金屬屑?jí)簤K機(jī)的設(shè)計(jì)研究

劉志剛，鄔海龍，謝榮譽(yù)，劉薇娜

（長(zhǎng)春理工大學(xué)，吉林省長(zhǎng)春市，130022）

金屬屑?jí)簤K機(jī)的設(shè)計(jì)研究

劉志剛，鄔海龍，謝榮譽(yù)，劉薇娜

（長(zhǎng)春理工大學(xué)，吉林省長(zhǎng)春市，130022）

工業(yè)化初期由于盲目擴(kuò)大生產(chǎn)，金屬鐵屑浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，而回收利用較少，廢金屬鐵屑對(duì)環(huán)境的污染與日劇增。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式由粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，市場(chǎng)對(duì)廢金屬鐵屑處理的設(shè)備需求將越來(lái)越大。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)廢金屬鐵屑的有效回收以及再利用，有效處理廢金屬鐵屑的壓塊機(jī)研究已引起了越來(lái)越多人的關(guān)注。本文是對(duì)壓塊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的壓塊機(jī)體積小，操作方便，不但滿(mǎn)足多種使用要求，而且大大提高了廢金屬鐵屑回收的效率。

廢金屬鐵屑；回收再利用；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

在機(jī)械加工制造中，各種金屬屑的產(chǎn)生不可避免。如何處理、回收金屬屑，尤其是銅、鋁材等貴金屬屑，成為一個(gè)必須考慮的問(wèn)題[1]。這些碎屑不好裝運(yùn)，量大不易操作，且碎屑攜帶的大量油液滲漏到地下和運(yùn)輸?shù)缆飞希斐森h(huán)境污染[2]。在我國(guó)很多液壓機(jī)都能實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的壓制生產(chǎn)，通過(guò)采用雙液壓缸的結(jié)構(gòu)來(lái)完成對(duì)鐵屑的壓塊和成型后圓餅鐵塊的推出。本文主要研究的內(nèi)容是對(duì)工業(yè)鐵屑進(jìn)行壓塊，從而便于運(yùn)輸和回收。本次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，使用方便，操縱靈活，工作安全可靠[3]。

1 金屬屑?jí)簤K機(jī)整體結(jié)構(gòu)與工作原理

壓塊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1，從整體上分析，它主要包括以下幾個(gè)部分。分別為收料及壓料工作臺(tái)、壓塊機(jī)構(gòu)和最后的推出結(jié)構(gòu)。通過(guò)上下料裝置將鐵屑運(yùn)至收料箱內(nèi)，使鐵屑進(jìn)入壓料箱后，上液壓機(jī)壓頭下壓，使鐵屑在壓料箱內(nèi)成型，直接冷壓成3～6公斤的圓柱或圓形餅塊。成型后，下液壓機(jī)壓頭回縮，使圓柱形鐵餅快掉入推塊槽內(nèi)，然后下液壓機(jī)壓頭伸長(zhǎng)，將圓柱形鐵塊推出去，隨后上液壓機(jī)壓頭回縮，完成整個(gè)工作流程。這就是一個(gè)工作流程，如此往復(fù)，不斷的對(duì)鐵屑進(jìn)行壓塊。在此過(guò)程中，下液壓缸壓頭除了用來(lái)推送鐵塊，還起到壓塊時(shí)的支撐板作用，便于鐵塊的成型。它的所有動(dòng)作都是由液壓缸來(lái)完成，是一套全液壓設(shè)備[4]。

圖1 鐵屑?jí)簤K機(jī)Fig.1 Scrap iron block making machine

2 收料箱及工作臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 鐵屑收料箱的設(shè)計(jì)

收料箱用于放置在鐵屑上下料裝置下方，用來(lái)將鐵屑收集到壓料箱內(nèi)，便于壓頭壓縮鐵屑。收料箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板焊接而成，可在表面噴涂靜電粉末，提高箱體的防腐與耐磨性。

收料箱通過(guò)三個(gè)螺釘固定在支架上，同時(shí)尺寸滿(mǎn)足不與壓料箱相沖突，保證讓鐵屑能夠滑入壓料箱內(nèi)。

2.2 壓料箱設(shè)計(jì)

壓料箱用于收集鐵屑，便于壓頭工作。相比于方形的形狀結(jié)構(gòu)，漏斗型壓料箱不會(huì)出現(xiàn)由于螺旋形鐵屑堆積在角落，減少人工。壓料箱通過(guò)四個(gè)螺釘與下方成型箱相配合。

