毕业设计（论文）-自动开板器的改进设计.doc

湖南理工学院毕业设计（论文）学 号毕业设计（论文）题目：自动开板器的改进设计 作 者 届 别 2010 届 院 别 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职 称 副 教 授 完成时间 2010年5月15日 摘 要本文介绍了厢式压滤机自动开板器的工作原理，并通过对现有自动开板器结构复杂、零部件数多、体积大、故障发生率高等缺陷的分析，提出了两种拟改进设计方案，经过两方案的对比分析，选择最优改进方案，再根据方案对拉簧、拉爪、活动板和顶板等关键零部件进行改进，设计出全新的、结构简单、运行可靠的自动开板器，使厢式压滤机的配置得以提高，有利于厢式压滤机更好地适应市场、赢得市场。 关键词：压滤机；自动开板；开板器结构改进设计 ABSTRSCTThis thesis introduces the working principle of automatic open plate device in chamber filter press. On the basis of analyzing the deficiency of it, including complex structure、 many spare parts、large size and easy to go wrong, I have put forward two kinds of improved designs. Through comparing and analyzing this two designs, I chose an optimal improved design. Then according to this design, I improved the structure of key parts about coiling, claws, activity board and roof etc. At last I designed a fire-new automatic open plate device which has simple structure and reliable operation. It can improve the configuration of automatic open plate device which can help chamber filter press adapt to market better and win the market.Keywords: Filter Press; Automatic open plate; Improve and design the structure of open plate 目 录摘 要IABSTRSCTII1 绪 论11.1 压滤机11.1.1压滤机简介11.1.2压滤机的发展趋势11.2 厢式压滤机21.2.1国内外厢式压滤机的现状21.2.2自动厢式压滤机原理42 厢式压滤机自动开板器62.1 自动开板器现状62.2 自动开板器工作原理72.3 自动开板器改进设计的必要性93 改进设计方案拟定103.1 改进设计要求分析103.2 改进方案论证103.2.1方案一103.2.2方案二123.2.3对比分析133.3 确定改进设计后的主体结构133.4 改进后的工作原理153.5 改进后的传动方式154 零部件的改进设计164.1 拉簧的设计164.1.1拉簧的选择164.1.2拉簧参数的计算174.1.2拉簧结构的设计184.2 拉爪的设计184.2.1廓形设计184.2.2结构尺寸设计194.3 顶板和活动板的设计214.4 改进前后对比分析215 结论22参考文献23致 谢24 241 绪 论1.1 压滤机1.1.1压滤机简介作为过滤脱水设备的压滤机，是由多块滤板和滤框叠合成滤室，并以压力为过滤推动力的，其从前一世纪被英国人发明以来，到本世纪五十年代，基本上保持着原始的结构，没有多大变化，开板、卸饼、清理，多数是人工操作，劳动强度大，循环时间长。