叶飞切坯机设计

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本科毕业设计
题目：液压切坯机的设计说明书
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二0一四年五月
摘要
在砖瓦产品的生产线上，切坯机是必不可少的一个辅助设备，它是黏土泥条连续地通过切坯机制作最终产品的唯一方法。

常规的切坯机大多是采用曲柄连杆机构来实现推杆的往复运动，而液压切坯机与之相比有低成本、高效率、大功率、低噪声、高度集成化及经久耐用等许多优点。

液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，已广泛应用于工业各领域，液压切坯机主要是由液压系统提供动力，通过控制系统来实现切坯机的运行。

本毕业设计主要设计的是液压切坯机中的切坯机部分，主要包括机架、滚筒、推板、挡板等机构的设计、计算与校核，以及一些标准件的选择与计算，如轴承、链轮、法兰等，并通过合理的设计和布置使得机器的工作方便快捷、安全可靠。

关键词：切坯机；液压；设计
Abstract
On the production line of the brick and tile product , cut billet machine is essential for an auxiliary device, it is the only way to cut through continuous billet machine making clay mud of the final product. Most conventional cut billet crank linkage machine is used to achieve reciprocating plunger, and hydraulic cutting machine compared blanks have low cost, high efficiency, high power, low noise, highly integrated and durable, and many advantages. Hydraulic machinery and equipment technology is one of the fastest growing technology, has been widely used in various fields of industrial, hydraulic cutting machine is mainly provided by the billet hydraulic system powered by the control system to achieve run cut billet machine.
The graduation design is primarily designed hydraulic cutting machine cut billet billet machine parts, including design rack, roller, push plates, baffles and other institutions, calculation and verification, and the selection and calculation of some standard parts, such as the convenient work bearings, sprockets, flanges, etc., and through rational design and layout making machine, safe and reliable.
Keywords:cut billet machine; hydraulic; design
目录
摘要 (I)
Abstract ................................................................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)
1.1 切坯机的应用及发展现状 (1)
1.2 液压切坯机的特点 (1)
1.3 本毕业设计的研究意义 (1)
2 液压切坯机的工作原理及过程 (2)
2.1 液压切坯机的工作原理 (2)
2.2 工作过程 (2)
3 液压切坯机工作参数的确定 (3)
4 液压切坯机中切坯机部分的结构设计 (3)
4.1 滚筒设计 (3)
4.1.1 滚筒外壁及端盖的设计 (3)
4.1.2 轴的设计 (4)
4.1.3 轴的校核 (4)
4.2 推坯手的分析 (5)
4.3 机架设计和钢丝绳的要求 (6)
4.4 轴承的选择 (7)
5 液压切坯机的传动设计 (7)
5.1 传动系统运动分析计算 (7)
5.1.1 电动机的选择 (7)
5.1.2计算传动比i (8)
5.2 皮带传动设计 (8)
5.3 链传动设计 (9)
5.3.1 链条的设计步骤 (9)
5.3.2 双排链轮的设计 (9)
5.3.3 传动链轮的设计 (10)
6 总结 (11)
参考文献 (12)
致谢 (13)
1 绪论
1.1 切坯机的应用及发展现状
切坯机是砖瓦产业中的具有重要用途的机械，也是砖坯成型工艺中最后一道工序的加工设备。

切坯机的类型有推杆式切坯机、链式切坯机、单弓式切坯机、燕尾式切坯机、导轨式切坯机等。

目前我国砖瓦机械行业存在许多问题，如加工设备陈旧，创新能力不足，材料质量问题严重，企业管理薄弱等，具有开发自主知识产权的产品，不断向高水平、全自动化方向发展的趋势，并关注销售市场，不断向实用型机械发展，我国切坯机的总体水平也在不断提升，逐渐走向农村、走出国门，服务于不同国家和地区的人们。

1.2 液压切坯机的特点
用液压装置代替现有切坯机的曲柄连杆机构，与液压切坯机相比，传统的曲柄连杆机构的切坯机存在着以下的缺点。

第一，切坯机周期性工作，电能浪费大；第二，整机系统振动大且不稳定，元件易松动或损坏；第三，不太容易实现离合控制；第四，机器上的零件都需要详细计算和精确加工，设计和制造复杂、难度大。

