胶合板冷压机的设计（可编辑）.doc

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1、胶合板冷压机的设计 摘 要 随着工业的不断发展,机械工业对一个国家意味着什么?意味着在世界民族之林立足的资本!国欲强,机械工业必先行,投身到祖国的机械工业将为国家的发展壮大作出巨大贡献。 在胶合板市场上,我国近年发展势头迅猛,我国已成为世界上第一大胶合板生产国,年产量达到2000万m3,据统计每年有超过200万m3的出口,出口总量仅次于胶合板王国印度尼西亚。随着胶合板的迅猛发展,胶合板机械设备也呈现迅猛的发展势头。为了适应形势的发展,我们设计了一台200T的胶合板冷压机,在设计的过程中我们力求压力机在生产过程中的适应市场的多变性与经济性。 我们所设计的压力机特点为:充分考虑到胶合板压力机的发展

2、形势、胶合板的市场需求的多变性、压力机经济性等各项要求。在压力机机构上,在达到生产目的的要求下,力求机构的简单性,经济性。在生产工艺上力求生产周期短,施工简便。本压力机具有灵活性,易改造,成本低等特点。适合小型,中型胶合板生产企业。 随着国内建筑和装修业以及家具工业的高速发展,胶合板生产量呈现强劲增长趋势。我们设计了200T胶合板冷压机,通过对压力机机架立柱及承载板的受力分析,说明了压力机机架结构的设计过程及其合理性、经济性。 这是一个变换难测的世纪,一个催人奋进的时代,一个机遇与挑战并存的时代。我们想要在这变幻莫测的经济市场上求得一份立足之地,我们就要会融会贯通,以不变应万变,降低投入成本,

3、只有这样我们才能求得生存。人们的大脑正悄然经历着一场缓慢而深刻的变革,人们在希望与绝望之间徘徊,在生存或是毁灭中抉择。作为一个初出茅庐的学子,我们要学会适应这变幻莫测的社会。 在设计的过程中得到了学校和老师的大力支持和帮助,参考了有关材料、手册、资料,并且得到了众多同学的支持和帮助,在此一并表示衷心感谢。关键词:液压;机械设计;压力机;胶合板;结构;受力分析;目录1 引言12 胶合板冷压机机架简介23 冷压机机架设计方案的确定34 板的受力分析与其肋高度的确定34.1 压板的分析与计算3 4.1.1 横向肋的受力分析与校核4 4.1.2 纵向肋的受力分析74.2 上顶板的计算8 4.2.1 对

4、横向肋的受力分析与计算8 4.2.2 对纵向肋的受力分析114.3 下底板的计算11 4.3.1 横向肋的受力分析与校核12 4.3.2 纵向肋的分析165 立柱的选用和计算166 焊缝长度的计算18 6.1 立柱与上顶板、下底板连接处焊缝的计算18 6.2 边板、肋与各大板的连接处焊缝的分析197 总结与展望19 7.1 全文总结19 7.2 研究展望20参考文献21致 谢221 引言 中国经济的快速增长,成为促进胶合板市场需求的强劲牵引力;华北、华东以及长江中下游一带速生丰产林木材大量涌进市场,以及国外优质阔叶木材的不断补充,汇成中国胶合板工业不断发展的巨大原料提供源泉;充足的人力资源,也

5、是中国发展胶合板工业的成本核算与其他胶合板生产国相比占有优势的重要因素。近年来中国胶合板产品质量本身,也有了大幅提升,在国际市场上竞争力越来越强。中国不仅是胶合板出口大国,还是世界第一大胶合板生产国。 中国不仅是胶合板出口大国,还是世界第一大胶合板生产国。2007年中国胶合板产量更是达到4105万平方米,同比增长达到50.43%,2002-2007年间中国胶合板产量年均复合增长率(CAGR)达到29.3%。随着国内外对胶合板的需求量的不断增加,我国的胶合板生产在近期内,仍将保持一定的速度发展。 虽然中国胶合板发展迅速,但依然遭遇到欧盟以及其他一些进口国的反倾销申诉,所以中国的胶合板企业和行业组