压滤机分为厢式压滤机、板框压滤机、带式压滤机、立式压滤机等；带式浓缩脱水一体机是污泥、食品常用的过滤分离设备；其在18世纪初就应用于化工生产，在19世纪初期，由于德国人酷爱饮酒，酒类供不应求，当地某酒类制造商为了加快酒的压榨和过滤，发明了世界上第一台板框式压滤机，大大的加快了工作效率，提高了压滤质量。一直延续到今天，压滤机已经成为工业生产和应用中很重要的设备。至今仍广泛应用于化工、制药、冶金、染料、食品、酿造、陶瓷以及环保等行业。压滤机是由多块滤板和滤框叠合组成滤室，并以压力为过滤推动力的过滤机。压滤机为间歇操作，有板框压滤机、厢式压滤机和立式压滤机3类。过滤板具有性能稳定、操作方便、安全、省力，金属和塑钢滤板精铸成型，耐高温、高压，经久耐用。第二次世界大战以后，科学的高速发展，自动化技术的出现，刺激各行各业为提高设备能力和效率，解放劳动生产力迅速的大量的向自动化发展。二十多年来压滤机的发展也极为迅速，尤其是近来防止环境污染问题被提出之后，更为明显，种类繁多形式新颖的压滤机被广泛用在化工、矿业、食品、制药、化纤、上水净化、废水处理等工业部门。 近代压滤机发展很快，由于近代电子技术的发展和液压技术的广泛采用，印刷电路与随动系统的出现，近二十年来压滤机在世界各国都取得了很好的成绩，各国都在努力研制新型高效设备，到目前为止 ，它是一种高效的固液分离设备，由于新型材料的使用、结构的改进、机械系统的发展和完善、程序控制和随动系统广泛应用及在实践中工艺系统的改革等，都将为压滤机的发展提供优越的条件，今后也将作为新型现代化脱水工艺设备而被更广泛地应用在各个工业领域中。 1.1.2压滤机的发展趋势目前，压滤机发展的总趋势是向着大型、自动、大容量、高压、带挤压机构的全自动操作方向发展。(1)压滤设备的大型化、自动化。LAROXOY公司最近设计制造了200m2的Larox PF型自动压滤机，日本拉萨公司和原西德利特尔豪斯一布莱亥尔公司合作制造了拉萨利特豪斯(RASARittershaus)超高压大型自动压滤机，总过滤面积为1050m2，原西德Passavant公司制造的MegamatA型压滤机最大过滤面积为1250m2。与真空过滤机不同，高压压滤机在闭路控制回路的控制下运行，现代SPS系统可对过程模拟信号作直接处理。用户程序结构包括过程的在线控制、过滤槽充填水平的区段控制和回行系统。过滤速率和体系压力预先根据工艺要求进行离线调整，但压差是一个可调因素。通过连续测量气压、气体体积、流量和过滤机料浆充填水平，使压滤机在恒定透气率的条件下作业，保持稳定的滤饼残余水份量。 (2)普通过滤机趋向于高压化。原西德在煤加工工业中，为了提高产品质量，1986年采用旋转式过滤机改造成高压过滤机进行压滤作业，用于精煤脱水，过滤面积为96m2，目前已有13台压滤机投入使用或在安装之中，高压过滤已成为原西德精煤脱水作业最为经济的手段。奥地利安德里茨机械制造厂应用高压压滤机对智利浮选铜精矿进行了过滤试验，加压过滤将成为今后过滤设备的发展方向。 (3)开发真正连续压滤机。连续压滤是一种较先进的脱水工艺。荷兰阿马菲尔特公司研制的KDF连续盘式压滤机把真空过滤机连续工作的优点和高压过滤过滤量大、滤饼含水较低的优点结合起来，过滤面积为60 120m2,整个压滤过程是真正连续的。它具有节能、单位面积的过滤能力大、比真空过滤系统占地面积小等优点。 (4)研制新型过滤介质。在常用滤布、差动气压下脱水的超细滤饼，其内部形成收缩裂隙，高速气流通过时压差损失较大，为解决这个问题，必须研制新型过滤介质。新型过滤介质是将整个过滤面分为若干小的过滤单元，过滤单元表面的滤饼可收缩但不产生裂隙，大大降低了耗气量，而压差保持不变。新型板框式过滤介质其直径小，具有很高的毛细压，可以进行脱水而不让气体通过过滤介质。试验表明，该过滤介质能得到完全洁净的滤液,陶瓷过滤介质也有相同的效果。1.2 厢式压滤机1.2.1国内外厢式压滤机的现状目前国内外厂家所生产的作为过滤与分离行业中使用最广泛的固液分离设备之一的厢式压滤机，其工作原理基本上是一致的。均采用滤板作为需过滤物料的载体，每块滤板两侧都有一凹腔，当两块滤板压紧时，滤板之间就形成具有一定容积的空腔，称为滤室。根据过滤面积不同，选用不同数量的滤板相互压紧，就可得到多个滤室，且各滤室相互联通。