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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要电磁振动给料机是近几年来得到迅猛发展的一种新型机械，已经广泛应用于冶金，化工，医药食品等各行各业。随着采煤机械化程度的提高，对振动给料机的要求越来越高，因此，研究、设计、制造电磁振动给料机就成为一项十分重要的研究课题。由于现在炼钢行业的急速发展对环境的影响越来越大，这就对给料机械的环保设计提出了迫切的要求。所以这次电磁振动给料机的设计中使用了干熄焦技术来降低污染，同时还对电磁振动给料机的电磁学、动力学参数以及铁芯、衔铁等结构进行设计。确认无误后使用AutoCAD软件绘制电磁振动给料机振动器装配图等。最后，这次设计还对电磁振动给料机的使用和维护进行了讨论和介绍。关键词：电磁；振动给料机；干熄焦；ABSTRACTElectromagnetic vibration feeder is a new type machine which has been developed promptly in recent many years and applied widely to metallurgy industry, chemical industry, medicine and foodstuff industry, etc. With the increased mechanization of mining, the capacity requirements on the electromagnetic vibration feeder machine are increasing . Therefore, the research, design and manufacture of electromagneticvibration feeder has became an fully important research subject.Now the rapid development of steel industrys impact on the environment more and more, this is to put forward the urgent request to the environmental protection design of Material delivery machinery.So the design of the electromagnetic vibration feeder is used in CDQ technology to reduce pollution, but also on the electromagnetism electromagnetic vibration feeding machine, the kinetic parameters and the core. Design of armature structure. Check the correct use of AutoCAD software of electromagnetic vibration feeder vibrator assembly diagram. Finally, this design also uses the electromagnetic vibration feeder and maintenance are discussed and introduced.Keywords: electromagnetic； vibration feeder; Coke dry quenching；目录绪论11电磁振动给料机31.1电磁振动给料机简介31.2给料机构造31.3给料机工作原理52动力学参数的设计与计算72.1设计原始数据72.2输送速度的计算72.3电磁振动给料机的力学模型92.4电磁振动给料机的动力学计算102.5振动输送参数选择132.5.1物料抛料指数D的选择132.5.2动力系数K的计算142.5.3给料量的计算143电磁学参数的设计与计算154振动给料机的结构设计184.1机械结构设计准则184.2结构设计184.2.1铁芯的设计184.2.2衔铁的设计224.2.3板弹簧的设计234.2.4联接叉的设计244.2.5壳体的设计254.2.6减振弹簧的确定265给料机的使用与维护285.1电磁振动给料机的使用285.1.1给料机的使用285.1.2给料机给料量的调节295.2电磁振动给料机的维护31结论33致谢34参考文献35附录A英文原文36附录B汉语翻译43X绪论从建国初期，国家以重点发展重工业以尽快实现社会主义工业化时起，钢铁工业即被作为重工业的代表而得到了中央政府的高度的重视，从而有了从几乎是空白建立起一个强大的钢铁产业的可能。从一五计划时起，国家就不断地从农业和其他产业上为钢铁产业的发展筹集了大量的资金，并不惜花很大的代价用于技术的开发和创新。同时，钢铁工业作为中国最重要的基础原材料产业之一，与国家改革开放、经济发展与社会进步的步伐息息相关。经过近六十年的发展，中国钢铁产业取得了举世瞩目的成就，逐步步入了成熟的发展阶段。1949年，中国钢铁产量只有15.8万吨，居世界第26位，不到当时世界钢铁年总产量1.6亿吨的0.1%。20世纪90年代以来，钢产量从1990年的6635万吨，到1996年首次突破1亿吨，达到10124万吨，跃居世界首位，从此，一直保持着世界钢产量第一位。2003年突破2亿吨，2005年突破3亿吨，2006年突破4亿吨，2008年突破5亿吨。由于早期的炼铁采用的是木炭等材料作为燃料和还原剂，随着树木等资源的砍伐和严重紧缺，1709年世界上开始采用焦炭代替木炭来进行炼铁和炼钢，从此推动了炼焦生产技术的发展。焦炭是冶金等行业不可或缺的原材料，在我国二次能源的使用中占据着极为重要的地位。截至目前，我国的冶金行业连续保持着迅猛增长的态势，炼焦行业也随之大跨越式的增长。我国的经济得到了长足迅猛的发展。一方面我们由衷地感到欣喜；另一方面也为炼焦业正在对环境造成越来越严重的污染而倍感忧虑。随着我国国民经济的快速发展，矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进, 给料是许多行业(如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷、筑路等）产品生产中不可缺少的工艺过程。振动给料机用于把物料从贮料仓或其它贮料设备中均匀或定量的供给到受料设备中，是实行流水作业自动化的必备设备，分敞开型和封闭型两种.根据安装方式可分悬挂式和台式等几种。电磁振动给料机结构简单，操作方便，不需润滑，耗电量小;可以均匀地调节给矿量;因此已得到广泛应用。但是电磁振动给料机设计它也存在着一些缺点，如接通电源后机器不振动，机器间歇地工作或电流上下波动及空载试车正常负载后振幅降低较多等，这些都是需要在今后的设计生产中进一步改进的地方。这次课题研究主要针对的是电磁振动给料机在焦炭给料中的应用，由于焦炭给料中容易产生碳粉末扬尘现象，同时在工作时会产生高温等，这些对环境对机器的正常工作都会有很大影响。