毕业设计（论文）-合成革湿法生产线PU浆料槽升降机设计【全套图纸】.doc

前 言 本设计主要介绍合成革湿法生产线PU浆料槽升降机的设计过程，主要包括对超细纤维生产流程的简述，销轴和杆的设计和校核，液压系统中油箱的设计，PU浆料槽的焊接。在我国南方的许多合成皮革工厂和一部分印染企业，往往要将浆料槽提升到一定的高度。许多工厂采用的是固定式的浆料槽，然后人工进行加料换料，这就浪费巨大的人力，而且给工人增加了劳动强度，增加了生产成本。另外还有少数工厂采用了四根油缸直接举升，这种情况虽然节省了人力成本，但故障率较大，且对油缸承载要求高，降低了油缸的使用寿命。一旦有一根油缸漏油，则整个机构瘫痪，导致停产。我们设计的剪叉式升降机的设计突破了这个瓶颈，只要轻轻按下开关，便能够实现浆料箱抬高到一定的高度，碰到行程开关后，自动停止。且便于加料换料，故障率大大降低。湿法生产线升降机是用途广泛的作业装备，使顶架升高后有一定的稳定性，较高的承载能力。本装置除了应用于厂矿车间中外，还可应用于码头，仓库等场所。本次设计是我们在踏入社会之前对所学各科的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学学习中占有重要的地位。通过这次毕业设计的制作过程，我们不仅巩固了理论知识，而且懂得了团结协作的重要性，我们组成员各自认真完成了分工，互相讨论，互相学习，对我们将来的工作生活都有很大的启发。我们以严谨务实的态度对湿法生产线升降机进行了详细的设计，但由于知识水平与实际经验有限，在设计过程中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师能给予批评和指导。图纸，加1538937061 湿法生产线概述1.1超细纤维皮革生产流程的简述湿法生产线在超细纤维皮革生产中是一种较为先进的产线，在我国浙江、湖北、福建等地的很多工厂中受到广泛的应用。它主要由八个工艺流程组成： （1）纺丝（共熔纺丝法）将两种组分尼龙（PA）和聚乙烯(PE)经过共熔和高压处理，形成丝长为52mm的纤维。 （2）无纺布制作过程图1-1 皮革生产流程如图1-1所示，把混棉打散，在经过混棉，将散棉加工成薄薄的一层，铺在连带上面，在经过十九台针刺装备的共同作用下，能够结合在一起，使其形成厚厚的基布。 （3）定型（热压） 基布在热压处理下，定型，如上图所示，有两个滚轮子，基布经过两个滚轮的热压，温度控制在80-90 C，这样，就能够使基布由厚变薄从而定型。 （4）烘干 （5）含浸PU（聚氨酯）图1-2 基布含浸PU过程 将基布经过如图1-2所示的九辊轧车滚轮中，其中浆料槽中盛放着PU（聚氨酯）, 使基布软化，我们设计的升降机应用于此流程中，且要充分使基布浸泡入PU里面，这样才能达到预定的效果。 （6）使用10%DMF凝固PU 把完全浸泡过的基布浸入含有10%的DMF的溶液中，使PU凝固，随后把基布经过同样装有DMF的槽子里面，其中DMF的浓度依次减少，直至最后是水溶液，使PU凝固完全，同事出去DMF。 （7）用甲苯抽出PE 用甲苯消除基布里面的PE（乙烯），在加热融化的情况下，除去PE。在此过程中，丝状物由1条变为100条，达到超细的效果。 （8)整理皮革 经过上述过程后，皮革再经简单的处理，进入市场后，就能够大致应用在：一是经过剖层，再经过染色，就能够做衣服；二是把它进行贴膜，就能够形成制鞋厂所需的材料，或沙发上的皮革。1.2皮革生产线升降机的作用皮革生产线升降机作用在工艺流程5（含浸PU）中，许多工厂采用的是固定式的浆料槽，然后人工进行加料换料，这就浪费巨大的人力，而且给工人增加了劳动强度，增加了生产成本。另外还有少数工厂采用了四根油缸直接举升（如图13所示），这种情况虽然节省了大量的人力成本，但故障率较大，且对油缸承载能力要求高，降低了油缸的使用寿命。一旦有一根油缸漏油，则整个机构瘫痪，导致停产。 图1-3 四根油缸举升方案图1-4 新型剪叉举升方案 假设一根油缸每个月发生故障的概率为0.9，则图1原方案一个月内导致停产的概率为： P=1-0.9=1-0.6561=0.3439 若采用图2改进型方案，则一个月内发生停产的概率为： P=1-0.9=1-0.81=0.19 可见，通过改进，我们将故障大大降低发生的概率，提高了工厂的生产效率。 综上所述，液动双铰接剪叉式结构液压升降平台整体尺寸较小，结构简单、紧凑，节省投资；可获得缸体二倍以上的升降行程；非常适合于空间尺寸小、升降行程大的场合，是一种值得推荐使用的升降机构。2 浆料槽和顶架的设计2.1 浆料槽的设计 2.1.1 浆料槽的作用 图21 含浸流程简图1浆料槽 2定型布 3滚轮如图21所示，浆料槽应用于含浸流程当中，其中盛放聚氨酯PU，对经过其中的定型布进行含浸作业。 2.1.2 浆料槽的结构组成 浆料槽的结构组成主要包括：目字型槽钢底架（Q235）、田字形方管侧架（Q235）、内衬不锈钢板、加热系统和其上的卸料口。