6、织必须加强与进口商的沟通、加强企业自律、规范出口经营秩序。随着中国基础设施建设规模的扩大与中西部开发力度的加强,胶合板的市场潜力巨大。 胶合板是由原木旋切成单板或木方刨切成薄木,再用胶粘剂胶合而成的三层或三层以上的薄板材。通常用奇数层单板,并使相邻层单板的纤维方向互相垂直排列胶合而成。因此有三合、五合、七合等奇数层胶合板。 从结构上看,胶合板的最外层单板称为表板,正面的表板称为面板,它是用质量最好的单板材。反面的表板称为背板,用质量次之的单板材。而内层的单板材称为芯板或中板,用质量最差的单板材组成。 制造出来的胶合板,它有如下特点:一、胶合板既有天然木材的一切优点,如容重轻、强度高、纹理美观、

7、绝缘等,又可弥补天然木材自然产生的一些缺陷如节子、幅面小、变形、纵横力学差异性大等。二、胶合板生产能对原木的合理利用。因它没有锯屑,每2.2-2.5立方米原木可以生产1立方米胶合板,可代替约5立方米原木锯成板材使用,而每生产1立方米胶合板产品,还可产生剩余物1.2-1.5立方米,这是生产中密度纤维板和刨花板比较好的原料。 由于胶合板有变形小、幅面大、施工方便、不翘曲、横纹抗拉力学性能好等优点。故该产品主要用在家具制造、室内装修、住宅建筑用的各种板材。其次是造船、车箱制造、各种军工、轻工产品以及包装等工业部门之用。 随着胶合板不断的发展,胶合板机械设备也在跟随着发展,胶合板压力机在其中起到不可缺

8、少的角色,因为现在胶合板的市场需求变幻莫测,这就对胶合板压力机提出很高的要求,胶合板机械设备的要能适应胶合板的变换要求。胶合板压力机要降低成本,缩短生产周期。这就对压力机的设计制造提出很高的要求,谁能降低成本,谁就能掌握市场。 所以我们在设计胶合板压力机时,力求机构简单,成本低,强度高,重量轻等特点。在制造方面要求生产周期短,施工方便。胶合板冷压机机架简介冷压机机架示意图冷压机机架主要由四大件组成:上顶板,立柱,压板,下底板。下底板主要是起到承载的作用,承受来自压板的压力。压板主要作用是传递液压缸的压力,以使压力均布的传递到胶合板上。上顶板与立柱主要作用就是承受压板所受到的反向作用力,另外立柱

9、还起到支撑机构的作用。 在机架的组合上均采用焊接的形式,整机上的受压部分全部采用30MM厚的Q235板,焊缝的高度均为15mm以上。 (说明:本设计说明书的主要内容为胶合冷压机机架的设计与计算) 冷压机机架设计方案的确定 初步分析此胶合板冷压机机架,可知此机架可用铸造也可用焊接构建,下面我们来分析对此机构应当选用哪种方式更适宜:铸造是将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型中,待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。铸造最适合制造形状复杂特别是具有复杂内腔的毛坯或零件的成型,并具适用于大批量的生产,铸件内部组织疏松,晶粒粗大,易出现缩孔,缩松,气孔及砂眼等缺陷,力学性能较低,质量不稳定,铸造工作

10、环境较差,劳动强度大。焊接是一种借助加热有时还用加压,使两个以上的金属件在联接处形成原子或分子间的结合而构成的联接。焊接结构强度和刚度高,结构重量轻,密封性好,成本低,生产周期短,可靠性好,而且施工简便。 对以上两点的比较,我们可知我们要做的是一个200T的压力机,如果我们选用铸造可能成本会很高,因为我们要制做铸型等工作,而且周期长,而如果我们选用焊接,在强度刚度上都满足要求,而且结构重量轻,密封性好,成本低,生产周期短,可靠性好,而且施工简便。即可知,我们应当选用焊接形式。 在设计中采用了两大液压缸共同作用的形式,避免了载荷集中,同时也增加了压力的吨位,扩大了该机工作压力范围。在材料上,我们

