《环形加热炉设计与仿真(含全套CAD图纸)》.doc
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1、毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题:一、题目及专题: 1、题目 环形加热炉的设计与仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加 快,人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶在 各行各业中,人们没有间断过对钢管的使用,不管是建筑业中用于搭 建外架的钢管,还是各种汽车的框架结构,或者是在机械厂中用于支 撑的支撑架和体育器材里的安装部件,都出现了钢管的身影然而, 要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热,然后才能通过成型机械 使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热,对加热的精 度要
2、求很高,要求钢管坯的各部分受热均匀,这样才可以防止在打孔 和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况,所以不 能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热,因为传统的推钢式加热 炉的加热不是很均匀,如果是两头喷火式的话那就是两头受热多,如 果中间喷火式的话那就是中间受热多,所以只能使用环形加热炉来 对其坯料来进行加热,因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间 都进行均匀的加热,但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构,不 能用推钢机将坯料从另一头推出去,所以传统的推钢式进出料机就 不适合在环形加热炉中使用,为了适应环形加热炉的进出料特点。 课题来源于企业需求,装取料设备是加热炉的一个重要组成部
3、分目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控 制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计,希望设计出高效、 稳定、安全的装取料设备。 三、接受任务学生:三、接受任务学生: 机械 92 班班 姓名姓名 童春阳 五、开始及完成日期:五、开始及完成日期: 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计(论文)指导(或顾问):六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 7 日
4、日 摘摘 要要 进入新世纪后随着工业的高速发展,钢铁企业的生产能力得到了不断地提升,环形 加热炉技术也在不断的成熟,而传统的推钢式进出料机已经不适合在环形加热炉中使用, 为了适应环形加热炉的进出料特点,在此专门为加热炉量身定做了环形加热炉装取料机。 此机型包括了整体机架,小车,钳杆这三部分。运用夹紧气缸和升降气缸来实现钳杆对 钢料的夹取和升降运动,同时钳杆装载在小车上,小车可以在机架的导轨上进退运动。 小车是用电动机驱动的,当电动机运行时,带动安装在电动机上的齿轮转动,我们在右 横梁上装配了与小车齿轮可以啮合的齿条来实现小车在机架导轨上的运动。在实际情况 下充分根据环形加热炉的特点特地使用两台
5、一样的装取料机分别安装在装料口和出料口。 两机同时进行装取料,极大地提高了加热钢料的效率,也更充分地发挥了环形加热炉的 高效率的特性,提高了整个厂区的工作效率和经济效益,与当前我国提出的高产、优质、 低耗的理念相吻合。 关键词:关键词:环形加热炉;装取料;有限元分析;高效 ABSTRACT In order to adapt to the rapid development in the new century, industrial steel enterprise production capacity has increased a lot then before, the annula
6、r heating furnace technology has been more mature, the traditional pushed steel type translation machine dose not suitable for using in the annular heating furnace any more. In order to adapt to the characteristics of the annular heating furnace a new type of feeding machine has been tailored specif
7、ically for the annular heating furnace is installed. The model of this machine includes the whole frame, car and clamp stem. Using clamping cylinder and the cylinder to lift the bar clamp on steel clip and lifting movement, and installed with the car pliers stem, can be translated on the rails in th
8、e frame. The car was droved by a electric motor, the electric motor was droved by the gears which installed in the motor. According to the characteristics of annular heating furnace, two feeding machines were installed respectively in the loading and discharging part. These two machines simultaneous
9、ly outfit feeding, greatly improving the efficiency of heating steel, also improve the efficiency of the whole factory work efficiency and economic benefit and coincide with the current idea of high-yield, high-quality and low consumption. Keywords: annular heating furnace; Pack feeding; Finite elem
10、ent analysis; high Efficient 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 1 绪论.1 1.1 课题来源及意义.1 1.2 环形加热炉的简单介绍.2 1.2.1 炉形结构:.2 1.2.2 装取料口距离计算:.3 1.3 装取料机的简单介绍.4 1.4 国内外的发展情况.5 2 装取料机的设计说明及工作原理.8 2.1 装取料机的设计说明及工作原理.9 3 装取料机的机械结构及设计计算.14 3.1 整体的设计.14 3.2 钳杆的结构设计及计算.14 3.2.1 钳杆的整体机构设计:.15 3.2.2 钳杆的长度:.15 3.2.3 钳杆的直径:.15 3.
11、2.4 两气缸型号的确定:.15 3.2.5 钳杆校核16 3.2.6 齿轮校核:.18 3.3 小车的结构设计及计算.22 3.3.1 小车的整体设计:.22 3.3.2 车体的设计计算22 3.3.3 前轮的设计计算:.24 3.3.4 轮轴的设计及校核:.24 3.3.5 后轮的设计计算:.26 3.3.6 后下轮的设计计算:.26 3.4 整体机架结构的设计及计算.27 3.4.1 横梁的设计计算:.27 3.4.2 立柱的设计:.29 3.4.3 连接梁的设计:.30 4 合理性分析.32 4.1 钳杆的有限元分析.32 4.2 横梁工字钢的有限元分析.34 结论与展望.36 致谢.
