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一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計)題目
液壓驅(qū)動金屬打包機(jī)設(shè)計
2.研究領(lǐng)域
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓系統(tǒng)設(shè)計
3.論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平的提高,各種生活金屬廢品和工業(yè)金屬廢料也日益增多,過度開采也導(dǎo)致各類礦產(chǎn)資源不斷減少。怎樣利用這些金屬廢棄物,不使其污染環(huán)境,又變廢為寶,達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的成為一個重要的研究課題擺在人們面前。液壓金屬打包機(jī)就是在這種需求下產(chǎn)生的。金屬打包機(jī)主要是用來將廢鐵、廢鋁、廢鐵、線材以及一些輕薄金屬板材余料等壓縮成塊打包,提供給鋼廠作為回爐熔煉的合格爐料。這樣既加快了廢金屬的回收和利用,減少了廢料的運(yùn)輸成本和冶煉成本,又方便儲存運(yùn)輸,提升回爐速度。提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢
當(dāng)前,中國的打包機(jī)還是以模仿為主,對外國的產(chǎn)品略有改善,沒有實(shí)質(zhì)的發(fā)展, 而在企業(yè)管理中,往往只注重生產(chǎn)加工、輕研究開發(fā),創(chuàng)新不夠。
我國的液壓剪切機(jī)和液壓打包機(jī)在 20 世紀(jì) 80 年代中期就開始起步研制應(yīng)用。當(dāng)時國家已經(jīng)將廢鋼鐵回收列入節(jié)能項目中,這主要是為了從宏觀政策上鼓勵發(fā)展。國家物資總局和商業(yè)部,為了廢鋼鐵回收價能夠正常實(shí)施,特別從捷克、美國、日本、西德等國家分別組織引進(jìn)了一部分打包機(jī)以及廢鋼剪切機(jī)。首先對京、津等大中型城市進(jìn)行武裝,我國非金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)體系,通過隨后不斷的技術(shù)合作和引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)等多種形式逐漸形成。雖然自 20 世紀(jì) 80 年代后期引進(jìn)國外的廢鋼打包機(jī)械距今
已有 20 幾年,中國加入世界貿(mào)易組織也有多年,世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷加快,但是我國液壓打包機(jī)的開發(fā)近況仍舊存在許多令人不太滿意的地方:(1)新產(chǎn)品開發(fā)研制的動力、財力不足。(2)經(jīng)久耐用簡單可行的設(shè)備受歡迎。
具初步統(tǒng)計,國外的金屬打包機(jī)設(shè)備產(chǎn)品種類大概有 200 種,成套數(shù)量多,并且不斷有新的技術(shù)和產(chǎn)品推出。國外打包機(jī)設(shè)備產(chǎn)品一方面向高精度、大型化發(fā)展,另一方面向多功能方向發(fā)展。我國的打包機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量較少,僅有 60 多種,缺乏高精度、大型化打包機(jī)械產(chǎn)品,并且在很多領(lǐng)域還處在空白狀態(tài)。行業(yè)需要自動化程度高、生產(chǎn)效率高、具有流水線形式的廢鋼鐵綜合加工機(jī)械,對一機(jī)多功能設(shè)備更加青睞。比如韓國大模技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 DMS 系列的金屬打包機(jī)能夠 360 度自由旋轉(zhuǎn),并
且功率大,適用于大鋼廠料作業(yè);詹陽動力重工公司生產(chǎn)出來的液壓履帶式抓鋼機(jī)附帶電磁吸盤和散料抓斗,一機(jī)多用深受鋼鐵企業(yè)歡迎。
結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)力和社會發(fā)展水平,相信金屬打包機(jī)械在未來的發(fā)展態(tài)勢將會呈現(xiàn)以下特點(diǎn):
(1)高效化、低能耗、高速化。提升器械的工作效率,減少生產(chǎn)成本。
(2)自動化、智能化。打包機(jī)的自動化與智能化是今后發(fā)展的必然趨勢,高效打包機(jī)械將在生產(chǎn)發(fā)揮越來越重要的作用,不論是在降低成本和提高效率方面,都有著巨大的貢獻(xiàn)。全自動打包機(jī)還能減少因為人為因素產(chǎn)生的失誤。
(3)機(jī)電液一體化。綜合利用各相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢,揚(yáng)長避短,增進(jìn)整個液壓系統(tǒng)的完善程度,取得系統(tǒng)優(yōu)化的效果,有著顯著的社會效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
(4)液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化,集成化。標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件為設(shè)備的維修帶來方便, 而集成化有效地阻止了泄露和污染。
(5)安全性。運(yùn)用先進(jìn)的安全防護(hù)裝置,保證操作者和檢修人員的人身安全。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
