锌直线铸锭机机械部分设计
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中期检查表系 工程系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机一 姓 名学 号指导教师指导教师职称讲师题目名称锌直线铸锭机机械部分设计题目来源 科研 企业 其它课题名称题目性质 工程设计 理论研究 科学实验 软件开发 综合应用 其它资料情况1、选题是否有变化 有 否2、设计任务书 有 否3、文献综述是否完成 完成 未完成4、外文翻译 完成 未完成由学生填写目前研究设计到何阶段、进度状况:1. 收集查阅了有关锌直线铸锭机设计的背景资料,制定了设计提纲和计划;2. 完成了软件的应用学习,对 AUTOCAD软件有了更加深刻的理解,并熟练掌握;3. 13.75m锌直线铸锭机的机架、链条及铸锭模组的设计已经完成。4. 毕业设计说明书的初稿已经完成,装配图及零件图已绘制完毕。由老师填写工作进度预测(按照任务书中时间计划) 提前完成 按计划完成 拖后完成 无法完成工作态度(学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况): 认真 较认真 一般 不认真质量评价(学生前期已完成的工作的质量情况) 优 良 中 差存在的问题与建议: 指导教师(签名): 年 月 日建议检查结果: 通过 限期整改 缓答辩系意见: 签名: 年 月 日注:1、该表由指导教师和学生填写。2、此表作为附件装入毕业设计(论文)资料袋存档。任务书论文(设计)题目: 锌直线铸锭机机械部分设计 学号: 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 系主任: 一、主要内容及基本要求 本设计主要是对13.75m锌直线铸锭机机架、链条和锭模组进行分析计算与设计。要求如下: 1.技术指标要符合设计要求。 2.图纸数量要达到两张A0图纸,且作图质量要达标。 3.说明书内容要符合实际设计情况,且说明书的形式严格按照湘潭大学兴湘学院2007级毕业生论文(设计)格式要求来执行。字数要求15000以上。 4.翻译一篇不少于3000字的外文文献。 二、重点研究的问题 本设计重点研究的问题是,13.75m锌直线铸锭机的基本原理及其组成部分、了解各部分之间是如何配合工作、核心对铸锭机机架、链条和锭模组进行计算与设计。还需解决的关键的问题是,如何来消除或减弱由于机械磨损和运行不平稳产生的抖动。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研大四第一学期寒假2开题报告、制订设计方案大四第二学期第12周3实验(设计)大四第二学期第36周4分析、调试等大四第二学期第78周5写出初稿大四第二学期第910周6修改,写出第二稿大四第二学期第1112周7写出正式稿大四第二学期第13周8答辩2011年6月初四、应收集的资料及主要参考文献1唐谟堂.火法冶金设备M.长沙:中南大学出版社,2002.10.1:1-339页. 2有色金属工程设计项目经理手册编委会.有色金属工程设计项目经理手册M.北京:化学工业出版社,2002.10.1:1-861页. 3郑志峰.链传动设计与应用手册M.北京:机械工业出版社,1992.10.1:1-378页. 4徐帮学.最新链条设计制造工艺与链传动技术标准实用手册上、中卷M.吉林:吉林音像出版社,2003.10:1-1026页. 5成大先.机械设计手册.单行本.机械振动.机架设计M.北京:化学工业出版社,2004.1:17-318-159页. 说明书题 目:锌直线铸锭机机械部分设计 专 业: 学 号: 姓 名: 指导教师: 完成日期:2011年5月25日 开题报告题 目锌直线铸锭机机械部分设计姓 名学号专 业班级指导教师职称填写时间2011年3月10日 2011年4月说 明1根据湘潭大学毕业设计(论文)工作管理规定,学生必须撰写毕业设计(论文)开题报告,由指导教师签署意见,系主任批准后实施。2开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。4本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,应不少于2000字。5开题报告检查原则上在第24周完成,各系完成毕业设计开题检查后,应写一份开题情况总结报告。6. 填写说明:(1) 课题性质:可填写A工程设计;B论文;C. 工程技术研究;E.其它。(2) 课题来源:可填写A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题;B企、事业单位委托课题;C校级基金课题;D自拟课题。(3) 除自拟课题外,其它课题必须要填写课题的名称。(4) 参考文献不能少于10篇。(5) 填写内容的字体大小为小四,表格所留空不够可增页。开题报告学生姓名学 号专 业机械设计制造及其自动化指导教师职 称讲师所在系工程系课题来源课题性质课题名称锌直线铸锭机机械部分设计一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础,机械加工工艺直接制约着机器制造业的发展,机器制造工艺及其组织形式的发展趋势,在很大程度上取决于机器结构的发展方向及其技术应用特性。机器制造业的科学技术进步又将反过来促进建立在计算机化和生产综合自动化基础上的、操作简单、资源消耗少的新工艺的开发和应用。13.75米直线铸锭机主要用于锌锭的铸锭,与感应电炉配套使用,本铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中,主要通过自然冷却方式来使锌液固定成锌锭,并在头轮位置脱模。这一过程,大大减少了人力物力,且大大加快了工作效率,使每天锌锭的产量直线上升。由此看出,铸锭机对锌的冶炼起到了至关重要的作用。随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧,传统的铸锭方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈,企业迫切需要提高铸锭的效率。锌直线铸锭机是锌冶炼行业中的重要设备,它大大提高了锌铸锭的效率,减少了工人的劳动强度和工作时间,同时也降低了生产成本。因此,快速实现铸锭机设计已成为企业的迫切要求。铸锭机的设计在铸锭的理论和应用上都得到了迅速发展,大大提高了铸锭的效率,对保证产品质量,提高生产率,减轻劳动强度,缩短产品生产周期等都具有重要意义。目前,国外锌的消耗量很大,这使得锌冶炼行业得以快速发展。随着锌冶炼的快速发展,锌铸锭也要快速发展来适应其消耗。铸锭机的生产自然而然就要加紧。国外铸锭机的现状以处于稳步发展阶段,以普遍应用到冶炼领域。我国锌行业自2008年来发展迅速,产品产出持续扩张,投资者对锌行业的关注越来越密切,这使得锌行业的发展研究需求增大。随着锌的需求增大,铸锭机就成为企业快速发展必不可少的工具。我国铸锭机还处在发展阶段,相信在未来几年时间里,它将普遍应用到冶炼领域。二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施研究内容:设计一个产能为6t/h的13.75m锌直线铸锭机预计达到的目标:13.75米锌直线铸锭机主要用于锌锭的铸锭,与感应电炉配套使用,本铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中,主要通过自然冷却方式来使锌液固定成锌锭,并在头轮位置脱模。