11、选用普通碳素结构钢Q235,因为Q235有很好得焊接性能。 强度上:为了增加机体强度,整机上的受压部分全部采用30MM厚的Q235板,其焊接方式采用多层多道焊接,焊缝高度不小于15MM,我们采用这样的方法可使得结构强度高,且结构也较简单。 重量上:由于框架上包括上下板,压板,都是用钢板焊接而成,而立柱则采用槽钢与钢板焊接而成,从而中间是空心的,这样大减少了机身的重量,与同种规格铸造而成的相比,其重量大大减轻。 故结论:应当选用Q235钢板组焊结构。板的受力分析与其肋高度的确定4.1压板的分析与计算 压板在工作时受到的压力为均布载荷,而且受力的特点为受力面广,载荷大。工作中在载荷的作用下容易发生

12、变形。 因为压板的面比较广,所以为了防止压板在压的过程发生形变而在压板上加上相互垂直的肋以加强压板的刚度,我们对压板上肋采用的分布形式如下图所示:压板的俯视图 下面我们对压板进行受力分析,并且确定肋的高度。由图上可知,压板上的肋主要由横向与纵向两个方向组成,我们可以分别对压板进行横向与纵向两个方向进行强度的校核:4.1.1 横向肋的受力分析与校核 在分析压板上横向肋的受力时,为了更形象我们可以对上面的压板拟分为四个横向单元,即可近似看作四个“T”形杆受到均布载荷,如下图所示:“T”单元立体图由以上分析,因为总的压力为F总200T,那么每个单元下表面要承受的压力为F200T/450T5105N的

13、载荷。其受力情况及其弯矩图如下图所示:受力图与弯矩图“T”单元的截面尺寸图我们拟用经验值肋的高度X200mm,现在我们来校核其值是否可以达到强度的要求并且符合经济性的要求。“T”形单元上所受的力为:FN则在力作用下的力矩为:MF*L144500N?m为了求“T”形截面关于其中性轴的惯性矩,我先对上面所述的“T”形截面求其形心为:因为“T”形截面关于y轴是对称的,所以在x轴方向上的形心一定上y轴上,没必要再计算。我们所要计算的是图中的Y值。Y 59.2 60mm则我们可知“T”截面上的形心到下底面的距离为60mm.下面来计算“T”形截面对其形心轴X1的惯性矩计算“T”形截面的惯性矩可分为两个矩形

14、截面来计算:对第一个矩形截面,我们利用惯性矩的平行移轴公式:可得: 8640000+19440000 28080000mm4对第二个矩形截面: 20000000+29400000 49400000 mm4则最后总的“T”形截面对其形心轴X1的惯性矩为: 28080000+49400000 77480000 mm4 7.74810-5m4在此处我们只是校核下表面的受拉强度,由图中我们可知离中性轴最远处的值60mm6010-3m则“T”形单元的截面抗弯系数为:W1.310-3m3根据弯曲的强度条件公式:可得查表得158可知经过计算校核,可知符合强度的要求。结论:压板的横向肋选用高度为280mm的肋

15、,而且肋的分布如上图所示。4.1.2纵向肋的受力分析对纵向的肋我们可知他在单位上受到的力相对横向肋来说要小得多,我们为了使得结构在整体上的一致性和协调性,我们就选用高度一样的肋,其实我们要是选用不一样高的肋,我们也省不出多少的材料,我们选用一样高的肋反而给客户一个很踏实的感觉。4.2 上顶板的计算 上顶板的受力特点为受力大,而且受力点单一,很可能造成局部受力过大。而且还要在上顶板上设计孔安装液压缸,所以会造成上顶板横截面的突变,因而会造成应力集中的特点。基于以上的考虑,我们适当的增加肋的高度和减小上顶板的整体尺寸,以保证上顶板具的足够的强度与刚度。上顶板我们选用的肋的分布如下图所示:上顶板俯视

16、图 下面我们对上顶板进行受力分析,并且确定肋的高度。对上顶板我们分为横向与纵向两个部分来分析与计算。4.2.1对横向肋的受力分析与计算对上面的压板拟分为三个横向单元,即可近似看作三个“T”形杆受到外力的作用,如下图所示:“T”形单元立体图 下面我们再对其进行受力分析,总的压力为F总200T,那么每个单元要承受的压力为F200T/366.7T6.67105N的载荷。因为有两上液压缸共同作用,两个作用点每个作用点的力为F1333000N,其受力情况及其弯矩图如下图所示:受力图与弯矩图为了保证上顶板的刚度与强度,我们选用肋的高度为300MM。那么“T”形受力单元的截面图如下所示:“T”形截面图求截面

