1865_DF-300多层纸复合机组开卷部分设计
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黄河科技学院比设计说明书 第 0 页1、 绪 论1.1 课 题 的 提 出 和 现 实 意 义随 着 世 界 经 济 的 快 速 发 展 , 机 械 化 的 不 断 提 高 使 得 我 们 在 机 械 的 保 养 、 维 修 等方 面 的 需 求 不 断 提 高 。 由 于 世 界 工 业 污 染 的 不 断 加 剧 , 在 使 用 机 械 方 面 也 要 求 尽 量减 少 污 染 。 由 于 世 界 能 源 的 危 机 , 在 能 源 方 面 又 提 出 了 节 能 的 要 求 。此 次 设 计 就 是 为 了 解 决 机 械 的 渗 漏 问 题 而 作 的 , 在 大 部 分 的 机 械 中 都 存 在 着 渗漏 ( 漏 油 、 漏 气 、 漏 水 ) 问 题 。 如 果 渗 漏 问 题 严 重 的 话 , 不 单 是 资 源 的 浪 费 , 同 时 ,也 会 污 染 空 气 , 对 人 、 环 境 都 是 不 利 的 。 因 此 , 渗 漏 问 题 一 直 是 机 械 中 不 可 忽 略 的问 题 。在 一 个 工 厂 或 生 产 车 间 我 们 更 应 该 预 防 渗 漏 , 渗 漏 问 题 不 但 带 来 经 济 损 失 , 还会 使 生 产 环 境 恶 化 , 给 工 人 的 身 心 健 康 带 来 隐 患 , 而 且 会 直 接 影 响 到 工 厂 的 生 产 、盈 利 。 当 然 , 如 果 严 重 的 话 将 面 临 政 府 有 关 部 门 的 惩 罚 , 负 法 律 的 责 任 。 所 以 研 究防 渗 漏 问 题 是 很 重 要 的 。 不 仅 可 以 节 约 能 源 , 还 可 以 尽 量 减 少 污 染 。 我 们 的 课 题 就是 在 这 样 的 情 况 下 产 生 的 。 所 以 , 工 程 技 术 人 员 想 方 设 法 的 防 止 油 从 机 器 中 漏 出 。最 初 的 方 法 : 就 是 用 一 个 橡 胶 垫 或 其 他 有 弹 性 的 垫 子 紧 固 在 连 接 件 的 中 间 来 防 止 漏油 , 这 是 一 个 很 大 的 进 步 , 但 是 只 能 起 到 一 点 点 的 作 用 。 后 来 随 着 技 术 的 进 步 人 们采 用 其 他 方 式 来 防 止 漏 油 。 其 中 有 一 种 就 是 用 纸 。 经 过 技 术 人 员 的 研 究 发 现 , 含 胶的 纸 可 以 很 好 的 防 止 油 的 外 渗 , 而 现 在 中 国 没 有 做 含 胶 的 纸 , 所 以 就 想 到 把 纸 做 得很 薄 , 然 而 经 含 胶 后 , 再 复 合 到 一 块 , 从 而 达 到 防 渗 漏 的 目 的 , 因 此 , 这 种 纸 又 叫复 合 纸 。 现 在 , 我 国 已 经 有 做 这 种 纸 的 厂 家 , 但 是 都 是 手 工 作 坊 , 机 械 化 程 度 很 底 ,生 产 率 及 其 底 下 , 大 量 浪 费 人 力 物 力 。 为 了 提 高 生 产 率 , 减 少 浪 费 , 故 有 本 课 题 的提 出 。 本 课 题 主 要 目 的 就 是 提 高 复 合 纸 的 生 产 率 和 制 造 的 机 械 化 程 度 。 我 的 设 计 是开 卷 部 分 的 设 计 , 即 不 停 机 换 纸 卷 , 要 保 证 纸 在 正 常 运 行 的 情 况 下 换 纸 卷 。 在 这 个过 程 中 , 要 保 持 纸 的 正 常 运 行 , 必 须 要 使 轴 与 纸 卷 不 能 打 滑 、 轴 与 轴 座 之 间 的 摩 擦力 保 持 恒 定 , 所 以 在 设 计 过 程 中 就 运 用 了 膨 胀 心 轴 来 保 持 纸 卷 与 轴 的 压 力 , 利 用 汽车 防 抱 死 制 动 系 统 模 型 来 保 证 纸 在 运 行 过 程 中 的 速 度 。 其 他 后 续 工 作 由 其 他 的 专 业人 员 设 计 编 制 。 黄河科技学院比设计说明书 第 1 页如 果 复 合 纸 垫 能 得 到 广 泛 的 应 用 , 不 仅 可 以 节 省 大 量 的 能 源 , 还 可 以 净 化 环 境 ,并 可 以 为 经 济 的 发 展 起 到 一 定 的 作 用 。1.2 行 业 概 况 和 未 来 发 展 趋 势1.2.1 造 纸 机 械 行 业 现 状 :造 纸 机 械 通 常 包 括 制 浆 、 造 纸 、 完 成 等 专 用 设 备 , 以 及 电 气 传 动 、 自 动 化 、 计算 机 控 制 、 排 污 等 通 用 设 备 。 造 纸 机 械 行 业 是 专 业 性 非 常 强 的 行 业 , 同 时 造 纸 机 械涉 及 的 技 术 领 域 又 比 较 广 , 如 机 械 、 化 工 、 材 料 、 防 腐 、 压 力 容 器 、 自 动 控 制 等 。 我 国 巨 大 的 纸 张 需 求 为 造 纸 机 械 提 供 了 广 阔 的 发 展 空 间 。 根 据 预 测 , 我 国“十 五 ”计 划 末 , 纸 和 纸 板 产 量 将 达 3800 4000 万 吨 , 新 增 产 量 将 达800 1000 万 吨 , 按 目 前 我 国 造 纸 机 械 行 业 所 能 提 供 的 生 产 能 力 , 仅 能 满 足 不 到1/3 的 国 内 市 场 需 求 。 