能用AUTOCAD画出总装配图,以及主要零部件的零件图关键理论和技术:主要是电动机、摆线针轮减速机的选择和机架、链条及铸锭模组的设计。铸锭机其原理是:锌液(480)有感应电炉经舀锌机构(或锌液自流及舀注装置)注入到移动的铸型(模)内,铸型内锌液经风冷和自然冷却而凝固成锌锭,并在铸锭机头部被打上印记,再通过脱模装置与铸型脱离,脱型后的锌锭掉落到锭块输送辊道上,经过锭块输送辊道被送往堆码平台上,并继续被推入堆垛装置中。技术指标:13.75m锌直线铸锭机除了码锭及扒皮(将刚刚浇入锭模中的锌液表面的氧化皮清除,俗称“扒皮”)须人工操作外,其余过程全部为自动化操作。完成课题的方案和主要措施:方案:文献研究法、观察法、行动研究法、个案研究法、网上调查法、经验总结法主要措施:1、确定总体方案2、电动机的选择及摆线针轮减速机的选择3、传动方案的确定与设计4、链条的设计计算5、机架的设计6、铸锭模组的设计三、主要特色及工作进度大四第一学期寒假,资料检索、查询,课题可行性分析;大四第二学期第12周,完成系统总体方案构思及设计;第36周,对铸锭机的机架、链条及铸锭模组等主要零部件的设计计算;第710周,完成毕业说明书撰写,完成系统主要零部件绘图,说明书初稿检查;第1112周,修改,写出第二稿第13周,写出正式稿,毕业设计及说明书检查、打印装订,答辩准备。2011年6月初,答辩。四、主要参考文献(按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出)1唐谟堂.火法冶金设备M.长沙:中南大学出版社,2002.10.1-339页.2有色金属工程设计项目经理手册编委会.有色金属工程设计项目经理手册M.北京:化学工业出版社,2002.10.1-861页.3吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版)M.北京:高等教育出版社,2006.5.1-294页.4哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(第六版)M.北京:高等教育出版社,2002.8.1-391页.5罗迎社.材料力学M.武汉:武汉理工大学出版社,2007.7.1-321页.6姜勇,刘为亚.从零开始AUTOCAD2007中文版机械制图基础培训教程M.北京:人民邮电出版社,2007.12.1-323页.7郑志峰.链传动设计与应用手册M.北京:机械工业出版社,1992.10.1-378页.8徐帮学.最新链条设计制造工艺与链传动技术标准实用手册上、中卷M.吉林:吉林音像出版社,2003.10.1-1026页.9成大先.机械设计手册.单行本.机械振动.机架设计M.北京:化学工业出版社,2004.1.17-318-159页.10濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.5.1-424页.指导教师意 见指导教师签名: 年 月 日系意见 系主任签名: 年 月 日院意见 教学院长签名: 年 月 日7评阅表学号 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计)题目: 锌直线铸锭机机械部分设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;2.难度、份量是否适当;3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;2.是否有综合运用知识的能力;3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力;4.是否具备一定的外文与计算机应用能力;5.工科是否有经济分析能力。论文(设计)质量1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范;2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。综合评 价评阅人: 2011年6月 日目录 一 引言 .1 1 选题的目的和现实意义 .1 1.1 选题的目的 .1 1.2 选题的现实意义 .1 2 选题的国内外研究现状 .2 3 选题的研究方法(技术路线) 、主要观点、创新之处 .2 3.1 选题的研究方法 .2 3.2 选题的主要观点与创新之处 .3 二 锌直线铸锭机的用途工作环境及参数 .4 1 用途及工作环境: .4 2 主要技术参数: .4 三 锌直线铸锭机整体设计 .5 1 锌直线铸锭机工作原理 .5 2 锌直线铸锭机主要部件 .5 3 运动学设计 .6 3.1 铸锭机运行速度计算 .6 3.2 各零部件重力 .6 3.3 滚轮与轨道的静摩擦力 .7 3.4 额定输入功率计算 .7 3.5 实际输入功率计算 .7 4 电动机的选择 .7 四 锌直线铸锭机链条的设计 .8 1 概述 .8 1.1 链传动的特点 .8 1.2 链条的种类与应用 .8 2 通用输送机用链条 .8 2.1 链式输送机的类型及构造 .9 2.2 链式输送机中链条选择计算的一般方法 .9 2.3 米制长节距输送链 .12 3 链传动的布置、张紧、安装、润滑与维护 .14 3.1 链传动的布置 .14 3.2 链传动的张紧 .14 3.3 链传动的安装 .15 3.4 链传动的润滑 .16 3.5 链传动的维护 .17 五 锌直线铸锭机机架的设计 .18 1 机架结构概论 .18 1.1 机架设计计算的准则和要求 .18 1.2 机架结构的选择 .19 2 机架设计的一般规定 .19 2.1 载荷 .19 2.2 刚度要求 .20 2.3 强度计算 .21 2.4 杆系机架结构的简化方法 .21 3 梁的设计与计算 .23 3.1 梁的设计 .23 3.2 梁的计算 .24 4 桁架的设计与计算 .24 4.1 桁架的结构 .25 4.2 桁架的位移计算 .25 5 柱的设计与计算 .26 5.1 柱的形状 .26 5.2 柱和架的连接 .26 5.3 稳定性计算 .26 六 锌直线铸锭机锭模组的的设计 .28 1.铸锭模的设计 .28 2.锭模轴的设计 .28 2.1 轴的用途及分类 .28 2.2 轴的材料 .28 2.3 各轴段直径和长度的确定 .28 2.4 轴的校核计算 .28 3.锭模轴盖的设计 .29 致 谢 .30 参考文献 .31 附录 .32 锌直线铸锭机机械部分设计 摘要:本铸锭机用于锌液的铸锭,与熔锌感应电炉配套使用。本铸锭机是通过舀锌机构将电炉内 锌液舀入锭模中,主要通过自然冷却方式(当速度较快时,可辅以风机强制冷却)来使锌液凝固成 锌锭,并在头轮位置脱模,沿卸锭辊道滑落到码锭台之上,除了码锭及扒皮(将刚刚浇入锭模中的 锌液表面的氧化皮清除,俗称“扒皮” )须人工操作外,其余过程全部为自动化操作。铸锭机由尾 轮及张装装置、机架、锭模组、打印装置、链条、传动装置、头轮装置、碰撞架、卸锭辊道、舀锌 机构、风机、电控箱十二部分组成。本说明书主要是对铸锭机的链条、锭模组和机架进行分析计算 与设计的基本说明。 