2.1.3浆料槽质量的计算（1）浆料槽底部槽钢的质量 (180X70槽钢，理论重量为23 Kg/m) M=（3.800x2+3.514x2）x23+3.430x23+2x3.154x23 = 336.4+78.6 +145 = 560 Kg （2） 浆料槽侧壁方管质量 （两种规格120X50X2.5和95X50X2.5,理论重量分别为6.349 Kg/m和5.368 Kg/m） M= (0.867x4+0.767x4+0.879x8)x6.349+(1.121x4+3.267x2)x5.368 = 59.1+86.1 = 145.2 Kg （3）浆料槽架体上方管及四角方管质量(规格为50x50x2,理论重量为2.933 Kg/m) M= (4.110x2+3.267x2)x2.933+0.879x4x2.933 = 43.2+10.5 = 53.7 Kg （4）不锈钢板质量 (t=1mm) M= x 0.910 x 0.001 x 2 + 3.267x0.931x2x0.001x 7.8x10kg/m = 101 kg （5）浆料槽中液体质量 (密度为0.98x10kg/m) M= = 7137 kg2.2 顶架的设计 2.2.1 顶架的作用 顶架用于支撑浆料槽，使滚轮含浸于PU内. 2.2.2 顶架的结构组成 由槽钢架体和水平钢板组成. 2.2.3 顶架的质量计算 (1) 槽钢(Q235)架体的质量 M = 2.550x2+（1.1802x0.048）x4+（0.3902x0.048）x2+0.0680+（0.42x0.048）x2x10.007kg/m +(1.017+1.064)x6.634 kg/m = 114.8kg (2) 水平钢板（Q235）的质量 M= 2.550x1.180x0.004x7.8x10kg/m = 93.90 kg3 连杆和销轴的设计及校核 3.1连杆组的设计原理 图31 连杆组设计原理简图如图31所示，升降机杆件部分的原理如下：液压系统1给出动力，传递到杆2处（杆2和杆3由销轴铰接），由杆2推动杆3向左移动，由于杆的长度不变 ，左边的两根杆是绕定点旋转的的。所以，在此机构的作用下将浆料槽顶起。计算自由度，作出机构运动简图如下： 图32 连杆组运动简图由机构运动简图32 看出，此机构共有3个活动构件，4个低副，即： 活动构件的数目 n=3 低副的数目 P =4 高副的数目 P =0 自由度的数目 F = 3n-（2P+P）= 3x32x4 = 1可见此机构的自由度数与原动件数相等，故该机构具有确定的运动，能够将浆料槽举起来。3.2 销轴抗剪切强度与连杆抗弯曲强度的校核及其材料的选择 3.2.1 对杆组进行受力分析 （1）计算总载重在六根连杆上的分布 总载重M = M+ M+ M+ M+ M+M+M =560+145.287+53.71+100.9+7137+114.8+93.88 =8203kg如图3-1，总载重在杆2上的分布重力为 T1 = g = 20500N （2）如图31对连杆组连杆整体进行受力分析: 图33 杆组受力分析图如简图32 所示，T1=T2=20500N 机构整体平衡， X方向上合力为零 ： =0， Y方向上合力为零 ： =0。 得： N1=N2=T1=20500N P1=P2 其中，N1为地面对杆3的支撑力， N2为地面对杆2的支撑力， P1为侧壁对杆3的支持力， P2为油缸对杆2的推动力。 （3）对杆2进行受力分析， 图34 杆2受力分析图 由静力平衡方程，将力T1,P,P2,N2对O点取矩，得： = 0 即： T1 x L x cos P x L/2 x sin =0 得： P=2Tcot 由上式可知，在最小时，即顶架位于最低点时，销轴所受的剪切力P最大 。由 设计图得：=13 得，P=179545N 3.2.2 销轴材料的选择及对其的剪切强度进行校核 （1）销轴材料的选择 销轴所用材料为45钢，为中碳优质碳素结构钢。冷热加工性能良好，且价格低，来源广。 45钢淬火温度在A3+50C，因为淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180C左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应该采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷。另外，工件入水不宜静，应作规则运动。 45钢参数： =155 MPa， C含量：0.37%0.45%， Si含量：0.17%0.37%， Mn含量：0.50%0.80%， 淬火温度：840 C水，获得马氏体钢。 回火温度：600 C水油，以获得回火索氏体。 （2）销轴剪切强度进行校核 如下图35所示，销所受的剪切为双剪切， =155 MPa P为主动杆1作用在销轴上的力， d为销轴的直径， 为销轴所受实际剪切应力 得：d35mm 所以，取d=50mm，能够满足剪切强度要求。 