型砂检测装置工作台

武汉工程大学本科课程设计 1 材料成型装备及自动化课程设计材料成型装备及自动化课程设计 题目 型砂智能化综合性能检测装置的设计 学生 鲁青 学号 1303181315 班级 机电院 2013级材控2班 指导老师 吴和保老师 课程设计时间 2016 年 6 月 6 日 至 6 月 20 日 精品文档 22欢迎下载 精品文档 II欢迎下载I欢迎下载 一 课程设计的任务和基本要求一 课程设计的任务和基本要求 1 设计题目 设计题目 型砂智能化综合性能检测装置的设计 2 2 设计结构简图 设计结构简图 3 3 设计的主要部件 设计的主要部件 主要部件包括 工作台架 型砂透气性检测机构 型砂试样制备与性能检测机构 检 测夹具设计 检测装置液压系统设计和电驱动系统的设计 4 4 设计要求设计要求 1 每个班学生分为 6 组 即工作台架设计 透气性检测机构设计 试样制备与检测机 精品文档 IIII欢迎下载II欢迎下载 构设计 夹具设计 液压系统设计 电驱动系统的设计 2 设计计算 立柱强度计算 检测上横梁强度计算 检测装置液压系统计算 电驱动 丝杆机构和电机功率计算 3 图纸设计 工作台架 透气性检测机构 试样制备与检测机构 液压缸设计 电驱 动丝杆机构和夹具的三维设计 4 控制系统设计 液压控制系统设计 电路控制系统图的绘制 5 撰写课程设计报告 二 进度安排二 进度安排 2016 06 06 2016 06 06 课程设计指导及安排 2016 06 07 2016 06 09 分组 查阅资料 2016 06 10 2016 06 12 设计计算 2016 06 13 2016 06 16 设计校核 2016 06 17 2016 06 18 撰写设计说明书 2016 06 19 2016 06 19 课程设计答辩 三 参考资料或参考文献三 参考资料或参考文献 1 樊自田 材料成型装备及自动化 机械工业出版社 2014 年 7 月第 1 版 2 濮良贵 陈国定 吴立言 机械设计 高等教育出版社 2013 年 5 月第 9 版 3 范钦珊 材料力学 高等教育出版社 2005 年 7 月第 2 版 精品文档 IIIIII欢迎下载III欢迎下载 本科生课程设计成绩评定表本科生课程设计成绩评定表 姓名专业班级学号 课程设计题目 课程设计答辩记录 手写 成绩评定依据 成绩评定依据 项目得分比例 考勤记录 设计结果 报告撰写 答辩成绩 备注 成绩评定依据的项目内容和项目分值比例可以由老师按指导的专业进行调整 但成绩评定依据的项 目数不得少于 3 项 精品文档 IVIV欢迎下载IV欢迎下载 最终评定成绩 指导教师签名 年 月 日 精品文档 VV欢迎下载V欢迎下载 目 录 一 铸造型砂性能分析检测方法概述 1 1 铸造型砂性能检测的主要内容 2 2 铸造型砂强度检测方法及原理 2 3 铸造型砂紧实率的检测方法及原理 3 4 铸造型砂透气性检测方法及原理 3 二 测试液压系统的设计计算 4 1 液压缸的设计计算与校核 4 2 液压泵的设计计算与选型 6 三 液压系统控制图 7 四 总结 7 精品文档 VIVI欢迎下载VI欢迎下载 精品文档 1欢迎下载1 一 一 铸造型砂性能分析检测方法概述铸造型砂性能分析检测方法概述 1 1 铸造型砂性能检测的主要内容铸造型砂性能检测的主要内容 一般来说 型砂性能可以分为型砂物理性能及机械性能 型砂物理性能的 检测主要包括型砂透气性 砂温 含水量和紧实率等 型砂机械性能以前通常 指型砂的各种湿强度 韧性的检测 其中 紧实率和湿压强度是最有代表性的 型砂性能指标 而紧实率反映型砂混碾揉和程度和回性优劣 必须将它严格控 制在工艺规范要求的范围内 湿型砂的紧实率是和水分 强度 造型材料配比等指标均相关的一个综合 参数 通过检测检测紧实率可以调整型砂中的加水量 把紧实率控制在一定的 范围内即可保证水分的相对稳定性 同时可使型砂获得一定的湿压强度 韧性 和流动性等综合性能 目前国外普遍采用三锤制样机配合相应量具测定型砂紧实率 采用型砂硬 度计测定型砂表面硬度 来间接表征铸件内部紧实度 国外多家铸造公司推出 的紧实率在线检测仪 它们的测量原理和结构相似 瑞士 GF DISA 公司的型砂 多功能控制仪的前置环节是一台可快速测量紧实率和砂样强度的性能检测仪 通常安装在混砂机一侧 奔腾微机及相关软件构成主控单元 PLC 控制的执行 元件则依据控制信号调节水分和黏土的加入量 型砂多功能控制仪对比实测值 与目标值 并考虑整碾砂的重量后 计算出水和黏土的加入量 从而实现有效 控制 比传统筛选法水分控制仪具有更好的实用价值 并能进行全自动控制和 检测 适用于 批量生产的间歇或连续混砂系统 但对混砂量 