因此本次课题将研究使用液氮干熄焦技术（干法熄焦技术(Coke dry quenching)简称干熄焦(CDQ)，是相对于湿法熄焦技术(Coke wet quenching)简称湿熄焦(CWQ)而言的。它是采用惰性气体将赤热焦炭熄灭的一种熄焦方法。干熄焦技术能够回收利用红焦的显热，改善焦炭的成品质量，减轻熄焦操作过程中对环境造成的污染，是一项目前国内外冶金行业重点推广、并已经得到广泛采用的节能环保减排技术。干熄焦生产线是利用冷的惰性气体，将出炉赤红焦的显热回收的技术设备，与传统的湿法熄焦技术相比，具有低资源消耗、排污量小和显著提高焦炭质量等优点。）进行降尘降温。液氮在降温除尘后产生的高温气体还可用来推动汽轮机发电或直接供暖资源多次利用。所以对CDQ电磁振动给料机设计的结构优化具有很重要的意义。1 电磁振动给料机1.1 电磁振动给料机简介电磁振动给料机是一种较新型的定量、给料设备，它是利用振动使物料产生周期性的抛掷运动而完成向前输送物料的。它的用途很广，例如，用于从料仓排料；向胶带输送机、斗式提升机等给料；向破碎机、粉磨机喂料；以及定量包装和定量配料等。此外，电磁振动给料机还可以用于自动控制的生产流程中，实现生产自动化。目前，在采矿、冶金、煤炭、化工、建材、机械制造以及粮食、轻工业等工矿企业中，电磁振动给料机已经比较广泛地获得采用。它适用块状、粉粒状物料，还适用于输送高温的、磨损性大的以及有腐蚀性的物料，例如：化工原料及其产品、食品、玻璃原料、矿石、矿粉、煤炭、型沙、等1。本次设计的7吨干熄焦电磁振动给料机主要于干熄焦生产线上，用来输送热焦碳。1.2给料机构造电磁振动给料机一般由四个主要部分组成：料槽、支架小车，电磁激振器及控制系统。其具体结构见图1.1。图1.1 电磁振动给料机样机图由于给料机是一个中间环节的输送设备，其料槽的形状结构尺寸基本已经确定，所以不必再设计料槽的具体尺寸。激振器是使槽体产生振动的能源部件。所以它也是本次设计的核心部分。以板弹簧电磁振动给料机为例，主要由下列几个部分组成，见图1.2图1.2板弹簧电磁震动器1-壳体 2-铁芯 3-线圈 4-衔铁 5-联接叉 6-板弹簧1. 联接叉：联接叉是一铸铁件，它与槽体刚性连接在一起，通过它将激振力传给槽体。2. 衔铁：衔铁由0.230.50毫米的一字形硅钢片迭装而成，用螺栓固定在联接叉上，和铁芯保持一定间隙。3板弹簧组：振动器板弹簧为储能机构，它一般由60Si2Mn或60Si2A制成。弹簧板中部用一螺栓夹在联接叉中，两端各用一螺栓夹在机壳上，构成机器的弹性系统。它联接前质量和后质量，形成双质点振动系统。板弹簧是机器的重要工作零件，其材料的质量的好坏，直接影响给料机的工作性能。板弹簧电磁振动给料机，通常利用增加或减少板弹簧片数的方法，调整机器的工作点（即频率比）。4.铁芯和线圈：铁芯用0.230.50毫米“山”形硅钢片迭装而成，用螺栓固定在振动壳体上，铁芯上套有线圈，当电流通过时就产生磁场。5. 激振器壳体：壳体用铸铁铸造，作为固定弹簧组和铁芯用，亦作为平衡质量用，所以其质量应满足设计要求。为了防止将振动传给地基或建筑物，将激振器壳体支撑于刚度不大的隔振弹簧上2。1.3给料机工作原理1-槽体2-联接叉3-板弹簧4-衔铁5-气隙6-壳体7-铁芯8-减振器图1.3电磁振动给料机工作原理图如图1.3所示，由槽体、联接叉、衔铁、工作弹簧的一部分以及约占槽体容积1020%的物料等共同构成质量；由激振器壳体、铁芯、线圈及工作弹簧的另一部分等构成质量。质量和质量用板弹簧连接在一起，形成一个双质点定向振动的弹性系统。根据机械振动谐振原理，将电磁振动给料机的固有频率调谐到与电磁激振频率相近、使其比值=0.850.95,机器便在低临界共振状态下工作。因此电振机具有工作平稳，消耗功率小的特点。图1.4 电压和电磁力的变化示意图激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流的。未整流时电流的电压为正弦曲线，见图1.4a，当半波整流后，在正半周内有电压(图1.4b)加在电磁线圈上，因而电磁线圈就有电流通过，在衔铁和铁芯之间便产生一对大小相等的脉冲电力，见图1.4c，互相吸引。这时槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形，储存了一定的势能。在负半周，线圈中无电流通过，电磁力消失，由于板弹簧储存的势能被释放，衔铁和铁芯朝相反方向离开，槽体向前运动。这样，电磁振动给料机就以交流电源的频率，作每分钟3000次往复振动。由于槽体的底平面与振动器的激振力作用线间有一定的夹角，当槽体振动加速度的垂直分量大于重力加速度时，槽中的物料被连续抛起，并按抛物线的轨迹向前进行跳跃运动。由于槽体振动的频率很高，振幅很小，物料被抛起的高度也很小，所以只能看见物料在槽中向前流动。只有当单颗粒物料在槽中运动时，才能看见微小的跳跃运动3。2 动力学参数的设计与计算2.1 设计原始数据本次设计的电磁振动给料机的基本参数如下：1.物料名称：热焦碳；2.物料性质：温度，密度0.45t/m,粒度150mm；3.输送量：max 140t/h, (在075t/h内无级变量)；4.工作方式：连续；5.双振幅：1.5mm；6.震动频率：50HZ；7.电磁振动器上倾角：20；8.料槽下倾角：6；9.总质量： 7t(其中m+m=7t, m/m=0.9)；10.工作环境：室外，支撑在楼板上，高温，高粉尘；11.结构形式：料槽和振动器都采用弹簧下支撑，料槽内侧各面装耐磨衬板，铁芯采用“山”形铁芯。2.2 输送速度的计算振动给料机输送速度与物料的物理性质、料层厚度以及振动频率、振幅、振动方向角有关。当物料颗粒在振动槽中的垂直向上加速度分量达到-g后，以槽体的速度脱离输送槽，在抛掷过程中只受地心引力作用，而且重新与槽体接触时只引起塑性冲击，则水平输送理论速度可以用下式计算：(m/s)(2.1)=0.228（m/s）式中g重力加速度(m/)；f 振动频率(Hz)；振动方向角()；n系数。(上式中n取0.9)；系数n为抛掷时间与振动周期之比，即(2.2)n与D具有下述隐函数关系：(2.3)n与D的关系见图2.1。当D=3.3时，抛料时间即等于振动周期1f, n=1如果机器动力系数K已经选定，则振动方向角的选择对输送状况有极大的影响。角越大，抛料指数D也越大。这表示物料抛得陡而高，系数n也大；小时则相反，物料抛得较平，并且向对于抛料时间，物料在槽里停留时间长。振动方向角的选择取决于三个因素，即预期的输送速度、槽体的磨损和对输送物料的保护。对应每一个动力系数K可得到一个最佳振动方向角，使输送速度最大。图2.2表明，为了获取最高的输送速度，振动方向角与设备动力系数K所呈现的函数关系，同时也含有与抛料指数D的关系。对一系列物料进行多次实验结果得出实际输送速度与理论速度的差值，即实际速度为：(2.4)=0.172（）式中物料性质速度降低系数(取0.7)；料层厚度降低系数（取0.8）；槽体倾角影响速度系数（取1.14）。2.3 电磁振动给料机的力学模型电磁振动给料机的结构可简化为一个双自由度双质体的振动系统，其力学模型如图2.3所示。质量为前质量，包括给料槽、给料槽物料的结合质量、联接叉、衔铁、主振弹簧折算质量等几部分。质量为后质量，包括振动器壳体、铁芯、线圈和主振弹簧折算质量部分及配重等。