务领域：能源液压的开发和交付，用于 生产各种产品的液压开发和交付，在各种液压服务的开发和交付，以及家 庭和个人生活中的应用提供了各种液压的发展，液压臂的开发和交付。水 利工程的理论基础的建立和发展。例如，在工程力学、流体动力学流体和 压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用； 热生成热力学，传导和开关；各种液压部件的研究有不同的功能，工作原 理，结构，和液压原理和液压零件的科学设计计算；研究金属和非金属成 型和金属切削加工技术和非技术等。研究，并开发新的液压产品，不断改 进现有产品和生产新一代液压产品来满足当前和未来的需求设计。液压产 品包括：规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备； 6 制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工， 装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。液压机制造企业的经营管 理。液压系统的液压部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工 工艺复杂的产品。一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产， 直到。销售目标在所有行业和个人，家庭。还卖的社会经济条件影响下， 可能会出现大的波动。因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂， 和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在液压行业。液压产品的应 用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各 种工业和成套液压设备的液压改造，液压产品保证长期使用的可靠性和经 济。液压产品的应用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维 护，修理和改造各种工业用液压及成套液压设备，液压产品，保证长期使 用的可靠性和经济性。 2.1 液压系统的基本组成 液压系统分别由一下几个部分组成： 1，动力元件（油泵），它的作用是将原动机的液压能转换成液压能的流体 动力部分液压传动。 2，执行机构（油缸，液压马达）是液压能转换成液压能的能量。其中，气 缸的直线运动，将电机的旋转运动。 3，压力阀的作用是必需的流体动力速度无级调节，压力的工作流体的液压 系统，流量和流量调节控制。 4，除了辅助组件以外的其他组件，三部分包括压力表，过滤器，存储设备， 冷却器，管件和坦克，等，他们都是同等重要的。 2.2 液压传动优缺点 优点： 1液压系统可以与电气控制系统相结合，这样更便于操作和维护。 2液压传动的周期很短，方应迅速，灵敏。 3能够在不同的工况适应不同的要求。 4各种液压元件能够实现通用转化。 缺点： 7 1液压传动容易存在油污，不适合干净的场合。 2液压元件的工作都会产生噪音，这样不能够做到环保。 3液压传动不适合远距离传动，并且所能够承受的负载有限。 4液压元件的维修很不方便。 2.3 液压传动技术的发展与应用 液压工业是一个国家的重要产业，液压工业的发展无时不刻都在影响着国 家经济的发展， 人类的进步离不开液压工业的发展。 在全球经济发展的大环境下， 中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时， 越来越多的外国企业和品牌传 播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对管套压装专机进行改良和 优化是当务之急。 有大型压管设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格 要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少 噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。 国内管套压装专机设备的研发及 制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。管套压装专机的发展与 人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 液压和液压系统技术之间的关系 类似于脑和手之间的关系，只有在液压系统中也不需要使用液压制造。在过去， 各种液压系统的操作和控制都离不开的人， 他们的反应速度和精度是有限的操作 是人类大脑和神经系统非常缓慢的进化，液压系统将取消这一限制。