泡沫混凝土切割及传动系统的设计（含CAD图纸）
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1毕业设计（论文）泡沫混凝土切割及传动系统的设计摘 要 随着科技的进步和社会的发展，国内建筑领域愈来愈意识到资源节约和节能降耗在行业标准中的重要意义，今后新型建材的发展方向无疑将会走向符合这一理念的节能型建材。既有保温隔热又有隔音耐火性能的 A 级防火发泡水泥材料无论是作为墙体保温板还是防火隔离带，都充分符合建筑材料领域对保温防火材料的需求。但从现阶段的生产和应用来看，其制备工艺还有待提高，特别是相关制备切割设备还需要不断创新和改造完善，如逐步实现切割设备的自动化生产和智能控制技术。本文提出设计一款能够切割新型墙体材料成型的切割机，根据用户要求，切割成不同大小的制品，其小型自动化、操作简易的特点对于发展完善相关设备的制造与研究就有着非常重要的意义。论文主要研究了泡沫混凝土的切割以及传动系统的设计。研究结果表明：该设备具有简单易用，制造成本低的特点，并可根据需要做进一步的改进。了解切割机所切除的材料及工艺制备，为切割机选择合适的切割方式，根据切割方式提出不同的切割运动结构。针对不同结构完成发泡水泥切割机结构的设计和重要零件的件强度计算，并进行参数选择和优化。关键词：泡沫混凝土；切割；传动2AbstractAbstractWith the progress of science and technology and the development of the society, the domestic construction is more and more aware of saving resources and the significance of saving energy and reducing consumption in the industry standard.There is no doubt that,in the future the development direction of new building materials will be comply with the concept of energy-saving building materials. There are both thermal insulation and sound insulation fireproof performance of class A fire foam cement materials as wall insulation board or fire belt, are fully conform to the demand for thermal insulation fireproof materials building materials field. But from the current production and application, its preparing process needs to be improved, especially related to the preparation of cutting equipment is also need to be constantly innovated and developed, such as gradually achieve cutting equipment automation and intelligent control technology. In this paper,we propose to design a new cutting molding cutter, which can accord to the requirements of users, cut material into different sizes of products, the characteristics of the small automation, simple operation for developing related equipment manufacturing and research has very important significance.Thesis mainly studied the cutter to remove the material and fabrication processes and choose the right means of cutting for the cutting machine. According to the different cutting movement structure of cutting way is put forward and complete the foamed cement important parts of the design of cutter structure and strength calculation, and parameter selection and optimization.Key Words：foam cement；cutting；transmission3目目 录录第一章第一章 绪论绪论 .1 11.1 目的及意义 .11.2 墙体保温材料的制备设备 .21.3 发泡水泥的制备 .31.4 课题研究的目的和意义 .51.5 课题研究的主要内容 .5第二章第二章 切割机的选型切割机的选型 .6 62.1 建材行业常用的切割机介绍 .62.2 发泡水泥切割机的选用 .82.4 本章小节 .8第三章第三章 切割机的结构设计与建模切割机的结构设计与建模 .9 93.1 新型墙体保温材料切割机概述 .93.2 发泡水泥切割机设计原则 .93.2.1 整体切割机的设计原则和要求 .93.2.2 各个重要的系统部件的设计原则 .93.3 切割机锯位设计 .113.3.1 锯框导向支承部件 .123.3.2 锯部分动力装置及传动装置 .153.3.3 锯框机架 .183.3.4 轴承的选择 .193.4 整条输送线的设计 .203.4.1 输送线的概述 .203.4.2 链条滚筒输送线的选型 .213.4.3 输送线动力源 .223.4.4 链传动的设计与选型 .223.5 一级链传动设计.233.5.1 链号选择.233.5.2 润滑方式 .243.5.3 链轮结构参数 .243.5.5 输送线轴承选用 .253.5.6 输送线的机架机构 .253.6 切割机整体结构建模展示 .263.7 本章小节 .27第四章第四章 总结与展望总结与展望 .2828参考文献参考文献 .2929致致 谢谢 .30301第一章第一章 绪论绪论1.1 目的及意义泡沫混凝土又称发泡水泥，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。 它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。主要特点：1.热阻约为普通混凝土的 10-20 倍。2.相当于普通水泥混凝土的 1/51/8 左右，可减轻建筑物整体荷载。3.不需留界隔缝和透气管。 4.泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。5.泡沫混凝土中含有大量的独立气泡，且分布均匀，为，是普通混凝土的 5 倍，具备有效隔音的功能。6.抗压性：抗压强度为 0.6-25.0MPA。7.耐水性：现浇泡沫混凝土吸水性较小，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。8.耐久性：与主体工程寿命相同。9.施工简单：只需使用水泥发泡机可实现自动化作业，可实现垂直高度 200 米的远距离输送，工作量为 150300M3/工作日。10.生产加工性：泡沫混凝土不但能在厂内生产成各种各样的制品，而且还能现场施工，直接现浇成屋面、地面和墙体，并可进行锯、刨、钉、钻孔等加工。11.环保性：泡沫混凝土所需原料为水泥和发泡剂，发泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和消防隐患。12.经济性：综合造价低。使用泡沫混凝土制做保温层，用于屋面保温和外墙保温，替代聚苯乙烯（苯板）等其他隔热材料，具有无可比拟的保温性能和结构层的附着性能，还有方便施工、环保、节时、增效等诸多优越性。此技术在韩国非常普及，在中国的北方沿海城市也大量采用，取得了很好的保温效果。目前，该技术在中国西部地区已经开始普及。中国南方地区也用泡沫混凝土制作泡沫混凝土砖，以取得屋面保温和外墙保温的效果。实践证明，泡沫混凝土具有良好的绝热、保温、隔音、轻承载等性能，优于其他轻2质实心塑料膨化珍珠岩、陶粒、石棉制品等保温材料，具有操作简便、机械化程度高、节时、省工特点。泡沫混凝土可用机械垂直管道运输，缩短了工时，比其他方式可提高610 倍工效。采用泡沫混凝土作为屋面保温隔热材料，使得隔热层与楼板基面之间结合附着性能大大提高。过去大多数地暖施工中采用苯板做隔热层，不能与原基面很好的结合，更没有有效的附着力，造成脱层、空鼓、龟裂等。采用泡沫混凝土体作为保温隔热层，使泡沫混凝土隔热层与原楼板细小凸凹不平的基面填平，并可抓实、抓牢形成强有力的附着性能。施工后使原有面层基本达到水平程度，给下道工序带来方便，并可保证面层薄厚均匀的整体效果。此外，原来采用苯板所做的隔热层使用 12 年后，因长时间的踩踏，承载受力后逐渐下沉，还有的裂缝达 510mm，严重时还会对供热管造成损坏而漏水。采用泡沫混凝土做隔热层则完全不会产生此种现象，因泡沫混凝土的压缩强度高于苯板，优势十分明显。同时，社会各界越来越重视环保、卫生，用苯板做隔热层，在供暖时聚苯乙烯（苯板）会随着温度的升高，残留体苯和烃烯等都会随之释放，特别在冬季采暖时，门窗封闭严密，空气流动性很差，有毒气体得不到置换，势必会对人体造成一定危害。而采用泡沫混凝土制作的屋面保温则不然，水泥发泡剂原料为植物性脂肪酸，合成体为水溶性，是安全环保卫生产品，不会对人体造成危害。这也是人们选择泡沫混凝土的重要因素。通过对水泥发泡技术的探讨、研究和大量实践，泡沫混凝土制作保温层在隔热、附着、承载、环保卫生等方面，都大大优越于其他保温隔热材料，特别适合大工程、高楼层的方便、快捷的现场制作施工。泡沫混凝土制作保温层还能降低楼层高度，从建筑结构设计的角度看，单这一项就可降低单位造价，节约工程总成本。 当其作为轻质墙板的一个重要应用是作为室内隔墙板，隔墙板在制备过程中由于工艺、效率等多种因素，通常浇注成型的型材尺寸比较大，因此在应用到墙板材料前还需要进行切割工序以达到需要的尺寸。在产品试制及开拓市场的初期。生产这种隔墙板的设备非常少一些厂家多是通过手工锯切的方法来得到隔墙板的成品，生产效率低，成品尺寸得不到保证，废品率高。因此在短期内研发相应的简易锯切设备能够解决这一困境。1.2 墙体保温材料的制备设备发泡水泥生产设备主要由以下几个设别组成：1、发泡机；2、去皮切割机；3、断块切割机；4、多片切割机；5、热缩包装机；还有例如 1、储料仓；2、干粉（或浆体）搅拌机；3、胚料输送系统（自动或半自动传动托辊） ；4、热水锅炉；5、自制模箱（规格3自定） ；6、胚料搬运车；7、液压系统；8、空压机等辅助设备，生产设备可多可少，根据用户产量、场地、资金情况灵活配置，可选用单体切割机、连续切割系统，也可以根据要求订做设备。