機械創(chuàng)新設計范例

1、典 型 機 械 設 計 范 例,本次講座的目的意義：1、了解機械設計的一般方法與思路： 機械設計是一種創(chuàng)造性的勞動，需要全身心的投入，要設法拿出自己獨到的見解，哪怕是一些不十分成熟方案，在此基礎上開動腦筋去加以完善；這樣:可以在與同事的討論中找出自身的差距；可以在方案逐步完善的過程中，使自己煥發(fā)出工作熱情與信心；可以在設計工作過程中，使自己逐步成為內行，增長才干，獲得進步。 不能從一開始就幻想有現

2、成的資料可以利用，即使有類似的圖紙可以作參考，也必須作充分的消化吸收，否則，就有可能在設計中重復別人的錯誤，而且投機取巧不利于個人的專業(yè)進步，也會在周圍同事中造成惡劣的印象。甚至有些是在今后相當一段時間內難以彌補的。另外，盲目的抄襲，很難領會別人的設計理念，在聽到不同意見時，會變得無所適從，在后續(xù)的生產服務中，難以正確處理好相關問題。,2、了解空間機構設計的約束方案： 在機械原理課程中，我們曾經強調，要使空間

3、運動的機構，具有確定的相對運動，對于各個空間構件，必須限制其多余的自由度，這在工程設計中稱作導向問題；我們將通過立體倉庫堆垛機的結構設計和傳動方案對比，多角度展示機構運動中的約束方案設計，使相關人士掌握一定的導向技術。3、進一步強調實踐中自學成才的理念： 大學本科教育僅僅是為我們從事專業(yè)技術工作奠定了一個簡單的基礎平臺，大量的專業(yè)知識，是需要我們在各自的專業(yè)技術崗位上繼續(xù)自學成才的，可以說，大學期間學到的各

4、科知識，遠遠不能解決未來工作的實際問題，真正的專業(yè)知識和能力，需要在實踐中學習，就此而言應該是在干中學習；,而不是一切等學好了在干；就此而言，青出于藍而勝于藍大有道理，今天老師把相關的專業(yè)知識教給了學生。未來，學生能處理的實際問題，老師很可能望塵莫及。毛澤東主席曾說過：“讀書是學習，使用也是學習，而且是更重要的學習?！边@是一條普遍真理。4、工程設計中輝煌與風險共存，機遇與困難同在。要把握機遇，挑戰(zhàn)困難，不僅需要勇氣、更

5、需要有吃苦耐勞的實干精神。要有責任心，使命感。因此要在未來的工作中建功立業(yè)，還必須具備嚴肅認真，一絲不茍的工作態(tài)度． 下面就幾項典型設備設計方案的推敲，說明上述論點。,一、薄壁圓筒初圓整專用工藝及設備：,目前我國紡織行業(yè)漿紗、印染設備中，多種規(guī)格的烘筒零件為薄壁輥筒，直徑規(guī)格為Φ570，Φ800，Φ1200毫米；多采用壁厚≤3毫米的0Cr19Ni19冷軋不銹鋼板卷制焊接而成。因其工作轉速高，隨著紡織產品檔次

6、及生產效率的提高，對輥筒徑向跳動，直線度，動平衡等方面的誤差限制也越來越嚴格，為此，需要設計專用設備來滿足薄壁圓筒生產加工中的特殊要求。,以Φ800，筒體長2000毫米的輥筒為例，其加工工藝流程為：下料→卷圓→焊接→修磨焊道（初圓整）→酸洗鈍化→二次圓整檢修→精圓整→焊接兩端堵頭，心軸→機加工實現心軸與筒體的同軸,,度要求。,傳統(tǒng)的二次圓整檢修，是采用手工操作的方式，象敲制鐵皮煙筒一樣，憑肉眼感覺檢查，不合格再返回來修整

7、，其缺點是生產效率低，占地面積大，工人勞動強度高，一件產品需要幾次反復修整操作，檢修精度也相對較低。為此，我們設計了專用薄壁筒體圓整檢驗修整平臺。,薄壁筒體圓整檢驗修整專用平臺由兩組滾輪組成，其中4個鋼制滾輪為檢驗輪；另外4個包膠輪為修整輪。4個鋼輪及圖上方的兩個包膠輪為固定支承（軸承座位置無法調整），圖下方的兩個包膠輪軸承座安在一個活動滑臺上，由減速電機及絲杠螺母驅動；當絲杠驅使平臺及從動膠輪上行時，主動膠輪與從動膠

8、輪中心距減小，放置在檢修平臺上的,1、底座；2、主動鋼輪；3、鋼輪通軸；4、7、10、13鏈輪；5、12、鏈條；6、擺線針輪減速機；9、膠輪通軸；11、18、聯軸器；14、19、22、26、軸承座；15、主動膠輪；16、多盤無極調速器；17、電動機；20、驅動螺母；21、絲杠；23、活動滑臺；24、滑座及軌道；25從動膠輪；27、從動鋼輪；28、檢驗平尺。,薄壁筒體會被4個膠輪托起，此時可將檢驗時發(fā)現的不圓度超差處用木榔頭手工

9、修整；修整結束后，用驅動滑臺的減速電機驅使滑臺下行，使從動膠輪與主動膠輪的中心距加大，逐步使平臺上的薄壁筒體脫離膠輪，并支撐在4個檢驗用的鋼輪上。,圖上方的兩個固定主動鋼輪和兩個固定主動包膠輪，都采用通軸連接；在兩根通軸上設計安裝有三個鏈輪，其中兩個主動鋼輪通軸間的鏈輪與兩個主動膠輪通軸間的鏈輪用一鏈條連接，當兩鏈輪齒數比為1時，兩主動鋼輪與主動膠輪之間可實現同步轉動。,兩主動膠輪間的另一個鏈輪，通過鏈條與擺線針輪減速