关键词:铸锭机 链条 锭模组 机架 分析计算与设计 Zinc linear ingot casting machine Abstract:The machine is used for ingot casting of liquid zinc ,and supporting the use of molten zinc induction furnace . This ingot casting machine is through scoop the zinc organization the zinc fluid of the electric stove scoops up into the spindle module ,mainly through modules of natural cooling way (when fast, can be supplemented by fan forced cooling) to make liquid zinc solidified into zinc ingots, and in the first round, the place stripping down to discharge ingot roller ,along spindle unloading roller slide to the code spindle units above,in addition to code ingots and strips (to be just poured into the ingot mold in the liquid surface of zinc oxide removal, commonly known as strips) must be artificially operating outside, the rest of the process all for automation. Ingot casting machine is composed by the rear wheel and tensioning device , rack, spindle modules, print devices, chain, transmission device, the first round of the device, the collision planes, unloading roller spindles, scoop the zinc organization, fans, electric control box 12 parts. This instruction booklet is mainly to the ingot casting machine chain link, the spindle module and the rack to the analysis calculates and designs. Keywords:Ingot casting machine Chain Spindle module Rack Calculation and Design 1 一 引言 1 选题的目的和现实意义 1.1 选题的目的 有色金属是国民经济发展的基础材料,航空、航天、汽车、机械制造、电力、通 讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。随着现代化工、农业 和科学技术的突飞猛进,有色金属在人类发展中的地位愈来愈重要。它不仅是世界上 重要的战略物资,重要的生产资料,而且也是人类生活中不可缺少的消费资料的重要 材料。 锌是仅次于铝、铜的第三个最主要的有色金属。锌主要用于镀锌、电池和压铸锌 合金以及传统的黄铜和青铜的生产。在冶炼锌以湿法炼锌的前景下,所形成产品多为 阴极片,而阴极片作为最初产品,有形状不规则,厚度不均,易氧化,不便于储存运 输等缺点且锌市场交易有具体规格。因此在锌冶炼中还有熔铸环节,将锌阴极片通过 融化浇铸最终形成锌锭。锌阴极片的溶解过程由工频感应电炉完成,再由铸锭机完成 浇铸。 直线铸锭机主要用于锌锭的铸锭,与感应电炉配套使用,本铸锭机是通过舀锌机 构将电炉内锌液舀入锭模中,主要通过自然冷却方式来使锌液固定成锌锭,并在头轮 位置脱模。这一过程,大大减少了人力物力,且大大加快了工作效率,使每天锌锭的 产量直线上升。由此看出,铸锭机对锌的冶炼起到了至关重要的作用。 1.2 选题的现实意义 我国锌冶炼厂的精锌铸锭,多年来一直处于人工操作的落后状态,劳动强度极大。 如今,企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种新技术的环境下, 革新传统的设计手段。 整条生产线组合形式灵活多变,能根据用户的产能、场地大小等现场情况合理配 置直线铸锭机长度,锭块输送形式及堆码装置的组合形式。 整条生产线为开放式配置,既便于直线铸锭机的稳定工作,又方便了生产线与熔 锌炉等设备的配置,同时也便于日常德维修操作;一旦设备发生故障,能方便的事实 人工堆码,从而有效减少设备停产影响。 随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧,传统的铸锭方式已成为企业中产品 快速上市的瓶颈,企业迫切需要提高铸锭的效率。锌直线铸锭机是锌冶炼行业中的重 2 要设备,它大大提高了锌铸锭的效率,减少了工人的劳动强度和工作时间,同时也降 低了生产成本。因此,快速实现铸锭机设计已成为企业的迫切要求。铸锭机的设计在 铸锭的理论和应用上都得到了迅速发展,大大提高了铸锭的效率,对保证产品质量, 提高生产率,减轻劳动强度,缩短产品生产周期等都具有重要意义。 2 选题的国内外研究现状 (1)国外研究现状 国外锌的消耗量很大,这使得锌冶炼行业得以快速发展。随着锌冶炼的快速发展, 锌铸锭也要快速发展来适应其消耗。铸锭机的生产自然而然就要加紧。国外铸锭机的 现状以处于稳步发展阶段,以普遍应用到冶炼领域。 (2)国内研究现状 2008 年中国锌行业发展迅速,产品产出持续扩张,国家产业政策鼓励锌产业向 高技术产品方向发展,国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对锌行业的关注 越来越密切,这使得锌行业的发展研究需求增大。随着锌的需求增大,铸锭机就成为 企业快速发展必不可少的工具。我国铸锭机还处在发展阶段,相信在未来几年时间里, 它将普遍应用到冶炼领域。 3 选题的研究方法(技术路线) 、主要观点、创新之处 3.1 选题的研究方法 (1)文献研究法:通过查阅与本课题相关的文献资料,及时了解本课题的研究进 程,全面掌握相关信息,为课题研究提供科学的论证依据、研究导向。 (2)观察法:为了了解事实真相,从而发现某种现象的本质和规律。通过现场的 观察,以便能更好的进行设计与改进。 (3)行动研究法:对于本课题进行试验研究,将采用行动研究方法,边实验,边 总结,边推广。 (4)个案研究法:抓住典型实例,针对课题实施前后其计算、设计与校 (5)网上调查法:利用网络的便利性,作相关查阅与调查,及时指导与调整下步 行动。 (6)经验总结法:经验总结法是根据实践所提供的事实,分析概括现象,挖掘现 有的经验材料,并使之上升到理论的高度,以便更好地指导新的实践活动的一种研究 方法。关键是要能够从透过现象看本质,找出实际经验中的规律;从而更好地更加理 3 性地改进自己的设计。 3.2 选题的主要观点与创新之处 (1)主要观点 铸锭机的设计对锌的铸锭具有奠基性,促进了企业的发展,全面提高了铸锭的效 率。大大减少了人力物力,节约了成本。 铸锭机的设计至少要满足下列几个条件:整体策划;符合普遍使用的规律; 符合拆装简便的条件;所有资源在一个统一框架下建设,根据具体需求,要成为 一个整体。要满足这些条件,绝对不是简单购买各厂家的资源、或大量搜集资料就可 以的,不是量大就有效,需要大量的资源,但不是简单量的积累。 