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固定成型廢料打包機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著人類科技的飛速發(fā)展，金屬資源對(duì)于各國(guó)來(lái)說(shuō)也變得越加重要。對(duì)現(xiàn)有的金屬資源的過(guò)渡開(kāi)采和不合理的使用，造成了大量的金屬浪費(fèi)。這自然而然的引起了人們的擔(dān)憂，因而，廢金屬的回收再利用的課題也成了工業(yè)發(fā)展中必不可少的研究方向。
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是液壓缸和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型，金屬打包機(jī)液壓原理圖，電氣原理圖以及疊加閥的設(shè)計(jì)、選型。本設(shè)計(jì)中，主、側(cè)液壓缸為打包機(jī)提供壓縮動(dòng)力，替代了傳統(tǒng)的絲桿。主液壓缸安置在壓縮室后端面，側(cè)壓缸安置在壓縮室左側(cè)面。液壓缸的設(shè)計(jì)包括了缸筒、活塞、導(dǎo)向套、活塞桿等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及密封圈、防塵圈、活塞與缸筒、活塞桿密封方式的選型。壓縮室的設(shè)計(jì)主要是用來(lái)確定尺寸大小并且對(duì)其強(qiáng)度校核。本金屬打包機(jī)除了主、側(cè)液壓缸外，還有上蓋、鎖緊機(jī)構(gòu)、前門(mén)三個(gè)輔助液壓缸，它們分別控制著上蓋的閉合、鎖緊機(jī)構(gòu)的進(jìn)退、前門(mén)的開(kāi)合。
本設(shè)計(jì)完成了上述液壓缸和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型，金屬打包機(jī)液壓原理圖、電氣原理圖以及疊加閥設(shè)計(jì)選型。整個(gè)打包機(jī)不但制造成本低，而且企業(yè)的廣泛需要，擁有很好的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：廢舊鋼材；金屬打包機(jī)；液壓；PLC
I
Design of fixed forming waste Packer
Abstract
With the rapid development of science and technology, industrial production has become an inevitable trend of the development of automation. Metal resources is also becoming increasingly important for countries. The transition of the existing metal resources mining and unreasonable use of, and are responsible for a large number of metal waste. This naturally caused concern, therefore, scrap metal recycling project has become essential to industrial development and the research direction. The design of the hydraulic metal baling press use hydraulic pressure to compress with packaging, metal scrap has a certain size, convenient transportation, recycling and recycled scrap metal, in order to put into production again. So greatly improve the utilization rate of the metal, the process of the waste is in a certain extent, ease the intense demand for metal resources.
The main content of this design is the design of the hydraulic cylinder and institutions, selection, metal baling press hydraulic principle diagram, electrical principle diagram and superposition valve design, type selection. In this design, the main hydraulic cylinder, side provide compression power for packing machine, replacing the conventional screw. The main hydraulic cylinder face after placed in the compression chamber, lateral pressure cylinder placed in the left lateral compression chamber. The design of the hydraulic cylinder includes cylinder, piston, guide sleeve, piston rod etc. The design and calculation, and the sealing ring, dust ring, piston and cylinder, piston rod sealing mode selection. The design of the compression chamber is mainly to determine the size and intensity. This metal baling press in addition to the main hydraulic cylinder, side, and on the cover, locking mechanism, the front three auxiliary hydraulic cylinder, respectively control with lid closed, in a locking mechanism, the front door open and close. And three auxiliary cylinder and the main work, side two cylinder each cross movement.
This design completed the hydraulic cylinder and institutional design, selection, metal baling press hydraulic principle diagram, electrical schematic diagram and superposition valve design selection. Some of its operations to achieve automation, which improve labor efficiency, reduce labor intensity. The baling press not only manufacturing cost is low, and enterprise need to extensively, have good market prospects.
Key words: Waste steel；Metal baling press；hydraulic press；PLC
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 引言 1
1.1 課題研究背景 1
1.1.1 金屬打包機(jī)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位 1
1.1.2 金屬打包機(jī)的原理及基本要求 1