10、機上的鏈輪連接，由電動機，多盤無極調速器、聯軸器、擺線針輪減速機組成的原動機系統(tǒng)驅動，即實現兩個主動膠輪與兩個主動鋼輪的同步轉動；當平臺上的薄壁筒體由4個膠輪托起時，由主動膠輪通過與筒體接觸處的摩擦力，驅動薄壁筒體轉動；當薄壁筒體由4個鋼輪支承時，也由主動鋼輪借助接觸處的摩擦力，驅使筒體轉動，轉速可由多盤無極調速器在1：10范圍內調整。,在平臺的最外邊（下方）自由放置一根檢驗平尺，其支承高度與筒體在檢驗鋼輪上支撐時軸心

11、線水平。當筒體由主動鋼論驅使轉動時，碰動（平移）檢驗平尺，并直觀的通過筒壁與平尺的間隙，,顯示筒體圓周不同位置的不圓度誤差，工人可隨機做出記號，以備修整。,思考題,1、什么是非標設備，其基本設計原則是什么？ 為是么？2、薄壁圓筒的基本工藝流程是什么？你認為是否 需要改進？（提出具體修改意見。）3、薄壁圓筒初圓整專用設備主要解決了什么問題？4、為什么薄壁圓筒修整與檢驗不能采用同一套滾輪 機構？5、該專

12、用設備如何實現檢驗與修整工序的變換？ 如何實現滾筒轉速的調整？,顯示筒體圓周不同位置的不圓度誤差，工人可隨機做出記號，以備修整。,二、精圓整設備：,由于輥筒工作轉速較高，設備的轉動精度和運行平衡性精度也有較高要求，因此對筒體零件的徑向跳動、直線度等方面都有嚴格的公差要求，在薄壁筒體零件的成形加工工藝中，精圓整工藝成為影響產品質量的關鍵，需要專用設備來解決精圓整工藝的難題。,為解決薄壁筒體精圓整加工的工藝難題，筆者設計了

13、精圓整專用設備。薄壁筒體精圓整專用設備的具體結構如圖所示：主要由原動力機構、殼體機架、行星走刀機構、滾壓頭、活動尾座等部分組成。,,圖中1、底座；2、減速機；3、聯軸節(jié)；4、行星走刀機構；5、絲桿；6、上殼體，7、下殼體；8、滾壓頭；9、主軸；10、支承坐；11、活動尾架。,,在精圓整加工前，先將活動尾座轉動90°，把初圓整后的薄壁筒體，套在主軸和滾壓頭上，由專用鑄鐵殼體固定，再回轉活動尾座，用滑動軸承支承固定

14、主軸。精圓整時，原動力機構2通過電機、皮帶輪、蝸桿減速機構，為主軸提供一均勻的輸出轉動，轉速為100r/min。行星輪走刀機構在支承主軸轉動的同時，通過五個齒輪組成的行星輪系及兩種位置組合變換，驅使固定支承在轉動主軸上的絲杠5以67.33r/min和333.33r/min兩種轉速轉動，其中低速67.33r/min為工作進給速度。高速333.33r/min為滾壓頭快退速度。在轉動主軸上設計有長度大于2000mm的長鍵槽，其

15、作用是驅使?jié)L壓頭8在與主軸同步轉動的同時，又用轉動絲杠驅使?jié)L壓頭沿主軸軸線方向水平勻速移動。 這樣，工作進給時，,滾壓頭以100 r/min的轉速和404 mm/min的水平移動速度，由走刀機座4向尾座11方向復合運動， 最終實現滾壓頭相對于固定在機架殼體內薄壁筒體內壁的螺線復合走刀進給運動。滾壓頭滾輪作用在筒體內壁上的滾壓力由壓縮彈簧產生。薄壁筒體通過滾壓頭多點滾壓力作用，緊貼在專用殼體內壁，隨著滾壓頭勻速螺旋復合進給

16、運動，產生相應的彈性、塑性變形，整遍滾壓后使剛性殼體的尺寸形狀精度，滿足薄壁筒體的各項尺寸公差要求。,工作進給完成后，滾壓頭以2000 mm/min的快退速度返回到走刀機架4的一端，然后松開殼體緊固螺栓，用頂絲頂起上殼體6，再松軸承10及尾座11的緊固螺栓，轉動尾座90°，即可取出滾壓精圓,整后的薄壁筒體零件。,從上述結構動作可見，薄壁筒體的精圓整是通過無屑滾壓工藝來實現的，根據金屬變形理論，工件表面在擠壓力作

17、用時，被擠壓金屬的原子間會產生相對滑移，由彈性塑性變形造成被滾壓表面的形狀改變，并使其內部組織結構和物理性能也發(fā)生變化，使金屬被擠壓層組織緊密，晶粒細化，晶格形狀也沿著變形方向扭曲延伸。由于薄壁筒體被固定在一個理想的剛性殼體內，在滾壓力作用時，薄壁筒體不僅會產生不大的徑向變形（因殼體限制），還會軸向產生擠壓延伸。一般情況下，薄壁筒體受擠壓力越大，其塑性變形越充分，滾壓所達到的圓整效果越佳。同時，在被擠壓金屬表層還會產

