中南大学毕业设计机械制造

中南大学毕业设计机械制造内容摘要：

计，以提高备件的通用性，降低用户的更新费用。 为此，进行打捆机的系列产品开发，从一开始，就要将起点定高，才能长盛不衰。 总的来说，打捆机的发展趋势是动作周期短，耗能低，投入少，寿命长，智能化水平高，环保性能好。 PCH4KNA 型打捆机备件的国产化 1993 年以来，根据冶金企业生产上的需要，北京四新冶金设备技术中心与哈尔滨东安发动机制造公司合作，研制生产打捆机备件，经过 3 年多的努力和反复试验，已经制 造出 410 多种零部件，并在首钢、鞍钢等企业正式装机使用。 其中合作制造的送线器，线道系统、打包头等打捆机等关键零部件在使用过程中，工作正常，运转平稳，质量达到了国外进口备件精度要求，为冶金企业创造高产提供了必要条件。 打捆机线道系统如图 15 所示。 图 15 线道系统 1送线器； 2直线道； 3弯曲线道； 4活动线道 每台打捆机都有 4 个线道，它是将捆线由送线器经直线道、弯曲线道至中心线道再经活动线道至打包头。 打捆机送线器的具体结构如图 16 所示，它主要由 1 个送线轮和 4 个支 承导向轮组成。 送线器的工作由液压马达驱动。 弯曲线道的具体结构如图 17 所示。 捆线是在两个侧板和活动盖板、轴 中 南 大学本科生毕业设计（论文） 8 承轮组成的空间内进行。 图 16 送线器 弯曲线道的固定板（图 18）长 2900mm，宽 ，厚度只有 25mm，是一个薄长 C 型板，材质要求 16Mn。 我们结合实际使用情况改用 25CrMnSiA。 此件技术条件：热处理硬度 HRC30~37， C 型板的 N 面与 J 面平面度不大 1mm，形状和位置公差要求都比较严。 其位置度偏差为。 为防止固定板变形，我们采 用的加工工艺是：粗加工、流量→ 调质处理→ 校直→ 半精加工、流量→ 震动时效→ 精加工。 为确保 C 型板上 223 个 M8 螺孔的形位精度；我们采用数控机床进行加工。 目前， C 型板已经进入批量生产，工艺方法合理，质量稳定，完全可取代进口件。 弯曲线道的活动盖板如图 19 所示。 它是一种长薄件，厚 3mm，长 2m，质量要求严，在盖板一侧要焊一条 20mm 20mm 2020mm 方钢导轨，焊后要求热处理，硬度 HRC45~，全长 2m，不平度不得超过 1mm，制造难度相当大。 在试制过程中，我们经过反复攻关， 设计了一套冲压焊接模具，解第 1章 绪论 9 决了盖板的变形 问题。 图 17 线道结构 2侧板； 3活动盖板； 4轴承； 5固定板 图 18 固定板 图 19 活动盖板 中 南 大学本科生毕业设计（论文） 10 当前国内外打包机存在问题 在实际中，国外高自动打包机虽然是一套比较成熟的设备，但是也存在一些问题。 其常见故障及处理方法见表 13。 表 1 3 国外高自动打包机常见故障及处理方法 故障 原因 处理方法 打捆机不启动打捆 不在初始状态 检查压力盘信号（ S3 S6） , 升降 平台（ S10） ,线导 （ S14），摆头（ S20）与线 交接信号等 P/F 盘卷中心不在 C 型钩中心或卷未压紧 压力盘速度不同 压力盘编码器信号（ S7 ， S17） 升降平台不能上升到最高位 S8 信号未到 检查光电管 S8，检查阀线 路 喂线不能实现 摆头或线导不在喂线位置 检查摆头 S20 与 S21，线导 S2，线导动作阀 Y11 喂线或回抽时出现问题 编码器或 摆 头不在喂 线 位 置 检查喂线单元 S18， 编 码 器 及接轴 ， 摆头 S23 与 给 定设 置等 摆头停止在初始位置 开关，气缸，阀故障 检查开关 S1，气缸 C9， 阀 Y11，设置等 扭结不停 开关 S23 故 障 检查 S23，设置等 润滑泵不能启动 油位低 ， 油温高 ， 蝶阀位置 检查油位信号与实际状态， 检查温度计与实际温度检 查阀口信号 在我们国家打包机是半自动化的，需人工穿线，自动化程度低，而且打 结的位置很不理想，在打结的一端有一小结头，这样在每次装卸的过程中都 会碰到这个结头，而不巧的是线材从厂家到用户需要经过多次装卸，装卸过 第 1章 绪论 11 程大致为：厂家 — 汽车（运输工具） — 码头 — 轮船 — 码头 — 汽车（运输工具） — 用户。 