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钢坯 火焰 清理 清算 设计 总体 整体 方案设计 装配 三维 sw cad 图纸 以及 说明书 仿单

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安装示意图：翻板机清理装置辊子排屑装置1摘要本文设计了钢坯火焰清理机排屑系统，该排屑系统适用于大中型钢坯火焰清理的排屑，该排屑系统由两大部分组成，即动力系统部分和排屑系统部分，该设备采用了简单高效的刮板式排屑方式，能在比较恶劣的生产环境中工作，性能稳定，制作成本效低。该设备先通过漏斗状的容器把废屑收集起来然后通过由动力带动的运动的刮板把收集到的废屑排放到指定地点，此过程完全由设备自动完成，无需任何人力。该设备的投产大大提高了排屑的能力和生产的自动化程度，更重要的是能够提高企业的生产效率和管理水平。2目录1 绪论1.1 本课题研究的目的与意义1.2 本课题国内外发展情况1.3 自动排屑系统的发展趋势2 系统总体方案的确定2.1 设计思想2.2 初选电机减速器系统方案2.3 输送外传动系统的确定2.4 系统总体方案的确定3 电动机的选择3.1 电动机的类型选择3.2 电动机功率的选择3.3 确定电动机型号4 V 带设计计算4.1 传动比的分配4.2 各轴的转速、功率和转矩4.3 带传动方案的确定4.4 带传动设计计算4.5 带轮的结构设计5 减速器设计6 链传动设计的计算6.1 链传动方案确定6.2 链传动设计计算6.3 链轮的结构设计6.3.1 主、从动轮设计6.4 链的校核6.5 刮板链设计6.6 链轮轴的设计6.6.1 各轴的转速、功率和转矩6.6.2 6.7 轴的校核6.8 轴承的校核6.9 键的选择和校核7 排屑装置箱体的设计8 排屑装置的保养与维护8.1 排屑装置的保养8.2 排屑装置的维护结论参考文献致谢3绪论1.1 本课题研究目的与意义自动排屑装置的主要作用是将铁屑从加工区域排出到指定区域，另外，铁屑中往往混合着各种加工杂物，排屑装置要对各种形态的废屑进行自动排出，所以，自动排屑装置组要应用于高效率的机械。1.2 本课题国内外发展概况自动排屑装置，是随着机加工的发展而发展的。但是长期以来，重主机，轻配套的状况使得自动排屑装置处理技术及设备发展迟缓。80 年代开始，重主机，轻配套的状况引起了各行业的注意，促使自动排屑装置处理技术及设备在此后的 20 多年里得到长足的发展。现在常见的排屑装置有以下几种：1、 平板链式排屑装置平板链式排屑装置以滚动链轮牵引钢制平板在封闭箱中运转，切屑用链带带出。这种装置在数控车床使用时要与机床冷却箱合为一体，以简化机床结构。2、 刮板式排屑装置刮板式排屑装置的传动原理与平板链式排屑装置基本相同，只是链板不同，带有刮板链板。这种装置常用于输送各种材质的短小切屑，排屑能力较强。3、 螺旋式排屑装置该装置是采用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根长螺旋杆进行驱动的。数控机床螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排人切屑收集箱。螺旋杆有两种形式，一种是用扁型钢条卷成螺旋弹簧状，另一种是在轴上焊上螺旋形钢板。它主要用于输送金属、非金属材料的粉末状、颗粒状和较短的切屑。这种装置占据空间小，安装使用方便，传动环节少，故障率极低，尤其适于排屑空隙狭小的场合。螺旋式排屑装置结构简单，排屑性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜直线方向排屑摇臂钻床，不能用于大角度倾斜、提升或转向排屑。1.3 自动排屑装置的发展趋势42 系统总体方案确定2.1 设计思想本课题是以及其经济性好，人性化设计，可靠性高，寿命长，结构简单，易于维修等为设计思想2.2 初选电机减速器系统反感（a）为带转动涡轮-涡杆减速器系统 （b）为带传动-二级圆柱圆锥减速器系统 （c）为联轴器- 二级圆柱斜齿轮减速器系统 （d）为带传动 -二级圆柱斜齿轮减速器系图 2.1 电机减速器系统方案方案评价：（a） 方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现较大的传动比，但是由于涡轮涡杆效率低，功率损失大，很不经济。 （b）方案布局比较小，但5是圆锥齿轮加工较困难，特别是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。 （c）方案中减速器选择合理，但本设计是用于自动排屑系统装置，工作速度很低，使用联轴器不利于减速，会增加减速器的成本，不够经济。最终确定方案为（d）方案。该方案的优缺点：该工作机有轻微震动，由于 V 带有缓冲吸震能力，采用 V 带传动能减小震动带来的影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率，载荷变化不大，可以采用 V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅度降低成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种，齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度，高速及齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀现象。电动机部分为 Y 系列三相交流，异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，使用工作条件，工作可靠，此外还结构简单，成本低，传动效率高。2.3 输送外传动系统的确定（a）带传动（b）履带传动（c）链传动方案评价：（a）方案成本较低，但是防腐蚀性不强。 （b）履带主要用在坦克等触地设备，在此处用履带传动很不经济。 （c）方案中链传动选择合理。最终确定方案为（c）方案该方案的优缺点：链传动的传动比精确，传动效率高，链传动对轴的作用力较小，链传动尺寸较紧凑，链传动对环境的使用能力较强，链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节量较小。2.4 总体方案的确定方案为：电动机带传动减速器链传动如下图：6图 2.2 系统总体方案3 电动机型号的选择3.1 电动机类型选择根据动力源和工作条件，选用交流电机，Y 系列三项异步电动机3.2 电动机功率的选择根据链传输机结构的布置由已知条件链传动机构承受的铁屑质量为为此排屑的质量，即为 2.28（最大板宽度）*4（最大版长度）*0.01（平均每次清理厚度）*7.85*1000（普通刚的的密度）=716KG 的铁屑，即 7016N（取 G=9.8） ，取 3000， 链的传动速度为（烧嘴速度为 V=8M/MIN,每次清理宽度为 100mm，所以清理一面的时间为（ 2.28*10*4）/8=11.4min，取 12MIN，搜所以每 12 分钟便有 2806.72N 铁屑排出，假设一次清理的铁屑分连词排出，算的 6min/次，总行程为 3.6M，3.6/6=0.6M/MIN，由于传动机构还受链条摩擦力 f 和刮板的重力分量 F1。