18、生極大的壓縮應力，使金屬,表層冷作硬化，提高薄壁筒體的表層硬度，強度極限、屈服極限和疲勞極限等，改善筒體表面粗糙度，并使零件表面抗腐蝕性能也有所提高。這一切對薄壁筒體的使用性能提高都是十分有利的。,薄壁筒體精圓整專用設備的主要結構介紹:1、殼體機架： 殼體機架為鑄鋼件，殼體分為上下兩半，如圖2：1、4 所示，安裝筒體零件時，可將上殼體用頂絲頂起。待筒體零件安裝就位后，再用螺栓將上下殼體聯接固定。殼體內孔壁尺寸公差及表面粗

19、糙度對薄壁筒體的最后定形精度有致關重要的直接影響，因此需要專用設備工藝進行殼體內壁鏜孔加工。,,2、行星輪走刀機構； 走刀機構的具體結構如圖3所示。齒輪14用鍵與主軸固定聯接，齒輪8與套20緊配后空套在主軸10上，齒輪15與絲杠17固定，絲杠17由兩個托腳11及9固定在主軸10上，由齒輪15并通過齒輪8驅使轉動。雙聯齒輪5、6與套緊配后，活套在銷軸7上，并沿齒輪支架4作上下、嚙合和脫離的調整移動。

20、 當滾壓頭按要求工作進給時，通過螺旋操作手輪使齒輪支架4下移，使雙聯齒輪5、6與齒輪8、14處于嚙合狀態(tài)。當齒輪14隨主軸同步轉動時，齒輪14、5、6、8、15及絲杠托腳9組成差動混合輪系，驅動齒輪15并絲杠17轉動，再通過滾壓頭圓盤上的,,螺母傳動，使?jié)L壓頭沿主軸作軸向進給運動。按圖3所示各齒輪齒數，滾壓頭工作進給時，按主軸轉速n1=100r/min滾壓頭工作進給時的移動速為：,V1=S×n5=6x67.3

21、3=404mm/min，（S為絲杠導程）,,當滾壓頭滾壓結束，按要求快速返回時，可轉動手輪使齒輪支架4上移，使雙聯齒輪5、6與齒輪8和14脫離嚙合位置，同時齒輪8被齒輪支架4上的聯動夾緊機構鎖緊，如圖4所示，變?yōu)楣潭X輪，n4=0，這時齒輪14、8、15及絲杠托腳9組成行星輪系， 此時：,滾壓頭快退速度為：V2=S×n’5 = 6×333.33 = 2000 mm/min,,3、滾壓頭部分：

22、 滾壓頭是薄壁筒體精圓整專用設備的關鍵部件，其結構如圖5所示。滾壓圓盤通過滑鍵12與主軸11聯接。主軸11的外圓上加工有與滑鍵12動配合，且滿足工作進給行程需要的長鍵。在滾壓頭與主軸同步轉動時，通過絲杠螺母傳動，使?jié)L壓頭沿主軸軸向移動，實現滾壓頭相對于筒體內壁的螺旋線復合進給運動。滾壓盤7上裝有多個等分布置的彈性滾壓輪（圖中為3個，也可以設計成4個，6個）。滾壓輪的徑向壓力是靠壓縮彈簧2產生的。在滾輪架5的一面上加工有

23、相當于直齒條的齒形，轉動齒輪軸1，通過齒輪齒條嚙合傳動，,可調整滾壓輪的預加滾壓力。撐牙9和棘輪10用于鎖緊齒輪軸1，使其調整后的預加滾壓力得以保持，避免齒輪軸承受沖擊載荷時出現反向轉動。,4、活動尾座支撐部分： 活動尾座支撐部分如圖2所示?；瑒虞S承10安裝在尾座11上，用矩形導軌聯接，使滑動軸承10可相對尾座沿主軸軸線前后移動，用于支承主軸轉動。當筒體完成滾壓的工作進給后，通過快退運動使?jié)L壓頭退回至靠近走刀機架

24、4處，然后松開上下殼體6、7中縫聯接處的緊螺栓，通過頂絲使上殼體6抬起。這時可旋轉尾座11上的操作手輪，使軸承座10在絲杠螺母機構的相對轉動中，沿矩形導軌即主軸軸心線方向向外退出，使軸承座與主軸脫離，（借助,其它輔助機構臨時托起主軸），然后松開尾座11上的壓緊螺栓，推動尾座沿設備底座1上的圓弧軌道轉動90°-180°，工件即可沿主軸方向裝入或退出。,薄壁筒體精圓整專用設備（號稱擂圓機）在鄭州紡織機械廠冷

25、二分廠制作并投入使用后，圓滿解決了薄壁筒體精圓整的工藝難題，確保了產品質量。按前述走刀運動速度分析計算，每個薄壁圓筒精整加工中，工作進給五分鐘，快退一分鐘，加上裝卸工件的輔助時間約九分鐘，十五分鐘可完成一個?800mm薄壁圓筒的精圓整加工，生產效率相對較高，滿足了鄭州紡織機械廠生產計劃的基本要求。 實踐證明，對于薄壁深孔筒體實施滾壓加工工藝，是一種十分行之有效的方法，除獲得較高精度，改善工作表面粗糙度外，還可

26、以提高筒體零件的表面硬度，使用性能和抗腐蝕性能。當然，此工藝方案，工人操作相對比較繁索，為此我們也在實踐中不斷探索更為先進、有效的工藝方法。,思 考 題,1、薄壁圓筒精圓整的主要工藝難題是什么？你認為有 哪些較好的解決辦法？2、薄壁圓筒精圓整設備所采用的工藝原理是什么？3、薄壁圓筒精圓整設備的主運動是什么？它是如何實 現的？ 4、薄壁圓筒精圓整設備的擂頭調速是如何實現的？簡 述其傳動比