1.3 发泡水泥的制备目前发泡水泥制品满足了建筑节能市场对防火安全保温墙体材料的急迫需要，被认为是建筑保温的主导产品之一。5由于其独特的多孔结构，防火保温，环保轻便的特点，正在建筑节能领域扮演越来越重要的角色。发泡水泥的制备在很多方面已经慢慢走向自成熟的阶段。（1）发泡水泥制备工艺方面目前，应用最为广泛的发泡方法有两种，高速搅拌法和压缩空气的方法。高速搅拌水泥发泡具有操作简单，重复性好的优点，同时能直观地掌握所使用的发泡剂的发泡能力是否满足实际生产要求；压缩空气的方法相对于高速搅拌方法而言较为复杂，其优点主要为充分高效地利用了发泡剂，同时保证了泡沫的高质量。国内建筑领域主要采用的是高速搅拌法发泡技术，但近年来压缩空气法也逐步成为了国内发泡技术的主流。然而我国在建筑领域发泡技术仍然存在着不足，现阶段而言主要不足的地方表现在发泡剂稳定性差、易产生气阻进一步形成不吸液、难以用数字量化来控制等问题。国外在建筑材料领域的研究起步较早，近些年朝着发泡水泥的新型制备方法方向的开发也积累了一定的经验，意大利研究人员成功研发了一种智能控制化装置，其特点是通过对发泡水泥制作过程全程实施监控，充分掌握制作流程，自动向水泥浆内引入泡沫，这种全自动设备在提高制作效率的同时也使制作流程、引入参数更加精准。6（2）发泡剂发泡剂是指通过产生泡沫使对象物质成孔的液体。一般通过物理法的搅拌和空气压缩或者通过一定的化学反应变化，发泡剂能快速高效地形成很多均匀、稳定的泡沫。目前，国内应用的发泡剂主要是松香胶发泡剂、树脂皂类发泡剂、木质素磺酸盐、蛋白质水解物及高分子表面活性剂等。7但以上各种类型的发泡剂均存在以下缺点，即发泡功能少，较不稳定，制品强度有待提高;由于国外在此方向的研究起步早，如美国、日本、意大利等，他们的发泡剂生产已有了完整的技术指标以及成熟的测试方法，他们多生产蛋白质类的发泡剂且生产过程较为固定。（3）切割机起初，发泡水泥材料在我国建材领域并没有发展，某些厂商为了获得隔板墙必须依靠手工割据的形式来获得最终成品，这种不依靠科技的生产方法效率极低，且无法保证生产产品尺寸，造成废品的概率极高。然而随着科技的进步，国内的建筑领域包括切割技术都在一步步实现规模化发展趋势，现阶段，我国的切割设备技术呈现出区域集中化4发展趋势，水泥发泡材料有了越来越广泛的市场，从而带动了水泥发泡切割设备的生产与使用。现有切割机多与发泡机配套生产，根据用户要求，可切割成不同大小的制品。对于我国发泡水泥发展的现状而言，这样的配套生产设备具有小型化、操作简易等特点。虽然对于发泡水泥这种新型的墙体保温材料的制备工艺及设备有了很多的研究，但是相对的还存在着一些不足的地方：1）理论研究方面的不足由于特殊的成型方法，发泡水泥内分布均匀的封闭气孔起到了出色的隔热保温效果。国内虽然在此领域的研究起步晚，但是也有不少的研究工作与结论，只是就目前的研究而言，在发泡水泥的性能与微观结构方向的研究匮乏、发泡水泥的微观孔结构知识也少有探索。需要加强研究孔隙结构和性能，建立其在相应的模型之间的相关性的研究。目前国内的研究方向主要集中在发泡水泥的力学性能及其热工功能，而发泡水泥的耐久性能、渗透率还有其伸缩性能领域的实验则开展甚少。充分研究发泡水泥、科学掌握它的各项性能指标有利于推广发泡水泥在建筑工程领域中的进一步应用。2）制备工艺及设备的问题目前国内专门生产泡沫混凝土的厂家规模均较小，使用的发泡剂和设备型号也各有不同，不利于发泡水泥应用市场的开发； 甚至厂家为了提高施工时水泥的和易性，选择增大水灰比的方法制作发泡水泥，这样的制作过程所带来的负面影响是降低了发泡水泥的质量同时增大发泡水泥的吸水率，从某种程度上降低了发泡水泥的使用寿命；高效起泡剂和复合掺合料少，发泡水泥的强度仍有待提高，行业规范及检测标准仍需完善。如果希望发泡水泥能在国内市场得到运用和发展，我们仍然需要研制高效发泡剂及复合掺合料，保持甚至稳步提升与水泥浆的相容指数的同时增大发泡水泥的强度，通过实验测得最佳原料配比，完善制作工艺设备技术，科学地提高发泡水泥的各项性能，争取早日占据发泡水泥研发技术的制高点。3）切割机方面的问题通常浇注成型的发泡水泥并不会马上使用，需要进行养护脱模切割，浇注型材尺寸比较大，所以需经过切割技术后才能投入墙板材料的应用。在国内建筑行业开始使用发泡水泥的前期，这种材料在我国该领域并没有发展，某些厂商为了获得隔板墙必须依靠手工割据的形式来获得最终成品，这种不依靠科技的生产方法效率极低，且无法保证生产产品尺寸，造成废品的概率极高。研制配套的切割设备便成为了解决这种不科学生产现象的答案。如今市场上的切割机样式繁多，对于切除这个发泡水泥的切割机的研究进行的不多，由于这种新型的墙体保温材料轻质的特点，运用普通锯片切割制品可能最好的达到切割效果，同时能够节约成本。51.4 课题研究的目的和意义随着科技的进步和社会的发展，国内建筑领域愈来愈意识到资源节约和节能降耗在行业标准中的重要意义，今后新型建材的发展方向无疑将会走向符合这一理念的节能型建材。既有保温隔热又有隔音耐火性能的 A 级防火发泡水泥材料无论是作为墙体保温板还是防火隔离带，都充分符合建筑材料领域对保温防火材料的需求。但从现阶段的生产和应用来看，其制备工艺还有待提高，特别是相关制备切割设备还需要不断创新和改造完善，如逐步实现切割设备的自动化生产和智能控制技术。本文提出设计一款能够切割新型墙体材料成型的切割机，根据用户要求，切割成不同大小的制品，其小型自动化、操作简易的特点对于发展完善相关设备的制造与研究就有着非常重要的意义。