12、37 参考文献.38 1 绪论绪论 1.11.1 课题来源及意义课题来源及意义 随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快,人们对钢铁制品 的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶。在各行各业中,人们没有间断过对钢管的 使用,不管是建筑业中用于搭建外架的钢管,还是各种汽车的框架结构,或者是在机械 厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件,都出现了钢管的身影。然而,要使钢 管成型就必须先对钢管坯进行加热,然后才能通过成型机械使钢管成型。由于钢管坯的 加热不同于其它钢坯的加热,对加热的精度要求很高,要求钢管坯的各部分受热均匀, 这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细
13、分布不均匀等情况,所 以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热,因为传统的推钢式加热炉的加热不是很 均匀,如果是两头喷火式的话那就是两头受热多,如果中间喷火式的话那就是中间受热 多,所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热,因为环形加热炉可以对钢管坯的 两头和中间都进行均匀的加热,但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构,不能用推 钢机将坯料从另一头推出去,所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用, 为了适应环形加热炉的进出料特点,这里就设计了专门为环形加热炉准备的进出料机 环形加热炉装取料机11。 (如图 1.1 示:) 课题来源于企业需求,装取料设备是加热炉的一个重要组成部分。目
14、前大量的从事 各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备 进行设计,希望设计出高效、稳定、安全的装取料设备,在这里通过该设计可以培养我 们独立进行科学研究和综合分析思考的能力。 图 1.1 装取料设备 1.2 环形加热炉的简单介绍环形加热炉的简单介绍 进入新世纪,随着科学技术的持续发展,企业也得到了快速发展,钢管的生产能力 不断提升。所以以致加热炉的不断更新换代,取而代之的是新型的环形加热炉(如图 1.2) ,环形加热炉不仅能使加热钢料均匀受热而且节省能源,实现可持续发展2。 图 1.2 环形加热炉 图 1.3 示意图 1.2.1 炉形结构炉形结构 根据工艺要
15、求,加热炉自装料端到出料端依次为预热段、一加热段、二加热段、三 加热段、四加热段、均热段,加热炉炉顶采用平直结构,在装出料位置设置三道水冷隔 墙。其中五个区段有供热,各段的供热可以单独调节,实现自动控制,烧嘴安装在内外 环侧墙和炉顶上,加热炉采用平焰烧嘴和侧向可调焰烧嘴1。采用自然排烟的方式。考虑 到经济,节能又能最大程度的提高炉子的有效利用率,各段角度分配见图 1.3。 1.2.2 装取料口距离计算装取料口距离计算 由于环形加热炉的大小视加热钢坯料件的大小而定,所以我们计算装取料口的距离 就得根据现场的情况来定。在这里我取最常见的一种加热炉的规格,也是应用最广的一 种型号的加热炉。待加热钢坯
16、规格:直径 180mm350mm,长度 1.7m5.4m。环形 加热炉基本尺寸:炉中径 36000mm,炉腔宽度 6450mm,预热段炉膛高度 1250mm,第一、 二、三加热段炉膛高度 2000mm,第四加热段、均热段炉膛高度 1600mm,装取料夹角 14.4。 图 1.4 示意图 由上述我们可以画出示意图 1.4。 根据图 4 可计算:装取料口距离 L=2*18000sin7.2=4512.0mm 由计算结果可以得出,装料口和取料口的距离偏大,要是单独设计一台装取料机来 同时完成装料和取料的话,这样设计的整体机架就很大,而且占地大又费料,并且设计 的小车要进行偏转,进退等一系列动作,小车
17、结构也相对比较复杂。最重要的是极大地 影响了工作效率,在取料的同时不能进行其他装料等工作,与先进高效的环形加热炉工 作效率不相匹配。在这里我们准备设计一款装取料机,它同时安装在装料口和取料口, 两台机的机械构造完全一样,这样在取料口取料的同时另一台机就可以在装料口装料, 工作效率大大的提高了。而且两台机同时工作,操作方便简单,不仅没有造成资源设备 不必要的浪费,而且从长远上考虑是一种提高整个厂区工作效率和经济效益的一种有效 办法。 1.3 装取料机的简单介绍装取料机的简单介绍 装取料机是专门为冶金锻造行业设计制造的设备。它具有操作简单、可靠性高的特 点,人性化的设计为操作者创造了一个舒适的工作
