【JX518】环形加热炉设计与仿真【UG+KT+RW+FY】[3A0]
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【JX518】环形加热炉设计与仿真【UG+KT+RW+FY】[3A0],jx518,环形,加热炉,设计,仿真,ug,kt,rw,fy,a0
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I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 环形加热炉的设计与仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据 随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的 钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使 用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点。 课题来源于企业需求，装取料设备是加热炉的一个重要组成部分目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计，希望设计出高效、稳定、安全的装取料设备。 三 、接受任务学生： 机械 92 班 姓名 童 春阳 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 7 日 气动人工肌肉特性的约束影响的实验研究 臧哈，马艳 机电工程学院 东北林业大学 哈尔滨，中国 宁，李秀晨，张兰 机械工程学院 佳木斯大学 佳木斯，中国 摘要气动人工肌肉（ 一种新的气动执行器。大量的工作已经完成了的原则，理论，实验建模及应用气动人工肌肉。研究人员发现， 有非线性特性。对发布的基地非线性特性的相关文献，弹性，摩擦橡胶和编织和约束环之间。前者两个方面已发表的论文主要研究。然而， 研究 局限于端气动人工肌肉仍然是罕见的 影响 。本研究建立的 静 态特性实验系统，和 约束特性进行了测试。通过对实验结果的分析，得出了影响约束的工作气动人工肌肉的工作特征。 关键词气动人工肌肉（ 约束，静态特性， 实验研究 引言 气动人工肌肉是一种新型的气有清洁，重量轻的致动器，低成本，维修方便，结构紧凑，高功率 /体积比。出于这个原因，它们被广泛关注 通过理论研究和工应用。气动肌肉的发明在 20 世纪 50 年代以提供驱动程序 假肢和康复机械。然而 对于实际问题，如气动功率存储，当时的可用性和质量差的阀门技术， 气动人肌肉没有得到开发和应用。在 1988 年，日本式的工程师 提出了 制造普利司通更大的版本重新设计的气动人工肌肉称为人工肌肉 为了使机动化虽然软而强大的器人手臂。他们被称为软武器和进行商业化的服务它也被研究了机器人。人工肌肉，这是简单的设计，是由橡胶内胎覆盖与外壳编织根据螺旋编织。肌肉 由两端封闭 一个是空气的输入和其他正力附着点。编织纤维由螺旋关于肌肉长轴的角度称为交织角。当压力被提供，内管改造，连同径向运动驱动集织造， 交织角的增大 轴向编织套管短路它拉的负载端和 力同时集织造，那么紧张和内部压力平衡。由于 工作类似动物肌肉的特性，它被称为 气动执行机构气动人工肌肉 1 2 。气动人工肌肉是一种新型的气动执行器。很多工作了完成了原理，理论，实验与气动人工肌肉应用建模。研究人员发现， 线性特征。在文献 3 4 的基础，非线性相关的弹性特性，与橡胶的摩擦编织和结束约束。前两个方面在已发表的论文主要研究。然而，研究 在对气动端约 的影响人工肌肉仍然是罕见的。本研究建立的 态特性实验系统，和约束特性进行了测试。通过对实验结果的分析，影响气动人工肌肉的工作条件得到的特征。 实验气动系统 这个气动实 验系统 设为了研究压力的关系，收缩力与不同的约束系统。实验 系统包含下表中显示的元素。 表 1件名称 成分类型 组件 技术 数据 空气源 福马莫尼塔 功率： 11大压力： 气罐： 2L 电磁阀 源电压： 力传感器 源电压：直流 12 24V 调压范围： 0度： 负荷 传感器 源电压：直流 12 24V 负荷范围： 0度： 0 幅调制 国产的 初始长度： 176始直径 8压范围：为 进电动机 8613 步距角精度： 2% 步进角： 最大扭矩 :螺 称直径 16： 5定载荷： 移传感器 00 : 电脑 +1 处理器： 50 256M 内存 数据收集器 辨率： 8 精度： 1动器 源电压： 24V 经营方式：1/5,1/10,1/25,1/40,1/50,1/100,1/200 脉冲发生器 源电压： 100 250V 输出频率： 69999量 国家成分标准 2压阀 者：最大支持下 新闻： 图 1 气动实验系统 进料设备四部分组成步电机，脉冲发生器，驱动程序和指南。脉冲发生器的输出脉冲步进电机驱动器驱动步进电机向前或落后的。 该脉冲发生器 可在 1 /499 测量。步进电机转动一圈的 200 个步骤。螺杆的铅 5 / R 定位误 （ 5 / R）。直直线导轨的实验系统采用，以良好的精度和稳定性。 图 1 显示了一个普通的气动实验系统。计算机控制的电磁阀可以输出预定的气体压力。当压缩气体进入帕姆，合同，并产生一个 拉力。气源通常是一个压缩机。显然，试验应包括一个电磁阀和 先我们讨论了电磁阀门。这是个计算机控制系统输出预定的气体压力在一定的领域，成比例的电压作为一个电阀的输入，其数量可由计算机控制。 气动实验系统由一个压力传感器，力传感器和位移传感器。压力传感器测量输出气体压力，负荷传感器测量的 输出负载， 养活这些回控制电路。从气体的出压力的大小压缩机应大于最大气体压力从电磁阀的输出。 人工肌肉由内橡胶管通过天然橡胶胶乳硫化过程使用如图 2 所示。为了减少的影响橡胶弹性，实验中使用的橡胶很薄。外壳是编织套管 （见图 2）。 图 2 橡胶管、编织套管 人造肌肉的组件，如图 3 所示，一边是进气口，另一端是封闭端。在这个实中，四种类型的约束的数目环（ 0， 1， 2， 4）已经过测试 。 图 3 约束环 气动人工肌肉 三、 验 实验装置如图 4 所示。 的一端安装紧固到金属框架。的另一端肌肉是由不同的负载暂停它的钢丝绳绑。位移传感器 8 固定在金属框架；滑杆连接到的肌肉活动结束，所以一个精确的测量了。从位置数据位移传感器发送到 过 A / D 转换器。