作用在两个质体上的激振力模量大小相等方向相反，对振动系统而言是作用与质体之间的内作用力。相对阻尼力是消耗在弹性系统的滞后上，大小相等方向相反。外摩擦阻力，主要是由于物料输送中所引起的阻力，由于阻力比较小，所以分布在系统中两个质体上，也可以认为近似于相等，方向相反。内阻力与弹性元件的变形速度成比例，外阻力与质体的运动速度成比例。因此，从上述分析可以列出电磁振动给料机的振动微分方程：m1x1+f1x1+fx1-x2+k1x1-x2=Fsint+m2x2+f2x2-fx1-x2-kx1-x2=-Fsint+ (2.5)式中、质体1、质体2的质量(kg)；、质体1、质体2的阻尼系数；质体1、质体2之间的相对阻尼系数；x1、x1、x1、x2、x2、x2分别为质体1、质体2在振动方向上的位移、速度和加速度；F激振力幅(N)；角频率(rad/s)；t时间(s)；初相位角() 4。2.4 电磁振动给料机的动力学计算由原始数据和前面章节的计算推得，电磁振动给料机的给料量为30150t/h，振动频率=314rad/s，调谐指数z=0.9，其动力参数计算如下：(1) 初步分配质量比：质量m1为前质量，包括给料槽、给料槽物料的结合质量、联接叉、衔铁、主振弹簧折算质量等几部分。质量m2为后质量，包括振动器壳体、铁芯、线圈和主振弹簧折算质量部分及配重等。由已知质量比m1：m2=0.9，主振弹簧采用板弹簧或剪切型橡胶弹簧,且此次设计用板弹簧。+=7000kg则可以计算出=3316kg，=3684kg。(2)求质体1和质体2振幅：在振动方向上，由于k1k2，所以可忽略k2的影响。将式 (2.5)中两方程式相加可得：m1x1+f1x1+m2x2+f2x2=0 (2.6)也就是说，在每个瞬时，质体的惯性力与外阻力之和为零。同时外阻力近似地均布在两个质体上，大小相等方向相反，即：m1x1+m2x2=0 (2.7)则式(2.6)可写成：f1x1+f2x2=0(2.8)当强迫振动系统满足式(2.6)和式(2.7)时，则：x2x1=-f1f2=-m1m2 (2.9)因此，电磁振动给料机具有质量与振幅成反比的特性，即： (2.10)式中、分别为质体1和质体2的振幅。相对振幅A一般由一次谐波激振力幅和二次谐波激振力幅组成。A=a1+a2=1.5(mm)可得出：a1=0.789(mm)a2=0.711(mm)(4)计算质量m双质体振动系统振动时，在弹簧上有一点处于景致，这一点称为震动系统的惰性中心，它随两个质量比的不同而处于不同位置。当时，惰性中心在1/2处。当时，惰性中心接近处。如果比值更大，则双质量振动系统变为单质量振动系统。式(2.8)可以简化为单质量的强迫振动系统，其方程为： (2.11)(2.12)(2.13)可公式(2.13)得出式中m计算质量（kg）；c摩擦阻尼力折算系数。(5)主振弹簧刚度k1在不考虑阻尼时，可以认为和均以惰性中心为静止点，以相同频率作相对运动，则振动系统固有频率为：（rad/s） (2.14)因此 (其中z取0.9)角频率(rad/s)；z调谐指数；（z取0.9）。(6)激振力幅F及力与位移的夹角的计算方程x+f+cmx+k1mx=Fmsint+的特解为：(2.15)(2.16)，z=0.90.95 (2.17)，b=0.050.07 (2.18) (2.19)由公式（2.19）得：=arctan2bz1-z2=arctan20.070.91-0.92=33.5式中x相对位移（m）；F激振力幅（N）；共振放大系数：激振力之后位移的相位角；z调谐指数；b衰减系数。激振力为主振弹簧最大变形与弹簧刚度之积：(2.20)将式(2.20)代入式(2.16)，激振力为：（N）(2.21)取b=0.07，则F=1.510-32.1241081-0.922+40.0720.92=7.26104(N)式中A相对振幅（m）；z调谐指数；（z取0.9 ）b衰减系数；(b取0.07)k1主振弹簧刚度（Nm）。所谓共振放大系数即在激振力F的作用下，主振弹簧的动态变形量与静态变形量之比，即相对振幅与静变形量之比。从式(2.21)也可以看出，在系统振动状态下，阻尼的变化或调谐指数的变化都将直接影响振幅的稳定性。通常电磁振动机械选择在低临界近共振状态下工作，即=0.90.95，以获得较稳定的振幅和用较小的激振力获得较大的效能。阻尼系数为参变量，在低临界近共振状态下，由于外部因素，如料槽中物料量增加或料仓压力增大等因素影响，阻尼增大时，其振动振幅将降低。但与此同时，震动系统固有频率也减小，而使调谐指数趋近于1，则振幅趋于增加，达到相互补偿作用。当阻尼减小时，则上述因素将向相反方向变化，同样能保持这种相互补偿关系，从而可使电磁振动给料机稳定运行。当调谐指数接近1时，即电磁振动给料机在接近共振状态下工作，虽然所需激振力较小，但是阻尼的变动对共振放大系数和振幅的影响更加敏感，机器的运行稳定性就差。所以对大型电磁振动给料机一般取z=0.9，小型的取z=0.930.95。2.5 振动输送参数选择2.5.1 物料抛料指数D的选择对于各种振动机械，抛料指数的选择范围是不相同的。对于大多数长距离大产量的振动输送机，抛料指数通常为D=1.42.5；对于电磁振动给料机，由于长度较短，为了获得较大的输送速度，抛料指数的选择范围为D=2.53.3。物料在抛掷状态下运动，由于物料与料槽底部接触时间较短，大部分时间处于空中运行状态，所以对槽体磨损较小。振动给料机采用中速抛掷状态，在这种状态下，振动输送效率较高，能耗少，对机体强度和刚度要求不太高。在2.53.3范围之内，所以抛料指数D取值合理D1=42f2a1sing=43.1425020.789sin2010-29.8=2.718 (2.22)2.718在2.53.3范围之内，所以抛料指数D取值合理2.5.2动力系数K的计算设备的动力系数K主要受机械零件强度和结构刚度限制。输送距离长，输送量大的振动输送机，为提高设备利用系数，使设备不过于庞大复杂并能长期工作。通常动力系数K=46。振动给料机K=7.510。振动输送机和给料机的工作频率f和振幅的选择范围比较大，可以根据结构形式、输送长度、输送能力和工艺要求选择。电磁振动给料机采用高频小振幅状态下工作。振动频率f=15100Hz，相对应的振幅 =0.789mm。本设计振幅a取1.5mm，f为50Hz 5。K=Stmaxg=42f2a1g=43.1425020.78910-29.8=7.946 (2.23 )7.946在在7.510范围之内，所以动力系数K取值合理。2.5.3 给料量的计算给料槽出料口的截面尺寸为1320782(mm) 输送量Q按给料槽截面尺寸和输送速度确定：(2.24 )=36001.320.7820.1720.70.45=201.34()式中Q质量输送量（t/h）；实际输送速度（m/s）；物料堆积密度(t/m3)；承载构件中物料填充系数；（取=0.7）对于矩形料槽，=0.60.8；圆管形料槽=0.5。3 电磁学参数的设计与计算根据动力学参数所确定的工作频率、相对振幅、激振力幅及力与位移相位差角和环境要求进行电磁参数计算。倾角为时，输送能力为30140t/h的电磁振动给料机，动力学参数：工作频率为3000次/min，相对振幅A=1.5mm，激振力幅F=72637.72N，力于位移相位差角=33.5，供电电压，。由此可得电磁参数如下：选择可控晶闸管半波整流激磁方式。