第五，所需的电功率大。

液压装置上设有动力元件、控制元件和两个同步工作的液压缸，液压缸安装于切坯机的推板上并与推板刚性连接，液压装置的动力元件为齿轮泵，控制元件由单向阀、溢流阀、单向节流阀、电磁换向阀及。

球阀组成，具有设计合理、结构简单、系统节能、同步精度更高、控制方便、使用安全的特点。

1.3 本毕业设计的研究意义
随着经济和科学技术的不断的发展，液压技术也不断更新向前发展，在各种机械设备中应用广泛。

本文中提到的液压切坯机，属于制砖机械设备技术领域。

液压切坯机的出现可以为砖瓦产业提供更加节能方便及更加安全可靠的保障，并展示了砖瓦产
品生产设备的新动向、新潮流。

液压切坯机的研究，是砖瓦行业生产力发展的需要，也顺应了科学技术发展的大趋势，对砖瓦行业的向前发展有着积极的意义。

2 液压切坯机的工作原理及过程
2.1 液压切坯机的工作原理
由螺旋挤泥机机口挤出的具有一定形状的紧密而连续的泥条，再经过切条机切割成具有一定尺寸的长方体泥条，经过连续滚筒的传动（滚筒一端连接双排链轮，然后由电机带动部分双排链轮，双排链轮通过链条连接而依次相互带动），直至传送到相应位置被挡板挡住停止前进，再由液压系统控制的与挡板垂直的推板将泥条推向前方固定在机架上的一排钢丝，因挡板位置固定且钢丝间均具有固定间隔，所以泥条被钢丝切成所需大小且大小相同的坯体。

2.2 工作过程
液压切坯机的工作分为准备和工作两个阶段。

准备阶段：在液压切坯机工作开始之前，推板应停留在初始指定的位置，等待由切条机切下后的泥条的到来，同时传送泥条的滚筒应由电机的带动下开始进入工作状态。

工作阶段：当泥条从滚筒上运动并在挡板的作用下停止运动后，液压缸通过作用于推杆及推板开始推动泥条，使泥条沿着挡板向前运动并与固定在机架上的钢丝相互作用完成切坯过程。

到达极限位置后，液压缸控制挡板回到初始位置并停留在该位置等待下一个泥条的到来。

若工作结束，没有泥条过来时，应该将推板回到初始位置后再关掉电源。

3 液压切坯机工作参数的确定
已知切坯机中的滚筒长度400mm，直径89mm，滚筒内壁厚度2mm，所提供的钢丝绳长度为460mm，要求切割后砖块尺寸为长240mm，宽53mm，高115mm，每根泥条的质量为3.5kg，又由切条机过来的泥条长度为1908mm，宽度为240，高115mm，相邻泥条到达切坯机的时间为4s，由此可计算出每根泥条可以生产出L/l=36块砖块，故泥条总质量可以计算为M=36m=126kg,共需要37根钢丝绳，相邻钢丝绳之间的距离为53mm。

为滚筒能够能安全正常地工作，滚筒之间的距离设定为120mm，根据计算滚筒两端总长度120×15+89=1889<1908mm，120×16+89=2009>1908mm，此长度应大于泥条的长度，故为了保证机器正常工作及材料成本的最优化，应选择17个滚筒，故每根滚筒平均承受的重量为（126×10）/17=74.12kg，泥条速度滚筒周长约为为πD=3.14×89=279.46mm，由于泥条过来的频率为4s，推板在4s内要完成来回动作并等待泥条到达待加工位置，故泥条两秒内应到达待加工位置，即泥条速度和滚筒速度v=2009/2=1004.5mm，滚筒转速为n=(1004.5×60)/279.46=215.67r/min。

