机械毕业设计（论文）-锤式去毛刺机设计.

《机械毕业设计（论文）-锤式去毛刺机设计.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计（论文）-锤式去毛刺机设计.（65页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、摘 要如果现代化的连铸机不装备高效的切割装置和去毛刺设备，连铸机的效率就会受到影响。钢铁工业需要高速切割和去毛刺装置，不仅要求速度快，而且要求损失小。本设计为锤式去毛刺机，为了增大精确度，采用PLC控制。去毛刺辊全长上车出一些圆盘, 圆盘上沿圆周方向钻通孔, 穿装6根长销, 长销上悬挂锤刀; 去毛刺辊的轴承座由升降机构带动升降, 其滑动导轨在机架的滑动导板上滑动; 轴承座的升降位置由接近开关来调整和限制，压下装置使用液压系统，去毛刺辊由电机驱动。关键词：连铸板坯；除毛刺机；刀片；PLC控制ABSTRACTIf the caster doesnt equipment modernization

2、of efficient cutting device and deburring equipment, the efficiency of the caster can be affected. Steel industry needs high-speed cutting and deburring device, not only requires speed, and the requirements of small losses.This design is of hammer type deburring machines, in order to increase contro

3、l accuracy,using PLC control. To get some stretches deburring roller disc, disk along the circumference direction drill hole, wear pin 8 outfit, Pin sword hanging on the hammer, Deburring roller bearing driven by lifting mechanism, the sliding guide in the frame of the sliding plate on the slide, Th

4、e lifting of bearing to switch to adjust and limit the use of hydraulic system, device by motor driver deburr roller.KEY WORD: Continuous cast slab ;Deburring machine;Blade; PLC;目录摘 要IABSTRACTII第一章 概述1去毛刺机概述11.2 去毛刺技术的发展2毛刺的产生原因及危害41.4 去毛刺机发展趋势5去毛刺装置的形式7铸坯固定刀具刮除形式71.5.2 铸坯移动刀具刮除方式81.5.3 锤头打击方式91.5.4

5、 三种去毛刺机的比较10第二章 控制系统13去毛刺机控制系统的组成132.1.1 去毛刺机控制分析132.1.2 去毛刺机控制过程132.2 程序设计15自动逻辑控制16手动方式及旁路方式162.2.3 PLC程序设计17第三章 液压系统21液压系统的设计要求21液压参数21液压缸的计算及其选取22工作载荷22液压缸主要尺寸的计算223.3.3 液压缸主要零部件设计25液压回路273.4.1 选择基本回路27绘制液压系统原理图32液压元辅助件的选择35选择液压泵及其驱动电机353.5.2 阀类元件及辅助元件的选择36管道的选择37液压系统主要性能的验算39系统压力的损失计算393.6.2 系统

6、效率的计算40系统发热和升温计算403.7 液压工作介质41液压油的选择41液压油污染控制42第四章 机械传动设备44概述444.2 主要参数的确定44主要技术要求444.2.2 电机确定454.3 轴的结构设计45初步确定轴的最小直径454.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径与长度464.3.3 轴上零件的周向定位484.3.4 求轴上的载荷48刀片（飞锤）布置54第五章 润滑及设备的维护55润滑55设备维护555.2.1 设备易损件的定期更换55设备调整和维护56维修计划56飞锤和子轴的更换57液压台的维修58结语58参考文献：59致谢61第一章 概述本章从整体上对所设计的内容及其

7、相关知识进行了概述，介绍了去毛刺机的发展概况及其生产设备，类型，特点和工艺等。连铸坯通常采用火焰切割的方式定尺分段,以满足轧制工艺的需要。连铸坯火焰切割过程中熔融金属流经切口下表面时冷却形成倒三角状的凸起, 称为毛刺。毛刺的尖端锐利, 在钢坯的运输过程中会划伤辊道表面等运输设备, 如果毛刺不去除, 在轧制过程中会在板材端部形成疤痕,影响钢材质量和收得率。因此, 毛刺必须在铸坯火焰切割以后马上去除, 完成这一工序的设备称为去毛刺机。去毛刺装置一般设置在板坯连铸生产线火焰切割机后面的辊道之间。连铸板坯火焰切割时，在切割部位粘着许多切割残渣，呈毛刺状，如果不去除这些毛刺，把铸坯直接送到下道轧制工序，

8、会损伤轧辊表面，影响轧辊的寿命，而且也将影响钢板的质量。近年来，随着铸坯直接热送技术的发展，热装热送率不断提高，对无缺陷铸坯的需求量随之增大，所以在线将铸坯毛刺去除，已成为铸坯生产中不可缺少的环节。去毛刺机的选型通常有三种，第一种机型称为刮刀移动式, 铸坯被紧压在辊道上, 刮刀移动切削掉毛刺; 第二种机型为铸坯移动式 , 刮刀压在铸坯下表面上, 铸坯移动使毛刺被切削掉; 第三种机型称为锤刀式 , 利用高速旋转的锤刀将毛刺打掉。各钢铁公司均要求毛刺去净率达到95 %。这三种去毛刺机在工况良好的情况下都能达到。刮刀式去毛刺机采用气压操作的小车行走、连杆机构升降式结构、机械强制同步; 铸坯移动式去毛

9、刺机采用气压操作的摆动升降结构、空气弹簧支撑同步; 锤刀式去毛刺机采用机械传动，去毛刺辊、同步液压缸升降结构。此外各自还有配套的气压、液压系统、运动部件的润滑系统及设备的冷却系统。比较起来刮刀式去毛刺机的机构多, 运动部件多, 各机构间的联系较复杂; 锤刀式去毛刺机有机械传动设备, 而去毛刺的工作部分只有去毛刺辊和升降液压缸, 锤刀的安装也简单; 铸坯移动式去毛刺机由于去毛刺梁的升降采用了空气弹簧, 摆动采用了一个汽缸而简化了结构,运动部分少, 无机械传动, 结构最为简单。我设计的题目是“双流板坯连铸去毛刺机”，主要由锤刀、长销、 去毛刺辊、去毛刺辊轴承座、滑动导板、去毛刺辊升降机构、升降机构