17、的形心:因为“T”形截面关于y轴是对称的,所以在x轴方向上的形心一定上y轴上,没必要再计算。我们所要计算的是图中的Y方向上的值。Y 237MM如上图所示形心到下边缘的距离为237mm,所以离中性轴最远处的距离也为:237mm。则可知:计算“T”形截面对其形心轴X1的惯性矩利用惯性矩的平行移轴公式:对“T”形截面我们分两个矩形截面来计算:第一个矩形截面的惯性矩为: 67500000+68121000 135621000第二个矩形截面的惯性矩为: 749250+60779160 61528410则“T”形截面的惯性矩为两个矩形截面惯性矩之和: 根据抗弯截面系数公式:W可知“T”形单元的抗弯截面系数

18、为:W21.510-4m3根据弯曲的强度条件公式: 13366.5104Pa 133.7MPa查表得158可知经过计算校核,可知符合强度的要求。结论:横向肋我们选用高度为300mm的肋,而且肋的分布如上图所示。4.2.2 对纵向肋的受力分析 对底板上的纵向肋,我们可知它所受的单位面积上的力明显比横向肋小得多,我们选用一样高度的肋,所以他在强度上是绝对符合要求的。我们不用再对纵向肋进行校核。 由于在上顶板上还要安装液压缸,在保证强度得条件下,为了让以后液压缸安装和维修的方便我们在纵向肋的分布上作稍微的调整最后的尺寸如下图所示:上顶板肋分布图4.3 下底板的计算 压板在工作时受到的压力为均布载荷,

19、而且受力的特点为受力面广,载荷大。工作中在载荷的作用下容易发生变形。 为防止工作中下底板的变形,我们在下底板上加上相互垂直的肋,则下底板的尺寸及其肋的分布如下图所示:下底板仰视图 下面我们对其进行受力分析,并且确定肋的高度。由图上可知,压板上的肋主要由横向与纵向两个方向组成,我们可以分别对压板进行横向与纵向两个方向进行强度的校核:4.3.1 横向肋的受力分析与校核可以对上面的压板拟分为四个横向单元,即可近似看作四个“T”形杆上表面受到均布载荷,如下图所示:“T”形单元示意图其受力如下图所示:受力分布图其截面图如下图:截面图对于图中的X,我们选用经验值X280mm,现在我们来校核其值是否可以达到

20、强度的要求并且符合经济性的要求。其受力分析可简化如下图所示:受力图与弯矩图求力矩:对其进行求导:可推导而得x,因而可知弯矩最大发生在杆的中间。则最大力矩:所以最大弯矩为:为了求“T”形截面关于其中性轴的惯性矩,我先对上面所述的“T”形截面求其形心,因为“T”形截面关于y轴是对称的,所以在x轴方向上的形心一定上y轴上,没必要再计算。我们所要计算的是图中的Y值。Y 224mm则形心到下边缘的距离为224mm.计算“T”形截面对形心的惯性矩计算“T”形截面的惯性矩可分为两个矩形截面来计算:对第一个矩形截面,我们利用惯性矩的平行移轴公式:可得: 54880000+59270400 114150400m

21、m3对第二个截面: 742500+49905900 50648400mm3则“T”形截面关于其形心的惯性矩为: 114150400+50648400 164798800mm3如上图所示形心到下边缘的距离为224mm,所以离中性轴最远处的距离也为224mm。则根据抗弯截面系数公式:W可知“T”形单元的抗弯截面系数为:W11.3510-4m3根据弯曲的强度条件公式: 14255.5104Pa 142.5MPa查表得158可知经过计算校核,可知符合强度的要求。结论:我们选用高度为200mm的肋,而且肋的分布如上图所示。4.3.2 纵向肋的分析对底板上的纵向肋,我们可知它所受的单位面积上的力明显比横向

