【终稿全套】φ20-φ90高精度棒材矫直机设计【5张CAD图纸+文档】
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重庆科技学院毕业设计(论文)开题报告设计题目2090高精度棒材矫直机设计学生姓名 刘 川 学 号 2004440118专 业 机械设计制造及其自动化 院 (系) 机 械 工 程 学 院 指导教师 陈 祥 伟 年 月 日开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作开始后2周内完成,经指导教师签署意见及教研室审查后生效;2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网址上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇,其它不少于12篇(不包括辞典、手册);4.“本课题的目的及意义,国内外研究现状分析”至少1000字,其余内容至少1000字。毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义,国内外研究现状分析 (1)棒材矫直机设计的目的和意义金属棒材在轧制、加热、运输等各种加工过程中常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形或内部残余应力;目前冶金市场上对金属棒材的成品精度要求也越来越高,因此轧制矫直设备在工厂中应用越来越普遍,对矫直设备的自动控制要求也越来越高。(2)棒材矫直机国内外研究现状分析长期以来,压力矫直机因弯曲由人工检测,压弯量人为设定不够准确,全过程都靠手工操作,效率低,矫直精度全凭操作者经验来决定等缺点,一直作为一种补充矫直设备来使用。压力矫直必须检测工件的原始弯曲,测量弯曲量、确定最佳矫直点、设定压弯量。由于缺少可靠的检测手段和认识上的一些人为因素,以前这些工作只能靠人工来完成。因此以前的压力矫直机有以下缺点:弯曲人工检测、压弯量人工设定不够准确,效率低,矫直精度全凭操作者经验来决定,降低了生产效率。随着机械工业和国民经济各部门生产的发展和技术进步,对钢材产品质量的要求越来越高。矫直是轧制生产中不可缺少的重要工序,对于轧件来讲,矫直主要用于解决轧件的弯曲、歪扭等塑性变形或内部残余应力。矫直机的结构参数和力能参数是设计和使用矫直机的主要依据,参数的合理与否,直接影响矫直机的使用性能。相对一定的矫直条件和矫直精度要求,存在着最少弯曲次数允许值,虽然增加弯曲次数可提高矫直精度,但机体的尺寸、重量、加工、维护及能耗等都相应有所增加,因此有必要确定矫直轧件所需的最佳弯曲次数。国际上运用计算机、液压控制技术,实现了压力矫直的自动化、智能化,使压力矫直机得以融入连铸或锻造生产线,成为在线设备。使生产效率得到了大大的提高。二辊矫直机是斜辊矫直机的一种, 但其工作原理在斜辊矫直机中独具特点,如图1 所示: 在多斜辊矫直机出现前后,人们创造出了二斜辊矫直机,它的矫直功能来自于辊形的凹凸变化,它是以矫直短圆材的独特性能而受到重视,并填补了这种矫直机的空白, 它又以能矫直圆材两端和能压光圆材表面( 辊子斜角很小时)而得到不断发展。图1二辊矫直机示意图二辊棒材矫直机由于矫直精度高、造价低,可矫直轻中型棒材、管材,在治金工业和机械制造业中有广泛应用。现在在我国国内中信重型机械公司洛阳矿山厂、无锡西漳液压机械厂等很多厂家。而国外如英国的布朗克斯公司、维柯公司及罗伯运(R0一BETSON)公司;法国的I)MS公司及艾梯巴尔(ErllBAR)公司:德国的索林坚(sOLINGEN)公司和斯兰特(sIAN7、)公司;美国的萨顿(sLTION)公司;日本的川副机械公司;前苏联的基洛夫机床广等。可以生产这种斜二辊辊矫直机。毕业设计(论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径 设计(论文)的主要内容: (一)设计参数:1. 矫直棒材规格:20902. 矫直棒材材料:合结钢、不锈钢(s=1200N/mm2)3.棒材原始曲率:0.4%(mm/m)4.矫直后直度:0.05%(mm/m)5.棒材原始表面:Ra3.26.棒材矫直后表面:Ra0.87.最大矫直速度:330m/min8.最大矫直力:300KN9.采用液压过载保护 10.采用循环润滑与循环冷却11.自动上下料(二)整机设计、润滑系统选型设计、整机设备安装与维护方案制定设计(论文)任务要求:滚光矫直机力能参数计算与结构设计、润滑系统选型设计。具体要求如下:1.进行相关资料查阅,完成文献综述,英文资料翻译,完成开题报告2.进行总体方案论证及选型,主要理论参数计算与优化3.采用计算机绘图完成总机装配图、辊系装配图4.完成15000字左右的设计说明书5.答辩(三)实现途径 对于如何实现棒材的直度和滚光表面:以前人们采用平行辊矫直机矫直管、棒等圆形断面条材,但是平行辊矫直机在矫直管、棒等圆形断面条材时存在两个致命的缺点:第一:平行辊矫直机只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲。若矫直其他各方位的纵向剖面的弯曲常需要进行多次的变方位的矫三过程;第二,圆材在矫直过程中容易产生自转现象,不仅达不到矫直目的,反而要产生严重的螺旋形弯曲(俗称麻花弯),使产品报废。究其原因,前者是圆材弯曲具有全方位的特性,在矫直某一纵向剖面时对与其垂直的纵向剖面无矫直能力,即对侧向弯曲不能矫直。后者乃系偏心压弯条件下辊子对圆材压力将构成对圆材轴向转矩,当这种转矩超过辊面与圆材之间的摩擦转矩时,圆材便三立生自转。而自转一旦产生便将连续不断。由自转形成的螺旋弯曲也将越转越严重。所以我们这里采用二辊棒材矫直机矫直,工作辊的上辊为凹辊,下辊为凸辊,上下辊均为传动辊,辊子的角度和高度调整是电动的,辊子两侧有导板,导板用液压缸打开和锁紧。利用二辊的弧度、刚度以及两辊之间的倾角来控制棒材轧件,来达到矫直和滚光的目的。