10、液压缸。去毛刺过程的控制信号来自光电开关。铸坯前端到达去毛刺机第一位置时去毛刺辊启动, 沿铸坯前进方向转动, 到达去毛刺机第二位置时(光电开关控制) 液压缸动作, 将去毛刺辊升起到限定位置, 毛刺经过时飞转的锤刀依靠动能将毛刺打掉, 之后去毛刺辊回到待机状态; 待铸坯后端到达去毛刺机第一位置时去毛刺辊启动, 逆铸坯前进方向转动, 到达去毛刺机第二位置时液压缸动作,将去毛刺辊升起到限定位置, 毛刺经过时飞转的锤刀依靠动能将毛刺打掉, 去毛刺机回到待机状态。 1.2 去毛刺技术的发展机械零件上的毛刺,有些是由于切削加工过程中塑性变形引起的; 有些是铸造、模锻等加工的飞边,还有些是焊接挤出的残料。随

11、着工业化和自动化程度的提高,机械加工领域,特别是航空、航天、仪器仪表领域中,对机械零件制造精度要求的提高和机构设计的微型化,毛刺的危害性尤为明显,逐渐引起人们的普遍重视,并开始对毛刺的生成机理及去除方法进行研究。1953 年,日本许多厂家就开始研制用于汽车刹车鼓、汽缸体、变速箱体等大中型铸件的专用自动去毛刺机。由于这种去毛刺机械对零件的适应性差、价格贵等因素未能得到普遍推广应用,但这为后来发展起来的铸件去毛刺技术奠定了良好基础。在理论研究方面,1958 年日本京都大学的奥岛教授发表了“关于切削过程中的毛刺现象”的论文,对产生毛刺的现象及毛刺的分类进行了论述。1959 年,宇都宫大学隈部教授发表

12、了题为“用振动切削减少毛刺的探讨”的论文。1967 年,静岗大学财满教授发表了“关于铝合金板钻孔形成的毛刺的研究”一文。同年,美国的R. 威廉提出了将研磨剂与硅树脂混合在一起,作为介质,压入装有零件的模具中,将零件内表面和孔的毛刺去掉(即挤压珩磨去毛刺技术) ,取得初步成功,现该项技术已成为美国专利。1971 年,日本综合铸件中心在职业训练大学木下教授等的指导下,研制了数控式砂带磨削装置, 可以去除任意形状铸件的毛刺。同年12 月,日本磨粒加工研究会举办了“去毛刺工艺讲座”,会上发表了磨粒、砂布、超声波、化学、电解等方法去除毛刺的论文。1972 年,小山株式会社研制的铸件去毛刺机、日本小松制作

13、所的汽缸体自动去毛刺装置均获得日本自动化机械奖。日本东京芝浦电气生产技术研究所的高孝哉对20 余种主要的去毛刺方法的去毛刺原理、毛刺的大小、位置、去毛刺零件的形状、自动化难易程度、作业设备费用、特征等进行了深入研究和论述。1973 年,美国狄地洲大学格里列斯皮完成了题为“机械加工中毛刺形成与性质”的论文,分析了机械加工过程中毛刺的形成原理,并论述了实验过程中对毛刺的观测。美国对机械零件去毛刺技术比较重视,是因为美国机械制造业发展迅速,产量高、批量大、质量要求高等因素,而用手工去毛刺满足不了生产发展的需要。1974 年美国制造工程师学会首先成立了毛刺技术分会,着手对去毛刺技术进行研究,这是毛刺问

14、题正式例入议事日程的开始。1976 年前后,日本已有去毛刺技术方面的专利300 余件,其中有关塑料工件去毛刺技术的专利约有90 件。其间,日本的技术人员对产生毛刺的原因及预防措施进行了大量的研究和实验,取得了一定进展,其中振动光饰去毛刺机(又称振动滚磨机)的研究与应用在世界上得到好评。1984 年以来,日本横滨大学中山一雄教授以切削加工中最基本要素切削方向和刀具切削刃为基准,对切削毛刺进行了较为全面、系统的定义分类,先后对车削、刨削加工中被加工件的物理性能、工件形态、刀具的几何参数等因素对切削毛刺的影响进行了大量的实验研究与理论分析,这对有效抑制和减小毛刺的产生奠定了理论基础。为交流有关毛刺问

15、题的科研成果,国际毛刺技术组织在1976 年9 月2830 日在美国德克萨斯洲的霍斯顿召开了首届抑制毛刺的国际会议,对有关毛刺问题进行了学术交流;之后,于1977 年6 月在美国费城召开了控制毛刺和表面加工精度的第2 次国际学术会议,又于1979 年10 月召开了第3 次毛刺问题的国际学术会议,交流研究及控制毛刺的科研成果。国际生产工程学会(CIRP) 也在其学术会议上,相继就关于切削毛刺生成机理与去除技术等研究内容进行了学术交流,促进了毛刺生成机理与控制研究的深入发展。在2000 年9 月召开的第5 届国际去毛刺和表面精整大会上,讨论了以ISO9000为基础的毛刺检查标准,其中包括40 多项

16、关于毛刺的技术问题。目前,去毛刺技术已受到各工业发达国家的普遍重视,我国原机械部液压行业就把去毛刺技术列为“七五”期间提高液压产品质量的主要攻关项目 。随着我国工业化进程的加快,零件去毛刺技术的应用范围日益广泛,有越来越多的部门开始重视零件去毛刺技术的研究和应用,并已取得丰硕的研究成果。1.3毛刺的产生原因及危害机械零件加工方法大致可分为去除材料加工、变形加工、附加加工等。在各种加工中,与所要求的形状、尺寸不符的、在被加工零件上派生出的多余部分即为毛刺。毛刺的产生随加工方法的不同而变化。根据加工方法的不同毛刺大致可分为铸造毛刺:在铸模的接缝处或浇口根部产生的多余材料,毛刺的大小一般用毫米表示。