1.1.3 液壓傳動(dòng)打包機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 3
1.1.4 我國(guó)液壓打包機(jī)的應(yīng)用及展望 3
1.1.5 我國(guó)廢金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模及現(xiàn)狀 4
1.1.6 我國(guó)廢鋼加工設(shè)備前景展望 5
1.2 課題研究的意義 6
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 6
1.3.1 研究解決的問(wèn)題 6
1.3.2 整體設(shè)計(jì)方法 7
1.4 本章小結(jié) 8
2 打包機(jī)主體的設(shè)計(jì)分析 9
2.1 打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
2.1.1 打包機(jī)的運(yùn)動(dòng) 9
2.1.2 打包機(jī)的總布局 9
2.2 打包機(jī)壓縮室的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 11
2.2.1 壓頭的強(qiáng)度校核 11
2.2.2 壓縮室的設(shè)計(jì) 11
3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)動(dòng)力源的選擇 14
3.1 電機(jī)的選擇 14
3.2 各級(jí)傳動(dòng)比的確定 14
3.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 14
3.3.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速 14
3.3.2 各軸輸入功率 15
3.3.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 15
4 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 16
4.1 設(shè)計(jì)功率 16
4.2 選擇帶型 16
4.3 確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑 16
4.4 驗(yàn)算帶速 17
4.5 V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距 17
4.6 驗(yàn)算小帶輪包角 17
4.7 V帶根數(shù) 17
4.8 作用在帶輪軸上的壓力 18
4.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 19
5.1 選擇材料 19
5.2 齒數(shù)選擇 20
5.3 受力分析 21
6 鏈輪的設(shè)計(jì) 22
6.1 鏈輪齒數(shù) 22
6.2 鏈條節(jié)數(shù) 22
6.3 計(jì)算功率 23
6.4 鏈條節(jié)距 23
6.5 實(shí)際中心距 23
6.6 計(jì)算鏈速 23
6.7 作用在軸上的壓力 23
7 軸的設(shè)計(jì) 25
7.1 材料的選擇 25
7.2 軸上元件的定位 26
7.3 軸的強(qiáng)度校核 28
8 打包機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
8.1 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 30
8.2 液壓系統(tǒng)工況分析 30
8.2.1 分析系統(tǒng)工況 30
8.2.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 30
8.3 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 32
8.3.1 確定供油路線 32
8.3.2 液壓回路的設(shè)計(jì) 32
8.3.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 33
8.3.4 液壓系統(tǒng)原理圖的分析設(shè)計(jì) 33
8.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選定 36
8.4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 36
8.4.2 選擇液壓元件 41
9 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46
9.1 PLC的概述 46
9.1.1 PLC的起源 46
9.1.2 PLC的功能 46
9.1.3 可編程控制器的定義 47
9.1.4 可編程控制器的分類 47
9.2 PLC控制器的選擇 48
9.3 系統(tǒng)控制要求 49
9.4 I/O點(diǎn)數(shù)的確定 49
9.5 畫(huà)電氣原理圖 50
結(jié)束語(yǔ) 52
參考文獻(xiàn) 53
外文文獻(xiàn) 55
中文翻譯 60
致 謝 66
1 引言
1.1 課題研究背景
1.1.1 金屬打包機(jī)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位
金屬打包機(jī)的作用——金屬打包機(jī)是金屬回收機(jī)械中的主要種類之一。它的功能是將機(jī)械工業(yè)的余廢料、即一定厚度下的邊角余料，線材、切削及小型薄壁金屬容器、包裝物、小型構(gòu)架，廢舊金屬生活制品等物料，擠壓成具有一定規(guī)格和緊密度的束塊，便于運(yùn)輸和回爐冶煉。
金屬打包機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各工業(yè)部門(mén)的金屬下腳料及生活用金屬制品的廢棄物都日益增多，這無(wú)疑將會(huì)對(duì)人類環(huán)境產(chǎn)生污染:另方面人類社會(huì)的不斷消耗，各類礦物資源也會(huì)逐漸減少。如何利用金屬?gòu)U棄物，即防止污染，又變廢為寶，資源永續(xù)成為一個(gè)重要的研究課題擺在人類面前。
1.1.2 金屬打包機(jī)的原理及基本要求
金屬打包的基本原理就是利用金屬材料在外力作用下，能產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì)，給金屬材料以足夠的、能聚集并產(chǎn)生永久形變的外力，從而形成緊密的束塊。所以，不能產(chǎn)生塑性變形，或塑性變形很小的金屬，便不能直接進(jìn)行打包處理。如高碳鋼、工具鋼、鋼絲繩及鑄鐵等，就不能直接裝機(jī)進(jìn)行打包。
金屬打包的基本要求：(1)要有足夠的擠壓力。能使被處理的金屬材料產(chǎn)生塑性變形束塊，并使被束塊達(dá)到一定要求的密度。(2)要有一個(gè)能容納金屬物料、并能封閉起來(lái)承受擠壓力的料箱。在滿足這兩項(xiàng)基本要求的前提下，又根據(jù)不同的應(yīng)用要求和不同的處理對(duì)象，就產(chǎn)生了許多不同類型的金屬打包機(jī)。金屬打包機(jī)的工作原來(lái)，就是在一個(gè)封閉的料箱內(nèi)，使用工作力推動(dòng)壓頭對(duì)金屬物料進(jìn)行擠壓，使金屬物料形成一定尺寸和密度的束塊。
廢金屬是指冶金工業(yè)、金屬加工工業(yè)丟棄的金屬碎片、碎屑，以及設(shè)備更新報(bào)廢的金屬器物等，還包括城市垃圾中回收的金屬包裝容器和廢車(chē)輛等金屬物件。
廢金屬也是一種資源，世界各國(guó)均有專門(mén)單位經(jīng)營(yíng)回收利用廢金屬業(yè)務(wù)。回收的廢金屬主要用于回爐冶煉轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕饘?，部分用?lái)生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備或部件、工具和民用器具。
廢金屬是指暫時(shí)失去使用價(jià)值的金屬或合金制品，一般的廢金屬都含有有用的金屬或者有害的元素。所有的金屬材料都來(lái)自于金屬礦產(chǎn)資源。
由于礦產(chǎn)資源有限且不可再生，隨著人類的不斷開(kāi)發(fā)，這些資源在不斷的減少，資源短缺必然成為人類所需要直接面臨的一個(gè)局勢(shì)。