促进计算机 科学和液压系统之间彼此平行， 液压系统将允许在一个更高的水平开始新一轮的 发展。在第十九世纪，总还是液压系统的非常有限的知识，在大学在欧洲，它通 常也被集成到一个土木工程学科，被称为土木工程，下半年的第十九世纪逐渐成 为一门独立的学科。在第二十世纪，与总的液压系统相关知识和技术的发展，液 压系统开始瓦解，一直在专门的分支。这种分解在 20 世纪中期，这是趋势，在 第二次世界大战结束前达到高峰。 由于液压系统的知识总量已扩大到远远超出了 个人的控制，一定的专业化是必不可少的。然而，过度的专业化造成过度分割的 知识，视野，不是全部，和全球协调系统的概念和一些大型项目，以及技术交流 范围窄、阻碍新技术的整体进步的出现，在外部条件变化的适应能力差。封闭的 专业知识的专家有窄，太专业要考虑的问题，与工作协调困难，不利于继续自我 完善。因此，自上世纪第二十年代，起步较晚，有一个综合的趋势。人们更加重 视基础理论，拓宽专业领域，细致的专业合并分化。综合-专业分化和集成在反 8 复循环，它是合理的和必要的知识发展过程。不同专业的专家都有精湛的专业知 识，又具有足够的一般知识的认识，理解问题和其他工程学科的整体外观，彼此 形成一个强大的集体一起工作。综合多层次、专业。在内部液压系统有一个全面 而专业的冲突；在综合性工程技术还具有综合性和专业性的问题。在人类所有的 知识，包括社会科学，自然科学和工程，而且在一个更高的水平，更广泛的集成 和专业问题。 目前，液压缸已经成为露天矿和地下矿的联合运输系统中重要的组成部分。 为了更好的研究液压系统的工作组成原理，发现及改进其不足之处。 3 裂管器工作机构总体结构的设计 3.1 顶推系统的设计 本次设计的裂管器顶推系统主要是采用液压缸提供动力来实现的，由液压 工作站驱动液压缸的活塞杆往复运动， 从而来拉动动力头部分的裂管头动作从而 来实现管子的碎裂。其具体结构图如下图所示： 3.2 动力头的设计 动力头主要的作用是用来提供对旧管的碎裂的动力的装置，其主要有裂管 头和拉杆等组成，具体的结构图如下图所示： 9 3.3 裂管器工作机构的工作原理 本次设计的裂管器工作机构主要由裂管器机架，顶推系统，动力头等组成， 通过液压缸驱动拉杆从而来带动裂管头的往复运动， 从而来实现旧的管道的碎裂 和更换。 4 液压缸的选型计算 液压缸的设计计算： 由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此液 压缸的主要尺寸包括缸筒内径 D、活塞杆直径 d 和缸筒长度 L。 表 3.1 液压缸工作压力与活塞杆直径 液压缸工作压 力 p/MPa 7 推荐活塞杆直 径 d (0.50.55)D (0.60.7)D 0.7D 强度校核的项目包括缸筒壁厚、活塞杆直径 d 和缸盖固定螺栓的直径 ds。 当 D/10 时为薄壁，按下式校核: 10 式中，D- 缸筒内径； 当 D/10 时为厚壁，按下式校核: 2.活塞杆直径 d 式中， F活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力， = b/1.4。 3.缸盖固定螺栓直径 ds 式中，F活塞杆上的作用力；k螺纹拧紧定螺栓个数； 螺栓材料的许用应力，= s/（1.222.5） ，s 为材料的屈服点。 活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。 4.1.1 缸体壁厚的计算 按薄壁筒计算： ;2/PyD 按中等壁厚计算： ;3 . 2/CPyPyD+= 按厚壁筒计算： ;73 . 1 /2/PyD 缸体材料许用应力； b/ n； b 缸体材料的抗拉强度。对于 45 钢正火处理，b580 Mpa； n 安全系数；一般取 3.55； 强度系数；对于无缝钢管1； c 计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；一般按标准圆整缸体外圆值； D 缸体内径(mm); 11 4.1.2 缸底厚度的计算 平形无油孔： /433 . 0 PyDh; 平形有油孔：() ;0/433 . 0 dDPyDDh d0 油口直径(mm)； 4.1.3 缸筒发生完全塑性变形的压力计算 ();/1log3 . 21DDsP = 式中： Ppl 缸筒发生完全塑性变形的压力； s 缸体材料的屈服强度。对于 45 钢正火处理，s340 Mpa； D1 缸体外径 4.1.4 缸筒径向变形计算 ;21/221/2/YDDDDEDXPyD+= 式中：D 缸体材料在试验压力下的变形量； E 缸体材料弹性模数；对于钢材 E2.1105Mpa； 缸体材料的泊松系数；对于钢材0.3； 4.1.5 活塞杆强度的计算 活塞杆强度计算公式为： ; 2 1/ 22 dPydD =