由上述可知总的载荷为 F=f+F1+3000设所选链型号为 48A，P=76.2MM,单排质量 Q=22.6KG/M，总长度为 10M，刮板尺寸为500mm*300mm*10,选用普通碳素钢密度为 7.85，相邻刮板之间的距离为五个节距88.9*6=533.4MM，F1 约为 2193N，f 约为 5880NF=5880+2193+7016=15089则工作机有效功率为 P=F*V=15089*0.01=0.151KW由已知条件得电动机有效功率为 Pd=P/，式中 为系统总的传动效率电动机到链传动总的传动效率为 =1*2（平方）*3（六次方）*4*5式中：1 为 V 带传动效率， 2 为闭式齿轮的传动效率，3 为圆锥滚子轴承的传动效率，4 为联轴器的传动效率，5 为链传动效率7查表：1=0.95 2=0.97 3=0.98 4=0.99 5=0.96 代入上式：=0.723 所以电动机的有效功率 Pd=p/=0.209KW所选电动机的额定功率必须满足 PePd3.4 确认电动机型号根据已知条件本排屑装置的输送速度为：Nw=V*60*1000/Z1*P=11.04 选取电动机型号为 Y2-90S-8,同步转速为 750r/min,对应额定功率为 0.37KW，外伸轴直径24mm方案 电机机型号 额定功率(KW)同步转速（r/min）满载转速（r/min）总传动比 i1 Y2-90S-8 0.37 750 700 654，V 带的设计计算4.1 传动比的分配1.计算总的传动比：i=Nm/Nw=715/11=652.传动比的分配：i1=3,i2*i3=i/i1=21.663.双极斜齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为 54.低速级传动比：i3=4.334.2 各轴的转速，功率和转矩转速：N1=715/3=238.33R/MIN功率：P1=Pd*4=0.209*0.95=0.199KW扭矩：T1=9550P1/N1=9550*0.199/238.33=7.97N。M转速：N2=238.33/5=47.67R/MIN功率：P2=P1*2*3=0.199*0.97*0.98=0.189KW扭矩：T2=9550P2/N2=9550*0.189/47.67=37.86N。M转速：N3=47.67/4.33=11.01R/MIN功率：P3=P2*2*3=0.189*0.97*0.98=0.180KW扭矩：T3=9550P3/N3=9550*0.180/11.01=156.13N。M转速：N4=N3=11.01R/MIN功率：P4=P3*1*5=0.180*0.99*0.96=0.17KW扭矩：T4=9550P4/N4=9550*0.17/11.01=147.46N。M表 1.1 各轴的运动与动力参数轴号 转速（r/min） 功率（KW） 扭矩（N.M）1 238.33 0.199 7.972 47.67 0.189 37.863 11.01 0.180 156.134 11.01 0.17 147.464.3 带传动方案的确定外传动带选为普通 V 带传动81. 确定计算功率：Pc a(1)查文献得工作情况系数 KA=1.2（2）Pca=KA*P=1.2*0.151=0.18122.选择 V 带型号选 A 形 V 带4.4 带传动设计计算1，确定带轮尺寸 d1,d2（1）根据带轮要求去小带轮尺寸为 d1=160mmd 1/21204.确定 V 带根数 ZZPca/(P0+P)K KlP0 为单根 V 带的基本额定功率，p0 为 I1 是单根 V 带额定功率增量，Kl 为带长修正系数，Ka 为小带轮包角系数P0=1.51 p0=0.09 Ka=0.93 KL=1.13代入得 Z=25.确定单跟初拉力 F0F0=500*Pca/VZ(2.5/Ka-1)+qv2=16.37N查表的 q=0.1kg/m6.计算对轴的压力 FpFp=2ZF0sin(1/2)=2*2*16.37*sin(159.86/2)=64.474.5 带轮的结构设计1. 小带轮的设计因为小带轮基准直径 d1=160300 故可采用轮辐式带轮宽：B=（Z-1 ）e+2f=(2-1)*15+2*10=35mm轮毂宽：L=（1.5-2）d=1.8*60=108轮毂外直径：d1=1.9d=114mm带轮外径：da=dd+2ha=480+2*2.75=485.5轮缘宽：=8mm基准线下深槽：10mm由以上数据，大带轮结构简图如下：6.链传动设计的计算6.1 链传动方案的确定6.2 链传动的设计计算1， 选择从动链轮齿数取传动比为 i=1 取 Z2=292， 选择主动链轮齿数Z1=iZ2=1*29=29120故合理3，确定计算功率已知链传动工作平稳，设计功率为Pd=KaP/KzKm=1*0.151/1.579*1=0.096kw式中：P-传递功率 KVKa-工矿系数，取 Ka=1.010Kz-小链轮齿数系数，取 Kz=1.579Km-多排链排数系数，去 Km=14.链条节距选用根据设计功率 Pd(取 Pd=P0)和小链轮转速 n1,选用 56B 号链条，查表节距 P=88.9,设链长10M5.计算链轮尺寸D1=P/（sin180/Z1）=88.9/sin(180/29)=822.4mmD2= P/（sin180/Z2）=88.9/sin(180/29)=822.4mm6.初定中心距中心距暂取 3540（根据漏斗长决定）7，链条长度及链长节速链长：L=10M链条节数：Lp=L/P=10000/88.9=112.49元整偶数节，取 Lp=114链速：V=Z1N1P/60*1000=29*11.04*88.9/（60*1000=0.470.6m/s属于低速运动6.3 链轮的结构和尺寸6.3.1 主、从动轮设计1.链轮材料和工艺链轮材料为 45 钢，硬度为 40-50HBS。工艺为：2.链轮的结构和尺寸由前面设计可知 D1=D2=822.4 P=88.9 Z1=Z2=29链轮结构如下：11链轮结构简图轮毂厚度：h=K+Dk/6+0.01d=9.5+220/6+0.01*822.4=54.4mm由于 d=822.4 K 取 9.5轮毂长度：L=3.3h=3.3*54.4=179.5mm轮毂直径：Dh=Dk+2h=220+2*54.4=328.8mm齿宽 Bf1=0.93*b1=49.6mmB1 为内链节宽度齿侧倒角：12Ba=0.13p=0.13*88.9=11.56mm齿侧半径：Rx=P=88.9mm齿全宽：Bfn=(n-1)Pt+Bf1=49.6mm3， 基本参数和主要尺寸分度圆直径：D1=D2=822.4mm齿顶圆直径：Da max=d+1.25p-d1=822.4+1.25*88.9-53.98=879.545式中：d1-滚子直径 查表得 d1=53.98Da min=d+p(1-1.6/Z)-d1=822.4+88.9*（1-1.6/29）-53.98=852.42mm取 Da=866.0mm齿根圆直径：Df=D-D1=822.4-53.98=768.42mm分度圆弦齿高：Ha max=(0.652+0.8/Z)p-0.5d1=31.02mmHa min=0.5（p-d1 ）=17.46取 Ha=24.24mm最大齿跟距高：Lx=dcos90/Z-d1=822.4*cos(90/29)-53.98=767.21mm齿轮凹缘直径：dg=Pcot180/Z-1.04h2-0.76=4.链轮公差 查表得齿表面粗糙度：Ra=6.3um齿根圆极限偏差 量柱测量距极限偏差：由于:Df=768.42mm 查表得：上偏差 0，下偏差 h11量柱测量距：Mr=dcos90/Z+dr=822.4*cos(90/29)+53.98=875.17mm dr=d1式中：dr-量柱直径，DR=D1,量柱技术要求为：极限偏差为：上片车 +0.01，下偏差：0；表面粗糙度 Ra=1.6um；表面硬度为： 55-60HRC。链轮孔和根圆直径之间的跳动量：不能超过 max(0.008df+0.08,0.15)=0.15轴孔到链轮齿侧平直部分的断面跳动量：不能超过 max(0.009df+0.08,0.14)=0.14孔径：H8齿宽：H146.4 链的校核摘要手动火焰清理设备一直是钢铁企业的常用设备。这项艰苦的工作经常是在高温，高粉尘及噪声污染的恶劣环境中进行的。为了改善手工作业环境以及由于手工作业带来的低效率，高成本等问题，如今钢铁行业逐渐重视对钢坯清理的机械作业的研发。所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。冷钢坯火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。