铁芯形式选择“山”型铁芯，材料选用DW240-95硅钢片（具体选用理由详见第四章4.1.1）(1) 选定气隙磁密，决定磁极面积根据半波整流激磁方式和硅钢片磁密许用值，对于DW240-95硅钢片一般取气隙基本磁密B0=1.01.2T，所以半波整流磁极面积为： (3.1)式中S磁极面积(m2)；F激振力(N)；K1磁力线边缘效应系数，K1=1.1；K2电阻影响系数，K2=0.97；0真空导磁率，0=410-7H/m；B0气隙基本磁密，取B0=1.1T。S=7.264104410-721.10.971.12=0.0354m2(2) 决定铁芯磁密并求出电磁线圈匝数由于漏磁通的存在，所以气隙磁密小于铁芯中的磁密。铁芯中磁密与气隙磁密的比值称为漏磁系数。在计算铁芯磁密时，还要考虑硅钢片在加工工艺中涂漆厚度和叠片压紧程度。铁芯磁密为： (3.2)式中铁芯磁密(T)；漏磁系数，当铁芯与衔铁之间气隙时，；填充系数，；叠片压紧系数，。BOT=1.51.050.951.1=1.654T线圈匝数为：(3.3)式中综合影响系数，。N=3800.94.44501.6540.0354=26.326匝（3）激磁电流基本电流：电磁振动给料机在交流供电电压下的瞬时值电流。它有三部分组成：直流分量、一次谐波分量、高次谐波分量6。(3.4)(3.5)直流分量：Iz=1-2cosI0=1-0.772cos33.5129.38=87.84A (3.6)一次谐波分量：I1=I01+2-2cos=82.151+0.772-20.77cos33.5=71.88A (3.7)二次谐波分量：(3.8)总电流有效值：(3.9)（4）电磁线的选择一般小型振动器的电磁线的电流密度选取j=2A/mm2,大型振动器j=1.5A/mm2，并根据环境要求选择电磁线的绝缘强度及层间绝缘材料。本设计取j=1.5A/mm2，采用“山”形铁芯，则电磁线截面积：(3.10)电磁线直径：(3.11)（5）视在功率：(3.12)（6）有功功率：(3.13)（7）功率因数：(3.14)4 振动给料机的结构设计4.1 机械结构设计准则1. 对于那些损坏可能对产品的安全性和可靠性有比较大的不利影响的零件所用材料，其环境适应性和耐久性必须：(1)建立在经验或试验的基础上；(2)考虑环境的影响，如温度、湿度、振动和大气污染等。2. 结构的每个构件必须适当地加以防护，以防因气候、腐蚀、磨损等原因引起的员伤或强度降低。3. 相邻结构若有较大温差，必须注意热变形引起过应力而造成零件的损坏。4.应尽量减少应力集中，减少或避免附加弯矩，避免不利的传力形式出现，控制复杂载荷的应力出现。5.为了提高结构的搞疲劳能力，在设计中必须注意：(1) 合理的选材；(2)减少应力集中（如断面的急剧变化、尖角、锐边、表面粗糙度等）；(3)控制尺寸公差，以免负公差的累积导致构件的断面厚度偏小；(4)尽量采用干涉配合的紧固件；(5)局部关键部位应进行强化；(6)在噪声疲劳部位（发动机附近），应降低工作应力，或采用夹层结构。6.为防止某个构件的损坏而引起其它构件的损坏，在设计时应采用：(1)止裂措施；(2)多路传力设计；(3)多重元件设计。7.密封材料应具有良好的耐磨、耐压、耐油、耐高低温和抗老化的性能7。4.2 结构设计4.2.1铁芯的设计1.铁芯形式的选择合理的铁芯结构可以使硅钢片材料消耗和加工工时大为减少,减少漏磁,并利用安装与调节。电磁铁的铁芯有三种形式: U型、山型、H型.U型的铁芯结构简单、漏磁少，但是结构不紧凑、不便于安装。山型的电磁铁的紧凑,复杂程度也不高,而且方便安装，但是有漏磁，但现在可以使用优质硅钢片材料弥补大部分漏磁。H型电磁铁结构比较复杂，调节比较困难，但弹簧不产生静变形8。考虑上述因素我选用“山”型的铁芯作为本次设计的铁芯。2. 铁芯材料的选用电器元件应用广泛，品种繁多，因其工作原理、使用场合不同，铁芯的结构形式也各不相同。电流互感器、磁放大器、零序互感器等采用的是静止式铁芯，起控制和放大电信号的作用，而接触器、继电器、电磁铁等采用的是运动式铁芯，把电信号转化为机械动作。运动式铁芯由静铁芯（磁轭）和动铁芯（衔铁）组成，工作中处于频繁吸合与释放的状态，其极面承受反复碰撞。因此，要求铁芯除具有良好的磁性能外，还应具有一定的机械、冲击韧性和耐磨性等，以保证电器的可靠运行。运动式铁芯按励磁电流的种类不同，可分为直流励磁铁芯和交流励磁铁芯。直流励磁铁芯在稳定状态下通过恒定的磁通，没有涡流和磁滞损耗，为加工方便，常用整块低碳钢或电工纯铁等材料制成。而交流励磁铁芯则通过交流磁通，产生涡流和磁通涡流，为减少涡流涡流常用涂有绝缘层，厚度为0.351mm,含碳量低于4.5%的硅钢片叠压而成，通常称为叠压式铁芯。与直流励磁铁芯相比，交流叠压式铁芯机械强度不高，制造工艺复杂，因此提高叠压式铁芯的机械强度是铁芯制造的重要课题9。3. 硅钢片类别的选择硅钢片按轧制方式可分为热轧和冷轧两类，按硅钢片晶粒取向分为无取向和晶粒取向两大类。从磁性能看，热轧硅钢片的工作磁感应强度仅为1.01.2T。而短时工作制的电磁装置，如自藕减压起动器中变压器铁芯的磁感应强度可选到1.6T。然而，冷轧硅钢片一般都可工作在1.51.6T，同时其硬度也比热轧硅钢片高。由于冷轧硅钢片在性能上明显地优于热轧硅钢片，其和值比热轧硅钢片高1.31.5倍，故在电器行业中热轧硅钢片正在被淘汰。美国自1954年、英国自1963年、日本自1967年已先后停止生产热轧硅钢片。与此同时，国外在无取向冷轧硅钢片的绝缘涂层方面也取得了进展10。综合上述一些理由，本次设计选用冷轧无取向硅钢片。4. 硅钢片厚度的选择涡流的磁场会减弱主磁场。由于铁芯的中部所交链的涡流回路数量最多，所以中心部分的去磁作用也就最明显。结果是沿边缘的磁通多于中间的磁通，形成所谓的“集肤效应”。采用薄硅钢片，不仅可有效地减少涡流，而且能降低集肤效应的不良影响。硅钢片越薄，其效果越好。但是硅钢片越薄，加工这种硅钢片的工艺越复杂，成本越昂贵。在铁芯制造中，硅钢片越薄，加工越困难，而且硅钢片间绝缘所占尺寸相对增加，使叠片系数下降，造成磁通密度增高。因此，硅钢片也不宜过薄。目前变压器采用的硅钢片厚度一般为0.230.50mm。本设计出于经济性和工艺性考虑，选用厚度为0.35mm的硅钢片。综上所述，再结合第三章电磁参数计算的=1.654 (T) 选择厚度为0.35mm 理论密度为7.65的GB2521-88中的DW240-95牌号硅钢片5. 电磁铁设计中着重注意的几个问题（1）当电磁铁有漏感，及电路内有串联电感或串联电阻时，无论是哪一种电振机，其电磁力都是位移的函数。（2）目前大多数电振机的工作点，在基波（一次谐波）共振区附近。（3）一次谐波激振力的大小，主要取决于磁密波形或电流波形。（4）增大电磁铁的气隙，会显著增大线圈内的电流。（5）选择电磁铁的磁密（依据最大磁密决定铁芯面积），既要不浪费电磁铁，又不允许跨入重饱和区11。6. 铁芯结构设计铁芯的结构式各异，但基本组成相同。常见的叠片式铁芯由芯片、分磁环（短路环）、铆钉、夹板等四部分组成。由磁极面积为0.0354,可以设定“山”型硅钢片中间磁极的宽度为180mm,则通过计算另一边长度为197mm, 即“山”型硅钢片中间磁极的横截面尺寸为180197（mm）。又由硅钢片的厚度为0.35mm，可以计算出共需要563片硅钢片。