电铅铸锭扒皮机设计说明

1、 . . . 科技学院毕业设计（论文）题目电铅铸锭扒皮机设计学 院 机械与动力工程学院专业班级机电普2008-02 学生 万远亮学号 2008440820指导教师周 雄 职称 教 授评阅教师职称2011年 6月 1日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作与取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果与为获得科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了意。毕业

2、设计（论文）作者（签字）： 年 月 日32 / 40摘 要电铅冶炼行业中，铅锭的质量应符合GBT469铅锭中的标准。在浇铸过程中，铸模中铅液的表面浮着一层氧化皮，如不在铅液冷却凝固之前将其表面的浮渣去除，就会严重影响铅锭的外观和质量，达不到铅锭标准要求。国电铅冶炼企业通常采用人工方式将其逐模捞除。由于铅属于重金属，浇注现场存在从高温的铸模中逸出的铅蒸气。如果采用人工方式拔除，对人体健康危害很大。本文以扒渣作业自动化为目标，对全自动铅锭扒渣机的开发进行了较系统的研究。首先制定了扒皮机的总体设计方案，提出了平钢网滤捞铅渣的方式，通过单缸驱动实现捞网边缘水平扫掠液面铲面斜入平出的方式捞取铅渣。因为扒

3、皮机要求稳定而且渣的质量较轻，所以采用气动系统动力学和连杆机构的动力学模型。综上要求完成完成整个电铅铸锭扒皮机的三维设计，并通过计算选型相应的机械标准部件。然后进行捞渣机气动系统原理图的设计，并对气动元件进行计算选型。关键字：电解铅 扒皮机 连杆系统 气动系统 ABSTRACTElectric lead smelting industry, the quality of lead ingots lead ingots. shall be in accordance with GBT469 standard.In the process of casting, casting lead liqu

4、id floats on the surface of a layer of oxide skin, such as in the lead cooling solidification prior to its surface scum removal, it will seriously affect the appearance and quality of lead ingots lead ingots, not up to standard requirements.Domestic electric lead smelting enterprises usually use art

5、ificial ways to die by fishing except.Because lead belongs to heavy metal, pouring on site from the high-temperature mold lead vapor escape.If the manual extraction, great harm to human health.According to slag automatic operation as the goal, to automatic ingot slag raking machine development under

6、took relatively systematic research.First developed peeling machine overall plan, put forward the flat steel mesh filter fishing lead slag manner, by single cylinder drive to achieve net edge horizontal sweep surface shovel surface inclined in flat out way out of lead slag.Because the peeling machin

7、e for stable and slag with light weight, so the use of pneumatic system dynamics and the kinetics model of linkage mechanism.These requirements to complete the electrical lead ingot peeling machine design, and through the calculation and selection of the corresponding mechanical standard parts.Then

8、the slag dragging machine pneumatic system diagram of the design, and the pneumatic element calculation and selection.Keywords:electrolytic lead peeling machine linkage system of pneumatic system目录摘要ABSTRACT1 绪 论11.1电铅浇注生产工艺分析11.2我国电铅行业中扒皮现状与研究意义21.3国外现状分析31.3.1铁水扒渣机31.3.2铝铸型机用扒渣机31.4 气压传动技术概况51.4.1

9、 气动技术的优缺点51.4.2气动系统的设计步骤62 电铅铸型扒皮机的机械机构设计72.1铅锭扒皮机主要机构的设计72.1.1扒渣动作执行方式的拟定72.1.3除渣机构的设计92.2驱动方式的选择102.3零部件的设计计算与选型112.3.1导向槽的设计112.3.2轴承的选项122.3.3直线导轨的选型133 气动系统回路设计163.1系统的动作顺序，工作流程图163.2位移步骤图173.3拟定气动系统原理图183.3.1气动回路图简介183.3.2气动回路图183.4确定气缸的主要参数计算选项183.4.1气动吸嘴气缸计算选型193.4.2上行机构气缸计算选型233.5方向阀的选型243.

