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景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1 引言
1.1全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的簡(jiǎn)介
陶瓷液壓壓磚機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)壓機(jī))是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，是機(jī)、電、液、氣一體化的高技術(shù)專(zhuān)用設(shè)備。說(shuō)它關(guān)鍵，主要是它前連原料加工，后接干燥燒成，若壓磚機(jī)出現(xiàn)故障，則全線停工。說(shuō)它專(zhuān)用，主要是出于特殊的物料（含少量水的噴霧干燥顆粒狀泥粉料）及成形工藝技術(shù)（按照特定的升壓曲線實(shí)施多次加壓及排氣），而一般的壓力機(jī)顯然是不能用于壓制陶瓷磚的。作為陶瓷生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備全自動(dòng)壓磚機(jī)顯出示許多的優(yōu)點(diǎn)：①壓機(jī)采用液壓傳動(dòng)對(duì)磚胚施加等靜壓力，工作平穩(wěn)，有利于胚體壓制成行。②采用液壓傳動(dòng)可非常方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)壓制力、速度、時(shí)間的調(diào)節(jié)控制，并保持穩(wěn)定，使壓機(jī)動(dòng)作很好的符合陶瓷工藝的要求；③容易實(shí)現(xiàn)壓機(jī)的大型化和自動(dòng)化；④胚體成型好，強(qiáng)度高?，F(xiàn)代全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)都看其有可靠性、重復(fù)性、調(diào)控性、耐久性、效率等。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究寬體壓磚機(jī)，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)在國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)內(nèi)外壓磚機(jī)的生產(chǎn)概況
1> 國(guó)內(nèi)：
當(dāng)今的中國(guó)，是世界上公認(rèn)的墻地磚的生產(chǎn)大國(guó)，有著世界最大的陶瓷壓機(jī)市場(chǎng)。但直至20世紀(jì)80年代末，陶瓷壓磚機(jī)仍是我國(guó)建陶企業(yè)唯一需要全部引進(jìn)的裝備，其主要來(lái)自意大利和德國(guó)。中國(guó)陶瓷壓磚機(jī)從最早開(kāi)始研發(fā)到今天成為壓磚機(jī)生產(chǎn)大國(guó),其間經(jīng)歷了二十多年的艱難的歷程。今天國(guó)產(chǎn)壓機(jī)不僅可以替代進(jìn)口的壓磚機(jī)，而且可以大批量的出口外國(guó)，這是一個(gè)具有歷史意義的重大的轉(zhuǎn)變。國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、主要技術(shù)性能和整體水平已接近國(guó)外現(xiàn)代壓磚機(jī)的先進(jìn)水平，而且差距在不斷縮小，但是國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)行業(yè)發(fā)展時(shí)間短，發(fā)展開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在一些問(wèn)題也是難免的，制造企業(yè)還應(yīng)該不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步降低成本，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，在鞏固國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，應(yīng)積極開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，只有在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地，才真正證明國(guó)產(chǎn)壓機(jī)的成功。07年廣東科達(dá)機(jī)電宣布其自主研制的7800噸壓機(jī)研制成功，標(biāo)志著我國(guó)也步入了壓機(jī)大噸位壓機(jī)市場(chǎng)。
經(jīng)過(guò)10多年的不懈努力,國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,無(wú)論從外觀和結(jié)構(gòu)方面都經(jīng)過(guò)了不斷的優(yōu)化、創(chuàng)新,但與國(guó)外壓磚機(jī)相比還有較大差距。例如鑄、鍛件的質(zhì)量問(wèn)題就是國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)與進(jìn)口壓磚機(jī)最明顯的差距之處,故國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)看上去總是顯得粗糙、笨重。所以國(guó)產(chǎn)壓磚機(jī)的研發(fā),要立足國(guó)情,可以用好的結(jié)構(gòu),適合國(guó)情的結(jié)構(gòu)來(lái)彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)制造業(yè)的不足。梁體的優(yōu)化就是要最大限度的減少應(yīng)力集中的危害,使梁體的應(yīng)力場(chǎng)趨向均勻,在確保梁體剛度足夠的前提下,可以適當(dāng)減輕重量。同時(shí)梁體的優(yōu)化還要有利于鑄造工藝,例如優(yōu)化時(shí)可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)將鑄造缺陷的密集區(qū)設(shè)計(jì)為低應(yīng)力區(qū)以排除日后可能發(fā)生的隱患。
為了滿(mǎn)足陶瓷生產(chǎn)的需求,科達(dá)機(jī)電推出寬體壓機(jī)，有KD3800、KD3200、KD2100。在一定的壓力下，加寬工作臺(tái)的，可以提高生產(chǎn)效率。寬體壓機(jī)可以降低主電動(dòng)機(jī)的功率，可以提高壓制頻率，還可以提高其工作的穩(wěn)定性、節(jié)能、改變外觀等，研究寬體壓機(jī)還是很的意義的。通過(guò)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，改變壓機(jī)大小的、重量、受力情況、壽命等，對(duì)寬體壓機(jī)將來(lái)能更好的適應(yīng)市場(chǎng)和受到使用廠家的信賴(lài)好評(píng)給以保證，降低生產(chǎn)成本，為生產(chǎn)廠家獲得更大的利益。寬體壓機(jī)節(jié)能，提高生產(chǎn)效率，可以給使用廠家?guī)?lái)更大利益，降低能耗等。
2> 國(guó)外：
近十幾年來(lái)，國(guó)外的壓磚機(jī)發(fā)展非常快，主要標(biāo)志是，隨著科技的進(jìn)步，全世界生產(chǎn)壓磚機(jī)的主要產(chǎn)家如德國(guó)的萊斯公司、道爾斯特公司等，意大利的薩米克公司、西蒂公司、維高公司、納薩蒂公司等，日本的日型公司等一些公司不斷推出結(jié)構(gòu)日益完善，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度不斷提高，多種結(jié)構(gòu)形式的新型墻地磚成形液壓機(jī)。
國(guó)外的壓磚機(jī)現(xiàn)在都在向美觀，大噸位，高精度，高效率，節(jié)能控制，多功能自動(dòng)化程度更高和機(jī)器的動(dòng)作更加符合料壓制成型的工藝要求的方向發(fā)展。