为保证单位时间内穿过的磁力线相等，取“山”型硅钢片两边磁极的面积为中间磁极面积的一半，因为中间磁极与两边磁极的长度相等，所以两边磁极的宽度为中间磁极的一半，即90mm。所以“山”型硅钢片两边磁极的横截面尺寸为90197（mm）。由于线圈匝数为26匝，缠绕方式可定为2层6匝+2层7匝，又因为电磁线的直径为9.55mm，再加上线圈两侧隔板的宽度，可取中间磁极和两边磁极之间的空隙宽度各为60mm,用于放置线圈。硅钢片高度按DW240-95材料高度取240mm。硅钢片具体尺寸见图4.1所示。图4.1铁芯硅钢片由于硅钢片要与壳体相连接，所以在两边设计两个凸耳；硅钢片需要压紧，所以在硅钢片两个侧面要加上若干个夹板；为减少电磁振动对铁芯的影响，还需把底座和凸耳及中间硅钢片部分用焊块焊接起来。其具体尺寸根据实际需要而定，见图4.2所示。图4.2铁芯结构图4.2.2衔铁的设计衔铁即运动式铁芯，与铁芯共同组成电磁铁。衔铁由0.35毫米一字形硅钢片迭装而成，用螺栓固定在联接叉上，和铁芯保持一定间隙。本次设计采用冷轧无取向硅钢片DW240-95作为衔铁材料，与铁芯材料相同。由前一节的计算推导，可以计算出衔铁共需要563片硅钢片。硅钢片的宽度是按照电磁铁的导磁面积所设计，这样保证电磁铁和衔铁的横截面积基本相同，从而形成一个“回路”；由于衔铁要与联接叉配合安装，故其两侧需要两个侧耳，两个侧耳上各开有3个定位螺孔，和联接叉两侧上的螺孔大小和位置均相同，用于完成定位连接；衔铁两侧各需一个夹板来实现硅钢片的压紧。衔铁的高度取为118mm,衔铁的具体结构尺寸如图4.3所示。图4.3衔铁结构图4.2.3板弹簧的设计振动器板弹簧一般由优质弹簧钢60SiMn或60SiA材料制成的板弹簧片叠装而成。板弹簧经过淬火后，要求硬度HRC=3945，热处理后弹簧片不允许有扭曲、裂纹、夹渣、锤痕等缺陷；表面脱碳层厚度不得超过板弹簧厚度的1/100；表面要求喷丸处理，喷丸后沿长度方向上综合平面度不大于20/2000，最后经探伤检查，发蓝处理。在板弹簧两端及中间压紧处均用5mm的铝垫片隔开，以消除板弹簧之间的摩檫力和增加板弹簧的散热面积。大型激振器，由于板弹簧体积较大，除了用薄垫片外，还应用厚垫片把板弹簧分成几个小组。新的垫片是在使用过程中逐渐压紧的，因此使用新的激振器时，必须反复拧紧顶紧螺钉，试运行一段时间后，再拧紧顶紧螺钉。电磁振动器的板弹簧结构形式如图4.4所示，板弹簧叠片两端用螺栓压紧，中间与联接叉用螺栓夹紧。当振动时，板弹簧两端有相对平移，所以在计算弹簧刚度时应考虑压不紧系数。由材料力学弯曲变形知识可知，若忽略板弹簧本身质量，视两端为固定梁，当梁的中心受力时，其挠度为：图4.4电磁振动器板弹簧受力状态和变形(4.1)(4.2)式中p激振力(N)；l板弹簧有效长度(mm)；E弹性模量，E=206109Pa；J惯性矩(m4);b弹簧板宽度(m);d弹簧板厚度(m)。弹簧刚度：(4.3)由弹簧叠片，并考虑到压紧系数，则弹簧板束总刚度为：(4.4)式中k 弹簧叠片总刚度(N/m)；压紧系数，他与弹簧板厚度和片数有关，一般。弹簧板有效长度1200mm,宽度为120mm，厚度为25mm，总刚度k=2.124108N/m，压紧系数为1.25，则弹簧板片数为：由公式(4.4)得，i=kl316Ebd3=2.1241081.2590010-331620610912010-32510-33=31.332片本次设计的板弹簧的顶紧方式是后顶紧，板簧的外形尺寸按GB709-8812标准取120012025（mm）,板簧采用两排并排排列。板弹簧电磁振动给料机，通常利用增加或减少板弹簧片数的方法，调整机器的工作点（即频率比）。4.2.4联接叉的设计联接叉是把激振力传给槽体的主要部件，它与槽体刚性连接在一起。联接叉连接着振动体和槽体，既叉的底座连接着衔铁，叉头位置又连接着给料槽的推力板，因此联接叉是设计中很重要的一环。小型联接叉一般用HT20-40灰铸铁件，大型联接叉一般用ZG45铸铁件，本设计选用ZG275-485H为壳体材料，此种材料性能要强于ZG45铸钢件。在满足机械强度和刚度的前提下，应尽可能地减轻联接叉的重量。联接叉内腔用于放置板弹簧，由于板弹簧的宽度为120mm,并且是两排并排排列，所以联接叉内腔宽要比2个板弹簧宽一些，取内腔宽为280mm,中间留出10mm，两侧各留出15 mm放垫板，剩下的240mm放板簧；联接叉的叉口要与槽体推力板尺寸相同，其横截面积尺寸为562240（mm）。联接叉两侧壁厚度选为50mm，两侧壁外侧各留出30mm的筋板，用于增加强度。联接叉叉体下部设计一个凹槽，并且在凹槽中部开2个直径为52mm螺孔，用于通过中部板簧的顶紧螺栓，这样设计既节省材料，又为调整螺栓的顶紧留出了很大空间，结构设计合理，造型美观；联接叉的底座两边各开3个直径为30mm的螺孔，位置与衔铁上螺孔的位置相同，用于通过与衔铁连接的螺栓，加工时要保证加工精度，以保证精确安装。本次设计板弹簧的顶紧方式采用的是后顶紧，因此，联接叉的设计必须按照后顶紧的方式设计。根据设计要求，联接叉的具体设计如图4.5所示。图4.5 联接叉4.2.5壳体的设计壳体是各种机械的基本部件，它主要是起支承作用。机械的其他部件一般固定在壳体上，有些部件是在壳体的导轨面上运动。壳体起的基准的作用，以保证各部件间正确的相对位置，并且使整个机器组成一个整体。在其他部件及工件本身的重量和工作过程中的载荷（包括各种冲击力）作用下，壳体要有足够的强度而且变形不超过允许值。此外还应考虑机体的动刚度、阻尼、热变形、尺寸稳定性、疲劳强度等。壳体一般是机器中尺寸最大的部件，它往往与机器的整体布局，机器的造型美观，操作方便，加工工艺性等都有很大关系。壳体是个铸件，小型激振器一般采用灰铸铁HT20-40，大型激振器一般采用铸钢ZG45或球墨铸铁QT40-17。以往设计的壳体曾使用过铸铁的材料，但铸铁容易疲劳，寿命很短，所以本次设计选用铸钢材料ZG275-485H为壳体材料。壳体的尺寸除了应满足结构设计要求外，还必须按配重的要求来确定其重量，需要时外加配重进行调整。由于板簧的长度为1200mm，要放在壳体上腔内，所以上腔的长度要比板簧略长一些，取为1240mm；由于铁芯放在壳体下腔内且连接在腔内两侧凸台上，所以下腔的长度取为886；壳体下上顶紧螺栓处的壁厚取为100mm,其他一些部分壁厚取为75mm，这样即满足强度要求，又节省材料，设计经济合理。壳体的一些具体设计如图4.6所示。图4.6壳体4.2.6 减振弹簧的确定动给料机安装在基础或结构上时，为了使振动惯性力不传递或少传递给基础应当采用弹性支撑隔振方法。本设计采用座式螺旋弹簧。这种弹簧的优点是：制造较为方便；内磨檫小，能耗较经济；在正确设计的情况下，具有较长的寿命。由于粘性阻尼的存在对缓和共振是有效的，而对隔振是不利的。因此，在使用金属弹簧支撑振动机械时，为了防止在启动或停车过程进入共振状态，则需并用阻尼器。小振幅时，使衰减不起作用，而且不干扰隔振。应特别指出，当采用吊式挂式隔振弹簧时，再将弹簧顶紧后，一定要将螺母用销锁住，防止在振动过程中螺母松动脱落造成事故。座式螺旋弹簧由于其结构简，不受环境影响，因而在振动给料机中被广泛使用。5 给料机的使用与维护5.1 电磁振动给料机的使用5.1.1给料机的使用振动给料机虽然运转安全、使用可靠、操作容易、维护简单，但实践表明，一旦出了故障，若不及时停机并予以排除，也会在短期内损坏。