10、5.1电磁阀简介243.5.2电磁阀计算与选型243.6单向节流阀计算与选型253.6.1单向节流阀简介253.6.2单向节流阀的作用与选型依据253.7三联件选型263.8系统管道确定263.9管道计算与选型273.10确定气源装置与空压机的选型273.10.1气源装置273.10.2空压机选型27结语29参考文献30致 311 绪 论扒渣作业是电铅铸型生产中的重要工序，也是工作条件最恶劣的工序之一，国外多年来一直致力于实现扒渣作业的机械化，作了大量的研究工作与尝试，下面将相关背景与现状作了详细的介绍和分析。1.1电铅浇注生产工艺分析电铅生产主要工序有：烧结焙烧鼓风炉熔炼烟化炉吹炼粗铅火法精

11、炼电解精炼电铅铸型。电解精炼后的铅液经过铸型生产线铸造成铅锭。下面以国某冶炼厂的电铅铸型机为例介绍目前使用的电铅铸型设备。该生产线是70􀃱年代从日本进口的，也是目前国电铅铸型机中同类设备中自动化程度较高的设备之一。其结构和布局如图1-1所示。铅铸型机本体是链传动结构形式.铸模安装在链带4的链板上.并随链带一起运转。图1.1 电铅铸型机平面示意图1电动机 2二级减速器 3链轮 4链条 5铅模 6码堆台 7输送机 8熔铅锅 9铅泵 10保温箱 11受锭台 12手工拔渣位置铸型生产工艺：输铅泵将熔铅锅熔化的电铅铅液抽入保温箱,作好浇铸准备,多余的铅液从保温箱溢流口回流到熔铅锅里。驱

12、动电机带动一次减速机二次减速机链轮链条。铅模按图1-1中箭头方向匀速运动，当铅模位置合适时，浇铸油缸活塞杆抬起，进行浇铸。然后由工人手动捞除铸模液面上方的铅渣。该生产线其余全部工序均已实现自动化，唯独扒渣工作仍由人工作业。铸好的铅锭被传送到受锭台处，电磁锤将模子的铅锭振下落在受锭台下，同层满5块后码堆台上升，接住铅锭，推锭堆装置将铅锭推送到输送带上，这样完成了一捆电铅的生产。电铅铸型机的主要技术参数如下：本体线速（m/min）浇铸周期 （s）浇铸时间（s/2块）生产能力（t/h)1.58915.87922.3表1-1 铸型机技术参数1.2我国电铅行业中扒皮现状与研究意义在电铅冶炼行业中,铅锭的

13、质量应符合GBT469铅锭中的标准。其中Pb99.994牌号的规定对表面质量有如下要求:1）铅锭表面不得有熔渣粒状氧化物、夹杂物与外来污染。2）铅锭不得有冷隔，不得有大于10mm的毛边毛刺（允许修整）。在浇铸过程中，铸模中铅液的表面浮着一层氧化渣，如不在铅液冷却凝固之前将其表面的浮渣去除，就会严重影响铅锭的外观和质量，达不到铅锭标准要求。为保证铸锭的表面质量，国电铅冶炼企业通常采用人工方式将其逐模捞除。随着电铅冶炼生产线的引进，目前国的冶炼企业中，电铅生产过程中劳动强度最大的铸锭、堆垛、排板和制片等操作早已被先进的装备所取代，而一些配套设备如捞渣、析出铅处理等的装备水平仍有待提高。人工扒渣方式

14、的弊端：首先是铅蒸气的危害。由于铅属于重金属，且熔沸点较低（熔点327.5，沸点1740），浇注现场存在从高温的铸模中逸出的铅蒸气。扒渣作业工人长期近距离接近铅液，铅蒸气经呼吸道和皮肤进入人体，是造成铅中毒职业病的元凶之一。冶炼工人每年都需要定期休假疗养，使用药物排毒。 另外，该工序的工作条件十分恶劣，表现为：（1）环境温度高，铸模上方最高达500以上，烟尘重；（2）铅液遇水汽易发生爆炸飞溅，对扒渣工人有烫伤的危险；（3）动强度大，若由人工进行扒渣，操作者在铸模旁弯腰作业，逐模扒渣，动作频繁。因为在浇铸生产线上，铅模以工艺要求的速度传送，要保证扒渣效率，工人需要每8秒钟需完成一次扒渣、抛渣、清

15、铲、返回等动作循环。到目前，国外还未研制出技术成熟、效果理想的自动扒渣设备，在我国的电铅生产行业中，仍是由工人在恶劣的生产现场实行人工扒渣，严重损害了工人的身体健康。所以，实行机械化、自动化扒渣是电铅生产行业中亟待解决的技术问题。1.3国外现状分析扒渣机是冶金行业普遍使用的，用于清除熔融金属液表面浮渣的专用设备。目前在各类冶炼厂中，扒渣机的应用较广泛的是钢铁冶炼行业，主要用于炉或钢水包的扒渣。在有色冶金行业，铝、铅、锌等产品批量大的金属，通常采用铸型机铸锭的方式，需要铸模在线扒渣，对扒渣机的自动化程度、工艺适用性与工作可靠性提出了苛刻的要求。目前的技术难以满足生产要求，各企业还是采用人工方式扒