为肌肉提供动力，空气压缩机 1 可压缩空气供应 算控制电磁阀 2 输出预定的气体压力。在这个测试，重量 4 7 公斤。压缩气进入肌肉， 同重量的同时能够保持恒拉力。实时数据通过传感器登录到 验重复了好几次在不同的约束。然后我们可以统计分析结果发现收缩之间的比和不同负荷的肌肉压力 . 图 4 等长负荷实验 系统原理框图 肌肉的长度是由位移传感器测量 初始长度， L 是实时的 长度，然收缩 比 计 (1) 图 5 显示了收缩比的关系压力。从这个图中，我们可以得出这样的结论：实验 曲线的滞回曲线，这是因为一个当 作在摩擦力的方向变化试验期。在低 压力 ，实验曲线显示在高压力比更滞后。这种现象被称为内摩擦系数 充压 图 5 压力随 收缩比 为了突出因素的影响，约束环的直径略大于 始直径。当收缩率达到一定值 时，该约束环开始工作在 约束环不工作，实验曲线的叠加；当约束环在工作， 收缩 显然，小当增加约束环的同样的压力。约束减少 能力 . 四、等轴 压 试验 等距压力的实验研究收缩比和力量之间在一定的常数压力。 一端紧密安装金属通过负荷传感器 4 帧。肌肉的另一端附在滑板沿直线导轨滑动，和滑动板采用丝杠 7 步进电机控制的 6，这些传输组件能够同时获得较高的控制精度和工作效率。在这下。然后通过电机改变长度上述相应压力下的肌肉。拉力和位移传感器的数据 4,6 发送到 验重复了不同条件下的时代。我们可以进行不同的 约束等距压力试验在不同的压力 . 图 6 原理框图，等长收缩压试验系统 图 7 显示收缩率之间的关系力。 输出力是收缩率相关，的收缩比越大，输出力大的。作为如上所述， 距压力曲线是一个滞回曲线由于摩擦的 影响 。随着约束的数目增加，存在明显的滞后 现象，实验曲线下降的一个整体而言，线性度变差，但趋势不的变化，这清地表明，限制显着 静态特性的影响 . 图 7 收缩 比与力 五、 验 实验装置如图 8 所示。 一端固定在机架。肌肉的另一端连接有滑板滑板 沿直线导轨具有相同的结构等长收缩压试验系统。该系统是由一个滑板，丝杠 7、步进电机 6 自锁装置，用来精确地改变肌肉的长度。计算机控制的电磁阀2 会使气经常变化的压力。当压缩气体进入肌肉，拉力生产和工作负载传感器 4。负载获得的数据从传感器发送回来到 过 A/D 转换器。丝杠是造成通过步进电机的旋转来改变长度的方法肌。实验重复了好几次使用不同的限制（ 0， 1，2,4）。 图 9 显示的压力和力的关系。的结果是在范围内的致动器力荷载循环操作压力。图 9 显示力减小致动器约束。微小的力量几乎总是测量在降低试验压力相 . 图 8 等距长度的实验系统原理框图 图 9 压力与 动力 图还表明，气动输出力人工肌肉是通胀压力成正比。不过，在测试期间，橡胶管、编织套管之间的摩擦很小的滞回性能出现下降。的橡胶的厚度，这是在这个实验，小。橡胶弹性力小。图清楚地表明，上述系统对这一点的影响实验。和血压之间的线性关系输出力不改变时，数量的限制增加。然而，有在他们的斜率的变化。没有之间的橡胶弹性力和摩擦力的影响橡胶管、编织套管，约束的影响明显的。 六、比较模型实验 为了验证结果是否 是合理的 ，一个介绍的理论方法，不考虑详细的几何结构修改 的工作报告在。利用虚功原理发现肌肉力方程，必须有一个平衡虚拟工作迪文做肌肉中的压力和通过对肌肉 移做虚拟的工作 11 （见图）。 图 10 这两个组件交互的虚拟工作原理示意图 迪文可以用相对压力计算的帮助 P 的压力，攻击我的表面，正常 的向量 生的力的方向与 工作 肌肉体积的变化： 轴向力和轴向位移 肉生产外 虚拟 工作 . 把两个虚拟工作部件和使用（ 2）和（ 3），导出了肌肉力 方程 。 通过假设的收缩的肌肉表面行为如同一个气缸，迪文可分为轴向和径向分量 。 轴向 分量具有相反的的径向分量的工作方向，参见图 10。的力方程被发现： 一个 建模为一个圆柱体和壁厚假定为零。该气缸的尺寸是长度和直径 D = 2R。假设 网状材料，系统的几何常数是螺纹长度 B 和匝数为一个线程 N。用于 此配方的最终尺寸的交织角 ，即螺纹和长之间的夹气缸轴线的。交织角变化为致动器的长度变化。这些之间的关系参数是在图 11 所示 13 。 与图 11 肌肉之间相关的帮助半径 R，肌肉的长度 L 和 交织 角 制定 由于这样的事实，即纤维的长度是恒定的一个发现 始 长度， 初始半径， 0 是最初的交织角。这用于计算 R 和 L 之间的相关性： 图 11 几何模型 通过使用（ 6），（ 7）和（ 8），该力计算 力 F 的相关性，压力 P 和收缩 =（ ） /于直径 测 2 本节中介绍的配方如下工作周、汉建模 2 。其次，这些方程将 得到进一步的 关系力，压力，长度。这些关系将得到证实美好的经验数据调整。 图 12 压力与动力 图 13 收缩 比与 力 图 14 压力随收缩比 本文建立了 静态特性研究约束影响的实验系统。通过利用自制的气动人工肌肉应用薄的橡胶管在这个实验中，橡胶的弹性力减少。通过对理论模型的比较与实验曲线的实验的可靠性证明了。约束降低 输出力和收缩的。相对于工作原理，约束下合同的能力和限制 通货膨胀 。不过，结果的理论公式推导出到目前为止还没有，有很多工作要做在未来。确认作者非常感谢支持 黑龙江省教育厅科学技术项目（ 11531372）和佳木斯大学科学技术项目（ 【 1】臧可敬，古之道 ，国梁，气动 研究与展望人工肌肉 ，机床与液压， 2004（ 4） 2 周 C P， ， 静态特征和动态 动人工肌肉 ，在 C。圣迭戈，美国： 1994 264 【 3】田 联明， 人工肌肉静态特性与测量 ，实际测量技术， 1998（ 6） 4。 【 4】黄宇，彭光正，范伟， 的实验研究气动人工肌肉驱动特性，中国 液压与气压传动， 2002（ 12） 5 人工肌肉建设使用在泰国的 天然橡胶胶乳，第三泰国和材料科学和技术会议，奇迹高雄圆山大酒店，曼谷，泰国，八月 10004。 6 杨刚，李鲍仁，刘军， 气动人工的新途径肌肉特性分析，液压、气动 2002（ 10） 7 孙立明，宝钢，王祖温， 提高建模气动人工肌肉 ，液压 密封， 2002（ 2） 【 8】杜明，朱端阳，杨刚，李鲍仁， 实验对气动肌肉致动器的静态特性的研究 ， 中国液压与气动 2005（ 5）第 21 . 9 李醒飞， 正气，张国雄，数学模型仿人型气动肌肉的实验研究 。天津日报 大学， 2005（ 3） 10 尼古拉斯 尔曼 M. 动人工肌肉对后缘襟翼的 激活，第四十六航空航天科学会议和展览， 11 正德 林赵， 麦克基本特征基于气动实验系统 的肌肉，人工生命机器人， 。 