27、計算方法。 5、薄壁圓筒精圓整設備目前存在的主要問題有哪些？,,三、薄壁圓筒切割專用設備：,薄壁筒體零件圖如圖一所示.在精圓整后,兩端焊接端面堵板,心軸之前,薄壁筒體兩端面須精切割加工,以保正筒體2000±0.5的長度尺寸精度,和兩端面基本平行的形狀誤差要求,由于板料的形狀尺寸有誤差,卷圓焊接后筒體兩端面難于平行,加上精圓整采用冷滾壓工藝后,筒體延長度方向有一定量的延伸,故薄壁筒體的兩端面精割,需安排在精圓整工

28、序之后.此類不銹鋼薄壁筒體直徑大,壁薄,剛性差,無法采用通用機床進行兩端面精切割,采用其它簡單工藝如砂輪片切割,割管器切割效果極差,很難滿足加工要求,為此,需設計制造專用的薄壁筒體端面切割設備.,,1、薄壁筒體兩端面切割專用設備的結構及工作原理 : 根據鄭紡機廠的產品特點及薄壁筒體的加工精度要求,筆者設計的兩端面專用切割設備如圖2所示:設備可分為薄壁筒體固定夾殼與刀架旋轉機構兩部分組成.,,薄壁筒體固定夾殼分

29、為上下兩半,下半殼體8較長,后部設置有兩組定位樁,以解決薄壁筒體兩個端面加工的長度定位要求;上半殼體7很短,也較為輕便,采用專用螺栓與下半殼體固定連接,安裝筒體零件時,需松開螺栓,拿掉上半殼體,待筒體零件就位后,再裝上半殼體,并用螺栓固定,使被加工殼體緊固定在夾殼內.上下殼體內圓孔的圓整度由機械加工來保證,不圓度誤差小于0.2毫米。,刀架旋轉機構由驅動電機1,皮帶輪2,兩極圓柱齒輪減速機3及旋轉刀架6等部分組成.其中,旋

30、轉刀架6固定安裝在圓柱齒輪減速機3的低速輸出軸上,通過皮帶2,齒輪傳動減速3,實現刀架低速轉動.旋轉刀架6的內部結構如圖3所示:由刀頭1,導向套2,活動刀桿3,導向鍵4,驅動螺桿5 ,蝸輪 6 ,蝸桿軸 8 ,行星齒輪7,,,及旋轉刀架9 等部分組成.我們在圓柱齒輪減速機輸出軸12的外殼上固定安裝一個中心齒輪10 ,當旋轉刀架 9 低速轉動時,與蝸桿軸固聯的行星齒輪7,在圍繞中心齒輪10公轉的同時,自轉驅使蝸桿軸8轉動,

31、蝸桿8又驅使蝸輪6低速轉動;蝸輪6與驅動螺桿5由鍵聯結同步轉動,與驅動螺桿5螺紋配合的活動刀桿3,受導向套2和導向鍵4約束無法轉動,當驅動螺桿5轉動時,活動刀桿3只能沿軸線方向伸出或縮回.這樣,當旋轉刀架勻速轉動時,活動刀桿3及刀頭1緩慢伸出,實現薄壁筒體由內向外的端面切割;電機反轉時,活動刀桿3及刀頭1又緩慢縮回。,2.系統(tǒng)傳動比計算說明:刀架旋轉機構的運動簡圖如圖4所示:其中帶傳動比i1=3,圓柱齒輪減速機傳動比i2=

32、40,中心齒輪齒數,Z5=60,行星齒輪齒數Z6=30,蝸桿頭數Z7=1,蝸輪齒數Z8=40,電機轉速為n4=1440r/min.,,可算得刀架轉速:n4=n1/i1*i2=1440/3*40=12r/min;蝸桿轉速:iH65=(n6-n4)/(n5-n4)=-Z5/Z6=-60/30=-2;(n6-n4)/(0-n4)=-2; n6=3n4=3*12 =36r/min;,蝸輪及螺桿轉速: n8=

33、n6/i78=n6×Z7/Z8= 36×1/40 =0.9 r/min;,驅動螺桿螺紋為單頭普通螺紋,故刀頭每分鐘切削進給深度為1.8毫米,加上輔助工作時間,每小時能完成5—10件薄壁筒體的兩端面加工,加工精度滿足了圖紙的要求.該項專用設備投入使用后,圓滿解決了薄壁筒體兩端面的切削加工難題,滿足了鄭紡機廠流水作業(yè)生產線的加工效率要求,為提高產品質量發(fā)揮了積極作用,受到了現場工人的好評.,思 考

34、 題,1、薄壁圓筒兩頭切割的實用意義是什么？2、為什么薄壁圓筒兩頭切割不能采用傳統(tǒng)工藝加工？3、簡述薄壁圓筒切割專用設備的工作原理。4、簡述薄壁圓筒切割專用設備的主傳動比計算方法。,四、鋼制圓筒過盈熱裝配工藝與技術裝備,1、原有鋼制圓筒過盈熱裝配工藝存在的問題： 工業(yè)設備中有許多重要零部件是用厚壁圓筒過盈熱裝配后加工而成的，如紡織印染機械中的烘筒，導布輥筒；皮帶輸送機上的托輥等等，有些還是壓力容器，如圖一所示，一般都由心

