机械创新作业 (20)

《机械创新设计》

结课论文

课程名称《机械创新设计》

院（系、部、中心）机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化

班级流体（卓越）111 姓名汤韦学号 201110626

题目新型冲压式蜂窝煤成型机设计

起止日期 2014-4-18~2014-6-6

任课教师王育荣

新型冲压式蜂窝煤成型机设计

作者：汤韦

（南京工程学院机械工程学院，南京211167）

摘要：冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备之一，这种设备因具有结构合理、成型性能好、维修方便等优点而被广泛采用。它将粉煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。为了实现将蜂窝煤压制成形，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：粉煤加料；冲头将蜂窝煤压制成形；将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱模；将冲压成形的蜂窝煤输送装箱；清除冲头和脱煤盘的积屑。

关键词：蜂窝煤；冲压式；机构设计。

1 引言

使用虚拟样机技术验证机械运动方案和机械传动系统的合理性，是现代设计方案在机械综合设计应用中的重要体现。

冲压式蜂窝煤成型机结构简单，包含常见的连杆机构、间歇运动机构、凸轮机构、齿轮机构和带传动等，通过选型搭配完成蜂窝煤从加料到成型煤输出的各项功能。

2 国内外研究概况

中国有9亿农民，在农村广阔的天地和城镇很多经济不太宽裕的人都在使用蜂窝煤，几乎每个乡镇都有蜂窝煤厂，有的乡镇还有几个厂。究其原因是蜂窝煤造价低、生产容易、比散煤使用方便，因而多年畅销不衰。

实践证明，在城镇、农村推广蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）、煤球，尤其是效益较高的上点火蜂窝煤，可使热能利用率由原来的10％左右提高到30％至50％，一氧化碳减少70％至80％，二氧化硫减少40％（加固硫剂），烟尘和三、四苯并芘（a）等有害物成分减少90％，是节约能源、改善环境的有效措施之一。

但近年以来，煤炭价格高涨，蜂窝煤成本售价相应提高，很多老百姓感到难以承受。如何降低蜂窝煤的成本，成为当务之急。目前，转让高效节能蜂窝煤技术的人很多，鱼目混珠，真伪难辩。技术费从几百元到一万元。也有很多人否定该技术，特别是一些技术不成熟的公司或个人，查了专利网上的信息或者买来一个配方，到处转让，扰乱市场，使很多人上当受骗。其实，节能蜂窝煤并不神秘。但是，没有经过长期实践的人，是无法转让技术的。因为各地煤的发热量、含硫量、挥发分、结焦性、灰熔点、密度、耐火性等都不一样，不长期实践，用一个或者两个配方很难有理想的效果。

因此，盲目从配方上面降低蜂窝煤的成本难度很大；但是，对目前我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备---蜂窝煤成型机的结构分析中，我们找到了捷径。

3 创新特色

基于现有冲头蜂窝煤成型机的缺点，对其机构进行分析创新，设计出一款新型冲压式蜂窝煤成型机，以提高生产效率减少生产成本，响应节能减排号召。

（1）对机构在冲压过程中运动分析得到机构运行时各部件所承受的扭矩和功率，并最终根据整体机构所需要的总功率，选择液压马达作为驱动元件。

（2）蜂窝煤尺寸为Φ*h=100mm*75mm，生产率为每分钟60个。

（3）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角应大于或等于40°。

（4）由于冲头工作压力较大，希望冲压机具有增力功能，以增大有效作用，减少原动机的功

率损耗。

（5）该机正常工作下，寿命可达64528小时，产量可达64800块每天。

4 工作原理和工艺动作分解

图1.冲压式蜂窝煤成形各部分位置示意

图1为冲压式蜂窝煤成型机冲头3、脱模盘5、扫屑盘4、磨筒转盘1的相互位置关系。冲头与脱模盘都与上、下移动的滑梁2连成一体，当滑梁下冲时冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，脱煤盘将已压成的蜂窝煤脱模。在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘着的粉煤。磨筒转盘上均布5个磨筒，磨筒转盘的简谐运动使加料后磨筒进入冲压位置，成形后的磨筒进入脱模位置，空的磨筒进入加料位置。

根据上述分析，冲压式蜂窝煤成形机要求完成的工艺动作有以下六个动作：

（1）加料：这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；

（2）冲压成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；

（3）脱模：要求脱模盘上下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。一般可以将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上；

（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除；

（5）工作盘间歇转动：以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换；

（6）输送：将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。

5 运动循环图

图2.冲压式蜂窝煤成形机运动循环图

图2主要是确定冲头和脱模盘、扫屑盘、模筒转盘三个执行构建的先后顺序、相位，以利于各执行机构的设计、装配和调试。

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，纵坐标表示各执行机构的唯一起止位置。下图为冲压式蜂窝煤成形机的机构中三个执行机构的运动循环图。冲头和脱模盘由工作行程和回程两部分组成。磨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。扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。

6 执行机构的选型

根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行机构的动作要求和结构特点，可以选择采用下表中所列的常用机构：

表1.冲压式蜂窝煤常用的执行机构

图3（a）所示为固定移动凸轮利用滑梁1的上下移动使带有扫屑刷的移动从动件被顶出而扫出冲头和脱模盘2底的粉煤屑。

图3（b）所示为摇杆滑块机构，利用滑梁1的上下移动使连杆上的扫屑刷摆动而扫除冲头和

脱煤盘2底上的粉煤屑。