1.5 课题研究的主要内容（1）了解切割机所切除的材料及工艺制备，为切割机选择合适的切割方式，根据切割方式提出不同的切割运动结构。（2）针对不同结构完成发泡水泥切割机结构的设计和重要零件的件强度计算，并进行参数选择和优化；（3）对发泡水泥切割机整体进行优化，画出整个样机图和重要部件图。6第二章 切割机的选型2.1 建材行业常用的切割机介绍建材行业是中国重要的材料工业，它的主要产品涵盖了建筑材料、非金属矿和无机非金属新材料。到 2011 年底，中国成为了世界上最大的建筑材料生产国和使用国，多项产品的制造量都处于世界第一的位置，其中主要的是建筑材料水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷和墙体材料。由于建材产品主要是无机的非金属材料，所以最常用的切割机就是刀具切割机了，刀具切割机具体到不同的材料又有石材切割机，玻璃切割等等。刀具切割有带锯机、圆锯机和框锯机（排锯机） 。1.圆锯机：圆锯片安装在主轴上，由电动机驱动作旋转的切削运动，坯料的送进可用手动或机动（滚筒、链轨、输送带或者小车等） ，也有采用锯片进给的方式。圆锯切割机可以切割纵剖面、横截面、横切和斜切坯料面，因此被广泛的应用于建材制备中。通常情况下的圆锯机拥有结构简单，维修费用少的特点，但是往往因为锯机的剧路宽，导致出品率不高 图 2-6 圆锯机2.带锯机：环状（无端）带锯条张紧在两个锯轮上，由电动机通过锯轮带动作连续切削运动；坯料的送进可用手动，也可用跑车。带锯机工作台能回转一角度，可作曲线锯割；带锯机的特点是锯条较薄，锯路窄，出材率高。 7图 2-7 带锯机3.框锯机（又称为排锯机）：框锯机是通过电机的旋转运动带动安装在框架上的曲柄连杆机构运动， 从而锯框能在一定范围内进行往返的直线运动，进而切割产品。由于锯条通过螺母张紧并排放置，因此相邻的锯条之间的距离代表了加工工件后的厚度要求，通常框架有立式和卧式两种，各有优缺点，根据实际场地进行选用，框锯切割成品精度高，自动化程度高，因此生产效率高，一般适合方形或者尺寸均匀的制品的切割，效率略低于带锯切割机。图 2-8 排锯机在刀具作为切割头的切割机中，按自动化程度我们可以将其分为手工锯切，半自动切割机以及全自动数控切割机。手工切割机使用方便，便于携带，但是自动化程度低， 操作人员的很容易影响切割制品的质量，导致产品尺寸误差很大，加大了二次加工的量，8只能应用于单件和小件制品的切割。仿形切割机是其中一种半自动的切割机，切割制品质量好坏取决于使用的模具；相对于手工切割机，半自动的切割机已经在工程量上降低了工人的工作强度，但是由于功能的单一，不能对复杂形状的制品进行切割。在当今机械加工越来越智能化、柔性化的今天，数控的机械构件生产效率大大的提高，产品质量和精度得到进一步的加强。但在现如今的国内生产企业中，中小型企业还是使用半自动以及手工刀具切割机为主。2.2 发泡水泥切割机的选用在发泡水泥制备的后续阶段，切割机的选用将直接影响到最后成品的规格和质量。对于切割机的选用，首先我们得通过产品的尺寸和形状来确定切割的方式。已知发泡好的水泥半成品坯料密度为 1000 Kg/m3，脱模自然养成后的尺寸是 12601060650 毫米，通过切割后的成品尺寸是 1000X1200X300 毫米，成型前后，材料都为方形的无机非金属材料，由以上资料，我最先想到的理想的切割机是排锯机（也就是锯框切割机） 。排锯切割通常情况下又称为框锯机，是利用曲柄连杆机构驱动框架的上下或往复运动，在空白框架槽中安装多个锯片于框架上对发泡水泥坯料进行切割加工，主要用于将坯料锯解成方形的机械，是排锯制材的主要设备。锯框切割机一般具有以下的一些优点：.(1)在开档范围内可按坯料厚要求安装多根框锯条，一次可锯割多块所需厚度的坯料；(2)锯切成品规络好，产品质量高；(3)切割线自动化程度高，所需要的操作人员少，安全性能强好，因此对于操作人员要求不高，节约了用人成本；(4)生产工艺简单，加工设备少，占用场地小。2.4 本章小节通过了解各种不同切割机的性能与机械结构，对于本次论文中将要设计的切割机做出了设计前的选型，选用的框架式切割机从机械结构上来说，精简高效，通过简单的平面连杆机构的使用，将电机的回转运动转换成了锯框的往复直线运动，成功的实现了对于坯料的切割运动。对于传动与切割以及输送线和支撑部件的结构设计和零件的选取将在下一章中给出具体的设计参数来。9第三章 切割机的结构设计与建模3.1 新型墙体保温材料切割机概述自从新型的墙体保温材料诞生以后，逐渐替代原来的众多有机建筑材料成应用到墙体装饰中，在我国的北方地区应用广泛，而在欧美发达国家已经成为最好的建筑墙体材料。由于缺乏一个统一的标准和规范，因此我国生产的发泡水泥的规格与质量也参差不齐，对于改善工艺制备设备势在必行，借鉴木材建材中的框架锯机，能很好的改进现有的半自动或者手动的切割方式。框架机结构的运动方式有：输送辊台主动运动，物料靠与辊子的摩擦运动。但这种方式在切割时会发生由于摩擦力过小，无法正常切割的现象。本文设计的切割机将选取辊子静止，由动力直接推动物料向前运动的方式。