型钢堆垛机的毕业设计

型钢堆垛机的毕业设计内容摘要：

和强度校核。 翻转机构的时间因素由 PLC 控制来调节处理。 升降机构的基本设计 升降机构是型钢堆垛机最后堆垛的一个平台。 钢材分为 6 根一层堆垛在垛台上，然后垛台下降一定的高度让下一层的钢材跟上一层的钢材处于同一高度进行堆垛。 他的基本组成有垛台、升降液压缸。 设计的 基本要求 垛台能承受 24 根钢材的重量；液压缸能承受 24 根钢材和 垛台的自重所需要的力。 设计的基本思路 根据简直梁的原理对垛台进行弯曲强度校核。 根据液压缸所要求的力来计算液压缸的具体尺寸，从而选出液压缸的型号，并对液压 缸的杆进行稳定性和强度校核。 8 第 3 章 翻转机构 翻转机构液压缸的设计 液压缸是液压传动系统中的一种液压执行元件，它是将液压能转化为机械能做直线往复运动的能量转化装置。 液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。 液压缸的类型 为满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型。 按照结构形式的不同可以分成有活塞缸，柱塞缸，摆动缸三大类型，活塞缸和柱塞缸实现往复直线运动，输出速度和推力，摆动缸则实现的是往复摆动，输出的是角速度（转速）和转矩。 按照作用方式不同 可以分为单 作用缸和双作用 缸。 另外，按照缸的特殊用途分，可以为串联缸，增压缸，增速缸，步进缸等等。 液压缸的结构包括：缸体组件，活塞组件，密封装置，缓冲装置，排气装置。 液压缸因用途要求的不同，有各种结构形式。 而平移机构的液压缸采用的是双作用单活塞杆液压缸如图 所示： 基本参数设计 图 31 9 液压缸的受力分析 在（  ）轴所受的扭矩为最大时，（  ）轴的扭矩同时为最大，此时液压缸的负载为最大。 根据仿形设 计，取液压缸杆距（  ）轴的距离为 225mm。 则，由 2T F d 由前面计算可得 ： NT  得： R=233992N 在工作过程中存在摩擦力，但是相对较小，可以忽略不计，为保证工作安全，最后我们取 250000R N 已知液压缸的设计相关数据 由翻转机构的工作原理，我们选用双作用单活塞杆的液压缸，无杆腔由系统直接提供压力，有杆腔的 进油由液压泵直接提供，回油直接通油箱。 确定液压缸的工作压力 根据前面算出的力 R=250000N。 由《液压与气压传动》中表 4 Mpa，同时根据表 ，执行原件的背压估计值，取回油背压为 3 Mpa。 即： 1P 为进口压力， 1 4P MPa ； 2P 为回油背压， 2 3P MPa。 缸筒内径 D 的计算 在确定 D 时，必须保证液压缸在系统所给定的工作压力下，具有足够的牵引力来驱动工作负荷。 对于双作用单活塞杆液压缸，当活塞杆是以推力驱动工作负载时，即压力油输入无杆腔时，工作负载 R 为：  )(402022 pdpDpDFR  （ 31） 推出： 0020 )(4 pp pdpp RD   (32) 10 式中： R —— 液压缸的工作负载； F —— 活塞杆的最大推力；  —— 机械效率，考虑密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封常取  ； p —— 工作压力，一般情况下取系统的调定压力； 0p —— 回油背压， 0 3p MPa ； d —— 活塞杆直径， 根据《液压与气压传动》表 42 液压缸工作压力与活塞杆直径查得 。 其中  将已知相关的数据代入公式可得： mmD 12 50004 7   根据《液压系统设计元器件选型手册》表 251，液压缸内径尺寸系列，最后取160D mm。 活塞杆的直径 d 为 0. 7 12 2d D mm。 根据《液压系统设计元器件选型手册》表 252，最后取杆的外径为： 125d mm。 液压缸最大工作行程 机构运动简图如图 32 所示： 翻转电磁铁在翻转时，小齿轮旋转180 ，即转过 11 个齿，对应的扇形齿轮也转过 11 个齿，即扇形齿轮转了20 ，由于曲柄和扇形齿轮通过键固连接在一 起，所以曲柄也转了 20。 活塞杆从初始位置开始转过一定的角度，同时有一定的身长量，通过下图的运动分析及几何分析，我们可以算出活塞的行程。 其中， 125a rc ta n 3 02 1 6 .5  液压缸支座曲柄轴曲柄扇形齿轮， ，60176。 小齿轮，图 32 11 几何运动分析图如图 33 所示： 图 33 注：其中黑色粗实线组成的三角形表示系统的初始位置，即翻转电磁铁的 0 位置，细实线组成的三角形表示系统的翻转极限位置，即翻转电磁铁翻转 180 时的位置。 我们可以根据余旋定理计算出行程的大小： 222 1 6 .5 2 5 0 2 2 1 6 .5 2 5 0 c o s 5 0 1 2 5 7 7l m m       理 论 以 上 l 值为理论值，现实中我们选则的液压缸的行程应略大于理论值， 参考《液压元件及选用》中表 ZQ 型重型冶金设备液压缸的型号和技术参数得： 我们选择其行程为mml 90＝。 注：此处在进行行程计算的时候，由于活 塞杆的转动角度较小，我们对其进行了简化处理，将圆心移至图示的位置了，结果相差并不大，也不会影响我们最后的选择。 缸筒长度 L 缸筒长度由活塞最大行程，活塞长度、活塞杆导向长度 H 和特殊要求的其他长度确定（见图 34） 12 根据机械设计手册中表 11170 中查出缸内径为 160mm 的液压缸的缸体的外形尺寸为430+行程，由行程为 90mm，得缸体的外形尺寸为 520mm。 