每个滤室中均装有两块滤布。滤机工作时，先将滤板压紧，料泵将待滤料浆通过进料管道充入滤室中两相邻滤布之间，在料泵的进料压力下，待滤料浆中的液相透过滤布，由滤板上的排液孔排出，固相被阻隔在滤布之间，形成含湿量较多的滤饼，从而实现固液两相分离。再根据实际需要，若需进一步降低滤饼含水量，则对滤饼进行进一步的挤压。过滤完成后再将压紧的滤板松开，卸落滤室中的滤饼。然后重新压紧滤板，开始下一循环。各类厢式压滤机的主体结构也大体相似，各型厢式压滤机都由底座、滤板固定装置、滤板压紧装置及主梁组成。所用滤板中最外侧的两块滤板分别由钢结构支架固定。其中一端的支架与底座固连，称为尾板支架。待滤料浆由尾板支架上的法兰口进入滤室，根据实际需要，还可以将滤液或压榨水（气）由尾板支架上的其他法兰口排出；另一端的支架相对机架可以移动，起压紧和松开滤板作用，称为头板支架。头板支架上可装有反吹风法兰，以吹除进料管道中的残余料浆。由两根主梁将尾板支架、头板支架及滤极压紧装置联成一个整体。此整体固定在底座上，滤板均竖直放置在主梁上，可沿主梁上的导轨平行滑动，头板支架亦可在主梁上平移。虽然不同厂家所生产的厢式压滤机机架结构大体相似，但是其滤板压紧和开板卸料的方式以及所用滤板却各不相同。纵观国内外各种型号的厢式压滤机，其滤板压紧及开板卸料的方式主要有以下两种形式：一种是采用全液压方式。即滤板压紧机构采用液压缸实现压紧，并将头板支架与油缸活塞杆联成一体。开板时，由油缸活塞带动头板支架，松开头部滤板，其余滤板则用液压马达带动开板小车实现开板卸料。这种方式的优点是滤板压紧、松开灵活，易获得很大的压紧力和开板拉力，能实现无级变速，调速范围大，易于实现自动化控制，且工人劳动强度低。其缺点是负载对传动特性的影响较大，由于液体的压缩性，管道的弹性变形，油温、粘度、油液含气量及负载的变化均可影响传动的平稳性。而开板机构要求速度均匀，动作平稳，定位准确。因此，采用液压马达实现开板卸料动作，其可靠性不易保证。另外，由于液压元件质量不太稳定，故障率较多。当系统出现故障时，故障的分析与排除也比较困难，对操作、使用和维修的技术水平要求较多。另外，因为结构较复杂，液压元件价格较贵，导致整机的制造成本也较多。另一种形式是采用机械压紧和人工开板相结合的方式。即滤板压紧是采用丝杠手动压紧，开板卸料则由操作工依次拉开滤板来完成。这种方式的优点是结构简单，体积小，易于制造且维护方便。其缺点是不易获得大的压紧力，且滤板压紧机构与机架为刚性联接。由于此过滤物料大多具有一定温度，过滤时滤板会产生一定的热膨胀变形，可能将丝杠顶死，导致开板卸料时滤板难于松开，甚至导致主梁及机架主题变形，影响整机正常使用，另外，操作工的劳动强度也大大提高。目前厢式压滤机所用滤板主要有两种：一种是铸铁滤板，采用翻砂铸造成型。其优点是价格低廉，不变形。缺点主要是结构笨重，不耐腐蚀且由于工艺原因，大多数铸铁滤板表面较粗糙，滤布容易磨损。另一种是工程塑料滤板。其优点是结构轻巧，外形美观，耐腐蚀性好，不磨损滤布。其缺点主要是价格较贵。根据其成型方法不同又可分为整版机械加工成型和粉料加温模压成型。用整板加工的滤板外形美观，尺寸精确，但价格昂贵。用粉料加温模压成型虽然价格较低，但滤板的收缩率不易保证，外形尺寸不很精确，且模压工艺要求严格。1.2.2自动厢式压滤机原理自动厢式压滤机是20世纪60年代以后发展起来的。其特点是过滤压力高，最高压力已达2.0MPa；单机过滤面积大，国外已有1727m2的产品问世1，国内的最大过滤面积已达1050 m2；滤饼含液量低，经压榨后的滤饼含湿量可再降低5% 15%，滤板抗腐蚀性好，虑板可采用多种增强型塑料，重量轻，弹性好，耐腐蚀，适应性广；运转费用低，可实现多台连续作业、联机控制。因此，在过滤与分离行业中现代压滤机多以厢式为主。自动厢式压滤机按虑板安装方向分为卧式和立式；按滤布安装方式分为滤布固定式、滤布单行走式和滤布全移走式；按有无挤压装置分为隔膜挤压型和无隔膜挤压型；按滤液排出方式分为明流式和暗流式；按操作方式可分为全自动操作和半自动操作。其压紧方式一般均为液压压紧。