4 液压切坯机中切坯机部分的结构设计
4.1 滚筒设计
滚筒部分由轴、滚筒外壁、滚筒端盖，滚筒通过两侧的端盖将滚筒和轴焊接在一起，由上述数据每根滚筒承受的重量为74.12kg,滚筒转速为215.67r/min，根据滚筒尺寸和力学性能要求，选取直径为30的轴，端盖厚度定为4mm。

4.1.1 滚筒外壁及端盖的设计
滚筒材料制作，由于不锈钢的材采用不锈钢料特性，其耐磨性高，增加了滚筒的使用寿命，同时不锈钢的表明粗糙度较低，可以保证切坯机在工作时的需要的同时，减少刷油的次数，工作时使用起来更加方便可靠。

4.1.2 轴的设计
选择轴的材料45号钢，经调制处理，其机械性能由《机械设计》表6-1查得：650b MPa σ= ，360s MPa σ=1300MPa σ-=，1155MPa τ-=；查表《机械设计》6-4，[]160b MPa σ-=。

初步计算轴径
选C=110，1min 11010.35d mm ===，由于轴的两端要安装链轮和轴承，轴的直径过小不利于安装使用，因此在本装置中选用直径为30mm 的轴，材料为45号刚。

4.1.3 轴的校核
作弯矩图如下图4.1所示，
图4.1 滚筒轴的校核弯矩示意图
只校核轴上承受最大当量弯矩的强度：
在C 截面处弯矩较大，在扭矩相同的情况下。

其为危险截面，m N M ∙=76.33max ； 校核轴的强度
由弯矩图可知，轴段5的皮带轮齿轮截面，轴的弯矩最大，有转矩，为危险截面。

W ——抗弯截面系数
363331021.4)1035(3232m d W --⨯=⨯⨯==π
π
；
t W ——抗扭剖面模量
3631042.816m d W t -⨯==π
弯曲应力：
MPa W M
02.81021.476.336
=⨯==-σ
扭转切应力：
Mpa W T
t 48.210
42.886.206=⨯==-τ α=0.6
MPa ca 55.8)48.26.0(402.8)(42222=⨯⨯+=+=ατσσ
查表，对于B σ=600MPa 的碳钢，承受对称循环应力时的许用应力
[σ]=55MPa>8.55MPa ，故安全。

4.2 推坯手的分析
推坯手是执行机构的重要元件之一，其作用是在泥条到达加工位置后推动泥条向钢丝绳方向运动，直至泥条与钢丝绳发生相互作用，完成切坯过程，其结构包括推杆、推板、法兰盘等元件，推坯手设计的好坏将直接影响切坯机的切割性能，当推坯手运行到最前极限位置时，推板应与钢丝绳应保持一定距离，防止推板在运动过程中与钢丝相碰撞。

本次设计中的推板由一定长度的矩形管材料去掉上端一面构成，呈凹槽状，前端面与泥条作用，后端面与推杆固定在一起，通过法兰连接，推杆中间部分套在导套内，导套方向与推板运动方向一致，工作时推杆沿着导套的方向来回滑动，导套与架子焊接在一起，并通过法兰相连固定在机架上，导杆后端通过焊接钢条固定在一起。

由上述3切坯机工作参数分析可知，泥条的总长度为1908mm ，故推坯手前段推板的长度也定为1908mm ，制成推板的矩形管高120mm ，宽120mm ，内壁厚度为12mm ，推
杆为空心钢管，直径为50mm，两推杆的连接杆为直径20mm的实心铁管。

推坯手机构如图4.2所示：
图4.2 推坯手的示意图
4.3 机架设计和钢丝绳的要求
为了保证液压切坯机能稳定地运行并工作，机架的设计是非常重要的。

因为切坯机的推杆、滚筒、挡板、电机、钢丝及拉线机构等都要固定在机架上面，所以为了能够使得切坯机的工作性能能够得到有效的保证，机架在设计制造的时候必须满足以下要求：第一，机架的外形设计要合理，在保证机架能够达到工作要求的基础上尽可能减少生产材料及工作占地空间；第二，机架的强度、刚度和稳定性必须满足工作要求；第三，保证切坯机工作时不至于产生太大的振动和噪音等。