金屬制品使用過(guò)程中的新舊更替現(xiàn)象是必然的，由于金屬制品的腐蝕、損壞和自然淘汰，每年都有大量的廢舊金屬產(chǎn)生。如果隨意棄置這些廢舊金屬，既造成了環(huán)境的污染，又浪費(fèi)了有限的金屬資源。
有人曾做過(guò)這樣的估算：回收一個(gè)廢棄的鋁質(zhì)易拉罐要比制造一個(gè)新易拉罐節(jié)省20%的資金，同時(shí)還可節(jié)約90%～97%的能源?；厥?t廢鋼鐵可煉得好鋼0.9t，與用礦石冶煉相比，可節(jié)約成本47%，同時(shí)還可減少空氣污染、水污染和固體廢棄物。可見(jiàn)，樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展的觀念、加強(qiáng)垃圾的分類處理、回收并循環(huán)利用廢舊金屬有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
廢金屬作為一種再生資源，在礦產(chǎn)資源日益緊缺的背景下，地位日漸突出。我國(guó)雖然地緣遼闊，但有色金屬資源并不足夠豐富，需要進(jìn)口來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，我國(guó)廢金屬的利用率卻相對(duì)較低，隨著各種廢金屬回收技術(shù)水平的不斷提高，廢金屬的利用率將得到穩(wěn)步提升?！笆濉逼陂g，我國(guó)共產(chǎn)粗鋼15.4億噸，消耗廢鋼2.39億噸，為鋼產(chǎn)量的21%，也就是說(shuō)有21%的鋼是用廢鋼冶煉的，而世界平均水平為40%至50%，差距較大，意味著我國(guó)廢鋼資源的應(yīng)用潛力還很大。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬需求持續(xù)增長(zhǎng)。中國(guó)有色金屬產(chǎn)量連續(xù)幾年位居全球首位，成為有著巨大產(chǎn)量和消費(fèi)量的國(guó)家。
幾乎所有的打包機(jī)都是一個(gè)原理：使要加工的材料在不被破壞的條件下，經(jīng)過(guò)設(shè)備的壓縮、打包，讓原本散亂、占空間大的材料變成統(tǒng)一規(guī)格的小體積、比重大且容易集裝回收與運(yùn)輸?shù)陌鼔K。打包機(jī)目前分為金屬和非金屬打包機(jī)這兩種。本次設(shè)計(jì)選擇適用于各種金屬及其相應(yīng)制品材料的和打包。在本文中，包裝機(jī)的設(shè)計(jì)屬于前者，廢金屬經(jīng)過(guò)打包壓縮后可以降低回收的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
工業(yè)進(jìn)程的飛速發(fā)展，使得廢金屬的量大大的增加，所謂的廢金屬包括廢包裝物、邊角余料、切屑、線材等等一些不可直接再進(jìn)行生產(chǎn)的金屬物料。
而現(xiàn)在，小部分的廢金屬加工設(shè)備只在大型的冶金企業(yè)中才具備，其余大部分的廢金屬加工設(shè)備服務(wù)于再生資源回收利用公司或者基層回收站。也就是說(shuō)雖然金屬資源的過(guò)度浪費(fèi)雖然引起了國(guó)內(nèi)企業(yè)的擔(dān)憂，但還是沒(méi)有引起足夠的重視[2]。
對(duì)比國(guó)外，我過(guò)的打包機(jī)機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量和種類上都比較少。國(guó)外的打包機(jī)機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)走上節(jié)能、智能和高等科技化的道路。而國(guó)內(nèi)從引進(jìn)廢金屬打包機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)有20余年，打包機(jī)械的發(fā)展仍沒(méi)有跟上工業(yè)進(jìn)程的步伐。在科技發(fā)展過(guò)程中，金屬打包產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨向勢(shì)必是：
(1)高效化
(2)機(jī)電一體化
(3)自動(dòng)化、智能化
從現(xiàn)有的信息，目前擁有和使用的金屬包裝機(jī)分為兩類：螺桿驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，刪除簡(jiǎn)單和替換的機(jī)器。現(xiàn)在，絲桿傳動(dòng)的金屬打包機(jī)幾乎已經(jīng)從市場(chǎng)上淘汰掉了，這是由于絲桿傳動(dòng)跟摩擦壓機(jī)的某些缺點(diǎn)一樣，而且絲桿傳動(dòng)的絲桿要求精度高，這將致使絲桿傳動(dòng)不能較好地發(fā)展；而用液壓傳動(dòng)的金屬打包機(jī)則具備了上述絲桿傳動(dòng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，用液壓傳動(dòng)的打包機(jī)傳遞壓力大、工作效率高、速度能夠自動(dòng)控制等。
1.1.3 液壓傳動(dòng)打包機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
液壓打包機(jī)之所以發(fā)展迅速在于有許多其它傳動(dòng)方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，而這些優(yōu)點(diǎn)又正適應(yīng)金屬的物料打包工作需要。這些優(yōu)點(diǎn)是:
(1)、很容易得到大壓力，能在工作行程的任何位置進(jìn)行滿負(fù)載的擠壓工作。金屬物料變形穩(wěn)定，擠壓出的束塊密度高。
(2)、能容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，即壓頭在低壓力時(shí)能快速行動(dòng)，高壓力時(shí)慢速行動(dòng)。所以節(jié)省功率，提高效率，亦有利于金屬物料的變形。
(3)、工作時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。機(jī)器的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占地面積小。
(4)、容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。在額定壓力下，可隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力的大小，即能保護(hù)設(shè)備的安全，操作也方便。
(5)、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(6)、功率損失小，節(jié)省能源。標(biāo)準(zhǔn)化程度高，液壓元件容易更換。
1.1.4 我國(guó)液壓打包機(jī)的應(yīng)用及展望
我國(guó)液壓打包機(jī)的研制應(yīng)用起步于上世紀(jì)80年代中期。原國(guó)家計(jì)委在發(fā)展中國(guó)鋼鐵工業(yè)中把廢鋼鐵回收加工列入節(jié)能項(xiàng)目，宏觀政策上鼓勵(lì)發(fā)展。當(dāng)時(shí)由商業(yè)部和國(guó)家物資局從捷克斯洛伐克、日本、美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)等組織引進(jìn)了部分廢鋼打包機(jī)。首先在京、津、滬等大中城市應(yīng)用。然后通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，技術(shù)合作等形式逐步形成了我國(guó)廢金屬加工設(shè)備生產(chǎn)體系。那時(shí)，中國(guó)仍然以計(jì)劃經(jīng)濟(jì)為主，市場(chǎng)調(diào)節(jié)為輔。隸屬于機(jī)械工業(yè)部的宜昌機(jī)屬工業(yè)公司責(zé)無(wú)旁貸地承擔(dān)了引進(jìn)設(shè)備的技術(shù)吸收轉(zhuǎn)化和國(guó)產(chǎn)設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)等生產(chǎn)任務(wù)，并為我國(guó)液壓系列廢金屬加工設(shè)備的推廣應(yīng)用做出了歷史性貢獻(xiàn)。90年代后，隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展完善，廢鋼加工設(shè)備研制生產(chǎn)企業(yè)逐步向長(zhǎng)江流域和華東地區(qū)轉(zhuǎn)移，江蘇華宏科技股份有限公司(原江陰市液壓機(jī)械廠)就應(yīng)運(yùn)而生了。常熟市鍛壓機(jī)床有限公司，武漢供銷(xiāo)機(jī)械廠，寧波非標(biāo)設(shè)備廠等也都生產(chǎn)了一定數(shù)量的廢金屬加工設(shè)備。