12 肯尼思， 更鸟布拉德比尔， 影子肌肉静态模型在气动测试 ，这第四个区域的国际大学研究生电气和 电子工程研讨会， 2006。 13 J. ， R 迪尔曼， 态使用快速释放 的流体肌肉建模，第三国际对动物和机自适应运动研讨会， 2005。 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 环形加热炉的设计与仿真 此行若无内容，横线保留 信机 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923052 学生姓名： 童春阳 指导教师： 俞经虎 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2012年 11月 14日 课题来源 环形加热炉的设计与仿真 科学依据（包括课 题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀， 这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点。 课题来源于企业需求， 装取 料设备是加热炉的一个重要组成部分 目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对 装取 料设备进行设计，希望设计出高效 、 稳定 、 安全的 装取 料设备 。 研究内容 通过对低位发热量为 1560 kj/0t/理的设计环形炉的尺寸、各个加热段的分配以及对整个烟道的布置。通过对生产过程的各个环节的受热情况及热平衡的计算，了解并熟悉环形炉的整个布局和建造的要求 . 1. 根据图纸，熟悉加热炉的炉体结构及布置情况 2. 根据工艺流程图结合设计的目 的及基本条件确定基本的计算方案 3. 做环形加热炉尺寸、燃料部分设计计算以及排烟系统的计算 4根据计算的尺寸从新绘制 5编写设计说明书 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 环形加热炉主要用来加热圆钢坯 和其它异形钢坯（如车轮轮箍坯），也可以加热方坯，一般用于钢材锻造和轧制前的钢坯加热，也可用作热处理加热。在轧钢行业中环形炉的作用有着推钢式以及步进式加热炉不可替代的一面，特别在一些一些异性坯料和钢管厂，环形炉都起着主导的作用。研究环形加热炉在使用不同燃料下，如何影响加热炉的各个加热段长度分配情况以及对加热炉本体尺寸大小的要求，以解决加热炉燃料需求的单一性问题。此次设计的是低位发热量为 1560 KJ/m&0t/ 研究计划及预期成果 研究计 划： 1、毕业实习和开题报告 第 1 2、方案确定和设备选型 第 4 3、做热平衡计算 第 6 4、画 第 9 5、整理数据编写设计说明书 第 13 6、答辩 第 17预期成果： 1. 通过对环形加热炉的预热段、加热段、均热段的加热时间的计算，合理分布各段的加热长度 2. 根据钢坯的材质及加热要求合理的设计环形炉的长、宽、高 以及中径 3. 通过对环形加热炉本体以及尾部烟道的热平衡计算，来了解燃料的收支平衡情况，以便对环形炉各部分的布置情况作出相应调整，最终实现能量充分、合理的利用 4. 结合加热炉自身的加热特点，选取合适的耐火材料作为各部分的砌筑材料，以实现砌筑的经济合理 特色或创新之处 1 采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。 尚需解决的问题 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 要 进入新世纪后随着工业的高速发展，钢铁企业的生产能力得到了不断地提升，环形加热炉技术也在不断的成熟，而传统的推钢式进出料机已经不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点，在此专门为加热炉量身定做了环形加热炉装取料机。此机型包括了整体机架，小车，钳杆这三部分。运用夹紧气缸和升降气缸来实现钳杆对钢料的夹取和升降运动，同时钳杆装载在小车上，小车可以在机架的导轨上进退运动。小车是用电动机驱动的，当电动机运行时，带动安装在电动机上的齿轮转动，我们在右横梁上装配了与小车齿轮可以啮合的齿条来实现小车在 机架导轨上的运动。在实际情况下 充分根据环形加热炉的特点特地使用两台一样的装取料机分别安装在装料口和出料口。两机同时进行装取料，极大地提高了加热钢料的效率，也更充分地发挥了环形加热炉的高效率的特性，提高了整个厂区的工作效率和经济效益，与当前我国提出的高产、优质、低耗的理念相吻合。 关键词： 环形加热炉；装取料；有限元分析；高效 n to to in a in In to to of a of is of to on be on in by a by in to of in of of of 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 1 题来源及意义 . 1 形加热炉的简单介绍 . 2 形结构 : . 2 取料口距离计算 : . 3 取料机的简单介绍 . 4 内外的发展情况 . 5 2 装取料机的设计说明及工作原理 . 8 取料机的设计说明及工作原理 . 9 3 装取料机的机械结构及设计计算 . 错误 !未定义书签。 体的设计 . 错误 !未定义书签。 杆的结构设计及计算 . 错误 !未定义书签。 杆的整体机构设计 : . 15 杆的长度 : . 15 杆的直径 : . 15 气缸型号的确定 : . 15 杆校核 . 16 轮校核 : . 18 车的结构设计及计算 . 22 车的整体 设计 : . 22 体的设计计算 . 22 轮的设计计算 : . 24 轴的设计及校核 : . 24 轮的设计计算 : . 26 下轮的设计 计算 : . 26 体机架结构的设计及计算 . 27 梁的设计计算 : . 27 柱的设计 : . 29 接梁的设计 : . 错误 !未定义书签。 0 4 合理性分析 . 32 杆的有限元分析 . 错误 !未定义书签。 梁工字钢的有限元分析 . 错误 !未定义书签。 