对于如何实现液压过载保护及其润滑:液压系统是控制工作辊不可缺少的重要组成部分。它不仅为执行元件提供动力,同时也控制各执行元件的动作,使各执行元件按设定的程序运行。由于液压系统在国内已很成熟,在此我们采用液压控制系统来控制工作辊以提高矫直精度,同时利用液压系统实现过载保护:1) 主控系统采用插装式逻辑锥阀控制,并通过功能元件来调节主阀芯的开启时间及速度,以满足大流量、快速、无冲击、噪音小的要求。为了保证控制阀的质量及其可靠性,先导阀等采用力士乐的产品;2) 主缸、侧缸均有高压卸荷功能,减小液压冲击,保证压机运行平稳,振动小。3) 为防止压机工作过程中压力失控或考虑某些机械零部件的安全性,该系统采用压力传感器及溢流阀联合使用, 对主、侧缸进行限压保护。润滑采用循环润滑与循环冷却。对于如何实现自动上下料:1 上料机构:上料机构由升降式台架,对齐辊道,步进运输机组成。步进运输机由油缸驱动升降;电机减速机驱动齿轮齿条副平移,电机变频控制,可以实现棒料的平稳、快速、无冲击运输。可以提高设备运行的稳定性,延长设备使用寿命。2 送料小车:送料小车可以夹持棒料,实现棒料前进、后退、旋转等动作。配合检测系统可以对棒料实施三维扫描。棒料夹持采用三爪自动夹盘装置,旋转由电机减速机驱动齿轮副带动卡盘旋转,小车行走由电机减速机驱动链轮链条牵动小车运动。3 出料系统:出料系统由步进运输机、出料辊道组成。步进运输机与上料机构相同。出料辊采用弹性浮动辊。可以防止矫直时辊道因承压而被压坏。3. 预计可能遇到的困难,提出解决问题的方法和措施 (1) 预计可能遇到的困难:1)矫直的轧件可能达不到题目的要求精度问题;2)液压传动系统的设计、高温恶劣环境下液压传动系统的泄露问题;3) 参数的计算过于复杂以及润滑、自动上下料等问题 。(2) 提出解决问题的方法和措施1)可以提高工作辊的刚度、调整工作辊的倾角、调整工作辊的弧度;2)对液压系统进行优化设计,合理选择液压油,做好密封和日常维护工作,防止或减少液压油的泄露;3)对于参数设计采用计算机辅助建立数学模型、采用高质量润滑油和运用液压系统控制运输机,出料轨道。毕业设计(论文)开题报告4.完成本课题所需的工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法 (一)工具书1崔甫矫之技术与矫直原理:冶金工业出版社,2005年4月(第二版) 2 濮良贵机械设计:高等教育出版社,2001年6月(第七版)3 刘鸿文材料力学 : 高等教育出版社,2004年1月(第四版)4 刘建臣 AutoCAD2004中文版 :国防工业出版社,2004年1月5 邹家祥轧钢机械:冶金工业出版社,2000年2月(第三版)6 王章忠机械工程材料:机械工业出版社,2006年1月(第一版)7 李坤机械维护与安装:化学工业出版社,2004年2月8 刘延俊液压与气压传动 :机械工业出版社,2007年2月(第二版)9 王春行液压控制系统:机械工业出版社,2007年8月(第一版)10 罗振才冶金机械设计方法:冶金工业出版社,1993年4月11 唐金松简明机械设计手册:上海科技出版社,1992年6月12摩檫摩损与润滑 :石油工业出版社13 石洪卫冶金管理杂志 :冶金管理杂志出版社,2008年1月14 汪学瑶特殊钢杂志:特殊钢杂志出版社,2008年2月15 李茂基.轧钢机械M北京:冶金工业出版社,1998(二)解决方法:1.计算机:运用计算机画CAD图、处理一些相关文献资料以及计算一些相关数。2.工具书:首先是老师为我提供了很多关于轧钢机械、矫直与矫直原理等方面的书籍。在此之外,还可以通过在学校图书馆以及通过网络搜索出相关的资料,丰富自己的理论知识。为自己的课题研究提供所需要的信息。5.进度计划(或工作方案分析)2月24日3月07日:查阅相关资料,确定设计思路,完成开题报告和文献综述。3月08日3月14日:完成相关文献的外文翻译。3月15日3月31日:完成本次课题研究的相关设计计算。4月01日4月30日:完成所要求的零件图、装配图。5月01日5月31日:进一步完善本次课题的其他工作,准备答辩。毕业设计(论文)开题报告指导教师意见:(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测) 指导教师签名 年 月 日教研室审查意见: 教研室负责人签名 年 月 日重庆科技学院学生毕业设计(论文)文 献 综 述题目 20 90 高 精 度 棒 材 矫 直 机 学生姓名 刘川 学号 2004440118 院(系) 机 械 工 程 学 院 指导教师签字 学生成绩(百分制) 教 务 处 制文献综述要求1.文献综述是要求学生对所进行的课题搜集大量情报资料后综合分析而写出的一种学术论文。其特点“综”是要求对文献资料进行综合分析、归纳整理,使材料更加精练明确、更有逻辑层次;“述”就是要求对综合整理后的文献进行比较专门的、全面的、深入的、系统的描述和评价。2.文献综述中引用的中外文资料,内容必须与课题或专业方向紧密相关,理工类不得少于10篇,其它不少于12篇。3.文献综述不少于2000字,按规定格式用钢笔工整书写。其所附注释、参考文献格式要求同正文。文献综述的评阅评阅要求:应根据学校“文献综述要求”,对学生的文献综述内容的相关性、阅读数量以及综述的文字表述情况等作具体的评价。指导教师的评语:指导教师签名 年 月 日文献综述摘要:本文对钢材矫直工艺及工作原理,斜辊矫直机的工作原理、特点、结构等进行了介绍,同时对二辊棒材矫直机力能参数的计算进行了分析,提出了本次设计二辊棒材矫直机的基本思路。关键词:棒材 矫直工艺 二辊棒材矫直机 矫直力能参数前言金属棒材在轧制、加热、运输等各种加工过程中常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形或内部残余应力;目前冶金市场上对金属棒材的成品精度要求也越来越高,因此轧制矫直设备在工厂中应用越来越普遍,对矫直设备的自动控制要求也越来越高。