打包機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,機(jī)座部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇,擠壓部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇,液壓系統(tǒng)設(shè)計、元件選擇。
2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
(1)打包機(jī)的總體方案設(shè)計:確定必要的設(shè)計依據(jù) 對加工工件的工藝分析 打包機(jī)的整體布局 機(jī)械原理分析
(2)打包機(jī)主要參數(shù)的確認(rèn):打包機(jī)的尺寸參數(shù) 運(yùn)動參數(shù)等
(3)打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計:整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)座部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(4)液壓系統(tǒng)設(shè)計:明確液壓系統(tǒng)的使用要求 進(jìn)行負(fù)載特性分析 確定回路方式 選擇液壓元件 進(jìn)行安全校核等
(5)打包機(jī)設(shè)計一系列圖樣的繪制
3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
通過學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)資料了解液壓金屬打包機(jī)的基本工作原理,掌握對液壓金屬打包機(jī)各組成部件的結(jié)構(gòu)尺寸的計算、強(qiáng)度校核、驗算過程等,了解液壓金屬打包機(jī)的發(fā)展趨勢和相關(guān)技術(shù)。通過自主設(shè)計選擇最合理的方案設(shè)計能夠得到以下結(jié)果:
(1)液壓金屬打包機(jī)的工作原理及總體方案設(shè)計
(2)設(shè)計說明書
(3)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(相關(guān)裝配圖、零件圖)
(4)液壓金屬打包機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的一篇外文翻譯(不少于 2000 字)
三、論文(設(shè)計)工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
(1) 參閱相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)資料,如液壓金屬打包機(jī)設(shè)計方案等,擬確定各結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,從而能安全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)液壓金屬打包機(jī)的功能。
(2) 要從各種方案中選擇合適的方案,分析出各方案的優(yōu)缺點(diǎn),綜合優(yōu)化各種方案設(shè)計,從而確定本次設(shè)計的最后設(shè)定方案。
(3) 從經(jīng)濟(jì)性、適用性、節(jié)能性出發(fā),設(shè)計各個部分。
(4) 要完成動力驅(qū)動部分的設(shè)計與校核,主缸系統(tǒng),鎖緊機(jī)構(gòu)等零部件的設(shè)計與校核。
(5) 完成總裝配圖、零件圖,部件圖設(shè)計和說明書的撰寫。
2.論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃
(1) 第一周~第四周,查找、收集相關(guān)文獻(xiàn)資料,研讀文獻(xiàn)并完成文獻(xiàn)綜述, 撰寫開題報告;
(2) 第五周~第七周,完成外文翻譯工作和整體方案設(shè)計選擇,根據(jù)選擇的方案進(jìn)行打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計;
(3) 第七周~第九周,完成打包機(jī)上蓋、水平擠壓部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、參數(shù)計算和校核;
(4) 第九周~第十二周,液壓動力系統(tǒng)的方案設(shè)計與液壓動力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)計算、校核,液壓系統(tǒng)圖的繪制及液壓元件的選擇;
(5)第十三周~第十六周,完成零件圖、裝配圖的繪制,撰寫說明書,打印材料,準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述或報告
金屬打包機(jī)作為一種廢金屬回收器械目前已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)降低污染、金屬資源重復(fù)利用的一種重要工具。金屬打包機(jī)的發(fā)展,也反映出各個國家現(xiàn)如今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平與工業(yè)生產(chǎn)水平。
一、金屬打包機(jī)主要是由壓縮板頭,壓縮室,驅(qū)動系統(tǒng),控制系統(tǒng)等部分組成。工作時,金屬廢料先進(jìn)入壓縮室,然后壓縮板頭通過驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動,對金屬廢料進(jìn)行壓縮,最后打包成塊,推出壓縮室?,F(xiàn)階段大部分金屬打包機(jī)還是采用傳統(tǒng)的繼電控制,設(shè)備自動化程度不高。而新式打包機(jī)由 PLC 控制,設(shè)備自動化程度高,降低了人為操作帶來的失誤等。