16、渣，许多扒渣机开发尝试工作取得一定进展，但仍未推广应用。下面对国外有关的扒渣机的情况进行逐一介绍，并作为设计铅锭扒渣机的参考。1.3.1铁水扒渣机现在我国钢铁冶炼行业，扒渣机已得到广泛的应用。因为对于冶炼低硫钢种的铁水和实现少渣冶炼操作的钢厂来说，在铁水预处理后需增加扒渣工序，除去铁水表面的渣。其中典型铁水扒渣机的有以下几种型式，全气动小车走行式扒渣机，液压小车行走式扒渣机，液压伸缩臂式扒渣机。1）全气动小车走行式扒渣机全气动小车走行式扒渣机是国使用较早的铁水罐除渣设备。它采用压缩空气作为动力源，在扒渣小车上装有扒渣臂上下摆动装置、扒渣板位置微调装置、扒渣臂夹紧装置和扒渣臂旋转装置。扒渣机行走

17、、回转、扒渣等动作都通过气缸完成。其特点是工作速度快、但占地面积较大，扒渣力小，结构较单薄。2）液压小车行走式扒渣机液压小车行走式扒渣机形式与气动小车行走扒渣机相似但采用液压驱动。设备包括:液压站、小车行走装置、扒渣臂上下摆动装置、扒渣机左右摆动装置、扒渣板初始位置微调装置、电气控制系统等几部分。其特点是结构形式较气动扒渣机牢固，工作稳定可靠、扒渣力大，但占地面积也较大，液压设备要求高。3）液压伸缩臂式扒渣机液压伸缩臂式扒渣机是通过扒渣臂的伸缩、扒渣臂旋转和扒渣臂升降，动作的协调来完成扒渣任务。由液压站、操作站、扒渣臂伸缩驱动装置、机身整体回转装置、扒渣臂整体抬升装置，扒渣臂上下摆动装置、机座

18、、液压管线、电气控制系统等部分组成。其特点是占地面积较液压小车行走式扒渣机小，工作稳定可靠、扒渣力大，但伸缩臂结构复杂，液压设备要求高。综上所述。铁水扒渣机主要适用于钢水包的扒渣,其工作方式与铸锭生产线上的在线扒渣有较大的区别。1.3.2铝铸型机用扒渣机铝锭连续铸造生产过程与电铅铸型过程相似，因此该行业采用的扒渣机对本课题有较多可借鉴之处。电解铝熔体从电解槽抽出来浇铸，由于在保温炉巾除渣小净，加上在流槽中形成的氧化物，经分配器浇入铸模时，会在铝液表面形成层浮渣，为保证铝锭表面质量要求，必须在铸模中高温铝液冷却凝同之前将其表面的浮渣去除。1）国某铝厂从同本引进的铝液扒渣机，采用气压传动，可完成台

19、车与铸机同步行走，扒渣臂升降，渣铲伸缩，冲渣等动作。该设备的同步机构采用借助铸机传送链从动轮带动扒渣机台车的方式实现两者的同步运动，使扒渣铲与铸模对正。其工作过程为：首先，在同步机构的驱动下，使扒渣机台车与铸机同步行走，然后捞渣臂在升降气缸的作用下下降，渣铲伸入液面以下，之后扒渣气缸推动渣铲平动，进行扒渣。扒渣完成后，升降气缸推动扒渣臂上升，冲渣气缸动作，将锚渣从铲上冲掉，完成一个工作周期。在实际应用中，这种方案的扒渣效果不够理想。由于采用单铲捞渣，铲面下倾的方式，导致捞渣不净，且铝渣容易掉落。另外，同步机构采用多级变速机构，形式复杂，同步定位精度不高。2）中南大学机电工程学院曾在1999年研

20、制了应用于电解铝行业的仝自动扒渣机。根据铝渣容易粘结，质量较轻的特点，铝扒渣机采用了动铲和定铲配台的方式扒渣，然后通过气缸驱动的冲渣机构清铲。它由底座、调整台、台车、同步机构、扒渣机构、冲渣机构、扒渣臂、提铲落铲机构和倒渣机构等部分组成。其工作过程如下：初始位，扒渣臂抬起，动铲缩回，台车返回左端；第一步，在同步摆杆限速作用下台车与铸模同步移动，同时渣铲与铸模对正。第二步，落铲，扒渣臂在小等边四杆升降机构的带动下，使动铲与定铲同时落入铸模的两端；第三步，扒渣且同时倒渣，动铲匀速将铸模浮渣从一端扒向另一端，与定铲合拢，同时渣斗完成倒渣与复位动作，清空斗上次循环留下的铝渣；第四步，提铲捞渣，升降机构