结论与展望 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 9781/$2011 011 of is a A of of on to in on of on of is AM AM of is . is a of of by 950s in to or as at In 988s, of of to as is in is of a to is by s at an is of of of at AMs to it is 1 2. is a A of of on 4, to in on of on of is AM AM of is . to of in . 1KW 2L : : 2 24V 0: 2 24V 0 0176mm 832 Pa 6% .8e 16mm mm 00 : +1 50 256M 8 S: 4V of 1/51/10 1/25 1/40 1/50 1/100 1/200 :250V 6of Kg 1. he is of to to or be (r). in an a it a is a a we is a a a is to as a be by of a a a to of be B. he of as In to of in is is . he of is of is is In of of 0, 1, 2, 4) 5. . he is is to a of is by to is to is to of so a is is to C , a In Kg is to to C. is we to of 6 7 8 9. . of he of is by is l is is 0()/ (1) we is a is of a in of AM a at at of is to AM 10. . n to of a to on t is in AM is to a . of is on a by a , to In by to of of 4,6 to C. is We 11. . AM is to As AM is a to of in of as a do . . he is is on of a is is of a a a 6 is to of a is on . is to C (0, 1, 2, 4). 43214321134 is a of in of is of 12. . of . of is to is to is in is is a to do of is a in of is F O n to a is To of by of be an in by by of 11( 0. of be of p , of on of of i p ds ds = =) = (3) By 2) 3), is (4) = (5)as a be an a to is 22r (6) A is as a is to be of l D r= . of of b of a n . is is of as of is 1113. 11 r , l to of is 0 is 0r is 0 is is to r l : 4321135 1. 20000020= (7) 00020020=) By 6), (7) 8), be 220 22200 031) of , p )00=9to D is . ()=0220202200) in in 2. be to be 2. 3. 4. AM By a in of is of of is AM to of AM of so is to be in he 11531372) . 1 “of 2004(4) 2 P, , “ C1994 2643 “ 1998(6) 604603452451.604603452451136 4 u, “ 2002(12) 5 02004. 6 “of 0)7 “of 2002(2) 8 “on of 005(5)219 i, “of 2005(3) 10 . . “ 46周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注11月 7日 1月 27日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：还未了解加热炉的实际用途，对课题难易程度理解不够，难度分析不足，分析能力欠缺。改进方法：在老师的指导帮助下，进一步消化课本。4012年 11月 28日 1日 指导专业实训 指导加热炉的具体功能及组成结构的功用 存在问题：对有些结构不是很了解 改进方法：跟老师深入的探讨。9013年 1月 9日 2日 指导毕业实习 指导毕业实习填写毕业实习报告 存在问题：没有实习实训的经验 改进方法：参与工作，逐步了解参与其中。11 2013年 2月 13日 7日 指导外文翻译 翻译外文资料翻译外文资料 存在问题：英文翻译水平有限，尤其对专业术语翻译困难。改进方法：多咨询导师和身边英文好的同学12 2012年 2月 20日 4日 指导熟悉加热炉理论 仔细查看导师给的相关材料熟悉环形加热炉的初步理论存在问题：还是有很多专业只是自己摸不透 。改进方法：查阅有关设计的专业资料并和导师 及时进行交流。13 2013年 2月 27日 日 指导流程 熟悉了解环形加热炉流程对于每个流程都得熟记于心 存在问题：一些流程自己想不明白，为什么会那样走。改进方法：找到相关专业的师傅问问。14 2013年 3月 5日 日 指导确定初步方案 锅炉控制系统方案的确定根据产品要求确定初步方案存在问题：缺乏生产经验，制定的方案方案很不合理。改进方法：参考资料中的具体实例拟定方案后及时交与老师评判，重新确立合理的方案。15 2013年 3月 12日 6日 指导流程可行性 确定系统结构形式，验证各主要的流程的可行性存在问题：系统结构设计不合理，流程验证后发现不可运作。改进方法：多查阅各种有关系统手册，改进系统结构，使系统可以运作16 2013年 3月 19日 3日 指导入了解的相关用法 存在问题：不能很好地运用，很多指令不怎么会灵活运用。改进方法：查阅资料，向老师探讨存档编码：无锡太湖学院 2013届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级： 机械 92 学生姓名：童春阳 课题（设计）名称：环形加热炉的设计与仿真 开始日期： 2012年 11月 7日周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注17 2013年 3月 26日 0日 指导并修改成本设计所需画的所有在问题：好多图的细节画的不是很准确，尤其是零件间的交接处。