在多辊棒材矫直机中,其矫直辊由多个辊子组成;设备在矫直过程中由于其棒材的弯曲程度不同;设备的矫直辊要频繁地进行压下及转角的调整(以下简称调整)。在国内大多数同类设备中,其调整靠工人依据设备上的标尺,手动控制进行。对于多辊设备调整起来就非常的麻烦,所需时间较长,为了提高生产率,必须提高设备的自动化程度,辊系的自动调整成为必然趋势。随着液压控制技术的发展,运用三维扫描检测技术、跟随式检测机构、压力矫直专家系统等专有技术,实现了压力矫直的自动化、智能化,使压力矫直机得以融入连铸或锻造生产线,成为在线设备。使生产效率有了很大的提高。矫直原理及矫直机分类根据结构特点和工作原理的不同,矫直机可以分为压力矫直机、辊式矫直机、斜辊矫直机、拉伸矫直机和拉弯矫直机等几种基本类型。压力矫直机 :压力矫直机是以曲柄连杆机构驱动的活动压头使轧件产生一次反向弯曲,将轧件矫直的。“矫枉必须过正”就是压力矫直机的基本矫直原理。这种矫直机人工操作繁重、生产效率低,但调整灵活,对于各种局部弯曲状态,都具有矫直的可能性,一般只有用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径(大于200300mm)钢管,或用作辊式矫直机的补充矫直。压力矫直机有立式和卧式两种结构。辊式矫直机:辊式矫直机具有两排交错布置的工作辊,弯曲的轧件通过转动的工作辊之间,经过多次反复弯曲得以矫直。轧件能以较高的速度在运动中进行连续矫直,生产效率高,且易于实现机械化和流水生产,辊式矫直机在型钢车间和板带材车间得到广泛的应用。辊式矫直机的一类型很多。其中按上排工作辊的调整方式分,基本上可以归纳为三类:单独调整、平行调整和倾斜调整。斜辊式矫直机:斜辊式矫直机用于矫直管材和圆棒材。这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状,两排工作辊轴线相互交叉,管棒材在矫直时边旋转边前进,也是利用多次反复弯曲轧件,最终消除各方面的弯曲和端面的椭圆度。这类矫直机的设备重量轻,易于调整和维修,矫直管棒材效果好。其中可以按工作辊数量分类,而本文介绍的二辊矫直机就是其中的一种。拉伸矫直机:主要用于矫直厚度小于0.6mm的薄钢板和有色金属板材、管材、异型材。对于具有中间瓢曲或边缘浪形的板带材,虽有结构复杂的支承辊分段可调的辊式矫直机加以矫直,但矫直效果不理想,这是需采用拉伸矫直方法。拉伸矫直的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力,使之产生弹塑性延伸变形,从而将轧件矫直。拉伸弯曲矫直机:为了提高带材矫直质量,近年来,拉伸弯曲矫直机组得到较大的发展。拉伸弯曲矫直的基本原理是在张力作用下的带材,经过弯曲辊剧烈弯曲时,产生弹塑性延伸,从而三维形状缺陷得以消除。这种矫直机组一般用在连续作业线上,可以矫直各种金属带材(包括高强度极薄带材),也可以用于酸洗机组进行机械破磷,从而提高酸洗速度。此外,在有色金属型材车间尚有扭转式矫直机,用于矫直型材的扭曲变形。二辊棒材矫直机二辊棒材矫直机由于矫直精度高、造价低,可矫直轻中型棒材、管材,在治金工业和机械制造业中有广泛应用。等曲率辊形的二辊机矫直过程数学力学模型比较简明,易于分析。矫直辊是矫直机的关键部件,它一方面决定了矫直的精度、效率,另一方面在很大程度上决定了矫直机的结构及机器制造成本 以往的辊型设计虽以矫直过程的力学分析为基础,但在辊型参效设计中往往采用经验公式,其设计效率较低。等曲率辊子的辊型参数设计主要有四个:辊子直径,辊长,辊子倾角和辊缝曲率。它们对矫直精度的影响关系很复杂,靠经验设计难于求出最优值。优化设计是一种先进的设计方法,它对提高设计质量有很大的帮助。在文献中已建立了矫直过程的力学模型和精度的数学模型,使优化设计成为可能。而二辊棒材矫直机的矫直过程以及压弯方式见图(1)。图1 2辊矫直过程及2种压弯方式二辊矫直机是斜辊矫直机的一种, 但其工作原理在斜辊矫直机中独具特点,如图2 所示: 在多斜辊矫直机出现前后,人们创造出了二斜辊矫直机,它的矫直功能来自于辊形的凹凸变化,它是以矫直短圆材的独特性能而受到重视,并填补了这种矫直机的空白, 它又以能矫直圆材两端和能压光圆材表面( 辊子斜角很小时)而得到不断发展。 图2 二辊棒材矫直机示意图矫直力能参数 主要参数计算: 其基本参数包括矫直力、矫直力矩、辊距t、辊径D、辊数n、辊身长度L和矫直速度v0矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫直质量、设备的结构尺寸和功率消耗等都有重要的影响。矫直力的计算由于二辊矫直机辊形有单向弯曲与双向弯曲之分,其矫直力也不同, 而矫直力大小与辊缝的压弯程度密切相关,由于本机型的辊形设计采用单向反弯曲辊形,因此按单向反弯曲辊形来计算矫直力。 辊形各段长度:辊腰段Sd=t,辊腹段Sd=t,辊胸段Sb=t。由于等弯曲率区内的弯矩不变, 它必然由一个外力偶构成工件内部的等弯矩区。首先从图3 上力F3来看,在Sb段内它形成的弯矩是线性递增的。虽然这个弯矩一开始是弹性弯矩,但很快增大为弹塑性弯矩( 弹性段长度可略去不计),新的力偶矩应由F2来形成,而且只在转半周之后就需形成F2Sd /2的力偶矩,以便在下半周内完成M2的等弯矩弯曲。进入到辊腰Sd段时,由于增大弯矩须达到M1值,故需在M2之外再增加一个力偶矩F2Sd /2 值。这种人为的受力模型是与辊形曲线的曲率变化过程基本一致的,是会接近实际受力状态的,于是可以计算图中的各矫直力:图3 二辊矫直机双向反弯辊受力简图确定倾角、辊距t、辊径D、辊数n、辊身长度L、矫直速度v0和电机的驱动功率等参数。结语通过研究二辊矫直机的力能参数,给出了二辊矫直机力能参数的确定方法。通过计算得出了矫直过程中的各部分力能参数,为设计二辊矫直机提供了可借鉴的依据。参考文献1 王海文.轧钢机械设计M北京:机械工业出版社,19832 崔甫.矫直原理与矫直机械M北京:冶金工业出版社,20023 刘志亮.辊式板材矫直机力能参数实验分析J鞍钢技术,1993.44 周开勤.