17、锻造毛刺:在金属模的接缝处,由于锻压材料的塑性变形而产生的。电焊、气焊毛刺:电焊毛刺,是焊缝处的填料凸出于零件表面上的毛刺;气焊毛刺,是瓦斯切断时从切口溢出的熔渣。冲压毛刺:冲压时,由于冲模上的冲头与下模之间有间隙,或切口处刀具之间有间隙,以及因模具磨损产生毛刺。冲压毛刺的形状,根据板的材料、板的厚度、上下模之间的间隙,冲压零件的形状等而有所不同。切削加工毛刺:车、铣、刨、磨、钻、铰等加工方法也能产生毛刺。各种加工方法产生的毛刺,随刀具和工艺参数的不同而产生不同的形状。塑料成型毛刺:与铸造毛刺一样,在塑料模的接缝处产生的毛刺。由于毛刺的存在将导致整个机械系统不能正常工作,使可靠性、稳定性降低。

18、当存在毛刺的机器做机械运动或震动时,脱落的毛刺会造成机器滑动表面过早磨损、噪音增大,甚至使机构卡死,动作失灵;某些电气系统在随主机运动时,会因毛刺脱落而造成回路短路或使磁场受到破坏,影响系统正常工作;对于液压系统元件,如果毛刺脱落,毛刺将存在于各液压元件微小的工作间隙内,造成滑阀卡死、使回路或滤网堵塞而造成事故,还会引起流体紊流或层流,降低系统的工作性能 。日本液压专家认为,影响液压件性能和寿命的原因有70 %是毛刺造成的;对于变压器,带有毛刺的铁心比清除毛刺的铁心铁损增加2090 % ,并随频率的增加而加大。毛刺的存在还影响机械系统的装配质量,影响零件后序加工工序的加工质量及检验结果的准确性

19、。1.4 去毛刺机发展趋势目前,去毛刺技术已受到各工业发达国家的普遍重视,相继成立了许多专门研究机构,进行了大量实验研究。去毛刺工艺已由手工作业向机械化、自动化的方向发展,去毛刺的工艺方法也在逐年增加。据粗略统计,1972 年,去除毛刺的方法仅有22 种,1975 年增加到30 种,1990 年则已达70 余种 ,已涉及机械加工的各个方面,并不断有新的去毛刺研究成果问世。随着中国加入WTO、改革开放进程的加快,产品竞争会日益激烈。提高产品内在质量、增加系统可靠性、降低成本是企业面临的唯一选择;另外,随着国家机电产品出口比率的加大,也为去毛刺的研究和应用带来锲机。有迹象表明,欧、美、日本、台湾、

20、香港等国家和地区的一些企业,考虑或正在我国大陆设立光整设备生产基地和设置服务中心,以抢先占领中国市场。去毛刺技术的重要性越来越受到人们的关注,但作为一项重要的应用技术，我国与先进工业发达工业国家尚有差距,须作出更大的努力 ,为此,应重视以下几方面的工作:1) 加强我国去毛刺技术的研究,缩小与国外先进水平的差距国家机械行业主管部门应注重去毛刺技术的应用研究及设备开发工作,加强对成熟技术的推广应用,通过多种形式开展企业间的技术合作与交流。及时了解该项技术国际上的流行趋势与研究方向,为机械制造业整体技术水平的提高创造良好的外部环境与条件;编制、完善去毛刺技术和设备手册,制订行业去毛刺技术标准,开展去

21、毛刺技术标准化工作,使其能对去毛刺技术的应用起到指导作用; 制定、完善有关政策,鼓励工程技术人员和工人进行技术革新,提高去毛刺技术水平,缩小管理、技术协调及标准化方面的差距。加强毛刺生成机理和去毛刺技术的研究,开展去毛刺设备重点攻关,协调去毛刺研究成果的推广应用,缩小去毛刺技术和设备方面的差距。2) 加大无毛刺技术设计的研究力度去毛刺技术按加工技术可分为两类:一类是无毛刺加工技术(包括控制毛刺高度在允差范围内) ;另一类是去毛刺技术。国外许多公司已在研究“无毛刺技术”的应用。“无毛刺技术”即在产品和工艺设计阶段就考虑毛刺的形成机理及去除方法,将毛刺降低到最低限度。无毛刺设计主要包括以下内容:

22、a. 尽可能选用无毛刺或小毛刺材料。塑性好的材料易产生毛刺,而硬质材料在切削时很少产生毛刺。b. 在可能产生毛刺的边棱上增加凹槽、切口、圆角等,减少毛刺的发生。c. 改变零件的几何形状,使毛边变为“非功能”边,或使毛刺易于清除。d. 精确设计零件加工工序,可减少毛刺数量或缩小毛刺尺寸。e. 保持切削刀具锋利,提高刀具性能,有利于减小毛刺尺寸。f . 采用例如化学切削法的方法,控制毛刺的形成。g. 研制、推广有效控制毛刺生成的新工艺、新技术。h. 在冲压件加工中,采用聚胺脂橡胶冲模,以实现无毛刺冲裁。3) 研究减少毛刺的措施选择合理的机械加工方法,从工艺角度合理安排并优化机械加工工艺,采取措施减

23、少、或不产生毛刺,是去毛刺领域的研究方向。普遍认为选用合理的加工方法、合理安排加工工序、优化刀具设计、合理安排走刀方向、合理安排走刀用量、提高切削速度、合理安排热处理工序、应用附件加工、采用多件重叠加工、尽量采用少毛刺或无毛刺加工技术是值得研究注意的课题。4) 去毛刺向高新技术方向发展由于自动化技术的应用,数控机床已发展为柔性制造单元( FMC) 、柔性制造系统( FMS) 及功能完善的计算机集成制造系统(CIMS) ,加工生产率成倍提高,而去毛刺技术未能适应其发展要求。从某种意义上讲,切削毛刺的产生在一定程度上延缓了机械工业向自动化、无人化方向发展的进程,阻碍了切削加工效率和加工精度的提高