为了减少材料费用和加工费用，机架中用到的钢料尽可能选用标准的槽钢和矩形管，根据性能要求，本次设计中选取的槽钢均为12.6号槽钢，材质：Q235，机架上矩形管边长为80mm，厚度为5mm。

这样加工出来的机架不但质量轻，稳定性高，还可以减少加工的时间和费用，从而提高生产的效率。

钢丝绳的作用是把泥条切割成规定尺寸的坯体，应根据钢丝绳的受力情况及切割
泥条的光洁度来选择钢丝的直径，并要求把断丝率控制在非常低的水平，以减少在生产过程中造成的损失。

根据工程实践经验可知，本次设计应选择钢丝绳的规格为直径为1.2mm的琴弦钢丝。

4.4 轴承的选择
深沟球轴承能承受一定的双向轴向负荷且极限转速较高，且精度较高，从经济角度上考虑的，深沟球轴承比棍子轴承便宜，根据轴的直径为30mm，选择固定滚筒中轴的轴承的型号是6206。

查机械设计手册可知，尺寸d=30，D=62，B=16.。

杆件1的直径为50mm，考虑到机架结构及安装要求，故轴承应选择UCP207公制带座外球面轴承，杆件2的直径为40mm，安装条件与杆件1相似，故选择固定杆件2的轴承为UCP206。

5 液压切坯机的传动设计
5.1 传动系统运动分析计算
5.11 电动机的选择
选择电动机应综合考虑的问题：
根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调试以及工作环境等要求，选择电动机类型及安装方式。

根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，并考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。

所选电动机功率应大于计算所需功率，按靠近的功率等级选择电动机，负载率一般取为 0.8~0.9。

过大的备用功率会使电动机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高。

根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。

根据企业的电网电压标准，确定电动机的电压等级和类型。

根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械机构的复杂程度，选择电动机额定转矩。

所需的电动机的输出功率为：
上式中：1P------负载功率;
K------工作情况系数，取为1.35，见表6；
------减速器效率；
1
P------计算功率。

确定电机型号：
根据工作条件：室内常温、灰尘较大、两班制、连续单向运行，载荷较平稳，电动机输出功率P ，及同步转速n =1500r/min等，查表可得出，选用Y系列三相异步电动机，型号为Y90L—4，其主要性能数据如下：
电动机满载转速n =1400r/min；电动机额定功率P =1.5KW；
电动机轴伸尺寸 D=24mm；额定电流为3.7A，效率为79，功率因数为0.79，额定转矩为2300N.m，重量28kg。

5.1.2 计算传动比i
1、总传动比i:i=1400/215.67=6.49，采用二级减速传动，i=i1×i2，确定各级传动比和效率如下：
第一级传动比：i 1= 4，采用v带传动，根据电动机的轴直径为24mm，将带轮尺寸确定如下，小带轮节圆直径60mm，大带轮节圆直径240mm；
第二级传动比：i2=1.5，采用链轮中的滚子链传动，已知链条型号为08B，滚筒部分链轮为17齿，故确定传动链轮齿数为12。

5.2 皮带传动设计
电动机的功率要求：1.5kw，经计算查表可知带轮的数据和带的型号，选择A带。

5.3 链传动设计
由于切坯机工作时环境比较恶劣，而且切坯机也不属于精密机器，因此滚筒之间的传动方式采取链传动，这样不但可以节约传动空间，提高了切坯机工作的稳定性，还可以降低设备生产的成本。

5.3.1 链条的设计步骤
由于链的作用仅仅是传递，所以链的力学性能要求不高，又链传递时的空间相对较小，因此链传动时的传动比定为i=1,由第三章可知链轮的转速n=215.67r/min ，
（1）选择链轮的齿数z=17；
（2）计算当量的单排链的计算功率Pca;
根据链传动的主动链、链传动的排数和工作情况，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率 Pca=KA KZ P ,式中：
KA —工况系数，查《机械设计》，取ＫＡ＝１．１；
KZ —主动链轮齿数系数，查《机械设计手册》，取ＫＺ=1.54；
P —传动的功率。