2.3 成型箱和推塊箱設(shè)計(jì)

成型箱的內(nèi)徑尺寸應(yīng)與上液壓缸的壓頭尺寸相同，而推塊箱的內(nèi)壁尺寸應(yīng)與下液壓缸的壓頭尺寸相同。

為了方便對(duì)圓柱鐵塊最終的收集和運(yùn)輸，在推塊箱末端聯(lián)結(jié)一個(gè)簡(jiǎn)易導(dǎo)軌，在金屬鐵屑?jí)簤K完成后，由下液壓缸的推力，鐵塊將在導(dǎo)軌上依次移動(dòng)，使鐵塊集中到一處[5]，其實(shí)際物體如圖2。

圖2 導(dǎo)軌Fig.2 Guide

3 上液壓缸的安裝布局與設(shè)計(jì)

從功能和精度方面看，當(dāng)代液壓控制系統(tǒng)已達(dá)到很高的技術(shù)水平，基本可以適應(yīng)各種復(fù)雜的控制要求[6]。液壓傳動(dòng)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)適應(yīng)性好、操縱簡(jiǎn)便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)[7]。所以本文選用液壓裝置對(duì)壓塊機(jī)完成設(shè)計(jì)。

3.1 上液壓缸的安裝布局

由于液壓缸的壓頭是通過(guò)上下移動(dòng)來(lái)完成對(duì)鐵屑的壓縮成型，所以上液壓缸進(jìn)行豎直安放。在支架上層中間留一個(gè)圓柱形狀，來(lái)使液壓缸穿過(guò)并安裝在機(jī)架上，通過(guò)四個(gè)螺釘與機(jī)架箱配合。

液壓缸缸桶是通過(guò)焊接與液壓缸后端蓋聯(lián)結(jié)。液壓缸后端蓋頂部設(shè)置一個(gè)螺紋孔，用來(lái)與油管相配合。而液壓缸前端蓋為了能夠完成安裝，選擇與缸桶通過(guò)螺紋來(lái)聯(lián)結(jié)，螺紋聯(lián)結(jié)同時(shí)也能起到密封作用。前端蓋內(nèi)壁上也設(shè)置一個(gè)螺紋孔，來(lái)用于與油管的聯(lián)結(jié)。液壓缸頂部還需要安置一個(gè)密封蓋，內(nèi)部有防塵圈、密封圈等部件，來(lái)完成對(duì)液壓缸的密封措施。密封蓋通過(guò)四個(gè)螺釘與前端蓋相配和。

3.2 缸筒設(shè)計(jì)與計(jì)算

1）單活塞桿液壓缸缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算

F1——單活塞桿液壓缸實(shí)際推力

p——液壓缸工作壓力

p0——液壓缸回油被壓

mη——液壓缸機(jī)械效率

d——液壓缸活塞桿徑

即D=235m

經(jīng)圓整后取D為240mm

2）缸筒的材料 45 抗拉強(qiáng)度σp/MPa 700 伸長(zhǎng)率δ/% 4硬度HV210～220 屈服強(qiáng)度σs/MPa 600～650

3）技術(shù)要求

a）缸筒內(nèi)徑選H9配合，內(nèi)徑的表面粗糙度，Ra為0.4～0.2μm，需衍磨。

b）缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度公差選8級(jí)精度。

c）缸筒端部用螺紋連接，螺紋用6級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。

4）缸筒壁厚σ的計(jì)算

采用洪格爾公司THH型液壓缸，產(chǎn)品系列代號(hào)F

液壓缸的額定壓力Pn為25MPa

查42.4-58，缸筒壁厚σ為30

缸筒壁厚的驗(yàn)算

液壓缸的額定壓力Pn值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全

經(jīng)驗(yàn)算缸筒壁厚符合要求

5）支承環(huán)的選用

導(dǎo)向支承環(huán)由抗磨的填充聚四氟乙烯（PTFE）材料制成。常與同軸密封圈，Y型密封圈等組合使用，在液壓缸活塞和活塞桿動(dòng)密封裝置中起導(dǎo)向和支撐作用，導(dǎo)向支承環(huán)具有精確的導(dǎo)向作用，可吸收隨時(shí)產(chǎn)生的徑向力，承載能力大，摩擦阻力小，耐磨性號(hào)，能抑制機(jī)械振動(dòng)，避免液壓缸內(nèi)滑動(dòng)部件的金屬接觸。使用溫度為-55～225℃，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度≤3m/s，工作介質(zhì)為液壓油、水等。活塞用支承環(huán)GB/15242.3-1994規(guī)格0800c，D=210，D1=225，b =10，δ=2.5 z=3，如圖3。