图35 销轴杆组铰接图 3.2.3 对杆2进行材料的选择及抗弯强度校核 （1）杆2材料的选择 杆件材料选择Q235钢，等级A。 Q代表材料的屈服度，235为屈服值。 含C：0.12-0.20% 含Mn：0.30-0.70% 含Si：不大于0.30% 含S：不大于0.045% 含P：不大于0.045% 抗拉强度 ： =375460 MPa 具有良好的塑韧性和焊接性能，冷冲压性能，强度好，广泛应用于一般要求的零件的焊接结构。 （2）对杆2进行抗弯强度校核 将T P2 P N2在平行于杆的方向与垂直于杆的方向分解,如图3-6所示， 图36 杆2受力分解图 F1 = Tcos13= 20000N 其中，T1为 顶架对杆2的压力， F1为 T1沿垂直于杆2方向的分力。 F2 = Pcos77= 40000N 其中，P为 销轴杆2的挤压力， F2为 P沿垂直于杆2方向的分力。 F5= F3F4 = P2 sin13Nsin77=20000N 其中，P2为 油压缸对杆2的推力， N2为 地面对杆2的支撑力， F3为 P2沿垂直于杆2方向的分力， F3为 N2沿垂直于杆2方向的分力， F5为 P2、N2沿垂直于杆2方向的合力。 图37 杆2垂直于杆方向受力简图 剪力弯矩方程为： Fs=-F1 （0xL/2） Fs=F3 （L/2xL） M=-F1 x X （0xL/2） M=-F5x (L-X) （L/2xL） 作出剪力弯矩图，如下： 图38 杆2所受剪力图 图39 杆2所受弯矩图 从弯矩图3-6看出，最大弯矩在截面B处，且Mmax=F1 x L/2 = 16000NM 求截面B处的弯截面系数W： 图310 杆2 截面图 (b 点处) W=0.000156 m W=0.000027 m W=0.0000667m W=0.00003947m 所以，总的抗弯截面系数 W= W W W + W=0.00010177 m =148.6MP = 375 MPa 图311 杆2 主视图 如上图 所示，由于d处虽弯矩较小，但抗弯截面系数更小，所以也得进行校核。根据截面d的尺寸，求截面d处的抗弯截面系数W： 图312 杆2截面图（d点处） W=0.000156 m W=0.000067 m W= W W=0.000089 m = = = 157MP=375 MPa 由上可得，连杆满足抗弯强度要求。 3.2.4 对杆2进行稳定性校核 杆件受压时，若强度不够，会出现由直线形状的平衡过渡为曲线平衡，即失稳。这种情况在本机构中是不准出现的，所以必须校核其稳定性。 图313 杆2受力分析图 由静力平衡方程，将力T1,P,P2,N2对O点取矩，得： =0 即： T1 x L x cos P x L/2 x sin =0 得： P=2Tcot 当=13时，得： P=179545N O点处P2、N2沿杆方向的合外力： F = P2 cos13+ N2 sin13= 179554N 其中，P2为 油压缸对杆2的推力， N2为 地面对杆2的支撑力。 因为连杆材料为为Q235A： 弹性模量：E=206GPa， 弹性极限：=200MPa。 欧拉柔度：=100 惯性矩： I = = =0.000009360.00000346 =0.00000590m 实际柔度：=， 且 I=iA 其中，长度因数=1 长度L=1.6m i为截面的惯性半径 压杆的截面积： A=bhbh = 0.003952m 得， =41.4 柔度= 查表得，a=304MPa, b=1.12MPa 代入得，=61.6 可见， 图314 压杆稳定计算简图 由上可得，杆2为小柔度压杆,在图3-11中表现为水平线 AB。则 =45.36 MPa12碳钢、低合金钢、不锈钢、铝、高镍合金双U邢或X形 (2) 焊前清理 焊接时，氩气只起机械保护的作用，对焊件与填充金属表面的油、锈及其他污物非常敏感，如清理不当，焊缝中很容易产生气孔、夹渣等缺陷。焊前必须认真清理，彻底除去填充金属、焊件坡口面、间隙及焊接区表面上的油脂、油漆、涂层，以及加工用的润滑剂、氧化膜及锈等。常用的焊前清理有化学清理和机械清理两类。 6.2.4.2焊接参数的选择：钨极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、钨极直径及端部形状、喷嘴直径和气体流量、喷嘴至焊件表面的距离和焊枪倾角等。(1) 焊接电流焊接电流是决定焊缝熔深的最主要焊接参数。焊接电流根据所要求的焊道熔深和钨极所能承受的电流来选择。根据使用要求，查手册得正接电流为215A。(2) 电弧电压电弧电压是决定焊道宽度的主要参数。在钨极氩弧焊中采用较低的电弧电压，以获得良好的熔池保护。电弧电压与钨极尖端的角度有关。钨极端部越尖，电弧电压越高，常用的电弧电压范围为1020V。 (3) 钨极直径和端部形状钨极直径的选择取决于拟采用的焊接电流种类、极性及大小。同时钨极端部尖度对焊缝的熔深和熔宽有一定的影响。根据要求，查设计手册得尖端直径为0.125mm，尖端角度12(4) 焊接速度 钨极氩弧焊的焊接速度按焊件厚度和焊接电