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11前言1.1课题来源山西日报一则名为《山西建资源集约型农村经济》的讯息报道，该省是能源重化工基地，充足的能源有力支撑了整个国民经济的快速发展。但在能源生产和消费中也存在不少问题，特别在农村更为突出。表现为煤炭生产、利用、消费方式落后，技术水平低，设备陈旧，资源浪费严重；富煤区生产、生活能耗高、浪费大，引发环境污染；缺煤山区过度开发利用薪柴，树木、植被和生态环境破坏严重，加剧了水土流失；缺煤平川区过量消费农作物秸秆，影响了秸秆还田，土壤有机质下降；以煤、石油、天然气等为原料生产的化肥、农药、塑料薄膜等农业生产资料的不科学使用或过量使用，也间接浪费了大量能源。这种建立在能源大量消耗和浪费基础之上、以粗放经营为特征的农村经济，远远不能适应新形势发展的需要。因此，必须加强全社会特别是农村的能源消费管理，搞好节能工作，提高能源利用率，建立资源集约型农村经济。煤炭是该省城镇、农村工业生产和生活能源的主体，在民用能源消费中占80％以上。长期以来，由于燃烧方式落后，至今许多城镇、乡村仍采用散烧原煤，热能利用率低，能源浪费过多，而且造成环境污染，被称为“煤老虎”。改变这种状况的有效措施之一就是积极发展燃用型煤。实践证明，在城镇、农村推广蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）、煤球，尤其是效益较高的上点火蜂窝煤，可使热能利用率由原来的10％左右提高到30％至50％，一氧化碳减少70％至80％，二氧化硫减少40％（加固硫剂），烟尘和三、四苯并芘（a）等有害物成分减少90％，是节约能源、改善环境的有效措施之一。中国有9亿农民，在农村广阔的天地和城镇很多经济不太宽裕的人都在使用蜂窝煤，几乎每个乡镇都有蜂窝煤厂，有的乡镇还有几个厂。究其原因是蜂窝煤造价低、生产容易、比散煤使用方便，因而多年畅销不衰。但去年以来，煤炭价格高涨，蜂窝煤成本售价相应提高，很多老百姓感到难以承受。如何降低蜂窝煤的成本，成为当务之急。目前，转让高效节能蜂窝煤技术的人很多，鱼目混珠，真伪难辩。技术费从几百元到一万元。也有很多人否定该技术，特别是一些技术不成熟的公司或个人，查了专利网上的信息或者买来一个配方，到处转让，扰乱市场，使很多人上当受骗。其实，节能蜂窝煤并不神秘。但是，没有经过长期实践的人，是无法转让技术的。因为各地煤的发热量、含硫量、挥发分、结焦性、灰熔点、密度、耐火性等都不一样，不长期实践，用一个或者两个配方很难有理想的效果。2因此，盲目从配方上面降低蜂窝煤的成本难度很大；但是，对目前我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备---蜂窝煤成型机的结构分析中，我们找到了捷径。1.2目的意义本设计是为了解决现有蜂窝煤机存在的技术问题（压紧后再冲孔），提供一种结构简单紧凑、制造成本低、生产效率高、使用寿命长、操作简单和易损件少的一种新型的蜂窝煤成型机。同时提高综合运用本专业所学课程的理论、生产实际知识的能力，掌握产品开发设计的方法和步骤，提高查阅设计手册和资料的能力，熟悉机械产品的设计标准和规范。1.3国内现状及水平目前，市场上的蜂窝煤成型机多采用上置式冲头如图1.1，见表1.1所示：蜂窝煤机械BFB140-II型BFB140-III型BFB220型FB160型图1.1市场上的蜂窝煤成型机表1.1市场上的蜂窝煤成型机基本参数主要技术参数BFB140-IIIII型BFB160-II型BFB220-II型FB160型FB140型圆直经×高任意选择3成煤规格方煤100×100×80120×120×80-90150×150×90100(80-100)方煤产量38-40块/分40-45块/分18-22块/分50块/分产量滑梁行程300-360mm电机功率7.5kw7.5-10kw11kw7.5kw质量1500kg1800kg2500kg3600kg2200kg1800kg外型尺寸1845×1250×19001930×1450×19001950×1500×20003200×1285×18601500×1200这种上置式冲头煤成型机在实际操作过程中，将煤粉压紧后再冲孔，从而造成机体笨重造价高、且能源消耗大、易损件多,难以响应建设节约型社会的号召。