21、带动动铲与定铲将扒拢的铝渣捞出并提至渣斗上方；第五步，冲渣，冲渣气缸经齿轮齿条机构，驱动冲头作往复运动，将渣冲入渣斗；第六步，复位，台车与动铲返回，等待下一循环。该机采用独特的动铲定铲扒渣方式，止推式同步摆杆机构，不等边四杆提铲捞渣机构以与气缸后置式冲渣机构，达到了铲模对正与同步移动可靠，扒渣干净，捞渣快捷，清铲干净，使用维护方便等工业生产要求。它能自动完成在线逐模扒渣作业，扒渣死区小，扒渣质量达到国家重熔铝锭外观质量标准要求。由于铅渣和铝渣的性质不同，铝渣密度较小，容易粘结，而铅渣不易粘结，因此若采用这种双铲式的机构应用于铅扒渣机，也容易使铅渣掉落。3）日本契岛冶炼厂的铅扒渣机扒渣机作为电铅

22、冶炼生产线的辅助装置，目前还没有技术成熟的设备投入使用。国外冶炼企业多是根据各自生产情况，制定了相关设计方案。扒渣机布置在电铅铸锭机定量浇注机处，扒渣机各部件设置在一个小车上，而集渣斗、渣斗设置在电铅铸锭机旁。扒渣小车随铸定机的锭模同步运行，两个扒渣机械手在气缸作用下开，同时下降到铅液中，机械手合拢，将铅锭表面浮渣捞起后，扒渣小车脱离铅锭模返回时，扒渣机械手在气缸作用下横向移到集渣斗上方后开，铅渣落入集渣斗中，在气缸作用下集渣斗刮板将浮渣刮入渣斗之中。该设备采用两扒渣板合拢的方式除渣，尚未见投入生产应用以与工作情况的报道。该方案中实现扒渣机械手的合拢运动较为困难，且由于机构复杂，其合拢精度和工

23、作可靠性都难以保证。1.4 气压传动技术概况气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装与生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。1.4.1 气动技术的优缺点气动技术的优点：1）气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。2）工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。2）输出力以与工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。4）可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次

24、，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过2亿次。5）利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6）全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。7）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。气动技术的缺点：1）由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2）气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3）虽然在许多应用场合，气

25、缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。1.4.2气动系统的设计步骤1）气动系统的工况分析2）拟订气动系统原理图3）气动系统的计算和选择气动元件4）气动系统进行验算5）绘制正式工作图和编制技术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。2 电铅铸型扒皮机的机械机构设计根据设计的要求，主要是配合电铅铸锭机配套的扒皮机的总体设计过程，首先根据扒皮机工艺条件与要求提出了扒皮机的设计目标与技术要求，完成扒皮机的扒皮机构设计。2.1铅锭扒皮机主要机构的设计2.1.1扒渣动作执行方式的拟定根据生产实际可知，铅液表面的氧化膜具有密度较大，不团结,流动性较大并且浮于铅液表面。从图2.1可知，生产实

26、际中采用的是较密的钢丝网铲捞出，但是这种方法采用的是手工方式捞出，由于人工捞出的危害性，所以设计主要是设计一套能够模拟人工运动轨迹的扒皮机。模拟的捞网伸入液面约10-15mm，捞网边缘水平扫掠液面，并且运动区间覆盖整个铸模宽度。铅扒渣方案最终确定了平钢网滤捞铅渣的方案，并设计了铲网的行程与铸模等长。图2.1生产实际中人工扒皮方式2.1.2传动机构的设计在扒皮动作方式和捞渣铲的形式确定后，在传动机构的设计方面需满足以下运动学性能要求：扒皮是平面运动，铲面的运动方式是：捞渣网边沿水平直线运动，同时铲面作旋转运动，网边直线运动距离为50mm，与铅模的液面高度。旋转运动为：网平面与水平面的角度从60度

27、转至0度。根据上面的要求，可以设计出铲网配合着支架的导轨运动，在导轨的带动下可以完成捞渣网边的直线运动和网平面的旋转运动。导向槽的槽的形状是根据捞渣网支点到网店的距离来确定的，这样可以使捞渣网在运动到任何位子的时候，网面于液面的相对位置保存不变。捞渣网和支架导轨的简单示意图如图2.2所示:图2.2 扒皮机简单三维图2.1.3除渣机构的设计由于铅的粘连性，而且铲网不能够自动的把铅渣除去，所以整个系统还得设计一个设备由于出去铲网上的铅渣，由于铲面在完成捞渣后，网面是倾斜的这种情况下很难清除铅渣，所以考虑把支架改做活动支架。当完成一次扒皮过程以后，支架垂直运动，把铲网抬到水平位置。最后再在主支架上安