自动厢式压滤机适合粘性大、颗粒小、渣量多等过滤难度较大的物料，因此 可用于各种悬浮液的固液分离；广泛应用于石油、化工、染料、冶金、医药、食品等工业部门；近年来又成为纺织、印染、制药、皮革、造纸行业的污水处理等各种需进行固液分离的领域的重要设备，每年在中国需求量将近有数万台之多, 该设备采用机、电、液一体化设计制造；能实现滤板压紧、进料过滤、滤饼洗涤、拉板卸料等各道工序。其工作时首先将虑板压紧，然后启动进料泵将料压入各个滤室内进行过滤，固体颗粒留在滤室内，滤液穿过滤布，经过虑板的排液沟槽流到虑板排液口，排出机外。过滤结束，启动洗涤泵将洗液通入滤室洗涤滤饼，然后通入压缩空气进行吹风干燥；吹风结束后，将滤液槽从压滤机底部移开，接着主油缸启动，将压紧板拉回，第一滤室里的滤饼从张开的滤布上落下，当压紧板到达预定位置时，位于横梁两侧的拉板装置将虑板一块接一块地一次拉开，因滤板间的滤布呈八字型张开，故滤饼很容易因自重自然落下，对于难以剥落的滤饼，可借用滤布振打装置使滤饼迅速剥离卸除。滤饼全部卸除后，主油缸启动，推动压紧板将全部虑板合在一起压紧，至此一个工作循环完成。清洗滤布可在卸料后进行，或若干个循环后清洗一次。由其工作原理可知，在过滤完成后，须将滤板依次逐块拉开来卸落滤饼。拉板卸料所采用的就是自动拉板器，依靠自动拉板器使滤饼依靠重力下落到料槽内(部分机型配置有曲张、振打等辅助卸饼装置)。2 厢式压滤机自动开板器2.1 自动开板器现状在过滤与分离行业中使用最广泛的固液分离设备之一的厢式压滤机在过滤完成后，须将滤板依次逐块拉开来卸落滤饼，拉板卸料采用人工手动或自动两种方式，使滤饼依靠重力下落到料槽内(部分机型配置有曲张、振打等辅助卸饼装置)。手动拉板过程需配置两人同时进行操作，不仅劳动强度大、效率低，而且不适于劳动环境恶劣的场合，基本被自动开板器所取代，目前，国内外多数厂家一直所采用的是70年代初由国外引进了一种自动开板器，此种自动开板器解决了厢式压滤机自动开板难题。自动开板器由拉板机构和传动装置两部分组成，一般是平行配置在两根横梁上或机架上部，工作时将滤板一块一块依次拉开，称为间歇式开板。厢式压滤机自动开板器按拉钩运动方向又分为回转式和往复式两种。其中往复式自动开板器1采用得较多(见图2-1)。 1 扭转弹簧 2 移动杆 3 摆臂 4 动杆 5 调节杆 6 摆杆 图2-1 往复式自动开板器动作原理图 由图2-1所示，往复式自动开板器在开板时是由动杆4挡住滤板把手后，使其随开板器一起运动实现拉板。 图2-2 定力矩减速机结构示意图对拉板装置的往复运动可采用多种传动装置进行控制，如用定力矩减速机、液压压力继电器、摩擦离合器、索链和接近开关等，应用较广泛的定力矩减速机（见图2-2）为蜗轮减速装置，蜗杆轴轴向可串动，用一弹簧顶着，使其保持原始位置。当减速机传递的力矩超过给定值时，因蜗杆的轴向力超过了弹簧的顶紧力，蜗杆轴向串动，触动电气开光而达到换向目的。液压压力继电器传动装置由液压马达、电磁换向阀和压力继电器组成，虑板移动装置将最后一块虑板拉开后，向前运动受阻，可使液压系统压力升高，压力继电器控制电磁换向阀，使油压马达反向运作。2.2 自动开板器工作原理现代压滤机都是自动开板自动卸饼，这是厢式压滤机大型化、自动化的发展趋势。厢式压滤机在卸除滤饼时，首先用自动开板器将滤板拉开，为了将滤板逐块拉开，自动开板器需反复换向完成送钩和拉板动作，这一程序由定力矩减速机和一组接近开关的配合使用来完成。头板支架松开后，拉板电机启动，经定力矩减速机减速后，由减速机输出轴带动链轮转动，链条拖动开板器前进，使拉板器完成送钩动作，当开板器钩住第一块滤板后，减速机转矩增大，电机自动反转，带动拉板小车反向行走，完成拉板动作，如此反复，完成全部开板卸料动作，然后电机停止转动。电机转向的自动切换由接近开关和可编程控制器共同实现。由图2-3所示自动开板器运动的传递途径为:开板电机 定力矩减速机 自动开板器 图2-3 传动示意图因其拉板时要求运行平稳，定位准确，传动可靠，无弹性滑动及打滑现象，由于拉板小车运行速度慢且与定力矩减速机相距较远，故不宜采用带传动或齿轮传动，因而可采用滚子链传动，由于定力矩减速机与拉板小车之间采用刚性传动，为了避免电机过载及便于传动机构在压滤机上的安装，电机与定力矩减速机之间采用V行橡胶皮带传动。