我认为,铸锭机应采取整体规划、统一设计,购买资源要有机整合到系统中,组 织区域内共建共享。 (2)创新之处 本研究的创新之处在于突破了以往关于人工锌铸锭的认识,发掘并开发利用铸锭 机的功能和价值。并将此与当前有色金属的冶炼现实需要结合起来,力图建构一种有 效的新模式。 4 二 锌直线铸锭机的用途工作环境及参数 1 用途及工作环境: 1.1 用途:本铸锭机用于锌液的铸锭,与熔锌感应电炉配套使用。 1.2 工作环境: 海拔不超过 2000m。 环境温度-2540。 使用地区最湿月最大相对湿度的月均值不大于 90%。 周围无爆炸性气体及严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体。 没明显的振动和颠簸。 设备应安装在通风较好的室内。 2 主要技术参数: 生产能力 6t/h 头尾轮中心距 运行速度 1000mm/min 锌锭重量 25kg/件 锭模中心距 250mm 锭模数 118 件 设备总重 9.1t 传动装置电机功率 1.5kW 舀锌机构电机功率 0.55kW 风机电机功率 1.1kW 总功率 5.35kW 5 三 锌直线铸锭机整体设计 1 锌直线铸锭机工作原理 铸锭机是通过舀锌机构将电炉内锌液舀入锭模中,主要通过自然冷却方式(当速 度较快时,可辅以风机强制冷却)来使锌液凝固成锌锭,并在头轮位置脱模,沿卸锭 辊道滑落到码锭台之上,除了码锭及扒皮(将刚刚浇入锭模中的锌液表面的氧化皮清 除,俗称“扒皮” )须人工操作外,其余过程全部为自动化操作。 2 锌直线铸锭机主要部件 铸锭机由尾轮及张装装置、机架、锭模组、传动装置、头轮装置、链条、碰撞架、 卸锭辊道、舀锌机构、风机、机旁控制箱、打印装置十二部分组成。 2-1 尾轮及张紧装置:由尾轮、尾轮轴、滑块座等组成。尾轮两个,每个尾轮齿 数为 8。采用弹簧张紧结构,当链条因温度变化或使用磨损后长度发生变化时,可自 动张紧链条,确保铸锭机的平稳运行。 2-2 机架:采用槽钢和角钢制成。分为两段,在运输过程中拆开,安装时再连接 成整体。 2-3 锭模组:由锭模、定模轴、轴盖等组成。锭模数量 118 件(106 块正常锭模, 12 块底座锭模) 。当铸锭机运转时,由链条拖动锭模移动。铸锭机工作时,上链条为 紧边,下链条为松边。 2-4 传动装置 2-4-1 由减速机架、摆线针轮减速机(配有电磁调速电动机) 、大小齿轮组成。 电机输出动力通过摆线针轮减速机和齿轮副两次减速后传递到头轮轴上,拖动链条及 锭模运行。 2-4-2 调速电机的调速范围为 1251250r/min,无级调速。可根据电炉生产工况, 调节铸锭机的运行速度。调速电机功率 N=2.2kW。 2-4-3 摆线针轮减速机的型号为 XWED95-2537-2.2,i=2537,减速比 i=2537。 2-4-4 齿轮副齿数分别为 66(大齿轮)和 22(小齿轮) ,减速比为 i=3。 2-5 头轮装置:由头轮、头轮轴、对开式四螺柱斜滑动轴承座等组成。头轮两个, 每个头轮齿数为 8。由传动装置电机供给的传动力通过头轮轴传递到头轮上,头轮带 动链条及锭模运行。 6 2-6 链条:由滚子、卡板、链板、轴套等组成。 2-7 碰撞架:其作用是让锭模在翻模时击打在碰块上,从而使锌锭顺利脱模。 2-8 卸锭辊道:由辊筒、机架及卸锭翻板组成。其作用是使脱模后的锌锭沿辊筒 滑下并通过卸锭翻板翻落在码锭台上。翻落到码锭台上的锌锭为正面(无商标的面) 朝上,以便于码锭操作。 2-9 舀锌机构:由电机、摆线针轮减速机、连杆、石墨勺夹持器、石墨勺等组 成。舀锌机构的作用是从电炉炉膛内将锌液舀出,浇入锭模之中。其动作是与铸锭机 运行相协调的。 2-9-1 舀锌机构的动作可分为舀锌过程和浇锌过程两个部分,舀锌过程的时间 (一个周圈)为 8 秒。浇锌过程(石墨勺尾部停留在锭模上方)的时间取决于铸锭机 运行的速度。铸锭机运行的速度越快,则停留时间越短;铸锭机运行的速度越慢,则 停留时间越长。整个动作的频率不宜大于 4 次/min。舀锌过程和浇锌过程的切换通过 行程开关来控制。 2-10 风机:风机的作用是吹风至锌锭表面,加速其冷却。风机的型号为 T35- 11-4,风机电机功率 N=1.1kW,转速 n=2900r/min,具体参数见风机使用说明。 2-11 机旁控制箱:机旁控制箱装有交流接触器、热继电器、调速器、断路器、 指示灯、按钮等电器元件,控制传动装置、舀锌机构和风机的电机运转。 2-12 打印装置:由拔叉、钢字盒支臂、槽钢支架等组成。其作用是在锌锭上标 明记号。 3 运动学设计 3.1 铸锭机运行速度计算 锭模宽度(max) s=中心距2/锭模数=233mm 故链条节距取 P=250mm。 浇铸时间 (max) t=锌锭重量/每秒产量=15s 铸锭机运行速度(max) V=s/t=0.016m/s 3.2 各零部件重力 锭模轴 1186.3710=7516.6N 链 条 7.623610=17936N 锭 模 1183610=42480N 锌 锭 532510=13250N 7 轴 盖 0.7523610=1770N 总重力:G=82952.6N 3.3 滚轮与轨道的静摩擦力 由机械设计手册查得钢与铸铁的摩擦因数为 0.3,则静摩擦力为: F= G=24885.78N 3.4 额定输入功率计算 Pw=F*V=0.40kw 3.5 实际输入功率计算 Pf=PwK=0.54kw(负载因素 K=1.35) 4 电动机的选择 根据需要,选用摆线针轮二级传动减速机,其效率是 0.85,头轮所在处的1 滑动轴承传动效率为 0.97,则输入的功率为2 Pd=Pf/ =0.655kw总 又 n= =0.5r/mind106v 式中 v铸锭机运行速度,单位 m/s; d齿轮分度圆直径,单位 mm。 d= =653.25mmz180sinp 其中 p节距,单位 mm; Z齿数,且 z=8 根据 Pd=0.655kw 和 n=0.5r/min,选用型号为 XWED95-2537-2.2,i=2537 的摆线 针轮减速机,电机选用 P=2.2kw。 8 四 锌直线铸锭机链条的设计 1 概述 1.1 链传动的特点 链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动,可作传动用、输送用、拽引提升用以 及许多结构巧妙的性能特异的专门用途。它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。由于 它具有结构简单、传动大、效率高、传动比准确、适应性强、紧凑、经济、耐用和维 修保养容易等主要特点,使链传动在国民经济各部门获得了广泛的应用。 与摩擦型的带传动相比,链传动无弹性滑动和整体打滑现象,因而能保持准确的 平均传动比,传动效率高;又因链条不需要像带张得很紧,所以作用于轴上的径向压 力较小;链条采用金属材料制造,在同样的使用条件下,链传动的整体尺寸较小,结 构较为紧凑;同时,链传动能在高温和潮湿的环境中工作。 与齿轮传动相比,链传动的制造与安装精度要求较低,成本也低。在远距离传动 时,其结构比齿轮传动轻便得多。 链传动的主要缺点是:只能实现平行轴间链轮的同向传动;运转时不能保持恒定 的瞬时传动比;磨损后易发生跳齿;工作时有噪声;不宜用在载荷变化很大、高速和 急速反转的传动中。 链传动主要用在要求工作可靠,两轴相距较远,低速重载,工作环境恶劣,以及 其他不宜采用齿轮传动的场合。 1.2 链条的种类与应用 动力传动、物料输送和拽引提升是链条应用最广泛的三个基本领域。