因此，操作人员和维护检修人员需要掌握振动给料机的性能，严格执行操作规程，作到及时维护，才能保证振动给料机长期正常运转。1. 开机前注意事项（1）检查振动给料机周围是否有影响振动的因素，一旦发现，应立即排除。（2）检查振动给料机本身状况是否正常：所有螺母是否紧固（对重要部件，如偏心块组可调偏心块紧固螺母、激振器底座紧固螺母、弹簧紧固螺母等，尤为重要）；轴承润滑是否良好；隔振吊挂装置或支承装置是否正常；密封装置（应无物料充塞）是否密封且活动自如；焊缝等有无破裂等等。（3）检查各种控制装置的完整性、灵敏性和可靠性。（4）检查出料口和料仓内情况是否符合要求。2. 开机时注意事项（1）启动是否正常。有时用电流表检查启动电流是否在允许范围内。（2）开机后有无不正常噪音和振动异常现象，观察振动指示牌，看振幅是否正常和稳定。（3）给料状态是否均匀、连续、松散、准确。3运转时注意事项（1）观察振动是否正常。（2）观察给料是否稳定。（3）检查螺母有无松动，有无异常噪音。（4）检查电机及轴承是否超过允许温升。（5）检查密封装置的密封效果，是否有溢料及塞料现象，是否影响振动。4电磁振动给料机的使用（1）接通电磁振动给料机的转换开关，信号灯亮，电磁激振器绕组接入电网，电磁振动给料机启动后调节电位器，便可以调节给料量到需要值，并开始稳定工作。通常电位器在启动前都是在振幅最小甚至在零工位，然后逐渐增加到需要值，也可以直接在需要值工位启动，或在需要值工位停机。新投产的电磁振动给料机，工作一段时间后，应再次检查各个需要紧固的螺栓是否紧固。（2）向电子秤等定量给料时，可在电气控制线路上设计成以时间继电器控制先进行约80%95%的大流量粗给料，然后切换为小流量的精给料，直至达到需要值，发出信号指令，自动停机。这样可以做到既缩短给料时间，又保证给料精度。在定量精度要求不高的场合，振动给料机可以用作定量设备。（3）采用在料仓内设置料位控制器控制电磁振动给料机，在料空或假料空时停机，及时发出料空信号。（4）在电磁振动给料机下部受料装置上设置电气控制装置，控制其瞬时给料量或按指令调节给料量。如在胶带输送机下部安装差动变压器反馈信号装置控制电磁振动给料机给料量，使每一瞬时保持不变；又如在自动控制燃煤系统中，根据燃烧强度发出指令，控制电磁振动给料机，调节给料量，从而调节燃烧强度13。5.1.2给料机给料量的调节电磁振动给料机突出的优点是给料量可以在运行中无级调节，并且可以单机调节，也可以根据点控信号自动调节。调节方式主要有以下几种，本次设计主要采用第2种调节方式。1 改变激振频率在振动强度不变的情况下，降低激振频率使得单粒物料单位时间内跳跃次数减少，在振幅不变时，使给料量随之减小。在激振力幅值不变时，由于调皆指数的变化有会使振幅有所降低，而使给料量减小。应当注意的是，变频电源为保证激振力不变需保持电压与频率的比值不变，但是采用变频方法比较复杂，应用较少。如果降低频率而相应增大振幅，则可以增大给料量。如分频式电磁振动给料机即为此例。2 改变系统激振力改变系统激振力的大小，就可以改变其振幅的大小，从而实现调节给料量的目的。因为半波整流的激振力为： F1=2gB00.52Ssint-2N(5.1)(5.2)得 F1=2gU1080.54.44Wf21ssin2t-2(5.3)由上式可以看出，调节激振力有调节外加电压U、改变线圈匝数W和改变激振频率f等方法。激振力与电压的平方成正比关系；与线圈匝数和振动频率的平方成反比关系。其他激磁方式与上述相同。（1） 改变线圈匝数W鉴于这种方法不易实现，比如电磁铁中间抽头接线等，故较少采用。（2） 改变激振频率f如1和2所述，改变频率后，其他参数不变则激振力改变。（3） 节外加电压U图5.1可以看出，随着电压的变化，给料量明显起变化，这是因为振幅正比于电压平方的缘故。同时也可以看出，对于要求给撩稳定的系统，不可不重视外加电压波动的影响（电网电压未加稳压措施更为突出）。可控硅整流器的应用，使外加电压调节方法简易可行。通过改变可控硅整流器的开放角可以调节电压，从而调节给料量，而且调节范围宽，所以得到了广泛的应用。可控硅半波整流控制方案得到了理想的效果。图5.1外加电压与生产能力关系它的优点有：（1） 调节范围大，可以从零无级而平滑地调节到额定值。（2） 能实现闭环自动控制，大大简化自动控制习染，并且可以达到很高的精度。（3） 控制系统能量消耗甚微，可以认为是无损耗的。（4）成本低，体积小。可控硅调节器的典型出发线路很多，效果都比较好。电磁振动给料机单纯作给料用时可以采用50Hz的激振频率；但要求具有一定的破拱能力时，宜采用分频控制线路，振动频率为25Hz。3 在排料口安装流量控制阀流量控制阀已有配套产品，在电磁振动给料机排料口安装流量控制阀不但可以无级调节给料量，还可以对不易自锁的物料起闸门作用。如果采用电动流量控制阀，还可以实现自动控制。5.2电磁振动给料机的维护1.在电磁振动给料机投入运转的第一周内，所有的紧固螺栓和压紧螺栓必须重新拧紧。若电源装置在工作期内有变化，则电磁铁与衔铁之间气隙需要重新调整。在投入运转的第二周内，必须重复检查23次，以后则应定期进行周期性的重复检查。2若组装时，一定要在振动给料机悬吊架或控制装置下进行电焊工作时，则必须注意：无论是振动给料机还是控制装置都不得放在电焊机的环形场内，电焊机的接地在任何时候都不得接在振动给料机或控制装置上。如不遵守此规定，将会产生很大干扰。3半波整流晶闸管的控制装置均为壁装式，并有防振装置，它是与给料机配套供应的。允许周围环境温度为-2040，在整套装置末端电压降在额定电流下，不得超过5V，这不包括控制装置的电压降。电源电压波动不得超过10%，频率波动不得超过1%，控制装置必须进行接地保护。4给料机在运行中，铁芯与衔铁不得有碰撞，长期碰撞将会使铁芯、衔铁、线圈以及其他机件损坏。发现碰撞现象应及时调解电位器降低电流，直到不碰撞为止。如降低电流后，生产率达不到要求时，应检查原因采取相应措施，进行调整或调谐。5在运行中，如发现噪声突然增大或有尖叫声；应检查铁芯是否发生碰撞，板弹簧是否断裂。在更换板弹簧时，所更换的新弹簧必须与原弹簧规格一致。6振动器的密封盖板应盖好，尤其在输送铁磁性物料的场合，避免铁磁性物质或杂物堵住铁芯与衔铁的气隙，造成振幅降低。7在运行中，不允许以超过运送物料的能力所需要的振动强度进行振动，以免造成机件的损坏。8给料机在无负荷状态下，不要使其长期以最大振幅运行。9当更换新线圈时，应注意线圈极性，必须正确接线。10操作者在进岗前应仔细阅读使用说明书和设备型号铭牌。11设备在运行中常见故障及处理方法见表5.114。表5.1 常见故障及处理方法序号故障特征 故障原因 处理方法1接通电源后机器不振动1.保险丝断了1.更换保险丝2.线圈导线短路或引出线接头断了2.用摇表或欧姆表检查电阻，处理短路或接好引出线2振动微弱、调整电位器振幅反映小不起作用或电流偏高1.晶闸管被击穿1.更换晶闸管2.气隙堵塞、板弹簧间隙堵塞2.清除堵塞物3机器噪声大，调整电位器振幅反映不规则，有猛烈的撞击声1.板弹簧发生断裂1.更换新板弹簧2.振动器与槽体连接螺栓断裂或松动2.更换或拧紧螺栓3.