35、軸 、悶頭、厚壁圓筒體采用高溫過盈熱裝配工藝，將圓筒兩頭加熱到500--600℃，把悶頭熱裝配在滾筒內，按照熱漲冷縮原理，待滾筒自然冷卻后將悶頭抱合成一體；機械加工時，為了盡可能減小動平衡誤差，以圓筒外徑為定心基準加工兩頭心軸外圓。這樣，一方面降低了滾筒零件的加工成本，減小了心軸與圓筒的不同軸度誤差，還減輕了零,,烘筒類零件： 1、心軸，2、悶頭；3、厚壁筒體 圖一、過盈熱裝配工藝加熱的典型零件,件自重，另一方面

36、也節(jié)省了材料；因此是機械加工行業(yè)最常采用的制造工藝。,在上述制造工藝中，厚壁圓筒兩端加熱是實現熱裝配工藝的關鍵，許多工廠采用燒焦碳地爐的落后工藝，浪費了能源，影響了環(huán)保，工人勞動強度大，生產效率低，安全條件差，特別是一些直徑較大的圓筒，因焦碳深埋不住筒體，造成加熱不均勻、過燒等問題，常須多次返工才能勉強裝配，嚴重影響了產品質量，是急待解決的工藝難題。為此，筆者在鄭州紡織機械廠參與了厚壁圓筒過盈熱裝配爐的工藝方案研討與設

37、備設計。,2．相對落后的熱裝配加熱工藝 在調研中，筆者看到有些廠家采用開放式煤氣（或天然氣）地爐的加熱方案，如圖二所示，在一條地溝中設置一個長長的大氣式燒咀，燒煤氣或天然氣，被加熱圓筒按流水線裝配工藝沿地溝,滾動加熱，為提高加熱效果，被加熱圓筒上遮蓋一些保溫耐火材料。經實地考察，雖然此方案滿足了流水線作業(yè)的要求，但大氣式燒咀發(fā)熱量低，多用于鑄工造型烘干，用在地爐上效果極差，經常是貼近火焰的零件表面溫度高，一旦轉到上面

38、，溫度嚴重下降，加熱極不均勻；加上保溫措施不利，只能勉強用于小直徑的圓筒加熱，且零件表面氧化嚴重，加熱溫度不夠高，現場工人反映不如原有的焦碳地爐好用。,,另外，筆者也看到一些廠家采用的專用臺車式爐加熱方案，如圖三所示。爐型象簡單的鑄工定性爐或鍛工爐，需加熱圓筒被放置在臺車上，將加熱端推入爐膛加熱，待加熱后出爐熱裝配，此方案加熱溫度比較均勻、到位，但不符和流水線作業(yè)要求，臺車一次加熱輥筒太少，工作效率太低；加熱輥筒多了

39、，裝到最后溫度下降太多，影響裝配效果；而且工人高溫操作環(huán)境惡劣，勞動強度大，卸車工作條件危險；再加上裝料較多或加熱大直徑輥筒時，爐膛透熱面積較大，熱損失較多，加熱效率上不去。此方案因工作效率低，工人勞動強度大，盡管在許多工廠使用，也不受現場工人歡迎。,,1、煤氣燒咀；2、被加熱輥筒；3、臺車；4、臺車式爐窯；5、吊掛式爐門。 圖三、臺車式加熱爐,3．熱裝配專用設備的工藝方案及結構設計

40、,,1、爐體地溝加熱區(qū)；2、地溝燒咀；3、耐火纖維側爐門；4、被加熱輥筒；5、耐火纖維吊掛爐頂；6、爐頂燒咀；7、爐門配重；8、耐火纖維爐后墻；9、耐火纖維爐前門。 圖四、過盈熱裝配專用加熱爐,根據上述方案的調查比較，按照流水線作業(yè)的工藝要求，筆者提出了新的設計方案如圖四所示。采用爐底、后墻、爐頂三面固定，爐前面、兩側面共三個活動爐門隨機調整密封的爐型結構。爐底地溝采用耐火磚砌制；地溝以

41、上后墻、爐頂采用硅酸鋁耐火纖維輕型結構，具體作法是：先用槽鋼、角鋼型材焊成爐體鋼架，在鋼架上焊接固定鋼板網（也可以是粗鐵絲網，但鍍鋅鐵絲不太好焊接），用細鐵絲把耐火纖維壓縮塊臨時捆扎在鋼板網上，再用專門的耐火泥粘接劑外敷在爐后墻和爐頂表面，透過鋼板網孔粘接固定硅酸鋁耐火纖維，形成嚴密的隔火爐墻，待耐火泥粘接劑干結后形成堅硬的墻皮殼體，既保護了硅酸鋁耐火纖維使之免于風化和受潮，又密封了爐墻爐,頂，形成可靠的輕型爐頂。（此

42、外，采用傳統(tǒng)耐火磚爐型，很難作成單墻體懸空吊頂。）從而實現了爐底爐頂爐后墻三面固定的設計要求。爐體兩側及前面有三扇吊裝活動爐門，根據爐膛進料出料要求隨機啟動兩側活動爐門，而后隨時封閉；再根據輥筒直徑調整前門開啟高度，最大限度的減少爐膛熱量損失，提高加熱效率。爐膛采用上三下四共七個燒咀供熱，最大耗氣量為每小時七百立方米。在加熱小直徑輥筒時，可只采用地溝里的四個燒咀供熱；加熱大直徑輥筒時上下七個燒咀同時供熱，提高了爐體適