24、。为自动加工设备配套的去毛刺机械是今后的研究方向。目前,国外已成功研制了用于CNC 数控机床上的去毛刺技术,并已投入使用。该项技术的核心是一套按不同几何形状确定的刀具,由刀杆、去毛刺工具和特殊轴承结构三部分组成,具有非常短暂的工作节拍和很高的去毛刺质量29 。国内研制的由PC控制一组轮刷作为切削工具的半自动齿轮端面去毛刺机床已研制成功并投入使用。铸件去毛刺是一项重体力劳动。铸件形状复杂,体积一般较大,品种多,批量小,给自动化清理带来一定困难。同时,作业时工具噪音大、震动大,易给操作者带来损伤。因此,多品种小批量生产的铸件清理作业机械是发展方向,有些国家已开始使用机械人、数控机床去除铸造工件上的

25、毛刺。1.5去毛刺装置的形式目前，去除铸坯毛刺的方法有：刀具刮除、锤头打击以及火焰清除等，以锤头打击方式应用最广泛。刀具刮除方式又分为铸坯固定式、铸坯移动式、圆盘刀具刮除等。1.5.1铸坯固定刀具刮除形式 图 1.1 刀具移动的刮刀式去毛刺机构简图 1 横移汽缸2 横移机构3横移同步齿轮- 齿条机构 4 刮刀压紧弹簧5 刮刀6 升降刀台7 升降导板 8 升降机构9 升降汽缸10 压坯机构11 压坯气缸宝钢炼钢厂连铸生产采用的是铸坯固定式刀具刮除去毛刺装置。在去毛刺之前，先将高压水喷射到毛刺部位，使毛刺变脆，易于刮去。然后采用夹紧装置将铸坯压住，使之不能移动。每台去毛刺装置有两套夹紧机构，分别用

26、来夹紧铸坯的前端和后端，夹紧机构是由气缸驱动的，在不工作或维修时，紧臂处于上升位置，并装有安全销。刀具装在升降装置中，通过升降框架使刀架上升并紧贴住铸坯的下表面，通过刀具移动装置使刀具横向移动完成刮削动作。移动框架下面的两侧分别设有两个走行轮，车轮沿下导轨走行，导轨装在基础上。为了保证同步，其中一对走行轮是带齿轮的，在车轮转动的同时，同轴上的两个小齿轮与安装在基础上的齿条相啮合，实现同步运动。移动装置由二台气缸驱动。这种形式的去毛刺装置适用于场地布置有一定限制，铸坯搬出周期较紧张的情况。该装置设备复杂，造价高。1.5.2 铸坯移动刀具刮除方式图1.2铸坯移动的刮刀式去毛刺机机构简图1 气缸2

27、刮刀3 去毛刺梁4 刮刀气缸 5 去毛刺梁的升降轴承座6 空气弹簧(气囊缸) 7 滑动导板8 挡板9 液压缸10 推坯机构鞍钢第二炼钢厂1号板坯连铸机从日本神户钢铁公司引进的去毛刺装置就属铸坯移动刀具刮除方式。当铸坯通过去毛刺装置时，通过光电开关使铸坯停在指定位置，由升降装置将刀具抬起压紧铸坯下表面，辊道反转使铸坯后退，靠铸坯重量压紧刀具，去除前端毛刺。然后升降装置下降，铸坯前进到达指定位置后，升降装置抬起，刀具压紧铸坯，去除后端毛刺。升降装置由二台200mm气缸驱动。该方式靠铸坯移动去除毛刺，无需刀具横移机构，因而结构简单，适用于铸坯搬出周期及场地都较宽裕的情况。但该设备存在刚度不足和同步差

28、等问题。1.5.3 锤头打击方式图锤刀式去毛刺机机构简图1 锤刀2 长销31 去毛刺辊4 去毛刺辊轴承座 5 滑动导板6 去毛刺辊升降机构7 升降机构液压缸图 锤刀式去毛刺机传动系统简图 1 电动机2 联轴器3 减速机 4 万向联轴器5 去毛刺机本体鞍钢第二炼钢厂的板坯连铸机还使用了锤头打击式去毛刺装置。这种装置由电动机通过万向接轴驱动一个转子，转子上装有8个支轴，每个支轴上装有错开排列的片状锤头。当转子带动锤头高速旋转时，锤头在铸坯前后端部连续不断地撞击而把毛刺打掉。转子由气缸驱动，可以上下移动，不工作时，转子停在较低位置并停止旋转。这种方式结构简单，占用空间少，易于布置。但也存在铸坯停止位

29、置不准，锤头易于损坏而造成去毛刺效果不好等不足。1.5.4 三种去毛刺机的比较1 力学比较A、B 两机属于以静力切削为主的去毛刺方式, A 机有铸坯压紧装置, 刮刀强制进刀刮去毛刺, 去毛刺的力学条件保证较好; B 机无铸坯压坯装置, 且刮刀通过两重气压(空气弹簧和小活塞) 压在铸坯表面上, 去毛刺的力学条件差一些;C 机是靠冲击力去毛刺, 由于锤刀的质量与铸坯相比极小, 根据动量定律, 在动量交换过程中铸坯几乎不会上抬和附加移动, 去毛刺的力学条件2 刀具的状态调整所谓刀具的状态调整是指刀具与铸坯的接触情况和压紧情况, 只有刀具状态良好时才能实现去毛刺机理。(1) A 机靠碟形弹簧将长度为1

30、200 mm左右的刮刀压紧在铸坯下表面上, 当铸坯表面有鼓肚或突起时, 凹处就会有一部分毛刺不能去除, 调整碟簧的压缩量可以保证刮刀对铸坯的压紧力,使刮刀不被下推(铸坯被压紧在辊道上) 。由于刮刀的进退是机械强制进行的, 所以在进刀去毛刺过程中调整好的切削状态得以保持。为了达到良好的刀具状态, 需要满足刀台安装和去毛刺辊安装的水平度、两端升降行程相等和同步要求等。(2) B 机18 个直径为103 mm的圆盘形刮刀单独用小气缸支撑压紧在铸坯下表面上, 保证刮刀与铸坯表面的良好接触, 压紧力与空气弹簧的充气压力和行程控制有关, 但最终由小气缸的压力确定。在辊道运输铸坯的惯性去毛刺过程中, 特别是