18、环境,使繁重的工作变得简单轻松, 也为冶金行业的发展提供了物美价廉的配套设备。 装取料机的工作特点: (1) 装取料机是坯料装炉,出炉以及运料到锻压设备上的一种机械装置。它的结构形 式与锻压操作机相似,但是有它自己的工作特点; (2) 钳头可以有多种形式,甚至不必夹紧动作,只一叉子就可以有钳头的时候,其 钳头要小; (3) 钳杆可以不必旋转,基石有旋转也不必达到 360 度,转速也而可以慢一些; (4) 钳杆要深入炉膛装料和取料,因此,钳杆一般都比较长,为减少台架的旋转惯性, 有时候要做出可以伸缩的钳杆; (5) 除了钳杆的转速外,其他的动作均比锻造操作机要大些,速度要快些; (6) 由于没有
19、锻造时候的冲击载荷,机件结构可以简单一些,轻巧一些。 为适应锻压行业生产工艺以及生产环境要求,对装取料机有以下几点要求: (1) 可以适应锻造高温和高粉尘的环境; (2) 实际安全系数高并且性能可靠; (3) 动作灵敏而且操作控制方便; (4) 适应于各类不同形状、规格的料件; (5)维护方便。 以上几点也是装取料机生产厂的设计原则。 经过几十年在实际应用中的不断的总结、修正,目前国内装取料机已经初步形成了 统一的成型产品,从形式上主要可以分为两大类:无轨装取料机和轨道装取料机国产 无轨装取料机目前以叉车改造形式为主,即以标准叉车为基体,去除前部料叉,安装装 取料机专用机械手及执行系统,使其能
20、完成以下七个动作:整体行走、转弯、钳头夹紧、 钳头旋转、钳头摆动、钳头平行升降、钳头俯仰升降轨道式装取料机主要结构形式采 用整体走盘式,可以完成 7-8 种运动;大车固定在地面的轨道上行走;小车在其轨道上前 后行走,其整体形式类似于行车;小车面板上装有回转装置,机械手部分可随小车做回 转运动,俯仰运动,还可以做平移运动机械手随钳杆可以做前后收缩运动,加大机械 手的活动范围,使料件方便的送入加热炉和方便的从加热炉中取出;机械手的回转可以 方便的夹取各种姿态的料件;夹头夹持,可根据实际生产中料件形状方便的更换不同钳 口形式。 优点:具备以上的功能的装取料机,无论是有轨道装出料机还是无轨装取料机,可
21、 完全满足目前锻压生产的需要,它能方便的将任意形状的工件由地面或料架子上取下, 迅速的放置在加热炉内任意位置,并能从加热炉内任意位置取出加热好的坯料。该机适 用性强,活动范围广,没有死角,一般目视到的工件皆可以单独取送,炉子有效空间利 用率高。在工作时可以做各种辅助工作。该装取料机与操作机配合使用效果更佳,它可 以方便的将从加热炉中取出的料件直接送到操作机钳口中,中间不需要任何过渡,大大 减少料件的运送时间,在提高生产效率的同时,还减少加热火次,降低能源消耗 ,提高 锻造质量和精度该机的配用不仅可提高生产效率,还大大节约了加热炉的维修费用。 没有装取料机的锻造车间,对料件的装出炉时,一般采用
22、4 5 人,通过行车辅助装出 料件,甚至采用撞铁的方式装料,对加热炉门及炉膛、炉壁的损坏很大,据统计,由于 没有装取料机,生产厂家对每台加热炉的年维修费用在几万元以上,同时,由于对加热 炉的维修造成停产,累计起来,两台加热炉每年的经济损失可以购买一台装取料机。若 配有装取料机之后 ,该装取料机在装出料件时可做到轻拿轻放,装出炉速度快,对加热 炉有很好的保护作用。同时,该机一人操作就能完成所有工艺要求,减少劳动力。综上 所述,装取料机在锻压生产中有以下优点: (1) 能降低生产成本 (包括人工、维修费用、能源费用 ); (2) 提高生产效率; (3) 提高产品质量; (4) 改善工人工作条件;
23、(5) 安全生产。 当前锻压行业发展迅速,客户对锻件产品质量要求越来越高,而能源费用一再涨价 ,工人工作条件要求改善,劳动生产力价格不断升高在此种情况下,要赢得市场就需 要对生产过程采取机械化、自动化。从而降低产品成本大大提高劳动生产率。 本课题的装取料机又称装取料机械手,是由简单的机械手结构构成的,是根据环形 加热炉封闭圆不能将坯料推进推出的结构特点,只能运用的是将坯料拿进去拿出来的理 念而进行设计的,在冶金行业中,加热的装取是个难点,为了解决这个问题 ,改变现有 设备状况 ,特设计了该机械手,它的作用就是将钢料送入装料区,加热到所需温度。然 后取出进行锻造或二次及多次轧断使钢料成为所需的各
24、种型材5。 由此可见装取料机主要由以下三部分组成: (1) 整体机架:主要用于装取料机的整体支撑和为机械手即钳杆的进退运动提供必要 的轨道; (2) 小车:主要用于带动机械手即钳杆前进和后退,其行程可以根据机械手装夹坯料 的规格的不同而进行调整,还有依靠装备在小车上的气缸控制机械臂抬起和下降; (3) 钳杆:主要用于装夹坯料,通过装配在钳杆上的夹紧气缸来控制夹钳的夹紧与松 开,通过装配在小车上的升降汽缸来控制钳杆的上升与下降,一次把坯料抬起放下。 1.4 国内外的发展情况国内外的发展情况 目前国内装取料机已经初步形成了统一的成型产品,从形式上主要可以分为两大类: 无轨装取料机和轨道装取料机。国
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