本课题组的工作重点主要有下面几个方面：1、进行钢坯火焰清理机总体功能分析2、进行钢坯火焰清理机初步设计方案可行性论证3、基于确定初步设计方案进行初步结构设计，包括钢坯翻板、缺陷清理、废屑排除等典型功能装置的工作原理和结构设计计算4、钢坯火焰清理机的具体技术指标为：工作温度：0C50 C，相对适度：90%工作电源：380V10% /3 相/50HZ钢坯临界尺寸（mm）：（长*宽*高）：(200300)*（18502280）*（20004000 ）具有钢坯自动夹紧与松开、自动翻板功能；烧嘴能自动点火与熄灭，且高度能手动可调；具有自动排屑功能；导轨带有自动防屑尘的防护罩。关键字：钢坯，火焰清理，火焰清理机，总体方案设计，导轨AbstractManual flame cleaning equipment commonly used in iron and steel enterprises has been the equipment. The hard work is often at high temperatures, high dust and noise pollution, the harsh environments. In order to improve the environment as a result of manual work to bring the low efficiency of manual work, cost and other issues, is now increasing emphasis on the billet steel industry clean-up research and development of mechanical operations. The so-called clean-up is the use of high-temperature flame billet flame gas cutting and melting the role of the slab surface defects in addition to burning processes. The process can improve the quality of rolled steel, in order to produce high quality steel provides the necessary guarantees. Billet flame temperature is divided into hot clean-up by cleaning and cold billet billet flame flame cleaning; billet flame into manual clean-up operation by operation, and mechanical practices. Mechanical operation of the device to achieve them, said flame cleaning machine, he will be through a special burner to mix oxygen and coking coal gas, burning flame preheating continuous casting billets, and then using high pressure oxygen flow with the billet surface oxidation, flame cleaning of steel billet machine need to take mechanical practices, cold steel billet flame cleaning machine can be manually practices, but also can be mechanical practices. Cold billet flame cleaning practices can be used manually, but also can be used interest-bearing practices, but because our country is lack of specialized flame cleaning machine design, manufacturing R & D capabilities, domestic steel flame mainly manual work cleaning up the cold slab clean way. The main focus of the work our group has the following aspects: 1, the overall function of slab of flame cleaning machine 2, the initial billet flame cleaning machine design feasibility 3, based on the preliminary design to determine preliminary design, including the billet flap, defect clean up, debris excluded from the typical functional device working principle and structure design calculations 4, billet flame cleaning machine specific technical indicators: Operating temperature: 0 C-50 C, relatively modest: 90% Power supply: 380V 10% / 3 phase / 50HZ Billet critical size (mm): (L * W * H): (200 300) * (1850 2280) * (2000 4000) Automatic clamping and release with the billet, automatic shutter function; Automatic ignition and extinguishing of the burner can, and the height can be manually adjusted; Function with automatic chip removal; Rail with automatic anti-litter dust shield. Keywords: billet, flame cleaning, flame cleaning machine, the overall design, rail 湘潭大学机械工程学院毕业设计工作中期检查表系 机制系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 07 兴湘机一班 姓 名 罗东平 学 号 2007964213 指导教师 胡自化 指导教师职称 教授题目名称 钢坯火焰清理机的设计总体方案设计和总体装配题目来源 科研 企业 其它 课题名称 钢坯火焰清理机的设计总体方案设计和总体装配题目性质 工程设计 理论研究 科学实验 软件开发 综合应用 其它1、选题是否有变化 有 否 2、设计任务书 有 否资料情况3、文献综述是否完成 完成 未完成 4、外文翻译 完成 未完成由学生填写目前研究设计到何阶段、进度状况：通过对资料的查询，已经确定了钢坯火焰清理机初步设计方案。现阶段着力对各个构件外形设计和计算。