改进方法：询问老师，向比较了解的同学请教18 2013年 4月 2日 3日 指导 完成本设计所需画的所有在问题：有些图画的不是很好，排版也不是很规范。改进方法：看指导书，有些还是不可以的询问老师。20 2013年 4月 16日 日 指导说明书编写 完成设计说明书、摘要和小结 存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理。改进方法：根据说明书规范要求更改，重新按要求编写摘要23 2013年 5月 7日 1日 指导相关资料编写 填写和完善设计资料等填写相关资料等存在问题：未能真正了解制造过程，编制工艺流程不合理。改进方法：了解制造过程，根据设计说明书正确编写较为合理的工艺流程过程。24 2013年 5月 14日 8日 指导格式 根据模板再次修改所有文件格式，最终定稿 存在问题：有些格式不知道怎么去改。改进方法：询问同学，加以修正25 2013年 5月 21日 5日 修改并确定所有资料的完善上交资料、答辩整理所有资料上交指导教师，准备答辩资料整理欠合理，按学院要求整理并装订说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 环形加热炉的设计与仿真 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923052 学生姓名： 童春阳 指导教师： 俞经虎 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所 呈交的毕业设计（论文） 环形加热炉的设计与仿真 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 92 学 号： 0923052 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 环形加热炉的设计与仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据 随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一 个更高的台阶在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀， 如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点。 课题来源于企业需求，装取料设备是加热炉的一个重要组成部分目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计，希望设计出高效、稳定 、安全的装取料设备。 三 、接受任务学生： 机械 92 班 姓名 童春阳 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 7 日 要 进入新世纪后随着工业的高速发展 ，钢铁企业 的 生产能力 得到了 不断地提升，环形加热炉技术 也在 不断 的 成熟， 而 传统的推钢式进出料机已经不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点，在此专门为加热炉量身定做了环形加热炉装取料机 。 此机型包括了整体机架，小车，钳杆这三部分 。 运用夹紧气缸和升降气缸来实现钳杆对钢料的夹取和升降运动，同时钳杆装载在小车上，小车可以在机架的导轨上进退运动 。 小车是用电动机驱动的，当电动机运行时，带动安装在电动机上的齿轮转动，我们在右横梁上装配 了与小车齿轮可以啮合的齿条来实现小车在机架导轨上的运动 。 在实际情况下 充分根据环形加热炉的特点 特地 使用两台一样的装取料机分别安装在装料口和出料口 。 两机同时进行装取料，极大地提高了加热钢料的效率，也更充分 地 发挥了环形加热炉的高效率 的特性 ，提高了整个厂区 的 工作效率和经济效益，与当前我国提出的高产、优质、低耗的理念相吻合 。 关键词： 环形加热炉 ； 装取料 ； 有限元分析 ； 高效 n to to in a in In to to of a of is of to on be on in by a by in to of in of of of V 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 1 题来源及意义 . 1 形加热炉的简单介绍 . 2 形结构 : . 2 取料口距离计算 : . 3 取料机的简单介绍 . 4 内外的发展情 况 . 5 2 装取料机的设计说明及工作原理 . 8 取料机的设计说明及工作原理 . 9 3 装取料机的机械结构及设计计算 . 错误 !未定义书签。 体的设计 . 错误 !未定义书签。 杆的结构设计及计算 . 15 杆的整体机构设计 : . 15 杆的长度 : . 15 杆的直径 : . 15 气缸型号的确定 : . 15 杆校核 . 16 轮校核 : . 18 车的结构设计及计算 . 22 车的整体设计 : . 22 体的设计计算 . 22 轮的设计计算 : . 24 轴的设计及校核 : . 24 轮的设计计算 : . 26 下轮的设计计算 : . 26 体机架结构的设计及计算 . 27 梁的设计计算 : . 27 柱的设计 : . 29 接梁的设计 : . 20 4 合理性分析 . 32 杆的有限元分析 . 错误 !未定义书签。 梁工字钢的有限元分析 . 34 结论与展望 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 形加热炉的设计与仿真 1 1 绪论 随着科学技术 和 经济的快速发展 以及 全球一体化进程 的 不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶 。 在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影 。 然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢 管成型 。 由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环 形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的 推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点，这里就设计了专门为环形加热炉准备的进 出 料机 环 形 加热炉装 取 料机 11。 （ ： ） 课题来源于企业需求， 装取 料设备是加热炉的一个重要组成部分 。 目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对 装取 料设备进行设计，希望设计出高效 、 稳定 、 安全的 装取 料设备， 在这里 通过该设计可以培养 我们 独立进行科学研究和综合分析思考的能力 。 图 取料设备 无锡太湖学院学士学位论文 2 形加热炉的简单介绍 进入新世纪，随着科学技 术的持续发展，企业也得到了快速发展，钢管的生产能力不断提升 。 所以以致加热炉的不断更新换代，取而代之的是新型的环形加热炉 （如图 环形加热炉不仅能使加热钢料均匀受热而且节省能源，实现可持续发展 2。 图 形加热炉 图 意图 形结构 根据工艺要求，加热炉自装料端到出料端依次为预热段 、一加热段、二加热段、三加热段、四加热段、 均热段，加热炉炉顶采用平直结构，在装出料位置设置 三 道水冷隔墙 。其中 五 个区段有供热，各段的供热可以单独调节，实现 自动控制，烧嘴安装在内外环侧墙和炉顶上，加热炉采用平焰烧嘴和侧向可调焰烧嘴 1。 采用自然排烟的方式 。 考虑到经济，环形加热炉的设计与仿真 3 节能又能最大程度的提高炉子的有效利用率，各段角度分配见图 取料口距离计算 由于环形加热炉的大小视 加热 钢坯料件的大小而定，所以我们计算 装取料口的距离就得根据现场的情况来定 。 在这里我取最常见的一种加热炉的规格，也是应用最广的一种型号的加热炉 。 待加热钢坯规格：直径 180350长度 环形加热炉基本尺寸：炉中径 36000腔宽度 6450热段炉膛高度 1250一 、二、三加 热段炉膛高度 2000四 加 热段 、均热段 炉膛高度 1600取料夹角 。 图 意图 由上述我们可以画出示意图 根据图 4 可计算：装取料口距离 L=2*由计算结果可以得出，装料口和取料口的距离偏大，要是单独设计一台装取料机来同时完成装料和取料的话，这样设计的整体机架就很大，而且占地大又费料，并且设计的小车要进行偏转，进退等一系列 动作，小车结构也相对比较复杂 。 最重要的是 极大地影响了工作效率，在取料的同时不能进行其他装料等工作，与先进高效的环形加热炉工作效率不相匹配 。 在这里我们准备设计一款装取料机，它同时安装在装料口和取料口，两台机 的机械构造完全一样，这样在取料口取料的同时另一台机就可以在装料口装料，工作效率大大的提高了 。 而且两台机同时工作，操作方便简单，不仅没有造成资源设备不必要的浪费，而且从长远上考虑是一种提高整个厂区工作效率 和经济效益 的一种有效办法 。 取 料机的简单介绍 装 取 料机是 专门 为冶金锻造行业设计制造的设备 。 它具有 操作简单、可靠 性高 的特点，人性化的设计为操作者创造了一个舒适的工作环境，使繁重的工作变得简单轻松，也为冶金行业的发展提供了物美价廉的配套设备 。 装 取 料机的工作特点： (1) 装 取 料机是坯料装炉，出炉以及运料到锻压设备上的一种机械装置 。 它的结构形式与锻压操作机相似，但是有 它 自己的工作特点 ； 无锡太湖学院学士学位论文 4 (2) 钳头可以有多种形式，甚至不必夹紧动作，只一叉子就可以 有钳头的时候，其钳头要小 ； (3) 钳杆可以不必旋转，基石有旋转也不必达到 360 度，转速也而可以慢一些 ； (4) 钳杆要深入炉膛装料 和 取料，因此，钳杆一般都比较 长，为减少台架的旋转惯性，有时候要做出可以伸缩的钳杆 ； (5) 除了钳杆的转速外，其他的动作均比锻造操作机要大些，速度要快些 ； (6) 由于没有锻造时候的冲击载荷，机件结构可以简单一些，轻巧一些 。 为适应锻压行业生产工艺以及生产环境要求，对装 取料机 有 以 下几点要求： (1) 可以适应锻造高温和高粉尘的环境 ； (2) 实际 安全系数高并且性能可靠 ； (3) 动作灵敏而且操作控制方便 ； (4) 适应于各类不同形状、规格的料件 ； (5)维护方便 。 以上几点也是装 取 料机生产厂的设计原则 。 经过几十年在实际应用中的不断 的 总结、修正，目前国内装 取 料机已 经初步形成了统一的成型产品，从形式上主要可以分为两大类：无轨装取料机和轨道装取料机 国产无轨装取 料机目前 以叉车改造形式为主，即以标准叉车为基体，去除前部料叉，安装装取料机专用机械手及执行系统，使其能完成 以 下七个 动作：整体行走、转弯、钳头 夹紧、钳头旋转、钳头摆动、钳头平行升降、钳头俯仰升降 轨道式装取 料机主要结构形式采用整体走盘式，可以完成 7运动；大车固定在地面的轨道上行走；小车在其轨道上前后行走，其整体形式类似于行车；小车面板上装有回转装置，机械手部分可随小车做回转运动， 俯仰运动，还可以做平移运动 机械手随钳杆可以做前后收缩运动，加大机械手的活 动 范围，使料件方便的送入加热炉和方便的从加热炉中取出 ；机械手的回转可以方便的夹取各种姿态的料件；夹头夹持，可根据实际 生产中料件形状方便的更换不同钳口形式 。 优点：具备以上的功能的装取料机，无论是有轨道装出料机还是无轨装取 料机，可完全满足目前锻压生产的需要，它能方便的将任意形状的工件由地面或料架子上取下，迅速的放置在加热炉内任意位置，并能从加热炉内任意位置取出加热好的坯料 。 该 机适用性强，活动范围广，没有死角，一般目视到的工件皆可以单独取 送，炉子有效空间利用率高 。 在工作时可以做各种辅助工作 。 该装取 料机与操作机配合使用效果更佳，它可以方便的将从加热炉中取出 的料件直接 送到操作机钳口中，中间不需要任何过渡，大大减少料件的运送时间，在提高生产效率的同时，还减少加热火次，降低能源消耗 ，提高锻造质量和精度 该机 的配用不仅可提高生产效率，还大大节约了加热炉的维修费用 。 没有装取 料机的锻造车间，对料件的装出炉时，一般采用 4 5 人，通过行车辅助装出料件，甚至采用撞铁的方式装料，对加热炉门及炉膛、炉壁的损坏很大，据统计，由于没有装 取 料机，生产厂 家 对每台加热 炉的年维修费用在几万元以上，同时，由于 对加热炉的维修造成停产，累计起来，两台加热炉每年的经济损失可以购买一台装取料机 。 若配有装取 料机之后 ，该装取 料机在装出料件时可做到轻拿 轻放，装出炉速度快， 对加热炉有很好的保护作用 。 同时，该机一人操作就能完成所有工艺要求，减少劳动力 。 