43、應能力，增加了輥筒與火焰的接觸面積與時間，有效提高了加熱速度。此爐匯集了流水線地爐與臺車式爐窯的優(yōu)勢，在爐型設計上有所創(chuàng)新。,1993年4月，該設計項目按圖紙施工就緒后，一次試爐成功，經十年的實際使用，充分顯示了各方面的優(yōu)越性，具體表現為以下幾點：1）．與原焦碳地爐相比，生產效率提高三倍左右，原來需要二至三班作業(yè)完成的熱裝配任務，現在一班作業(yè)即可十分輕松的完成；原來燒焦碳地爐緊張時，每日兩班尚不能滿足車間生產的節(jié)拍要求

44、，現在兩日一班即可滿足生產計劃定額，所以，此爐型解決了鄭州紡織機械廠工業(yè)生產的關鍵。許多外地廠家也紛紛來廠參觀學習，并就相關爐型結構問題與筆者交換意見，客觀展示了該爐型受歡迎的程度。2）該熱裝配專用爐的設計成功，可從根本上徹底結束熱裝配工藝直接燒煤的落后作業(yè)方式，改善了現場操作工人的勞動條件，大大降低了操作工人的勞,動強度，改善了周圍的工作環(huán)境，消除了粉塵污染，解決了鄭州紡織機械廠長期懸而未決的技術難題，受到了現場操作

45、工人的好評。3）經初步測定，該熱裝配專用爐熱效率在15%以上。,4．進一步改進意見：1）目前采用燒咀仍是上世紀五、六十年代使用的低壓煤氣燒咀。如能選用新型節(jié)能型燃燒裝置，定可進一步提高熱效率，降低能耗。2）由于熱裝配流水作業(yè)的特點，決定了該爐型只能開放性燃燒，不論爐體是否設計煙道，煙氣都會通過輥筒出現在爐前，造成高溫；在炎熱的夏天，爐前工況仍不十分理想，仍需要進一步強化爐前的,通風配套設施。3）雖然該爐型一次試爐成功

46、，但期間風險重大，如燒咀閥門不嚴或爐前通風不良，形成爐前煤氣淤積，貿然點火就回造成嚴重的人身傷亡事故。故筆者建議，一定要特別重視爐前配套通風設施的完善、可靠性。4）為防止爐頂、后墻透火，硅酸鋁耐火纖維的施工可靠性致關重要，所以，必須由有經驗的來施工，避免爐體工作時透火，造成電線、煤氣管道受熱，形成難以想象的重大工傷事故和損失。,思 考 題,1、簡述厚壁圓筒熱裝配加熱工藝的主要難題。2、簡述厚壁圓筒熱裝

47、配專用設備設計的創(chuàng)新點與主要 風險難點。3、簡述厚壁圓筒熱裝配加熱爐提高熱工效率所采用的 有效措施。4、簡述厚壁圓筒加熱爐的工藝優(yōu)勢及目前存在的問題。,五、平板下料自動切割的環(huán)保工藝及技術裝備,1、氧乙炔焰，等離子弧自動切割設備的環(huán)保問題：,氧乙炔焰，等離子弧全自動切割設備，采用兩臺伺服電機驅動割炬作任意平面運動，用計算機編程控制，可實現8—40毫米不銹鋼板，10—200毫米碳素鋼板的零件或毛坯，任意形狀

48、尺寸的全自動切割；其加工精度好，工作效率高，是取代人工氧乙炔焰切割的重要設備，深受機械加工行業(yè)用戶的青睞，并在眾多機械加工工廠廣泛使用。鄭州紡織機械廠現有兩臺全自動切割機，一臺是瑞典ESAB公司生產的數控火焰等離子切割機，最大切割寬度為2500毫米，最大切割長度為4700毫米；厚度：等離子切割不銹鋼板8—40毫米；氧乙炔焰切割碳鋼,板10—200毫米；切割速度：等離子：450—110 mm/min；氧乙炔焰：450—18

49、0 mm/min;另一臺是哈爾濱華崴焊切成套設備有限公司生產的數控火焰等離子切割機，型號DHG 5011;導軌跨距5000毫米，導軌總長14400毫米；有效切割寬度4300毫米，有效切割長度12400毫米；最大空行程速度12000mm/min;切割速度6000 mm/min;切割厚度：氧乙炔焰切割碳鋼5—200毫米，等離子切割不銹鋼1—50毫米。然而，氧乙炔焰，等離子弧在中厚度鋼板切割時，會產生大量的有害氣體煙塵，并伴

50、有很大的噪音；這也是長期困擾用戶，影響操作現場工人健康的一大突出問題。,2、氧乙炔焰，等離子弧全自動切割的環(huán)保工藝及設施： 為了排除氧乙炔焰，等離子弧在中厚度鋼板切割時產生的有害氣體煙塵，筆者在鄭州紡織機械廠設計過專用防塵排煙設備，如圖一所示：中厚板全自動切割設備的排煙系統(tǒng)由集煙箱及板料支撐架，抽風系統(tǒng)兩大部分組成。被切割的整張鋼板蓋放在集煙箱上方，由集煙箱內的許多尖點03支撐，在集煙箱與上蓋鋼板間形成相對封

51、閉空間，并由抽風系統(tǒng)10在此封閉空間內形成負壓，所有縫隙作為補風口。當全自動切割設備在割炬5處切割鋼板時，產生的有害氣體由集煙箱內的負壓吸入收集起來，通過吸風罩09，排煙管道及抽風系統(tǒng)10排出廠房。,,采用這一方案，在整張鋼板剛開始切割時，由于補風面積小，負壓大，排煙效果尚可；但上蓋鋼板被切除一半或一半以上時，補風面積太大，負壓衰減嚴重，常需要工人鋪蓋其他平板調整負壓，給操作工人帶來許多麻煩。有些工人懶于調整負壓，結果