中国工业新闻（CHINAINDUSTRYNEWS）中的《机械周刊》中名为《蜂窝煤机业触底未见反弹》的报道，很敏锐的指出了蜂窝煤机业的国内现状，现将内容摘录如下：“80%的工人离开了工作岗位，今年上半年才销售了100多台蜂窝煤机。”9月10日，湖南省武冈市委宣传部的夏建敏这样向记者介绍该市的蜂窝煤机厂。在厂办，一位姓唐的主任对记者说，由于受市场饱和、农村市场购买力下降、煤炭价格上涨等因素的影响，包括武冈煤机在内的全国50多家蜂窝煤机生产厂家效益从2003年起就开始了大幅下滑。蜂窝煤机行业真的是山穷水尽了吗？煤机之争武冈市蜂窝煤机制造厂是一个拥有50年生产历史的企业，凭借蜂窝煤机的专利技术，她一度创造了乡镇企业的辉煌，先后被评为全国煤矿机械重点企业、湖南省经济活力百强企业，并获得了湖南省著名品牌、国家金奖。在其鼎盛时期，武冈煤机和四川宜宾、河南巩县的两家蜂窝煤机生产企业并称为全国行业三强，在全国各地设有销售网点，产品市场占有率一度达到25%。41998年，在已掌握蜂窝煤机制造技术并拥有一定客户资源的情况下，曾为武冈煤机销售产品的张某，在离武冈市20公里的洞口县高沙镇创办了湘南煤机厂，与武冈蜂窝煤机厂摆起了擂台。从此，两家企业明争暗斗，摆开了阵式。武冈煤机打出了购买煤机莫上当，金奖名牌在武冈的牌子，湘南煤机则喊出了煤机还是湘南好的口号，两家企业都宣称自己厂里生产的媒机质量最好、产品最正宗。然而，竞争归竞争，在2003年前，这两家企业都获得了不错的效益。湘南煤机迅速地完成了原始资本的积累，并从最初的100多万元发展为拥有1000多万元总资产的民营企业。武冈煤机工人们的收入也日益看涨，他们的月平均工资一直都在1000元以上。陷入困境：现在的武冈煤机，大量的产品堆积在厂房里，来进货的车辆已经屈指可数了。由于效益不行，在车间上班的工人已寥寥无几，就连开大门的门卫都显得懒洋洋的，精神萎靡不振。虽然从墙上的荣誉匾牌、豪气逼人的标语中还可依稀看到这家厂曾经的辉煌，但现在似乎已到了垂暮之年，给人一种死气沉沉的印象。现在只有煤机配件还有一定市场，市里的工作组已进驻厂里。唐主任焦虑地对记者说。离开武冈，记者来到湘南煤机采访。这里的情况显然要比武冈煤机好一些。由于是私营企业，机制灵活，反映也比国营企业快，在2003年上半年，就敏锐地察觉到了市场上煤机销量走下坡路的变化。湘南煤机在限量生产煤机的同时，也在筹划着转产事宜，投入巨资兴建了水轮机生产线，生产单机容量1250千瓦的水轮发电机。我是什么赚钱就生产什么，决不会像他们那样死耗着。张某对记者说，今年他还准备投入200万元，扩大水轮机的生产能力。路在何方？和上述两家企业的情况大同小异的是，目前全国其它煤机生产企业也大都面临着关门或转产的生死抉择。蜂窝煤机业路在何方？不管是生产厂家，还是行业专家，大家都在思考着同一个问题。随着城市居民使用液化气、天然气等气体燃料的普及，煤机行业在城市的市场将逐步地丧失殆尽。专家认为，煤机行业要想尽快从低谷中走出，一方面要在行业内进行有效的资源整合和必要的技术更新，有效降低产品成本；一方面要下大力气开拓农村市场，农村是一个广阔的天地，煤机生产企业的销售网络要以乡镇为中心向周边村庄辐射。另外，业内专家告诉记者，隔行如隔山，企业转产一定要谨慎。在原有产品已无生命力的情况下，企业要根据自身特点，利用原有的优势资源，选择适合自己发展的新产业，在选择新项目的同时要立足长远，做企业不能靠投机，打一枪换一个地方。5由此可见，目前国内煤机生产企业大都面临着关门或转产的生死抉择,为响应建设节约型社会的号召，技术更新势在必行。2现有蜂窝煤机的性能分析2.1蜂窝煤机规格型号说明上图为蜂窝煤机的外观图，现有的蜂窝煤机外观大致相同。2.1.2适应范围140型、160型蜂窝煤机是一种成型加工机器，装配不同的模具则能加工符合该技术性能的不同规格的多种型煤。