28、装一个气动吸嘴，这样就可以去除铲网上的铅渣。气动吸嘴的安装位置如图2.3所示。图2.3 气动吸嘴安装示意图2.2驱动方式的选择在选择驱动方式的时候，主要考虑的是系统的平稳性，可靠性，经济性。还考虑本机器的特点：要求的驱动力较小，速度较小。而且还要满足结构简单，维护方便的原则。所以以下都液压和气压的特点做对比，以选择合适的驱动方式。1）液压驱动方式液压驱动方式的特点是：传输功率大、低速、平稳；有过载保护能力；传动布置灵活。但是扒皮机的传输功率要求较小，如果选用液压驱动方式就会浪费成本，而且液压传动的系统庞大，安装和维护都十分的困难。所以液压驱动方式不适合扒皮使用。2）气压驱动方式气压传动技术是以

29、压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，对环境没有污染。而且气压驱动使用的工作环境适应性好，因为扒皮机是在高温下运行，所以气压驱动方式完全满足使用环境的需要，而且气动技术其工作可靠性高、使用寿命长。气动技术还有结构简单，造价低，维护和使用简单的特点。综上所述，气压驱动完全满足扒皮机的使用，所以驱动方式选用气压驱动。2.3零部件的设计计算与选型2.3.1导向槽的设计导向槽的参数决定了捞渣网的运动轨迹，我们所要求的是捞渣网水平位子要相对于液面保持不变，那么我们就得对导向槽的形状进行设计。图2.4 导轨设计示意图为了满足捞渣网的运动条件，在设计导向槽轨迹路线的时候，我们找几个点来对导向轨迹进行设

30、计，所取点的要满足的条件是使捞渣网边垂直位置保存不变。如图所示，我们首先要确定的是初始位置，然后再中间位置平均找出几个点。所有点都确定以后再用平滑的曲线连接起来，这条曲线就是导轨的形状。然后要考虑的是导轨的宽度，导轨的宽度由捞渣网决定。既要满足捞渣网能够顺畅运动，也不能太大使运动不平稳。在确定了导向槽的形状后，要对其的使用的材料进行选择。考虑到导向槽要被抬升，所以要选用质量较轻的材料。因为是在高温下工作，还得考虑材料的耐热性。综上所述，导向槽的材质要：质量轻，硬度高，耐热性好。通过分析选择的材料为铝合金。 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质刚，塑形好，可加工成各种型材，具有优良好的导电

31、性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。2.3.2轴承的选项因为在机械设计部分涉与到了轴承的使用，轴承依靠其主要元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件，其相对运动表面间的摩擦是滚动摩擦。由于滚动轴承多为已标准化的外购件，因而，在机械设计中，设计滚动轴承部件时，只需：1）正确选择出能满足约束条件的滚动轴承，包括：合理选择轴承和校核所选出的轴承是否能满足强度、转速、经济等方面的约束； 2）进行滚动轴承部件的组合设计滚动轴承的选择包括：合理选择轴承的类型、尺寸系列、径以与诸如公差等级、特殊结构等。通过对实际铅模尺寸的测量为115mm，设计的铲网宽度也为115mm。而对铲网的设计知道杆的直径

32、为50mm，考虑到扒皮机的速度不快，但是工作的环境为高温环境和根据尺寸选择轴承型号为UCP201。UCP201结构如图所示。UCP201轴承的尺寸参数：类型：公制外球面带座轴承径：12mm外径：30.2mm高度：127mm重量：0.69kg图2.4 ucp201样本图片轴承基本额定寿命计算1基本概念:1）轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。批量生产的元件，由于材料的不均匀性，导致轴承的寿命有很大的离散性，最长和最短的寿命可达几十倍，必须采用统计的方法进行处理。2）基本额定寿命：是指90%可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿命，以符号L1

33、0（r）或L10h（h）表示。3）基本额定动载荷（C）：基本额定寿命为一百万转（106）时轴承所能承受的恒定载荷。即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作106 转而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。4）基本额定静载荷（径向C0r，轴向C0a）：是指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假象径向载荷或中心轴向静载荷。在设计中常用到滚动轴承的三个基本参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr（径向）或Ca（轴向），满足一定静强度要求的基本额定静强度C0r（径向）或C0a（轴向）和控制轴承磨损的极限转速N0。各种轴承性能指标值