等1机械设计师实用手册M天津:天津科学技术出版社,20035 李茂基.轧钢机械M北京:冶金工业出版社,19986 濮良贵机械设计:高等教育出版社,2001.6(第七版)7 刘鸿文材料力学 : 高等教育出版社,2004.1(第四版)8 刘建臣 AutoCAD2004中文版 :国防工业出版社,2004.19 邹家祥轧钢机械:冶金工业出版社,2000.2(第三版)10 王章忠机械工程材料:机械工业出版社,2006.1(第一版)11 李坤机械维护与安装:化学工业出版社,2004.212 刘延俊液压与气压传动 :机械工业出版社,2007.2(第二版)13 王春行液压控制系统:机械工业出版社,2007.8(第一版)14 罗振才冶金机械设计方法:冶金工业出版社,1993.4重庆科技学院毕业设计(论文)任务书院 (系) 机械学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 学生姓名 刘川 学号 指导教师 陈祥伟 职称 高级工程师 题目:2090高精度棒材矫直机设计(任务起止日期 2008年2 月23 日至 2008年6月15 日)教 研 室 主 任 年 月 日院 长(系主任) 年 月 日设计(论文)的主要内容: (一)设计参数:1. 矫直棒材规格:20902. 矫直棒材材料:合结钢、不锈钢(s=1200N/mm2)3.棒材原始曲率:0.4%(mm/m)4.矫直后直度:0.05%(mm/m)5.棒材原始表面:Ra3.26.棒材矫直后表面:Ra0.87.最大矫直速度:330m/min8.最大矫直力:300KN9.采用液压过载保护10.采用循环润滑与循环冷却11.自动上下料(二)整机设计、润滑系统选型设计、整机设备安装与维护方案制定设计(论文)任务要求:滚光矫直机力能参数计算与结构设计、润滑系统选型设计。具体要求如下:1.进行相关资料查阅,完成文献综述,英文资料翻译,完成开题报告2.进行总体方案论证及选型,主要理论参数计算与优化3.采用计算机绘图完成总机装配图、辊系装配图4.完成15000字左右的设计说明书5.答辩主要参考文献(由指导教师指定):1崔甫矫之技术与矫直原理:冶金工业出版社,2005年4月(第二版) 2 濮良贵机械设计:高等教育出版社,2001年6月(第七版)3 刘鸿文材料力学 : 高等教育出版社,2004年1月(第四版)4 刘建臣 AutoCAD2004中文版 :国防工业出版社,2004年1月5 邹家祥轧钢机械:冶金工业出版社,2000年2月(第三版)6 王章忠机械工程材料:机械工业出版社,2006年1月(第一版)7 李坤机械维护与安装:化学工业出版社,2004年2月8 刘延俊液压与气压传动 :机械工业出版社,2007年2月(第二版)9 王春行液压控制系统:机械工业出版社,2007年8月(第一版)10 罗振才冶金机械设计方法:冶金工业出版社,1993年4月11 唐金松简明机械设计手册:上海科技出版社,1992年6月12 摩檫摩损与润滑 :石油工业出版社13 石洪卫冶金管理杂志 :冶金管理杂志出版社,2008年1月14 汪学瑶特殊钢杂志:特殊钢杂志出版社,2008年2月15 李茂基.轧钢机械M北京:冶金工业出版社,1998年同组设计者及分工:无注:该任务书由指导教师填写,在毕业设计开始前一周下达给学生,一式二份,专业教研室、每个学生各一份。其中教研室的一份待学生做完毕业设计(论文)后作为附件装入学生毕业设计(论文)资料中。学生完成毕业设计(论文)工作进度计划表序号毕业设计(论文)工作任务工 作 进 度 安 排 (周)12345678910111213141516171819201资料查阅,学习有关知识,完成文献综述报告2完成外文译文、撰写开题报告3进行调研,开展设计方案论证4进行设计理论参数计算与选择5进行结构初步设计与主要参数验证6确定设计结构,绘制图纸7整理设计资料,撰写说明书8整理提交设计图纸、设计说明书9准备答辩10答辩说明:1.此表由指导教师填写;2.此表每个毕业学生一份,作为毕业设计(论文)检查工作进度之依据;3.进度安排计划请用蓝或黑色横条线在相应位置标出,进度安排实施请用红色横条线在相应位置标出。毕业设计(论文)阶段工作情况检查表时间第一阶段(完成开题报告时)第二阶段第三阶段(参加毕业答辩一周前)内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查情况教师签字签字 日期 年 月 日签字 日期 年 月 日签字 日期 年 月 日说明:1.此表每个毕业学生一份,由指导教师根据学生具体执行情况如实填写;2.对违纪和不能按时完成任务者,指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。重庆科技学院毕业设计(论文)题 目 20-90高精度棒材矫直机设计 姓 名_刘 川 _ 学 号_2004440118院(系)机械工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化本科2004级 指导教师_ 职 称_高级工程师评 阅 人_ _ 职 称_ 2008年6月10日注 意 事 项1. 设计(论文)的内容包括:1) 封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2) 题名页3) 中文摘要(300字左右)、关键词4) 外文摘要、关键词 5) 目次页(附件不统一编入)6) 论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论、参考文献7) 附录(对论文支持必要时)2. 论文字数要求:设计(论文)字数理工类不少于1.5万字,文科类不少于1.2万字。3. 附件包括:任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4. 文字、图表要求:1) 文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写。