2.1.3基本技术参数表2.1基本技术参数表项目单位指标LFM140LMF1606生产能力快/min40～4237～39配用功率KWY132S～4～5Y132M～4～7.5高速轴转速n/min226205低速轴转速n/min4238滑梁行程Mm280310配用V型带根V型带B性型2800×3V型带B型2800×3成型压力Kg8/m㎡≈3500≈3500表2.2基本技术参数项目参数LFM140型140mm以下各种圆形蜂窝煤LFM160型160mm以下各种蜂窝煤100×100方煤蜂窝孔数19孔、16孔、12孔、9或梅花型等7蜂窝煤厚度70～80±2mm蜂窝煤静压力≈65～90Kg贪水率应根据当地的煤质，原料配比，煤末粒度经过多次试验确定含水率。2.2现有蜂窝煤机工作原理2.2.1工艺要求为了实现蜂窝煤机冲压成型，冲压式蜂窝煤机成型机必须完成以下几个动作：（1）煤粉加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；（4）将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；（5）将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。2.2.2工艺动作分解根据上述分析，冲压式蜂窝煤机成型机完成的工艺动作有以下六个动作：（1）加料：这一动作利用煤粉的重力自动加料；（2）冲压成型：冲头上下往复运动，在冲头行程的四分之三进行冲压成型；（3）脱模：在弹簧回复力的作用下使已冲压成型的煤饼脱离模筒。一般可以将它（4）扫屑：在滑块回程过程中完成；（5）模筒转模间歇运动:以完成冲压脱模和加料两个工位的转换；（6）输送：由输送带完成。以上六个动作，加料、输送和扫屑机构比较简单，暂时不予考虑，因此，对现有冲压式蜂窝煤机成型机运动方案的分析，重点在对整体运动原理、冲压方式、脱模机构和模筒的新型设计这几个项目的选型和设计问题分析。2.2.3现有蜂窝煤机的构造和原理（1）蜂窝煤机的构造：机架、传动、拔转与搅拌、五孔盘、滑梁、冲头、清污、料筒、输送等九部分组成,机架部分由机体、立柱、顶盖、撑杆等部件构成.（2）工作原理及工艺动作过程传动示意图如图2.2所示:8图2.21-电机、2-传输带、3-减速器输入轴、4-安全装置、5-减速器、6-飞轮、7-主轴、8-增力机构齿轮轴、9-滑柱、10-U型托杆、11-冲头、12-滑块、13-漏斗、14-机架、15-导轨、16-模筒、17-增力机构摆杆、18-增力机构小滑块、19-机架、20-间歇运动齿轮轴、21-不完全齿轮、22-减速器输出轴、23-输送带、24-机座电动机经三角皮带将运动传至大皮带轮,经过两极齿轮减速后,将运动传递给Ⅲ轴,通过拐轴,连杆推动滑梁往复运动。Ⅰ轴将运动传递给Ⅲ轴的同时，带动分度机构；Ⅲ轴将运动传递给增力机构的同时，带动运输机运动。分述如下：①冲压运动由Ⅲ轴，拐轴5、连杆6、滑梁13、推煤头、冲头Ⅱ组成.其工作原理是:Ⅲ轴两端装由拐轴,经过连杆与滑梁组成曲柄机构。Ⅲ轴旋转，经拐轴推动连杆，使装有推煤头，冲头的滑梁在机座上的立柱间做上下往复运动，实现冲压运动，其工作过程如下：分度完毕，转盘定位；此时，滑梁连同推煤头，冲头向下运动到距离模筒上平面58～75mm。滑梁继续向下运动，冲头在第二个工位上将煤料冲孔和压实；推煤头在第三工位上将第一工作循环中以成型的蜂窝煤推落到输送机上。冲压运动完毕，冲头随滑梁上升，冲头底在弹簧的张力下压住煤饼，冲针从煤饼孔中拔出。②分度机构由转盘机构及分度机构完成。转盘机构的间歇分度运动通过Ⅰ轴上的蜗杆和立柱上的涡轮齿合获得动力，并将Ⅰ轴在水平内的转动变为立轴在垂直平面内的转动。立柱转动时，装在立轴上的非完全齿轮带懂转盘机构做间歇分度运动。其工作过程是：滑梁向上运动，冲头下平面离开转盘上平面5～25mm时，装在立轴上的轮壳外9弧以转到定位内弧中心，扇形齿轮上的首齿（代缓冲撞块）与装在转盘齿轮上的缓冲碰爪接触，并推动转盘机构转动，扇形齿轮逐渐进入与转盘齿轮正常齿合的位置，并带动转盘做间歇分度运动。滑梁向下运动，冲头下平面58～75