冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构,以它的主动件的零位角为横坐标的起点,纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。图2表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。冲头和脱模盘都由工作行程和回程两部分所组成。模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成,使间歇转动在冲压以前完成。
如图一所示为冲头、卸煤杆、扫屑刷、工作盘的相互位置情况。实际上冲头与卸煤杆都与上下移动的滑梁连成一体,当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤,
1)上料及输送机构较为简单,所在此主要考虑三个机构的设计:冲压和脱模机构、工作盘的间歇转动机构、扫屑机构;
4)粉煤高度与型煤高度之比(压缩比): 2:1,即工作盘高度H=2h=150mm;
因此,不难求出曲柄滑块机构中滑梁(滑块)的速度和加速度变化,从而画出冲压脱模机构的位移—时间关系图。
固定凸轮采用斜面形状,其上下方向的长度又能够大于滑梁的行程S,即应大于300mm。
设计的目的是,进一步巩固并灵活运用所学相关知识;培养应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念,并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力,提高咱们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力,以及利用现代设计方法解决工程问题的能力,以得到一次较完整的设计方法的基本训练。
根据以上功能分析,应用概念设计的方法,经过机构系统搜索,可得“形态学矩阵”的组合分类表,如表1所示。
系统执行机构方案选择冲压脱模机构为对心曲柄滑块机构;扫屑机构为固定移动凸轮移动从动件机构;间歇运动机构为槽轮回转机构,通过直齿圆锥齿轮机构连接到减速箱上。
已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s =300mm;曲柄与连杆长度比,即连杆系数为λ=0.2,则
3)脱模:要求卸料盘上下往复移动,将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。通常能将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上;
滑梁作往复直线运动,带动冲头和卸煤杆完成压实成型和蜂窝煤脱模动作。工作盘上有五个模孔,Ⅰ为上料工位,Ⅲ为冲压工位,Ⅳ为卸料工位,工作盘间歇转动,以完成上料、冲压、脱模的转换。扫屑刷在冲头和卸煤杆退出工作盘后,在冲头和卸煤杆下扫过,以清除其上的积屑。此外,还有型煤运出的输送带部分。
因冲压成型与脱模可用同一机构完成,故可满足冲床总功能的机械系统运动方案有N个,即N=5×4×4个=80个。运用确定机械系统运动方案的原则与方法,来进行方案分析与讨论。
以上六个动作,加料和输送的动作最简单,暂时不予考虑,脱模和冲压可以用一个机构完成。因此,蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。
对以上方案初步分析如表4。从以上分析中显而易见,方案2,4有冲击。方案1,3运动平稳性较好,但方案3加工难度大,结构较为复杂,且成本比较高,所以选择方案2为最佳方案。
机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练,是一个重要的实践性教学环节。
对以上方案初步分析如上表3。从表中的分析结果显而易见,四个方案的性能相差不大,方案1、2、4的效率较高,方案3、4计算加工难度较大;方案1,2可为最优方案。
工作盘盘上均布了模筒,转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置Ⅲ、成型后的模筒进入脱模位置Ⅳ、空的模筒进入加料位置Ⅰ;
冲煤饼时冲头压力较大,最大可达20000N,其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压,压力呈线性变化,由零值至最大值。因此,希望冲压机构具有增力功能,以减小机器的速度波动和减小原动机的功率。另外机械运动方案应力求简单。
对以上方案初步分析如表2。从表中的分析结果显而易见方案2,成本比较高且工作效率低,加工困难,所以,不予考虑。方案3,成本高且结构较为复杂,所以不予考虑。方案4,机构复杂运动尺寸大。方案5,结构较复杂。方案1,结构相对比较简单,成本低,且结构尺寸小加工简单,所以选择方案1为最佳方案。
机械原理课程设计是根据使用上的要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算,是机械产品设计的第一步,是决定机械产品性能的最主要环节,整一个完整的过程蕴涵着创新和发明,能大大的提升我们的创新意识和能力。为了综合运用机械原理课程的理论知识,分析和解决与本课程有关的实际问题,使所学知识进一步巩固和加深,我们参加了此次的机械原理课程设计。
6)由于冲头要产生较大压力,希望冲压机构具有增大有效力的作用。减少原动件的功率;
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤生产厂的主要设备。这种设备由于具有结构符合常理,质量放心可靠,成型性能好,经久耐用,维修方便等优点而被广泛使用。
冲压式蜂窝煤成型机的功能是将煤粉加入转盘的模桶内,经冲头冲压成蜂窝煤。为实现蜂窝煤冲压成型,冲压式蜂窝煤一定得完成五个动作:(1)煤粉加料;(2)冲头将蜂窝煤压制成型;(3)清楚冲头和卸煤杆的扫屑运动;(4)将在模桶内冲压后的蜂窝煤脱模;(5)将冲压成型的蜂窝煤输出。