3.2 发泡水泥切割机设计原则3.2.1 整体切割机的设计原则和要求切割机的总体布局应满足以下几个基本要求：(1 必须满足如加工范围，工作精度，生产率和经济性等各种常规要求；(2)应确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动，在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率；(3)应确保切割机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性及噪音水平；(4)应便于观察加工过程；便于操作，调整和维修；便于输送、装卸工件和清理；注意防护，确保安全；(5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配；(6)体积小、重量轻，节约原材料，制造成太低，占地面积小，外型美观大方；3.2.2 各个重要的系统部件的设计原则根据切割的发泡水泥和制作工艺来确定具体的机械结构，把整个切割机系统按功能分为以下几个大部分，了解各个部分的类型、功能是设计成功的重要依据。整个机构无论是传统的运动方式和框架机结构还是先进的框架机结构和运动方式，机械系统的组成是大致相同的，它包括机架、动力系统、传动系统、切割系统和承料系统。1) 动力系统：采用电机驱动。电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，是各种机械最常见的动力源。电动机的选择应综合考虑以下因素：10（1）根据机械的负载特性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速要求选择电动机类型；（2）根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度要求，考虑电动机的温升限制，过载能力和启动转矩，选择电动机的功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应保留有余量，负荷率一般取 0.80.9；（3）根据使用场所环境条件，如温度、湿度、灰尘雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必须的保护方式选择电动机的结构类型；（4）根据企业电网电压标准和对功率因素的要求确定电动机的电压等级和类型；除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性，设备的供货情况，备品条件的通用性，安装检修的难易，生产过程中前后期电动机功率变化关系等各项因素。2)传动系统：传动机构在机械设备中起连接动力源和执行机构的作用，可以起到调速、增大转矩、传递与分配动力等作用，是机械动作的枢纽，选择正确的传动机构，可使机械设备的效率更高，稳定性更好。选择好了电机，为了降低转速，提高转矩，通常还要选取减速机；根据本设计要求，坯料运动速度慢，且承受轻载荷，查阅相关资料我们选用了无级变速器，它的特点如下：（1）高强度：在加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动，无后坐力； （2）变速范围大：变速比均为 1：5，即输出转速可在 1：45 至 1：7.25 之间任意变化； （3）调速精度高：调速精度为 1-0.5 转； （4）性能稳定：本机的传动部件都经过特殊的热处理，精密度加工摩檫部位，润滑良好，运行平稳、噪音低、寿命长； （5）同轴结构：输入轴、输出轴同向旋转，体积小、重量轻；。 （6）组合能力强：本机可与各种类型减速机组合，实现低转速，大扭规的变速效果。 在允许负载的情况下，调定的转速恒定； 全机密封，可适用于潮湿、多尘、有轻度腐蚀性的工作环境。在选择其他的传动机构时，还需要考虑以下几个要素：a.齿轮传动或齿轮齿条传动适用于高强度、功率大、工作时间长的场合。 b.带传动常用于平行轴之间的传动，带传动可以起到过载保护的作用，且吸振性能好，但因为其是靠摩擦传递动力，因此易产生静电，不适合用在易燃易爆场合。c.链传动、闭式齿轮传动、蜗轮蜗杆传动适用于多种场合，如高温、易潮、易燃易爆等。d.在低速重载、传动比较大的情况下，多采用蜗轮蜗杆传动。e.运动系统的末端或者低速级应该布置凸轮或连杆等机构来实现动作。11f.应尽量多使用标准化程度较高、结构简单的机构，如减速器、带传动、链传动等传动机构。3)锯切系统：切割系统是本切割机的工作部分。根据切块情况，采用锯切方法，具体结构简图如图所示。根据厂家要求的成品到的尺寸以及型材尺寸来设置锯条的数目和距离，可以通过调节锯条的数目及安装距离来生产不同厚度的发泡水泥砌块，锯条可以购买成品，也可以定做。锯条两端有专门的夹具夹持，夹具上有螺杆，螺杆通过有一定弹性的锯弓进行限位。通过调整螺母与螺杆的相对位置来调节锯条的松紧。锯框可以采用普通的槽钢焊接而成。4)承料系统：承料系统包括进料台和出料台，根据用户要求，承料台以简易为主，待产品成熟定型以后再考虑升级成自动进出料系统因此设计如图所示的承料台。主要结构就是由槽钢焊接成主体框架。通过若干的滚轴以及两个挡料板构成。为减小摩擦力，承载部分采用系列小滚轴。5)支撑架：支撑架用来支撑电动机、锯切系统、传动系统等，主体框架采用槽钢焊接而成，焊接时其垂直度和平行度有较高要求。3.3 切割机锯位设计整个锯位由锯架、锯框、锯条定位板、滑块、曲柄连杆机构、电机减速器构成。根据坯料成型前尺寸 12601060650m，切割后的制品尺寸 10001200300 毫米，我们可以看出，传动系统采用一组对心曲柄滑块连杆机构，在电机的作用下带动锯框做左右的往复直线运动，通过安装的 3 个锯条的位置，来完成坯料的上下表皮的切割，把坯料的高 650mm 分成了两个 300mm 的砌块。为了装配时便于调整锯框的位置。四杆机构的连杆拆用带有内螺纹的调节套联接，通过改变调节套与相连杆的相对位置来调整整个连杆的长度，以保证锯框往返运动的行程 50mm。