34、C、C0、N0等可查有关手册。2滚动轴承的对比校核扒皮机设计最大工作速度为v=0.5m/s，由生产实际可以测量到铅槽的长度为l=615mm与0.615m。所以完成一次扒皮的动作时间： t=l/v t=0.615/0.5 =1.23s扒皮是平面运动，铲面的运动方式是：铲边沿水平直线运动，同时铲面作旋转运动，铲边直线运动距离为50mm，与铅模的液面高度。旋转运动为：铲平面与水平面的角度从60度转至0度。由铲面的运动规律可知，完成一次扒皮动作，滚动轴承转动1/6圈。由此可以算出滚动轴承的转速约为n=9r/min。由于UCP201是标准件，可以查出极限转速为2800r/min,所以扒皮机的速度远远小于

35、UCP201的最大承受围。查出UCP201的额定动载荷Cr为19.75（KN），额定静载荷Cor=15.30（KN）。而设计的扒皮机的载荷只有5KG，所以滚动轴承的载荷要求远远大于扒皮机要求。综上所述，UCP201的使用寿命和强度完全满足使用要求。2.3.3直线导轨的选型直线导轨可分为：滚轮直线导轨和滚珠直线导轨两种，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度较高。根据扒皮机要求选用速度慢精度较高的滚珠直线导轨。滚珠直线导轨优点： 1）定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。 2

36、)降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源与动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。 3)可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。 4)可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦

37、损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计与使用维护方面都变的非常容易了。选用主要考虑导轨的寿命与所受载荷两个方面。由此可得滚珠直线导轨副的额定行程寿命L为：其中：L 额定寿命； C 额定动载荷； P 计算载荷；ft =1.00 温度小于100 fc =1.00 只有一个滑座fa =0.9 精度4、5 fw =1.2 速度小于15m/min当行程的长度已定时，滚珠直线导轨副的额定时间寿命Lh为：其中：l是工作单行程长度(m)； n是每分钟往复次数；L是额定行程寿命(Km) 。式中：Pc是导轨副

38、计算载荷； Wo是外载荷； Co是额定静载荷； M是外载扭矩； Mt是额定扭矩。根据计算和行程选用：SVR24-280。3 气动系统回路设计气压传动以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。气动系统优点：1）以空气作为工作介质，取之不尽，处理方便，用过以后直接排入大气，不会污染环境，且可少设置或不必设置回气管道。2）空气的黏度很小，只有液压油的万分之一，流动阻力小，所以便于集中供气，中、远距离输送

39、。3）气动控制动作迅速，反应快；维护简单，工作介质清洁，不存在介质变质和更换等问题。4）工作环境适应性好。无论是在易燃、易爆、多尘埃、辐射、强磁、振动、冲击等恶劣的环境中，气压传动系统工作安全可靠。4）气动元件结构简单，便于加工制造，使用寿命长，可靠性高。气压系统缺点：1） 由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响。2）气压传动系统的噪声大，尤其是排气时，需要加消音器。3.1系统的动作顺序，工作流程图工作流程图是通过适当的符号记录全部工作事项，用以描述工作工序。工作流程图是有一个开始点、一个结束点与若干个中间环节组成。中间环节的每个分支也都有明

40、确的分支判断条件。所以画出系统的工作流程图对整个系统回路设计都有着重要的意义。图3.1 工作流程图3.2位移步骤图3.3拟定气动系统原理图3.3.1气动回路图简介气动系统应当根据控制流程图来画回路图。回路图中的信号流向是从下向上。一个控制系统中，能量供给是重要的，应当包括在回路图中。供气系统所需的元件应当画在回路图的下面，可以采用简化符号或者画出全部元件的符号。回路图在布局时不必考虑系统每个元件的实际位置。建议将图中所有的气缸和方向控制阀水平放置，且气缸的运动方向从左往右。3.3.2气动回路图图3.3 气动回路图3.4确定气缸的主要参数计算选项气缸是气压传动中的主要执行元件之一，引导活塞在其中

41、进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类。做往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。 本次设计的气缸是做往复直线运动的单作用缸，其形式如下：双作用缸是可以在活塞的两个面上施力以控制其主动运动可以双向作用的气缸叫双作用缸。结构如图2.2所示。现代的燃机的气缸都是单作用的，因为只有活塞顶部安装了进排气系统。在活塞上行的时候是无法对外输出的。看起来双作用似乎更加节约空间和结构材料，但实际上并不这样。因为它必须保