与此同时还通过对一些复杂的装配图形的装配和仿真熟悉和了解三维制图软件工作进度预测（按照任务书中时间计划）提前完成 按计划完成 拖后完成 无法完成工作态度（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）：认真 较认真 一般 不认真质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况）由老师填写优 良 中 差指导教师（签名）：年 月 日建议检查结果： 通过 限期整改 缓答辩系意见： 签名：年 月 日注：1、该表由指导教师和学生填写。2、此表作为附件装入毕业设计（论文）资料袋存档。湘潭大学兴湘学院毕业设计任务书设计题目： 钢坯火焰清理机的设计总体方案设计和总体装配 学号： 2007964213 姓名： 罗东平 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 胡自化 系主任： 一、主要内容及基本要求1、钢坯火焰清理机项目的重要性 2、钢坯火焰清理机项目的设计基本任务 3、钢坯火焰清理机总体功能分析 4、钢坯火焰清理机设计方案可行性论证 5、总结和撰写设计说明书一份（附光盘） ； 6、CAD 制图，本文一张 A0 装配图纸及其零件图，课题组一套完整图纸 7、翻译相关外文资料一份； 二、重点研究的问题1、钢坯火焰清理机总体方案设计及钢坯的夹紧、转动翻板装置设计； 2、钢坯的氧化皮、裂纹清理装置设计； 3、钢坯的支承、自动排屑装置设计； 三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 熟悉课题及基础资料 第一周2 调研及收集资料 第二周3 方案设计与讨论 第三四周4 初步方案可行性论述 第五八周5 CAD 软件的学习 第九周6 CAD 制图 第十周7 撰写说明书 第十一周8 英文文献翻译，答辩 第十二周四、应收集的资料及主要参考文献1王勇勤.双臂曲柄摇杆式翻板机机构设计及改进.鞍钢技术.94 年第 6 期2詹庭文.大型火焰切割机的开发与设计.上海冶金设计.93 年 3胡坚.中板翻板机典型机构的运动分析.中国重型装备.08 年第二期4贾景珍，荀凤超.双臂曲柄摇杆翻板机的优化设计.重型机械.10 年第三期5罗迎社.材料力学.武汉理工大学出版社.01 年 7 月第一版6吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社.06 年 5 月第三版7纪名刚.机械设计.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版8张建民.机电一体化系统设计.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版9周良德，朱泗芳.现代工程图学.湖南科学技术出版社.02 年 9 月第一版湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：钢坯火焰清理机的设计总体方案和总体装配学 院：兴湘学院 专 业：机械设计制造及其自动化学 号：2007964213 姓 名：罗东平 指导教师：胡自化 (教授) 完成日期： 2011 年 6 月 7 号 湘 潭 大 学 兴湘学院本科毕业设计开题报告题 目 钢坯火焰清理机的设计总体方案设计及总体装配姓 名 罗东平 学号 2007964213专 业 机械设计制造及其自动化 班级 兴湘学院机械一班指导教师 胡自化 职称 教授填写时间 2010 年 3 月 20 日2010 年 3 月说 明1根据湘潭大学毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字。5开题报告检查原则上在第 24 周完成，各系完成毕业设计开题检查后， 应写一份开题情况总结报告。6. 填写说明：(1) 课题性质 ：可填写 A工程设计；B 论文；C. 工程技术研究；E.其它。(2) 课题来源：可填写 A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B企、事业单位委托 课题；C校级基金课题；D自拟课题。(3) 除自拟课题 外，其它课题必须要填写课题的名称。(4) 参考文献不能少于 10 篇。(5) 填写内容的字体大小 为小四，表格所留空不够可增页。本科毕业设计 (论文)开题报告学生姓名 罗东平 学 号 2007964213 专 业 机械设计制造及其 自动化指导教师 胡自化 职 称 教授 所在系 机电系课题来源 科研 课题性 质 工程技术研究课题名称 钢坯火焰清理机的设计总体方案设计及总体装配一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况所谓钢坯火焰清理（searfingofbillet）就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业两种方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机。它是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压的纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯的一个顶面、一个底面和两个侧面的表面缺陷进行火焰清理作业。热钢坯火焰清理需要采取机械作业的方式。冷钢坯火焰清理既可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯火焰清理方式。钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如 2006 年宝钢分公司炼钢厂 4 号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此，钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值。二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 为满足连铸钢坯的规格尺寸和改善手工作业环境，钢坯火焰清理机项目的设计基本任务如下：1、 进行钢坯火焰清理机总体功能分析2、 进行钢坯火焰清理机初步设计方案可行性论证3、 基于确定初步设计方案进行初步结构设计，包括钢坯翻板、缺陷清理、废屑排除等典型功能装置的工作原理和结构设计计算。钢坯火焰清理机得具体技术指标为：工作温度：050 相对湿度:90%工作电源：380V10% 3 相 50HZ钢坯临界尺寸：最小=200*1850*2000最大=300*2280*4000火焰清理机是清除钢坯上、下表面氧化层和表层下裂纹缺陷的重要设备，是轧制加工质量的前期必要保障，因此，为满足火焰清理工序要求和项目技术指标要求，钢坯火焰清理机应具有如下功能：1、钢坯柔性支承与定位功能2、钢坯自动夹紧与转动翻板功能3、氧化皮和裂纹自动去除功能4、废屑自动排除功能三、主要特色及工作进度主要特色：利用计算机辅助设计技术，基于 solidwork08 等软件对理论设计的进行参数化建模，动态仿真。四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）参考文献1王勇勤.双臂曲柄摇杆式翻板机机构设计及改进.鞍钢技术.94 年第 6 期2詹庭文.大型火焰切割机的开发与设计.上海冶金设计.93 年 3胡坚.中板翻板机典型机构的运动分析.中国重型装备.08 年第二期4贾景珍，荀凤超.双臂曲柄摇杆翻板机的优化设计.重型机械.10 年第三期5罗迎社.材料力学.武汉理工大学出版社.01 年 7 月第一版6吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社.06 年 5 月第三版7纪名刚.机械设计.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版8张建民.机电一体化系统设计.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版9周良德，朱泗芳.