铁芯和衔铁发生撞击3调整气隙到标准值2mm4机器间歇地工作或电流上下波动线圈损坏检查线圈层间或匝间有无短路现象和引出线接头是否虚联，然后修理或更换线圈5空载试车正常，负载后振幅降低较多料仓排料口设计不当，使料槽承受料柱压力过大重新设计或改进料仓口设计减少料柱压力6其余正常，只有电流偏高可能气隙太大调整气隙到标准值2mm结论本文的结论如下：在这次电磁振动给料机的设计中使用了干熄焦技术，实现了回收利用红焦的显热，改善了焦炭的成品质量，也减轻了熄焦操作过程中对环境造成的污染，同时还降低了煤炭资源消耗、减少了排污量，也显著提高了焦炭质量。通过这一设计有力的推动了我国甚至是全世界冶金行业节能环保减排技术的快速发展。这次设计还完成了CDQ电磁振动给料机振动器电磁学参数、动力学参数设计以及壳体、连接叉、铁芯、衔铁和板弹簧的结构设计。设计要求能够在075t/h内实现无级变量，也就是调节给料量，主要可以通过调节激振频率或改变激振力进行调节，由于可控硅整流器价格上具有优势，我采用了第二种方法。事实上采用变频器来直接调整激振频率的技术更加先进，也便于装备的调试，一旦经济上可行性更高时我们便可以选择这种技术，这样的产品也更有市场竞争力。虽然完成了产品的各种参数和结构设计，但我认为我们的设计并没有结束，我们应该不断跟踪产品的使用情况，倾听客户意见，以期不断完善产品。对产品负责更是对自己负责。致谢毕业设计即将结束，在这里我最想感谢的就是我的指导老师。在丁老师的指导和同学的帮助之下，我对于电磁振动给料机的设计有了更多新的认知，有了更深一步的认识，对机械综合设计的整体脉络了解得更加的清晰透彻。通过毕业设计，我对自己大学四年以来所学的知识也有了更多的认识。毕业设计，帮助我们总结大学四年收获、认清自我。同时，还帮助我们改变一些处理事情时懒散的习惯。从最开始时的搜集资料，整理资料，到方案比选，确定方案，再到着手开始进行振动给料机震动器的设计，每一步都是环环相扣，衔接紧密，其中任何一个步骤产生遗漏或者疏忽，就会对以后的设计带来很多的不便。我的动手能力和资料搜集能力在设计中也得到提升。毕业设计中很多数值、公式、计算方法都需要我们去耐心地查阅书籍，浏览资料，设计中需要用到辅助设计软件的地方，也需要我们耐心的学习。掌握其使用的要领，运用到设计当中去。最后汇总的时候，需要将前期各个阶段的工作认真整理。毕业设计结束了，通过这一次设计，我深刻领会到基础的重要性，毕业设计不仅仅能帮助我们检验大学四年的学习成果，更多的是毕业设计可以帮助我们更加清楚的认识自我，磨练我们的意志与耐性，这会为我们日后的工作和生活带来很大的帮助。参考文献1胡建平 郑昌华等编著.螺旋输送机、斗式提升机和振动输送机.机械工业出版社，1991:141180页2 武汉建筑材料工业学院同济大学等编著.水泥生产机械设备.中国建筑工业出版社，1979:387400页3 闻邦椿，刘树英等编著.振动机械的理论与动态设计方法.机械工业出版社，2001:71290页4 王鹰，陈宏勋，王国华等编著.连续输送机械设计手册.中国铁道出版社，2001:797857页5 电磁振动给料机编写组.电磁振动给料机.机械工业出版社,1973：2190页6 闻邦椿，刘凤翘编著.振动机械的理论及应用.机械工业出版社，1980:265336页7 机械设计手册编委会编著.机械设计手册.机械工业出版社，2004:8691页8 李建明主编.电气工艺与工装.机械工业出版社,2000:95101页9 变压器制造技术丛书编审委员会编.变压器铁芯制造工艺.机械工业出版社,1998：103185页10 孟庆龙，田蘅等编著.电器制造技术书册.机械工业出版社，2000:701778页11 曹志超主编.常用机械电器实用手册.化学工业出版社，2001:477543页12实用机械设计手册编写组编著.实用机械设计手册.机械工业出版社,1992:452543页13 张竞寰编著.振动给料斗.水利电力出版社，1989:104281页14闻邦椿主编.振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试.化学工业出版社，1993：281304页15 大连理工大学工程画教研室编著.机械制图.高等教育出版社，2002:124235页附录A 英文原文附录B汉语翻译可持续夹具及固定装置的高精度安装的方法论J. Jamshidi，P.G. maropoulos 英国巴斯大学机械工程学系摘要在夹具安装阶段，夹具组件的精确测量能力决定其精确性，尤其是对大尺寸的产品和应用来说。大量定制一些在设计上有多样性的小批量产品和零部件是十分重要的。产品质量应该与迅速转换理念相互协调，对于敏感元器件及组件而言，以牺牲产品质量来提高速度是不明智的，例如在航空航天工业中所看到的那些零部件。提高精确性对于夹具的安装是很有必要的，为了要尽量少用，这可取决于夹具和夹具定位变化的耐受性预算。在航空航天工业中，灵活和可重构夹具的概念的发展及固定装置是夹具的主要开销成本。吸引他们的是重构夹具的可重用性，可持续使用是由于那些零部件也能够被重新应用到许多种产品和装配中去。一直不佳的准确性和可靠性为这类夹具的缺点，这篇论文主要是研究可持续夹具主要零部件的精确定位，影响夹具性能的因素在安装阶段会得以审查。本文介绍了一种在灵活夹具中为了最大限度地减少定位和夹紧的不确定性的方法。关键词:可持续性夹具；夹具安装；校准不确定性；夹具的监测；计量；可重复使用的夹具1引言质量和可靠性等因素早已经转换为新零件固有的特征。在他们的产品和服务范围内，近期市场趋势已经迫使制造业走向大规模定制。其次增加新陈品的多样化设计在部件和组件级别上遵循第二次高幅度的变化。有先进制造系统和技术的国家提供了更多的灵活性，能使设计师更加自由的发挥想象。例如在过去几十年发展起来的一种新的大体积测量方法，就能测量及公丈的距离。用来检测大尺寸零件的这些设备通常是由多个组装部件所制造出来的。在重组和装配期间，那些大尺寸产品的制造需要用到专用的夹具和固定装置，以便于他们的零部件能够被定位在设计基准上。对于大批量产品，在计算机辅助软件上就能估算出其主要的花费需求，否则，在某些情况下或以其他方式生产的产品成本可能会是非常高的。这个问题与客户不断用钱来寻求具有更高价值的市场需求相互矛盾。用一种典型的变化产品可以创建一个更加具有持续性的商业，因为它能够满足相对比较大地市场需求。由支持产品变化的不同形状的产品而形成的灵活和可重构夹具及固定装置则是应对上述挑战关键的解决方案。灵活夹具的概念已经在研究领域存在了几年1。然而，它们在很大程度上没有充分利用真正的生产设施，尤其是大尺寸产品的制造，如航空航天设备。这是由于关于它们的初始安装、校准困难和可重复性等挑战往往超出公差要求。这些夹具和高品质关键部件装置的制造以及大量的集成计量系统，都可以减少上述限制。本文包括了有关安装的计量问题和灵活的夹具校准以及检测服务。2相关工作2.1大型零件的制造和装配通常把要精密制造的机械零件移动到机床工作台是必需的，先进行粗加工，然后精对准和夹紧。在这个阶段，一方面是准备用于加工高精度的关键所在，然而，这对于一些大尺寸或重的零部件并不总是可以实现的。大型产品是指那些与一些不经济的可能需要处理或在工厂周围移动的的组件一起来达到制造和装配的目的2。制造业和这些部件的装配工艺包括所需机器和系统的运动以及这些部件的位置和方向。这些零部件通常定位在大尺寸夹具及固定装置上该定位的位置。如果这些部件以小批量生产，在航空航天工业、高开销的情况下，每个产品将会出现。