1.2.2 現(xiàn)在壓磚機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著陶瓷磚壓磚機(jī)技術(shù)的日益進(jìn)步，現(xiàn)代陶瓷液壓壓磚機(jī)無(wú)論從主機(jī)結(jié)構(gòu)還是液壓控制技術(shù)方面都和早期的壓磚機(jī)大有不同。例如主機(jī)結(jié)構(gòu)較多的采用經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化的各種新型結(jié)構(gòu)以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，使壓磚機(jī)的主機(jī)精度、可靠性和抗疲勞性能得到較大的提高；而近年來(lái)較多的采用先進(jìn)的液壓伺服比例控制技術(shù),使壓磚機(jī)的壓制動(dòng)作更加的柔和、平穩(wěn),壓制力更加準(zhǔn)確。這些都為現(xiàn)代建筑陶瓷業(yè)生產(chǎn)多變的高檔墻地磚創(chuàng)造了非常有利的條件。
現(xiàn)代陶瓷磚壓磚機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)的研究與開(kāi)發(fā)就是要以最佳的、最合理的結(jié)構(gòu),盡可能少的原材料消耗,獲得最理想的實(shí)用效果,包括主機(jī)精度、綜合性能以及抗疲勞性等。但要做到這一點(diǎn),就需要我們付出很多的努力,不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)和研究。
1.3 CAD/CAE在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)輔助造型以及有限元法是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的CAD/CAE技術(shù),廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中的科學(xué)計(jì)算、設(shè)計(jì)、分析中,成功的解決了許多復(fù)雜的設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題,已成為工程設(shè)計(jì)和分析中的重要工具。
1> 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——CAD
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作 。簡(jiǎn)稱(chēng)CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)作出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
2> 計(jì)算機(jī)輔助工程——CAE
CAE(Computer Aided Engineering)是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法。
有限元分析過(guò)程可以分為以下三個(gè)階段：
1.建模階段: 建模階段是根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際形狀和實(shí)際工況條件建立有限元分析的計(jì)算模型——有限元模型，從而為有限元數(shù)值計(jì)算提供必要的輸入數(shù)據(jù)。有限元建模的中心任務(wù)是結(jié)構(gòu)離散，即劃分網(wǎng)格。但是還是要處理許多與之相關(guān)的工作：如結(jié)構(gòu)形式處理、集合模型建立、單元特性定義、單元質(zhì)量檢查、編號(hào)順序以及模型邊界條件的定義等。
2.計(jì)算階段: 計(jì)算階段的任務(wù)是完成有限元方法有關(guān)的數(shù)值計(jì)算。由于這一步運(yùn)算量非常大，所以這部分工作由有限元分析軟件控制并在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。
3.后處理階段: 它的任務(wù)是對(duì)計(jì)算輸出的結(jié)果驚醒必要的處理，并按一定方式顯示或打印出來(lái)，以便對(duì)結(jié)構(gòu)性能的好壞或設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行評(píng)估，并作為相應(yīng)的改進(jìn)或優(yōu)化。
1.4 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和意義
眾所皆知，隨著我們國(guó)家的政策和我們國(guó)人自己意識(shí)到純粹的簡(jiǎn)單的模仿別的國(guó)家的機(jī)器與不能在滿(mǎn)足我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速公路發(fā)展的要求，近些年來(lái)我們自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)越來(lái)越多。只有我們有生產(chǎn)出有先進(jìn)水平的機(jī)械，才能真正的擺脫國(guó)際上一些強(qiáng)國(guó)對(duì)我們的控制，才能使我們生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力，我們國(guó)家才能步入國(guó)際強(qiáng)國(guó)的行列。
本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是3800噸全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)（寬體）的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，采用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，對(duì)壓磚機(jī)的機(jī)架進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓磚機(jī)的設(shè)計(jì)制造，以?xún)?yōu)化壓磚機(jī)，減輕壓磚機(jī)的重量，節(jié)省材料等，提高其可靠性、重復(fù)性、調(diào)控性、耐久性等。陶瓷液壓壓磚機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)壓機(jī))是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，是機(jī)、電、液、氣一體化的高技術(shù)專(zhuān)用設(shè)備。說(shuō)它關(guān)鍵，主要是它前連原料加工，后接干燥燒成，若壓磚機(jī)出現(xiàn)故障，則全線停工。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)可以減少壓磚機(jī)的故障率，可使壓磚機(jī)的壽命更長(zhǎng)。而研究寬體壓磚機(jī)，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
本項(xiàng)目研究3800噸全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的機(jī)械部分，為了提高效率，可以把壓機(jī)的工作臺(tái)的加寬。3800噸的壓磚機(jī)增加工作臺(tái)寬度可同時(shí)進(jìn)行壓制多塊墻地磚。研究3800噸的壓磚機(jī)的機(jī)械部份，用PRO/E畫(huà)出其三維模型,然后用ANSYS軟件對(duì)其有限元分析代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以節(jié)省材料。
目標(biāo)實(shí)現(xiàn)壓磚機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓制墻磚600mm*600mm(3片)，360mm*450mm（6片/次），450mm*600mm(5片/次)，500mm*500mm(4片/次)。實(shí)現(xiàn)壓磚機(jī)的最優(yōu)設(shè)計(jì)（減輕重量、提高疲勞強(qiáng)度等）。
2 設(shè)計(jì)原理
最早有壓磚機(jī)是采用螺旋傳動(dòng)，而螺旋傳動(dòng)只能傳遞較小的壓制力，一直制約的壓磚機(jī)的發(fā)展，直到后來(lái)人們引入了液壓的傳動(dòng)，使壓制力有很大的提高，壓制出各式各樣規(guī)格的磚，大大提高了生產(chǎn)效率。下面我們介紹一下液壓壓磚機(jī)的原理。
2.1 液壓壓磚機(jī)工作原理
圖1-4 液壓壓磚機(jī)的工作原理1－小柱塞 2－大柱塞 3－坯體液壓壓磚機(jī)是根據(jù)靜態(tài)下液體壓力等值傳遞的帕斯卡原理制成的，它是一種利用液體壓力傳遞能量的機(jī)器。其工作原理如圖1-4所示。
2.2 液壓壓磚機(jī)主要特點(diǎn)