现代工程图学.湖南科学技术出版社.02 年 9 月第一版指导教师意 见 指导教师签名： 年 月 日系意见 系主任签名：年 月 日院意见 教学院长签名： 年 月 日1第一章 引言1.1 概述手动火焰清理设备一直是钢铁企业的常用设备。这项艰苦的工作经常是在高温，高粉尘及噪声污染的恶劣环境中进行的。为了改善手工作业环境以及由于手工作业带来的低效率，高成本等问题，如今钢铁行业逐渐重视对钢坯清理的机械作业的研发。所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。冷钢坯火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。1.2 钢坯火焰清理机的发展概况钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如 2006 年宝钢分公司炼钢厂 4 号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从 1450 毫米增至 1750 毫米，年清理能力也将由 60 万吨扩大到 120 万吨。又如2010 年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯 190 万吨，为该公司低成本生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本 KBK 公司和美国 L-TEC 公司联合设计制作。可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且维修服务费用昂贵。基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此，钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值21.3 钢坯火焰清理机开发的理由和目的* 产品质量方面的要求* 日益高涨的作业费用* 改善人工清理时严酷的工作环境* 排除人工清理产生的不稳定性* 保证高质量和高附加值* 克服在其他表面处理作业时被限制的能力1.4 钢坯火焰清理机的具体技术指标：工作温度 0C50C 相对适度 90%工作电源 380V10%/3 相/50HZ钢坯临界尺寸 （长*宽*高）最小=200*1850*2000 最大=300*2280*4000一次清理深度 08mm4.2mm清理速度 6m/min9m/min清理轨迹要求具有三轴两联动数控插补具有钢坯自动翻板功能烧嘴能自动点火与熄灭，且高度能手动可调具有机械挡屑、自动排屑功能导轨带自动防屑尘的防护罩图表 1-1 技术指标1.5 本文主要研究的内容对钢坯火焰清理机进行总体功能分析，确定总体方案以及翻板装置的仿真模拟。3第二章 整体布局2.1 钢坯火焰清理机工作原理和功能火焰清理机往往是安装在初轧机和大剪机之间的生产线上，是对连铸板坯、方坯或钢锭钢表面缺陷，通过利用氧气-燃气进行热化学的氧化反应，对其进行表面缺陷处理的设备。火焰清理机除了可以去除材料表面的瑕疵外，还可以通过火焰烧嘴喷出的气流力量，把因加热后产生的脱碳层、残余的氧化层渣滓或其他不纯物质吹走，提高钢坯表面的质量和成材率。按设计要求，该装置由钢坯输送装置、氧化皮和裂纹自动清理装置、钢坯翻板装置、废屑自动排除装置等部分所组成。钢坯先用吊具吊放于预制工作区，然后由辊道输送到第一清理位，安装在第一清理位的清理机启动作业，完成上表面的清理。上表面清理后辊道动力启动，把钢坯运送到翻板机构位，翻板机构启动对钢坯的翻板，钢坯被翻转180后右边的辊道动力启动，把钢坯输送到第二清理位，进行下表面的清理，整个清理工作完成后，由辊子运输辊道输送出来，进行冷却、堆码等。整个钢坯清理机流程示意图、三维安装示意图见下文。2.2 流程示意如图：图 2-1 平面布局示意图1 一清理位 1 2清理位 2 3送入辊道 4送出辊道 5翻板机构和清理区 6预制工作区2.3 安装示意图：4图 2-2 钢坯火焰清理机总安装示意图2.4 火焰清理机作业流程图辊道传送 翻板区翻板辊道传送钢坯（由吊具调至预制加工区）钢坯火焰清理机清理区 1钢坯火焰清理机清理区 2吊具吊走、堆码图 2-3 火焰清理机作业流程示意图5第三章 各结构设计分析3.1 钢坯翻板装置设计1.1 钢翻板装置的结构形式主要有以下几种：（1）齿轮传动双臂翻板机如图：图 3-1 齿轮传动双臂翻板机结构特点：两翻臂分别由大小两个齿轮啮合传动，在翻板时，为达到不带负荷启动的目的，两翻臂都要在低于水平位置下方 5 度时启动，而翻板时翻转臂的交接点在 A 点位置，即送钢侧的翻臂要走过 100 度，而接钢侧要走过 90度。钢板在翻转的过程中，过了中间垂直位置后，钢板是以送钢臂的初速度开始并以变加速度进行翻板，其翻转的角加速度是随着钢板翻转的角度增加而加大的，它一定是以某个速度翻转到接钢板的翻臂上，所以会产生噪声和冲击，整个翻板过程电机要进行正反转。（2）双臂曲柄摇杆式翻板机如图：6图 3-2 双臂曲柄摇杆式翻板机特点：该翻板机由一台交流电动机驱动，由互相连接的两套四杆机构组成。主动驱动为一曲柄摇杆机构，而翻板为双摇杆机构，两套机构由中间长轴和一个成直角的拐作为中间连接。整个传动系统是在减速器的低速轴两端各装一个有一定偏角的曲柄 a1、a2，由它们分别带动两套四杆机构，用连杆 b 与两根翻板中间长轴相连。该翻板机最大的特点就是有一个钢板的接送过程。优点：解决冲击发出噪声并对钢板表面有可能有一定的损伤，结构简单，制造成本低（3）液压翻板机随着计算机和液压伺服技术的不断发展，液压技术由于有独特的优良特性而广泛地运用于冶金设备中，从而产生了一种新型翻板机液压翻板机。如图：7图 3-3 液压翻板机优点：同步长轴上加上角度检测装置，对翻板的角度信号进行处理，再通过伺服系统，对翻板过程就能实现速度和位置的精确控制。因此液压翻板机具有比机械翻板机更加平稳的翻板过程，从而实现无噪声化生产。缺点：该结构需要的控制水平要求高，且采用液压系统，成本高，投资大1.2 翻板结构设计具体采用方案通过上述几种类型翻板机构的分析，可以看出齿轮翻板机设备结构简单，工作可靠但是冲击大、对噪声大对环境的影响大。而且由于翻板过程中的冲击会对钢板产生表面损伤，而液压翻板机得翻板过程平稳，但是控制水平要去高，投资较大，所以本课题设计翻板结构部分选用上述双臂曲轴摇杆式翻板机思路进行设计具体结构如图所示：8图 3-4 翻板结构三维示意图3.2 火焰清理装置方案论证钢坯火焰清理机就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除。3.2.1 外形结构分析常见的数控火焰清理装置外形结构有悬臂式和龙门式两种方案方案 1 悬臂式（如图）优点：结构简单，具有很好的敞开性，占用场地少，成本低缺点：悬臂式结构，当伸臂跨距太长时，由于火焰枪作业时有上下左右的行走，安装在伸臂端，只有一侧支撑，显得结构很单薄，且平稳性不好，不利于长期稳定的作业。悬臂式结构，单边驱动，只能固定在某一位置，不可挪动，随着使用年限增加，误差也会随着增加，无改造价值9图 3-5 悬臂式方案 2 门式（如图 2）结构设计合理，刚性高，减震稳定性好，门式结构可以采用双边驱动，整个作业机构可以再导轨上移动，不是固定某一个位置不能移动。结构稳定，横梁可以采用箱子式焊接技术，不变形，使用年限长，具有改造价值。图 3-6 龙门式3.2.2 传动方案选取机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动等，其主要功能是传递转矩和转速。因此可以说，机械传动部件实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚度以及传动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。因此，应设计10和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。