其 中 活 塞 长 度    ；导向 套 长 度    ；隔套长度 12C H A B  。 为了降低加工难度，一般液压缸的缸筒长度不应大于内径的 20～ 30 倍。 根据机械设计手册（化学工业出版社出版）中表 11152 油缸固定部分长度的参考尺寸得： 活塞的长度  0. 6 ~ 1. 0 96 ~ 16 0B D m m，取 100B mm ； 导向套动面长度  0. 6 ~ 1. 6 96 ~ 25 6A D m m，取 150A mm ； 隔套宽度  11 5 0 1 0 0 1 5 0 2 52c m m   。 液压缸的选定 综合以上计算分析可得 : 由于该液压缸为冶金设备用液压缸，所以在冶金液压缸设备标准液压缸系列选取。 冶金设备标准液压缸的特点：缸径一般在 40～ 320mm 范围内，工作压力小于等于16Mpa 可用液压油机械系统耗损油和乳化液等工作介质，使用温度范围在 40～ 80℃。 其安装方式有法兰、耳环、销轴等多种形式，符合 ISO6020/1— 1981 标准，另外还有脚架（底座）示。 冶金设备用标准液压缸系列 包括： ① ZQ 型重型冶金设备液压缸 ② JB 系列冶金备用液压缸 ③ YHG1 型冶金设备液压缸 ④ JB 系列液压缸 ⑤ UY 系列液压缸。 ZQ 型液压缸具有性能良好可靠性好等优点；广泛用于重型机械，冶金、矿山等行业。 综合型钢堆垛机的工作要求我们选用 ZQ 型液压缸。 根据机械设计手册（化学工业出版社）中液压缸型号的选用选出： 液压缸 ZQ160 90 B , 图 34 13 其中： B 表是油缸的安装形式是 摆动式的。 液压缸的结构设计与校核 缸筒壁厚的计算 查《液压与气压传动》教材可查出：当101D时，壁厚用公式   2PD来计算；当101D时，壁厚用公式      PPD  来计算。 （一）假设缸筒壁厚  与内径之比小于 110，则壁厚按薄壁缸公式计算，即：  2PD  （ 33） 公式中： P—— 液压缸的最大工作压力  Pa ； D—— 缸筒内径 m ；  —— 缸筒材料的许用应力  Pa ，   sn  ；  b —— 缸筒材料的抗拉强度极限； n —— 安全系数，一般取 5n ； 缸筒选用材料为 HT350， Mpab 350；即：   MP a705 10350 6  ， 将以上数值带入得： 664 1 0 0 .1 6 142 7 0 1 0 mm 。 又考虑缸筒壁厚  与内 径之比： 1 4 10 .0 91 6 0 1 0D   。 符合我们的设计要求。 考虑安全因素，我们取安全系数 n=，得： 1 4 1 .3 1 8 .2 mm    ， 最后我们取 20mm。 （二）假设 D 大于 110 ，壁厚按厚壁强度及公式计算： 14       PPD  （ 34）  7 1 .60 .0 8 16 4 .8  4mm 因为 4 160D 小于 110与假设矛盾，所以此液压缸为薄壁缸。 我们取 20mm 缸筒壁厚的校核 因为 max 10P MPa ，由公式： max2 SPD  (35) 式中： D—— 表示液压缸的内径； S —— 表示缸筒材料的许应应力， bs  ，其中 b 抗拉强度，  为安全系数（一般 5 ）因为缸筒的材料为 Q235，查《机械设计手册》可知道：该材料的 Mpab 375 ； maxP —— 表示缸筒最高工作压力（ max 10P MPa ）。 综合以上具体数据和式子可得： max 52 SPD mm  所以液压缸的壁厚符合设计要求。 缸筒外径的确定 1 2 160 40 200D D m m     (36) 缸底厚度 1 因为设计时取平底液压缸，缸底与缸筒采用螺纹连接，所以缸底内径 15 mmDD 20202  。 spD  m a x21  (37) 式 中： 2D —— 表示缸底内径， b —— 表示缸底材料的许用应力， Mpa。 若选取 mmD 200 ， MP abs 705350  ， 则 61 64 1 00 . 5 0 . 2 2 47 0 1 0 mm   ， 考虑安全因素，我们取 1 30mm 。 最小导向长 度的确定 对单活塞液压缸，一般： 220 DlH  (38) 式中： L—— 活塞的最大工作行程； D：缸筒内径。 代入数据得： 9 0 1 6 0 8 4 .52 0 2H m m  ，取 150H mm。 液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算 活塞杆受轴向压力作用时，有可 能产生弯曲当此轴向力达到临界力 kP 时会出现压杆不稳定现象，临界值 kP 的大小与活塞杆长度与直径，以及缸的安装方式等因素有关。 只有当活塞杆的计算长度 10Ld 时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。 计算估算活塞杆的长度：初步定液压缸盖的厚度为 50mm ，则活塞杆的长度为：15 0 10 0 25 50 32 5L mm    。 16 液压缸的稳定验算 根据材料力学概念：一根受压的直杆，在其轴向负载 P 超过稳定临界力（或称极限力）kP 时 ,即失去原有直线状态下的平衡而丧失稳定 ,所以液压缸的稳定条件是 ： KKPP n (39) 式中 ： P—— 活塞杆的轴向最大压力 N ； kP —— 液压缸的稳定临界力 N ； kn —— 稳定性安全系数 ,一般取 nk =2～ 6。 液压缸的稳定临界力 kP 值与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度及其两端支承状况等因素有关。 一般在 Ld （ d。