根據(jù)液壓壓磚機(jī)的工作原理可知，壓磚機(jī)采用液壓傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：
（1）容易實(shí)現(xiàn)大型化。因?yàn)橛蛪汉突钊拿娣e可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，壓制力F=A×P，只要增大活塞面積A和提高油壓力P，就可得到大噸位的液壓壓磚機(jī)。目前已有公司宣稱(chēng)研制出一萬(wàn)噸液壓壓磚機(jī)就是證明。由此可知采用液壓傳動(dòng)的壓磚機(jī)容易獲得更大的工作壓制力，以滿(mǎn)足壓制大規(guī)格制品的要求。
（2）可方便地對(duì)壓制過(guò)程的壓力、速度、保壓時(shí)間等參數(shù)實(shí)行調(diào)節(jié)和控制，使各項(xiàng)壓制參數(shù)滿(mǎn)足壓制成形工藝的要求。
（3）對(duì)磚坯施加的壓力為靜壓力，因此工作平穩(wěn)，有利于磚坯的壓制成形。
（4）容易實(shí)現(xiàn)壓磚機(jī)的自動(dòng)化操作。
3 總體方案的論證和選擇
全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)主機(jī)部分（又稱(chēng)機(jī)械部分）主要由機(jī)架、壓制油缸、增壓缸、頂模裝置、布料裝置及排氣、安全裝置等組成。本設(shè)計(jì)主要研究機(jī)架和壓制油缸的選擇。
3.1 壓制油缸的選擇
本設(shè)計(jì)將先擇活塞式的油缸，油缸倒置并將其和活動(dòng)橫梁做成一體，即倒置式組合主油缸。 改善了活動(dòng)梁的受力狀態(tài), 使壓制力更加均勻, 有利于坯體成形。
現(xiàn)在壓磚機(jī)的油缸主要有兩種形式一種是活塞式油缸（圖1-4（a）），別一種是柱塞式(圖1-4(b))。下面我們將通過(guò)比較。確定選擇哪一種油缸更符合本設(shè)計(jì)的要求。塞式油缸被活塞分隔為兩個(gè)腔，因此可以獲得正反兩個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞腔通入高壓油，活塞桿腔回油時(shí)，即為工作行程；當(dāng)活塞桿腔進(jìn)油，活塞腔回油時(shí)，則可實(shí)現(xiàn)回程，故不需單獨(dú)設(shè)置回程缸。它屬于雙作用油缸。由于活塞式油缸不需另設(shè)回程缸，所以結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，安裝空間小。活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了活塞桿有導(dǎo)向作用外，活塞沿缸壁滑動(dòng)，也具有導(dǎo)向作用，且導(dǎo)向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以活塞式油缸導(dǎo)向性能好?；钊酌芊饧膲勖^長(zhǎng)，原因是高壓端的密封填充件的微小滲漏屬內(nèi)泄漏，只要不影響使用性能，密封件產(chǎn)生的一些微小泄漏可繼續(xù)使用，不必更換。柱塞式油缸是一種單作用油缸，只能從一個(gè)方向加壓，所以要靠另外的油缸實(shí)現(xiàn)回程。柱塞在油缸中上下移動(dòng)時(shí)是在導(dǎo)向套（環(huán)）中滑動(dòng)的。一般導(dǎo)向套長(zhǎng)度較短，為了加長(zhǎng)導(dǎo)向距離，以便承受較大的偏心力矩，可在柱塞的兩端安裝導(dǎo)向套。此外回程缸的另一個(gè)作用是用于導(dǎo)向作用。柱塞缸的密封的壽命較短，原因是柱塞缸一端通高壓油腔，另一端直接與大氣相通，密封件兩端的壓力差較大，而且有微小的滲漏，都會(huì)污染環(huán)境和坯體，均影響使用，必須進(jìn)行更換。柱塞在導(dǎo)向鋼套中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，偏心載荷斷還會(huì)發(fā)生傾斜，因此校塞表面必須具有足夠的硬度及光潔度，以免過(guò)早磨?；蛞虮砗ɡ?，拉成溝潛而導(dǎo)致?lián)p壞。校寒表四拉壞后，會(huì)直接影響密封壽命，引起高壓液體的漏損，甚至每隔半月就必須換一次密封，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。通過(guò)上面的比較我們將選擇活塞式的油缸。
油缸的裝也有兩種形式一種是正常安裝與上梁做一體（圖1-5），一個(gè)是倒置安裝下梁做成一體（圖1-6）。一般情況下，油缸安裝在上橫梁上，活塞桿與活動(dòng)橫梁相連。大噸液壓壓磚機(jī)采用將活塞式油缸倒置的結(jié)構(gòu)，即將活塞桿與上橫梁固連，活塞桿固定不動(dòng)，而將油缸與活動(dòng)橫梁做成一體，讓缸體活動(dòng)橫梁作上下運(yùn)動(dòng)。工作原理同普通活塞式油缸一樣，但具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①增加了活動(dòng)橫梁受力面積，大大改善了活動(dòng)橫梁的受力狀態(tài)，相對(duì)提高了活動(dòng)橫梁的剛性，使其受力變形小，使磚坯壓制力更加均勻，有利于磚坯的壓制成形，提高磚坯壓制質(zhì)量。
②壓制油缸倒置可使上橫梁的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，從而大大減少其加工難度，同時(shí)不需在上橫梁加工出油缸，因而使上橫梁的強(qiáng)度得以大大提高，并可減小主機(jī)尺寸。由于倒置式有以上顯著的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)將選擇倒置式的。
③主油缸與動(dòng)梁合一結(jié)構(gòu)是大型壓磚機(jī)的結(jié)構(gòu)形式（如圖1-6）。主油缸采用筒形無(wú)缸底結(jié)構(gòu)，利用動(dòng)梁的上平面作為油缸底部，通過(guò)柔性聯(lián)接和獨(dú)特的密封結(jié)構(gòu)將主油缸和動(dòng)梁聯(lián)成一體。除具有油缸倒置結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)外，另外與帶缸底倒置油缸結(jié)構(gòu)相比，運(yùn)動(dòng)部分的重量大大減輕，有利于提高壓磚機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度及工作頻率；油缸的重量減輕50%以上，主機(jī)高度可適當(dāng)降低，并徹底解決了帶底油缸的缸體與缸底連接部位的應(yīng)力集中難題。
綜上所述，本油缸將使用活塞式油缸，而且倒置，油缸做成一體。
3.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇
機(jī)架是承受壓制成形時(shí)的全部載荷，因此機(jī)架的強(qiáng)度和剛度對(duì)整機(jī)的性能影響較大。 目前，在陶瓷墻地磚的生產(chǎn)過(guò)程中，壓磚機(jī)是陶瓷粉料干壓成型的關(guān)鍵設(shè)備，因而壓磚機(jī)框架剛性的好壞在一定程度上影響了陶瓷墻地磚坯體的質(zhì)量及成坯率的高低。具體說(shuō)來(lái)就是壓磚機(jī)框架的剛性好，框架變形極小，所壓制的坯體致密度、機(jī)械強(qiáng)度及成坯率等都較高;反之，坯體致密度、機(jī)械強(qiáng)度及成坯率等都較低，嚴(yán)重時(shí)，甚至成不了型，壓不成坯體。所以說(shuō)研究和探討壓磚機(jī)框架的設(shè)計(jì)計(jì)算，合理地提高框架的剛性，有效地減少框架的變形，能極大限度地提高陶瓷墻地磚坯體的質(zhì)量及成坯率。
目前常用的機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式有梁柱組合機(jī)架、拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架、鋼絲纏繞機(jī)架，通過(guò)下面的比較選出最佳的機(jī)架方案是拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架。
拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架（圖1-1）。由上、下橫梁與四根立柱用螺母連接而成，立柱由拉桿及套在其外面的套筒組成。裝配時(shí)，拉桿兩端分別穿過(guò)上、下橫梁的通孔，再用專(zhuān)用千斤頂將拉桿拉長(zhǎng)（也可加熱使之伸長(zhǎng)），最后用螺母擰緊。這樣，拉桿受一個(gè)預(yù)拉力，全長(zhǎng)預(yù)緊。拉桿受拉而套筒受壓，使上下橫梁構(gòu)成一封閉的戒框架，整機(jī)的剛性好，強(qiáng)度大。工作時(shí)，機(jī)架承受的為脈動(dòng)載荷，循環(huán)特征r=0。立柱施以預(yù)拉力后，脈動(dòng)載荷與預(yù)拉力疊加，改變了載荷的性質(zhì)。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，載荷的循環(huán)特征可大些，載荷性質(zhì)接近于靜載荷。這樣一 來(lái)，拉桿就可以材料的屈服極限而不用持久極限特征來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度校核，材料的能力得到充分的利用，拉桿截面可以做小一點(diǎn)。3800噸壓磚機(jī)是中等壓力的壓磚機(jī)用拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式完全能夠滿(mǎn)足要求。梁柱組合機(jī)架（1-2），雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在制造和裝配都比拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架簡(jiǎn)單，成本低，但是在壓制的時(shí)候產(chǎn)生較大的變形，強(qiáng)度和剛度都不夠，只適合噸位小的壓磚機(jī)，不適合3800噸壓磚機(jī)。鋼絲纏繞機(jī)架(圖1-3)，是現(xiàn)在世界上大噸位壓磚機(jī)比較常用的一種機(jī)架形式，由上、下兩個(gè)半圓梁及兩立柱用預(yù)應(yīng)力絕緣纏繞而成。通過(guò)預(yù)緊鋼絲對(duì)梁柱施加足夠的預(yù)緊力，使梁柱上的拉應(yīng)力大部分轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，這樣就大大消除了由于拉應(yīng)力引起的疲勞裂紋擴(kuò)展的隱患，提高了壓磚機(jī)機(jī)架的疲勞強(qiáng)度和剛度。在我們國(guó)內(nèi)這種形式的機(jī)架用的比較少，技術(shù)還不是很成熟，在制造和裝配有一定的難度，造價(jià)成本高，而且其主要用于大噸位的壓磚機(jī)3800噸壓磚機(jī)是中等壓力的壓磚機(jī)用拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式完全能夠滿(mǎn)足要求。
綜上所述，本設(shè)計(jì)將選擇拉桿－套筒梁柱組合機(jī)架。
4 壓磚機(jī)各主要零部件的設(shè)計(jì)
4.1 各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1 主機(jī)的結(jié)構(gòu)
從前面方案的選擇中我們選擇了現(xiàn)在比較常用的拉桿套筒式的梁柱式的結(jié)構(gòu)形式，如下圖（3-1）所示
3-1
4.1.2 上橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
我們才用梁柱式的結(jié)構(gòu)，上橫梁要開(kāi)四個(gè)立柱孔，。為了結(jié)構(gòu)的美觀我們將把充液箱放在在上橫梁做成一體，即上橫梁上表面要開(kāi)一個(gè)孔，做為充液箱?；钊麠U和上橫梁才用法蘭連接，連接處有一孔。螺母連接處要有沉孔，和套筒、法蘭連接處都要有凸臺(tái)。為了節(jié)省材料，內(nèi)部可以適當(dāng)?shù)耐诳?。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖（3-2）所示。
形狀尺寸要求
①立柱孔一般比插入端大1-2mm。
②立柱螺母鎖緊的表面（沉孔表面）平面度≤0.
③與活塞接觸的表面平面度取0.1，垂直度（相對(duì)于軸線）0.05
4.1.3 活動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于我們才用油缸倒置的形式，我們將去做成缸梁一體式的，活動(dòng)橫梁上也開(kāi)有四個(gè)立柱孔，由于活動(dòng)橫梁在運(yùn)動(dòng)中的精度要求比較高，為了套筒和上橫梁的接觸要加導(dǎo)套，橫梁還要放成導(dǎo)套的沉孔。下面還要有T型槽。如下圖（3-3）
形狀與尺寸的精度要求
①活動(dòng)橫梁的下表面的不平面度取0.05。對(duì)工作的平行度0.08
②孔前后左右的中心距偏差取±0.2，孔對(duì)角方向上的公差由下面的公式
（式中R、對(duì)角上孔的間距及公差；x、左右方向上的間距及公差；y、前后方向的間距及公差。）
③立柱孔與導(dǎo)套的外圓的配合精度
4.1.4 下橫梁（工作臺(tái)）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下橫梁是主機(jī)受力比較大的一橫梁，支撐著整臺(tái)機(jī)器的重量和沖力，另外還要固定下橫梁，安裝頂模裝置，還要連接布料裝置，我們?cè)O(shè)計(jì)是寬體壓磚機(jī)，下橫梁的工作臺(tái)面應(yīng)該比較寬。為了保證下橫梁的壁厚，對(duì)取適當(dāng)?shù)耐诳?，具體結(jié)構(gòu)形式如（3-4）所示。
形狀尺寸的精度要求
①工作臺(tái)面的平面度0.05
②鎖緊螺母與之貼全的平面的平面度0.16
③立柱孔比立柱大2mm
4.1.5 立柱的導(dǎo)向?qū)自O(shè)計(jì)
活動(dòng)橫梁與立柱配合外的導(dǎo)套是壓磚機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)向裝置，它對(duì)子機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，壓出來(lái)的磚的尺寸精度，模具壽命各機(jī)身受力等有很大的影響，因此導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)也是很重要的。
拉桿套筒式的導(dǎo)向精度比較難保證，主要是由于配合面多，累積定向誤差大，為了達(dá)到活動(dòng)橫梁的較高導(dǎo)向精度，我們?cè)谛袆?dòng)橫梁導(dǎo)向要加導(dǎo)套，導(dǎo)套的形式用圓柱式的。為了減小加工難度，將上下橫梁做成凸臺(tái)形式。上面我們?cè)谠O(shè)計(jì)上橫梁的時(shí)候已經(jīng)初步的設(shè)計(jì)了導(dǎo)套，厚度取20,高取40.現(xiàn)在我們對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。便于安裝我們把導(dǎo)套做成凸式的，然后用壓蓋將其固定，上面還有防塵圈和毛線。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示
4.2 各主要零部件的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1立柱拉桿初步設(shè)計(jì)計(jì)算
壓機(jī)在工作的時(shí)候，立柱只承受拉力，套筒內(nèi)承受壓力?？偟念i緊力Pj一般為公稱(chēng)壓力的1.2-1.5倍。這里取1.5倍，以防止套筒與上橫梁分離，使拉桿始終受拉套筒始終受壓。拉桿的設(shè)計(jì)我們可以參照螺栓的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
1、受力分析
①拉桿的受力分析如下圖所示：
②壓磚機(jī)在工作的時(shí)候是受力情況是變化的，所以立柱受的接拉力是變化的。和螺栓受力變化一樣如下圖所示（《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P86）
其中：
Q：每根立柱受的壓機(jī)工作時(shí)所受所受力
Qp：立柱受的預(yù)緊力（Qp＝1.3F）
F：工作壓力（F＝p/4，其中p是公稱(chēng)壓力）
Q/P: 工作過(guò)程中立柱受的預(yù)緊力
Q ：立柱受的總拉力
△F: 應(yīng)力幅
C1 : 立柱拉桿的剛度
C2 : 上橫梁各套筒的剛度
△λ：拉桿加載后外伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度
上橫梁和套筒加載后被壓縮后的增量
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式得
Q ＝Qp+F
Q/P = Qp - F
n-n截面所受的圖如下圖
由Q/P = Qp - F =1.5-0.8F=0.7F
由Q ＝Qp+F＝1.5F+0.2F＝1.7F
由F＝P/4＝/4 N＝ N得
Q＝ N
相對(duì)剛度
＝0.2
＝0.8
立柱受的最大應(yīng)力Q＝ N
2材料的選擇
本設(shè)計(jì)中的立柱的材料將選擇35CrMo.