如图（3）所示：图 3-7 清理结构三维示意图机械传动部件中的传动机构及其传动功能如下图表运动的变换 动力的变化 基本功能传动机构形式 行程 方向 速度 大小 形式丝杠螺母 齿轮 齿轮齿条 链轮链条 带、带轮 缆绳、绳轮 杠杆机构 连杆机构 凸轮机构 摩擦轮 软轴 间歇机构 11蜗轮轮蜗杆 万向联轴器 注： 表示有此功能 （图表） 从表中可以看出，齿轮齿条传动既可将直线运动或回转运动转换为回转运动或直线运动，又可将驱动力或转矩转换为转矩或驱动力；带传动、蜗轮蜗杆传动及各类齿轮减速器既可进行升速或降速，也可进行转矩大小的变换。丝杠螺母机构可以实现动力形式的变化，主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。3.2.3 工作台沿导轨纵向移动的传动方案和沿横梁横向运动方案选定工作台纵向沿导轨运动和沿横梁横向运动都是只作直线运动，而电机轴作旋转运动，动力的形式起到变化。由以上分析，以下为直线传动的常用方案：方案 1 电机联轴器变速箱齿轮齿条方案 2 伺服电机一级齿轮丝杠丝杠螺母方案 3 伺服电机联轴器丝杠丝杠螺母方案 1：电机与丝杠用联轴器直接连接可以使传动系统的转动惯量减小，减小电机的负担，采用精密齿轮齿条传动满足长行程的需要。方案 2，3：采用丝杠丝杠螺母传动，精度高，但是长丝杠制造成本极高，安装上难度大，6m 的滚珠丝杠需要定做，价格在 8 万左右。3.2.4 火焰枪升降结构分析因为所谓的钢坯火焰清理机是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的一道工序。所以火焰清理机的清理装置可以仿火焰切割机进行设计，火焰清理枪安装在割炬上。考虑到成本、结构复杂程度、自动化等因素，火焰清理装置的升降结构一般有以下手动和自动两种方案：方案 1、采用手动升降割炬12图 3-8 手动升降割炬1-托辊 2-横梁 3-导轨 4-载体 5-横向调节手轮 6-割炬 7-升降手轮割炬的升降由手动实现，如图 3-8 所示。开条装置固定在横梁的托架上，托架的数量视不同轨距而定。梁安装在同一水平的托架平面上，梁上置有供数个载体横向移动的导轨，载体数量可根据需求配置。每个载体上配有一把割炬，并设有横向调节手轮，该手轮可调节载体的位置及载体间的距离，割炬的割嘴与钢板的距离可通过升降手轮来调节。此种割炬升降结构具有结构简单、制造成本低等优点；但是操作麻烦，一般用于小轨距门式火焰清理机。方案 2、自动升降割炬131-滑座 2-横梁 3-横向调节手轮 4-升降装置 5-割炬 6-升降调节手轮图 3-9 自动升降割炬割炬的升降由自动实现，如图 3-9 所示。横梁导轨上配有数个滑座，其数量可根据用户所需的割炬数而定。滑座平面上装有电动升降装置，割炬座固定在升降装置的座上。每个滑座的位置可通过横向调节手轮来设定；割炬座升降调节手轮，用于手动调节割炬的高度，割炬的自动化升降由电动升降装置来实现。此种升降结构自动化程度高、操作方便。2.5 火焰清理装置总方案由以上分析，确定本次设计清理装置总体机械设计方案：机架整体采用门式结构方案，由于要清理的钢板长度最长为 4m，所以横梁跨度超过 4000mm，采用双边驱动。横梁采用箱型结构固定在两端纵向立柱上，随立柱在导轨上做纵向进给运动。其他装置具体设计如下：a、 横向驱动装置电机通过减速器驱动齿轮旋转，齿轮和齿条配合传动带动滑块移动，使整个伸臂带动气割炬和横向气割熔除，清理钢坯表面缺陷。电动机通过变频控制可调节横向走行速度，即横向清理速度b、 纵向驱动装置位于机架顶部的电机经减速器，齿轮链条传动带动纵向移动滑块上下移动，使安装在纵向移动滑块上的伸臂上下移动。c、 伸臂及割炬上下移动装置气割炬安装在伸臂头部，伸臂头部有驱动部分能夹持气割炬 ，并通过齿轮齿条传动，使气割炬前后移动伸臂的后部装有气割炬左右移动用的电机经减速机和齿轮齿条传给伸臂头部的气割炬上下驱动的装置，控制清理作业。d、 气割炬和点火枪气割炬通过预热焦炉煤气、预热氧气在割嘴处混合，形成混合气体火焰，切割用的氧气通过割嘴中心喷出进行气割。管体及喷嘴均通过冷却。为了能使气割炬点火，还装置了点火枪，点火枪装在气割炬的管体上，通入的焦炉煤气在混合部吸入空气，混合气体从点火枪烧嘴喷出明火，可以点燃气割炬火焰。示意图如下：14图 3-10 烧嘴e、其他配件此钢坯火焰清理机采用数控自动控制机械作业，清理轨迹要具有三轴两联动数控插补，所以还需要配备数控控制操作盘、数控系统、电器操作盘，由于该钢坯火焰清理机，是利用氧气和焦炉煤气的混合燃烧产生高温火焰对钢坯表面缺陷进行气割和熔除达到清理钢坯表面提高钢坯质量的原理，所以还需要能源控制系统（压力表、减压阀、截止阀、电磁阀等） ，另外，由于有些部件处于高温环境中，所以还需要设计水冷却系统、管道等。3.3 钢坯的输送装置设计输送机已有很长的历史，古埃及人在建造金字塔时，就已开始利用其“转动”的原理，搬运石材。今天，输送机被广泛用于各个行业。如矿山、港口码头、自动化生产线等。一般而言，输送机是可以连续地搬运物品的搬运机械。输送机可定义为：以上部构造作为支撑面，承载、移动所要搬运的货物的机械。美国输送机行业对输送机的定义是：从一定或任意的装载地到卸货地，经设定的路线，将散装、包装等搬运货物，以水平、倾斜及垂直方式进行搬运的机械设备。153.3.1. 输送机的分类及种类输送机的种类很多，分类方法也各有不同，按构造、传动方式区分有皮带输送机、链条输送机、辊子输送机、螺旋输送机、振动输送机、流体输送机、气垫式输送机、升降电梯输送机等。所以输送机器的设计有多种方案。钢铁矿业部门常用的输送机，采用辊子输送机型号比较多。本次设计选用辊子输送机。辊子输送机也称滚筒输送机。将穿过辊子中心线的轴的两端。固定在左右两侧的支架上，数个以上被固定的滚子按一间隔排列就构成了辊子输送机。辊子输送机按驱动方式分为：重力（驱动）辊道输送机和动力（驱动）辊道输送机两大类a. 重力辊子输送机重力辊子输送机是利用自重连续搬运物品的机械。严格讲输送机在呈倾斜状态时，是利用自重来搬送物品的，而在输送机呈水平状态时，就不是靠重力，而是要通过人力或其它外力来移动物品了。重力辊子输送机的优点：不需要动力、构造简单、维修费用低、价廉以及布局易变更等。缺点：1、由于是在倾斜的输送机上利用自重移动物品，输送机越长，由于加速度的原因而造成移动速度越来越快。2、重物品的移动速度快，轻物品移动速度慢或不移动。当轻、重物品同时被搬运，而物品的重量相差较大时，会因移动速度的差异发生物品碰撞，造成物品损伤或脱离辊道。b. 动力辊子输送机动力辊子输送机是将电机输出的动力，通过传动装置传给辊子，带动辊子旋转而搬运物品的机械。动力辊子的设计常用方案有以下几种：方案 1：皮带驱动辊子输送机由皮带将电机的动力传给辊子，带动辊子旋转而搬送货物。根据使用皮带的类型可分为：圆型皮带，平皮带和 V 型皮带。优点：带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便16缺点：在特殊环境中工作的带式输送机，应采取耐热、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等防护措施。对 于 气 候 的 适 应 性 差 ， 易 打 滑 和 老 化 ， 必 须 有 张 紧装 置 使 输 送 带 达 到 必 要 的 张 力 ， 以 免 在 驱 动 滚 筒 上 打 滑 。 皮带容易跑偏及打滑，且不适合传动大件、高温的物件。方案 2:链条驱动辊子输送机由链条将电机的动力传给辊子，带动辊子回转，通过辊子的回转搬运货运。链条驱动辊子输送机动作原理不通又分为：连续链型和辊子对辊子型。连续链型，通过安装在电机上的链轮带动链条转动，再通过焊接在辊子端部的链轮将链条的运动传达给辊子，带动辊子转动，搬运货运。图 3-11 连续型链条驱动辊子输送机优点：适用于高温、多尘、油、水及污染的环境，搬运重物及体积大的物品。缺点：不适合长距离传送重物，且对链条的张紧要求比较严格，往往需要单独设置链轮链条的张紧装置。