2) 工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画。3) 毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印。4) 图表应绘制于无格子的页面上。5) 软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档。5. 装订顺序1) 设计(论文)2) 附件按照任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3) 教师指导毕业设计(论文)情况记录表4) 其它学生毕业设计(论文)原创性声明本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计(论文)作者(签字): 签字日期 年 月 日重庆科技学院本科生毕业设计 目录目 录中文摘要I英文摘要II1 绪 论11.1设计课题背景11.2设计依据11.3矫直设备的发展概况11.4分类及工作原理31.4.1 压力矫直机31.4.2辊式矫直机31.4.3 斜辊式矫直机31.4.4拉伸矫直机31.4.5拉伸弯曲矫直机42 钢材矫直理论12.1“ 矫直”的定义12.2反弯矫直的基本原理13二辊滚光矫直机的工作原理43.1二辊滚光矫直机的简介43.2二辊滚光矫直机的工作原理43.3设计二辊滚光矫直机所涉及到的主要参数103.4国内外现在生产这种矫直机的厂家114二辊滚光矫直机力能参数计算124.1矫直力的计算124.1.1求导程t124.1.2求弹性极限弯矩Mmax134.1.3求倾角:134.1.4轴承承受力的总和144.2 二辊滚光矫直机功率计算144.2.1轴承的消耗功率144.2.2滑动摩擦的消耗功率144.2.3滚动摩擦的消耗功率144.2.4塑性弯曲变形的消耗功率154.2.5消耗总功率154.3电机驱动功率124.4关于机架、机座及轴承盖的设计155二辊滚光矫直机辊系设计185.1矫直辊的组成185.2.矫直辊材料185.3矫直辊尺寸计算195.4矫直速度计算205.5矫直辊强度计算215.6轴承的寿命校核236二辊滚光矫直机传动装置的选择及液压过载保护256.1二辊滚光矫直机传动装置的选择256.1.1矫直机主传动装置的组成256.1.2矫直机主传动装置类型256.1.3万向连接轴256.1.4联接轴的总体的配置及其平衡装置266.1.5主减速机276.2二辊滚光矫直机的液压过载保护装置287二辊滚光矫直机的安装与维护307.1二辊滚光矫直机的安装307.1.1基础307.1.2设置安装基准307.1.3设置垫板307.1.4矫直机的吊装、找正、找平、找标高317.1.5二次灌浆317.1.6试运转317.2二辊滚光矫直机的维护317.2.1二辊滚光矫直机的维护和修理制度317.2.2二辊滚光矫直机的润滑328总结349致谢3510参考文献36重庆科技学院本科生毕业设计 中文摘要摘 要随着科技的进步,人们对棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高,以前人们采用平行辊矫直机矫直管、棒等圆形断面条材,圆材在矫直过程中容易产生自转现象,并且只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲。在这种情况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、管材的矫直问题,在这种情况下,我们对二辊滚光矫直机进行设计。本文重点对钢材矫直工艺及工作原理,斜辊矫直机的工作原理、特点、结构等进行了介绍,同时对二辊棒材矫直机力能参数的计算进行了分析,提出了本次设计二辊棒材矫直机的基本思路。矫直机的机架、机座、传动等部分设计不属于本次设计的重点,所以在这里只是作了简单的介绍,但是由于时间比较仓促,本文对矫直机的液压压下装置、矫直机的安装与维护没有做出详尽的介绍,限于本人的水平,文中有误漏之出,还请批评指正。关键词:棒材 矫直工艺 二辊棒材矫直机 矫直力能参数1重庆科技学院本科生毕业设计 AbstractABSTRACTWith the advancement of technology, peoples growing demand for the bar, its accuracy is also getting higher and higher, before people parallel roller leveler straightening tubes, rods and other circular cross-section of the build, round-wood in hand Direct the process of rotation is easy to produce, and only straightening roundwood roll axis perpendicular to the longitudinal section on the bend. In this case the ramp roll straightening machine resolved before the advent of parallel roll straightening machine can not be resolved by the bar, pipe straightening of the problem, in this case, we design roll on the roller-straightening machine.The steel straightening process and working principle, ramps roll straightening machine works, characteristics, such as the