欢迎访问CN论文网,主要提供代写硕士论文服务,以及了解代写硕士论文多少钱。网站地图

硕博执笔写作,后期辅助答辩

与国内800多家优秀期刊社合作

论文写作发表咨询热线18930620780
您当前的位置:CN论文网 > 工程硕士论文工程硕士论文

立式与卧式甘蔗刀开刃磨削装置设计研究

发布时间:2019-07-11
  摘要
  
  我国是甘蔗种植大国,但由于其收获机械技术落后,通常都是依靠人工利用甘蔗刀进行收割,甘蔗刀在使用前都需要进行开刃工序,一般需要人工通过磨削机床进行开刃,工作量大、效率低、负荷大,不能满足大规模生产要求。
  
  本文在研究国内刀具磨削机械的基础上,提出了两种甘蔗刀磨削装置开刃方案,设计了立式甘蔗刀开刃磨削装置与卧式甘蔗刀开刃磨削装置,能够实现甘蔗刀的多工位磨削,自动夹紧,磨刀磨损量的手动补偿等功能,可以满足甘蔗刀开刃磨削生产的市场需求,提高了甘蔗刀开刃效率和加工精度,降低了甘蔗刀的生产成本。本文主要研究内容包括:

立式与卧式甘蔗刀开刃磨削装置设计研究
  
  (1)针对目前甘蔗刀具磨削效率低、磨削装置缺乏的现状,设计了双面磨削的立式甘蔗刀开刃磨削装置,用 Solidworks 对磨削装置、刀架和进给装置进行了三维设计。根据其工作原理和结构组成,设计了磨削装置、刀架和进给装置,确定了装置主要技术参数。
  
  (2)在立式甘蔗刀开刃磨削装置的基础上,创新设计了具有自动旋转、多工位自动切换、独立磨削功能的卧式甘蔗刀开刃磨削装置,确定了其主要技术参数,选择设计了电动机、皮带、磨刀等。
  
  (3)为了验证设计的可靠性、安全性,以理论分析计算为基础,通过计算机软件辅助设计,对刀架导轨、刀槽、压爪、带轮轴等关键工作部件,利用有限元的方法进行了设计及动力学分析。对立式甘蔗刀开刃磨削装置的刀架导轨和刀槽进行了有限元分析,在施加 250N 垂直载荷下,刀架导轨的最小位移为0.001mm,最大位移为 0.0053mm,符合设计要求。
  
  (4)通过 Solidworks 软件对关键工作部件做静力学分析、疲劳分析和模态分析,为磨削装置的合理化设计和以后的改进优化提供了理论依据。
  
  通过随机取样的方式,分别对立式甘蔗刀开刃磨削装置和卧式甘蔗刀开刃磨削装置进行了生产测试,试验结果表明,两种甘蔗刀开刃磨削尺寸符合技术要求,表面平整光滑,开刃锋利且无糊刃。各项性能指标符合行业标准。在工作过程中,装备运行稳定、可靠,机械传动和液压控制系统均无故障现象。
  
  关键词:  甘蔗刀;开刃;磨削机床;有限元分析。
  
  ABSTRACT
  
  China is a large sugarcane planting country, but due to its backward harvesting machinery technology, usually rely on manual use of sugarcane knife for harvesting,sugarcane knife before use need to carry out cutting process, generally need to manually through the grinding machine tool for cutting, large workload, low efficiency, strong load, can not meet the requirements of large-scale production.In this paper, based on the research of domestic tool grinding machine, puts forward two kinds of sugarcane knife grinding device package edge, designed the vertical sugarcane knife grinding device and the horizontal edge sugarcane knife edge grinding machine tool, can realize the transfer of sugarcane cutter grinding, automatic clamping, sharpen the wear amount of manual compensation, and other functions, can satisfy the market demand of sugarcane knife edge grinding production, improves the efficiency of sugarcane knife edge and the machining accuracy, reduces the production cost of cane knives.The main research contents of this paper include:
  
  (1) Aiming at the current situation of low grinding efficiency of sugarcane cutter and the lack of grinding devices, a vertical sugarcane cutter cutting edge grinding device for double-sided grinding was designed. Solidworks was used to carry out three-dimensional design of the grinding device, tool holder and feeding device. According to its working principle and structure composition, the grinding device, tool holder and feeding device are designed, and the main technical parameters of the device are determined.
  