图 3-12 辊子对辊子型17所有辊子两两相连形成联动关系。例如，安装于电机上的链轮顺时针旋转时，通过链条带动辊子 A、B 的链轮同向回转， B 辊子和辊子以链条在另一侧相连，辊子运动将带动辊子运动，以此类推，所有辊子将实现联动。这种输送机的优点：适用于高温、多尘、油、水及污染的环境，搬送较重的物品及需要频繁停机或逆转的场合。缺点：链轮与链条需要一定的张紧，需要设计张紧装置，因为以链条作为牵引件，输送速度不能过大，以防止增大动力载荷。链条驱动效率较低。长距离驱动，容易产生链条的脉动。方案 3：齿轮啮合驱动电动机经减速器减速通过联轴器带动锥齿轮运动，然后经过锥齿轮的啮合带动滚筒运动。结构示意图如下图：图 3-13 齿轮啮合驱动辊子示意图通过齿轮传动辊子输送机的特点：优点：齿轮机构传动具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。3.3.2 输送装置方案选取由于本次输送装置的设计是用来输送重量在 824 吨左右的钢坯，需要传递的功率范围大，传动过程中，工作可靠。由于钢坯是在高温下进行的清理，清理后钢坯还会保持着高温，所以不适合带式输送机输送。综上分析，本次设计采用方案 3，齿轮啮合驱动式辊子输送机结构。18图 3-14 辊子安装三维结构示意图3.4 钢屑自动排屑机构排屑机构是将机床产生的切屑，自动输送到指定位置的装置。它可以用于单台机床也可以用于多台机床的共同排屑，也可以是各种不同方式组合的排屑。3.4.1、 排屑机的分类：目前国内对排屑机设计，常用的思路有：磁式、履带链式、刮板式、螺旋式、大流量水冲涮和振动式几种。磁式，结构较复杂，排屑量较小，成本较高。履带式，用于各类材质各种状态的切屑。尤其适用团状、卷状得细长屑，排屑量较大，但是传动部分与铁屑不分离，易发生故障。螺旋式，结构简单排屑量大，但是一般不能单独使用，一般多用于偏离排屑中心线短距离输送。大流量水冲刷，排屑量较大，维修方便，故障率低，使用寿命长，但是，其占地面积大，使用费用较高，造价较高。振动式，使用于各种材质，各种切屑，但是噪声较大，对环境影响大。刮板式，适用于各种材质的断屑，成本低。193.4.2、 排屑机方案分析本课题的钢屑自动排屑机构采用刮板式思路。常见的排屑机安装有以下两种型式方案 1：挖槽型图 3-15 挖槽型刮板清理结构a、 排屑机理在车间地面沿机床排列方向挖一长沟，根据机床位置设若干投进屑口；安装刮屑刀片（刮板）的横支架一端安装液压油缸，作为动力往复推拉排屑器。排屑器每往返，钢屑就向前推进一段距离，经数十次推动后，钢屑即进入车间外面的集屑箱中，然后装车运走。b、 排屑器特点：该排屑器由槽钢、横支架、刀片、油缸构成，置于排屑槽体的上部。20图 3-16 刮板结构刮板和横支架连接采用销轴连接。当排屑器连接的液压缸往右方向运动时，刮板由于受到防护罩底盘上的切屑的阻力而绕销轴做顺时针方向翻转，此时支架上的 a 面与刮板上的 b 面逐渐远离开来，刮板的 b 面不受支架的作用力，刮板可以自由地绕销轴 3 做顺时针旋转而使下端抬起，从而将切屑留在原地，这样也实现了，使切屑只能向机床前端运动。此种结构优点是结构简单，但由于采用了液压缸驱动，成本较高。而且清理下来的铁屑具有高温，易导致液压缸爆炸等安全问题。方案 2：机架型21图 3-17 机架式该设备特点：1、先通过漏斗状的容器把废屑收集起来然后通过由动力带动的运动的刮板把收集到的废屑排放到指定地点，此过程完全由设备自动完成，无需任何人力。2、投产大大提高了排屑的能力和生产的自动化程度，更重要的是能够提高企业的生产效率和管理水平。3、采用电动机经减速器联轴器。22结论与展望本文设计的自动火焰清理机是用氧气和符合要求的可燃气体火焰废喷射钢坯表面去除氧化皮的设备。经过几个月的集体努力，获得了一些成果和结论。我们求得了曲柄连杆翻版机构中各个杆件载荷和直径的大小、曲柄翻转过程角度的变化。辊道传送得出了齿轮机构传动具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。清理机中得出刮板可以自由地绕销轴做顺时针旋转而使下端抬起，从而将切屑留在原地，使得切屑只可以向排屑机前面排出。整体时间和空间上，各部分装配到一起去的时候应该注意相互之间怎样配合。随着我国制造业的发展，钢坯的作用越来越大。需要加工钢坯两面的地方越来越多。钢坯火焰清理机的出现使得工作效率提高几个等级，出现的人身安全事故也成倍的减少。为了满足生产需求我们小组做此设计来解决清理氧化皮问题，这是为了生产力的提高，为了解决实际问题才结的此题目。钢坯火焰清理的需求再将来的钢坯运用中有很大的好处。在不久的将来，此设计所说的方案定会在实习生产中大量的运用。23参考文献1王勇勤.双臂曲柄摇杆式翻板机机构设计及改进.鞍钢技术 .94 年第 6 期2詹庭文.大型火焰切割机的开发与设计.上海冶金设计.93 年 3胡坚.中板翻板机典型机构的运动分析.中国重型装备.08 年第二期4贾景珍，荀凤超.双臂曲柄摇杆翻板机的优化设计.重型机械 .10 年第三期5罗迎社.材料力学.武汉理工大学出版社.01 年 7 月第一版6吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社 .06 年 5 月第三版7纪名刚.机械设计.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版8张建民.机电一体化系统设计.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版9周良德，朱泗芳.现代工程图学.湖南科学技术出版社.02 年 9 月第一版10韩柏荣，门式火焰切割机开条割炬升降结构.造船技术 .1997 第 8 期11胡坚.中板翻板机典型结构的运动分析.中国重型装备.199824致谢此毕业设计结束之际，大学生活也随着它走向完结。在几个月的设计时间里，我学到的东西是原本相同时间里面学到的几倍。它让我懂得怎样查找和运用资料、怎样去解决一个问题、怎样团队分工合作、怎样去探讨那些未知的事物以及其它学到的很多方面。有其各种细微处更加应该注意，往往都是细节出现错误影响总体上的运作。通过用 Solidworks 画三维图后，对软件的运用更加熟练。以前感觉学的许多科目没有实际意义，到现在觉得以前的专业知识不够扎实，给自己的设计过程带来了很大的麻烦。这次毕业设计培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要。培养了自己综合的、灵活的运用的发挥所学的知识。 特别感谢我们的导师胡自化老师对我们的悉心指导，在百忙之中抽出时间来帮我们解决问题。胡老师给我们提供的资料使得我们的毕业设计更加完善。我觉得通过此次毕业设计，让我懂得怎样去设计一个产品，怎样去分析每一个设计部分的可行性，培养了我的一种设计思维，给我以后的工作和学习中提供了一个模板。25附录一：英文文献原文2627282930313233附录二：英文文献翻译叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损（译文）邓建新，刘丽丽，赵进龙，孙军龙山东大学机械工程系，中国山东省济南 250061，接稿 2006 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月 30 日摘要SiC/（W,Ti)C 叠层结构的陶瓷喷嘴通过热压成形，热压是为了减少喷嘴进出口区域的拉应力。在合成物的烧结过程中由于 SiC 和(W,Ti)C 固溶体的热量膨胀系数和收缩率不同将导致残余应力产生，通过有限元方法可以分析该残余应力。叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损是由沙粒的冲击产生，这个实验结果和一个在相同条件下不受压应力的参考喷嘴实验结果相比较而得。这个实验的结论已经表明叠层陶瓷喷嘴比相类似的自由应力喷嘴有更高的抵抗冲蚀磨损性能。1.