其拉板具体动作通过其工作原理简图（图2-1）可表述如下：自动开板器向右（尾板端)运行，动杆4碰到滤板把手后被压下，并推动摆臂3逆时针方向旋转，将移动杆2顶起，移动杆2随即被滤板把手左侧面挡住，产生一定阻力，形成反向力矩，并通过定力矩减速机和行程开关控制电板反向拉板，使自动开板器向左即头板方向移动，这时移动杆2在扭转弹簧1的作用下顺时针旋转并压动摆臂3，使动杆4在扭转弹簧1和摆臂3的作用下被顶起，即而钩住滤板把手将滤板拉向头板端。当达到头板端并被头板挡住后，又产生一定的反向力矩，通过定力矩减速机和另一个行程开关控制电机反向送钩，这样反复动作直到滤板被拉完而自动开板器又返回尾板端时，摆杆6碰到尾板端的控制把而被抬起，使调节杆5下落，从而使动杆4失去支撑而落下，自动开板器回到头板端碰到行程开关而停止,同时，摆杆6和调节杆5将动杆4推回原位。根据以上分析，自动开板器的主要功能循环是： 拉板反向拉板复位2.3 自动开板器改进设计的必要性此种自动开板器结构复杂，零部件数多（共有34个零件），体积大，使得制造成本高和安装不便，同时使其传动效率和可靠性降低，而且由于其生产现场腐蚀严重，开板器上的扭簧在频繁拉板状态下经常出现端部扭臂处因疲劳而发生断裂现象等，使得自动开板器反复频率高，所以故障发生率很高，使得该自动开板器因故障停车检修从而影响生产工作的正常进行的频率较高。而通过相关资料2查阅发现影响压滤机作业效率的故障主要有以下几个方面：开板故障、油压故障、限位开关故障和其他故障。由2-4饼状图可知：开板故障是制约压滤机作业率的主要原因，故自动开板器也成为制约压滤机工作效益的瓶颈之一，而对于竞争激烈的市场来说，改进其结构，使其性能日臻完善是众多用户的迫切需要。因此，对开板器的改进设计以减少作业时的故障发生率，从而提高生产的经济效益，在竞争中赢得市场是很有必要的。 图2-4 压滤机故障分析饼图3 改进设计方案拟定3.1 改进设计要求分析由于厢式压滤机尺寸已定，故拟改进设计的新自动开板器首先在结构上要能满足在原有厢式压滤机上的安装使用，功能上要能够顺利完成拉板的任务，对其改进设计的主要方面为： 1. 简化自动开板器的结构，现有自动开板器零部件数多，体积大，结构复杂，使得制造成本高和安装不便，需通过改进简化其结构来减少自动开板器的成本。 2. 提高自动开板器的可靠性，因生产现场腐蚀严重，开板器上的扭簧在频繁拉板状态下经常出现端部扭臂处因疲劳而发生断裂现象等，使得自动开板器反复频率高，影响生产的顺利进行，需经过改进设计提高其可靠性，降低维护费用。 3. 提高自动开板器的工作效率，通过改进其结构，来提高传动效率，完善其功能，使其获得更高的经济效益。因改进后的自动开板器需在原有厢式压滤机上安装使用，故其在压滤机上的安装尺寸需保持不变，所以其总体结构尺寸改变不大。同时，现有自动开板器结构复杂，零部件数多、体积大，传动效率低和反复频率高等缺点，主要是因为现有自动开板器在开板时其整个过程控制拉板工作的零件数量多，导致传动效率低，也易发生故障，故在改进设计时应主要对拉板零件进行改进设计，以便能有效达到改进设计的目的。3.2 改进方案论证 通过收集资料及对现有开板器的拉板动作的分析后，提出以下两种设计方案：3.2.1方案一 该方案针对原自动开板器的结构复杂，克服其安装不便及易出故障等多种弊端，在原有开板器的基础上改进设计出了该自动开板器3，其结构如图3-1所示。 1.拨爪 2.限位挡销 3.连接转轴 4.拉扳手 5.上导座 6.拉伸弹簧 7.顶块 8.中间销 9.橡胶扭簧 10.滚轮座 11.滚轮 12.滚轮轴 13.上链槽 图3-1 方案一开板器结构简图该改进方案的思路为：为改进拉板零件，设计一拉扳手用于拉板，为使拉扳手能在去拉板过程中被压下，而在拉板回的过程中能带动滤板一起运动，在拉扳手的右端使用一段拉簧连接拉扳手，左端设计了一限位挡销，在拉扳手在被压下后，在滤板手柄间隙处能被弹回复位，在复位后反向移动，通过限位挡销的限位使拉扳手拉动滤板一起移动，其反向移动依然是依靠定力矩减速机和行程开关控制，于是在拉簧的另一端设计一顶块，使其被滤板压下后产生的阻力来控制定力矩减速机。而在完成一个动作循环后为使拉扳手复位，而在拉扳手下设计了一拨爪，并在其上安装了一橡胶扭簧，在其共同作用下进行复位。