  (2) On the basis of the vertical sugarcane cutter cutting edge grinding device, a horizontal sugarcane cutter cutting edge grinding device with automatic rotation,multi-station automatic switching and independent grinding function was innovated and designed. The main technical parameters were determined and the motor, belt and knife were selected and designed.
  
  (3) In order to verify the reliability and safety of the design, based on theoretical analysis and calculation, and aided by computer software design, the design and dynamic analysis of key working parts such as guide rail, cutter groove, pressure claw and wheel shaft of the tool holder were carried out by means of finite element method.Finite element analysis was carried out on the guide rail and groove of the tool holder of the vertical sugarcane cutter cutting edge grinding device. Under the vertical load of 250N, the minimum displacement of the guide rail of the tool holder was 0.001mm and the maximum displacement was 0.0053mm, which met the design requirements.
  
  (4) Static analysis, fatigue analysis and modal analysis of key working parts are carried out with Solidworks software, providing theoretical basis for rational designof grinding device and subsequent improvement and optimization. By means of random sampling, the production test of vertical and horizontal sugarcane cutter cutting edge grinding device was carried out, and the test results show that the two kinds of sugarcane cutter cutting edge grinding size met the technical requirements, with smooth surface, sharp cutting edge and no pasting edge.
  
  the performance indicators meet the industry standards.In the working process, the equipment operates stably and reliably, and the mechanical transmission and hydraulic control are trouble-free.
  
  Keywords:   sugarcane knife; calamity; grinding machine; finite element analysis。
  
  第一章 绪论
 
  
  1.1 论文研究背景与意义。

  
  我国是制糖大国,甘蔗作为制糖的主要原料之一,在我国的种植面积也越来越广。据统计,我国甘蔗种植面积在世界中排名第二,甘蔗产地主要集中在广东、云南等省份,全国甘蔗种植面积大约 230 万公顷[1]。在国外也有大面积种植甘蔗的国家,尤其是巴西、印度、古巴等地。甘蔗刀作为传统的农用工具,在国内外甘蔗收获作业中依然是必不可少的工具[2]。河北省滦南县是闻名中外的钢锹之乡,有钢锹及五金工具制造企业 200 余家,涉及轧片、制锹、甘蔗刀生产、镐锄加工、小农具以及与之配套的木把厂、抛光厂等,年产钢锹及其他五金工具 2 亿把(件),共 14 大类 1000 余种品牌,产品占国内市场的 80%,占国外市场份额的 90%,年销售收入 30 亿元,其中甘蔗刀年产量达到 2500 万把,占国内市场的 50%以上,国外市场的 40%以上。
  
  滦南县丰田五金农具制造有限公司是一家专业生产甘蔗刀、锄头等小型农工具的国家高新技术企业,近年来该公司生产的甘蔗刀在亚洲、欧洲、非洲等国内外市场赢得了用户的广泛欢迎。在甘蔗刀制造过程中,甘蔗刀磨刃作业是甘蔗刀生产的重要环节[3],先进适用的甘蔗刀磨刃装备是提高其产品质量和生产效率的关键要素[4-6]。然而,公司现有甘蔗刀磨削装备存在用工量大、操作繁琐、作业环境差、磨削质量低、效率低等问题,如何改变传统磨削方式,对实现刃口磨削的自动化和刀具的大规模生产具有重要的意义。
  
  1.2 当前国内外研究现状。
  
  1.2.1 国外研究现状。

  
  国外刀剪制造厂家普遍采用刀剪磨床、双面磨刀机、双圆台磨床、砂带机、自动研磨机、数控抛磨机等先进设备进行刃口磨削加工[7-9],包括专门加工甘蔗刀的甘蔗刀开刃磨削机床等设备,均是机械化半自动或自动操作,因此生产出的甘蔗刀刃口质量好。
  