据 统 计 , 1995 年 , 造 纸 企 业 10 万 吨 以 上 规 模 仅 16 家 ;到 2000 年 , 增 加 到 了 44 家 , 但 造 纸 机 械 企 业 的 发 展 却 很 慢 , 难 以 满 足 国 内 造 纸行 业 的 需 求 。 国 内 造 纸 行 业 发 展 不 平 衡 , 国 内 造 纸 厂 对 造 纸 机 械 的 选 择 主 要 依 据 是 价 格 、 技术 、 可 靠 性 、 售 后 服 务 等 方 面 。 资 金 较 为 充 裕 的 企 业 , 如 外 商 独 资 、 合 资 或 享 受 国家 贴 息 贷 款 的 企 业 , 对 造 纸 机 械 及 纸 张 产 品 的 要 求 较 高 , 因 此 , 这 类 企 业 往 往 选 择全 部 或 部 分 关 键 设 备 进 口 。 对 这 部 分 客 户 , 目 前 国 内 纸 机 厂 还 难 满 足 其 要 求 , 只 能在 大 宗 产 品 (如 纸 板 等 )方 面 有 部 分 国 产 化 设 备 。 但 这 一 部 分 企 业 只 是 少 数 , 真 正 大 多 数 的 是 改 革 开 放 以 后 发 展 起 来 的 民 营 企 业或 股 份 制 企 业 。 它 们 当 中 的 一 部 分 虽 然 有 一 定 资 金 实 力 , 但 对 进 口 设 备 的 价 格 , 以及 过 大 规 模 的 投 资 都 有 力 不 从 心 的 感 觉 , 而 对 产 品 质 量 的 要 求 又 较 高 , 因 此 , 它 们是 国 产 造 纸 机 械 发 展 的 直 接 促 进 者 。 另 外 一 部 分 则 仍 然 在 低 水 平 上 生 产 , 虽 然 也 想有 技 改 的 打 算 , 但 资 金 、 管 理 、 技 术 等 方 面 的 限 制 使 其 裹 足 不 前 , 极 具 发 展 潜 力 。 但 是 最 近 10 年 , 国 内 造 纸 机 械 行 业 也 取 得 了 一 定 的 进 步 , 有 一 些 别 的 行 业 如航 空 、 造 船 等 参 与 造 纸 机 械 的 生 产 , 产 品 的 技 术 水 平 、 新 产 品 开 发 、 单 机 规 模 也 有了 很 大 的 提 高 。 出 现 了 不 少 民 营 股 份 制 企 业 , 其 中 一 些 企 业 对 提 高 产 品 技 术 水 平 、开 发 新 产 品 具 有 很 高 的 热 情 。 但 这 个 行 业 的 基 本 格 局 没 有 大 的 变 化 , 主 要 表 现 为 产品 趋 同 , 缺 乏 特 色 ; 过 度 竞 争 , 利 润 微 薄 ; 产 品 性 能 不 稳 定 , 技 术 水 平 偏 低 。 黄河科技学院比设计说明书 第 2 页这 些 特 点 说 明 了 我 国 造 纸 机 械 行 业 目 前 仍 处 在 初 级 发 展 的 阶 段 , 一 方 面 低 档 产品 相 对 过 剩 , 利 润 下 降 ; 另 一 方 面 , 对 高 档 产 品 的 需 求 又 难 以 胜 任 。 产 生 问 题 的 原因 主 要 有 以 下 几 点 : 1) 缺 乏 投 资 。 造 纸 行 业 的 发 展 吸 引 了 大 量 的 资 金 , 如 外 资 、 国 家 贴 息 贷 款 、民 间 资 本 等 。 然 而 造 纸 机 械 行 业 吸 收 的 外 资 很 少 , 民 间 资 本 的 投 入 更 少 。 2) 产 品 趋 同 , 缺 乏 特 色 。 生 产 的 产 品 技 术 含 量 低 , 导 致 价 格 竞 争 , 利 润 下 降 ,企 业 发 展 缺 乏 后 劲 。 3) 国 内 上 档 次 的 造 纸 企 业 , 对 国 产 设 备 普 遍 不 认 同 , 依 赖 进 口 设 备 , 使 国 内有 实 力 的 造 纸 机 械 厂 的 产 品 难 以 扩 大 销 路 。 4) 人 才 参 差 不 齐 。 缺 乏 自 主 开 发 产 品 和 创 新 的 能 力 , 甚 至 消 化 吸 收 国 外 同 类产 品 的 能 力 都 很 弱 。 5) 到 目 前 为 止 , 造 纸 机 械 技 术 取 得 的 进 步 , 几 乎 都 是 仿 制 国 外 产 品 , 极 少 有自 主 知 识 产 权 的 产 品 。 在 辅 机 方 面 , 最 有 前 景 的 应 是 高 速 同 步 切 纸 机 , 高 速 宽 幅 复 卷 机 和 软 压 光 机 以及 为 大 型 纸 机 配 套 的 卷 筒 纸 自 动 包 装 生 产 线 。1.2.2 造 纸 行 业 的 工 艺 及 设 备 特 点 分 析( 1) 造 纸 造 纸 行 业 的 工 艺 稳 定 性 强 , 基 本 工 艺 流 程 数 十 年 不 变 .。 多 数 产品 有 国 家 和 行 业 标 准 , 生 产 设 备 专 用 性 强 , 一 台 纸 机 一 般 只 生 产 一 个 种 类 的 产品 , 甚 至 几 十 年 只 生 产 一 种 纸 。 而 纸 的 用 途 也 多 年 不 变 , 这 种 生 产 工 艺 及 生产 设 备 的 特 性 , 导 致 造 纸 行 业 的 新 产 品 少 。 不 象 家 用 电 器 或 玩 具 行 业 那 样 花 色品 种 多 , 产 品 变 化 快 。 造 纸 行 业 里 的 新 产 品 , 多 是 对 原 有 产 品 的 升 级 , 是纸 张 品 质 上 的 提 高 而 其 原 有 的 用 途 基 本 不 变 。 这 使 得 高 档 新 产 品 在 市 场 上 失 败的 风 险 性 小 , 获 得 盈 利 的 成 功 性 大 。1.2.3 造 纸 产 品 的 消 费 特 点 分 析造 纸 工 业 产 品 的 专 用 性 强 , 互 补 性 小 , 产 品 价 格 弹 性 小 , 造 纸 产 品 的 是 作 为 原 料 用 于 工 业 生 产 过 程 。 