设计的链槽主要是为了防止灰尘、杂物对链条的污染，使其不必采用价格较贵的不锈钢链条，可降低链条的制造费用。改进后的自动拉板器的拉板过程：其拉板时靠拉板手在限位挡销和拉伸弹簧的共同作用下来回拉板。具体为当开板器拉板时，其拉扳手在触及滤板把手右端面时，拉板手受压顺时针旋转避开手柄右端面从而通过手柄，当达到手柄左端面，拉板手在拉伸弹簧的作用下逆时针旋转，在两块滤板手柄间隙处复位，在此过程中，由于顶块7被滤板把手挡住，产生一定阻力，并通过定力矩减速机和行程开关控制电机反向，从而使自动开板器反方向移动开始拉板。当到达头板端并被头板挡住后，又产生一定的阻力，通过定力矩减速机和另一个行程开关控制电机反向送钩，这样反复动作直到滤板被拉完而自动开板器又返回尾板端时，拉扳手触及止推板侧撞杆而顺时针转动到一定角度后被拨爪钩住后返回，当回退到油缸座位置时，拨爪被两侧的撞板触发后脱钩，并在橡胶扭簧的作用下复位。通过其工作情况可知，该改进方案能达到简化其结构，安装方便，减少成本，维修简易等性能特点。但由其结构图可知，其体积还较大，同时其使用了橡胶弹簧，而橡胶弹簧使用的是粘-弹性材料，力学性能比较复杂，设计时难以精确计算，随着使用的进行，其可靠性逐渐降低，使得其依然有一定的故障发生率。3.2.2方案二 方案二的改进思路与方案一相似，其在原有开板器的基础上主要改进之处表现为将设计两个拉爪用于拉板，来代替原来通过动杆、移动杆和摆臂的配合进行的拉板；依旧使用顶板限位，在拉爪拉板时其顶住拉爪，使拉爪实现拉板。同时，在新自动开板器4中设计的顶板和活动板是用来控制左右拉爪的运动，以代替原开板器结构中采用两套装置分别控制左右移动杆的运动；而将原机构中的摆臂3和扭簧的功能，用一根拉簧来代替，为安装拉簧，设计了挂杆。结构改进后的开板器的结构简图如图3-2所示。 1、活动板 2、连接板 3、顶板 4、左拉爪 5、拉簧 6、右拉爪 7、挡轴 8、挂杆 图3-2 方案二开板器结构简图 其开板过程为：当拉板小车向尾板方向运行，左拉爪4碰到第一块滤板把手后，即被滤板把手碰倒，此后，右拉爪6被滤板把手挡住，产生一定阻力，并通过定力矩减速机和行程开关控制电机反向拉板，从而使自动开板器向头板方向移动。这时左拉爪4在拉簧回复力的作用下被弹起，并即钩住滤板反把手将滤板拉向头板端。当到达头板端并被头板挡住后，又产生一定的阻力，通过定力矩减速机和另一个行程开关控制电机反向送钩，这样反复动作直到滤板被拉完而自动开板器又返回尾板端时，活动板1碰到尾板端的控制把而被推回，使左拉爪4被压下。同时自动开板器回到头板端碰到行程开关而停止，活动板1和拉爪4、6也随之被推向原位。 拉爪的设计简化了开板器结构，使得拉板动作更为灵活可靠，提高了其传动效率；拉簧的改进不仅可以保证拉爪的顺利压下和复位，还能方便设备的维护；增加的活动板能有效地实现拉爪的复位，简化了原来通过摆杆和调节杆复位的复杂结构。3.2.3对比分析 表3-1为原开板器、方案1和方案2三种自动开板器性能方面的对比分析。表3-1 三种自动开板器性能对比分析表类别 原自动开板器 方案一 方案二结构性 复杂 较简单 简单防护性能 差 好 一般使用故障率 高 一般 低选用弹簧性能 扭转弹簧 拉伸弹簧与扭簧的组合 拉伸弹簧安全维护性能 差 一般 好制造成本 高 一般 低 由上表的对比可知，方案二比方案一具有更好的结构、维护性能，其制造、安装成本也较低，两者择优应选择方案二作为改进设计的最终方案。3.3 确定改进设计后的主体结构因开板器安装所在厢式压滤机尺寸结构已定，故按方案二改进时，其箱板基本尺寸不变，改进前的总体结构图如图3-3所示。 图3-3 原开板器总体方案设计图由图3-3知原开板器箱板尺寸314x58x84mm,开板器改进后依旧安装在原压滤机的横梁上，故新的开板器其两车轮之间尺寸和箱板宽度需保持不变,因改进方案用两拉爪替代了原开板器复杂的开板零部件，其长度可根据实际改进需要而稍作改变，改进方案设计箱板尺寸为280x58x84mm，活动板为实现拉爪工作循环后的复位，需插入顶板中，故顶板需设计一长方形通槽，而连接板的尺寸和位置不做改变，同时依靠车轮运行的新自动开板器因其厢式压滤机上横梁未作改变，故其车轮也将保留为原样，按照方案二的改进可确定改进后的总体方案设计图如图3-4所示。 