通常就以此 把链条划分四大类即传动链、输送链、拽引链和无所不包的特种专用链。但是以用途 来划分链条类别时并没有明确的界限,对有些链条,既可作传动用,也可作输送或拽 引用。 2 通用输送机用链条 输送链主要用来输送工件、物品和材料,可以直接用于各种机械上,也可以组成 链式输送机作为一个单元出现。由于其具有适应范围广低速和中速、耐热、耐腐 蚀、耐冲击;平均传动比一定易于实现同步输送;重量轻、体积小、可靠、易维 9 护保养等特点,因此,链式输送机获得了广泛的应用,而输送链则用途更广。 2.1 链式输送机的类型及构造 由于输送链在链式输送机上的作用主要是拽引和承重,拽引功能主要借助链条实 现推、刮、托、提等动作将物料输送到一定距离之外,而承重功能则是指输送对象的 重量主要由输送链条本身来承担,但承重的部位可以视需要而有所不同。有的直接放 置在链板上或滚子上;有的放置在附件上,如延长销轴上、链板附件上或特殊结构链 条的平顶面上等。 一般情况下,输送链的工作边均在轨道上运行(即链板在轨道上滑行或链条的滚 子在轨道上滚动运行) ,而返回的一边则有两种情况,一种是非连续式的,即返回边是 悬空的,这是一种常见的情况;另一种是连续式的,即返回边也在轨道上运行。由于 本铸锭机的铸锭模要装在链条上,随同链条一起运动,固本铸锭机链条采用连续式的。 2.2 链式输送机中链条选择计算的一般方法 输送链的选择应根据输送物的种类、重量、尺寸以及要求的输送类型、速度、距 离、环境等条件来决定,一般按下列顺序来进行。 (1)确定输送的条件; (2)初步选择输送机类型和链条品种; (3)计算作用在链条上的张力; (4)确定链条的品种、规格及尺寸。 2.2.1 确定输送的条件 (1)输送物的状态与所采用的容器,以及输送对象的重量和尺寸大小等。 (2)输送的路线(水平、倾斜或垂直;直线或弯道) 、输送的长度以及输送的配 置等。 (3)输送的条件。应明确输送量、输送速度和输送间隔;有无润滑以及输送物有 无容器、工装板等。 (4)输送的环境。主要是指温度情况,有无药物、水、湿度等腐蚀条件,有无玻 璃碎片、金属粉、涂料屑和砂等磨损物的存在等。 2.2.2 初步选择输送机的类型和链条的品种 根据上述的输送条件来初选出适合于输送对象的输送机类型,同时可以初选出链 条的品种,即米制长节距输送链。再按下列公式初算一下预算张力 F 预 ,然后对照相应 标准中该种链条的最小极限拉伸载荷,从而暂取定一种链条的规格和相应的链条尺寸, 10 然后按第 2.2.3 和 2.2.4 节进行验算。 KWFTf.89预 =9.86501.660.31.0 =19114.88N 式中 F 预 预算张力( N) ; WT除链条外输送物料的总重量() ; f摩擦系数; K速度系数。 表 4-1 速度系数 链条速度 (m/min ) 15 以下 15-30 30-50 50-70 70-90 90-110 110-120 速度系数 K 1.0 1.2 1.4 1.6 2.2 2.8 3.2 2.2.3 计算作用在链条上的张力 由于输送的方式不同,所以计算公式也各不一样,一般可按下列几种输送方式来 进行张力计算。 (1)推式输送机及刮板式输送机(水平输送) F=9.8(Mf 2+2.1qf1)s (2)顶托式输送机及提式输送机(本铸锭机为顶托式) F=9.8(M+2.1q)f 1s =9.8(Ms+2.1qs )f1 =9.8(1325+2.1 6970.26)0.3 =46929.89N 每挂链条承受的张力为 =23464.94N2F 以上各式中: F链条的最大张力( N) ; M被输送物料在单位长度上的重量(/m) ; s链轮中心距离; q链条及其附件的单位长度的重量(/m) ; 11 f1链条与轨道间的摩擦系数; f2物料与地板及侧板间的摩擦系数。 2.2.4 链条的选定 由第 2.2.2 节选用的链条是初步的,应按下列进一步验算后才能予以确定。 FF 式中 F链条的许用张力,或称许用拉伸载荷( N) ,它等于 F= cnQ = )( 75130 =6300045000N 式中 Q链条的最小极限拉伸载荷(N) ; c载荷修正系数; n安全系数。 另外,当采用以链条作为直接承载件时,还应验算链板的接触压力、销轴的剪切 应力和弯曲应力。 表 4-2 安全系数 n 链条速度 (m/min ) 20 30 40 50 60 70 安全系数 n 5-7 6-9 7-10 8-13 9-15 10-17 由于 F/2=23464.94NF=6300045000N 故链条符合要求 2.2.5 计算所需功率 (1)水平输送及倾斜输送时 P= )( kw60v.F = 60189.421. =0.86kw 通过上面的计算,再根据具体的输送要求,可以从下文的通过输送链标准中所提 供的各式各样的附件来选择能满足工作要求的式样。此外,也可以根据具体的使用条 件对附件搞变型设计或专门设计,也可找有关的工矿企业代为设计。 12 2.2.6 其他注意事项 (1)为了保证输送机能处于良好的使用状态,应安装张紧装置,其最小调整长度 =(轴间距离 x0.02)+ 剩余长度。 (2)链条与链轮应有三个以上的齿相啮合。 (3)多根链条并列使用时,应注意链轮齿的相位一致,并且链轮尽量安装在同一 轴上。 (4)如果输送距离较长,同时又并列使用两根以上链条,并且对链条的节距精度 要求又较高时,为了尽可能减少链条间的长度相对误差,应对链条进行选配。同时还 应采用成对切齿的链轮,以保证链轮齿的相位一致。 2.3 米制长节距输送链 该链广泛应用于冶金、矿山、制糖、制酒、陶瓷、造纸、林业和汽车等行业。该 产品的性能特点是同一链条的极限拉伸载荷对应有多种节距系列。滚子有普通滚子 (S) 、大滚子( D)和带轮缘大滚子(F ) ,销轴分为实心销轴和空心销轴两种。本铸 锭机选用的链条为节距为 P=250 的带轮缘大滚子( F)型链条。 2.3.1 关于长节距米制输送链标准 GB 8350-87 的说明 (1)该标准的链条节距值为米制整数(现行国内外众多的链条标准绝大多数采用 英制) 。 (2)该标准的链条节距值为 p=40-1000mm。节距的分档范围较多,节距的数值也 较大,适用于较长距离的输送机。 (3)该标准的每一个链号都包括有多种不同节距的链条可供选择(其中: M20、 M28、 M40、M56、 M80、M315、M450、M630 、M900 均有七种节距, M112、 M160、M224 均有八种节距, MC28 有五种节距, MC56、MC112、MC224 均 有六种节距) ,而他们的承载能力是等同的,所以说,节距的大小并不完全反映链条的 强度大小。 (4)该标准的链条结构并不是完全是滚子链,还包括有套筒链,还有小滚子、大 滚子、带边滚子和空心销轴等结构。 (5)该标准的链长精度要求为 0-+0.25%,比传动用滚子链和套筒链的链长精度要 求 0-+0.15%为低。当并列使用两根链条时,应选配链长偏差相近的。 (6)该标准的链轮齿形(齿廓形状及轴向齿廓)的要求比传动用滚子链或套筒链 的链轮要求为低。 (7)该标准选用的一般步骤为:a)根据输送机的要求来选定链条的结构型式 (是滚子链还是套筒链以及滚子的结构型式等等) ;b)根据输送机的动力来计算所需 13 要的强度,从而选择链条的极限拉伸载荷;c)根据输送条件来选定链条的节距值; d) 选择必要的链条附件。 (8)当环境工作条件有特殊要求时,可与制造厂协商后选用特种材质、结构和工 艺等。 