如 用 于 报 刊 杂 志 的 印 刷 , 用 于 一 般 消 费 品 的 包装 。 这 样 , 对 消 费 者 来 说 , 造 纸 产 品 的 价 值 不 直 接 体 现 为 单 位 产 品 的 价 值 , 而 是 包 含 在 消 费 品 的 整 体 价 值 当 中 。 如 印 制 的 书 报 杂 志 , 带 有 纸 箱 包 装 的 家 用 黄河科技学院比设计说明书 第 3 页电 器 , 纸 品 在 出 厂 时 是 以 每 吨 纸 多 少 钱 来 标 注 价 格 的 , 而 当 其 被 使 用 时 如 做成 包 装 家 电 的 纸 箱 或 做 成 包 装 酒 瓶 的 那 张 纸 时 其 价 值 在 整 个 产 品 的 价 值 中 所 占 比 例极 小 , 只 占 到 产 品 总 价 值 的 以 下 。 再 比 如 : 杂 志 封 面 用 的 铜 版 纸 , 中档 品 质 与 高 档 品 质 的 铜 版 纸 每 吨 的 差 价 最 多 元 人 民 币 , 这 个 差 价 分 摊 到 一本 杂 志 上 时 , 不 足 角 钱 。 但 印 刷 出 来 的 效 果 就 大 不 一 样 了 , 造 纸 产 品 的 这个 消 费 特 点 , 为 行 业 推 出 高 档 次 的 纸 品 提 供 了 市 场 机 会 。1.2.4 造 纸 机 械 行 业 的 进 入 壁 垒 特 点 分 析造 纸 机 械 工 业 项 目 投 资 额 大 , 技 术 含 量 高 , 项 目 建 设 周 期 长 高 档 产 品 的 生 产 装备 多 要 从 国 外 引 进 。 这 些 特 点 形 成 了 造 纸 行 业 较 高 的 进 入 壁 垒 。 因 此 , 当 企业 开 发 出 新 的 高 档 次 产 品 , 获 取 较 高 盈 利 时 , 其 他 竞 争 者 要 获 取 同 样 的 优 势 是需 要 较 长 时 间 的 。1.2.5 发 展 对 策 1) 体 制 、 资 金 问 题 国 产 造 纸 机 械 的 发 展 首 先 缺 乏 资 金 , 而 资 金 缺 乏 又 与 企 业 运 行 体 制 有 很 大 关 系 。目 前 , 在 国 内 造 纸 机 械 市 场 上 , 最 为 活 跃 的 、 发 展 较 快 的 几 乎 都 是 民 营 企 业 或 股 份制 企 业 。 国 有 或 集 体 企 业 应 加 快 股 份 制 改 造 , 尽 量 明 晰 产 权 关 系 , 使 各 个 企 业 在 市场 上 有 平 等 、 公 平 竞 争 的 机 会 。 使 真 正 在 管 理 上 、 技 术 上 、 营 销 及 服 务 上 有 过 人 之处 的 企 业 尽 快 脱 颖 而 出 , 早 日 完 成 资 本 的 积 累 , 为 进 一 步 发 展 打 下 坚 实 的 基 础 。 建 立 一 个 规 范 的 市 场 , 使 经 营 好 的 企 业 得 到 发 展 , 经 营 不 好 的 企 业 被 淘 汰 是 行业 及 行 政 管 理 部 门 一 项 紧 迫 的 任 务 。 应 研 究 、 制 定 相 关 的 市 场 游 戏 规 则 , 逐 步 形 成以 技 术 标 准 、 法 规 等 技 术 、 经 济 壁 垒 为 主 的 市 场 管 理 体 系 。 企 业 产 权 明 晰 了 , 市 场 游 戏 规 则 建 立 了 , 企 业 发 展 就 能 走 向 良 性 循 环 。 这时 候 , 国 产 造 纸 机 械 发 展 的 资 金 问 题 才 能 真 正 落 实 , 而 且 得 到 有 计 划 的 长 期 投 入 。造 纸 机 械 的 发 展 不 可 能 长 期 依 靠 国 家 的 投 入 和 贷 款 , 这 只 能 是 治 标 而 不 治 本 。 依 靠企 业 自 身 的 力 量 逐 步 投 入 是 一 个 方 面 , 但 可 能 比 较 缓 慢 。 如 果 国 产 设 备 在 市 场前 景 、 运 行 机 制 、 规 范 程 度 上 能 够 吸 引 发 展 资 金 , 那 么 民 间 资 金 或 者 外 资 都 是 应 该利 用 的 。 2) 技 术 、 人 才 问 题 黄河科技学院比设计说明书 第 4 页国 内 造 纸 机 械 行 业 所 需 的 技 术 和 管 理 人 才 对 该 行 业 的 发 展 起 很 大 的 作 用 , 尤 其是 企 业 上 规 模 , 产 品 上 档 次 以 后 , 对 技 术 和 管 理 人 才 的 要 求 会 更 高 。 目 前 国 内的 现 状 是 许 多 企 业 技 术 人 员 配 备 不 齐 , 层 次 不 高 , 难 以 胜 任 技 术 水 平 较 高 的 产 品 的开 发 和 服 务 、 优 化 产 品 的 结 构 和 性 能 。 许 多 企 业 的 技 术 人 员 都 是 以 前 做 低 档 产 品 时成 长 起 来 的 , 当 产 品 的 性 能 和 速 度 提 高 以 后 , 以 前 的 许 多 知 识 和 经 验 需 要 更 新 和 积累 。 企 业 的 人 才 培 养 主 要 依 靠 自 己 , 因 为 造 纸 机 械 技 术 需 有 深 厚 的 相 关 理 论 和 技能 , 有 很 强 的 专 业 性 、 工 艺 性 , 还 需 要 不 断 积 累 经 验 。 这 也 要 求 技 术 人 员 首 先 要 有较 高 的 层 次 , 其 次 要 在 实 践 中 不 断 探 索 和 总 结 。 3) 拓 展 国 际 市 场 拓 展 国 际 市 场 是 两 个 方 面 : 一 是 寻 求 与 国 际 大 公 司 合 作 , 为 其 部 分 配 套 ; 二 是开 拓 发 展 中 国 家 市 场 , 成 套 出 口 。 