31、在短定尺铸坯具有较大毛刺的情况下, 有可能发生铸坯上抬或刮刀下降的现象, 所以调整好的工况保持性较差。(3) C 机去毛刺辊两端的升降液压缸采取同步回路。锤刀活络悬挂在长销上, 刃面高出铸坯下表面1153 mm , 去掉毛刺以后锤刀倾斜刮过铸坯表面。由于不存在压紧问题, 在冲撞过程中铸坯的位态基本不变, 3 mm的调整量容易达到,所以调整好的工况很好保持。由于采用液压传动,去毛刺辊升降的速度、行程容易调节和限制。3 设备调整设备调整的难度和工作量是由设备结构决定的, A 机的刮刀及刀台安装、刀台升降机构的安装、横移机构的安装、齿轮- 齿条同步机构的安装、去毛刺辊道的安装, 相应的气压回路都必须

32、精心调整才能得到良好的去毛刺工况; B 机刮刀装配工作量大, 但几乎不用调整; 去毛刺梁摆动机构、气囊缸需要调整定位和限位, 气压系统需要调整配合; C 机的传动系统属于常规机械传动设备, 没有特别的调整要求; 去毛刺辊的两个升降液压缸要做同步调整, 去毛刺辊升降高度的定位和限位需要调整。4 去毛刺效果(1) 各钢铁公司均要求毛刺去净率达到95 %。这三种去毛刺机在工况良好的情况下都能达到。(2) A 机的工况平稳, 系统刚性较好, 去毛刺表面平整; B 机次之; C 机锤刀的高速冲撞可能在铸坯表面划出沟痕, 去毛刺表面的平整性较差。5 去毛刺周期去毛刺机是在线设备, 其工作周期必须满足工艺流

33、程的要求。A 机将铸坯两次停止并压紧在辊道上, 刮刀来回上下运动去毛刺; B 机的刮刀要摆动和上下运动, 配合铸坯的来回运动去毛刺, 这两种机型的工作周期时间较长。而C 机只需铸坯经过去毛刺辊道一次就将毛刺去除, 几乎不需要周期时间。6 刀具维修三种去毛刺机的维修工作主要集中在刀具上, 虽然刮刀、锤刀都是用耐热合金工具钢制造, 硬度在HRC55 以上, 还是需要定期检查、更换, 比较起来C 机的锤刀冲击速度高, 磨损快, 容易发生冲击破裂, 锤刀和长销的使用寿命很难达到半年; 而刮刀的更换周期在半年以上。三种机型的其他维修均属于常规机械维修工作。7 使用成本三种设备购买及使用成本的比较如下:(

34、1) 设备的购买成本, 重量和外形尺寸按A , C , B 依次减小;(2) 使用成本包括动力介质消耗、电能消耗、工艺冷却水和设备冷却水消耗、维修成本及备品备件消耗等项, 这几项成本之合仍然是依A , C , B 的顺序减小。第二章 控制系统我设计的板坯连铸机板坯定尺采用火焰切割机进行在线切割，在切割铸坯首尾两端的下边部时会产生火焰切割毛刺，这种毛刺不仅对送坯辊道及轧辊造成较大伤害，而且对最终轧制质量带来不良影响。因此采用在线去毛刺是非常必要的。2.1.1 去毛刺机控制分析 去毛刺机采用锤刀打击式的去毛刺辊。控制系统要在各种方式下控制去刺辊的升降、正反向转动等。去毛刺机主体部分采用PLC两流分

35、别控制，其中一流出现故障时不会影响另一流的工作。去毛刺机的检测信号、控制命令送入PLC运算，对去毛刺机系统进行控制。传动系统分析：由于铸坯为经过火焰切割之后，坯头的毛刺流线和坯尾的毛刺流线不一样，所以要求去毛刺时毛刺辊装懂的方向不一样，液压系统分析：液压系统主要控制去刺辊的升降，调整阀体来调节液压缸的升降速度，。调整上、下限位开关的位置以补偿电气液压控制系统的滞后时间。当去刺辊接触上下限位时，升降速度接近零。2.1.2 去毛刺机控制过程钢坯经过火焰切割机后，由辊道送至毛刺清理机前，去刺辊和飞锤都在低位位置。起始位置：钢坯头部遮挡去刺辊前约3米处的光电管（1）时，信号传到控制系统中，系统给去刺辊

36、输出一个信号，经过延迟，去毛刺辊旋转，旋转方向同铸坯前进方向，同时发出辊道减速信号，去毛刺过程开始； 图2.1 工作示意图（1）当铸坯头部遮挡离去刺辊前约600mm处的光电管（2）时，信号反馈回控制系统，去刺辊得到信号开始上升，去毛刺机处于待工位状态，当坯头底部平面与飞锤旋转圆相切时，除毛刺开始，过程大约持续0.10.5秒，坯头除毛刺完成，液压缸开始下降，同时电机开始制动，去刺辊下降到停机位，同时发出辊道速度恢复信号。 图2.2 工作示意图（2）铸坯继续前行，当坯尾完全通过光电管(1)时，系统给出信号，延迟一段时间，去刺辊按板坯运动的反方向旋转，同时发出减速信号; 图2.3工作示意图（3）铸坯

37、继续前行，当尾部经过光电管(2)时， 即当铸坯尾部遮挡离去刺辊前约600mm处的光电管时，信号到控制系统，经过一个短暂的延迟（时间取决于传输辊速度，目的是使去毛刺辊与坯尾同时到达工作位），去刺辊得到信号开始上升，当坯尾底部平面与飞锤旋转圆相切时，除毛刺开始，过程大约持续0.10.5秒，坯尾除毛刺完成，延迟数秒液压缸开始下降动作，同时电机断电，去刺辊下降到停机位，系统发出辊道速度恢复信号。 一块板坯的除毛刺工作循环结束，等待下一板坯到来; 图2.4 工作示意图（4）一块板坯的除毛刺工作循环结束，等待下一板坯到来。2.2 程序设计为了达到工艺要求，使去毛刺率85% ，去毛刺周期最短，以便缩短出坯时