二、根據(jù)驅(qū)動方式的不同,目前國內(nèi)擁有并使用的金屬打包機(jī)大致分為絲桿傳動驅(qū)動和液壓傳動驅(qū)動兩大類。絲桿傳動驅(qū)動的金屬打包機(jī),主要由電動機(jī)、減速器、絲桿及螺母進(jìn)行傳動,人工取包或是機(jī)械頂住包塊。這類金屬打包器械,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,易于制造。但是其缺點(diǎn)也很明顯,絲桿傳動的功率損耗大,磨損大,體積大, 所以在金屬打包機(jī)發(fā)展過程逐漸被液壓傳動式所替代。而液壓驅(qū)動金屬打包機(jī),采用液壓系統(tǒng)作為打包機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng),相對絲桿傳動式金屬打包機(jī)來說,占地面積稍小, 結(jié)構(gòu)與之相比更為緊湊,更容易獲得大的壓力。兩種打包機(jī)的驅(qū)動方式雖然不同,但是其主機(jī)的結(jié)構(gòu)基本都相同。打包機(jī)的具體運(yùn)動基本都為:(1)合蓋—封閉料箱, 形成壓縮室。即預(yù)壓過程(2)第一極壓頭加壓—X 向加壓(3)第二級加壓—Y 向加壓。即最終加壓,形成密度較高的束塊。(4)開側(cè)門,推出束塊,(5)回位—主、側(cè)壓頭退回,側(cè)門關(guān)閉,機(jī)蓋啟開。等待下一工作循環(huán)加料。
三、液壓驅(qū)動式金屬打包機(jī)的核心部分便是液壓系統(tǒng),液壓系統(tǒng)的性能直接影響到打包機(jī)的工作性能。打包機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由動力裝置:液壓泵;執(zhí)行裝置:液壓缸;控制調(diào)節(jié)裝置:手動方向閥、壓力控制閥;輔助裝置:油箱、油管、接頭、密封件、壓力表等組成。液壓金屬打包機(jī)對液壓系統(tǒng)的要求為:
(1)合理的動力裝置。液壓泵和電機(jī)的選擇直接關(guān)系到動力源的利用率,因此, 選擇液壓泵和電機(jī)時應(yīng)選擇最合理最節(jié)能的。液壓泵的基本參數(shù)為:壓力、轉(zhuǎn)速、流量、效率,一般應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況來選取。選擇液壓泵的另外因素就是泵的流量或者是排量,液壓泵的流量與實(shí)際工作狀況有關(guān),選擇的液壓泵流量需大于液壓系統(tǒng)工作時候的最大流量。最后結(jié)合液壓泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能來確定型號,一般需要達(dá)到液壓泵變量機(jī)構(gòu)慣性小、工作壓力高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本較低等特
點(diǎn)。需要注意的是,為了使液壓泵工作安全可靠,應(yīng)使液壓泵的額定壓力大于工作壓力,通常高 0.25~0.60,而液壓泵的額定流量與實(shí)際流量相當(dāng),不需要超過太多。
(2)執(zhí)行裝置的可靠性。執(zhí)行裝置—液壓缸的選擇,首先需要根據(jù)設(shè)計的實(shí)際要求,計算參數(shù),經(jīng)過強(qiáng)度校核后,確定其是否符合實(shí)際生產(chǎn)要求,才能夠確定液壓缸的型號。通常,液壓金屬打包機(jī)需要用到 3 個或以上的液壓缸,主要用途為:(a) 機(jī)蓋啟開或預(yù)壓(b)主壓力缸(c)側(cè)壓力缸等
(3)方便的控制裝置。液壓控制元件選擇。考慮打包機(jī)的運(yùn)動工作循環(huán),在壓縮過程中,應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài),不允許受到各種干擾,同時要求各個液壓缸只能單獨(dú)動作,不能同時動作,主缸、側(cè)缸、蓋缸都能在任意位置停止運(yùn)動,基于此來選擇液壓油路。而選擇的各種控制閥應(yīng)保證液壓系統(tǒng)的安全可靠性,同時考慮各個液壓缸的互鎖機(jī)制,結(jié)合控制閥的中位機(jī)能,達(dá)到減少系統(tǒng)的功率損失,便于卸荷的效果。
(4)輔助元件選擇。由于液壓系統(tǒng)工作時會產(chǎn)生一系列因素,如油液可壓縮性以及油液升溫等,此類因素在系統(tǒng)靜止時不會對系統(tǒng)系能產(chǎn)生影響,但是在工作時這一系列因素會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)性能無法達(dá)到設(shè)計的要求,所以需要選擇一系列輔助元件,如在液壓系統(tǒng)的回油路裝冷卻器,調(diào)節(jié)油溫:在主壓缸的加載缸進(jìn)油口裝壓力表和安全閥等,讓液壓金屬打包機(jī)滿足工作循環(huán)中各種壓力、流量變化的要求。
四、打包機(jī)的控制系統(tǒng),市面上常見的金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)大致也分為兩種,通過繼電器控制,和采用 PLC 作為控制軟件控制系統(tǒng)。(1)傳統(tǒng)的繼電器控制方式, 雖然控制形式簡單,但是有的控制全都是采用電氣元件來完成,接線較為麻煩,在系統(tǒng)發(fā)生問題時,查找起來非常困難,并且通過人工操縱桿實(shí)現(xiàn)打包機(jī)的運(yùn)動控制,不能達(dá)到控制精確,甚至可能導(dǎo)致操作失誤而帶來不必要的損失。所以這種控制方式終將被淘汰(2)新式打包機(jī)通過運(yùn)用 PCL 控制系統(tǒng),作為新一代可編程控制器的 PLC, 在生產(chǎn)過程中的自動控制和順序邏輯控制可根據(jù)要求和加工流程來實(shí)現(xiàn),通過計算機(jī)收集數(shù)據(jù)信息,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理,再進(jìn)行系統(tǒng)的總體控制,控制相對精確, 所以在控制現(xiàn)場中 PLC 不僅被廣泛應(yīng)用,同時也取得了很好的控制效果。并且采用