引言喷沙处理是一个研磨的加工程序并且广泛地作为表面的加强1,表面的修正2表面的清理和除锈,等等。它适用于硬且脆的材料, 易延展的金属，合金和非金属的材处理。在沙喷的过程中，从喷嘴里出来的高速喷射的精细研磨微粒和载流气体撞击目标对象的表面来冲蚀该表面。精细微粒通常由高于几倍大气压的气流来加速。粒子直接对表面进行处理。当粒子冲击表面时, 粒子引起一个小的破碎，气流会将研磨粒子和已破碎的粒子带离去。喷嘴是喷沙设备中最紧要关头的部份。有许多因素影响力喷嘴的磨损如：流量率和冲击角度，冲蚀研磨剂性能，喷嘴的材料和它的几何形状，温度。有高耐磨性的陶瓷有很大的潜力做为沙喷的喷嘴材料。一些研究已经显示陶瓷喷嘴的进口区域展现了一个感应去除程序的脆性破碎而中央的区域显示出材料切除模态的耕犁类型。在沙喷中当冲蚀的微粒以高的角度 ( 将近 90 ) 冲撞喷嘴进口区段 (见到图 1) ，喷嘴进口区域遭受形严重的研磨冲击, 这可能引起大的张应力。最高的张应力位于喷嘴的进口区域。34因此，喷嘴进口区域的冲蚀磨损相对于中心区域的磨损来说，总是严重的。图 1 沙喷过程中冲蚀粒子与喷嘴间的作用示意图由不同材料的交替层构成的叠层混合结构能适当地被设计, 促使对一个表面产生压缩残余应力，从而提高了表面的机械性能和耐磨性。残余应力增大主要是在于热膨胀系数 (CTE) ，烧结率，相阶段和相邻层的弹性模量之间的搭配, 并且残余应力区域决定于分层的结构几何形状和层之间的厚度比率。 Toschi 等人报告叠层混合结构能改善氧化铝的滑动耐磨性。Portu 等人表明表面区域受压缩残余应力的叠层结构组成而得的混合物材料能具备更好的磨擦性能。邓教授等人证实倾斜的陶瓷喷嘴能展现出比一般位置的陶瓷喷嘴更高的耐磨性。目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 叠层结构的陶瓷喷嘴为了要在喷嘴的进出口区域减少张应力 , 靠热压的方式生产。在烧结过程式中叠层喷嘴的残余应力由有限元方法计算而得。叠层陶瓷喷嘴冲蚀磨损对照于相同的条件下一个不受应力的叁考喷嘴而被考查。352材料和实验步骤2.1. 准备叠层陶瓷喷嘴材料 SiC /(W,Ti)C 开始的材料是(W,Ti)C 固溶体粉末，平均颗粒大约为 0.8m，纯度为 99.9% 。SiC 粉末的平均颗粒大约为 1m，纯度为 99.8%。六种不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被选择去设计六层结构 SiC /(W,Ti)C 叠层喷嘴材料。叠层陶瓷喷嘴材料的成分分配在图 2 被显示。它指出叠层喷嘴材料的成分分配在喷嘴轴的方向中改变。如 SiC 的热导率比 (W,Ti) C 的更高, 当它的热膨胀系数比 (W,Ti) C 的更低时候, SiC 的最高含量的层被提出在进入层和出口层中两地方 ( 见图 2.1 a) 。相似的无应力的喷嘴没有成分变化在图中 2(b) 被显示。叠层陶瓷喷嘴在进入和出口两区域叫做 GN-3, 无压应力喷嘴叫做 CN-2 。图 2.1a 为陶瓷喷嘴在进口和出口区域（ GN-3 ）辗压的照抄原文/ （ W ， Ti ） C 成分分配示意图； b 为相似的无应力喷嘴（ CN-2 ）SiC/(W,Ti) C 以六种不同混合比合成的粉末被分别地在酒精中和接合的碳化物球体研磨 80 个小时而成湿球来作准备。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次被叠压进入模子之内。这时样品在流动的氮气中以 30 MPa 压力 ,1900 温度热压 40 分钟。2.2.喷沙测试如图 2.2.1 所示，空气喷射研磨机床 ( GS-6 类型) 的示意图，它由一个36空气压缩机，一只喷射枪，一个控制阀，粒子供应管，一个过滤器，一个干燥器，一个调压阀，灰尘捕捉器，一个研磨漏斗 , 和一个喷嘴。气流流程率被被压缩的空气控制，而且研磨粒子的速度经过喷嘴被调整为 60 米/ 秒。图 2.2.1 空气喷射研磨机床的示意图（ 1 ）空气压缩机， （ 2 ）控制阀，（ 3 ）过滤器， （ 4 ）干燥器， （ 5 ）调压阀， （ 6 ）吸尘器， （ 7 ）喷枪） （ 8 ）研磨漏斗， （ 9 ）陶瓷喷嘴） 。被用于这一项研究的冲蚀研磨剂是 50150m 谷粒大小碳化硅粉末。作为干沙喷射的 SiC 粉末的 SEM 显微图在图 4 中所示。37图 2.2.2 沙喷中被用的 SiC 研磨剂的 SEM 显微图内直径 8 毫米和长度 30 毫米的喷嘴由 SiC /(W,Ti) C 的叠压结构 (GN-3) 制造而成，无压应力结构 (CN-2) 被热压制造而成，如图 2.2.3 所示。图 2.2.3 GN-3 叠层陶瓷喷嘴的照片磨损的喷嘴损失量被一个精确的电子称测量。 ( 最小量 0.1 毫克) 。 所有的测试情况在表一中被列出。喷嘴的冲蚀率 (W) 被定义为喷嘴损失量 除1m以喷嘴密度 d 和冲蚀研磨粒子 的乘积: W 的单位为 2m21/mdg/3。有限元方法 (FEM) 被做为一种数字地分析在制造过程中叠层陶瓷喷嘴的残38余应力和它的分布状态的方法。为微小损害的观察和冲蚀机制的检测, 磨损的喷嘴被轴向地分为区段。喷嘴的被侵蚀的孔表面由扫描电子显微镜检查。3结果和讨论3.1 叠层喷嘴材料的显微结构特征和性能硬度测量在 GN-3 叠层喷嘴材料的横截面面的每层上放着维氏压痕处操纵。压痕负荷是 200 N ，这时每层的三个压痕的最小量被测试。每层的维氏硬度 (GPa)靠（P 是压痕负荷（N） ，2 是压痕对线的长度）计算所得。每层 GN-3 叠层喷嘴材料的硬度被列出在表二中。GN-3 叠层陶瓷的喷嘴材料磨光的每层 SEM 显微图如图 3.1 所示。黑色的区域被 EDX 分析鉴别为 SiC, 和鲜明的对比白色的区域是(W,Ti)C。可以被看到，SiC 粒子非常匀均地在显微结构中普遍分布, 多孔性事实上是不存在的。图 3.1 GN-3 叠层陶瓷的喷嘴材料磨光的每层 SEM 显微图（a）第一层（进口区域） ， （b）第二层， （c）第三层， （d）第四层， （e）第五层， （f）第六层3.2 叠层喷嘴的残余应力制造过程中的叠层陶瓷喷嘴的残余应力被假设箱子从烧结温度 1900冷却到室温 20经由有限元方法计算。 （W，Ti）C 和 SiC 的热机械性能依下列各项所得:39由于对称，轴对称的计算被推荐。假定它是稳定状态边界条件，在 GN-3 叠层喷嘴中从烧结温度冷却到窒温过程中轴向的，径向的。很明显，一个额外的压缩残余应力在 GN-3 叠层喷嘴进口与出口区域处被形成。图 3.2 GN-3 叠层喷嘴在制造过程中的(a)轴向的( z)，(b)径向的( r)，(c)圆周向的( )残余应力沿喷嘴轴向不同位置的分布3.3 叠层喷嘴的冲蚀磨损GN-3 叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损靠在沙喷时和 CN-2 无应力陶瓷喷嘴对比来被评定。图 3.2 显示 GN-3 和 CN-2 喷嘴在沙喷过程中累积的损失量。很明显累积的损失量随着操作时间不断地增加。在相同实验条件下，与 GN-3 叠层喷嘴比较,CN-2 无压应力喷嘴有更高的累积损失量。40图 3.3 a GN-3 喷嘴和 CN-2 无压应力喷嘴在沙喷过程中累积的损失量磨损的陶瓷喷嘴在操作之后在纵向的方向被切断，出现分析失败。图 3.3 a 所示为操作 540 分钟后的 GN-3 和 CN-2 喷嘴的内部孔的轮廓相片。它被表明沿着喷嘴纵向的方向磨损的 CN-2 喷嘴的内部孔的直径是比磨损的 GN-3 叠层喷嘴更大, 尤其在喷嘴进口区域。图 3.3 b 操作 540 分钟后的 GN-3 和 CN-2 喷嘴的内部孔的轮廓相片GN-3 和 CN-2 喷嘴进口孔直径随着冲蚀时间而变化的结果如图 3.3 b 所示。它被指出 CN-2 无压应力喷嘴进口孔的直径随操作运行时间而扩大得很快。然而GN-3 叠层喷嘴进口孔直径慢慢地随操作运行时间增大。图 3.3 d 表示沙喷过程中 GN-3 和 CN-2 喷嘴的冲蚀率对比。显而