蜂窝煤成型机

蜂窝煤成型机
1、工作原理及工艺动作过程
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。

为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：
1）煤粉加料；
2）冲头将蜂窝煤压制成型；
3）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；
4）将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；
5）将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

2、原始数据及设计要求
1）蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；
2）驱动电机：Y180L－8、功率N＝11 kW、转速n＝730 r/min；
3）冲压成型时的生产阻力达到50000N；
4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；
5）由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。

3、设计方案提示
冲压式蜂窝煤成型机应考虑三个机构的选型和设计；冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘的间歇运动机构。

冲压和脱模机构可采用对心曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、六杆冲压机构；扫屑机构可采用附加滑块摇杆机构、固定移动凸轮－移动从动件机构；模筒转盘间歇运动机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。

为了减小机器的速度波动和选择较小功率的电机，可以附加飞轮。

4、设计任务
1）按工艺动作要求拟定运动循环图；
2）进行冲压脱模机构、扫屑刷机构、模筒转盘间歇运动机构的选型；
3）机械运动方案的评定和选择；
4）进行飞轮设计（选做）；
5）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案；
6）画出机械运动方案简图；
7）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

8）提供设计总结说明书一份（不少于3000字）。

冲压式蜂窝煤成型机的运动方案设计
一、冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求
1、功能
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。

为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：
6） 煤粉加料；
7） 冲头将蜂窝煤压制成型；
8） 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；
9） 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；
10） 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

2、原是数据及设计要求
1）蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min ；
2）驱动电机：Y180L －8、功率N ＝11 kW 、转速n ＝730 r/min ；
3）如图1所示位冲头3、脱模盘5、扫屑刷4、模筒转盘1的相互位置情况。

实际上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煤粉压成蜂窝煤，脱
模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附的煤粉。

模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加
料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入
脱模位置、空的模筒进入加料位置；
4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲
压后有一短暂的保压时间；
5）由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较
大，最大可达50000N ，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。

6）机械运动方案应力求简单。

二、工作原理和工艺动作分解
根据上述分析，冲压式蜂窝煤成型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；
图1
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）模筒转模间歇运动：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。

以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压可以用一个机构完成。

因此，冲压式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。

三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图Array主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒
转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以
利对各执行机构的设计、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。

扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作
行程的前半段完成扫屑运动。

四、执行机构的选型
图2
根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑
刷这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1的常用机构，这一表格又称为执
行机构的形态学矩阵。

表1 三执行机构的形态学矩阵
图3（a）表示附加滑块摇杆机构。

利用滑梁的上下移动使摇杆OB上的扫屑刷扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。

图3（b）表示固定移动凸轮利用滑梁上下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。

五、机械运动方案的选定和评价
根据表1所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为：
N=3×2×3＝18
现在，我们可以给定条件、各机
构的相容性和尽量使机构简单等等要
求来选择方案。

由此可选定两个结构
比较简单的方案。

方案Ⅰ：冲压机构为对心曲柄滑
块机构、模筒转盘为槽轮机构、扫屑
机构为固定凸轮移动从动件机构。

方案Ⅱ：冲压机构为偏置曲柄滑
块机构、
模筒转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。

两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选，这里从略。

最后选择方案Ⅰ为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案。

六、机械传动系统的传动比和变速机构
根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂
窝煤成型机的生产能力。

它们的机械传动
系统的总传动比为：
333.2430730＝＝＝执行主轴电机总n n i
机械传动系统的第一级采用带传动，
其传动比为4.866，第二级采用齿轮传动，
其传动比为5。

七、画出机械运动方案简图
按已选定的三个执行机构的型式及机
械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型机的
机械运动示意图。

其中三个执行机构部分
也可以称为机械运动方案示意简图。

如图
4所示，其中包括了机械传动系统、三个
执行机构的组合。

如果再加上加料机构和
输送机构，那就可以完整地表示整台机器
的机械运动方案图。

图3
图4
有了机械运动方案图，就可以进行机构的运动尺寸设计计算和机器的总体设计。

八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算
为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和扫屑凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。

1、带传动计算（略，机械设计中有专门讲解）。

2、齿轮传动计算
取Z 1=22，Z 2＝i ×22＝5×22＝110。

按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。

则 d 1＝Z 1m ＝110 mm.
d 2＝Z 2m ＝550 mm.
其余尺寸，按齿轮机构相关计算表格求出。

3、曲柄滑块机构计算
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＝0.175，则曲柄半径为：
mm s R 1502
1
== 连杆长度为： mm R L 41.955==λ
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。

4、槽轮机构计算
1）槽数z 按工位要求选定为6。

2）中心距a 按结构情况确定mm a 300=。

3）圆销半径r 按结构情况确定mm r 30=。

4）槽轮每次转位时主动件的转角α2 120)21(1802=-
=z α 5）槽间角β2
60360
2==z β 6）主动件圆销中心半径1R mm a R 150sin 1==β
7）1R 与a 的比值λ 5.0s i n 1===βλa R
8）槽轮外圆半径2R mm r a R 262)cos (222=+=β
9）槽轮槽深h mm r a h 8.79)1cos (=+-+≥βλ
取mm h 80=。

10）运动系数k 3122=-=
z z k （为圆销数n n ,1=）
5、扫屑凸轮机构计算 固定凸轮采用斜面形状，其上下方向的长度应大于滑梁的行程s ，其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围。

具体按结构情况来设计。

九、冲压式蜂窝煤成型机的飞轮设计
由于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，因此必须进行飞轮设计，以便达到功能要求。

具体设计过程略。