推出
Pca=1.1×1.54×0.94=1.60kw
(3)求链条的型号和节距P
链条型号根据当量链的计算功率Pca 和主动链轮转速n=215.67r/min ，查《机械设计》可知链条的型号为08B ，查得节距P=12.7mm 。

5.3.2 双排链轮的设计
由以上数据和分析结果可知，双排链轮的齿数z=17，节距p=12.7mm ，查《机械设计手册》可得链节內宽b1=7.75mm ，套筒最大外径d1=8.51，排距pt=13.92mm,带入以下公式，分度圆直径 )180sin(d o
z p
, d=得出d=69.12mm ， 齿顶圆直径可得da=74.80mm ；
齿根圆直径df=d-d1=69.12-8.51=60.61mm；
齿高ha=0.5(p-d1)=0.5×(12.7-8.51)=2.10mm；
齿宽bf1=0.93b1=0.93×7.75=7.05mm；
齿侧倒角ba=0.13p=0.13×12.7=1.65mm；
齿全宽bf2=(n-1)pt+bf1=(2-1)×13.92+7.05=20.97mm，具体如图5.1所示，
图5.1 双排链轮的示意图
5.3.3 传动链轮的设计
由以上分析可知，传动链轮的齿数z=12，节距12.7mm，查机械设计手册计算可知，齿顶圆直径为54mm，节圆直径为49mm，齿根圆直径40mm，齿宽8mm，链轮长度为20mm。

6 总结
经过这段日子的毕业设计，我觉得自己学到了很多东西，主要有以下几点：
1、以前专业学习的主要是机械理论基础知识，对设计、加工和生产方面知识了解不足，在这次毕业设计实践过程中，我在指导老师的指导下学习到了许多解决这些问题的方法，发现了自己很多不足之处。

也体会到了以前所学机械理论知识的重要性，知识掌握得越熟练，设计过程就越顺利。

2、通过这次毕业,我了解了液压切坯机的用途及工作原理,熟悉了切坯机的设计步骤,了解进行一项设计必不可少的几个阶段，锻炼了机械设计实践能力,培养了自己独立思考和设计的能力，这些对我在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助和启发。

3、毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。

我经过这次系统的毕业设计，提高了自己的绘图能力，对以前学过的理论知识也起到了巩固作用，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果，对机械也有了整体性的认识。

4、增强了我的学习能力，在毕业设计的过程中，我学会了怎样查阅资料和利用工具书，作为机械专业的学生，由于专业特点自己更要积极查阅资料并吸取别人在设计和加工中的宝贵经验。

任何人都有不懂的知识，因此在设计过程中需要用到一些不懂的知识时，需要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，解决问题的同时补充自己的知识储备。

5、本次毕业设计还培养了我严肃认真和实事求是的学习态度，吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识。

同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了，增强了我的团队合作意识及沟通解决问题的能力。

最后，毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处，比如专业知识不够扎实，缺乏综合应用专业知识的能力,对材料的不了解,等等。

设计中存在的问题,请老师和同学加以批评指正。

参考文献
[1]毛谦德,李振清. 袖珍机械设计手册[M]. 机械工业出版社,1994.
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[8]宗福秀. 新型液压切坯机[N]. 砖瓦.，2010(1).
致谢
在做本毕业设计过程中，得到了许多老师、朋友的指导以及家人的大力支持，在此谨表示我深深的谢意。

首先，要特别感谢李涛老师对我的指导，在李老师身上，时刻体现着教育工作者和科研工作者所特有的严谨求实的精神，他不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求，让我受益匪浅，不仅端正了我的学习态度，更端正了我的人生态度。

我要感谢所有的老师同学们，感谢你们学习和生活上对我的无私帮助，做毕业设计过程中，你们在寻找资料，解答疑惑等方面，都给了我很大的帮助和借鉴。

还要感谢所有的亲人朋友在我写论文期间给予我的支持和鼓励，是你们给予了我最好的精神动力。

感谢学校对我这四年的培养和教导，感谢工学院各位领导各位老师的谆谆教导！是你们给了我一个美好而充实的大学生活！。