12图 3-1 锯结构图3.3.1 锯框导向支承部件导轨是最常使用的锯框导向支承部件，导轨副的设计选型内容主要包含以下几个方面：(1)选择合适的导轨类型；(2)选择导轨的截面形状以增加导向精度；(3)选择合适的导轨结构及尺寸以保证导轨的强度及其他运动参数能满足特定的工作条件；(4)选择导轨的补偿及调整装置；(5)选择合理的耐磨涂料和防护装置；(6)选择适当的材料、处理、加工和测量方法等。锯框导向的支承实现是通过线性导轨完成的，线性导轨和滑块之间是载平台的钢珠，钢珠的线性运动带动平台的运动，摩擦阻力相较于以往大幅减小且运动精度明显提高。滑块跟导轨间末制单元设计使线形导轨承受各方向的负荷，传动更平顺且低噪音。线性导轨有如下特点：(1) 自动调心能力来自圆弧沟槽的 DF(45-45)组合，在安装的时候，藉由钢珠的弹性变形及接触点的转移，即使安装面多少有些偏差，也能被线轨滑块内部吸收，产生自动调心能力之效13果而而得到高精度稳定的平滑运动。(2) 具有互换性由于对生产制造精度严格管控，直线导轨尺寸能维持在一定的水准内，且滑块有保持器的设计以防止钢珠脱落，因此部分系列精度具可互换性，客户可依需要订购导轨或滑块，亦可分开储存导轨及滑块，以减少储存空间。(3) 所有方向皆具有高刚性运用四列式圆弧沟槽，配合四列钢珠等 45 度之接触角度，让钢珠达到理想的两点接触构造，能承受来自上下和左右方向的负荷；在必要时更可施加预压以提高刚性。导轨、直线轴作为设备的核心部件之一，它的功用是起导向和支承作用。为了保证机器有较高的加工精度，要求其导轨、直线具有较高的导向精度和良好的运动平稳性。设备在运行过程中，由于被加工件在加工中会产生大量的腐蚀性粉尘和烟雾，基这些烟雾和粉尘长期大量沉积于导轨、直线轴表面，对设备的加工精度有很大影响，并且会在导轨直线轴表面形成蚀点，缩短设备使用寿命。为了让机器正常稳定工作，确保产品的加工质量，要认真做好导轨、直线轴的日常维护。 在往复运动机构中，上述的摩擦过渡现象是经常出现的。当往复运动机构处于较高速运转的情况下，摩擦副尚能够保持在动态油膜的润滑状态下，但当运行速度逐渐降低时，摩擦副的润滑状态就会过渡到边界润滑状态。这时摩擦系数大幅度增加，随之出现了振动和噪声，若长此下去就会造成摩擦面的严重磨损，甚至产生擦伤及胶合。解决办法是在润滑油中适当加人抗磨添加剂(极压添加剂)以克服摩擦过渡过程中的不利影响。根据导轨承受的载荷较小，摩擦阻力也不是很大，导向精度高的特点，选用 RGW-CC-HC 系列的线性滑轨。14图 3-2 RGW-CC-HC 系列的线性滑轨图 3-3 滑块图 3-4 RGW-CC-HC 导轨153.3.2 锯部分动力装置及传动装置1、根据使用需要可选择摆线针减速机，该类减速机的主要特点是：、传动比大摆线针轮减速机具有更高的速比，一级减速时传动比是 1:7 到 1:87;两级减速时转动比为 1：1217569，还有更高的三级减速，客户也可以根据自己的情况选择此类型。（2） 、传动效率高摆线针轮减速机由于该机齿面啮合部位采用了滚动啮合，啃合便面亦无相对的滑动，一般效率都能在 90%以上。（3） 、保养方便#6125 以下型号使用的是不要保餐的用高级油脂。（4） 、体积小，重量轻摆线针轮减速机采用行星传动原理，输入轴和输出轴在同一轴线上，而且有与电动机直联呈一体的独特之处，使其机型获得尽可能小的尺寸。因此摆线针轮减速机具有体积小、结构紧凑、重量轻的特点。比起普通的两级圆柱齿轮减速器，体积可减少 2/3 以上;重量约减轻 1/3 以上。（5） 、拆装方便，容易维修由于摆线针轮减速机的结构设计合理，简单的拆装便于维修，使用零件个数少，润滑也是非常简单。（6） 、寿命长，噪音小 2、设定锯框运动频率为 120 次/min，已知锯割阻力约为 6000N。锯框振幅为 30mm。电机经过减速器，带动偏心轮机构，经连杆传动，从而带动锯框运动。查询机械设计手册可知，减速器传递效率 =0.98,连杆传动传递效率 2=0.95，偏心轮机构传递效率 3=0.98。安全系数 S=2。切割所用功率 P1=6000N60mm10-3=360W （3.1）设计功率 P2=SP1/(23)=2360W/(0.980.980.95)=789W （3.2）故选择电机的功率为 1.1KW,减速器型号为 BWD2-17-1.1KW。3、曲柄滑块传动部分能实现直线往复动作的机构有很多，比如齿轮齿条机构，凸轮机构，曲柄滑块机构等。但是齿轮齿条机构需要电机频繁的做正反转，增加电机的成本；凸轮机构则是短距离的运动，而且凸轮的加工比较复杂，而曲柄坏块机构相比之下比较好，既节约成本又使机构优化。 （1） 、对心曲柄滑块机构运动分析由图可得任意时刻滑块运行距离：16)cos1 ()cos1 (coscosLRLRLRS且sinsinRL所以sinsinsinLR )(LR所以222sin1sin1cos22sin211)sin211 (sin1sin41(2222244内，分解为几乎为零，可带入因且)2cos1 (21sin2所以)2cos1 (411cos2所以有滑块运行距离：17)2cos1 (41)cos1 ()2cos1 (41)cos1 ()2cos1 (41)cos1 (2RRLRLRS滑块速度 V 为：t2sin21tsin2sin21sin2sin241sinLRRRRdtdddSdtdSV滑块加速度为：) tcost(cos)2cos(cos22LRRRdtdddVdtdVa（2） 、曲轴扭矩理论计算对曲柄滑块机构做受力分析，在任一时刻滑块、压杆受力情况如上图所示对滑块做力平衡分析有18cosPPAB曲柄处转矩为11mPMAB其中力臂sin1Rm )sin(1RPMAB所以得 又：)2sin2(sincossinsin1sinsincoscossin)sin(22本设计中，给定 R=50mm，L=280mm，代入公式可得锯框在某一时刻的速度、加速度以及承受的弯矩。