42、持活塞杆和气缸的平行，这导致结构异常庞大和复杂。所以蒸汽机时代过去之后动力装置上再也不使用这种机构了。对于致动器上，双向作用可以在两个方向上施力，可以推也可以拉，这有现实的好处。比如现代的液压机上的主油缸，一般都是双向的，同时回程活塞截面因为被活塞杆占据一定面积，导致输出力比活塞顶部输出时小，这也带来一定好处：回程速度大大加快。图3.4 单杆双作用气缸机构图气缸的设计流程图如图3.5所示：图3.5 气缸的设计流程图3.4.1气动吸嘴气缸计算选型由设计任务可以知道，要驱动的负载大小为5Kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到

43、铲网的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率：由液压与气压传动技术11-1：表3-1 气缸的运动负载与负载率阻性负载（静载荷）惯性负载运动速度v<100mm/s100500mm/s500mm/s0.650.50.3可知运动速度v=0.5m/s，取=0.6，所以实际液压缸的负载大小为：F=F0/=83.3N 1）气缸的径确定：因为气缸是双作用缸，而且气缸的作用力是拉力。所以可以得到气缸径的计算公式：F气缸的输出拉力 N；P 气缸的工作压力Pa。（P=0.55Pa）所以根据公式可得：D=15.87mm。按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=20 mm2）活塞杆直径的确

44、定：由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=6 mm表3-2 活塞杆直径系列（mm）456810 121416182022252832364045505653708090100110125140160180200220250280320360400缸筒长度的确定： 缸筒长度S=L+B+30L为活塞行程；B为活塞厚度。活塞厚度B=(0.61.0)D= 0.7×20=14mm由于气缸的行程L=150mm ,所以S=L+B+30=194 mm导向套滑动面长度A:一般导向套滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm时, 可取A=(0.61.0)d，所以

45、A=16mm。最小导向长度H：根据经验，当气缸的最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：H代入数据即最小导向长度H=L/20+D/2=16活塞杆的长度l=L+B+A+H=196mm。4)气缸壁厚确定：由液压气动技术手册可查气缸筒的壁厚可根据薄避筒计算公式进行计算：式中:缸筒壁厚（m）；D缸筒径（m）；P缸筒承受的最大工作压力（MPa）；缸筒材料的许用应力（MPa）；实际缸筒壁厚的取值：对于一般用途气缸约取计算值的7倍；重型气缸约取计算值的20倍，再圆整到标准管材尺码。参考液压与气压传动缸筒壁厚强度计算与校核,我们的缸体的材料选择45钢，=600 MPa， =120 MPan为安全系数一般取

46、 n=5；缸筒材料的抗拉强度(Pa)P缸筒承受的最大工作压力（MPa）。当工作压力p16 MPa时，P=1.5p；当工作压力p16 MPa时，P=1.25p由此可知工作压力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa=0.3mm参照下表气缸筒的壁厚圆整取:=7mm。表3-3 气缸筒的壁厚（mm）材料气缸直径5080100125160200250320壁厚钢铁HT15-1378101012141616铜A3.455788991112铝合金ZL381212141417 5）气缸耗气量的计算：最大耗气率： 气缸活塞以最大速度运动时，单位时间所消耗的空气量（标

47、准大气压状太下） 气缸的最大耗气量：Q=活塞面积 x 活塞的速度 x 绝对压力 通常用的公式是： Q=0.046D²v（p+0.1）Q-标准状态下的气缸最大耗气量（L/min） D-气缸的缸径（cm） v-气缸的最大速度（mm/s） p-使用压力（MPa）Q=0.046v（p+0.1）=6.44L/min5） 根据计算参数进行气缸的选型：通过上面的计算可以知道，如果气缸速度为0.5mm/s，要驱动的负载为5KG。可以计算出缸径D为20mm,活塞杆的直径为6mm。因为扒皮机要求的行程较大，所以算出的缸活塞杆的长度为196mm。通过标准工作情况下的计算可以得出缸的壁厚为7mm，耗气量为6

48、.44L/min。因为气缸属于标准件，所以通过计算所得的数据进行气缸的选型。因为在SMC的标准件里面，当缸径为20mm时，气缸的行程有150mm、200mm、250mm、300mm。所以在选型的时候，我们首先考虑的是最大的情况。因为行程为150mm，所以在选着气缸的时候，至少要求气缸的最大行程为200mm。所以在选型的时候参考SMC的选项手册（如图3.6）选择所需要的标准气缸。图3.6 SMC气缸选项手册通过查SMC气缸选项手册，可以确定气缸型号为：CM2B-20-200K-Y7BW-2。气缸的类型为：CM2型标准气缸; 气缸的缸径为20mm; 行程为200mm; 气缸为耐热型（因为扒皮机是在