旧砂温度 旧 砂湿度以及旧砂性能均要求具有相对稳定的状况 型砂的紧实率是反映型砂紧实前后体积变化率的一个参数 被认为是能够 反映型砂性能的综合性能指标 型砂紧实率除人工手握和观察颜色外 其最简 便的方法就是采用 冲击试验法 冲击试验法包括取样 过筛 定量 冲击 测量 计算等繁琐步骤 整个测量过程大约需要几分钟到十几分钟 这中间 远距离取样 过筛 测量 计算几个环节在测量过程中费时最多 占整个测量 时间的 90 以上 耗时过长和步骤繁琐严重阻碍了其在生产中的应用 精品文档 2欢迎下载2 型砂紧实率快速测试仪是在对上述方法进行分析 改进的基础上提出并实 现的 其原理是 测量开始时 取待测散沙装满试筒并刮平 然后通过液压和 电动系统对冲头垂直施加压力 当压力达到某一定值 P1 时 P1 P2 砂样高度 为 h2 此时即按着如下公式计算得到紧实率 上述过程中 由于试筒的几何形状与尺寸保持不变 因此 P1 一定 就是 作用在砂样上的压强一定 也就是型砂试样的初始密度一定 因而省却了以往 的过筛工序 在此基础上继续施加压力使之达到 P2 则型砂试样的高度由 h1 变化到了 h2 亦即型砂试样在压力 P2 P1 的作用下从初始高度 h1 变化到了 h2 高度相对变化量为 h2 h1 h1 2 2 铸造型砂强度检测方法及原理 铸造型砂强度检测方法及原理 湿压强度是表示物体在饱水状态下 抵抗外部压力能力的物理量 以试样 受外力作用破坏时的应力值来表示 型砂湿压强度是一个单独的性能项目 而 且是最重要的一个性能项目 湿压强度的测定方法 测定湿压强度时 将制备 好的湿压试样 置于预先装置强度试验机上的抗压夹具上 然后转动手轮 逐 渐加载于试样上 直至试样破裂 其强度值可直接从压力表中读出 测试抗拉 强度时 同样将制备好的 8 字型试样置于型砂强度试验机上的抗拉夹具上 转 动手轮 逐渐加载拉力于试样上 直至试样断裂 其强度值可直接从压力表中 读出 即大致测出湿型砂的拉压强度 3 3 铸造型砂紧实率的检测方法及原理 铸造型砂紧实率的检测方法及原理 对于粘土砂而言 型砂中的水分是影响型砂性能和质量的最重要的因素之 一 紧实率是表示型砂中粘土与调匀水的比例是否适当并且适宜于造型的一种 综合性指标 与水分有关 与其它成分也有着间接的联系 一般认为 紧实率 反映型砂的可紧实性 韧性和水分的敏感性 即反映了型砂的调性程度 是湿 型砂最重要的指标之一 实验证明 通过检测紧实率可以调整型砂中的加水量 把紧实率控制在一定的范围内即可保证水分的相对稳定性 同时可使型砂获得 一定的湿压强度 韧性和流动性等最佳综合性能 所谓型砂紧实率 就是受力面 积保持不变时一定初始密度的型砂试样在一定的压力作用之下 紧实距离对紧实 精品文档 3欢迎下载3 前高度的百分比 型砂紧实率是代表型砂性能的综合技术指标 但型砂紧实率 的现有测试方法中 除了人工手握和观察颜色之外 其最简便的测试方法就是 冲击实验法 其中 紧实率是用型砂试样被紧实的前后其高度变化的百分比 来度量的其方法 测定紧实率时 首先到生产现场对混碾完毕的型砂进行取样 然后回到试验室中通过漏斗型筛子 筛孔面积约 5 5mm2 在一定高度自由落 满型砂试验用的试筒 此时筒内的型砂十分松散 其密度称之为堆积密度 然 后刮去筒顶多余型砂后 通过紧实冲头的压力压紧 使砂样高度从最初的 H1 变 化为 H2 最后测量出试筒中型砂高度的变形量 4 4 铸造型砂透气性检测方法及原理 铸造型砂透气性检测方法及原理 1 测定原理 由流体力学可知 通过试样的空气量 Q cm3 与通气时间 t min 试样截 面积 A mm2 以及试样两端的气压差 P cmH2O 成正比 其比例关系为 Q K t P A H 式中 K 为比例系数 代表透气性 H 为试样高度 这 里 H 50mm 可见 K Q H t P A 故 K 可定义为 在 1gf cm2 的压力下 每 分钟通过面积为 1cm2 高度为 1cm 的试样的气体量 cm3 虽然 K 有量纲 但 一般把它作为无量纲量 2 测定步骤 1 标准测定法 打开阀帽 6 取出阻流孔等附件 调节调平脚 14 使仪 器处于水平位置 向水筒 4 内注入 1 2 的重铬酸钾水溶液 使钟罩 3 上 的 0 刻度线正对水筒 4 上沿 把旋钮 9 转向 吸 放气 位置 提起钟 罩 3 然后将旋钮 9 转向 关 的位置 这时 钟罩内已经充满 2000cm3 的空 气 将制好的标准试样连同试样筒一起放在试样座 8 上 并封闭好 将 旋钮 9 转到 工作 位置 此时钟罩内的气体在钟罩自重的作用下 施于气体 10g cm2 的压力 在此压力下气体将通过试样 记录下 2000cm3 气体全部通过 试样所需要的时间及从微压表 