1.1.5 我國(guó)廢金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模及現(xiàn)狀
據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，自“九五”時(shí)期以來(lái):我國(guó)年均生產(chǎn)各種廢鋼加工設(shè)備在4400~5300臺(tái)(件)，21世紀(jì)后年均產(chǎn)量有了較大增長(zhǎng)，這與我國(guó)鋼鐵蓄積量“十五”時(shí)期大幅增長(zhǎng)的情形相同。其中大型廢鋼加工設(shè)備( 包括抓鋼機(jī))多數(shù)服務(wù)于大型冶金企業(yè)，其所占比例較小，大約在10% ~15%。而中小型廢鋼加工設(shè)備一般使用在再生資源回收利用公司和基層回收站，約占設(shè)備總量的85%~90%。近些年有色金屬和不銹鋼企業(yè)發(fā)展迅猛，爐前選用廢金屬打包機(jī)加工原料的日見(jiàn)增多。江蘇華宏科技股份有限公司是我國(guó)專業(yè)生產(chǎn)廢鋼加工設(shè)備的新興力量。“九五” 時(shí)期共計(jì)生產(chǎn)廢金屬加工設(shè)備3800余臺(tái)(件)，產(chǎn)值達(dá)16780萬(wàn)元?！笆濉?期間生產(chǎn)各類廢鋼加工設(shè)備14895臺(tái)(件)，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售80513余萬(wàn)元，占據(jù)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)分額。2006年1月至2007年6月，江蘇華宏又生產(chǎn)出各類廢金屬加工設(shè)備5667臺(tái)(件)，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售達(dá)42880萬(wàn)元，18個(gè)月的產(chǎn)量和產(chǎn)值約占“十五”時(shí)期的38%和53.26%。江蘇華宏自“九五”時(shí)期至今，一共累計(jì)生產(chǎn)各類廢加工設(shè)備24362臺(tái)(件)。華宏設(shè)備以占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額50%計(jì)，全國(guó)同期應(yīng)有廢金屬加工設(shè)備總數(shù)為48724臺(tái)(件) ;若以40%計(jì)則全國(guó)同期設(shè)備總數(shù)為60905臺(tái)(件)，約相當(dāng)于年產(chǎn)5 300臺(tái)(件)。若含抓鋼機(jī)，冶金渣破碎機(jī)及研磨設(shè)備等，廢鋼加工設(shè)備總數(shù)應(yīng)在50000~62000臺(tái) (件)左右。當(dāng)然這只是理論推導(dǎo)值，尚不包括報(bào)廢折舊部分，也未計(jì)進(jìn)口和出口部分。
從上世紀(jì)80年代后期引進(jìn)國(guó)外廢鋼打包機(jī)至今已有20余年。中國(guó)加入世貿(mào)組織也已多年，世界經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程不斷加快，而我國(guó)液壓打包機(jī)的研制現(xiàn)狀仍有許多令人不滿意的地方。
新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的動(dòng)力、財(cái)力不足。目前在企業(yè)中設(shè)有科研所的只有湖北力帝和江蘇華宏。在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，企業(yè)只能以贏利為目的，而國(guó)家和政府又沒(méi)有科研經(jīng)費(fèi)投入，這個(gè)領(lǐng)域似乎成了被人遺忘的角落。經(jīng)久耐用、簡(jiǎn)單可行的設(shè)備受歡迎。廢鋼回收加工，北方稱之為收破爛兒，南方叫收廢品，一般的人不愿意干。當(dāng)然在循環(huán)經(jīng)濟(jì)，節(jié)能環(huán)保等新概念的沖擊下，人們的觀念有所改變。中國(guó)的傳統(tǒng)是勤儉節(jié)約，投入少產(chǎn)出多，特別是廢鋼加工設(shè)備只要求簡(jiǎn)單易用，不歡迎復(fù)雜奢侈。所以20多年后的今天，廢鋼打包機(jī)仍是老面孔，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)并不多見(jiàn)。集打包、剪切功能為一身的液壓打包機(jī)國(guó)內(nèi)尚無(wú)批量生產(chǎn)。
1.1.6 我國(guó)廢鋼加工設(shè)備前景展望
我國(guó)廢鋼加工設(shè)備的指研制設(shè)計(jì)和生產(chǎn)與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，特別是與冶金工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。我國(guó)“十三五”期間的GDP年均增長(zhǎng)在7%~8%，2018年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量將超過(guò)5.3億噸，國(guó)內(nèi)鋼材需求總量將達(dá)到4.8億噸以上，屆時(shí)一年需廢鋼將達(dá)8000萬(wàn)到9000萬(wàn)噸。
(1) .廢鋼加工設(shè)備的數(shù)量、質(zhì)量均呈增長(zhǎng)提高狀態(tài)
在廢鋼供應(yīng)環(huán)節(jié)中，國(guó)家鼓勵(lì)批量采購(gòu)，集中加工，統(tǒng)-一配送。對(duì)鋼鐵企業(yè)則鼓勵(lì)精料入爐，積極開(kāi)展資源的綜合利用。2007 年鋼鐵行業(yè)將節(jié)能1 700萬(wàn)噸標(biāo)煤，減排二氧化硫9萬(wàn)噸，節(jié)水3億噸。隨著“鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策”的全面落實(shí)，隨著廢鋼加工配送體系的逐步推廣建立，需要加工的廢鋼將逐年增加，所以社會(huì)對(duì)廢鋼加工設(shè)備的質(zhì)量，數(shù)量都將有新的要求。
(2).各種類型的廢鋼加工設(shè)備將協(xié)同發(fā)展
由于我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，將長(zhǎng)期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。以冶金工業(yè)為例:全國(guó)鋼鐵企業(yè)中有寶鋼、武鋼，鞍鋼等現(xiàn)代化的大型鋼鐵企業(yè)，也有像南京，杭州、濟(jì)南等準(zhǔn)現(xiàn)代化企業(yè)，甚至還有像加興、遂昌、錫興等“第三世界”的企業(yè)。由于各自的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不同，選擇廢鋼加工設(shè)備自然是量力而行，各取所需。同樣對(duì)于各種類型的再生資源企業(yè)，對(duì)于廢鋼回收加工供應(yīng)企業(yè)采購(gòu)廢鋼加工設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)是千差萬(wàn)別的。所以在“十一五”時(shí)期，各種類型的廢鋼加工設(shè)備(含進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)、大、中、小等)仍將共同存在、共同繁榮、和諧發(fā)展。