22、肋小得多,我们选用一样高度的肋,所以他在强度上是绝对符合要求的。我们不用再对纵向肋进行校核。立柱的选用和计算 压力机工作时立柱只受到轴向拉伸力的作用,所以我们要针对立柱的拉应力来选择立柱的型号大小。 在200T的拉力下有四根立柱共同承担,则每根立柱所受的拉力为:F200T/450T500000N 由机械设计表4.2查得母体金属的许用拉应力200MPa。则所需要的槽钢截面面积为: 由槽钢标准GB/T707-1988查得,采用型号为16的槽钢,其具体尺寸规格如下图所示:尺寸/ |h: 160 mm尺寸/ |b: 65 mm尺寸/ |d: 8.5 mm尺寸/ |t: 10.0 mm尺寸/ |r: 1

23、0.0 mm尺寸/ |r1: 5.0 mm截面面积: 25.162cm2 最后,我们为了机构在整体上的刚度上的增强,同时也是考虑到现在钢材市场上的材料的缩水问题,因为钢材往往不能达到手册上的力学性能。我们在槽钢上再补加一盖板形成“回”字形截面,使得它能同时承受拉力,减少槽钢的受力。其截面如下图所示: 因为我们是根据立柱所受的力来选择槽钢的型号,所以没必要再对立柱的强度进行校核。焊缝长度的计算6.1 立柱与上顶板、下底板连接处焊缝的计算为了机架的紧凑性与协调性,我们采用填角焊缝中平行于载荷方向的侧焊缝,焊接的焊缝如下图所示:查手册(槽钢标准GB/T707-1988),采用Q235轧制钢材。并且我

24、们采用E系列焊条手工焊接使得立柱与各大板上焊接。由机械设计表4.4查得填角焊缝的许用切应力160MPa。我们可以根据侧焊缝的强度条件,总拉力为F总200T,则每根立柱所承受的拉力为:F200/450T500000N可得取,因为每个立柱端有两条焊缝,则焊缝的长度为L530/2265mm。根据焊缝长度的要求:L50k。因为26550301500所以焊缝长度为265符合焊接的规格,我们选用L265mm。6.2 边板、肋与各大板的连接处焊缝的分析因为此类焊缝几乎均为正交连接,所以我们采用正交中的双面填角焊接的方式,而且焊缝的长度与板板接触的长度相等。总结与展望7.1 全文总结 经过努力,胶合板冷压机的

25、设计宣告完成,在整个过程中我们对冷压机的设计力求符合质量、强度、经济性的要求。随着胶合板市场的不断发展,胶合板市场形成了一个属于自己的体制,要想在胶合板市场上有立足之地,就要不断发挥创造性,谁能降低成本就能主宰市场。 在此设计部分中,只是包含胶合板冷压机的机架设计部分,而液压系统部分由另外一位同学来完成,我们在设计的过程中,互相沟通共同协商共同努力,为了能设计出一台好的机器而努力。我的工作任务主要分为三大项内容:计算各大受力板的强度并选材,计算各立柱并选材,计算机构在连接时的焊缝的分布与长度。并且要设计计算完成后,完成图纸的各项工作。 在对机架的设计中,机架选用焊接的形式连接,在强度刚度上都满

26、足要求,而且结构重量轻,密封性好,成本低,生产周期短,可靠性好,而且施工简便。在强度上为了增加机体强度,整机上的受压部分全部采用30MM厚的Q235板,其焊接方式采用多层多道焊接,焊缝高度不小于20MM,我们采用这样的方法可使得结构强度高,且结构也较简单。在重量上由于框架上包括上下板,压板,都是用钢板焊接而成,而立柱则采用槽钢与钢板焊接而成,从而中间是空心的,这样大减少了机身的重量,与同种规格铸造而成的相比,其重量大大减轻。在经济上,因为机构简化了,成本也就大大的降低。这样能在市场上得以生存。 在设计的过程中,我们主要目标就是在符合要求的条件下去简化机构以至使成本降低。在设计计算的过程中主要工