图 3-5 号锯对心曲柄滑块机构3.3.3 锯框机架如图所示为锯框机架 ，整体结构根据坯料尺寸由槽钢焊接而成。 19图 3-6 锯框机架3.3.4 轴承的选择轴承分为两大类：滚动轴承和滑动轴承。在滚动轴承与滑动轴承都能满足使用要求时宜优先选用滚动轴承。滚动轴承的承载能力与轴承类型和尺寸有关，选择时应考虑多种因素：如轴承所受负荷的大小，方向及性质；轴向固定形式；调心性能要求；转速与工作环境；经济性和其它特殊要求，以下选用原则：（1）转速较高，负荷不大，而旋转精度要求高时，宜用球轴承。（2）转速，负荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承。（3）当径向负荷和轴向负荷都较大时，转速高宜用角接触球轴承，不高宜用圆锥滚子轴承；当轴向负荷比径向负荷大得多，且转速较低时，常用两种不同类型的轴承组合，分别承受轴向及径向载荷；当径向负荷比轴向负荷大的多，且转速较高时，宜用向心轴承。（4）支承刚度要求较高时，可成对采用角接触型轴承。（5）需调整径向游隙时，宜采用带内锥孔的轴承。（6）支点跨距大、轴的变形大或多支点轴，宜采用调心轴承。（7）在满足使用要求的情况下，优先选用价格低廉的轴承。20图 3-7 双列向心球轴承对于锯位中的轴承，由于径向负荷比轴向负荷大的多，且转速较高时，宜用向心轴承，经过查找资料，最后选择双列向心球轴承 1506。3.4 整条输送线的设计3.4.1 输送线的概述输送线是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械。输送线路一般是固定的。输送线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。 并且输送线的形式是多种多样的。常用的输送线有皮带输送线，辊筒输送线和链条输送线，通常情况下输送线都是多种输送机结合起来，组成不同的应用在各个生产线的输送线，下面介绍五种常见的输送线。1、弯道输送线原理：弯道辊筒输送机与直线输送机配合使用，可实现完美的转角输送，货物在输送过程中可保持其相对位置，实现同步输送，具有设计美观，安装方便，性能稳定，噪音低，安全等特点。特点：能实现比较重的弯道传输可以调速2、摩擦带滚筒输送线原理：它依靠平形皮带或 v 形带通过摩擦力来传动滚筒，适合轻型物体传动，要求纸箱或周转箱等底部平整的物体，具有安装方便，性能稳定，噪音低，安全等特点。特点：合轻型物体，安装方便，成本低3、圆带滚筒输送线原理：它依靠标准 O 型带来传动辊筒，适合轻物体，要求纸箱或周转箱等底部平整21的物体，具有安装方便，性能稳定，噪音低，安全等特点。特点：适合轻物体，传输速度快4、积放式滚筒输送线原理：积放式滚筒输送线采用单链轮或双链轮积放式滚筒，依靠标准链条来传动辊筒，积放式辊道输送机适合使用在有装配动作的场合使用要求纸箱，托盘或周转箱等底部平整的物体，具有安装方便，稳定性好，噪音低，安全等特点。特点：在有装配动作的场合使用要，实现积放输送安装方便稳定性好5、链条传动滚筒输送机原理：链条传动滚筒输送机是用马达带动链条牵引滚筒转动，从而带动滚筒上面的物体运行，线体可布置成直线或弯道形式。此传动方式的特点为负载大。链条传动有两种方式，分别是单链轮大循环和双链轮小循环。大循环传动是采用单根环形链条驱动装有单链轮的多支滚筒，每支滚筒受力均匀，传动力较大；小循环传动是在每支滚筒配装双排链轮，链条以交错的方式依次传动，每支滚筒的受力不均匀，并由动力源开始滚筒受力逐渐减小，传动力较小。大循环传动适合长距离输送，而小循环传动适合短距离输送及转弯输送。特点：安装方便，性能稳定，扭距力大3.4.2 链条滚筒输送线的选型在我们这次设计的切割机中，所选用的输送线要求传动平稳，同时又能输送底面平整的坯料，由于坯料在切割过程中存在废皮的出现，如果选用带式输送线很容易引起废皮料在整个机架上的堆积，轻则影响了输送线的平稳和速度，重则可能导致输送线的卡死，因此通过了解的各种输送线的资料，我们确定使用小型滚筒输送线。图 3-8 小型滚筒输送线小型滚筒输送机通过链轮和不锈钢链条的啮合和退出啮合的运行模式使其获得了高22精度运行的生产物料的输送能力，输送线主要由输送架、链条链轮、动力装置三个部分构成，输送架作为主体部分，链条链轮作为输送载体，动力装置则是给设备运作提供动力，这里为电机驱动。输送架的主体由于要承受大量的货物重量，因此是由钢材作为主要的制作材料。3.4.3 输送线动力源已知材料发泡混凝土块规格为 1060X1260X650 毫米，密度约为 1000kg/m3,传送过程中与传送带的摩擦系数约为 0.1。要求在 2 分钟完成切割。链传动传动比为 1。由此可推算出传动带速度V=1260mm/2min=630mm/min=0.0105m/s （3.3）由于传送带链轮与链传动链轮传动比为 3，故小链轮转速 v=3.510-3m/s传动过程的阻力F=mgf =Vgf =1000kg/m31060126065010-6m39.8N/kg0.1 =851N （3.4）传动所需功率P=Fv =851N3.510-3m/s =3W （3.5）由此可知在传动过程中电动机几乎已知处于空载，只有在物料被切割时会有相对较大的阻力。故选择电机功率为 0.75KW，减速器型号为 JWB-X0.75-2D。3.4.4 链传动的设计与选型链传动主要适用于工作可靠，两轴相距较远，不宜采用齿轮传动，要求平均传动比准确但不要求瞬时传动比准确的场合，是低速重载，润滑良好的高速传动。它可以用于工作条件恶劣的场合，广泛用于农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。 