(3).綜合加工設(shè)備、一機(jī)多能設(shè)備將更受青睞
社會(huì)需要自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，具有生產(chǎn)流水線形式的廢鋼綜合加工設(shè)備，對(duì)一機(jī)多能設(shè)備將更受青睞。如韓國(guó)大模技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DMS系列金屬打包機(jī)可360度自由旋轉(zhuǎn)且功率大，適合大鋼廠料場(chǎng)作業(yè);詹陽(yáng)動(dòng)力重工公司生產(chǎn)的履帶式液壓抓鋼機(jī)附帶電磁吸盤(pán)和散料抓斗，-機(jī)多用深受鋼鐵企業(yè)迎。意大利考爾瑪公司的液壓打包剪切機(jī)系列產(chǎn)品，具有打包和剪切的雙重功能，是廢鋼加工設(shè)備的發(fā)展方向。建議中國(guó)廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會(huì)和廢鋼加工設(shè)備委員會(huì)組織力量開(kāi)展全國(guó)范圍廢鋼加工設(shè)備產(chǎn)量、產(chǎn)值以及生產(chǎn)能力調(diào)查，包括各類生產(chǎn)企業(yè)、工程技術(shù)人員，產(chǎn)品銷(xiāo)售地域等等。以普查為基礎(chǔ)，組織行業(yè)專家制定廢鋼加工設(shè)備“十三五”規(guī)劃，并配合質(zhì)檢等部門(mén)推行廢鋼加工設(shè)備產(chǎn)、銷(xiāo)售許可證制度，使全行業(yè)逐步升級(jí)換代，規(guī)范有序。
1.2 課題研究的意義
留意我們的周邊環(huán)境，容易覺(jué)察到，各個(gè)企業(yè)工廠的金屬?gòu)U料和日常生活中遺棄的金屬制品都日益增加，這是工廠企業(yè)在飛速發(fā)展和人們生活質(zhì)量越來(lái)越高的原因。然而，這自然就給我們的周?chē)沫h(huán)境和社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)舉足輕重的影響。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，許多礦產(chǎn)資源也將慢慢減少。因此，怎樣處理金屬?gòu)U料，不僅要杜絕對(duì)環(huán)境的破壞，還要廢物回收利用，可持續(xù)的資源發(fā)展，就變成我們的重點(diǎn)研究和方向。打包機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可替代的作用，這是因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)對(duì)金屬?gòu)U料的打包回收再利用，前景開(kāi)闊。
上述是從基本的意義上出發(fā)的，變廢為寶、資源再利用是必須要的。但是，我們現(xiàn)在面臨更多的是如何讓回收的成本降得更低，回收的效率提得更高?，F(xiàn)在國(guó)外的打包機(jī)正在朝著智能、自動(dòng)、高效化發(fā)展。國(guó)內(nèi)對(duì)新產(chǎn)品的研究的缺乏動(dòng)力、財(cái)力使得現(xiàn)今的打包機(jī)技術(shù)處于落后的不良狀況。日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)讓企業(yè)的自主研究成果無(wú)法讓大眾分享，而相關(guān)部門(mén)又沒(méi)有科研經(jīng)費(fèi)的投入。讓這一領(lǐng)域的空白沒(méi)法填補(bǔ)。
根據(jù)上述的情形，本文研究設(shè)計(jì)的金屬打包機(jī)與過(guò)去的打包機(jī)相比，是具有一定研究意義的。
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介
1.3.1 研究解決的問(wèn)題
傳統(tǒng)的包裝機(jī)械設(shè)備包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)以及工作機(jī)構(gòu)。機(jī)器運(yùn)動(dòng)的能源來(lái)自動(dòng)力系統(tǒng)；而機(jī)器的運(yùn)行是靠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；然而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是為了讓動(dòng)力源滿足運(yùn)行機(jī)構(gòu)對(duì)速度、力和其他運(yùn)行功能要求的裝置。
1）初始數(shù)據(jù)：
（1）公稱推力：1150KN
（2）壓縮室尺寸：1100×650×550mm
（3）包塊尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：（240-350）×250×250mm
（4）包塊密度：≥ 1800kg/m3
（5）生產(chǎn)效率：30t/h
1.3.2 整體設(shè)計(jì)方法
1）金屬打包機(jī)主體的設(shè)計(jì) ：
（1）打包機(jī)機(jī)體的設(shè)計(jì)
（2）壓縮室的設(shè)計(jì)：
①壓縮室的尺寸設(shè)計(jì)
②進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核
2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
（1）液壓泵的選擇
（2）提供能實(shí)現(xiàn)足夠流量以及壓力適當(dāng)?shù)囊簤河捅卯?dāng)中液壓源的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)
（3）液壓缸及控制油路的設(shè)計(jì)：
要求能實(shí)現(xiàn)如下工作過(guò)程：?jiǎn)?dòng)后，上蓋缸自動(dòng)合上→鎖緊機(jī)構(gòu)鎖上→主缸快進(jìn)達(dá)到一定位置后切換為工進(jìn)→當(dāng)主缸壓力達(dá)到一定值后，主缸保壓→側(cè)缸快進(jìn)，達(dá)到一定行程后切換為工進(jìn)→當(dāng)側(cè)缸壓力達(dá)到一定值后，側(cè)缸保壓→保壓一定時(shí)間后，主缸泄壓，側(cè)缸回到起始位置→鎖緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)→上蓋打開(kāi)→前門(mén)打開(kāi)→主缸將包塊推出壓縮室→主缸快退回到初始位置→前門(mén)關(guān)上→進(jìn)行下一次填料。
（4）輔助裝置的確定：
采用以上提到的各個(gè)部位相互連接通道和接口。
3）旋轉(zhuǎn)打包機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：
（1）動(dòng)力源選擇
（2）帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（3）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（4）鏈輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（5）軸的設(shè)計(jì)
4）單片機(jī)的控制線路設(shè)計(jì)以及編程
（1）液壓原理圖的設(shè)計(jì)
（2）選擇單片機(jī)的控制器
在選好了對(duì)應(yīng)單片機(jī)和操作對(duì)象后，實(shí)現(xiàn)下面幾個(gè)操控過(guò)程：
① 上蓋打開(kāi)，填入待加工的金屬?gòu)U料；
② 上蓋合上，用鎖緊機(jī)構(gòu)來(lái)鎖住上蓋；
③ 主缸快進(jìn)，一定行程后工進(jìn)，到一定壓力后保壓；
④ 側(cè)缸同主缸；
⑤ 主缸泄壓，鎖緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)，上蓋和前門(mén)都打開(kāi)；
⑥ 主缸快進(jìn)，把包塊由前門(mén)送到壓縮室；
⑦ 主缸快退，前門(mén)關(guān)上，等候下一次填料并且進(jìn)行包裝。
1.4 本章小結(jié)