通 过 与 大 公 司 合 作 , 可 以 积 累 许 多 管 理 、 制 造 方面 的 经 验 , 获 取 一 些 有 益 的 知 识 和 信 息 , 充 分 利 用 国 外 的 管 理 、 资 金 、 技 术 等 优 势 。同 时 , 也 可 能 有 一 定 的 资 本 积 累 , 为 进 一 步 发 展 打 下 基 础 。 开 拓 发 展 中 国 家 市 场 ,是 因 为 我 国 造 纸 机 械 在 规 模 、 价 格 、 技 术 上 有 优 势 , 比 较 适 合 于 该 市 场 的 需 求 , 可为 国 产 造 纸 机 械 寻 求 更 大 的 市 场 空 间 , 可 进 一 步 完 成 资 本 的 积 累 。 4) 寻 求 准 确 市 场 定 位 , 加 强 分 工 合 作 目 前 国 内 大 部 分 造 纸 机 械 企 业 都 有 大 而 全 或 小 而 全 的 弊 端 , 造 成 产 品 雷 同 , 价格 过 度 竞 争 , 质 量 、 性 能 参 差 不 齐 且 不 稳 定 , 生 产 成 本 难 以 降 低 。 目 前 造 纸 行 业 正处 在 一 个 上 档 次 、 上 规 模 的 发 展 时 期 , 这 对 造 纸 机 械 行 业 同 样 是 一 个 调 整 行 业 分 工 ,甚 至 资 产 重 组 , 重 新 寻 求 市 场 定 位 的 大 好 时 机 。 因 为 不 是 少 数 企 业 , 甚 至 可 以 说 大部 分 企 业 都 不 能 满 足 现 阶 段 造 纸 厂 商 对 机 械 产 品 在 技 术 、 质 量 、 精 度 、 调 试 , 甚 至加 工 周 期 等 方 面 的 要 求 。 企 业 应 积 极 调 整 结 构 , 与 市 场 信 誉 好 , 技 术 和 管 理 力 量 强 的 企 业 寻 求 合 作 , 取长 补 短 , 使 大 企 业 能 更 集 中 人 力 、 物 力 用 于 市 场 开 发 和 技 术 发 展 , 配 套 企 业 将 零 部件 做 精 、 做 好 。 黄河科技学院比设计说明书 第 5 页2、 总 体 设 计2.1 总 体 方 案 设 计 论 证2.1.1 开 卷 送 纸 的 机 架 的 方 案 有 :1) .机 架 的 样 式 如 图 2-1( a) : 此 种 机 构 看 上 去 很 方 便 , 并 且 可 以 节 省 空 间且 利 于 换 纸 。 但 是 给 制 造 和 换 纸 带 来 了 许 多 的 麻 烦 。 因 为 纸 卷 是 从 行 车 上 吊 过 来 的 ,重 量 约 为 200kg 换 纸 时 还 要 求 不 停 机 , 这 样 会 给 操 做 带 来 不 便 , 特 别 是 给 纸 的 胶结 带 来 不 便 , 没 有 办 法 不 停 机 法 换 纸 , 影 响 生 产 率 。 另 外 , 其 结 构 不 太 稳 定 , 有 可能 会 给 操 作 工 人 带 来 生 命 的 危 险 。 故 此 方 案 不 合 适 。图 2-12) .图 2-1( b) 的 布 置 方 式 可 以 省 很 多 材 料 并 有 利 于 节 省 空 间 , 且 可 以 减 少 工作 量 , 即 一 次 装 纸 即 可 保 证 相 当 的 时 间 内 用 纸 。 但 是 , 这 里 边 也 有 许 多 不 可 避 免 的干 涉 及 制 造 方 面 的 干 涉 。 右 边 胶 结 纸 时 的 动 作 可 以 解 决 , 因 为 当 右 边 用 完 时 要 把 左边 的 纸 放 到 右 边 上 , 此 时 引 纸 可 以 圆 满 解 决 ; 但 是 当 右 边 的 纸 没 有 时 , 右 边 的 换 纸 黄河科技学院比设计说明书 第 6 页卷 有 干 涉 , 即 行 车 不 能 直 接 运 到 机 架 上 , 因 为 运 行 的 纸 再 机 架 上 , 这 样 只 有 停 机 才可 以 解 决 , 故 此 种 方 案 不 能 满 足 要 求 也 不 可 取 。3) .图 2-1( c) 布 置 方 式 可 以 不 停 机 上 纸 , 当 印 刷 中 的 卷 筒 纸 在 工 作 状 态 时 ,如 中 间 纸 位 置 , 待 换 的 卷 筒 纸 则 处 于 待 机 位 置 , 如 两 边 位 置 。 在 上 一 个 正 在 印 刷的 卷 筒 纸 快 要 用 完 之 前 , 在 不 停 机 的 情 况 下 , 将 印 刷 机 减 速 , 把 待 换 的 新 卷 筒 纸 缓至 工 作 位 置 , 并 及 时 将 新 旧 纸 带 接 好 继 续 进 行 印 刷 。 上 纸 臂 由 中 心 轴 带 动 回 转 , 并可 沿 中 心 轴 轴 向 调 整 , 以 适 应 不 同 宽 度 卷 筒 纸 的 需 要 。 节 省 换 纸 的 次 数 , 但 是 机架 的 设 计 及 制 造 比 较 麻 烦 , 不 利 于 机 组 的 设 计 开 发 , 而 且 不 利 于 换 纸 动 作 的 完 成 ,并 且 尺 寸 有 增 大 , 不 利 于 工 人 操 作 , 也 不 能 实 现 机 组 的 设 计 思 想 , 故 不 合 适 。4) .图 2-2 的 布 置 占 用 空 间 比 较 大 , 但 有 利 于 换 纸 ; 机 架 不 高 , 有 利 于 工 人 操作 , 不 会 带 来 安 全 隐 患 , 还 有 利 于 纸 的 胶 结 , 当 前 边 的 纸 用 完 时 , 后 边 的 纸 可 以 胶结 上 。 