2.3.2 米制长节距输送链基本参数和尺寸 极限拉伸载荷 Q=315KN 滚子外径 d1(max)=100mm 销轴直径 d2(max)=30mm 套筒外径 d3(max)=40mm 链板高度 h1(max)=75mm 内链节内宽 b1(max)=76mm 内链节外宽 b2(max)=96mm 外链节内宽 b3(max)=98mm F 型滚子边缘直径 d4( max)=110mm F 型滚子边缘宽度 b4( max)=10mm 14 图 4-1 米制长节距输送链 3 链传动的布置、张紧、安装、润滑与维护 3.1 链传动的布置 链传动一般应布置在铅垂平面内,尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。如确有 需要按后一种布置设计,则应考虑加装托板或张紧轮等装置,并且尽量设计成较紧凑 的中心距。 链传动的布置应考虑下列提出的一些布置原则。 (1)两链轮中心连线最好成水平,或与水平面成 60一下的倾角。紧边在上面较 好。 (2)两轮轴线不在同一水平面上,此时松边应布置在下面,否则松边下垂量增大 后,链条易与小链轮钩住。 (3)两轮轴线在同一水平面上,松边应布置在下面,否则松边下垂量增大后,松 边会与紧边相碰。此外,需经常调整中心距。 15 (4)两轮轴线在同一铅垂面内,此时下垂量集中在下端,所以要尽量避免这种垂 直或接近垂直的布置,否则会减少下面链轮的有效啮合齿数,降低传动能力。应采用: a)中心距可测;b)张紧装置;c)上下两轮错开,使其轴线不在同一铅垂面内;d) 尽可能将小链轮布置在上方等措施。 (5)为使两轮转向相反,应加装两个导向轮,且其中至少有一个是可以调整张紧 的。紧边应布置在两轮之间。 3.2 链传动的张紧 链传动应给予适当张紧。其张紧程度可利用测量松边垂度 f 的大小来表示。 合适的松边垂度推荐为 f=(0.01-0.02)a (mm ) fminf f max 或 cos036.fvminK fmax=3fmin 式中 a传动中心距(mm) ; fmin最小垂度(mm) ; fmax最大垂度(mm) ; 松边对水平面的倾角; Kv速度系数,当 v=10m/s 时,K v=1.0;当 v 10m/s 时,K v=1.0v。 对于重载、经常起动、制动和反动的链传动以及接近重直的链传动,其松边垂度 应适当减少。 链传动的张紧可以采用下列方法: (1)用调整中心距方法张紧 对于链子链传动,其中心距调整量可取为 2p;对于 齿形链传动,可取为 1.5p,p 为链条节距。 (2)用缩短链长方法张紧 当传动没有张紧装置而中心距又不可能调整时,可采 用缩短链长(即拆去链节)的方法对因磨损而伸长的链条重新张紧。 (3)用张紧装置张紧 下列情况应增设张紧装置。 两轴中心距较大(a 50p 和脉动载荷下 a25p ) ; 两轴中心距过小,松边在上面; 两轴布置使倾角 接近 90; 16 需要严格控制张紧力; 多链轮传动或反向传动; 要求减少冲击振动,避免共振; 需要增大链轮啮合包角; 采用调整中心距或缩短链长的方法有困难。 链式输送机一般都有张紧装置用来调节链条张力以保持良好工作状态,补偿因铰 链磨损而引起的链条伸长,以及便于安装维修时将链条松开。 3.3 链传动的安装 链条与链轮在安装前应先进行一下盘啮检验,检查其啮合是否太紧或太松,以及 时发现问题,进行更换。 链轮的安装应保证尽可能小的共面误差,这就要求 a)各轴保持相互平行;b)各 链轮保持在同一平面内,避免歪斜和跳动。一般应使两轮轮宽的中心平面轴向位移误 差 e ,两链轮旋转平面间的夹角误差 。a102. rd106. 链条在链轮上安装时,对于小节距链条可把它的两个连接端都拉到链轮上,利用 链轮齿槽来定位是很容易把连接链条轻轻插入的。 当安装大节距或多排链条时,可利用大型紧链器。 输送链的安装还应特别考虑下列各点,这是因为输送链常是两挂、三挂或多挂并 列应用的: (1)尽可能使安装到同一主机上的两挂或多挂输送链的长度相等。建议把链段先 在地上展直,然后把各链段组(可按长度精度分 三组或四组)合理地搭配,并把它们 一段一段连接起来。 (2)链条带有附件时(如刮板、横杆等) ,各挂链条之间正确对位十分重要。若 各挂链条长度不等或链轮对位不好,则工作时会由于各挂链条之间受载不均匀,而使 其中一挂链条过度磨损。 (3)各挂链条之间的正确搭配工作最好在制造厂内进行,即测出各链段长度,将 长度按精度分组,将长度精度相同的那几段配成一组,标上相同的标号并捆在一起, 然后发运给用户。 (4)当运输链的附件不对称而又有几挂链条并列工作时,就需要注意左边和右边 的正确配置。 (5)在使用几挂链条并列工作的输送装置中,主动轴(头轴)上各链轮间相互位 置的找正是极为重要的。这些链轮在轴上必须同相位装配,轴上键槽应开在同一直线 上。而从动轴(尾轴)上的各链轮,只有一个链轮用键与轴联结在一起,其余均活套 17 在轴上。这样安装可以自动适应因各挂链条磨损不等而产生的尾轴上各链轮相对转动 的不同步现象。 安装链条时还应注意有些止锁零件的安装方向与链条的运行方向相适应,以避免 冲击、跳动,碰落时脱落。 3.4 链传动的润滑 链传动润滑方式如下: (1)用刷子或油杯人工周期润滑:润滑油周期地加在链条松边的内外链板的间隙 处每班(8h)加油一次。 (2)滴油润滑:采用简单的外壳,用油杯滴油单排链每分钟滴油 5-20 滴,速度 高时取大值。此铸锭机链传动的润滑采用该方法。 (3)油浴润滑:采用密封的油箱,链条及链轮一部分浸入油中浸油深度为 6- 12mm,过浅则润滑不可靠,过深则油易发热变质,且搅油损失大。 (4)飞溅润滑:采用密封的油箱,转动时,甩油盘将油飞溅起来,经箱体上的集 油装置,将油导流到链条上。甩油盘得圆周速度应大于 3m/s 以上。当链宽大于 125mm 时,应在链轮两侧都装甩油盘。链条不浸入油中,甩油盘浸油深度为 12-25mm。 (5)油泵压力喷油润滑:采用密封油箱,用油泵强制供油润滑并起到循环冷却作 用。喷油嘴应布置在链条与链轮的啮入处。喷油嘴的数目应比链条排数多一个,正好 对准每列链板的间隙处。 链传动用润滑油润滑时,一般可根据工作环境温度和链条节距选用具体牌号润滑 油。往链条上给油时应注意,必须把油给在内外链板的间隙中以及滚子两端,以便能 使油渗入到各摩擦表面之间。 链传动采用润滑油有困难时,例如在机器中使用滴油或油池有问题时,或周围环 境恶劣、温度很高、泥浆尘土很多时,则可采用润滑脂或固体润滑剂。输送链由于链 速较低,一般可采用润滑脂润滑。但当节距较小时,可采用粘度适当的润滑油润滑。 3.5 链传动的维护 实际使用中如能遵守几条相当简单的保养与维护原则,就可以节约费用,延长使 用寿命,充分发挥链传动的工作能力。 (1)传动的各个链轮应当保持良好的共面性,链条通道应保持畅通; (2)链条松边垂度应保持适当; (3)经常保持良好的润滑,如无必要,就尽可能不采用粘度较大的油或润滑脂, 因为它们使用一段时间后易与尘土一起堵塞通往铰链摩擦表面的通路(间隙) ; 18 (4)应定期将链条清洗去污,并经常检查润滑效果; (5)在保养维修过程中,及时剔除已损坏的链节或换上新链节,对大规模的链条 来说可延长使用寿命,在经济上也是和合算的。但如果换修次数过多,则表示整根链 条的使用寿命即将到头,不如把整根链条换掉,免得主机停车时间过长,影响生产, 在总的经济上不合算。 