  德国的 Michael Deckel 精密机械制造公司,是专门研发工具磨床的制造商。经过了五十多年的发展,研发出多种开刃磨削机械,从结构简单,功能单一的磨刃机床逐渐拥有成熟科技的数控开刃机床。瑞士的EWAG公司开发的LIHEAR数控刀具磨床,如图 1-1 所示,另一款型号为 COMPACT LIHE 数控刀片磨床,如图 1-2 所示,是目前国外比较先进的刀具加工机床。
  
  
  
  1.2.2 国内研究现状。
  
  国外开刃磨削机床发展时间较早、规模较大,经过几十年的发展和不断创新,己形成系列化产品,他们生产的刀具磨削装置不仅品种齐全,而且加工精度和自动化水平比较高,实现了刀具开刃磨削自动化作业[10]。然而,由于售价偏高,不适合我国国情,没有得到大面积推广应用。
  
  目前我国的刀具开刃磨削工艺发展现状却比一些国家低一些,比如日本、瑞士、英国等。在走进新时代的今天,人们面临着许多机遇和挑战。用比较低的成本来获得较高的产品质量是工业上人们所追求的目标,也是较大的挑战,面对这一挑战,要想走得更远,在世界大市场的激烈竞争中求生存、求发展,关键在于找出自身不足,狠抓技术创新、树立品牌形象。我国的开刃磨削机械发展滞后,达不到全球先进水平,适合于农用刀具开刃磨削的磨削机床更是少之又少,手工开刃磨削已远远落后于国际水平,需要设计符合我国发展现状,适用于中小型企业,并能提高开刃磨削精度,提高生产率,解放劳动力的开刃磨削装置[16-18]。
  
  国内有些刀具制造商在生产线上引进了我国自主研发的刀具磨床、皮带机等设备。目前使用的国产刀具磨床主要有 LSM7230A 立式磨床、DJSM25A 磨齿磨床和 DJBM110R 圆弧磨床,DJSM25A 磨齿磨床结构如图 1-3 所示;DJBM110R圆弧磨床结构如图 1-4 所示。
  
  
  
  刀具磨削加工的另一种设备是开刃机,即刃口成形磨削设备。我国刃口磨削制造商代表有浙江中星机械科技有限公司生产的 KBS20A 甘蔗刀开刃机,其结构如图 1-5 所示;KSZ300A 刀具开刃机,其结构如图 1-6 所示。KBS20A 开刃机适用于所有的双面开口刀具的开刃[11-12],不仅使用简便,还具有磨刀磨耗补偿的功能,适用于高品质的刀具的开刃需要。这些开刃磨削机械精度较高,刀具质量较好,但仅适用于刃口复杂的刀具开刃磨削,不适用于大批量生产的农用刀具的开刃磨削,而且单把磨削,效率较低。而 KZ300A 刀具开刃机是为了适应刀、剪特殊形状刃口(如齿形、波浪形、弧形等特形面)的磨削要求而设计的,广泛用于美容理发用剪、食品机械刀片、五金工具等产品的各种形面刃口的磨削,磨刀修正精度高、操作简便[13]。
  
  
 
  
  【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】
  
  1.3 刀刃磨削装置发展趋势
  
  1.4 存在问题及改进方案

  1.4.1 刀刃磨削工艺特性及设计要求
  1.4.2 现有装置存在的问题
  1.4.3 改进方案
  
  1.5 主要研究内容
  
  1.6 本章小结
  
  第二章 立式甘蔗刀开刃磨削装置设计及仿真
  
  2.1 总体结构的设计

  2.1.1 立式甘蔗刀开刃磨削装置的主要部件
  2.1.2 立式甘蔗刀开刃磨削装置的工作原理
  2.1.3 总体设计思路
  2.1.4 总体结构的分析
  2.1.5 总体结构的确定
  