35CrMo的特性系數(shù)及力學(xué)性能：
屈服極限 抗拉強(qiáng)度
彈性模量 泊松比
由于立柱比較大受力也比較大，使用鍛造方法對(duì)其進(jìn)行加工，35CrMo這種合金鋼具有良好的鍛造性能。
35CrMo
2拉桿直徑計(jì)算d
初步的計(jì)算拉桿的直徑d
取安全系數(shù)ns=3
==278Mpa
由得到
＝0.272m
對(duì)于螺紋型式一般對(duì)小于500噸的選用公制細(xì)牙螺紋。對(duì)大于500噸的選用單線細(xì)牙鋸齒形螺紋(按重型機(jī)床行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／ZBl73—73選用)。查機(jī)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)》499頁(yè)
選用大徑d=300 螺距P＝12 中徑d2=291 小徑d1=
279.14(螺母大徑D＝300 中徑D2＝291 小徑D1＝
282）。
由于d1=279.14>272可以滿(mǎn)足要求。
故取d =300
d =300
3螺母的設(shè)計(jì)
立柱螺母
立柱一般有整體式與對(duì)開(kāi)式兩種。對(duì)于中小型液壓機(jī)采用整體式較多。大于500噸的用對(duì)開(kāi)式較多。材料一般選用45鍛鋼件。
螺母高度一般?。?H=1—1.5d
螺母外徑一般?。?D＝1—1.8d
式中d為螺紋直徑
設(shè)計(jì)中螺母的高度H＝1.2d＝1.2300＝360螺母的外徑D3＝1.5d=450
由螺紋的設(shè)計(jì)中可得螺母的螺母大徑D＝300 中徑D2＝291 小徑D1＝282
大徑D＝300 中徑D2＝291 小徑D1＝282
防松裝置的設(shè)計(jì)
由于立柱的螺紋連接是在變載荷的工作條件下工作，很容易松動(dòng)，壓磚工作是不允許出現(xiàn)松動(dòng)，松支后不僅會(huì)存在危險(xiǎn)，而且會(huì)影響到壓磚機(jī)的壓制效果，所以需進(jìn)行防松設(shè)計(jì)。參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》我們防松裝置將采用摩擦防松中的對(duì)頂螺母。兩螺母對(duì)頂后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。工作載荷變動(dòng)的時(shí)候，該摩擦力仍然存在。由上面可知螺母高度為360，故我們的兩個(gè)螺母高度和大于等于360，故取每個(gè)螺母的高度為180。
受用對(duì)頂螺母防松
螺母的高度為180
疲勞強(qiáng)度校核
由于壓磚機(jī)在工作時(shí)立柱受交變應(yīng)力，我們有必要對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核。 由上面已知安全系數(shù)S=3。
立柱受的最大拉力Fmax=1.7F=N，F(xiàn)min=1.5F=N，應(yīng)力幅Ｎ
應(yīng)力保持不變
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》
==223Mpa
==38Mpa
根據(jù)《材料力學(xué)》式（11-16）
其中：——工作安全系數(shù)；
——對(duì)稱(chēng)循環(huán)的持久極限；
——應(yīng)力幅；——平均應(yīng)力；
——有效集中應(yīng)力系數(shù)；
——尺寸系數(shù)；——表面質(zhì)量系數(shù);
——試件材料常數(shù)，對(duì)于合金鋼=0.23—0.3。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二卷表11.6-4
立柱受抗壓
=
我們選擇的材料是35CrMo,查表得=0.28
查表 螺紋連接的尺寸系數(shù)=0.5
由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表6-5得有效應(yīng)力集中系數(shù)≈2
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)》表3-2得=1.7
所以=1.95≥1.7
所以立住是安全
立柱可滿(mǎn)足要求
4.2.2 套筒的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
套筒厚度的設(shè)計(jì)
全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)才用拉桿套筒形式，在工作過(guò)程中套筒始終受壓，由上面立柱的設(shè)計(jì)可知套筒始終受壓，最大壓力即為預(yù)緊力Fmax=1.5F==N
最小壓力Fmin=0.7F==N
在這里初步計(jì)算一下它的外徑的大小，材料取和立柱的一樣也是35CrMo,安全系數(shù)ns=3，則[]＝278Mpa，由于套筒和立柱是部分接觸，套筒內(nèi)徑d初取330
由得
得Ｄ389,這里?。模?00
套筒的校核
①壓桿穩(wěn)定性的校核
②疲勞強(qiáng)度的校核
①壓桿穩(wěn)定性的較核
由《材料力學(xué)》 壓桿穩(wěn)定的校核
由公式（9.8）求出
由于套筒是可簡(jiǎn)化成一端固定的，另一端鉸支，=0.7。截面是圓環(huán)形，i==
(初取l=1300)，
所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。由分公式(9.11),
由于，所以上面我們桿用強(qiáng)度計(jì)算是可以滿(mǎn)足要求。
②疲勞強(qiáng)度的校核
套筒受交變應(yīng)力，F(xiàn)max=1.5F=N，F(xiàn)min=N
==190Mpa，==138Mpa
由式（3-2）
同上面的=417Mpa，查表得應(yīng)力集中系數(shù)=1，查表尺寸的截面系數(shù)=1
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)》表3-2得=1.7
=2.21.7
滿(mǎn)足要求
滿(mǎn)足要求
4.2.3上橫梁的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
受力分析
上橫梁的初步設(shè)計(jì)可以把其簡(jiǎn)化成梁的形式，本設(shè)計(jì)油缸采用倒置安裝，即活塞桿與上橫梁連接?；钊麠U與上面接觸面的力可以看成是均布載荷均布力為q。受力分析我們將采用我們學(xué)校老師自己開(kāi)發(fā)的材料力學(xué)軟件對(duì)上橫梁的受力求出最大彎矩,受力簡(jiǎn)圖如下圖所示
由同組設(shè)計(jì)同學(xué)，得知活塞桿的直徑d=1m,所以均布力
q=p/d=N/m
受力分析求出力FA,FB,彎矩M
由MA＝0,求出FB
FB*AB-q*d*AB/2=0
FB＝= ＝1.6107N
同理FA＝＝1.6107N
剪力圖如下圖所示
彎矩圖如下圖所示
最大彎矩Mmax＝
=
= N.m
最大彎矩Mmax = N.m
材料的選擇
壓磚機(jī)的上橫梁、活動(dòng)橫梁、底座都是采用鑄件。中碳鋼