在设计和制造夹具上，已经有了许多尝试，以便于能够持有许多种组件的变种。然而，这方法是不可行的，因为敏感或关键的零部件完全是由它们的高精度要求所决定的。与固定的夹具相比较，可调、可重构夹具会产生更低的重复性。固定夹具有固定的方式，可以通过焊接或铆接的接头固定在一起来实现。这些机械故障，例如夹具和固定装置由于疲劳和塑料变形就是一个终止其服务的主要原因，发送它们再进行回收。小批量制造的需求是目前常见的淘汰不合格夹具，其使用寿命取决于产品的生命周期。换句话说，在制造变种零件停止不久之后，与之有关联的夹具和固定装置将会变得多余。即使夹具有工作顺序，但它们仍然有报废并送往循环再造。这种方法会带来高负担回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夹具和夹具的漂移以及夹具都能影响大尺寸零件组装的精确性。对于大尺寸的夹具已经开发出了几种分析夹具刚性的方法，可用来评估振动的影响因素。在任何情况下更加可持续生产要通过选择性方案才能得以实现。如图2.1所示。图2.1 典型的大型夹具元件用于制造所延误的时间是固定夹具的又一重大缺点，这些夹具应该在制造前就被订购，在生产计划和产品上市前还可以创建额外的复杂性。不管他们的类型，大型夹具有一些共同的元素，包括一个主框架、内在的框架，有可能有一个或数多个可移动的机制或更小的组件，如钳、套管、皮卡和可调螺丝。2.2柔性夹具开发的柔性夹具的概念增加了其可持续性、快速转换以及降低了成本。现在可以使用现成的模块来设计和组装夹具。根据规定，只有极少数夹具的专用零件需要设计和制造。以这种概念看，大多数散装部件、附件关节都应用的很具体。一旦产品设计变异完全制造出来，然后就可以拆卸上述组件和重组成一种新的元件来与未来的设计变异相匹配。因为组装和组件范围上的设计都相当接近，所以这种方法是最能降低夹具成本的。根据组件的变化水平和工作类型的需求，每一个不同比例的柔性夹具都需要被重新安排。为了增加使用这种类型夹具的效益，这个问题在设计阶段考虑是十分重要的。例如，在可能的情况下，皮卡车的位置和三维定位夹具上的组件的不同变种，甚至完全不同的部分应该是在靠近增加兼容性和夹具子系统间变性。夹具关键部件的收集在短期内能保证所需夹具的可用性。另外，这些夹具的存储需要很少空间，因为拆除所有模块是可能的，通常以脚手架的形式并把它们彼此放在一起。目前在一些汽车公司应用到柔性夹具，因为它们的精度等级是足够满足的。大尺寸制造的夹具设施尽管没有许多柔性夹具那样操作灵活，比如航空航天设备。准确性和定位销的不确定性、夹具的可重复性以及夹具结构的漂移都出现这样一个事实，这些夹具在发电和航空航天等工业不能满足公差要求。一旦它们的精度问题得以解决，这些夹具在上述的工业中将会有很高的利用价值。图2.2 夹具与汽车行业中的可重构组件大量的体积计量系统和技术一直有许多新的发展。依靠计量系统和技术的现代激光技术现在就能够测量一些可接受精度的大尺寸产品甚至到几公丈的产品。在安装和初期安装调试期间，这些系统能够用来精确定位一些夹具的关键部件。夹具的安装通常开始形成机架或主要框架，然后是那些大的部件和像皮卡和夹具那样逐渐更小的零部件。计量系统能够用于柔性夹具的主要框架和其内部框架的安装，从而来保证每个零部件彼此之间的准确定位。表1显示了这些大规模的测量系统数。跟踪系统能够测量基准点，它是实现这一目的的最合适的测量系统。一起跟踪球式反射镜在三维空间内都可以认准所要记录的位置。球式反射镜可以直接练习目标对象来提供几何位置信息或可以在机械重复的球式反射镜下应用，从这个角度用激光来跟踪目标或短期目标。像一些其他测量仪器的激光跟踪有时候不确定，在夹具的安装过程中需要做以说明。此外，激光跟踪和目标点之间的光线问题还应该考虑到。如果必要的话，多个跟踪职位都可以使用，在实际测量活动中，其结果必然是伴随着一个不确定的说明。经过测量，这些给定的分散的特征值是合理的，这个问题与一些夹具或夹具的安装及以后的审核都是一样的。这些知识阐明了一个给定的定位夹具的能力和装配任务。换句话说，它表示在其相关流程中一套夹具是否能够满足公差要求。2.3夹具理论比较为了用于多种生产装置和组装应用，在不同的公司也有大量不同形状和设计的夹具。这些夹具中的某一些的形式都是标准形式，然而另一些是经过专门设计和制造的特殊零部件。后者可以说是建立在产品的复杂性和大规模的基础上的，所以可能会是非常昂贵的。无论成本和目的如何，制造和组装过程都可以完成，要么不使用夹具，要么用固定帧夹具或用可重构或柔性夹具。表2对它们的典型应用的这些方法做出了比较。固定框夹具通常用于重型应用上，它们更适合于应用在能够减轻花费开销的大量产品上。对于制造业和大型组装及复杂产品来说，柔性夹具的应用有很多好处。特别是在研究和发展工作中，以及低容量产品的情况下，制造柔性夹具和夹具可能会是非常有益的。除了在时间和金钱上使利益均衡外，柔性夹具还会有一个更加灵活的设计思路。由于在夹具的制造和装配过程中，会直接和经常改变夹具的拓扑成本。与传统夹具相比较，这种类型的柔性夹具的可重用性和可重构性是一个主要的优点。这一点尤为重要，因为它在绿色制造方面符合行业的发展方向，通过回收使用系统的组成部件，为相关项目的工装费用降低了项目成本。表2.1 用于验证夹具大量的例子、便携式测量仪器仪器辅助部件测量类型接触式 非接触式图像激光跟踪仪赛立信探头是T型探头是激光雷达球形目标是摄影目标是光投影是关节臂三坐标测量机基于激光扫描头是接触探头是2.4 柔性夹具的安装本节中描述的夹具在安装过程中需要考虑一些问题。夹具元件安装在合适位置可以说是一种挑战，尤其是当定位公差比较小时，柔性夹具也应当被监测以便于开发和与传统夹具相比较它们的刚性。给出了一个通用的描述阶段根据初步夹具安装在仿真软件环境和利用一些尺寸为5m4m3m的大尺寸夹具的实际实验结果来测量指令阶段。这是不论这个夹具是否是第一次安装在夹具中还是对已经存在的夹具只做外形上的更换，其都是为了定位不同的零部件。根据其复杂性，一种典型的大尺寸夹具具有三至五个结构。通常除了有一个主框架之外，在每一个级别的基本水平，也可以由一个或多个结构。这些结构用来作为参考以便于作为夹具基准来定位。在一个自动化固定的平台上，机器系统会进行多项任务，比如定位、加工和进行装配。因此机器人的工作基准与夹具的工作框架相联系。仔细考虑夹具的综合数据，会确保后续安装达到预期的公差要求。2.4.1 测试辅助柔性夹具的安装柔性夹具的安装在第一次进行模拟仿真时有几个安装阶段。使用模拟演习，在这个工程中可以减少一些潜在的错误和返工。测量辅助安装过程是类似的跟踪对象位置的过程，是常见的大尺寸组件用到的。夹具的组件先用这种方法使其大致位置公差在1mm以内，然后当所有的夹具组件被放到所设计的位置时，在0.1mm至0.15mm公差内，它们可以使用适当的扭矩收紧。典型的计量协助柔性夹具安装阶段如下：在出厂时设置初试参考结构；测量初始参照系；安装基地或其位置的主框架；安装脱机内结构；安装控股和定位；在内框和主框架位置安装钳、套管和皮卡。底座上安装内框；重点定位元件的精细调整和紧固；核查参照系和夹具；对于夹具关键位置的服务监测。这些阶段是从无到有夹具的完整安装。更不用说，在设计变化略有变化的情况下，一些下面的操作将被忽略。表2.2 不同夹具理念之间简明的比较典型特征固定框架柔性夹具夹具应用