根據(jù)市場(chǎng)需要和制造能力，完成打包機(jī)的研發(fā)和制造。要求可以達(dá)到步驟準(zhǔn)確，工作安全、便于維護(hù)、并能使所設(shè)計(jì)的打包機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、性能穩(wěn)定的目標(biāo)，液壓系統(tǒng)應(yīng)用了PLC控制，控制容易、便捷，可以很好的實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的需求，加工工藝很好。
2 打包機(jī)主體的設(shè)計(jì)分析
主要任務(wù)就是進(jìn)行打包機(jī)的外形設(shè)計(jì)以及確定輔缸及主缸壓包輸出包的運(yùn)作形式，并且對(duì)涉及的部位受力分析。
2.1 打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
打包機(jī)的機(jī)體設(shè)計(jì)最基本的任務(wù)就是確定合適的機(jī)體結(jié)構(gòu)，并且從初始的數(shù)據(jù)出發(fā)，選擇合理的結(jié)構(gòu)和大小，最后設(shè)計(jì)出符合條件的壓縮室。因此，對(duì)于液壓金屬打包機(jī)的推送壓縮塊運(yùn)做程序的分析，是實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的必要條件。
2.1.1 打包機(jī)的運(yùn)動(dòng)
打包機(jī)運(yùn)動(dòng)程序如下：
1）填料后上蓋關(guān)閉，用鎖緊機(jī)構(gòu)來(lái)鎖緊上蓋，防止上蓋被頂開(kāi)。
2）主缸壓頭加速前進(jìn)，達(dá)到設(shè)置的行程后切換為工進(jìn)。直到廢棄金屬打包成包塊且等于包塊長(zhǎng)度為止，此時(shí)主缸保壓。
3）主缸保壓時(shí)，側(cè)缸快進(jìn)，達(dá)到一定位置時(shí)切換為工進(jìn)。當(dāng)廢棄金屬打包成包塊到達(dá)包塊設(shè)定的寬度位置后側(cè)缸保壓。
4）包塊打包完成后，鎖緊機(jī)構(gòu)就回到原來(lái)的地方，上蓋打開(kāi)。
5）打開(kāi)前門(mén)，主壓頭快速前進(jìn)，將包塊由壓機(jī)前端推出壓縮室，主推頭快退回到初始位置。
6）前門(mén)關(guān)閉，馬上進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)并且加料。
2.1.2 打包機(jī)的總布局
1)主機(jī)部分。
側(cè)缸系統(tǒng)要放在壓縮室側(cè)面，在機(jī)體上水平放置主缸系統(tǒng)，前門(mén)系統(tǒng)與主缸系統(tǒng)相互垂直，上蓋缸系統(tǒng)放在主缸上面，鎖緊機(jī)構(gòu)放在上蓋上方，這就是主機(jī)部分。根據(jù)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可分為：
（1）機(jī)體
機(jī)體是由幾大塊構(gòu)件拼湊起來(lái)的，它有固定的位置以及形式，不需要調(diào)節(jié)修定，因此安裝和拆卸都比較簡(jiǎn)單。使用中也不容易損壞。
（2）上蓋缸系統(tǒng)
上蓋缸系統(tǒng)是由上蓋缸及上蓋組成。當(dāng)填料結(jié)束后，上蓋在上蓋缸的推動(dòng)下，扣住前門(mén)上端，此時(shí)上蓋平行于壓縮室底板，底板到上蓋下端面的距離就是包塊的高度。上蓋也是由幾塊部件構(gòu)建而出的，因此需要焊接加強(qiáng)筋。鎖緊機(jī)構(gòu)就放置于上蓋的上端面。
（3）鎖緊系統(tǒng)
其主要作用是通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)的銷(xiāo)將上蓋跟前門(mén)擋板連在一起。防止壓機(jī)打包廢料的時(shí)候由于過(guò)大的壓力從而將上蓋頂起，造成事故。上蓋上裝有鎖緊機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可以將鎖緊機(jī)構(gòu)的銷(xiāo)軸導(dǎo)入到前門(mén)擋板上的銷(xiāo)孔內(nèi)。銷(xiāo)軸要經(jīng)過(guò)前門(mén)，為了防止由于物料的干擾使得銷(xiāo)軸無(wú)法導(dǎo)入到前門(mén)擋板的銷(xiāo)控內(nèi)，故需加大前門(mén)上的孔道，讓銷(xiāo)軸安全通過(guò)。
（4）主缸、側(cè)缸系統(tǒng)
主缸、側(cè)缸系統(tǒng)是由主缸體總成、圓螺母和主壓頭等組成，它就是用來(lái)對(duì)松散的物料進(jìn)行打包壓縮，使它達(dá)到一定的密度，將物料壓縮到包塊要求的寬度后保壓然后由側(cè)缸系統(tǒng)進(jìn)行下一步壓縮。當(dāng)主缸把包塊壓縮到設(shè)定的尺寸后就停止。側(cè)缸系統(tǒng)跟主缸系統(tǒng)一致，側(cè)缸系統(tǒng)控制著包塊的長(zhǎng)度。
（5）出料門(mén)系統(tǒng)
出料門(mén)系統(tǒng)是由出前門(mén)輔助缸總成、料門(mén)、支座及其它主要零部件構(gòu)成。它的功能就是當(dāng)壓縮塊壓縮成形時(shí)，把出料門(mén)打開(kāi)，把金屬壓縮塊從門(mén)洞口移出。因?yàn)槌隽祥T(mén)是和高壓室在一起，直接承接從主缸來(lái)的擠壓力，所以運(yùn)行過(guò)程中要確保開(kāi)門(mén)之前的主缸體的卸壓得步驟以及泄壓的時(shí)間要求，不然就會(huì)導(dǎo)致門(mén)無(wú)法正常打開(kāi)或者部件損壞。
2）動(dòng)力系統(tǒng)
動(dòng)力系統(tǒng)放在機(jī)械后半部分。本次設(shè)計(jì)只是對(duì)這部分做一個(gè)說(shuō)明，并不做主要設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由下列部分組成：
（1）油箱部分
（2）油泵—電機(jī)組
（3）控制閥組
（4）管路系統(tǒng)
（5）操縱箱
操縱箱作為機(jī)械的電路控制中心，機(jī)械的主要電氣元件均置于柜內(nèi)[6]。這項(xiàng)在這邊只進(jìn)行說(shuō)明，在本次設(shè)計(jì)中不進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
圖2.1 打包機(jī)總裝圖
2.2 打包機(jī)壓縮室的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核
本章節(jié)重點(diǎn)的校核對(duì)象是壓縮室門(mén)板以及壓頭。
2.2.1 壓頭的強(qiáng)度校核
因?yàn)閴侯^是開(kāi)口銷(xiāo)連接式厚度是100mm的壓板，其功能是用來(lái)承接擠壓應(yīng)力，在壓縮過(guò)程中，它承接的擠壓應(yīng)力可幾乎為零故而不進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.2.2 壓縮室的設(shè)計(jì)
壓縮室的尺寸設(shè)計(jì)：
按照要求，打包壓縮后的金屬包塊的體積是（0.240~0.35）×0.250×0.250m3 ，且初定壓縮室的尺寸大小是：1.100×0.650×0.550m3，為了縮短主液壓缸的有效工作行程，故而確定廢棄金屬包塊的體積為0.30×0.250×0.250m3，且壓縮室的尺寸為0.80×0.650×0.550m3。
壓縮室使用厚度是（25~50）mm的鋼板焊接，材料是45#鋼，抗拉強(qiáng)度：=600（MPa）,屈服強(qiáng)度=355（MPa）由任務(wù)書(shū)可知壓縮時(shí)的推力是1150KN，壁厚選定為40mm。
表2.1 安全系數(shù)n
材料
靜載荷
交變載荷
沖擊載荷
不對(duì)稱
對(duì)稱
鋼
3
5
8
12
鐵
4
6
10
15
根據(jù)表2.1，選取安全系數(shù)n=5，則：
許用拉應(yīng)力：
=/n=120（MPa） （2-1）
許用壓應(yīng)力：
=/n=71（MPa） （2-2）
許用剪切應(yīng)力：
==69.28（MPa） （2-3）
活塞和壓縮室的擠壓強(qiáng)度。
[]=<[] （2-4）
壓縮室側(cè)壁和出包門(mén)相應(yīng)的剪切應(yīng)力.