有良好的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬性較高，切削性能良好比低碳鋼鑄造性能好.參照其它壓磚機(jī)本設(shè)計(jì)將采用G270-500
G270-500特性系數(shù)及力學(xué)性能：
屈服極限 抗拉強(qiáng)度
彈性模量 泊松比
材料
ZG270-50
上橫梁的設(shè)計(jì)
參照其它壓磚機(jī)取上橫梁的寬b=1400,高h(yuǎn)=1400
對(duì)其進(jìn)行初步計(jì)算可采用下面這個(gè)公式
其中取K＝1.5,W＝（初步設(shè)計(jì)把截面看成長(zhǎng)方形）
脆性材料安全系數(shù)可以取大點(diǎn)，這里ns=4
則＝500/4＝125Mpa
=
＝0.49
＝pa＝118Mpa135Mpa
可以滿(mǎn)足要求
上橫梁的寬b=1400,高h(yuǎn)=1400
4.2.4 活動(dòng)橫梁的初步設(shè)計(jì)
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
活動(dòng)橫梁的設(shè)計(jì)
本主設(shè)計(jì)采用電氣行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行限程，不是采用機(jī)械限程，通過(guò)模具墊板傳遞壓力，故動(dòng)梁僅受擠壓應(yīng)力和較小的彎曲應(yīng)力，可以不用對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。參考其它壓磚機(jī)取其寬b=1120,高h(yuǎn)=400
材料和上橫梁的一樣選擇ZG270-500
材料ZG270-500寬
b=1120,高h(yuǎn)=400
4.2.5 下橫梁（工作臺(tái)）的初步設(shè)計(jì)
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
受力分析
下橫梁的初步設(shè)計(jì)可以把其簡(jiǎn)化成梁的形式，在壓制過(guò)程中下橫梁也是受均布載荷，均布載荷的面積即模具與下橫梁的接觸面積，由可壓制3塊600600,接觸長(zhǎng)度大概是2100,下橫梁的受力簡(jiǎn)圖如下圖所示
分析計(jì)算過(guò)程和上橫梁一樣
剪力圖
彎矩圖
最大彎矩
Mmax＝
其中AB大約是中心間距AB初取3200
CD是下模和工作臺(tái)的接觸面而定，一般?。?.35-0.6）倍的中心間距，由于是寬體壓磚機(jī)可以比一般的大以、取0.6倍，即CD=2100
Mmax= N/m
最大彎矩
Mmax= N/m
材料選擇
材料和上橫梁的一樣選擇ZG270-500
G270-500特性系數(shù)及力學(xué)性能：
屈服極限 抗拉強(qiáng)度
彈性模量 泊松比
材料ZG270-500
下橫梁的設(shè)計(jì)
參照其它壓磚機(jī)取上橫梁的寬b=1500,高h(yuǎn)=1400
對(duì)其進(jìn)行初步計(jì)算可采用下面這個(gè)公式
其中取K＝1.5,W＝（初步設(shè)計(jì)把截面看成長(zhǎng)方形）
脆性材料安全系數(shù)取高一點(diǎn)，這里ns=4
則＝500/4＝125Mpa
＝53.4Mpa
滿(mǎn)足要求
下橫梁的寬b=1600高h(yuǎn)=1400
4.2.6 充液箱的初步設(shè)計(jì)
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
結(jié)果
充液箱體積的計(jì)算
為了保證一定的最低液壓面，以避免保保證證氣體不進(jìn)入管道。充液箱的體積Q
式中：K——充液體積相對(duì)于工作缸的容積，一般取2-2.5
n——充液箱相中最大壓力和最小壓力的比值一般取0.7-0.75
A——工作缸的面積
S——活動(dòng)行程
由上面可知將K 值和n值代入可得，這里取 Q=4.5AS
由上面我們知道工作缸的直徑d=1250，活動(dòng)行程S=190，所以 Q=1m3
Q=1.16m3
充液箱的設(shè)計(jì)
我們?cè)O(shè)計(jì)成圓筒式的，初取D=1200，則h=850
計(jì)算壁厚，由充液箱的最大壓強(qiáng)取2bar即0.2MPa，用薄壁進(jìn)行計(jì)算
，式中P是1.5倍的最大壓強(qiáng)，D=1200，是許用應(yīng)力，
充液箱選用Q235的鋼板焊接而成，安全系數(shù)取4，所以=58.755MPa
所以，取=3
內(nèi)徑D=1200，高h(yuǎn)=850，壁厚=3
5 壓磚機(jī)各主要零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)及用PROE建立三維模型
壓磚機(jī)的上橫梁、活動(dòng)橫梁、下橫梁都是用鑄造的方法獲得。影響零件成本90%是零件的設(shè)計(jì)過(guò)程決定。鑄件的設(shè)計(jì)涉及四個(gè)方面的內(nèi)容：a、即壓力鑄造對(duì)零件形狀結(jié)構(gòu)的要求；b、壓鑄件的工藝性能；c、壓鑄件的尺寸精度及表面要求；d、壓鑄件分型面的確定。
5.1活動(dòng)橫梁的詳細(xì)設(shè)計(jì)及三維模型的繪制
1、活動(dòng)橫梁的總體設(shè)計(jì)
活動(dòng)橫梁是壓磚機(jī)的一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)部件，在運(yùn)動(dòng)中和套筒的摩擦很大要加導(dǎo)套，厚度可取10—20,這里取10,為了裝配和維修的方便立柱導(dǎo)套做成對(duì)開(kāi)式，每個(gè)導(dǎo)套高的活動(dòng)橫梁導(dǎo)向部分高度，約這里取，高度80。活動(dòng)橫梁將采用鑄造的方法進(jìn)行加工，由于《械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鑄件較大壁厚可取50，導(dǎo)向部分的高度取等于300，由套筒的外徑d=400和立柱導(dǎo)套的厚度10,可確定，活動(dòng)橫梁上立柱孔D＝420,由立柱的凈間距2400可以確定活動(dòng)橫梁的立柱孔橫向間距l(xiāng)1＝2820，立柱柱縱向凈間距取200，剛立柱孔縱向間距l(xiāng)2=620，長(zhǎng)a=3420,寬b=1140,活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向部分的度要大于活動(dòng)橫梁的活動(dòng)行程的一半，取300。為了節(jié)省材料可做成箱體體形式，內(nèi)部做十字加強(qiáng)肋，厚100。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鑄件的倒圓角,內(nèi)部圓角都取30,外部圓滿(mǎn)角都取25。設(shè)計(jì)和布置鑄造工藝所需的出砂孔，出砂孔邊的應(yīng)力集中，也是上橫梁被削弱的地方，出砂孔一般布置在彎曲應(yīng)力為零的中性層附近，雖然彎曲應(yīng)力為零，但還是存在較大的剪應(yīng)力。砂孔的半徑R＝100，布置在中性層上，6個(gè)砂孔，具體位置如下（4-1）三維圖所示.