11 上读出的压力值 将测得的时间和压力值 带入公式计算出透气性 K 2 快速测定法 与标准法不同 在试样座 8 上 附加一阻流小孔 孔的大小有 1 5mm 和 0 5mm 两种 当透气性小于 50 时用小孔 阻流小孔也与试样一样 精品文档 4欢迎下载4 对气体的通过其阻流作用 测定时 以微压表 11 上读出的压力值代表到达试样 前的气体压力 压力大小与阻流孔和试样对气体通过的阻力大小有关 当阻流 孔的尺寸一定时 其压力只随试样对气体通过的阻力大小而变化 即只随透气 性而变化 压力越低 说明透气性越好 依次与标准法对照 通过大量实验 得出压力和透气性的换算关系 并将此关系以透气性的数值直接刻在微压表 11 的相应位置 测定时 可直接从微压表 11 上读出透气性 而不必等 2000cm3 的 空气全部通过试样 快速法的测定步骤与标准法基本相同 只要注意阻流孔 的正确使用 二 二 液压系统的设计与计算液压系统的设计与计算 1 液压缸的设计计算与校核 I 负载分析 由所给的数据选择 工作负载 Fw 9800N 液压缸工作压力 P 2MPa 液压缸 回油腔背压 Pb 0 4MPa 冲头下降运动速度 v 15mm s 机械效率取 m 0 9 惯 性负载 Fa 1000N 重力负载 FG 0 9kN 则可求得工进负载 F FG FW m 11888N 工作循环计算公式负载 f N 启动加速 F FG Fa m2111 快进 F FG m1000 工进 F FG Fw m11888 快退 F FG m1000 设快进快退为 1mm s 工进速度范围为 6 20mm s IIII 确定液压缸的主要参数 确定液压缸的主要参数 为使液压缸快进与快退速度相等 选用单出杆活塞缸差动连接的方式 设 液压缸两有效面积为 A1和 A2 且 A1 A2 即 d 0 707D 由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程 P1A1 P2A2 F 可得 A1 F P1 0 5P2 11888 2 0 106 0 5 0 4 106 cm2 66cm2 液压缸内径 D 就为 D 4A1 4 66 cm 9 17cm 对 D 圆整取 D 100mm 由 d 0 707D 经圆整得 d 70mm 计算出液压缸的有效工作面积 A1 79cm2 A2 40 06cm2 液压缸的缸筒长度 l 由最大工作行程决定 故其取 l 200mm 流量 q VA2 VA1 得 q V A1 A2 2 34L min 活塞杆取 180mm 计算液压缸在工作循环各阶段的压力 流量和功率值 工作循 环计算公式负载 F KN回油背 压 p2 MPa 进油背 压 p1 MPa 输入流量 q1 10 3 m3 1 输入功率 P kw 精品文档 5欢迎下载5 快 进 起动加 速 恒速 P1 Q1 A1 A2 v1 P p1q1 2111 1000P2 p1 0 5 1 05 0 029 0 09045 工进 P1 Q1 A1v1 P p1q1 11888 0 41 7 0 024 0 080 0408 0 136 快 退 起动加 速 恒速 P1 Q1 A2v1 P p1q1 2111 1000 0 3 0 3 1 35 0 028 0 0378 IIIIII 校验 校验 A 强度校核强度校核 1 缸筒壁厚 p 2 0MPa 4F 5 3mm 成立 3 固定螺栓直径 ds 液压缸固定螺栓直径 ds 5 2kF 2 Q235 其中取 F 11888N Z 8 k 取 1 2 s 1 2 2 5 117 5MPa ds 5 2 1 2 11000 2 117 5 106 9 4mm B 稳定性校核稳定性校核 依 F FK nk进行校核 查表 4 8 和表 4 9 得 1 110 2 0 25 f 250MPa 1 9000 则 rk J A d 4 70 4 17 5mm 活塞杆细长比 l k 380 17 5 21 而 1 2 110 1 4 55 l k 1 2 且 1 2 55 则 FK fA 1 2 1 rk 2 93 9 106N 取 nk 4 有 Fk 4 93 9 106 4 23 5 106 故稳定性良好 精品文档 6欢迎下载6 2 2 液压泵的设计计算与选型 液压泵的设计计算与选型 1 液压泵的确定 1 液压泵最大工作压力为 2MPa 进油路压力损失取 0 5MPa 则小流量泵的 最高工作压力为 2 5MPa 选择泵的额定压应力 Pn 2 5 2 5 0 25 MPa 3 125MPa 大流量泵在液压缸快退时工作压力较高 取液压缸快退时油路上的压力损失为 0 4MPa 则大流量泵的最高工作压