27、作为计算各项压力与拉力以便能决定各项机构的尺寸,使得整个机构达到一个最简化的效果。展望 我国胶合板市场近年发展热头迅猛,年产量已达到800万立方米左右,生产厂家已在2000家以上; 在产品结构上已从根本上改变了过去以桦、杨木、杉木为主的低档产品充斥市场的局面,形成了高、中、低结合的较合理的结构模式;市场需求量逐年递增,已达到年需1000万立方米左右,消费金额约300亿元。 我国合板市场的发展势头,已逐步影响、牵动了国际市场的行情升降。首先,国内不少合板企业,已经感觉到加入WTO后的挑战形势, 开始寻求国外生产较为高档的胶合板途径,例如与印尼等合板生产厣合作办厂,并且从东南亚、非洲等国际市场大量

28、购买生产合板的原木,中国生产的胶合板不仅供应国内被认为是物美价廉,其优势已被日本合板市场看好,对日出口量正稳步增加。国际合板界有舆论说,中国合板的发展对国际市场已产生了影响力。 而现在在国外,胶合板行情也在不断的增长。俄罗斯RBC市场调查网进行的俄罗斯木材原料市场:新的现实和前景研究表明,6年内俄国内胶合板需求增长了2.2倍以上。俄罗斯胶合板工业发展的基本方向是:生产的现代化和增加生产力、采用新型技术和重新定位于高质量的产品。据俄罗斯联邦国家统计局和俄罗斯联邦海关署统计,2007年俄胶合板产量增长了7.7%,据俄罗斯RBC市场调查网估计,2008年俄胶合板产量将增长11%,国内需求量将增长14

29、%。尽管增长速度放缓,但在中期前景中,增长的趋势还将继续。 随着我国经济的高速发展,胶合板市场也在不断的发展。中国经济的快速增长,成为促进胶合板市场需求的强劲牵引力;华北、华东以及长江中下游一带速生丰产林木材大量涌进市场,以及国外优质阔叶木材的不断补充,汇成中国胶合板工业不断发展的巨大原料提供源泉;充足的人力资源,也是中国发展胶合板工业的成本核算与其他胶合板生产国相比占有优势的重要因素。近年来中国胶合板产品质量本身,也有了大幅提升,在国际市场上竞争力越来越强。中国不仅是胶合板出口大国,还是世界第一大胶合板生产国。2007年中国胶合板产量更是达到4105万平方米,同比增长达到50.43%,200

30、2-2007年间中国胶合板产量年均复合增长率(CAGR)达到29.3%。随着国内外对胶合板的需求量的不断增加,我国的胶合板生产在近期内,仍将保持一定的速度发展。 随着中国基础设施建设规模的扩大与中西部开发力度的加强,胶合板的市场潜力巨大。参考文献1徐灏 主编 新编机械设计手册 机械工业出版社 19952唐金松 主编 简明机械设计手册 上海科学技术出版社 19923刘鸿文 主编 材料力学 第四版 高等教育出版社 20044杨明忠 朱家诚 主编 机械设计 武汉理工大学出版社 20015杨东拜 主编机械工程标准手册 中国标准出版社 20036机械工业部编液压元件产品样本 机械工业出版社 19857上

31、海煤矿机械研究所编 液压传动设计手册 上海人民出版社 19768于永泗 齐民 主编 机械工程材料 大连理工大学出版社 20069陈奎生 主编 液压与气压传动 武汉理工大学出版社 200110严霖元 主编 机械制造基础 中国农业出版社 200411机械设计手册软件版V3.0致谢 经过了一个多月的努力,我终于完成了胶合板冷压机的设计。从开始接到论文题目到图纸的初步构想,再到论文文章的完成,每走一步对我来说都是一种尝试与挑战,这也是我在大学期间最具挑战性的项目。在设计的过程中得到了龚水泉老师的大力支持和帮助,在此我要向他致以由衷的敬意和感谢! 虽然设计的时间不长,但每天认真的画图,计算,却是倾注了心血在其中的。通过这几天的设计,明白了工业设计需要严谨而又具有创造性的思维,需要一双手勤奋的双手。要想真正掌握机械设计却也并非易事,虽然很难,但是在学校老师的指引下,我走出了第一步,我要谢谢他们。感谢所有我在大学生活学习过程中给予过我帮助的人!谢谢你们! 谢谢龚老师!附件图纸总装图机架上顶板下底板压板压板横向肋合计20张图纸