2、Ｖ型槽的設(shè)計(jì)
活動(dòng)橫梁下表面Ｖ型槽的設(shè)計(jì)，Ｖ型槽是要固定模具。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-1
可得取a=36,則b=60(允差+3),c=25（允差+2）,h=40,e=2，活動(dòng)橫梁上分布8個(gè)，具體位置有模具決定。
三維圖如圖(5-1)所示
(5-1)
5.2 上橫梁的詳細(xì)設(shè)計(jì)和三維模型的繪制
1、上橫梁的總體設(shè)計(jì)
大型鑄件一般都要做成箱體的形式，上橫梁我們?cè)O(shè)計(jì)成箱體形式，由于上橫梁受力比較大，為了保證強(qiáng)度和剛度，壁厚應(yīng)該厚一些，這里壁厚取取100。由活動(dòng)橫梁左右的中心間距2820，前后的中心間距620，我們可以確定上橫梁的長(zhǎng)l=3330，寬(中間截面)b=1400，兩邊寬b1=1150，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》箱體拐角處和連接處的倒圓角，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鑄件的設(shè)計(jì)，查得內(nèi)部圓角都取50，外部取25。砂孔大小取直徑D＝100,在中性面上，在上面兩個(gè)面，總共4個(gè)，對(duì)稱(chēng)分布。
2、立柱和上橫梁的連接設(shè)計(jì)
由立柱d=300，取其與柱孔接觸部分的直徑為310,接觸高度為120,上橫梁與立柱的配合間隙原定為，但在實(shí)際安裝的時(shí)，往往由于立柱垂直度公差疊加(兩立柱同時(shí)向里或向外，對(duì)角線方向同時(shí)向里或向外偏差)，而發(fā)生裝不進(jìn)的現(xiàn)象，所以對(duì)中小型液壓機(jī)，應(yīng)有1—2mm的間隙，這里取2mm，所以上橫梁的立柱孔直徑為312（接觸部分），接觸高度h=120 梁的立柱孔高度一般是立柱徑的2.5—3.5倍，這里取等高梁，高度1400。由上下接觸部分均為120,所以不接觸部分為1140，由《JB-ZQ 4169-97 鑄件設(shè)計(jì)規(guī)范》，不接觸部分的直徑要大于等于342這里取345,過(guò)度處的倒圓角R=30。螺母與上橫梁的接觸地方加工出沉孔，沉孔的高度＝20，直徑d＝470。套筒和上橫梁接觸的地方要做出凸臺(tái)，凸臺(tái)高度取20，內(nèi)徑310，外徑420。
3、活塞桿和上橫梁的連接設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用油缸倒置的形式，活塞橫桿與上橫梁的連接形式的設(shè)計(jì)
活塞桿的直徑D＝1100,這里我們將采用螺栓連接，螺栓直接從上橫梁充液箱的底部連到活塞桿．
綜上所述，和參照目前壓磚機(jī)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，其上橫梁的結(jié)構(gòu)形式如圖（5-2）所示。
5-2
5.3 下橫梁（工作臺(tái)）的詳細(xì)設(shè)計(jì)和三維模型繪制
下橫梁的設(shè)計(jì)和上橫梁的設(shè)計(jì)基本相似，下橫梁也是箱體式，立柱孔的直徑為310,配合精度為H7/h6厚度為100，加強(qiáng)肋條的厚度為150，直接把上表面加厚取厚300,下表面直接穿透。下橫梁的長(zhǎng)度l=3565,寬b=1500,高h(yuǎn)=1400,立柱孔的高度h=900,結(jié)構(gòu)形式和上橫梁一樣，螺母放在箱體內(nèi)部。四周均布四個(gè)地角螺栓，對(duì)其進(jìn)行固定，角螺栓取M20。期它的參數(shù)和上橫梁一樣。立柱孔的與立柱的接觸部分長(zhǎng)度120，所以不接觸部分的長(zhǎng)度660。
具體給構(gòu)形式如圖5-3所示，
5-3
5.4 立柱的詳細(xì)設(shè)計(jì)和三維模型繪制
1、由壓磚機(jī)的各個(gè)參數(shù)確定上橫梁與下橫梁的間距，從而確定套筒的長(zhǎng)度即上橫梁和下橫梁間立柱的長(zhǎng)度。
上橫梁到下橫梁的長(zhǎng)度由已知的活動(dòng)橫梁到工作臺(tái)在的最大距離700、活到橫梁的厚度400、油缸的高度450還有油缸與上橫梁適當(dāng)?shù)拈g距取,故上橫梁到下橫梁的距離1600。立柱的上下表面開(kāi)有起掉螺紋孔．
2、立柱上螺紋設(shè)計(jì)
我們采用的螺紋是鋸齒螺紋，螺距P＝12,每個(gè)螺母的高度180，由機(jī)《械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第2卷6-10中查得螺紋的退刀槽l=1.25p=15螺紋的總長(zhǎng)度395加上過(guò)度段的長(zhǎng)度25。
3、立柱上各段長(zhǎng)度確定
由上面我們知道與上、下橫梁，套筒的接觸部分的直徑d=310,高度h=100，過(guò)度部分的圓角R，都等于10。a段長(zhǎng)420，b段和上橫梁連接長(zhǎng)度80，c段在上橫梁內(nèi)部不接觸部分長(zhǎng)度1190，g段與上橫梁和套筒接觸部分的長(zhǎng)度160，f段上橫梁到下橫梁的長(zhǎng)度去掉和套筒接觸部分長(zhǎng)度1400，f段下橫梁和套筒接觸部分的長(zhǎng)度180，在下橫梁內(nèi)部不接觸的部分長(zhǎng)度740，h段是與下橫梁接觸的部分長(zhǎng)度80，i段a段一樣也是420，立柱總長(zhǎng)度4670。三維模型如圖（5-4）所示
5-4
5.5 套筒的詳細(xì)設(shè)計(jì)和三維模型繪制
由上面我們知道套筒的長(zhǎng)度1580，內(nèi)徑310（接觸部分），不接觸部分內(nèi)徑320，外徑400，上下接觸接觸部分的高度為100，上面開(kāi)有起掉孔．三維圖（4-5）
5-5
5.6 螺母的設(shè)計(jì)及三維模型繪制
由上面螺母設(shè)計(jì)，我們兩個(gè)對(duì)頂螺母螺母的高度180，外徑450。螺紋牙上的載荷分布是不均勻的，實(shí)驗(yàn)證明約有三分之一的載荷在第一圈上，第八圈之后幾乎不受載荷。為了改變螺紋的受力。為了改變這種受力情況，我們?cè)谇叭圮?chē)出的錐度。
為了保證對(duì)中心線的垂直度在0.05毫米之內(nèi)。我們將采用滾壓工藝方法，加工螺紋，可以顯著的提高螺紋連接處的疲勞強(qiáng)度
三維圖如下圖（5-6）
5-6
6 上橫梁的有限元分析
對(duì)上橫梁的精確設(shè)計(jì)是在我們初步設(shè)計(jì)計(jì)算那建好三維模型之后，用有限元分析軟件對(duì)其分析，得出結(jié)論，對(duì)初步設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行修改，達(dá)到對(duì)零件的精確設(shè)計(jì).本設(shè)計(jì)使用的有限元分析軟件是ANSYS10.0。
用PROE建立各零件的三維模型之后，保存為IGES格式的文件，然后后導(dǎo)入ANSYS中去分析。
①在proe中三維模型的建立，由于上橫梁是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的的零件，在分析中為了簡(jiǎn)化分析，提高分析效率，我們?cè)诜治鰰r(shí)只取四分之一，還有一些對(duì)分析結(jié)果不明顯的特征均可忽略。把文件另存為IGES文件。
②把創(chuàng)建的IGES文件，導(dǎo)入ANSYS10.0中。定義材料，上橫梁選用的材料是鑄鋼ZG 270-500，材料特性彈性模量EX＝210G，泊松比μ=0.28。定義單元類(lèi)型，實(shí)體類(lèi)型。網(wǎng)格劃分，采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具劃分得出結(jié)點(diǎn)數(shù)Nodes=19558，結(jié)點(diǎn)單元Elements＝11692。
③添加約束和載荷、求解。加位移約束，對(duì)稱(chēng)面分別加上垂直于對(duì)稱(chēng)面的位移約束，上橫梁的下底面全約束。加載荷，在活塞桿和上橫梁連接處加上均布載荷（面力），大小是12101910N/m，在螺母和上橫梁接觸處加上均布載荷(面力)，大小是135227272N/m。求解。
④后處理過(guò)程（結(jié)果）
由第一應(yīng)力圖(1-1)
(1-1)
可以滿(mǎn)足要求
由總應(yīng)力圖(1-2)
可以滿(mǎn)足要求
由y方向的應(yīng)變圖(1-3)
總應(yīng)變圖(1-4)
7 經(jīng)濟(jì)分析
7.1市場(chǎng)預(yù)測(cè)（含同類(lèi)項(xiàng)目的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)情況）