  2.2 立式甘蔗刀开刃磨削装置主要部件的设计
  2.2.1 磨削装置基本参数
  2.2.2 磨刀种类的选取
  2.2.3 电动机的选择
  2.2.4 磨刀轴的设计计算
  2.2.5 带轮的设计及校核计算
  2.2.6 轴承的选择
  
  2.3 立式甘蔗刀开刃磨削装置其它部件的设计
  2.3.1 刀架的设计
  2.3.2 磨刀架的设计
  2.3.3 进给装置的设计
  
  2.4 立式甘蔗刀开刃磨削装置关键部件有限元分析
  2.4.1 刀架导轨的静态分析
  2.4.2 刀槽的模态分析
  
  2.5 本章小结
  
  第三章 卧式甘蔗刀开刃磨削装置设计及仿真
  
  3.1 总体结构的设计

  3.1.1 磨削装置的设计
  3.1.2 磨削装置主体部分的设计
  
  3.2 主要零部件的设计与校核
  3.2.1 磨刀的选择
  3.2.2 电机的选择
  3.2.3 带传动的设计
  3.2.4 齿轮传动的设计
  3.2.5 气动传动的设计计算
  
  3.3 卧式甘蔗刀开刃磨削装置关键部件有限元分析
  3.3.1 压爪的静态分析
  3.3.2 带轮轴的静态分析
  3.3.3 带轮轴的模态分析
  3.3.4 带轮轴的疲劳分析
  
  3.4 方案对比
  
  3.5 本章小结

  
  第四章 甘蔗刀磨削装置的实现
  
  4.1 磨削装置的实现
  4.2 样机的测试
  4.3 本章小结

  第五章 结论

  我国是甘蔗刀的生产大国,不仅在国内使用,还大量地销往全世界各地,但是生产长久以来都是以廉价劳动力取胜,技术方面存在很大的局限性,尤其是甘蔗刀的刃口磨削技术。我国农用刀具的开刃磨削机械还是比较少,而且现有机床结构比较复杂,不适用于我国的中小企业。先进适用的甘蔗刀磨削装备是促进甘蔗刀产业发展的重要因素,本课题为解决甘蔗刀开刃磨削设备落后问题,对国内刀具磨削机械的发展历程和国外先进刀具开刃磨削设备特点的研究,找出国内刀具开刃磨削机械在发展中存在的问题。为解决相关问题和不足,分别设计了立式和卧式两种甘蔗刀开刃磨削机械,满足甘蔗刀开刃磨削作业的需求,提高磨削加工精度,降低甘蔗刀生产成本。

  主要内容与创新点如下:

  1.针对目前刀具磨削机械技术差、效率低的现状,设计了立式甘蔗刀开刃磨削装置,着重对磨削装置、刀架和进给装置进行了介绍,该装置结构紧凑,一次性对甘蔗刀进行双面磨削加工作业,缩短了生产加工周期、减少了劳动强度,解决了刀具磨削加工效率低、劳动强度大等问题。

  2.研究设计了具有自动旋转、多工位自动切换、独立磨削机架的甘蔗刀开刃磨削装置。该装置设计有多个工位,并且机床主体按加工逻辑自动旋转,实现对不同工位的切换;气动装置可以完成对工件的自动夹紧与松开,只需将毛坯件放入加工位置,经过多个工位的自动加工,即可完成一个加工周期,在一定程度上提高了刀具磨削机床的自动化水平。

  3.为了验证设计的可靠性、安全性,对刀架导轨、刀槽、压爪、带轮轴等关键工作部件,利用有限元的方法进行了分析计算,得到部件在理想工作情况下的受力和位移量情况,计算出带轮轴的使用寿命周期和在不同模数下的固有频率,为机床设计研究提供可靠的理论依据。

  立式甘蔗刀开刃磨削装置和卧式甘蔗刀开刃磨削装置的设计研究,在一定程度上提高了我国刀具磨削加工机械的生产效率、加工精度、自动化水平,对我国甘蔗刀生产企业的发展具有重大意义。在设备的自动化与智能化方面,由于受到客观条件限制,后续还需进一步研究,以提高设备智能化。

  参考文献

点击下载全文