但 是 只 有 一 个 环 节 可 以 不 停 机 换 纸 : 就 是 前 边 的 轴 不 能 取 出 , 但 综 合 以 上 几种 方 式 , 第 四 种 方 案 比 较 合 适 , 但 是 只 是 如 ( d) 所 示 的 方 式 是 不 完 善 的 , 所 以要 在 它 的 基 础 上 进 行 改 进 : 具 体 就 是 在 两 个 机 架 的 中 间 加 个 四 杆 机 构 , 使 本 来 死 的机 构 变 活 , 可 以 使 机 构 不 停 机 换 纸 , 而 且 换 纸 时 不 须 要 使 机 组 减 速 , 这 样 就 可 以 圆满 解 决 自 动 换 纸 的 动 作 , 提 高 生 产 率 , 达 到 设 计 的 基 本 要 求 。 图 2-2 2.2 各 部 分 的 设 计2.2.1 机 架 的 设 计1) .机 架 的 模 型 是 运 用 SOLIDWORKS 软 件 作 出 的 , 模 型 如 下 图 2-3 所 示 黄河科技学院比设计说明书 第 7 页图 2-3图 2-4 此 机 架 的 制 造 可 以 铸 造 , 也 可 以 焊 接 ; 在 铸 造 时 , 不 应 有 砂 眼 和 裂 纹 。 根 据 经验 知 铸 造 的 成 本 太 高 , 不 如 焊 接 工 艺 简 单 , 故 选 择 焊 接 的 方 法 制 造 机 架 。 由 生 产 的经 验 和 大 量 的 实 践 可 知 机 架 2 的 模 型 图 比 1 要 坚 固 的 多 , 因 为 2 的 机 构 采 用 了肋 板 和 工 字 板 。 考 虑 到 每 个 基 本 工 作 单 元 要 两 个 机 架 , 且 它 们 之 间 要 有 一 个 四 杆 机构 , 要 把 机 架 做 的 即 紧 凑 又 合 理 , 另 外 考 虑 到 四 杆 机 构 的 紧 固 和 稳 定 性 , 把 模 型 2有 进 一 步 完 善 , 使 其 机 构 更 合 理 ,有 利 于 生 产 。 黄河科技学院比设计说明书 第 8 页2.2.2 四 连 杆 机 构 的 设 计 及 计 算在 本 机 组 的 开 卷 设 计 中 , 要 求 自 动 换 纸 , 能 完 成 这 种 动 作 的 机 械 非 常 多 , 经 过成 本 核 算 及 技 术 估 算 , 觉 得 四 杆 机 构 最 为 合 适 , 因 为 四 杆 机 构 能 引 导 刚 体 ( 如 连杆 ) 通 过 一 系 列 给 定 位 置 的 功 能 , 能 精 确 地 或 近 似 地 实 现 所 要 求 的 输 出 构 件 相 对输 入 构 件 的 某 种 函 数 关 系 的 功 能 ;还 有 连 杆 上 某 点 通 过 某 一 预 先 给 定 轨 迹 的 功 能以 及 综 合 以 上 各 种 功 能 。 以 下 是 运 用 实 验 法 对 平 面 铰 链 四 杆 机 构 的 各 种 设 计 思 路及 方 案 的 论 证 :运 用 曲 柄 方 式 ( 下 图 2-5)图 2-5此 种 方 式 可 以 使 很 小 的 杆 件 传 送 比 较 大 的 距 离 , 可 以 为 机 组 设 计 节 省 材 料 和 空间 , 但 是 此 机 构 的 位 置 不 好 把 握 , 定 位 不 是 很 准 , 而 且 机 构 可 能 不 会 太 稳 定 , 及 有可 能 带 来 安 全 事 故 , 不 合 适 。2) 运 用 急 回 机 构 ( 下 图 2-6)图 2-6此 机 构 在 曲 柄 转 动 一 周 过 程 中 ,有 两 次 与 连 杆 共 线 ,这 时 摇 杆 CD 分 别 位 于 两极 限 位 置 C1D 和 C2D。 当 曲 柄 以 等 角 速 度 w 顺 时 针 转 a1=180+ 时 ,摇 杆 由 位置 C1D 摆 到 C2D,摆 角 为 ,设 所 需 时 间 为 t1,C 点 的 平 均 速 度 为 v1.当 曲 柄 继 续 转 黄河科技学院比设计说明书 第 9 页过 a2=180- 时 ,摇 杆 又 从 位 置 C2D 回 到 C1D,摆 角 仍 然 是 ,设 所 需 时 间 为 t2,C点 的 平 均 速 度 为 v2.本 机 构 的 反 正 行 程 速 比 系 数 K 为 :K=v2/v1=t1/t2=a1/a2=(180+)/(180-)这 个 方 式 与 上 述 方 式 基 本 差 不 多 , 但 有 所 改 进 , 可 以 节 省 时 间 。 但 是 同 样 存 在上 边 的 问 题 。 另 外 此 机 构 的 动 力 不 好 把 握 , 也 不 太 合 适 。3) 运 用 平 行 四 边 形 机 构 图 2-7图 2-7此 图 是 平 行 四 边 形 机 构 , 图 中 主 动 曲 柄 与 从 动 曲 柄 作 一 样 的 运 动 , 即 都 以 相 同的 角 速 度 转 动 , 连 杆 作 平 动 , 可 以 使 连 杆 平 行 的 运 动 而 不 会 翻 转 , 但 是 此 机 构 存 在一 个 位 置 不 固 定 的 问 题 。结 论 : 经 过 以 上 的 分 析 , 考 虑 到 机 组 的 设 计 要 求 , 觉 得 第 三 种 方 案 比 较 合 适 ,可 以 在 完 成 工 作 要 求 的 情 况 下 , 其 安 全 平 稳 得 把 转 轴 送 到 预 定 的 位 置 。4) 四 杆 机 构 的 尺 寸 计 算其 中 , 黄河科技学院比设计说明书 第 10 页由 机 架 得 尺 寸 可 以 计 算 并 确 定 它 们 的 尺 寸 分 别 为 ;连 杆 架 长 是 1000mm, 连杆 是 500 mm。