综上所述，装 取 料机在锻压生产中有以下环形加热炉的设计与仿真 5 优点： (1) 能降低生产成本 (包括人工、维修费用、能源费用 )； (2) 提高生产效率 ； (3) 提高产品质量 ； (4) 改善工人工作条件 ； (5) 安全生产 。 当前锻压行业发展迅速，客户对锻件产品质 量要求越来越高，而能源费用一再涨价 ，工人工作条件要求改善，劳动生产力价格不断升高 在此种情况下，要赢得市场就需要对生 产过 程采取机械化、自动化 。 从而降低产品成本大大提高劳动生产率 。 本课题的装取料机又称装取 料机械手，是由简单的机械手结构构成的，是根据环形加热炉封闭圆不能将坯料推进推出的结构特点，只能运用的是将坯料拿进去拿出来的理念而进行设计的， 在冶金行业中，加热的装取是个难点，为了解决这个问题 ，改变现有设备状况 ，特设计了该机械手，它的作用就是将钢料送入装料 区 ， 加热到所需温度 。 然后取出进行锻造或二次及多次 轧断 使钢料成为所需的各种型材 5。 由此可见装取 料机主要由以下三部分组成： (1) 整体机架：主要用于装 取 料机的整体支撑和为机械手即钳杆的进退运动提供必要的轨道 ； (2) 小车：主要用于带动机械 手 即钳杆前进和后退，其行程可以根据机械手装夹坯料的规格的不同而进行调整，还有依靠装备在小车上的气缸控制机械臂抬起和 下 降 ； (3) 钳杆：主要用于装夹坯料，通过装配在钳杆上的夹紧气缸来控制夹钳的夹紧与松开 ， 通过装配在小车上的升降汽缸来控制钳杆的上升与下降，一次把坯料抬起放下 。 内外的发展情况 目前国内装取 料机已经初步形成了统一的成型产品，从形式上主要可以分为两大类：无轨装取料机和轨道装取料机 。 国产无轨装取料机目前以叉车改造形式为主，即以标准叉车为基体，去除前部料叉，安装装取料机专用机械手及执行系统，使其能完成 以 下七个动作：整体行走、转弯、钳头夹紧、钳头旋转、钳头摆动、钳头平行升降、钳头俯仰升降 。轨道式装取料机主要结构形式采用整体走盘式，可以完成 7运动；大车固定在地面的轨道上行走；小车在其轨道上前后行走，其整体形式类似于行车；小车面板上装有回转装置，机械手部分可随小车做回转运动，俯仰运动，还可以做平移运 动 。 机械手随钳杆可以做前后收缩运动，加大机械手的活的范围，使料件方便的送入加热炉和方便的从加热炉中取出；机械手的回转可以方便的夹取各种姿态的料件；夹头夹持，可根据实际生产中料件形状方便的更换不同钳口形式 。 国内外的加热炉不仅在加热质量上更重要的是要求其生产环境要进行改善，因为在传统的加热炉周围的环境是非常恶劣的，温度高，粉尘大 。 工作人员一般很难长时间在那里进行操作，特别是炉口的装 取 料机的操作人员，一旦炉内压力没有控制好的话很可能引起炉火外窜，而使炉口温度急剧上升，可能还有烫伤操作人员的危险，但是又因为当今国 内外的技术力的限制，很难去完全控制住加热炉的炉压，所以装 取 料机的远程操控和自动化控制便是当今发展的一个主要方向 我在实习的时候去工厂参观，在我看到的企业中，无无锡太湖学院学士学位论文 6 论好坏的企业，均没有用电脑操作的 装取料机，均是有人进行装取 料的 。 而环形炉进出料机利用的就是远程控制，通过电脑将程序写入 ，然后通过 制电路来实现对进出料的控制，这样的话，就只需要一个控制人员在一旁的控制室内对 装取 料机进行远程控制，这样不仅可以使操作人员远离炉口从而改善工作环境，避免由于不规范的操作而导致的人员伤亡，而且对操作工人的身体健康没 有危害；并且从长远利益来讲，这样也就等于降低了生产成本，节约了劳动力；提高了劳动生产率；况且，远程自动化操作也是当今社会的一个发展趋势，即节省人力又节约时间，而且改善了工作环境 。 在实际的运用中不断改进远程自动化操作的方式、方法，可以更好的推动远程自动化生产的发展 。 无论是对于装出料机的设计还是在其他设计制造当中，都是有很大的益处的，其前景是无限宽广的 。 以下是 3 张国内的装出料机的图片，可以看出都是由人工来操作的，这与我在工厂看到的是一样的 。 如图示 出料机 环形加热炉的设计与仿真 7 图 出 料机 图 出料机 无锡太湖学院学士学位论文 8 2 装取料机的设计说明及工作原理 取料机的设计说明及工作原理 根据现场的情况，由于加热炉的炉门口下沿高度与钳杆夹料处高度一致，且炉门并不是垂直于水平面的，而是与水平面成 88 度角的，所以为了避免在装料过程中发生坯料与炉口相撞的情况，所以我们在设计钳杆装夹坯料时在钳杆的尾步连接了气动装置，这样就可以实现钳杆的落下和抬起，当钳杆落下时，夹钳将坯料夹起，然后通过升降气缸的运动使钳杆抬起，送入加热炉中，钳杆落下，夹钳松开，坯料被放置在指定的坯料加热位置，最后，钳 杆抬起，退出炉门回到初始位置，准备进行第二次装夹 因为坯料在一开始的时候是平放在放料处的，所以当钳杆降下，夹钳把坯料夹住，钳杆抬起时，在坯料被提起的同时原本与水平面平行放置的坯料还会与水平面形成一个夹角，因为钳杆在进出加热炉时与水平面是垂直的，所以这个夹角同时也就是钳杆落下的角度，为了保证坯料在进出时，坯料的最上端低于炉口的上沿，胚料的最下端要高于炉口的下沿，且要有足够的上下空间的剩余量，经过对钳杆长度拟定和对坯料长度的计算，取落下角度为 4 度夹角符合以上介绍的情况 12。 虽然把角度再取大一点也是可以符合 上述条件，但是为了避免做过多的无用功，从合理的利用和节约能源的角度来考虑，选取 4 度角是比较合理的 由于坯料被夹住抬起时并不是与钳杆平行的，所以为了使夹钳能够完全的夹住坯料，在铸造夹钳的过程中，夹钳的下沿也应被设计成与水平面成 4 度的角度，如图 示，这样在装夹时，夹钳的下沿就会与坯料平行，从而可以完整的将坯料夹住，使坯料被装夹的位置各部分受力均匀，避免了一些由于受力不均匀而导致的坯料松动和滑脱问题，加大了夹钳的夹紧能力 10。 夹钳的夹紧部分圆弧的半径则是根据可装夹的最大坯料的半径来定的，这台 装取 料机可装 夹的最大坯料的半径是 以我们就把夹钳的夹紧部分的半径为 而夹钳的厚度，我们以其能抓紧坯料，不使其摇晃为标准，初定为 400两夹钳分别焊接在两钳杆之上，如图 3 坯料 图 构图 环形加热炉的设计与仿真 9 图 钳 夹钳要装夹坯料就必须获得一个夹紧力，由这个夹紧力 来夹紧坯料，提供这个夹紧力的正是装配在钳杆上的夹紧气缸，气缸活塞杆的端头部分与气缸的另一端分别与左右摆臂用轴进行连接，这样可以保证当活塞在进行往返运动时，左右摆臂可以根据各自的连接轴绕轴做转动运动，左右摆臂的另一端焊接在钳杆上，当摆臂在做绕轴的转动运动时，摆臂的另一端就会带动钳杆转动，由于夹钳是焊接在钳杆上的，所以当钳杆在转动时，夹钳也就跟着张开和闭合，从而达到夹紧和松开的目的 3。 