52、廠房內經常烏煙瘴氣。加上抽風機的抽風噪音，使廠房噪音高達100分貝以上。另外、吸風罩09、排煙管道10占據了廠房內很大的空間，又不允許磕碰，使操作工人感到十分不方便。將污濁的煙塵直接排放到廠房外大氣中也十分不妥。,為解決上述問題，筆者設計了第二套環(huán)保工藝方案如圖二所示：加大加高原來的集煙箱，變集煙箱為集水箱，拆除原有的通風管道，在原有的吸風罩位置增設循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)由水泵管路及集水槽組成。被切割鋼板依然用尖點支撐

53、平放在集水箱內，此時集水箱內水面低于被切割鋼板平面，以便于氧乙炔焰割炬點火。欲切割鋼板時，先點燃割炬，然后將集水槽內的循環(huán)水用水泵抽入集水箱，讓水淹沒鋼板，使割炬在水下切割。這樣，切割鋼板時產生的有害氣體煙塵全部淹沒并大部分溶解在水中。采用此工藝方案，廠房內空氣質量大為提高，有害氣體濃度明顯降低，節(jié)省了原有排風管道占據的空間，并且使廠房內噪音控制在70分貝以下。操作工人的工作條,,件得到了明顯的改善。,盡管氧乙炔焰、等

54、離子弧割炬水下切割效果不錯，但也產生了新的問題，當被切割鋼板局部變形或局部支點不平使鋼板局部翹起時，由于渾濁的循環(huán)水淹沒了割炬切割位置，無法看清割炬的切割狀態(tài)，當割炬碰著水下的翹起鋼板高點時，要么割炬被撞壞；要么割炬偏轉變形，影響了零件的切割效率與質量。為此，需設計專用裝置，將割炬的異常狀態(tài)反饋給操作工人，以便于操作工人及時調整處理。,3、自動切割機水下切割防撞機構的基本結構及工作原理 筆者設計的全自動切割

55、機機械式水下切割防撞機構如圖二所示：該機械式防撞機構代替原切割機,,的割炬夾持器06，并安裝固定在相應位置；防撞機構主要由：割炬夾頭01、02；球體接頭03、04；滑套06及相關的殼體10，球面端蓋04，彈簧11等部分組成。割炬夾頭分為01、02兩部分，通過螺栓連接固定割炬，并用螺釘將02固定在球面座03上。球面座03的大凸球面與球面端蓋04的凹球面配合鉸接；受力時，球面座03可相對球面端蓋04轉動。球面座03小球面端用

56、螺釘固定有兩個頂塊05，其凸曲面與滑套06一端的兩個凹曲斜面想吻合；當割炬受阻使球面座03相對殼體10偏轉時，球面座03上的頂快05將通過凸曲面迫使不能轉動的滑套06沿軸線方向滑移。滑套06上裝有固定的滑鍵09，可在殼體10的通鍵槽內滑動，并限制滑套06轉動。滑鍵09上用螺釘安裝固定有連接塊、撞塊08、07，透過殼體10上的,長圓通孔與滑套06同步沿殼體10鍵槽滑移，并以撞塊07撞擊行程開關（或接近開關）產生報警信號，并

57、使割炬驅動電機斷電制動?；?6由彈簧11頂緊，在人工調整割炬高度時及時復位。,在割炬正常切割工作時，防撞機構內所有零件靜止不動，相當于一個剛性的割炬夾持器。因球面座03與滑套06環(huán)形平面接觸，割炬向下的重力無法使球面座03向下偏轉。因此沿割炬軸線上下方向的作用力對防撞機構都不產生任何影響。,當割炬向右行走碰到工作阻力時，通過夾頭01、02迫使球面座03壓迫滑套06克服彈簧11的阻力滑移，并使撞塊07撞擊行程開關，發(fā)出警報

58、信號，使驅動電機斷電制動。,當割炬前后行走碰到工作阻力時，引起割炬偏轉，進而使夾頭01、02，球面座03及凸塊05同步偏轉，通過與滑套06吻合的斜面，迫使不能轉動的滑套06并撞塊07沿水平線滑移，同樣撞擊行程開關產生報警信號，使驅動電機斷電制動。 當操作工人接到報警信號，調整好割炬相對鋼板的切割距離后，防撞機構復位，切割機又可以繼續(xù)切割。,氧乙炔焰、等離子弧全自動切割設備，采用文章介紹的水下切割工藝及裝置，較圓

59、滿的解決了工作現場的環(huán)保問題。故筆者認為，文章介紹的環(huán)保工藝及裝置，具有十分重要的推廣價值與實用意義。,思 考 題,1、簡述等離子弧、氧乙炔焰數控切割專用環(huán)保設備的 實用意義。2、簡述等離子弧、氧乙炔焰數控水下切割的優(yōu)勢與問 題，簡述防撞機構的工作原理。,六、寬砂帶磨削去除薄板零件毛刺的設備,薄板平面零件沖壓加工或激光切割.等離子弧切割后，周邊總會產生一些飛邊毛刺。采用通用平面磨床修理周邊毛刺、飛

60、邊，效率低，工時費用較高。采用電動砂輪機和砂布帶輪手工修理，工時費用低，但工人操作安全性較差，工作效率不高。當厚度不大的平板類小零件品種、數量較多時，需要設計專用設備來處理平板類零件周邊的飛邊毛刺加工工藝問題。一、去毛刺專用砂帶磨削設備的結構特點及工作原理：,根據寬砂帶磨削，一次磨削寬度大，磨削效率高的特點，筆者設計了專用寬砂帶磨削設備，如圖,,圖1 寬砂帶磨削去毛刺志用設備1砂帶磨削頭 2 寬砂帶 3 壓縮彈簧

