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由于高压气瓶口小身大的特殊形貌，其内壁出现锈蚀、夹渣等问题时往往难以清洗，采用化学药剂进行清洗时，容易导致内壁腐蚀变薄等问题，影响气瓶的使用寿命和安全。而机械式洗瓶机可以避免这些问题，即减少了由于瓶身变薄带来的安全隐患，又提高了气瓶的使用寿命节约资源。
本文讲述了机械式洗瓶机的设计。首先，通过查阅资料了解现有洗瓶机的清洗方法和工序，分析其存在的不足；然后，提出了机械式洗瓶机设计方案；接着，对主要零部件进行了设计与强度校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了本洗瓶机装配图及主要零件图。
通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。
关键字：洗瓶机，清洗刷，气缸，设计
Abstract
Due to the high pressure cylinder mouth small body of special morphology, the inner wall corrosion, slag etc. problem is often difficult to clean, using chemicals to clean, easily lead to corrosion on the wall thinning of the problem and effect of cylinder service life and safety. The mechanical washing machine can avoid these problems, that is, reduce the safety hazard caused by thinning of the bottle body, and improve the service life of the cylinder.
This paper describes the design of mechanical washing machine. Firstly, through access to information understanding existing bottle washing machine cleaning methods and processes, analysis of the existing problems. Then, it puts forward the design scheme of mechanical type bottle washing machine; and then, the design and strength check of the main parts is discussed. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn the bottle washing machine assembly drawing and the main parts of the map.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.
Key words: Bottle washing machine, Cleaning brush, Cylinder, Design
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3内容与基本要求 2
第2章 总体方案设计 4
2.1设计要求 4
2.2方案设计 4
2.2.1整体结构 4
2.2.2清洗头部分 4
2.2.3装夹装置 5
2.2.4驱动装置 5
第3章 主要零部件的设计 6
3.1清洗驱动电机选择 6
3.2清洗轴及键的设计 6
3.2.1尺寸与结构设计计算 6
3.2.2强度校核计算 7
3.3伸缩气缸设计 8
3.3.1确定主要参数 8
3.3.2主要尺寸的设计与校核 10
3.3.3气缸的结构设计 14
3.4清洗头设计 16
3.4.1清洗刷 16
3.4.2清洗刷张紧装置 16
3.5滑板设计 16
3.6装夹装置设计 17
3.6.1定位底座 17
3.6.2夹紧装置 17
3.7底座机架的设计 17
3.7.1机架结构类型 17
3.7.2机架结构的选择 18
3.7.3机架的确定 18
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
第1章 绪论
1.1研究背景及意义
由于高压气瓶口小身大的特殊形貌，其内壁出现锈蚀、夹渣等问题时往往难以清洗，采用化学药剂进行清洗时，容易导致内壁腐蚀变薄等问题，影响气瓶的使用寿命和安全。
而机械式洗瓶机可以避免这些问题，即减少了由于瓶身变薄带来的安全隐患，又提高了气瓶的使用寿命节约资源。同时还有以下意义：
（1）降低了人们的劳动强度，提高工作效益。
（2）清洗彻底，有效防止锈蚀、夹渣堵住气管。
1.2国内外研究现状