<[] （2-5）
式中:
（2-6）
（2-7）
出包門(mén)和壓縮室側(cè)壁的拉壓應(yīng)力：
已知主液壓缸壓頭點(diǎn)處的剪力最大FC為1150KN
圖2-2 剪切強(qiáng)度圖
圖2-3 彎曲強(qiáng)度圖
（2-8）
（2-9）
（2-10）
求得最大彎矩Mmax為93437.5Nm,W為6.77,由公式2-8得：
13.8Mpa<[] （2-11）
滿足強(qiáng)度要求。
3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)動(dòng)力源的選擇
3.1 電機(jī)的選擇
由于包塊載體需要的扭矩不是很大，因而確定電機(jī)的功率為2.2kW。由于載體的轉(zhuǎn)速為64r/min，查表3-1可知：電機(jī)的型號(hào)為Y112M-6，可確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速為940r/min。
表3-1 Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)類型
額電功率/kW
滿載轉(zhuǎn)速
/（r/min）
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量/kg
Y90S-6
0.75
910
2.0
2.0
23
Y90L-6
1.1
910
2.0
2.0
25
Y100L-6
1.5
940
2.0
2.0
33
Y112M-6
2.2
940
2.0
2.0
45
Y132S-6
3
960
2.0
2.0
63
Y132M1-6
4
960
2.0
2.0
73
Y132M2-6
5.5
960
2.0
2.0
84
Y160M-6
7.5
970
2.0
2.0
119
Y160L-6
11
970
2.0
2.0
147
Y180L-6
15
970
1.8
2.0
195
3.2 各級(jí)傳動(dòng)比的確定
根據(jù)要求的轉(zhuǎn)速，有以下計(jì)算得：
（3-1）
確定各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比分別為：帶傳動(dòng)；第1級(jí)錐齒輪傳動(dòng)(減速裝置) ；第2級(jí)錐齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)。
3.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
3.3.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速
設(shè)連接從動(dòng)帶輪的軸為軸1，連接第1級(jí)錐齒傳動(dòng)的軸為軸2，連接主動(dòng)鏈輪的軸為軸3，連接從動(dòng)鏈輪的軸為軸4，其中從動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)速為，因?yàn)樾″F齒與從動(dòng)帶輪在同一根軸上，故小錐齒的轉(zhuǎn)速為；與小錐齒嚙合的錐齒的轉(zhuǎn)速為，主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為，從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為。
（3-2）
3.3.2 各軸輸入功率
設(shè)各軸的傳動(dòng)效率為；
（3-3）
3.3.3 各軸的轉(zhuǎn)矩
電機(jī)的轉(zhuǎn)矩
（3-4）
4 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖如圖4-1所示。
圖4-1 帶輪傳動(dòng)
4.1 設(shè)計(jì)功率
由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[28]中（以后用表均出自本書(shū)）表13-8得工況系數(shù),故
（4-1）
4.2 選擇帶型
根據(jù)由圖13-5查得選用V型帶傳動(dòng)。
4.3 確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑
由表13-9知，應(yīng)不小于75，現(xiàn)取，可得
（4-2）
由表13-9取
4.4 驗(yàn)算帶速
（4-3）
帶速在5~25m/s之間，合適。
4.5 V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距
初步選取中心距
（4-4） （4-5）
查表13-2，取
實(shí)際中心距
（4-6）
4.6 驗(yàn)算小帶輪包角
（4-7）
有上計(jì)算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。
4.7 V帶根數(shù)
由查表13-3得
由傳動(dòng)比查表13-5得
由查表13-7得，查表13-2得,由此可得
（4-8）
由上計(jì)算得出，V帶根數(shù)取為2。
4.8 作用在帶輪軸上的壓力
查表13-1得，故求得單根V帶的初拉力
（4-9）
作用在軸上的壓力為：
（4-10）
4.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪材料選擇HT150，由于，所以用腹板式結(jié)構(gòu)。查表13-10得：
由此可得
（4-11）
（4-12）
（4-13）
5 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
錐齒輪傳動(dòng)圖如圖5-1所示。
1.大錐齒輪3 2.大錐齒輪2 3.大錐齒輪1 4.小錐齒輪
圖5-1 錐齒傳動(dòng)圖
5.1 選擇材料
考慮減速器傳遞功率不大，所以齒面采用軟齒面。小齒輪齒1選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為197~286HBS。大齒輪齒2選用45鋼正火，齒面硬度為156~217HBS。傳動(dòng)精度為7級(jí)。由于齒3，齒4只起轉(zhuǎn)向，增扭作用，且兩齒轉(zhuǎn)速相同，故齒3，齒4材料，參數(shù)與齒2相同選用45鋼正火，齒面硬度為156~217HBS。傳動(dòng)精度為7級(jí)。
5.2 齒數(shù)選擇
設(shè)小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪齒數(shù)為取47
設(shè)模數(shù)則由表4-5可得：
分度圓錐角 （5-1）
解得；
分度圓直徑： （5-2）
齒頂高，齒根高，全齒高，頂隙
齒頂圓直徑
（5-3）
齒根圓直徑
（5-4）
外錐距：，齒寬：
齒頂角：
(5-5)
齒根角：
（5-6）
根錐角
（5-7）