19 五 锌直线铸锭机机架的设计 1 机架结构概论 1.1 机架设计计算的准则和要求 1.1.1 机架设计的准则 (1)工况要求 任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如,保证机架上安装的零 部件能顺利运转,机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起;设置执行某 一工况所必须的平台;保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 (2)刚度要求 在必须保证特定外形条件下,对机架的主要要求是刚度。例如机床的零部件,床 身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度;在齿轮减速器中,箱壳的刚度决 定了齿轮的啮合性及运转性能。 (3)强度要求 对于一般设备的机架,刚度达到要求,同时也能满足强度的要求。但对于重载设 备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生最大载荷情况下, 机架上任何点的应力都不得大于允许应力。此外,还要满足疲劳强度的要求。 对于某些机器的机架尚需满足振动或抗振的要求。例如振动机械的机架;受冲击 的机架;考虑地震影响的高架等。 (4)稳定性要求 对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题,某些板壳结构也存在 失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏,设计是必须校核。 (5)美观 目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作,还要使外形美观。 (6)其他 如散热的要求;防腐蚀及特定环境的要求;对于精密机械、仪表等热变形小的要 求等。 1.1.2 机架设计一般要求 在满足机架设计准则的前提下,必须根据机架的不同用途和所处环境,考虑下列 各项要求,并有所偏重。 (1)机架的重量轻,材料选择合适,成本低。 20 (2)结构合理,便于制造。 (3)结构应使机架上的零部件安装、调试、修理和更换都方便。 (4)结构设计合理,工艺性好,还应使机架本身的内应力小,由温度变化引起的 变形应力小。 (5)抗振性能好。 (6)耐腐蚀,使机架结构在服务期限内尽量少修理。 (7)有导轨的机架要求导轨面受力合理,耐磨性良好。 1.2 机架结构的选择 1.2.1 一般规则 根据前面的准则和要求,进行机架结构形式的选择仍是一个较复杂的过程。对结 构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案 进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求,制造统一的机架结构选择方 法比较困难。但是,可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了 节约材料在选择结构形式时应遵守的一般规律。 (1)结构的内力分布情况要与材料的性能相适应,以便发挥材料的优点。 (2)结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短,结构使用 的材料愈省。 (3)结构的连续性可以降低内力,节省材料。 2 机架设计的一般规定 2.1 载荷 2.1.1 载荷分类 作用在设备上设备上的载荷一般分为三类:基本载荷、附加载荷和特殊载荷。 (1)基本载荷 基本载荷指始终和经常作在机架结构上的载荷。包括自重力 PG及设备运行时产生 的动载荷 Pd。自重力包括机架的自重力及其上机械设备、电气设备和附加装置的重力。 一般计算中,计算载荷为基本载荷与动力系数 Kd的乘积。动力系数的值见下表。 Q=(P G+Pd)K d =(30820+82952.6)1.5 =170659.0N 21 式中动载荷忽略不计,即 Pd=0。 表 5-1 动力系数 Kd 较小冲击、 一般振动 一般冲击、 中等振动 较大冲击、 单向强力振动 强烈冲击、 双向振动 1.11.25 1.251.5 1.52 23(4) (2)附加载荷 附加载荷指设备在正常运行时机架受到的非经常作用的载荷。例如作用在机架上 的最大工作风载荷、雪载荷,水采机在盐池中工作的波浪力,温度变化引起的热应力 及制造工艺所产生的内力等。 (3)特殊载荷 特殊载荷指设备处于非工作状态时机架可能受到的最大载荷或在工作状态下机架 偶然受到的不利载荷。前者如机架受到的非工作状态下的风载荷等;后者如起重机在 工作状态下机架受到的碰撞载荷等。本铸锭机可以不考虑此类载荷。 2.1.2 组合载荷 上面三类载荷按可能同时出现的情况进行组合,只考虑基本载荷组合者为组合 ;考虑基本载荷与附加载荷组合者为组合;考虑基本载荷与特殊载荷或三类载荷 都组合者为组合。每一类组合中列出若干种组合方式,计算时应根据具体的机种、 工况和计算目的选择对所计算的机架最不利的组合方式。 对于移动的载荷,计算时必须使移动载荷处于对所计算结构或连接最不利的位置。 该铸锭机采用组合,只考虑基本载荷。 2.2 刚度要求 对设计机架来说,刚度要求更为重要。绝大多数设备都有各自的刚度要求规范, 且各不相同。具体数值参见第 3、4、5 节。 下表为钢结构设计规范 (GBJ17-1988)规定的受弯构件挠度的允许值。计算时 可不考虑螺钉或铆钉引起的截面削弱。以计算载荷进行校核。本铸锭机机架是有轻轨 轨道的工作平台梁,且轻轨的型号为 15kg/m,故允许挠度 l/400=980/400=2.45mm 22 表 5-2 受弯构件的允许挠度 项次 构件类别 允许挠度 1 有轻轨(重量等于或小于 24kg/m)轨道的工作平台梁 l/400 2 有重轨(重量等于或大于 38kg/m)轨道的工作平台梁 l/600 3 墙架构件(支柱) l/400 4 楼盖和工作平台梁(主梁) l/400 注:l 为受弯构件的跨度 又最大挠度 ( 为常数)EIP 3maxly =2.38mm允许挠度 2.45mm 式中 P集中载荷,单位为 N; l梁的长度,单位为 mm; E弹性模量,单位为 MPa; I截面惯性矩,单位为 mm4。 故刚度满足要求。 2.3 强度计算 一般机架通过挠度校核,则强度是不会有问题的。但为了设计选材方便,先都进 行强度计算。 2.3.1 许用应力 K/jp =160/1.2 =133.33MPa 式中 许用应力;p 基本许用应力;(查手册得 =160MPa)j jp K 折减系数。 (取 K=1.11.2) 23 2.4 杆系机架结构的简化方法 机架结构计算的内容涉及到三个方面:把实际机架抽象为力学模型;对力学模型 进行力学分析和计算;把力学分析和计算结果用于机架的结构设计。 2.4.1 选取力学模型的原则 选定机架结构的力学模型时,一方面要反应结构的工作情况,使计算结果与实际 情况足够接近;同时也要略去次要的细节,使计算工作得以简化。 实际机架结构往往比较复杂,各部分之间存在着多种多样的联系。如何对各种联 系进行合理的简化,是确定结构力学模型的一个主要问题。为此需要分析联系的性质, 并找出决定联系性质的主要因素。决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的比值, 即结构各部分的相对刚度。 力学模型的选择,受到多种因素的影响。虽有一般规律可以遵循,但运用时要注 意灵活性。影响力学模型的主要因素如下: 结构的重要性 对重要的结构应采用比较精确的力学模型。 设计阶段 在初步设计阶段可使用粗糙的力学模型,在技术设计阶段再使用比 较精确的力学模型。 计算问题的性质 一般来说,对结构作静力计算时,可使用比较复杂的力学模 型;对结构作动力计算和稳定计算时,由于问题比较复杂,要使用比较简单的力学模 型。 