2.2.3 膨 胀 心 轴 的 设 计 与 计 算因 为 纸 在 光 滑 的 轴 上 有 可 能 打 滑 不 利 于 生 产 , 甚 至 对 生 产 带 来 不 必 要 的 浪 费 ,故 在 卷 筒 上 要 用 一 个 会 膨 胀 的 心 轴 来 把 纸 和 转 轴 紧 密 结 合 到 一 起 , 因 此 设 计 了 两 种方 案 来 解 决 此 问 题 。 一 是 , 利 用 活 动 块 在 空 心 轴 内 的 自 由 活 动 来 推 动 轴 内 活 动 块 向外 膨 胀 , 从 而 达 到 预 定 的 效 果 。 其 示 意 图 2-8 如 下 :图 2-8二 是 , 利 用 气 囊 放 到 空 心 轴 内 , 再 给 气 囊 充 气 , 经 过 气 压 作 用 到 活 动 块 上 , 从而 达 到 膨 胀 的 效 果 , 以 下 就 是 示 意 图 2-9:图 2-9第 一 种 方 案 , 制 造 比 较 麻 烦 , 工 艺 比 较 多 , 造 价 比 较 高 , 但 是 经 久 耐 用 ; 第 二 黄河科技学院比设计说明书 第 11 页种 方 案 , 制 造 简 易 , 节 省 材 料 , 但 是 容 易 破 坏 。 从 长 远 考 虑 , 故 第 一 种 为 最 佳 方 案 。2.2.4 气 压 缸 和 液 压 缸 的 选 择在 本 机 组 中 , 因 为 有 一 个 四 杆 机 构 和 一 个 推 力 动 作 , 所 以 要 有 动 力 来 给 四 杆 机构 才 可 以 使 机 组 正 常 的 工 作 , 经 过 考 虑 和 选 择 , 觉 得 用 气 缸 工 作 较 好 也 比 较 合 适 。因 为 液 压 缸 有 比 较 好 的 精 密 度 , 却 对 环 境 有 污 染 , 与 本 机 组 的 设 计 思 想 不 太 符 合 ;虽 然 运 用 气 缸 精 密 度 不 是 太 高 , 可 是 对 能 源 的 节 省 和 环 境 都 有 比 较 好 的 影 响 , 故 选择 气 压 缸 来 完 成 所 有 的 动 作 。 本 设 计 选 用 的 汽 缸 为 : SJB 系 列 前 ( 后 ) 端 锁 定汽 缸 ( )摆 动 气 缸 选 的 是 SJB 80 500尾 部 单 耳 式托 轴 气 缸 选 的 是 SJB 63 440-脚 架 式 黄河科技学院比设计说明书 第 12 页3、 送 纸 机 构 的 摩 擦 力 的 控 制3.1 控 制 送 纸 机 摩 擦 力 的 重 要 性 及 控 制 方 案 论 证送 纸 过 程 中 , 卷 筒 纸 的 直 径 逐 渐 减 小 , 机 架 和 膨 胀 心 轴 的 摩 擦 力 逐 渐 变 小 ,而 牵 引 机 的 拉 力 不 变 , 由 牛 顿 第 二 定 律F=Ma可 知 纸 将 加 速 , 其 结 果 是 纸 的 前 边 慢 后 边 快 , 其 结 果 将 会 导 致 纸 聚 成 一 堆 , 严重 影 响 生 产 的 正 常 进 行 , 因 此 , 必 须 严 格 控 制 心 轴 与 机 架 的 摩 擦 力 。 机 构 之 间 摩 擦力 的 控 制 方 法 有 好 多 种 :利 用 摆 动 式 循 环 带 制 动 机 构 来 粗 劣 的 平 衡 牵 引 力 与 摩 擦 力 之 间 的 差 额 , 此 方法 可 以 节 省 能 源 , 但 不 利 于 精 密 加 工 生 产 , 且 生 产 率 极 低 。 其 示 意 图 为 图 3-1所 示 : 图 3-11) .利 用 机 械 结 构 来 完 成 定 时 配 重 , 此 种 结 构 巧 妙 地 利 用 了 重 力 , 简 单 方便 且 节 省 能 源 , 但 是 精 度 不 高 , 不 利 于 现 代 高 速 快 节 奏 地 生 产 , 故 此 种 机 构 只 用 于小 批 量 粗 精 度 地 生 产 , 不 符 合 本 机 组 的 设 计 要 求 。 其 原 理 如 图 3-2 所 示 : 黄河科技学院比设计说明书 第 13 页图 3-22) .利 用 机 电 一 体 化 的 方 法 来 控 制 摩 擦 力 的 变 化 , 此 方 法 关 键 利 用 了 传 感 器 和电 脑 等 现 代 化 的 理 论 和 工 具 , 其 原 理 是 由 传 感 器 把 信 号 传 到 电 脑 中 , 经 过 电 脑 的 计算 和 分 析 , 对 下 一 步 的 操 作 下 达 指 令 , 然 后 经 过 电 磁 设 备 再 把 电 脑 的 指 令 转 化 为 机械 运 动 。 此 种 方 法 精 度 高 , 易 于 操 作 , 且 又 利 于 各 种 生 产 , 况 且 随 着 机 电 一 体 化 技术 的 发 展 , 此 种 设 备 将 应 用 的 更 为 广 泛 。无 论 电 脑 如 何 控 制 计 算 , 最 终 都 要 进 行 操 作 , 也 就 是 说 必 须 有 一 个 机 械 执 行 机构 来 完 成 最 终 的 制 动 效 果 。 本 机 组 的 送 纸 机 构 主 要 就 是 控 制 纸 的 速 度 , 所 以 , 在 制动 时 要 用 比 较 成 熟 的 技 术 来 完 成 。 在 老 师 的 指 导 下 经 过 大 量 的 阅 读 和 查 阅 文 献 , 从汽 车 防 抱 死 制 动 系 统 ( ABS) 得 到 启 发 , 故 决 定 运 用 它 的 基 本 原 理 来 进 行 简 化 设计 , 来 提 高 技 术 含 量 , 给 整 个 机 组 的 设 计 提 到 一 定 高 度 。3.3 汽 车 防 抱 死 制 动 系 统 即 ABS 的 基 本 原 理3.3.1、 制 动 过 程 分 析驾 车 经 验 告 诉 我 们 , 当 行 车 在 湿 滑 路 面 上 突 遇 紧 急 情 况 而 实 施 紧 急 制 动 时 , 汽车 会 发 生 侧 滑 , 严 重 时 甚 至 会 出 现 旋 转 调 头 , 相 当 多 的 交 通 事 故 便 由 此 而 产 生 。 