structure was introduced, while two of the roll bar straightening machine can be calculated parameters of an analysis of the proposed The design of the roll bar leveler of the basic ideas. Straightening machine rack, engine, transmission and other parts of the design are not the focus of this design, so here is a brief introduction, but because of the time hasty comparison, the paper leveler of the hydraulic pressure devices, Straightening machine installation and maintenance have not made detailed introduction, I am limited to the level of error in the text of a leak, also invited criticism correction.Key words: bars;Straightening process;the two roll bar straightening machine;straightening of the power parameters1 绪 论1.1设计课题背景长期以来,矫直机因弯曲由人工检测,压弯量人为设定不够准确,全过程都靠手工操作,效率低,矫直精度全凭操作者经验来决定等缺点,一直作为一种补充矫直设备来使用。所以矫直必须检测工件的原始弯曲,测量弯曲量、确定最佳矫直点、设定压弯量。由于缺少可靠的检测手段和认识上的一些人为因素,以前这些工作只能靠人工来完成。因此以前的矫直机有以下缺点:弯曲人工检测、压弯量人工设定不够准确,效率低,矫直精度全凭操作者经验来决定,降低了生产效率。而且现在人们对棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高,在情况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、管材的矫直精度问题,在这种情况下,我们对二辊滚光矫直机进行设计。矫正扁轧制品现代化设备的自动化Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov,A. I. Titarenko, V. A. Perekhodchenko,and I. L. SinelnikovSeverstal公司于2003年8月1, 2, 3在其2800和5000辗轧器上成功完成引进新的线内矫直机(PSMs)。此机器的主要设计特点如下:每台机器配备液压暂缓机制(以改善机器调整的动力和准确度,更加可靠地维持恒定差距); 每台机器拥有借助液压缸来单独调整每个工作辊的机制(这就通过提供对一个曲率改变的控制拓宽了矫直的范围);每一工作辊由其自身的可调驱动提供(以消除轴与轴之间坚硬的动力约束);辊的PSM系统附着在暗盒中(以方便维修和降低辊更换费用);PSM具有可调整机器从十辊矫直计划到五辊矫直计划的系统,也就是双倍的辊间距离(这就拓宽了机器可提供的板厚范围)。因此,新的矫直机是包括一个有由数字和模拟信号控制的大范围液压和电力驱动组件构成的先进多功能系统机制。整个复杂的PSM机制可以被划分为以下两个功能组:主要功能组,包括直接参与矫直运作的机制(阻跌机制,单独调整辊的机制,调整不同矫直过程的组件,从顶部辊到各支线的机制,主驱动器);辅助功能组,(包括暗盒更换机制,轴锁机制,辊冷却系统设备)。虽然PSM用于盘大数目的机制,但运用现代化的液压及电力驱动使得在PSM及其元件上操作的主辅运作都能实现完全的自动化。以下是对最重要的板矫直机器机制的特点和自动化控制系统的描述。同时讨论下这些机制的运作机制。单片矫直机器功能的液压阻跌机制(HHMs)主要是以下两个机制:调整机制;通过此机制维持特殊位置。每一机制对应的控制系统和一定效率标准都需满足一定要求。在调整机制中,液压阻跌机制控制系统必须完成以下职能:与液压缸同步运动并保持偏差角度在规定范围内;为调整一个新板的尺寸而加速;维持机制安置的高精度;在维持机制的运作时控制系统需满足以下条件:稳固顶部暗盒与顶部支线辊的高精度协调;减少当设备发生偏差时将其返回至规定坐标所需的时间(比如因矫直一块板而用的力);需要同步化。在Severstal的第三制板车间的板矫直机器运作的经验中显示大多在调整机器中的问题因素都是应用液压缸时力量的不均匀造成的。PSM中大量的运作部分的不对称分配是引起这一不均匀的原因(特别是轴配置重量的影响)。服务系统阀的“电力零点”及其关联的“液压零点”也是一个作用因素。液压缸的体积越小,后者的作用就越为显著。因此,支线的顶部辊的HHM是使零点漂移的最敏感的系统。还有其他影响阻跌机制动力,同时性与同步性的因素:虽然偏差不大,但是由于不同配件的尺寸偏差使液压缸上部件产生摩擦力的不同。液压供应渠道的“弹跳”特性与惯性表征指数的不同(由于从服务阀引向液压缸的管道长度不同产生)。因此,由于PSM没有配备汽缸同步运作机制装置,发射相同规模信号至服务阀输入端就不可避免产生不同的速度使机制造成严重损坏。为减少和消失以上所提因素造成的地影响,我们为阻跌机制的电力同步化开发了算法。暗盒顶部的HHM由四个阻跌缸与四个平衡缸组成,这一设计可以确保机器的移动调整被设定到矫直缝要求的尺寸(与板的厚度一致 )并且使矫直缝在存在或不存在外罩负载的情况下在受矫直力量作用时都能维持特别的精度。阻跌机制的汽缸系统是按照仅有一个内腔被用作工作腔的方式设计的。而第二腔则与充电渠道相连。