这样经过至少 6 次碰 撞后，结头可能会断，使钢捆变松或散包，达 不到用户的要求。 另外，购买国外的高自动化打包机价格很贵，所以我们要 自主研发改进，用以改变现有国产打包机扭结位置与形状不合理，在运输中 易散包的关键问题。 小结 本文主要介绍了打包机的结构原理及工艺设计，并针对国外高自动化打包机的原理对国内半自动化打包机做了改进。 在绪论部分主要讨论了国内外打包机的发展状况及发展趋势以及依然存在的问题及一些解决方案。 第二章确定设计方案，在第三章对相关参数进行了设定与计算。 并选择相关部件。 中 南 大学本科生毕业设计（论文） 12 第 2 章 打包头结构设计 目前打包头的设计中以瑞典森德斯公司的新型打包头 KNB 的设计最为 巧妙，结构也非常紧凑，较其他设计更为简便。 本章简要介绍一下此种类型 打包头的结构特点，以为我们对国产打包头进行技术改造积累必要的基础。 同时也介绍了打包机的工作原理，功能及主要性能等相关简介，通过整体分 析，确定我的设计方案。 主要分析的是瑞典 SUNDBRSTA 公司的 PCH4KNA型打包机。 打包机的基本原理 钢材打捆机的基本工作原理是利用金属捆扎材料既有钢性，又有塑性的 特点，首先采用推进（也有用拉进）的 方式令其沿特定的轨道送出，对被捆 扎对象形成包绕并紧箍在被捆扎对象的外面，然后将两个端头联结（俗称打 结）并与后面的捆扎材料分离，这样便在被捆扎对象的周围形成一个封闭的 金属环，使其成为整体。 线结的形成一般是利用钢丝截面的对称性，将抽紧、 剪断并搭在一起的捆线两端头夹紧，通过各种方式使它们扭绞在一起并发生 塑性变形，便形成一个线结。 打捆机所打线结的特性对捆扎质量具有重要影 响，其中强度指标是衡量线结特性的最重要指标。 一般来说，结的强度都低 于捆扎材料母体的强度，在同样母体材料的情况下，提高结的强度可以提高 捆扎质量。 打包机功能及其主要性能 功能 150mm 150mm 9m 的连铸钢坯经过加热炉加热，采用 27架单线连续轧制制成 Φ ～ 16mm 的热轧光面盘条和 Φ 6～ 16mm 的螺纹钢筋，线材经过穿水冷却，吐丝机吐丝成圈，进一步经过斯泰尔摩冷却线冷却送往集卷站，初步收集成较松的盘卷，再经运卷小车挂上 P/F 线输送链的 C形钩。 由 C形钩运来的盘卷经过打包机压紧，沿线卷圆周方向 90176。 等分打四个平结，如图 21所示。 打包（压紧和打结的总称，下同）后线卷最小高度可达 ，大大方便了盘卷的储藏和 运输。 主要技术性能 机时产量： 50t/h 第 2章 打包头结构设计 13 适合盘卷量：最大 ，最小 适应的盘卷最大外径 1250mm，内径 762mm，最大高度 2020mm 适合盘卷温度： 400℃ 一次打包时间： 盘卷约 34s 液压系统工作压力： 130bar，气动系统工作压力： 5bar 打包线要求： Φ ~，抗拉强度： 37 107 N/μ ,无绣（允许表面附有有一层易剥离氧化层） 图 21 线卷压紧 打包机结构 打包机主要由打包机主体和线库两部分组成。 线库部 分由外方提供图纸，国内制造，结构比较简单，在这不详述。 以下说的是打包机指的是打包 机主体。 图 12 所示为 PCH4KNA 型打包机主体结构。 打包机导线架是由安装在一个框架上的 4 套导线装置组成，整个导线架悬挂 2压紧架的一根中心轴上，在液压马达作用下相对 2压紧架作水平方向运动， 2压紧架为焊接式构件，底部装有轮子，在液压缸推动下能沿主 滑轨作水平运动。 