当左 右 侧 车 轮 分 别 行 驶 于 不 同 摩 擦 系 数 的 路 面 上 时 , 汽 车 的 制 动 也 可 能 产 生 意 想 不 到的 危 险 。 弯 道 上 制 动 遇 到 上 述 情 况 则 险 情 会 更 加 严 重 。 所 有 这 些 现 象 的 产 生 , 均 源自 于 制 动 过 程 中 的 车 轮 抱 死 。 汽 车 防 抱 死 制 动 装 置 就 是 为 了 消 除 在 紧 急 制 动 过 程 中出 现 上 述 非 稳 定 因 素 , 避 免 出 现 由 此 引 发 的 各 种 危 险 状 况 而 专 门 设 置 的 制 动 压 力 调 黄河科技学院比设计说明书 第 14 页节 系 统 。图 11 l 是 汽 车 在 水 平 路 面 上 制 动 时 汽 车 的 受 力 示 意 图 , 图 中 G 是 汽 车 的 重力 , FZ1 和 FZ2 是 前 后 轮 上 作 用 的 地 面 支 承 力 , FJ 是 汽 车 制 动 时 作 用 在 质 心 上 的减 速 惯 性 力 , Fxbl 和 Fxb2。 是 地 面 作 用 在 车 轮 边 缘 上 的 摩 擦 力 。 汽 车 制 动 减 速 的过 程 实 际 上 就 是 汽 车 在 行 驶 方 向 上 受 到 地 面 制 动 力 Fxb 而 改 变 运 动 状 态 的 过 程 。制 动 效 果 的 好 坏 完 全 取 决 于 这 种 外 界 制 动 力 的 大 小 及 其 所 具 有 的 特 性 。由 于 地 面 制 动 力 是 地 面 与 轮 胎 之 间 的 摩 擦 力 , 因 此 , 它 具 有 一 般 摩 擦 力 的 特 性 。即 : 那 车 减 速 度 ( 即 惯 性 力 ) 较 小 时 , 地 面 摩 擦 力 未 达 到 极 限 值 , 它 可 随 所 需 惯 性力 增 加 而 增 加 ; 稍 汽 车 减 速 度 ( 即 惯 性 力 ) 达 到 一 定 数 值 后 , 地 面 摩 擦 力 达 到 其 极限 值 , 以 后 便 不 再 增 大 。 按 照 摩 擦 的 物 理 特 性 可 知 , 此 时Fxbmax Fz式 中 :Fxbmax地 面 制 动 力 ( 摩 擦 力 ) 的 最 大 值 ;Fi作 用 在 车 轮 上 的 法 向 载 荷 ;摩 擦 系 数 ( 通 常 称 为 附 着 系 数 ) 。由 此 可 以 看 出 , 在 汽 车 紧 急 制 动 情 况 下 , 若 欲 提 高 制 动 效 能 , 即 缩 短 制 动 距 离或 增 大 制 动 减 速 度 , 必 须 设 法 增 大 Fxbmax。 为 此 , 可 以 采 取 两 条 途 径 : 一 方 面 ,可 以 通 过 提 高 正 压 力 Fz 来 增 大 Fxbmax; 另 一 方 面 , 也 可 以 通 过 提 高 摩 擦 系 数 中 使 Fxbmax 得 以 提 高 。 考 虑 到 汽 车 具 体 使 用 情 况 , 后 一 种 途 径 更 具 有 实 际 意 义 。大 量 试 验 已 经 证 明 , 轮 胎 与 路 面 之 间 的 附 着 系 数 主 要 受 到 三 方 面 要 素 影 响 , 即 : 路 面 的 类 型 、 状 况 ; 轮 胎 的 结 构 类 型 、 花 纹 、 气 压 和 材 料 ; 车 轮 的 运 动 方 黄河科技学院比设计说明书 第 15 页式 和 车 速 。通 过 观 察 汽 车 制 动 过 程 中 车 轮 与 地 面 接 触 痕 迹 的 变 化 ( 图 11 2) , 可 以 知道 制 动 车 轮 的 运 动 方 式 一 般 均 经 历 了 三 个 变 化 阶 段 , 即 开 始 的 纯 滚 动 、 随 后 的 边 滚边 滑 和 后 期 的 纯 滑 动 。 这 三 种 不 同 运 动 所 具 有 的 特 征 可 以 归 纳 为 表 11 l。为 能 够 定 量 地 描 述 上 述 三 种 不 同 的 车 轮 运 动 状 态 , 即 对 车 轮 运 动 的 滑 动 和 滚 动成 分 在 比 例 上 加 以 量 化 和 区 分 , 便 定 义 了 如 下 的 车 轮 滑 动 率 :S ( v rw )/ V 式 中 : S车 轮 滑 动 率 ; V车 速 ;r车 轮 半 径 ; 车 轮 角 速 度 。按 照 上 述 定 义 可 知 , 车 轮 运 动 特 征 可 由 滑 动 率 的 大 小 来 表 达 , 即 : 车 轮 纯 滑 动 黄河科技学院比设计说明书 第 16 页时 s=100 , 车 轮 纯 滚 动 时 S 0 , 而 当 车 轮 处 于 边 滚 边 滑 状 态 时0 S 100 。图 11 3 是 试 验 所 获 得 的 车 轮 与 地 面 摩 擦 系 数 随 车 轮 运 动 状 态 不 同 而 变 化 的 规律 。 从 图 中 可 以 看 出 , 车 轮 纵 向 附 着 系 数 ( 又 称 制 动 力 系 数 ) 随 车 轮 滑 动 成 分 的 增加 呈 先 上 升 后 下 降 的 趋 势 , 附 着 系 数 最 大 值 ( 亦 称 峰 值 附 着 系 数 冲 。 一 般 出 现 在 滑动 率 S 15 25 之 间 , 滑 动 率 S 达 到 100 ( 车 轮 抱 死 ) 时 的 附 着 系 数 ( 也称 滑 动 附 着 系 数 ) s 小 于 峰 值 附 着 系 数 p。 一 般 情 况 下 , ( p 一 s) 随 道 路 状况 的 恶 化 而 增 大 , 即 滑 动 附 着 系 数 s 会 远 远 低 于 w。 