38、间，提高生产率，要求与整个铸机工艺流程装配水平相匹配。当去毛刺辊道在自动方式下并且去毛刺机也选为自动方式时，当铸坯头部通过去毛刺辊道1 光电检测装置时，N一9O系统控制去毛刺辊道由高速转为低速，同时发出去刺辊顺时针旋转命令到PLC，PLC控制去刺辊开始正转，此时去刺辊旋转方向与铸坯传送方向一致。若铸坯进一步向前运送，当其头部到达去刺辊道2 光电检测装置时，N一9O系统发出去刺辊上升信号到PLC，PLC控制液压上升电磁阀得电，在液压缸作用下去刺辊开始上升，并对铸坯头部下边沿50100mm 的火焰切割影响表面进行清理，延时3s后，去刺辊上升电磁阀失电，下降电磁阀得电，去刺辊开始下降。当收到下降到位

39、极限信号以后，去刺辊制动、停止。当铸坯再进一步向前，运行至坯尾通过1 光电管，则N一9O系统发出去刺辊反时针旋转命令给PLC，PLC控制去刺辊反转，其方向与铸坯传送方向相反。当坯尾通过2 光电检测装置时，N一9O系统再次发出去刺辊上升信号给PLC，液压上升电磁阀得电，由液压缸驱动去刺辊升高，上升至极限即停止升高，开始清理铸坯尾部毛刺，延时3s后，去刺辊下降，并返回到待机位置，停止转动。此时冷却水电磁阀关闭，并发出去毛刺结束信号到N一9O系统，控制去毛刺辊道由低速转为高速送坯。去毛刺机还设有手动操作方式。手动操作方式由切割操作室和现场操作台组成，所有动作都可由手动单独操作主要用于设备的检修和维护

40、。旁路方式：当去毛刺机没有准备好，也不在自动方式下或者由于无须去毛刺而选用旁路方式，N9O系统接收到此信号，当板坯到达光电检测位时，去毛刺辊道将不再减速，而直接送坯。如图 图2.5 去毛刺机控制简图去毛刺机的运行状态通过PLC传到N9O系统以监控毛刺机的各种状态。包括如下信号：去毛刺辊正转；去毛刺辊反转；去毛刺辊上升位置；去毛刺辊下降位置；去毛刺机准备好；去毛刺机综合故障(欠磁或过压)；去毛刺结束； 去毛刺机自动工作。 2.2.3 PLC程序设计（一）分析被控对象并提出控制要求 图2.6 去毛刺机控制流程图（二）确定输入输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关

41、、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。输入设备：光电管1，光电管2输出设备：电机，液压缸，辊道 （三）选择PLC西门子SP7-200（四）分配I/O点去毛刺辊上升位置；Q0.2去毛刺辊下降位置；Q0.3去毛刺结束； Q0.4去毛刺机自动工作。（五）程序设计第三章 液压系统3.1液压系统的设计要求除毛刺机工作原理非常简单，整个装置沿着输出辊道布置在板坯的底部。去毛刺旋转轴的四周附带有可以灵活摆动的链接摆锤，当去毛刺旋转轴在电机的拖动下以一定速度高速旋转时，由于离心力的作用，链接摆锤以旋

42、转轴为圆心张开，调整好旋转轴和铸坯之间的距离。当铸坯到达旋转轴位置时，由两侧的液压缸提升旋转轴，使链接摆锤升起的位置正好敲击在毛刺的根部，这样就可以彻底切除铸坯切割后残留的毛刺。去毛刺辊两端的升降液压缸采取同步回路。锤刀活络悬挂在长销上, 刃面高出铸坯下表面1153 mm , 去掉毛刺以后锤刀倾斜刮过铸坯表面。由于不存在压紧问题, 在冲撞过程中铸坯的位态基本不变, 3 mm的调整量容易达到,所以调整好的工况很好保持。由于采用液压传动,去毛刺辊升降的速度、行程容易调节和限制传动系统属于常规机械传动设备, 没有特别的调整要求; 去毛刺辊的两个升降液压缸要做同步调整, 去毛刺辊升降高度的定位和限位需

43、要调整。设计要求：本章要求根据液压参数设计出液压原理图，液压缸的尺寸，以及根据液压缸选出各液压元件。保证液压系统能提升起去毛刺辊，3.2液压参数压力 :18Mpa轴辊重量：3.3液压缸的计算及其选取3图由于系统为两个液压缸同时工作,如上图所示，所以每个液压缸承受1/2的重力。惯性载荷：式中： g重力加速度，取g=/s 速度变化（m/s）； 启动或制动时间（s），行走机械一般取； 液压缸的外载荷： 3工作时的最大压力定为：P=18Mpa当活塞杆受压力时： (5-3)式中：无杆腔活塞有效作用面积（）； 有杆腔活塞有效作用面积（）； 液压缸工作腔压力； 液压缸回油腔压力（），即被压力；查液压系统设计

44、图集周士昌主编，机械工业出版社（以下表全部来自此书，不在做出说明），表2.2-4执行元件被压力，选=1。一般，液压缸在受压状态下工作，令杆径比：5液压缸的机械效率，取90%代入上式中： 取标准直径D=80mm速比：查机械设计手册第三版第四卷表19-6-4可得：液压缸活塞往复运动的速比： (5-3)因为： 所以： 由以上各个参数可选择液压缸：查朝日液压浙江宁波奉化市朝日液压.SG型液压缸可选用HSG L 0163 /32型铰轴连接式液压缸计算液压缸的所需流量液压缸的最大流量液压缸的最小流量液压系统流量要满足工作速度要求，工作速度按工艺试验所取得的最佳速度范围，生产率要求和现实可能性而确定。一般由