洗瓶机从其诞生至今已经有百年多的历史，随着人们的要求越来越高和科学技术的发展的不断进步，各种新的科技都可以在其身上看到影子。特别是二战以后，科技水平发展迅猛，新的科技力量和理念不断诞生，并且应用越来越普遍。作为机械生产的一员，对洗瓶机的研究和改革创新也是不断取得新的成果。
上世纪六、七十年代时，我国开始慢慢的引入国外洗瓶机，并对洗瓶机仿制和改良完善，即消化吸收与自主创新阶段。此阶段洗瓶机运行速度先后经历了很大的变化，单端、卧式双端、立式双端等多种类型。上世纪70年代中期第一代洗瓶机瓶盒排数为16排，主链甁盒运行间歇动作，产量最高为800瓶每小时。但是由于本机结构简单，方便制造等优点，在市场上占据了相当长的的一段时间。第一代洗瓶机是现有洗瓶机的早期产品，生产速度低，主链运动空运转行程对能的损耗浪费较大。
进入21世纪以来，洗瓶机设备取得了新的技术进步，现在已出现了采用无轴变频传动取代万向联轴节传动的新型传动洗瓶机，除标方式上出现了立式轴流泵喷冲，或对原有离心泵喷淋进行了完善升级。洗瓶产能、可操作性及设备运行效率得到了进一步提升。
我们的国内洗瓶机市场发展比其欧美国家落后[3]，而且我们国家的技术在一定程度上跟不上市场发展的需要，导致国内市场上的洗瓶机没有形成一定的强势资源，各个生产厂家技术保密，不能形成很好的信息交换和共享，导致市场上洗瓶机的发展参差不齐，功能不全面。
目前有很多的国内企业采取与发达技术的国家企业合作，一起促进了洗瓶机市场在国内的发展。新技术的发展也给洗瓶机的市场带来一股新的活力，特别是大量的企业采用新的计算机技术，二维的CAD早已在制造业普及，三维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用ED 等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC 参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得洗瓶机的创新设计开始向数字化化方向发展。
目前国内外在洗瓶机创新研究方面的主要研究内容有如下几个方面：
（1）创新设计技术
开展对洗瓶机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出传新创新设计成果。
（2）降低成本的设计技术
在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真正实现。
（3）快速设计技术
极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术究，这样可以缩短产品的开发周期。其中，系列化、模块化设计技术、人工智能技术、产品专设计系统技术和虚拟制造技术也是快速设计的所要研究的重要内容。
（4）智能设计技术研究
洗瓶机智能CAD（ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面向CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。原理方案智能设计；协同求解；基于实例的推理；知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。
1.3内容与基本要求
本课题的研究包括以下几个方面：
（1）根据高压气瓶的工作环境和性能要求，分析机械式清理装置的功能需求，选择合理的机械结构。
（2）合理设计气瓶清洗头的结构，保证能进入气瓶并对气瓶内壁进行清洗。
（3）设计清洗装置的整体机械结构，要求对机架、装夹装置、清洗头等各部件进行装配，并对电机等辅助装置进行选型。
（4）绘制相关图纸，撰写设计说明书。
基本要求：
（1）阅读中外文参考文献，翻译不少于5000单词的专业外文文献，在广泛查阅国内外文献资料和调研的基础上，撰写开题报告；
（2）完成机架、装夹装置、清洗头等各部件的设计和装配，达到预期性能指标；
（3）规范完成装配图、零件图等图纸的绘制，图纸工作量不少于3张A0图纸。
第2章 总体方案设计
2.1设计要求
机械式气瓶内壁清洗装置结构设计。
2.2方案设计
本课题为机械式气瓶内壁清洗装置结构设计，主要从以下几个方面设计：
2.2.1整体结构
根据气瓶结构特点及清洗要求，本次采用如下结构方案：
图2-1机械式气瓶内壁清洗装置结构简图
机械式气瓶内壁清洗装置的整体结构分为请洗头、夹紧装置、驱动装置、供气系统、电源以及控制系统，如上图所示。
2.2.2清洗头部分
清洗头由张紧弹簧、可伸缩钢丝刷组成，可伸缩钢丝刷能沿张紧弹簧方向缩小以便从小瓶口进入瓶内，并且钢丝刷刷体柔性，可沿随内壁形状变化使得始终贴紧内壁。
图2-2 清洗头示意图
2.2.3装夹装置
装夹装置由气缸驱动夹头夹紧气瓶。
2.2.4驱动装置
驱动装置主要分为以下几个部分：
① 减速器
减速器，由齿轮构成。在步进电机一端与小齿轮连接，工作台一端与大齿轮连接，从而达到减速的目的。
② 电机选型
步进电机的选用是通过运行速度、负载转矩、负载转到惯量的大小及步矩角等参数来选择的。步进电机有两条重要的特性曲线，即反映起动频率与负载转矩之间关系的曲线和反映转矩与连续运行频率之间的关系曲线，这两条曲线是选用步进电机的重要依据,一般将前者称为起动矩频特性,后者称为工作矩频特性。
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