顶部暗盒在阻跌汽缸克服平衡压力的时候下跌。暗盒的上升也只有平衡缸的动作来实现。这一安排消除了设备位置放置之间的缝隙。而辊支线上的HHM则由两个气压缸构成。当辊将下跌和将进入杆腔将上升时高压液体就涌进活塞腔。控制原理。为控制阻跌机制的液压缸提供单独的回路(图1)。从服务阀输入端发送的控制信号(Xctl)由比例整数控制器(PI)形成(为提高系统的灵敏度,我们选择使用“0”部分重叠阀门)。从控制器(误差信号Xerr)发送至输入端的信号则是由位置控制点信号(Xcpt)与反馈信号(Xf.b)的差异形成的。而后者的信号接收于给定液压缸的线更换仪器(G)。HHM顶部暗盒的测试仪建为平衡液压缸(HCs)。经过一定的系数允许,液压缸以其移动可以被看作与缸杆更换回应相同的方式进行安装。支线的HHM顶部暗盒的测试仪直接与阻跌缸合并。整部控制器仅在在最终调整步骤与规定协调稳定时才激活。当更换超过某个一定的最低限度值时,PI控制器的功能将被比例控制器(P)的转换功能W(s) = k所代替。因此,Xctl(t) = kXerr(t).当更换的工作辊之间有明显的差异时,控制点与线更换仪器的反馈信号将达到一个足够大的值,那么,控制服务阀运作的输出端信号将达到饱和区域。在这种情况下,只要误差超过Xctl 大于饱和区(Xsat)的边界值的时候,更多的更换绿规则和缸的同步运动将不可能。限制误差- Xctl不达到饱和的最大误差-与控制器比例上所得值完全相反k: Xerr Xsat /k。通过减小k值来解决所给问题会导致PSM在调整中速度的丢失和矫直运作中控制精度的减小。所以,这一系统的设计是为了保持当存在实质更换时从饱和区所得控制信号,使控制器输入端不会送入需要的数值(Xrq),而是有相当增加的数值 (DX)以满足kDX Xsat 的条件。控制点通过与缸运动方向有关的最大落后的回应增加而引起的缸的位置发生变化使DX总合增加。控制点的调整将继续,直到当机制所需值与实际位置小于增加值的时候Xrq Xf.b DX。然后,控制器输入端的值为Xcpt,它与所需调整值相等Xcpt = Xrq. 这样调整就完成了。运用分步增加控制点的原理使缸的同步运动与对于几乎任意理想重复因素的点高精度控制设置得到了实现工作辊单独调整机制。通过将液压缸与V带驱动相连的方法,板矫直机器的设计使各个工作辊能够垂直地移动。缸的动力由部分控制与服务阀运作来供应。一个线更换仪器建成从辊位置上获得反馈信号的一个缸。因为这些仪器实际上是通过缸杆而非工作辊来传递信息,以下的换算倾向于由辊的协调得到:Xrol = kredXf.b。此处,kred是驱动的传动装置比例,Xf.b 是由线更换换能器通过缸杆测量得到的位置。所以,每个工作辊的位置通过提供反馈回路来加以控制的。图1是其中一条回路的图解。控制信号是通过PI控制器的方式生成的,它成功地实现了在没有满意速度的情况下也能调整系统的高精度。辊的单独驱动:上述设计基于带不同能量供应的自控马达驱动频繁地转换实现。每个单独的驱动提供多于一个足驱动的优点如下:更大的可靠性,工作辊线速与板的速度差异使机制少了很多负载的组件;当一个或甚至几个驱动发生故障时机器仍能继续运作;在这种情况下,辊的回应能从矫直区域撤去;辊的线速可以根据板的实际速度单独被纠正;此纠正能被作为预备措施(在已测值和已计算值的基础上)也可以在矫直运作的过程中(通过雇佣人员来获得频繁转化的数据)进行。主驱动绕九个矫直辊和两个外罩辊转动。因为PSM被安装在辗轧线上,也就是说,如果驱动在即使很短的时间内也无法正常运作,那么可能造成不能大批量生产,所以驱动在运作中必须高可靠。 驱动必须要满足的要求决定机器的运作和设计特性如下:进行矫直的板必须在矫直辊,外罩辊以及辊转送器的毗邻部分建立刚性的动力学连接;由于在矫直操作中塑性变形,板需要伸长,长度的增加随着各工作辊长度因弯曲半径的不同而不同。这种情况导致板速在朝PSM终端移动时不均匀分布的增加;必须可能使用不同直径的工作辊(这一点还正在做,比如,因为不均匀的磨损或重磨);辊的负载应根据所选矫直机制来区分;反向的矫直也应该可以;鉴于以上因素与此处讨论的板矫直机器实际运作机制问题,以下是建立电力驱动的要求:速度的规定在较广的限制内,包括负荷下的马达启动;在逆向机制中也可运行;刚性特性 w = (M);维持规定速度的高精度;完全同步操作;元素基础:辊的驱动是由具有短路转子的异步三相马达建立起来的。该马达由德国VEM公司设计。它们在严重超载的情况下仍能继续可靠地运作。控制此马达频率转换的SIMOVERT是由德国西门子公司制造。其模块化设计便于维护和修理,其存在的一个内置为处理器座使人们能执行大部分牵涉驱动控制运作的功能( 维持规定的速度下的高度稳定性,重新根据辊的实际直径计算旋转频率,诊断驱动的状况,控制驱动运作,在PROFIBUS网络之间交换信息)。因为不同时点辊之间不同的分配度,所以不同种能量的马达被用在系统中。 使用不同的马达就能显著地减少电力设备耗费成本并且改善整机的性能。此机器拥有三种主要运作机制:工作机制(半自动化与自动化),运输机制,以及暗盒更换机制。图2显示了工作机制实现运作的框图。在这种半自动化机制中,操作者通过操作台控制PSM。在这种情况下,操作者可完成如下操作:从数据库中选取矫直机制;纠正已选机制;手动调整机制,这需要操作者指示所需暗盒按钮位置(为五辊矫直还是十辊矫直);调整暗盒顶部到底部之间的缝隙;为工作辊设置单独调整协调;选择矫直速度与方向;生成开始调节机器到一指定机制的命令。机器自动调整至所选机制。在调整完成后将有信号发送至控制板以指示机制协调改变,辊达到其规定工作速度。工作机制,即板矫直机器根据由从高级系统通过网络发送的基础数据进行调节。这些数据包括以下信息:将被矫直板的厚度;刚的组成(材料属性信息);送至PSM入口的板温。PSM通过以下步骤调节:基于板厚和钢组成的预备调整,适用于冷轧板(t = 20C);深一层调整基于安装在与PSM大概相距50m的高温计获得的数据;最终调整基于安装在机器入口处的高温及获得的数据;在自动化变种中,当下一块板将要到达机器的时候,控制机器的毗邻辊转送器转变为PSM系统控制。 