45、泵直接供油的液压系统中，主缸的速度不超过50，快进速度不超过300，快退速度与快进速度大体相等。因此，综合考虑各因素可取=100mm/s=50mm/s则可算出液压缸的最大和最小流量 =2 =10.31L/min。 3.3.3 液压缸主要零部件设计 ： 对缸筒的要求：(1) 有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不知产生永久变形； （2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲； （3）内表面的活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性； （4）需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，一边在法兰或管

46、接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 缸筒的材料：因为缸筒采用一端胶接，一端刚性固定，所以使用调质45钢 所以：，缸筒的许用应力 取n=8 所以缸筒壁厚初选=5mm 所以有薄壁缸筒的使用公式得mm取缸筒外径的公差余量=1mm 取缸筒的腐蚀余量=1mm由缸筒壁厚公式得 取壁厚=5mm符合初选壁厚，2 验算壁厚的可靠性 额定压力PN应小于一定得极限值，以保证工作安全 有校核公式得 其中为缸筒的外径，D为缸筒的内径 所以厚度符合此项标准同时额定压力也必须保证与完全塑性变形压力有一定得比列范围，以避免塑性变形的发生，即 其中为缸筒发生完全塑性变形的压力 所以360 所以PN（14.8217.87）所以此

47、项也符合标准。缸筒的底部厚度 所以取底部厚度=8mm3 进油缸压力的计算由化学工业出版社出版、张利平主编的液压传动系统及设计表5-10中公式： （式3.5）式中 ：为背压力、 为无杆腔、有杆腔有效面积= =9.05 MPa3.4液压回路3.4.1 选择基本回路 由于液压系统主要完成的工作是使液压缸升降，并且能够准确定位，能够停在任一位置，使去毛刺辊轴能够完成工作1 平衡回路为了防止竖直放置的主液压缸在抓斗自重作用下超速下降，即在下行运动中由于速度超过液压泵供油所能达到的速度而使工作腔中出现真空，并使其在任意位置上锁紧，故需要设置平衡回路。方案一：如图2.2所示：自控式单向顺序阀（简称平衡阀）的

48、平衡回路。当换向阀切换到左位时液压缸3的活塞向下运动，缸下腔的油液经平衡阀2中的顺序阀流回油箱。只要是阀2的调压值大于由于活塞及其相连工作件的重力在缸下腔产生的压力值，则当换向阀处于中位时活塞和工作部件就能被平衡阀锁住而不会因自重下降。在下行工况时，限速作用由平衡阀所形成的节流缝隙来实现。图3.2平衡法的平衡回路方案二：如图2.3所示，是用单向节流阀4和换向阀3组成的平衡回路。三位四通换向阀3切换至左位时回油路上的单向节流阀4处与调速状态。适当调节阀4的开度就可以防止超速下降。换向阀处于中位时液压缸进出口被封死活塞可停止运动。 图3.3节流阀和换向阀组成的平衡回路方案比较：方案一所示回路在活塞

49、下行运动时，因要克服顺序阀的背压，功率损失较大，且“锁紧”时活塞和与之相连的工作部件会因平衡阀和换向阀的泄露而缓慢下落，故只适用于工作部件重量不大、锁紧定位要求不高的场合。方案二适合于功率不大或功率虽然较大但工作不频繁的油路中，一般常用于货轮舱口盖的启用，装载机的升降、电梯及升降平台的升降等液压系统中。由以上分析可知，所设计的挖泥船液压系统适合选用方案二的平衡回路，故平衡回路选用方案二。3. 锁紧回路锁紧回路的功用是使液压缸能在任意位置停留，且停留后不会因外力的作用而移动位置，当换向阀作为接入时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸左腔，同时通过控制口打开右边液控单向阀，使液压缸右腔的回油可经右边

50、液控单向阀及换向阀流回油箱，活塞向下运动，反之，活塞向上运动。到了需要停留的位置，只要使换向阀处在中位，因阀的中位为Y型机能，所以两个液控单向阀均关闭，使活塞双向锁紧。回路中由于液控单向阀的密封性良好，泄露极少，锁紧的精度主要取决于液压缸的泄露。 图 锁紧回路回路同步回路是实现多个执行元件同步运动的回路，由于控制抓斗开合的两个辅助液压缸必须同步工作，故系统需要设置同步回路。图3.5 单侧回油节流同步回路方案一：如图2.4所示采用液压缸单侧回油节流同步回路。在各液压缸的回油路上装单向节流阀，调节节流阀的流量以达到近似的速度同步。活塞上升时油液经单向阀进入缸的下腔故只能实现一个方向（向下）的同步。

51、方案二：如图2.5所示，为用分流集流阀即同步伐的同步回路。活塞上升时分流集流阀起分流作用，活塞下降时分流集流阀起集流作用。回路中单向节流阀用来控制活塞的下降速度，液控单向阀是防止活塞停止时因两缸负载不同而通过分流集流阀内节流孔窜油。图3.6 分流集流阀的同步回路方案比较：方案一的节流阀同步回路只能实现一个方向的同步，液压系统简单、成本低、但同步精度受油温和负载的影响较大且系统效率低，不宜用于偏载或负载变化频繁的场合。方案二，分流集流阀使两液压缸在承受不同负载时仍能获得相等的流量而实现同步，其液压系统也比较简单。经过以上比较，结合挖泥船工作是负载变化大的实际情况，选方案二的同步回路。3此次设计的

52、去毛刺机液压系统执行元件有二个液压缸，各个执行元件的执行循序为：两个液压缸同时升降，并且可以停留在任意位置。如第二章控制系统所述钢坯经过火焰切割机后，由辊道送至毛刺清理机前，去刺辊和飞锤都在低位位置。起始位置：钢坯头部遮挡去刺辊前约3米处的光电管（1）时，信号传到控制系统中，系统给去刺辊输出一个信号，经过延迟，去毛刺辊旋转，旋转方向同铸坯前进方向，同时发出辊道减速信号，去毛刺过程开始； 当铸坯头部遮挡离去刺辊前约600mm处的光电管（2）时，信号反馈回控制系统，去刺辊得到信号开始上升，去毛刺机处于待工位状态，当坯头底部平面与飞锤旋转圆相切时，除毛刺开始，过程大约持续0.10.5秒，坯头除毛刺完