图3-4 方案二总体方案设计图3.4 改进后的工作原理由方案二的开板过程可知，改进后的自动开板器工作方式不变，故其工作原理与改进前一致。 3.5 改进后的传动方式改进后的开板器依然由开板电机来提供动力，其运动的传递途径与改进前一致，均为开板电机定力矩减速机自动开板器，故其传动方式不改变，开板器与定力矩减速机滚子依旧是链传动，电机和定力矩减速机的链接依然采用V行橡胶皮带传动,其传动部分不需作改变。4 零部件的改进设计按方案二改进后的自动开板器没了移动杆、摆臂和动杆等零部件，取而代之的为两个拉爪，两拉爪之间由一拉簧连接，开板器通过拉爪的动作实现拉板过程；同时新的自动开板器中设计了活动板，用它来替代原开板器中调节杆和摆杆实现工作循环后复位的功能。而其他的零部件的改进设计主要是为了装配的需要，故新的开板器的关键改进零部件为拉簧、拉爪、活动板和顶板的设计。4.1 拉簧的设计4.1.1拉簧的选择弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷的作用下产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。其按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧5。拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。扭转弹簧是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。在改进方案中，是用拉簧来代替原机构中的摆臂和扭簧的功能，其连接两个拉爪，保证两个拉爪动作同步。故拉簧应具有较大的弹度，同时由于自动开板器其工作现场腐蚀严重，拉簧应保证具有良好的热处理性能，可选择65Mn低锰弹簧钢6，同时，开板器在拉板时，拉簧受循环载荷的作用，其工作中要求可靠、灵敏，其作用次数应大于1x103,故拉簧应按第类考虑，为节省轴向工作空间，拉簧应选有预紧力的拉伸弹簧7。拉簧在由原拉板器工作情况，得出拉簧的工作情况：预调拉力，最大工作拉力为,其宽度为16mm,最大变形量为,因其受力不大，估取弹簧钢丝直径为2.0mm，而弹簧丝直径小于8mm的一般用冷卷法，大于8mm的用热卷法。故该拉簧用冷卷法卷制8。4.1.2拉簧参数的计算 （1）确定许用应力： 表4-1 65Mn弹簧钢丝的拉伸强度极限(摘自GB/T 4357-1989) MPa钢丝直径d/mm1 1.214 1.618 22.2 2.52.83.418001750170016501600 由表4-1可得，由文献8表16-2可得： （2） 计算弹簧钢丝直径 现选取旋绕比，则由式 可得： 由得： 取, ,不变，取D=16mm, ,计算, 于是 上值与原估计值相近，取弹簧钢丝标准直径。此时， 为标准值 （3） 计算弹簧圈数n 由公式及文献8表16-2取 则弹 簧圈数n为 取圈，此时弹簧的刚度为： （4）验算弹簧的初拉力 因,初应力 由文献8图16-9，当时，初应力的推荐值为42120MPa,故初应力合适。故所用拉簧为直径2mm，中径16mm的65Mn低锰弹簧钢。4.1.2拉簧结构的设计拉簧的中径和簧丝的直径已定，根据两拉爪装配距离，拉簧长度为139mm，选定两端的勾环为，为保证拉簧的使用效果，勾环中心面与弹簧轴心线位移度为1.5mm公差，同时，其表面须经热处理以保证其硬度，热处理后其硬度达到HRC45-50，同时最好经经喷丸表面处理以提高强度9。其结构简图如下： 图4-1 弹簧结构简图 采用拉簧不仅满足了其功能要求，而且还能够在弹簧因腐蚀断裂后拉爪自然落下时及时查出故障并对设备进行维护。4.2 拉爪的设计 根据其功能要求，新自动开板器设计成二个拉爪，一拉爪起拉板作用，一拉爪起止动反向作用，两拉爪通过挂杆、拉簧和顶板中间的拉爪槽支撑和限位。4.2.1廓形设计为实现拉爪的功能，其左右拉爪应设计成不同的廓形，拉爪在与滤板把手接触时，需平滑压下和弹起，而方形端面接触时易卡死及出现冲击，不能达到要求，而须在端部设计出斜面，经相关实验得出左拉爪其斜面角度为43时能平滑的被滤板把手压下及在两滤板空隙之间弹起，其表面粗糙度要求达到10。