PLC 控制,在檢查系統(tǒng)問題時也相對簡單。
五、液壓系統(tǒng)的故障檢測。隨著液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等新技術(shù)的緊密結(jié)合,使得液壓系統(tǒng)向著復(fù)雜化、精密化和自動化的方向快速發(fā)展,而且用途越來越多,涉及的領(lǐng)域也越來越廣。在機(jī)、電、液一體化的耦合系統(tǒng)中, 液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障具有隨機(jī)性、隱蔽性和復(fù)雜性等特點(diǎn),所以開展針對液壓系統(tǒng)的故障診斷的研究顯得尤為重要。依據(jù)液壓系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)特點(diǎn),可分為以下三個
發(fā)展階段:
(1)原始診斷階段。該階段由于機(jī)器裝備比較簡單,故障診斷主要依靠專家或維修人員通過感官、經(jīng)驗和簡單儀表,對故障進(jìn)行診斷并排除。通常采用的方法有感官診斷法、邏輯分析法、圖論法和儀器檢測法。每種方式方法的應(yīng)用時機(jī),需要視具體的應(yīng)用場合與故障發(fā)生狀況而定。該發(fā)展階段的故障診斷方法,其優(yōu)點(diǎn)是建模簡單, 分析過程和結(jié)果易于理解。但它過于依賴檢修人員的判斷能力和實(shí)際經(jīng)驗,只能對故障進(jìn)行簡單的定性分析,做不到定量分析。另外,當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時,使用此類診斷方法將會變得非常困難,費(fèi)時費(fèi)力,而且診斷正確率不高,滿足不了現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求。
(2)基于傳感器與計算機(jī)技術(shù)診斷階段。這個階段由于傳感器技術(shù)和動態(tài)測試技術(shù)的發(fā)展,使得對液壓系統(tǒng)個中診斷新號(壓力、流量、振動等)的測量變得容易和快捷,微機(jī)和信號處理技術(shù)的快速發(fā)展,使數(shù)據(jù)處理的效率大大提高,從而出現(xiàn)了各種狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方法。主要是時域分析法、頻域分析法、時頻分析法、狀態(tài)空間分析法、動態(tài)過程分析法、參數(shù)估計法等。該階段的診斷方法,需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或者提取系統(tǒng)的特征參數(shù),而液壓系統(tǒng)是一個非線性時變系統(tǒng),具有強(qiáng)耦合、滯后、參數(shù)時變等非線性特征,導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障特征參數(shù)提取困難,數(shù)學(xué)模型極其復(fù)雜甚至數(shù)學(xué)模型無法建立的情況,很難得到較準(zhǔn)確的在線狀態(tài)估計或參數(shù)估計。
(3)智能化診斷階段。這一階段的特點(diǎn)是將人工智能的研究成果(專家經(jīng)驗的總結(jié)、模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)應(yīng)用到液壓系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域中,它以常規(guī)信號處理和診斷技術(shù)為基礎(chǔ),以人工智能技術(shù)為核心,構(gòu)建智能化故障診斷模型和系統(tǒng)。此時,故障診斷過程由以知識處理為核心取代了以數(shù)據(jù)處理為核心。目前,基于人工智能的液壓系統(tǒng)故障診斷法主要有基于模糊邏輯的診斷法、基于專家系統(tǒng)的診斷法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷法以及它們之間的融合等。①基于專家系統(tǒng)的診斷法,是根據(jù)人們在長期的實(shí)踐中積累起來的大量故障診斷經(jīng)驗和知識設(shè)計出的一套計算機(jī)程序,其診斷結(jié)果直觀、形象,易于理解,并且克服了模型診斷法對模型的依賴性。但是,專家系統(tǒng)存在知識獲取比較困難;當(dāng)規(guī)則較多時,推理中存在匹配沖突、組合爆炸等問題,導(dǎo)致推理速度變慢、效率低下。②基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷法,是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的自適應(yīng)性、較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力和容錯性以及分布式并行信息處理功能等,較好地解決了專家系統(tǒng)中出現(xiàn)的無窮遞歸、組合爆炸及匹配沖突等問題,并使計算速度大大提高。但是,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷存在學(xué)習(xí)算法收斂速度慢,訓(xùn)練樣本獲取困難,不能解釋推理過程和推理結(jié)果等問題。
結(jié)合目前的人工智能、只能計算、信息處理等計算機(jī)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展,將
相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的新技術(shù)、新理論不斷引入并與現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)相融合,必將促進(jìn)液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。