53、成，液压缸开始下降，同时电机开始制动，去刺辊下降到停机位，同时发出辊道速度恢复信号。铸坯继续前行，当坯尾完全通过光电管(1)时，系统给出信号，延迟一段时间，去刺辊按板坯运动的反方向旋转，同时发出减速信号; 铸坯继续前行，当尾部经过光电管(2)时， 即当铸坯尾部遮挡离去刺辊前约600mm处的光电管时，信号到控制系统，经过一个短暂的延迟（时间取决于传输辊速度，目的是使去毛刺辊与坯尾同时到达工作位），去刺辊得到信号开始上升，当坯尾底部平面与飞锤旋转圆相切时，除毛刺开始，过程大约持续0.10.5秒，坯尾除毛刺完成，延迟数秒液压缸开始下降动作，同时电机断电，去刺辊下降到停机位，系统发出辊道速度恢复信号。

54、 一块板坯的除毛刺工作循环结束，等待下一板坯到来; 一块板坯的除毛刺工作循环结束，等待下一板坯到来。由前面的液压系统基本回路的分析及方案的选择可得到该去毛刺机液压系统原理图为如图2.10所示：根据原理图以及各执行元件的执行顺序简述该液压系统工作原理：泵启动前换向阀处于中位，去毛刺辊处于最低的位置，电磁阀b得电，三位四通换向阀打到b端，p与A连接，油液从左边油路进入，经过单向节流阀中的单向阀，然后进入分流集流阀，分流集流阀具有分流和集流功能。当油源向两相同液压缸供油时，通过分流集流阀的分流功能，可使两液压缸保持速度相同（同步）。当液压缸向油箱回油时，通过分流集流阀的集流作用，可使液压缸回程同步，

55、此时，油液进入液压缸下腔，使活塞杆向上运动，提起毛刺辊上升，上升一定阶段等坯头去毛刺工作完成之后，电磁阀a得电，此时p与B端相连，压力油经过右路，进入液压缸上腔，使活塞杆开始下降，直到下降到最低位置，此时，坯头去毛刺工作完成。因为需要去毛刺的板坯是从火焰切割工序出来的，所以进行坯头毛刺去除之后，还要进行坯尾的毛刺去除，此过程皆由光电管控制，坯尾的去毛刺过程和坯头的去毛刺过程基本上相似。 图3.7 液压系统图 3.5液压元辅助件的选择选择液压泵及其驱动电机1. 确定液压泵的最大工作压力Pp 61式中 液压缸或液压马达最大工作压力； 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。管路简单、流

56、速不大的，取=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调速时，取=（0.51.5）MPa。本设计取=1MPa。所以液压泵的工作压力为=18+1 =19 上述确定的仅是系统的静态压力。系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力，其最大值往往比静态压力要大得多。所以选取液压泵的额定压力时应比系统最高压力大，使液压泵有一定的压力储备。2. 计算液压缸最大需用流量参考化学工业出版社出版、张利平主编的液压传动系统及设计式5-4有: 62式中 k系统泄漏系数一般取1.11.3，现取 =1.1； 同时动作的液压执行器的最大流量，在本系统中为液压缸的流量和两外端支承液压缸流量。即 2 20.61=41.22L/m

57、in由以上计算所得的和值选泵，通常为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，泵的额定压力应比高些。根据化学工业出版社，成大先主编的机械设计手册第五版中第五卷21204页选取液压泵的型号为JBG57型径向柱塞泵，其额定压力为25MPa，排量为57，额定转速为1000。3. 液压泵的驱动功率计算和电动机的选择参考化学工业出版社出版、张利平主编的液压传动系统及设计式5-8，泵的驱动功率为： = 式中 为泵最大工作压力，MPa； 泵最大流量，； 泵的总效率，取88%。根据泵的驱动功率及泵的转速选择液压泵的驱动电机型号为JO2916，其额定功率为55Kw,同步转速为1000。3.5.2 阀类

58、元件及辅助元件的选择1.根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过元件的最大流量，可选出液压元件的型号及规格如下表，表中序号与原理图中序号相同。序号液压元件名称型号最大流量（L/min）最大压力（MPa）备注球阀QJH-J15W8015盐城中液压力表YN-63，025MPa25无锡球阀QJH-J15W8020盐城中液减压阀ZDR10DP2-4*/150YM/V115北京华德液压公司单向阀S25A12115北京华德液压公司二位四通电磁换向阀4WE10J-3/CQ24KQK428北京华德液压公司液控单向阀Z2S10-2*/S2V115北京华德液压公司节流阀Z2FS10-2*/S2V115北京华

59、德液压公司测压软管115EMB液压缸储能器管道的选择1）管道种类的选择系统采用板式连接，方便、整洁、操作检修方便。故可采取在板中直接打管路，由于板子较厚，故管道要结实，且不用考虑壁厚。2）管道内径的确定管内液流速度与元件，回路的正常工作有着密切的关系，由流体力学可知，提高流速会增加压力损失，减小流速会增加管道内径及其辅件的体积和重量。同时流速与液压冲击密切相关，流速增加，冲击压力增加，因此，合理选取管道内径十分重要。各元件间连接管道的规格按所选元件接口尺寸决定，液压缸、马达进出油管则按输入排出的最大流量计算。参考机械工业出版社出版、王积伟等主编液压传动第二版式7-9可知：一、压油管 =16mm23mm参考机械设计手册第五版第五卷中的表2182，取压油管的内径20mm。二、吸油管 =2332mm 参考机械设计手册第五版第五卷中的表2182，取压油管的内径三、回油管 =18mm23mm参考机械设计手册第五版第五卷中的表2182，取压油管的内径=20mm3）油箱容量根据机械工业出版社出版、王积伟等主编液压传动第二版式7-8有油箱容量为: =657 =342L式中 泵额定流量