根据所需的夹紧力和要装夹的胚料的最大和最小规格来选定夹紧气缸的规格，然后根据夹紧气缸的初始总长度、行程，夹钳所需的最大张口和 最小装夹坯料来进行摆臂的设计、安装和焊接 。 夹钳的最大开口与最小开口，如图 示 。 一、松开 二、装夹最大胚料 三、装夹最小胚料 图 钳的状态 图示分别是夹钳在松开、装夹最大坯料、装夹最小坯料时气缸活塞杆的行程，在气缸处于初始位置 时要预先给夹钳空开足够的松开余量，便于以后装夹 。 无锡太湖学院学士学位论文 10 带动钳杆做抬起、降下运动的是装配在钳杆末端的升降气缸，由气缸控制的钳杆位置我们可以将其看成是一个点，当钳杆只有一个端点 在运动时是不能带动另一个端点做抬起、降下运动的，所以我们在钳杆 上为其设置一个支点，让钳杆可以围绕这个支点做转动，这样当钳杆的一头被抬起时，钳杆的另一头就会被降下，相反的如果一头被降下，另一头就会被抬起 为了让钳杆要跟着小车前进和后退，所以我们把升降气缸和支点都装配在小车上，因为支点是装配在小车上的，所以钳杆是被支点在上面吊着的而不是在 下面顶着的，然后将升降气缸和支点的另一端与吊架连接，在连接过程中，由于钳杆要围绕支点做转动，而且当气缸去顶拉钳杆时，钳杆也会产生倾斜，所以我们这里与吊架连接采用的是轴连接，这样就不会对钳杆的转动产生影响 。 因为钳杆其本身还要做转动运动，所以不能把吊架与钳杆直接用螺钉连接或焊接，我们这里采用双轴承座，先用双轴承座将两钳杆固定后再把轴承座与吊板用螺钉进行连接，这样既可以不影响两钳杆自身的转动，又可以使两钳杆始终保持平行状态 。 在钳杆与轴承座相配合的部分，钳杆的外径要小于钳杆其它部分的外径，这样当将轴承座装配上去时， 轴承座不仅只限制钳杆前后，上下的自由度，并且连钳杆的左右自由度也限制住了，如图 示 。 图 意图 为 了使两钳杆保持同步转动，不出现装夹中线偏移坯料中心线，我们在钳杆 的末端安装一对齿轮，使用齿轮传动保持两钳杆同时向相对方向转动，同时带动夹钳运动 。 由于钳杆要在高温条件下连续进行工作，即使使用再好的耐热材料也是会由于温度太高达到极限值而发生钳杆软化变形等一系列的问题，所以对钳杆的 冷却在这里就非常重要了，我们在这里采用的是水冷，就是利用冷水的流动来对钳杆进行冷却，由于钳杆是空心的，我们在钳杆的中心部安装了水冷管，水冷管的设计是按照相类似产品的水冷管设计来完成的，在钳杆后双轴承座左右，也就是与升降气缸相连接部分的钳杆左右分别钻空，用来安装进出水管 但是由于我的设计不包括这个部分，所以只是在这交代一下 。 小 车的主要作用就是带动钳杆做进给运动，同时装配在小车上的升降气缸 给钳杆提供一个升降运动 。 由于升降气缸要带动钳杆做升降运动，所以升降气缸装配处的钢板受力较环形加热炉的设计与仿真 11 大，我们采用了异型筋板来加 强装配气缸处的钢板强度 。 小车的车体，大部分都是由铸件直接焊接而成，当中的横梁部分所采用的是工字钢，通过计算，所选工字钢的强度符合要求，且工字钢相对于其它形状的钢材的优势就是较节省成本的，车身的竖梁是用钢板焊接而成的形状类似于工字钢的钢条所组成，在强度条件足够的情况下也节约了成本，同时这样还可以减轻车身的负担，减轻其自身的重量 。 我们为小车分别设计了前轮和后轮，这两对轮子的主要是起支撑车体和减小小车移动时所产生的摩擦力的作用，在后轮下面我们还设计了一对后下轮，后下轮与机架导轨的下沿接触，而后轮与机架导轨的上沿 相接触，两对轮子分别将机架导轨夹在中间，从而利用导轨来限制了小车的上下自由度，当然后下轮采用的还是滚动摩擦，目的还是为了减小摩擦所带来的阻力，在车身的一旁，我们还设计了两对导向轮，两对导向轮分别与导轨左右两端接触，将导轨夹在当中，自然是为了限制小车左右的自由度，让小车可以沿着轨道进行直线运动，不会出现摇晃和偏出轨道等事故，采用轮子而非滑块自然也是考虑到了摩擦力问题 。 如图 示 ， 小车的前轮和后轮分别通过各自的轴与小车装备在一起，前轴和后轴用螺栓连接在小车车体的钢板上 。 而导向轮是直接通过筋板用螺栓连接固定在 小车车体上的 。 图 车导轮导轨 为了防止因违规操作或小车减速过慢而导致的小车超过极限行程冲出机架，我们在机架上安装了挡板，但是即使安装了挡板，也是经不住小车一次又一次的冲击的，所以我们在小车的后下轮周围安装了由橡胶制成的缓冲器，如图 过橡胶的张力伸缩性来减缓小车对挡板和机架的冲击力，从而既保护了机架和挡板，使他们不会因为小车的冲击而崩坏，也保护了小车，使小车在受到冲击时，有一个缓冲的过程，如图 示 7。 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 冲器 为了要让小车连接钳杆支点部，所以在小车前部用螺栓连接长筋板，使其与吊板相连接，这样小车通过升降气缸、长筋板和两块吊板与钳杆连接，就可以带动钳杆做平动 。 装取 料装置的机架主要是由 2 根横梁， 4 根连接梁和 6 根立柱装配而成的，其中 2 根横梁是工字型钢板，在横梁 上分别焊接两条导轨，导轨与小车的前轮和后轮直接接触，在提供小车 支撑点和运行方向的同时还与小车的导向轮相配合，限制了 小车左右的自由度 。由于小车是用电动机驱动的，当电动机运行时，带动安装在电动机上的齿轮转动，所以为了要使小车被齿轮驱动，我们在右横梁上装配了与小车齿轮可以啮合的齿条，齿条是通过螺栓和销连接在右横梁上的，齿轮转动时，由于齿条是被固定的，所以与装配了电动机的小车就被齿轮带动开始做进退运动 。 关于变速操作问题，装 取 料机的的小车以及升降汽缸等相对 要求速度高些，可以提高效率，但是为了加料的准确以及减少由于速度大而 带来的惯性 ， 速度又不宜太高，所以装 取 料机的动作最好是变速操作，即慢慢启动，快行，慢慢停止，至于怎么控制是用 转换 开关 ，控制电磁换向阀实现的，在这里我不用做控制的部分，故 不在叙述 。 由于右横梁在安装齿条时，会多出齿条与横梁相连接的部分，而后下轮正好是与那部分钢板相连接的，但是由于左横梁没有安装齿条，所以后下轮的左轮与左横梁就会空出那部分的余量，为了使小车在运行时保持平稳我们就在左横梁上焊接一根钢条，来填补左横梁上的那个空余量，使小车的左下轮也可以和左横梁相接触如图 示 。 环形加热炉的设计与仿真 13 图 梁 横梁上在小车行程的 极限位置上焊接挡板两块，准备承受小车的冲击力，挡板用钢板在后加固 。
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