61、 4 浮動從動帶輪 5 磁性工作臺 6 磨削工件 7 傳送帶機構 8 料箱及擋板 9 蝸輪 10 絲杠 11 蝸桿機手輪 12 皮帶張緊機構,1所示：主要由砂帶磨削主動力頭1，傳送帶機構7及磁性工作臺5三部分組成。該專用設備采用500mm寬砂帶，由皮帶傳動方式組成砂帶磨削頭，由電動機直接驅動。砂帶的張力由兩組壓縮彈簧3產生，并自動調整。,需去毛刺的平板類工件由人工擺放到傳送帶7的右端，擺放時零件的飛邊毛

62、刺面朝上，由傳送帶自動輸向磨頭。當進入工作臺5的磁性區(qū)域時，靠磁鐵將零件吸貼在帆布傳送帶上。當砂帶對工件表面磨削時，依靠工作臺的磁性，吸住工件與輸送帶同步通過砂帶磨削區(qū)域。當傳送帶驅使工件離開工作臺磁性區(qū)域時，工件自動消磁，到達傳送帶左端主動輪7處，依慣性力方向自動脫離傳送帶，甩入料箱8中。,二、幾點工藝問題的說明：1、寬砂帶磨削： 目前砂帶磨削在國內已有了多年的成功經驗，主要用于木工拋光，而且砂帶寬度多小

63、于200mm，這是由于砂帶環(huán)形粘接后，喇叭口問題始終解決不好，砂帶越寬，砂帶兩端張力相差越大，越容易出現砂帶起皺，走偏。筆者設計的砂帶磨削設備采用500mm寬砂帶，由于從動帶輪兩端采用兩組壓縮彈簧3自動張緊，對先天形成的喇叭口有一定的適應性。另外，主動帶輪采用鼓形，中間大，兩頭小，使砂帶中間張力大于兩端。從動帶輪兩邊加工有旋向相反的螺旋槽，在從動帶輪與砂帶接觸產生摩擦力的同時，兩邊向外產生不大的拉力。,本設備在試驗階段

64、，沒有出現十分明顯的砂帶起皺，走偏現象，但應注意使工件擺放均勻，盡可能避免寬砂帶兩邊摩擦力相差太大。,2、磁性工作臺的調整： 磁性工作臺的調整包括磁力調整與工作臺高度位置調整。 在砂帶對工件磨削時，工作臺磁力太小，將無法驅使工件與輸送帶同步通過磨削區(qū)域，甚至會使工件沿砂帶運動方向飛出去，造成工傷事故。但磁力太大，又會增加皮帶輸送機的工作阻力。因此，針對不同厚度尺寸工件的固定需要，工作臺磁力應能調

65、整。該專用設備的工作臺選用M 7120平面磨床的工作臺，采用工作臺與帆布傳送帶間貼加非導磁材料的辦法，通過固定不同厚度的不銹鋼板或四,氟塑料板，來調整工作臺對工件的磁力大小。,在平板零件去毛刺磨削時，針對不同厚度的工件，工作臺相對磨削頭的位置高度，需作相應調整。另外，磨削力的大小很大程度取決于磨頭對工件的正壓力，磨削力的調整，也需要由工作臺高度調整來實現。該專用設備的工作臺高度位置的調整，通過圖1所示機構中蝸輪蝸桿和絲杠螺

66、母傳動機構來實現。如圖1所示，轉動手輪驅動蝸桿，帶動蝸輪9轉動。蝸輪9的中心加工有螺母，與螺母配合的絲杠與工作臺固定在一起，由螺母推動絲杠與工作臺上下移動，由此實現工作臺高度方向的位置調整。由于絲杠螺母和蝸輪蝸桿傳動都有自鎖性，且傳動比大，故工作臺位置及磨削力調整可十分可靠。,3、磨削速度調整： 磨削速度是影響磨削力的另一個要素，針對不同形狀、尺寸的零件磨削要求，磨削速度應在一定范圍內可調。按圖1

67、所示的設計方案，砂帶線速度調節(jié)相對比較困難，故磨削速度可通過傳送帶線速度的調整來實現。本設備的傳送帶主動輪，由電動機通過一臺錐形盤手動調速器驅動，故傳送帶的線速度可在1：8范圍內手動調整。,砂帶磨削與砂輪磨削相比，工作效率高，設備費用低，但由于機械振動問題和寬砂帶制作自身質量問題，平面磨削質量不如砂輪平面磨床的磨削質量，故寬砂帶磨削在金屬表面加工的應用方面進展遲緩。但本課題實踐證明，砂帶磨削去毛刺工藝還是十分成功的。,

68、思 考 題,1、簡述與傳統(tǒng)磨削工藝相比，寬砂帶磨削的優(yōu)勢與 缺點。2、簡述寬砂帶磨削需要解決的主要工藝難題。,七、堆垛機存取貨叉行程增倍機構的設 計與應用,現代紡織業(yè)生產管理中，紡織產品和原材料采用現代化立體倉庫周轉儲運是發(fā)展方向，而且也最具備實現的客觀條件?，F代儲運立體倉庫通常可分為固定的立體貨架和自動化堆垛機兩部分，由堆垛機實現物料自動化入庫出庫的動作要求。堆垛機的主要機械動作有：轉運車巷道運