计算工具 使用的计算工具愈先进,采用的力学模型就可以愈精确。计算机的 应用使许多复杂的力学模型得以采用。 此外,还应注意到,从实际结构得出合理的力学模型,这只是一个方面。另一方 面,在选定力学模型之后,还应采取适当的构造措施,使所设计的结构体现出力学模 型的要求。 2.4.2 支座的简化 计算中选用选用的支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相符合。支座通常 可简化为活动铰支座、固定铰支座、固定端铰支座三种。有时也简化为弹性支座。弹 性支座所提供的反力与结构支承座相应的位移成正比。 2.4.3 结点的简化 计算中选用的结点简图要考虑结点的实际构造,通常将结点简化为铰结点和刚结 点两种。 对实际结点进行简化时,一般都把用铆接连结钢构件的结点和连接木构件的结点 简化为铰结点。至于焊接结点和螺栓连接的结点,就需按连结的具体方式进行简化, 一般,把无加劲肋的焊接结点简化为铰结点,把有加劲肋的焊接结点简化为刚结点; 24 把沿构件截面局部位置用螺栓连结的结点简化为铰结点,此时螺栓主要起定位作用; 把沿构件整体截面用螺栓连结的结点简化为刚结点,此时螺栓起刚性固结作用,但计 算中为方便起见,也常化简为铰结点,这样,梁的内力加大了。 总之,结点简图是根据结点的受力状态而确定的。影响结点受力状态的因素主要 有两个:一个是结点的构造情况;另一个是结构的几何组成情况。凡是由于结点构造 上的原因,或者由于几何组成上的原因,在结点处各杆的杆端弯矩较小而可以忽略时, 都可以简化成铰结点。 2.4.4 构件的简化 杆件的截面尺寸(宽度、厚度)通常比杆件长度小的多,截面上的应力可根据截 面的内力(弯矩、轴力、剪切力)来确定。因此,在计算简图中,杆件用轴线表示, 杆件之间的连接区用结点表示,杆件用结点间的距离表示,而载荷的作用点也转移到 轴线上。以上是构件简化的一般原则。下面再说明几个具体问题。 (1)以直杆代替微弯或微折的杆件 (2)以实体杆件代替格构式杆件 在比较复杂的结构中,常以实体的杆件代替格构式杆件,使计算简化。此使,杆 件横截面的面积和惯性矩,应以相应长度上的当量值来代替。 (3)杆件刚度的简化 结构中某一构件与其他构件相比,如果它的刚度大很多,则可把它的刚度设为无 限大;反之,如果它的刚度小很多,则可把它的刚度设为零。采用这种假设,可使计 算得到简化。 3 梁的设计与计算 机架结构的主要构件是梁。 3.1 梁的设计 3.1.1 纵梁的结构设计 纵梁形状一般中部断面较大,两端较小,与所受的弯矩达体适应。不用大型压制 设备时,也可采用等断面纵梁。对于大断面的梁,可用钢板焊接、铆接或螺钉连接。 本铸锭机得纵梁如图所示。该纵梁采用型号为(140608)槽钢,槽钢长度为 L1=980mm。由于要考虑其承重,故需要数量 N1=10。 3.1.2 端梁的结构设计 当机架有两个纵梁时,需要用横梁或端梁将两个纵梁连在一起,构成一个完整的 框架,以限制其变形,降低其应力或为总成提供悬置点。由于与现有的技术相比,槽 25 钢横梁的优点在于:()设计合理,结构简单,机械强度高,使用寿命长。 ()易 于加工制造,加工成本较低。故本铸锭机采用槽钢作端梁。其采用型号为 (140608)槽钢,槽钢长度为 L2=12900mm,数量 N2=2。 纵横梁连接(节点)处,一般应力较高,应注意横梁连接方式的选择。当横梁同 纵梁翼缘连接时,可以提高纵梁的扭转刚度。 横梁与纵梁连接时多用铆接。螺栓连接装配不便,且较易松动。采用电弧焊接或 点焊,可以减少纵横梁的孔数。采用塞焊,则较易实现装配自动化。 3.1.3 梁的局部稳定性 按强度计算,梁的腹板可取得很薄,以节约金属和减轻结构重量。但梁易失稳, 常用筋板提高其局部稳定性。组合工字梁的翼缘受压时也可能失稳,因而规定其翼缘 的伸出长度。 3.2 梁的计算 梁的计算以满足刚度要求为主。梁还须进行强度计算。 3.2.1 梁的强度计算 梁的强度计算主要是考虑受弯时的正应力: 单向受弯时 pyIM = 38.225096.8 =76.8MPa 式中 M所计算截面的弯矩; I横截面对中性轴的惯性矩; 横截面上的最大拉伸或压缩正应力; y横截面上距中性轴最远的点,y 表示与 x 的垂直方向; p许用应力。 如果梁上还作用有纵向拉、压力 F,则还应增加一项应力: A 式中 A横截面积。 理论上说来,该拉应力的作用使梁受弯矩作用的变形减少,不能分别计算相加, 在特殊情况下才这样考虑。 在需要计算剪切,扭转或合成应力的特殊情况。可根据通常的力学公式进行。对 于薄壁杆件,特别是开口断面饿梁,如载荷不作用在弯曲中心时,还应计算其扭转变 26 形。 4 桁架的设计与计算 结点视为铰接、不传递扭矩的机架即为桁架。桁架可以是静定的或超静定的。在 工程中许多机架的计算往往可简化为桁架的计算,使内力分析和挠度的计算很简便。 在各种杆件的连接中,各种结点都具有一定的刚性,在杆端或多或少存在力矩,严格 说不算是铰。由各种原因产生的杆端力矩所引起的内力为次应力。但从实验和计算结 果得知,当较长杆件的截面宽度不大于节间长度的 1/10 时,桁架的次应力是较小的, 所以只讨论桁架的基本内力。该铸锭机的机架采用倒 V 形平弦桁架。且采用角钢作为 桁架的材料。由于机架是采用两段式拼接的,故角钢具体长度参见设计图。 4.1 桁架的结构 4.1.1 桁架结点 由于桁架结点在理论上都假设为铰接,不传递力矩,在设计桁架的结点时,应使 所有被连接构件的集合轴线都汇交于一点,防止偏心承载。为了便于制造和管理,通 常各杆件和结点的结构尽量做到系列化和标准化,不同规格数列尺寸应最少;连接角 焊缝的焊脚高度尽量统一;结点板得形状应有利于力流的传递、减少应力集中和便于 制造。特别是承受动载荷的结点,宜用嵌入式的对接结点板。拐角处应圆滑过渡,使 对接焊缝移到过渡圆弧以外。杆件与结点板得搭接,不许只用端面角焊缝,承受动载 荷的桁架结点,应三面围焊。结点板边界与杆件轴线的夹角不得小于 20,杆件的相 互距离不小于 10-20mm,避免焊缝重叠。 4.2 桁架的位移计算 要计算桁架的刚度,必须先算得其受力后的位移量 4.2.1 桁架的位移计算公式 桁架的位移,按下式计算: KP= lEANPK 式中 单位虚载荷 SK=1 所产生的桁架各杆件的内力,拉力为正,压力为负(S KKN 应作用于桁架位移所求点,其方向应与所求的桁架位移的方向相同) ; NP外载荷 SP所产生的桁架各杆件的内力,拉力为正,压力为负; 27 E桁架杆件材料的弹性模量; A桁架各杆件的截面积; l桁架各杆件的轴线长度; KP桁架的位移。 5 柱的设计与计算 5.1 柱的形状 焊接柱按外形分为实腹柱和格构柱。本机架采用实腹柱。 实腹柱又可分为型钢实腹柱和钢板实腹柱两种。前者焊缝少,应优先选用。后者 适应性强,可按使用要求设计成各种大小尺寸。当腹板的计算高度 h0与腹板厚度 之 比大于 80 时,应有横向隔板加强,间距不得大于 3h0;柱肢外伸自由宽度 b0不宜超过 15t,箱形柱的两腹板间宽度 b 也不宜超过 40t(t 为板厚) 。本铸锭机机架采用型钢实 腹柱,且采用型号为(140608)槽钢,槽钢长度为 L3=1027mm。数量 N3=20。 5.2 柱和架的连接 5.2.1 柱脚的设计和连接 柱脚分为有铰的或无铰的。 本铸锭机机架的柱脚为无铰的,且采用焊接技术将柱脚与基体直接焊成一体。 5
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