圖3 活塞用支撐環(huán)Fig.3 Support ring

4 下液壓缸的安裝布局與設(shè)計(jì)

4.1 下液壓缸的安裝

下液壓缸頂端蓋通過(guò)兩個(gè)螺釘與機(jī)架下層相配合。下液壓缸后半部分通過(guò)一個(gè)支架來(lái)完成支撐作用。

4.2 缸筒設(shè)計(jì)及其計(jì)算

1）單活塞桿液壓缸缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算

即D=157m，經(jīng)圓整后取D為160mm

2）缸筒的材料 45 抗拉強(qiáng)度σp/MPa 700 伸長(zhǎng)率δ/% 4硬度HV 210～220 屈服強(qiáng)度σs/MPa 600～650

3）技術(shù)要求

a）缸筒內(nèi)徑選H9配合，內(nèi)徑的表面粗糙度，Ra為0.4～0.2μm，需衍磨。

b）缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度公差選8級(jí)精度。

c）缸筒端部用螺紋連接，螺紋用6級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。

4）缸筒壁厚σ的計(jì)算

采用洪格爾公司THH型液壓缸，產(chǎn)品系列代號(hào)F

液壓缸的額定壓力Pn為25MPa

缸筒內(nèi)徑D為160

缸筒壁厚σ為20

液壓系統(tǒng)是大截面壓塊機(jī)完成壓塊作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本部分設(shè)計(jì)的合理與否，將直接影響到屑?jí)K的質(zhì)量，能量的消耗和生產(chǎn)率，甚至?xí)绊懙綁簤K機(jī)工作的安全性[8]。為保證設(shè)備的安全，所有液壓缸的回位都應(yīng)有行程開(kāi)關(guān)作為位置指示[9]。

5 總結(jié)

本次設(shè)計(jì)的鐵屑?jí)簤K機(jī)體積小，操作方便，不僅滿(mǎn)足使用要求，而且大大提高了廢金屬回收的效率。將回收的金屬屑、碎片經(jīng)過(guò)一是的壓縮，密度較高，便于運(yùn)輸，可提高運(yùn)輸效率，降低一定的運(yùn)輸費(fèi)用[10]。該鐵屑?jí)簤K機(jī)能將粉粒狀的鑄鐵屑直接冷壓成3～6公斤的圓柱或圓形餅塊，以便于運(yùn)輸、投爐、整個(gè)過(guò)程不需加溫、加添加劑，或其他工藝，直接從金加工下來(lái)的鐵屑就能壓制成餅。鑄鐵屑?jí)褐坪竺芏瓤蛇_(dá)3以上，鑄造時(shí)按20%的比例混合至生鐵中投爐，就能產(chǎn)出合格鑄件。大大降低了成本費(fèi)用。

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The Design of Metal Scrap Briquetting Machine

LIU Zhi-gang, WU Hai-long, XIE Rong-yu, LIU Wei-na
(Chang Chun University Of Science And Technology, 130022)

Due to the blind expansion of production in the early stage of industrialization, Metal scrap iron waste phenomenon is serious with less recycling, Scrap metal scrap iron pollution to the environment to swell. Along with our country economic growth mode from extensive to intensive changes and people to the growth of awareness of environmental protection, Demand for scrap metal scrap processing equipment will be bigger and bigger. In order to achieve the effective recycling of scrap metal scrap iron, To deal effectively with scrap metal scrap iron block making machine research has caused many people's interests. This article is about the structure of block making machine design, The design of the block making machine is small in size, and it is easy to operate.Not only have various application requirements, and greatly improve the efficiency of scrap metal scrap recycling.

Scrap metal scrap iron ; Recycling ; The structure design

劉志剛，鄔海龍，謝榮譽(yù)，等.金屬屑?jí)簤K機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（11）：53-57.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.006

: LIU Zhi-gang, WU Hai-long, XIE Rong-yu, et al. The Design of Metal Scrap Briquetting Machine[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 53-57.

吉林省教育廳科研課題

劉志剛，男，長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院高工，機(jī)械制造及其自動(dòng)化；鄔海龍，男，長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科生，機(jī)械制造及其自動(dòng)化；謝榮譽(yù)，男，長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)械工程碩士研究生，精密、超精密加工、檢測(cè)及裝備；劉薇娜（1956-），女，博士，教授，研究方向?yàn)榫艹芗庸ぜ夹g(shù)、激光加工技術(shù)等