右拉爪需能被平滑顶起，回落时能与活动板保持连续接触，其活动板接触端面设计为67.5的斜面为宜，同时端面廓形改变处设计R5的圆弧平滑过渡连接，保证拉爪工作时的平稳、顺畅。4.2.2结构尺寸设计左拉爪用于拉板，要求先能被滤板把手顺利压下，再在其到达两滤板之间空隙中能顺利弹出，弹出后还要保证与滤板有足够的有效接触长度来保证拉板，根据其箱板尺寸，设计左拉板安装的轴孔心距离箱板上端43mm,拉板下端轴心距上端圆弧中心距为78mm,同时左拉爪在弹出后应保证与滤板把手有一定的接触长度，而滤板把手长度为26mm,故可取拉板厚度为22mm。应小于两个滤板把手之间的宽度，并能在其之间活动自如，取其宽度为30mm。右拉爪其宽度和厚度与左拉爪一致，两拉爪的长度需保证两爪被压下时不能相碰，在能有效拉住滤板的情况下，尽量减少其尺寸，以节省材料，降低制造费用，可取右拉爪长度为103mm。其下端为安装拉簧，并在其压下、弹出时，与拉簧不能相碰，左拉板下端设计孔径的通孔，并在其厚度上减少了10mm厚度,用于安装挂杆，连接拉簧，挂杆和孔的配合采用基孔制,配合公差为11。因拉爪不断地被压下和弹起，故拉爪与箱板的连接需可靠和具有足够的抗剪切强度。其连接通过挡轴连接，其直径大小要满足足够强度，不能太小，同时，若直径较大，导致配合孔径也大，消弱了拉爪的强度和刚度。因使用环境有强腐蚀性，连接档轴材料可选用3Cr13不锈钢实心轴，调质处理，由文献8表15-1可得3Cr13许用弯曲应力为，轴受拉爪的最大力因轴距两厢边的距离分别为23mm、35mm。所以轴所受最大弯矩 由公式 得 故 取轴径大小为mm。轴和孔径采用基孔制配合，配合公差为：，表面粗糙度要求达到。通过对两拉爪的设计，使自动开板器实现了开板的功能，在不增加控制件的情况下，达到了改进设计的目的。两拉爪的结构如图4-2、4-3所示。 图4-2 左拉爪零件图 图4-3 右拉爪零件图4.3 顶板和活动板的设计新的开板器设计了顶板和活动板，顶板用于开板器的限位，其间开有拉爪槽，在拉板时限制左拉爪的移动，从而实现拉爪拉动滤板，为使拉板和复位动作准确可靠，拉爪槽长度方向应给出一定的尺寸公差。同时，为顺利拉板，两爪支撑轴的轴间距尺寸公差应控制较严，轴心到顶面的高度尺寸应至少控制在6级12。增加的活动板用于开板器工作循环后的复位，其是插入在顶板下的一长方形通槽内，在自动开板器拉完板后返回尾端时，通过活动板碰到尾板端的控制把被推回使左拉爪压下，使得开板器能顺利回到头板处，再复位。在因现场的工作环境，活动板需采用不锈钢板并表面抛光，使其活动自如，抗腐蚀。以上零部件的设计为此次改进设计的关键，滚轮轴和车轮采用与原开板器上同样的结构，销轴、螺钉等标准件可根据需要直接选用。4.4 改进前后对比分析（1）旧的自动开板器共有34个零件，而新的开板器只有17个零件，大大简化了其结构，使制造成本大为降低，同时也简化了装配，方便了维护。（2）在旧的自动开板器中,控制两个移动杆的零部件有4个挡轴,3个扭转弹簧、1个摆臂、一个调节杆、一个摆杆及其它一些辅助件；而在新的自动开板器中，控制两个拉爪的零部件只有一个活动板、一个顶板、一个挂杆和一个拉簧，这样就使两个拉爪的动作更加灵活可靠，使故障发生率降低，同时弹簧因腐蚀断裂后拉爪会自然落下，便于及时查出故障并对设备进行维护，其整体结构更加合理。（3）由于新的自动开板器比旧的自动开板器的零件减少了一半，所以使安装维修调试都更加方便，其传动效率也大大提高，效益将更加显著。 5 结论本设计是根据实际生产需要，在分析原自动开板器的不足的基础上，对其进行改进设计。在设计之初，通过对原自动开板器的大量具体分析，并通过查阅大量相关资料后，了解原自动开板器的工作原理及工作情况，发现其所存在的缺陷，对其提出改进方案，再经过不同方案之间的比较分析，确定了改进方案，对拉爪、拉簧、顶板和活动板等关键零部件进行了改进设计，对这些零部件设计的主要特点是：（1）设计不同廓行的两拉爪来控制拉板，较好的满足了拉板的功用，还有效的简化了拉板结构。（2）在两拉爪之间用一根拉簧连接，使得拉板动作更加灵活可靠，同时，若弹簧因腐蚀断裂后，拉爪会自然落下，从而反映出故障，能够及时对设备进行维护。（3）活