49、高温情况下工作）。3.4.2上行机构气缸计算选型1) 预选气缸缸径 考虑到上行机构要提升整个支架，所以所受的负载大概为20kg。可知运动速度v=0.5m/s，取=0.6，所以实际液压缸的负载大小为：F=F0/=333.3N。因为是提升过程，所以气缸的拉力公式：式中：D为气缸活塞直径； D为气缸活塞杆直径； P为气缸工作压力。（P=0.55Pa）由于气缸为双作用气缸，查手册现代实用气动技术 ，取d/D=0.30.4,本次设计中取d=0.3D。根据上式计算得D=21.6mm，对缸径进行圆整，所以D=25mm。2）预选气缸行程因为气缸要使导向槽上升115mm，所以预选行程为120mm。根据缸径和行程

50、参照SMC气缸选型手册可以选出气缸为：CM2B-25-125K-Y7BW-2气缸的类型为：CM2型标准气缸; 气缸的缸径为25mm; 行程为125mm; 气缸为耐热型（因为扒皮机是在高温情况下工作）。3.5方向阀的选型3.5.1电磁阀简介气动换向阀与液压换向阀相似，分类方法也大致一样。按气动换向阀芯结构不同可分为：滑柱式、截止式、平面式、旋塞式和膜片式。其中以截止式换向阀和滑柱式换向阀应用较多；按其控制方式不同可以分为：电磁换向阀、气动换向阀、机动换向阀和手动换向阀，其中后三类换向阀的工作原理和结构秘液压换向阀中相应的阀类基本一样；按其作用特点可以分为：单向型控制阀和换向型控制阀。3.5.2电

51、磁阀计算与选型方向控制阀的选型步骤1）方向控制阀系列的选择应根据所配套的不同的执行元件选择不同功能系列的阀2）方向控制阀规格的选择选择阀的流通能力应满足系统工作要求，即应根据气动系统对元件的瞬时最大流量的要求来计算阀的通径。3）控制方式的选择应根据工作要求与气缸的动作方式选择合适的换向阀控制方式。4） 使用电压的选择因为扒皮机的气缸涉与到中停，所以我们根据电磁阀的功能选择三位五通换向阀，然后再算出耗气量。 因为扒皮机涉与到中停，所以选用三位五通中封式电磁阀。耗气量计算式中： L气缸行程（m）； n每分钟往返次数； P压缩空气压力（表压力），Pa； P0大气压力，Pa。则根据公式得：Qv=9.5

52、0L/min。查机械设计手册(P22-584),选择:SY3320-D-M5电磁阀操作压力：0.20.7有效截面积：3.6重量：65g3.6单向节流阀计算与选型3.6.1单向节流阀简介在气压传动系统中，通过调节压缩空气的流量，实现对执行元件的运动速度、延时元件的延时时间等的控制方法，称为流量控制。实现流量控制的装置很多，大致可分为两类：一类是不可调节的流量控制，另一类是可以调节的流量控制。在气动系统中，一贯利用流量控制阀实现流量控制。气动流量控制阀主要有两种：一种是设置在回路中，对回路所通过的空气流量进行控制，这类阀有节流阀、单向节流阀、柔性节流阀和行程节流阀；另一种是连接在换向阀的排气口处，

53、对换向阀的排气量进行控制，这类阀称为排气节流阀。节流阀、单向节流阀和行程节流阀的工作原理与液压阀在同类型阀相似。 单向节流阀是有单向阀和节流阀组合而成的流量控制阀，是最常用的节流阀之一。由于它经常用于气缸速度调节，因此又称调速阀。3.6.2单向节流阀的作用与选型依据作用：1）对气缸的活塞运动速度的调节； 2）对延时换向阀，可调节信号掩饰的长短； 3）对气信号传递快慢的调节； 4）油量（如油雾器）的调节。 依据：1)根据气动系统或执行元件的进、排气口通经来选择； 2）根据调节流量围来选用； 3）根据使用条件（如普通气动控制系统或逻辑控制系统）选用。查机械设计手册(P22-389) ，单向节流阀型号选取：XQ150400。通径为2mm，流量围为：0115L/min。3.7三联件选型在气动技术中，将空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装在一起称为气动三联件，用以进入气动仪表之气源净化过滤和减压至仪表供给额定的气源压力，相当于电路中的电源变压器的功能。空气过滤减压阀设计轻小