同 时 , 当 s=100 时 , 车轮 的 横 向 附 着 系 数 ( 又 称 横 向 力 系 数 ) 中 ; 趋 近 于 0, 这 时 , 车 轮 无 法 获 得 地 面横 向 摩 擦 力 。 若 这 种 情 况 出 现 在 前 轮 上 , 通 常 发 生 侧 滑 的 程 度 不 甚 严 重 , 但 是 却 会导 致 前 轮 无 法 获 得 地 面 侧 向 摩 擦 力 , 导 致 转 向 能 力 的 丧 失 ; 若 这 种 状 况 出 现 在 后 轮上 , 则 会 导 致 后 轮 抱 死 , 此 时 , 后 轴 极 易 产 生 剧 烈 的 侧 滑 , 使 汽 车 处 于 危 险 的 失 控状 态 。综 上 所 述 , 理 想 制 动 系 统 的 特 性 应 当 是 : 当 汽 车 制 动 时 , 将 车 轮 滑 动 率 S控 制 在 峰 值 系 数 滑 动 率 ( 即 S 20 ) 附 近 , 这 样 既 能 使 汽 车 获 得 较 高 的 制 动 效能 , 又 可 保 证 它 在 制 动 时 的 方 向 稳 定 性 。汽 车 防 抱 死 制 动 系 统 ( ABS) 便 是 一 套 能 在 制 动 过 程 中 随 时 监 控 车 轮 滑 转 程度 , 并 依 此 自 动 调 节 作 用 在 车 轮 上 的 制 动 力 矩 , 防 止 车 轮 抱 死 的 电 子 控 制 装 置 。 它不 仅 能 缩 短 制 动 距 离 。 有 效 避 免 各 种 因 制 动 引 起 的 事 故 , 还 可 减 少 轮 胎 磨 损 , 使 其达 到 使 用 寿 命 。3.3.2、 防 抱 死 制 动 系 统 的 发 展 历 史20 世 纪 初 , 原 始 的 防 抱 死 制 动 系 统 ( ABS) 用 在 铁 路 机 车 上 , 借 此 来 避 免 机车 车 轮 因 制 动 导 致 的 “平 面 现 象 ”和 钢 轨 的 早 期 损 坏 。 1936 年 德 国 Robert Bosch 公 司 取 得 了 ABS 专 利 权 。 40 年 代 ABS 系 统 被 应 用 于 飞 机 上 , 以 防 止 飞 机着 陆 时 偏 离 航 道 及 轮 胎 的 爆 破 。1954 年 美 国 Ford 汽 车 公 司 首 次 将 法 国 生 产 的 民 航 机 用 ABS 系 统 应 用 在Lincoln 牌 高 级 轿 车 上 , 由 此 拉 开 了 汽 车 采 用 ABS 系 统 的 序 幕 。 同 一 时 期 ,Kelsey Hayes 公 司 与 Hydro Aire 公 司 开 始 联 合 生 产 用 于 载 货 车 的 ABS 系 统 。 黄河科技学院比设计说明书 第 17 页1957 年 Ford 公 司 与 Kelsey HayeS 公 司 开 始 了 ABS 系 统 的 开 发 合 作 。 1969 年Ford 汽 车 公 司 推 出 了 后 二 轮 控 制 方 式 的 防 抱 死 制 动 系 统 , 并 在 美 国 和 日 本 的 高 级轿 车 上 得 到 应 用 。 进 人 70 年 代 , 随 着 电 子 控 制 技 术 及 精 密 液 压 元 器 件 加 工 制 造 技术 的 进 步 , 逐 步 奠 定 了 复 杂 而 精 确 的 控 制 技 术 基 础 , 1978 年 德 国 Benz 汽 车 公司 首 次 推 出 了 四 轮 控 制 式 防 抱 死 制 动 系 统 。 随 着 电 子 技 术 的 进 步 和 电 器 件 价 格 的 迅速 降 低 , 自 80 年 代 后 期 起 ABS 在 汽 车 上 应 用 得 到 普 及 , 并 逐 渐 已 成 为 现 代 汽 车上 的 一 种 标 准 装 备 。从 ABS 出 现 到 今 天 在 汽 车 上 广 泛 应 用 , 已 经 经 历 了 半 个 多 世 纪 的 发 展 过 程 。至 今 为 止 , ABS 系 统 的 整 体 结 构 已 日 渐 趋 于 成 熟 , 今 后 的 发 展 将 集 中 体 现 在 以 下几 个 方 面 。 实 时 跟 踪 路 面 特 性 变 化 , 采 用 更 加 有 效 的 控 制 算 法 , 实 现 真 正 意 义 上 优 化 控制 , 以 弥 补 现 今 汽 车 上 广 为 采 用 的 逻 辑 控 制 的 不 足 。 提 高 关 键 元 件 的 性 能 指 标 和 可 靠 性 , 消 除 系 统 控 制 过 程 的 不 平 滑 , 易 振 动 ,噪 声 大 的 缺 陷 。 由 单 一 ABS 控 制 目 标 转 向 多 目 标 综 合 控 制 , 全 面 提 高 汽 车 整 体 动 力 学 水 平 。 进 一 步 降 低 系 统 装 车 成 本 。3.3.3、 ABS 的 基 本 组 成一 般 来 说 , 带 有 ABS 的 汽 车 制 动 系 统 由 基 本 制 动 系 统 和 制 动 力 调 节 系 统 两 部分 组 成 , 前 者 是 制 动 主 缸 、 制 动 轮 缸 和 制 动 管 路 等 构 成 的 普 通 制 动 系 统 , 用 来 实 现汽 车 的 常 规 制 动 , 而 后 者 是 由 传 感 器 、 控 制 器 。 执 行 器 等 组 成 的 压 力 调 节 控 制 系 统 黄河科技学院比设计说明书 第 18 页( 如 图 11 4 所 示 ) , 在 制 动 过 程 中 用 来 确 保 车 轮 始 终 不 抱 死 , 车 轮 滑 动 率 处 于 合
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