链传动适用的一般范围为：传动比：i8，功率 P100KW，链速 V12-15m/s，传动效率为 0.95-0.98。 优点： 平均传动比准确； 链传动不需很大的初拉力，轴上压力小； 传动效率高；23 承载能力高 可进行远距离传动； 成本低。 缺点： 瞬时传动比不恒定； 传动中有一定的动载荷和冲击，传动不平稳； 传动时有噪音。3.5 一级链传动设计3.5.1 链号选择拟设计一级链传动冲动比为 1，主动链轮的最小齿数需满足：Z1Zmin=17 取 Z1=17故从动轮齿数 Z2= i Z1 （3.6）=17.设计功率 Pd可由下式计算：Pd=KaP （3.7） 式中，Ka-工作情况系数，取 1.1（轻微冲击，均匀负载，电机频繁启动） ；P-工作机传递功率，P=0.5KW。代入得：Pd=1.10.5=0.55KW由此可计算单排链条传动所需功率:P0=Pd/（KzKp） （3.8）式中，Kz 为主动链轮齿系数，查表得 Kz=1.2； Kp为排数系数，单排链 Kp=1。代入计算得： P0=0.46KW链轮转速 n1=2.32r/min根据 P0和 nmax查取滚子链的额定功率曲线，得到链条的节距 p=15.875,链条的型号为单排滚子链 10A-1（GB/T1243-1997） 。初选中心距 a0=30p =476.25mm （3.9）链节数 Lp=2a0/p+(Z1+Z2)/2+f1/30 (3.10)24 =77取 Lp=78中心距 a1=p（Lp-Z）/2 (3.11) =484.2mm实际中心距 a=a1-(0.0020.004) a1 (3.12) =478mm3.5.2 润滑方式由小链轮转速和链号，查手册可知，选择人工定期润滑方式。3.5.3 链轮结构参数图 3-8 整体钢制链轮结构由于传动比为 1，两链轮的结构相似，在此只进行一次设计计算。分度圆直径 d1=p/sin(180/Z1) =15.875/sin(180/17) =86.40mm （3.13）齿顶圆直径 da1max=d1+1.25p-dr =86.40+1.2515.875-10.16 =96.08mm da1min=d1+（1-1.6/Z1）p-dr =86.40+(1-1.6/17) 15.875-10.16 =90.62mm （3.14）25取 da1=94mm齿根圆直径 df1=d1-dr =86.40-10.16 76.24mm （3.15）链轮转速 n=v/(d) =630/(86.4) =2.32r/min （3.16）轮毂厚度 h=K+dK/6+0.01d,其中 K=4.8，dK=30 =4.8+30/6+0.0186.40 =10.664mm （3.17）轮毂长度 l=3.3h =3.310.664 =35.19mm （3.18） lmin=2.6h =2.610.664 =27.73mm （3.19）取 l=35mm。轮毂直径 dh=dK+2h =30+210.664 =51.328mm （3.20）齿宽 bf=0.95b1 =0.959.40 =8.93mm （3.21）3.5.5 输送线轴承选用结合输送线工作要求，设计传动轴 II 轴上所需的轴承转速不高，负荷不大，且需轴频繁起停，为设计和使用方便，选择统一规格。选用 UCP 型带座外球面球轴承，其为一种新发展起来的新型结构轴承，隶属于深沟球轴承，带座外球面球轴承有以下特点：1、可调心、密封型。2、容易安装和拆卸。3、可与其他公司产品互换，多种类型可供应用 。带座外球面球轴承便于使用，可靠性高。能满足不同的使用要求。26图 3-9 带座球轴承 UCP208结合轴径 d=40mm.， 选取轴孔为 40mm 的型号为 UCP208 号的轴承3.5.6 输送线的机架机构图 3-10 输送线机架如图 3-10 所示，机架由槽钢结构焊接而成。整个生产中，首先要完成输送架的生产，输送架是链条输送线的主要组成部分。首先将钢材进行切割，然后依据设计图纸通过焊接组装成型，在衔接输送架时，要注意保持各部分在同一水平上。通过焊接将链式生产线的输送架组装完成后，就要对整个机架进行涂装，颜色可依据自由选定涂装，完成涂装后将设备至于通风处晒干。3.6 切割机整体结构建模展示前文即为发泡水泥切割机所有机械机构的设计及建模，本人参照了武汉理工大学复合材料技术与成型装备研究所多年的项目经验，结合已有的输送线式切割机的相关试验机，运用三维软件 Solidworks 完成了切割机的三维建模，该机共有三个部分：坯料的上27下去皮断块，坯料的横向切割。整个铺放设备的核心部件是排锯式的锯框，锯框也是动作机构，通过电机的带动曲柄滑块机构，将旋转运动转化成直线往复运动的电动工具，通过锯条的左右往复运动实现坯料的切割过程我们可以根据最终成品的发泡水泥的形状以及工艺要求等，通过调节锯条的相对位置，实现不同规格的成品的制作，满足实际的需求。28如图 3-11 发泡水泥切割机整机图3.7 本章小节本章通过研究发泡水泥的特点，介绍排锯式切割机的功能及结构，设计出了适合发泡水泥输送线上的自动化排锯切割机的三维模型。设计结构保证了切割过程的平稳性，保证了产品的切割；采用多锯切割，根据制品要求，切割规格可变；切割机的输送线的移动动采用链轮传动方式，整个锯框的往复直线切割运动则采用曲柄连杆传动方式。切割机整体由动力装置，传动装置，切割装置，承料装置及控制系统五大部分组成，并且对其中部分标准件进行了选型，经过反复的分析和修改，完成了发泡水泥切割机的整体机械结构三维建模设计。29第四章 总结与展望本文对于发泡水泥相关工艺与制备进行了学习，掌握了水泥发泡的基本原理以及相关的设备，
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