頂錐角
（5-8）
齒寬系數(shù)
（5-9）
5.3 受力分析
圓周力
（5-10）
6 鏈輪的設(shè)計(jì)
如圖6-1所示，鏈傳動(dòng)示意圖。
圖6-1 鏈傳動(dòng)示意圖
6.1 鏈輪齒數(shù)
由軸3功率，傳動(dòng)比查表13-12得：
大鏈輪齒數(shù)
（6-1）
取，實(shí)際傳動(dòng)比
誤差遠(yuǎn)小于，故允許。
6.2 鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距得：
（6-2）
取鏈條節(jié)數(shù)為。
6.3 計(jì)算功率
由表13-13得：，故
（6-3）
6.4 鏈條節(jié)距
估計(jì)鏈傳動(dòng)工作于圖13-33所示曲線頂點(diǎn)的左側(cè)（即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞），由表13-13得
（6-4）
采用單排鏈，，故
（6-5）
由圖13-33查的當(dāng)時(shí)，12A鏈條能傳遞的功率為，故采用12A鏈條，節(jié)距。
6.5 實(shí)際中心距
設(shè)中心距可調(diào)。
6.6 計(jì)算鏈速
（6-6）
6.7 作用在軸上的壓力
由設(shè)得：
（6-7）
（6-8）
7 軸的設(shè)計(jì)
軸體二示意圖如圖7-1。
1.軸段1 2.軸段2 3.軸段3 4.軸段4 5.軸段5 6.軸段6 7.軸段7
圖7-1 軸的正視圖
動(dòng)力從電機(jī)傳出，由帶輪傳動(dòng)傳遞到軸1上，再經(jīng)由軸1上的錐齒由第一級(jí)錐齒傳動(dòng)傳遞到軸2上，由軸2上的錐齒經(jīng)過(guò)第二級(jí)錐齒傳動(dòng)傳遞到軸3上，再由軸3上的鏈傳動(dòng)傳遞到橡膠滾筒上，從而達(dá)到打包的作用。
7.1 材料的選擇
1.底軸承 2.頂軸承 3.軸2 4.軸3 5.軸1
圖7-2 軸的裝配及軸上零件圖
表7-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能
材料牌號(hào)
熱處理
毛坯直徑/mm
硬度
HBW
抗拉強(qiáng)度
MP MPa
屈服點(diǎn)
MP
彎曲疲勞極限
MP
扭轉(zhuǎn)疲勞極限
MP
許用靜應(yīng)力
MP
許用疲勞應(yīng)力
MP
備注
45
正火
25
610
360
260
150
244
173~200
應(yīng)用最廣泛
正火
回火
170~217
162~217
156~217
600
300
240
140
240
160~184
>100~300
580
290
235
135
238
156~180
>300~500
560
280
225
130
224
150~173
>500~750
540
270
215
125
216
143~165
調(diào)制
217~255
650
360
270
155
260
180~207
20Cr
滲碳
15
表面
56~62
HRC
850
550
375
215
340
208~250
淬火
30
650
400
280
260
260
155~186
回火
650
400
280
260
260
155~186
由于軸2上有齒輪，且轉(zhuǎn)矩較大，故由表7-1選軸2的材料為45號(hào)鋼，調(diào)制處理，HBS為217～255MPa，取210MPa。
7.2 軸上元件的定位
（1）擬定裝配方案：底軸承，錐齒輪2，頂軸承，錐齒輪2，軸承從兩端裝；然后整根軸裝入減速箱及頂箱內(nèi)。
（2）根據(jù)軸向定位要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
表7-2 幾種軸用材料的及A值
軸的材料
Q235，20
35
45
1Cr18Ni9Ti
12~20
20~30
30~40
15~25
A
160~135
135~118
118~107
148~125
現(xiàn)在計(jì)算軸的最小直徑，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得知計(jì)算軸的最小直徑的公式。軸的最下直徑為：
（7-1）
式中：——主動(dòng)滾筒最小直徑（）；
A——查表可知；
——傳遞的功率（）；
——軸的轉(zhuǎn)速（）。
由表7-1可知：，由前面計(jì)算可知，，將數(shù)據(jù)帶入式（7-1）得：
（7-2）
裝底軸承的地方軸徑最小，，其次是錐齒，,然后是安裝頂軸承的一段，，軸承預(yù)選圓柱滾子軸承，頂軸承選NU213E，底軸承選NUE206E。軸肩處直徑預(yù)選，齒2處軸肩直徑為，齒3處軸肩直徑為。
表7-3 軸承的一般參數(shù)
規(guī)格列表
內(nèi)徑/d
外徑/D
寬度/B
NU 202 E
15
35
11
NU 203 E
17
40
12
NU 204 E
20
47
14
NU 205 E
25
52
15
NU 206 E
30
62
16
NU 207 E
35
72
17
NU 208 E
40
80
18
NU 209 E
45
85
19
NU 210 E
50
90
20
NU 211 E
55
100
21
NU 212 E
60
110
22
NU 213 E
65
120
23
NU 214 E
70
125
24
NU 215 E
75
130
25
NU 216 E
80
140
26
NE 217 E
85
150
28
NU 218 E
90
160
30
NU 219 E
95
170
32
由上表可知，頂軸承的參數(shù)為：，，。
底軸承的參數(shù)為：，，。
由于軸底處有軸承，故軸段1的長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段2處無(wú)零件，故軸段2長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段3處為齒2，故軸段3前有5mm的階梯，方便退齒2，由于齒2厚22.84mm，故軸段3的長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段4為軸肩且為齒2與減速箱蓋之間部分，故軸段4的長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段5處有軸承，故軸段5前有5mm的階梯，因而軸段5長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段6為減速箱與頂箱之間的部分，故軸段6前有一5mm階梯，又有軸段6為軸肩，故軸段6的長(zhǎng)度為，直徑。
由于軸段7處有齒3，故軸段7的長(zhǎng)度為，直徑。
故軸總長(zhǎng)為。
7.3 軸的強(qiáng)度校核
由前面計(jì)算可知轉(zhuǎn)矩；
齒輪圓周力
（7-3）
齒輪徑向力