升降台 2 在液压缸推动下可沿垂直方向上下移动。 1压紧 架与 2压紧架结构基本相似，但其上面布置 4 个打包头， 1 套喂线装置。 打 中 南 大学本科生毕业设计（论文） 14 包头（共 4 个）是整台 设备结构最为复杂、动作连锁最多的部件，每个打包 头结构完全一样，可以互换。 喂线装置共 4 套，每套对应一个打包头，每套 包括打包线输送装置和打包线反拉紧装置。 主轨座主要由两根在面上设有耐 磨钢轨构成。 压紧架轮子被导引着两轨道外侧运行，推动压紧架运行的液压 缸布置与其中。 此外，除机械构件外还有一整套液压站。 从上面叙述中可看 出，打包机各种运动靠流体的动力完成。 图 22 打包头结构示意图 图 23 打包头动作原理 第 2章 打包头结构设计 15 图 22 为打包头结构示意图（从线卷方向看为 已扭结完成时的打包头）， 图 23 为打包头动作原理图。 打包头主要由剪切机构、扭转机构和夹紧机构组成，整个打包头可以在 液压缸 C12作用下从送线位置移入打包位置。 剪切机构由液压缸和活动刀块 组成，在液压缸 C4作用下活动刀块推断打包线。 扭转机构由扭转头齿轮箱 （三级齿轮传动），液压马达 HM3和摆动液压缸 C3组成，在液压马达作用下 通过齿轮带动扭转头旋转，实现对打包机扭结，通过液压马达反转使扭转头 复位，通过摆动液压缸动作，整个扭结头可以绕一个转动轴摆进（送线位置）、 摆出（扭结位置）。 夹紧机构由液压缸、“ L”形固定挡块和活动挡块组成， 在液压缸的推动下活动挡块前进，打包线顶在固定挡块上，除此之外图 23中 Y2 Y25分别控制扭转机构齿轮和吹扫箱润滑。 打包机动作（打包过程） 当挂有线卷的 C型钩进入打包机中心并锁定后， P/F线运输链自动控制 系统发指令给打包机 PLC控制中心，打包机开始按下列步骤完成自动压紧、 打包。 图 24 打包过程 1. 2压紧架； 2. C 型钩； 3. 1压紧架； ； ； ； 7. 打包机线库 (1).线库中电磁阀动作，气动抱闸松开，以利于打包线能顺 利从线圈架 中抽出。 (2). 2压紧架在液压缸作用下同时移开盘卷， 1压紧架移动过程 中 南 大学本科生毕业设计（论文） 16 中，打包线从线库中被抽出，同时 2压紧架内导线装置相对于 2压紧架向 前推出， 1压紧架中液压缓冲器前伸，并维持前伸状态。 (3).升降台上升，从 C型钩上托起盘卷，在这过程中 C型钩始终不动， 直到打包结束， 2压紧架上开有允许 C型钩穿出的狭长槽孔。 (4). 2压紧架继续相对移动，当导线装置碰到液压缓冲器 4 时（由 极限开关控制）两边可移动可导向架半体即闭合，同时线卷也被压紧。 (5).导线系统闭合 后，喂线装置动作（液压马达旋转）开始喂线，当打 包线头绕着盘卷并到达打包头中扭结装置的一个机械挡块并夹住时停止喂线。 (6).整个打包头在液压缸推动下由喂线位置进入打包位置之后喂线轮反转抽紧打包线。 (7)．扭转装置动作，打包线扭结，而后夹紧装置松开，剪切装置动作， 切断打包线，打包完成。 (8).打包结束后， 2压紧架各自返回，升降台下降，盘卷被悬挂与 C型钩运走，打包机等待下一个盘卷。 说明：上述各动作皆可在手动状态下操作。 打包机在自动方式下操作注意事项 打包机在自动方式 下操作前必须确认： (1). 2压紧架在各自初始位置。 (2).升降台在最低位置。 (3).导线架在各自原始位置（后位）。 (4).每个打包头里可移动导向架处于打包位置。 (5).打包头处于喂线位置。 (6).液压站已启动，系统压力，油位正常。 新型打包头 KNB的结构特点 如图 25所示， KNB打包头结构非常紧凑，设计巧妙。 它主要由扭结机 构，剪切机构，导向机构及一些液压管路组成。