陶瓷液壓壓磚機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)壓機(jī))是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，是機(jī)、電、液、氣一體化的高技術(shù)專(zhuān)用設(shè)備。研究3800噸全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)是很有意義的，在未來(lái)的幾年里市場(chǎng)還是很大的。寬體系列壓機(jī)滿(mǎn)足現(xiàn)代陶瓷大產(chǎn)量生產(chǎn)要求，工作穩(wěn)定可靠，技術(shù)性能先進(jìn)，工作速度快，生產(chǎn)效率高，外形美觀，整機(jī)節(jié)能，參數(shù)調(diào)控方便，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，一推出來(lái)將備受?chē)?guó)內(nèi)外用戶(hù)的青睞。
現(xiàn)在全世界都在提倡節(jié)能降耗,通過(guò)做寬體壓機(jī)可提高生產(chǎn)效率和通過(guò)現(xiàn)代設(shè)計(jì)降低壓機(jī)的故障率等可以達(dá)到目的，受各介廠家的喜歡。二十多年來(lái)我國(guó)從一個(gè)完全進(jìn)口的壓機(jī)到現(xiàn)在成為世界第一生產(chǎn)大國(guó)，銷(xiāo)售從國(guó)內(nèi)到國(guó)外。國(guó)內(nèi)在瓷磚的銷(xiāo)量年年都穩(wěn)定增長(zhǎng)，各個(gè)廠家都擴(kuò)大自己的生產(chǎn)規(guī)模，在加上更個(gè)廠家的壓機(jī)的都在更新，而寬體壓機(jī)是他們很好的選擇。壓機(jī)不僅僅是我們國(guó)家對(duì)壓機(jī)的需求很大，外國(guó)需求很大，再加上通過(guò)近年來(lái)我們國(guó)家對(duì)外出口的壓機(jī)還是很受到好評(píng)，而且隨著我們國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，都對(duì)我們的壓機(jī)出口到國(guó)外創(chuàng)造很好的條件。在這個(gè)時(shí)候推出寬體壓機(jī)將能創(chuàng)造很大的利益。
7.2本項(xiàng)目的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)及市場(chǎng)策略
雖然現(xiàn)在我們國(guó)家有好幾家和世界上幾個(gè)老牌的公司都生產(chǎn)壓機(jī)，但就面前的形勢(shì)我們還是很有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的，首先我們研究的方向?qū)掦w壓機(jī)是現(xiàn)在很受歡迎現(xiàn)在各個(gè)廠家的喜歡。其次我們有很好的合作的公司和雄厚的資金，而且我們的壓機(jī)已有預(yù)定的廠家。我們已有一批很好的科研工作人員，我們其它加工設(shè)備（世界先進(jìn)）已基本到位，材料供應(yīng)已基本做好。在外協(xié)方面，也基本上聯(lián)系好了。在設(shè)計(jì)上我們采用現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法，在加工上我們采用先進(jìn)的技術(shù)。
風(fēng)險(xiǎn)上，我們公司已經(jīng)做好充分應(yīng)對(duì)的準(zhǔn)備，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)很好的對(duì)付。雖然我們做好的充分準(zhǔn)備，但是現(xiàn)在好多廠家也在生產(chǎn)同類(lèi)的產(chǎn)品和現(xiàn)在都在往高噸發(fā)展，都有可能對(duì)我們構(gòu)成威脅。加上現(xiàn)在世界金融危機(jī)，房地產(chǎn)比較低迷，都有可能對(duì)有可能影響到我們。但是我相信前景還是很好的。
市場(chǎng)策略：在銷(xiāo)售上我們公司做了很好的的準(zhǔn)備，在生產(chǎn)之前就有廠家預(yù)定我們的產(chǎn)品。銷(xiāo)售方案上，由于壓磚機(jī)還是比較昂貴的，我們才用了分期付款的的方案。我們很注重售后服務(wù)，我們相信給我們買(mǎi)第一臺(tái)壓機(jī)，相信買(mǎi)了我們壓機(jī)后，將來(lái)會(huì)成為我們永久的客戶(hù)的。
7.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析
社會(huì)效益：現(xiàn)在國(guó)家的走節(jié)約型社會(huì)，節(jié)能降耗是很重要的。寬體壓機(jī)完全滿(mǎn)足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，社會(huì)效益將會(huì)是很好的。我們開(kāi)辦這家公司能促進(jìn)就業(yè)和給國(guó)家?guī)?lái)稅收。
7.4 推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化分析
現(xiàn)在全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)是是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備,需求量是很大,現(xiàn)在全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)已有很好的產(chǎn)業(yè)化了,我們推出的寬體壓機(jī)已有很好的市場(chǎng)。我們壓機(jī)產(chǎn)業(yè)很的產(chǎn)業(yè)化的前景。
8 最終設(shè)計(jì)結(jié)果
完成設(shè)計(jì)，3800噸全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的三維裝配圖和爆炸圖圖（6-1）（6-2）所示
6-1
6-2
繪制零件工程圖和裝配圖見(jiàn)附圖
設(shè)計(jì)小結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是本科生畢業(yè)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它能讓我們很好的運(yùn)用我們所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，和鍛煉鍛煉了自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力，讓我們完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)成為機(jī)械設(shè)計(jì)工作者重要的一步。從最初的選題，開(kāi)題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。
通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的用途及工作原理，熟悉了全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我真正理解了一次設(shè)計(jì)過(guò)程。一次設(shè)計(jì)過(guò)程 計(jì)劃 方案設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì) 技術(shù)文件的編制（說(shuō)明書(shū)），我們?cè)O(shè)計(jì)也是按這個(gè)過(guò)程來(lái)的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。
但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的一些不足之處，比如缺乏綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解，等等。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還是比較淺薄。雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人，為中國(guó)機(jī)械行業(yè)添上自己的微薄之力。
致謝
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同組同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在這里首先要感謝我的導(dǎo)師張柏清教授。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是張教授仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩張教授的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。同時(shí)也感謝我同組同學(xué)蔡永幫同學(xué)的幫助和支持。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)。篇幅所限，不便把各位恩師一一列舉出來(lái)，表達(dá)我的感激之情
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