在这种情况下,板要直到调整完成后才可进入机器工作区。如果通过机器的一块板不需要矫直,那么机器将转入传输机制。在这种情况下,顶部横架以及暗盒被升至一规定量,辊的速度改变,这样其速度就与毗邻的辊转送器速度一致了。暗盒更换机制用在当辊破损或需要再次研磨工作辊和备用辊时。在这种情况下,操作者可通过控制辅助机制控制运作:轴锁机制,出辊车,锁住暗盒底部以及车位置,以及移动车的液压缸。该机制通过非接触式传感器固定于适当位置。PSM控制系统:控制板矫直机需要开发一个强有力的高性能系统,为其提供理想的控制精度并结合快速的运作。此控制系统被划分为两个层次:基础层次,更高层次。诊断系统被建立为一个分离的系统。为了控制PSM的水泵站还提供了一个第二控制器。控制系统的基础层次采用SIMATIC S7工业程序控制器,而上等层次控制器和诊断控制器则建立在标准的计算机基础之上。用于更高层次系统的计算机同时也为PSM的控制板服务。控制器的不同元素与一个PROFIBUS网络的两环路相连(图3)。第一个环路的功能是与控制器,更高层次计算机,诊断站,水泵站控制器之间的沟通连接。第二个环路由系统功能元素连接PSM控制器(频率转换,线更换仪器,输入/输出遥控模块)。控制系统的功能依据下列原则被划分为基础层次和更高层次:所有牵涉从安装在机制上的传感器接收数据,通过自动过程控制系统从将被矫直的板上获取信息,为执行机制(传动装置)生成或发射信号的运作都被指定为基础层次。归档控制点与控制控制板运作的功能被指定为更高层次。以下具体功能则都是由控制板上的基础层次自动化系统完成的:从更高层次系统获得指定矫直参数(辊速度,顶部横臂坐标,与横臂相关联的辊的坐标);加工参数,将控制信号的回应发送给自动器;从安装在机制上决定PSM是否正确安装并准备矫直运作的感应器获取信息;从安装在机制上计算控制行动的反馈传感器获取信息;分析从感应器所读数据确定数据的准确性;与 PSM 的水泵电池站(PBS)进行数据交换,并将该站的运作参数发射高更高层次显示;接收从更高层次系统传输来的为机器或PBS进行人工操作的新号;为作出恰当调整从更高层次系统获取为数据自动纠正的初始数据;更高层次的自动系统功能如下:在矫直机制上为机制选拔输入数据并将这些信息计入数据库 ;从回应板数据库手动选择矫直机制(此由操作者完成);基于从更高层次系统所获信息自动选择矫直机制; 在矫直与暗盒更换机制内手动控制机器;基于从感应器所读信息与限制转换位置指示机制位置;指示在PSM工作区域板的出现;指示由测温计所量板的温度;视觉指示矫直机制与机器调整的代表;为诊断而视觉指示机器机制与PBS的状态代表;远程输入输出模块ET200用来为不受管制的驱动器供电。腔内包括中继设备,连接它们的驱动器与控制器保持相当距离。使用这一模块可以显著缩端连接电缆。诊断系统:PSM有大含量的电力与液压设备-这些设备与机器本身保持适当的距离而且通常在一个不易接触到的地方-使得其难于服务机器及锁定资源问题。为方便PSM的维护以及缩短其维修时间,就有必要简历一个先进的诊断系统。这一系统基于安装在控制站上的一个工业计算机。它可以诊断PSM的各种机制,也包括其液压及电力设备。该系统可以对自动转换器的状况,感应器马达的温度,线更换仪器,本地PROFIBUS网络终端,马达流量,速度,旋转,以及其他设备和参数进行评估。此诊断系统也能同时被用在建立PSM运作协议。它的归档包括时点数据,错误类型,发生设备错误,机制协调,马达流量与速度以及其他信息。为使控制系统更可靠运作,诊断站的软件与硬件配备与控制系统更高层次的组件响应是相同的。当控制系统运作发生问题,PSM的控制功能将被转去计算机的诊断系统。结论NKMZ已已与其最初在独立国家联合体(独联体)的合作伙伴成功引进配备现代自动化控制系统的板矫直机器。此机器的使用减小并几乎彻底消除了成品板质量对其操作者技术的依赖。其控制系统与方便的用户接口允许没有受过专业培训的人员快速地掌握机器的操作。由于机器机制的准确动作以及使用恰当的控制与特殊的控制算法的精密设备使其位置维持在高准确度,生产高质量产品就得到了保障。另外,此机器还配备了先进的诊断系统来记录其重要运作参数。此系统的有效性方便机器许多复杂组件的维护与维修。参考文献1. V. G. Smirnov, Yu. N. Belobrov, A. I. Titarenko, and I. A. Evginenko, “Machine for hot- and cold-straightening ofplates of materials with a high yield point,” Improving Processes and Equipment for Metal-Shaping in Metallurgyand Machine-Building. Proc., Kramatorsk (2000), pp. 429433.2. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, NKMZ Straightening Machines for Modern Rolled-ProductManufacturing in Russian, Metallurg, Moscow (2001).3. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, Plate-Straightening Machines. UA Patent No. 53416,7V21D1/02.4. G. F. Zaitsev, V. I. Kostyuk, and P. I. Chinaev, Principles of Automatic Control and Regulation in Russian,Tekhnika, Kiev (1977).
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