1.5兆牛摆动剪切机的设计
1.5兆牛摆动剪切机的设计,摆动,剪切,设计
译文轧制过程中的热传递一 热带轧制的温度变化板坯再加热到所要求的温度后进行轧制。一个典型的热带轧制工艺包括以下几个主要步骤:(1) 板坯轧制前用高压水除鳞系统除鳞,有时采用立辊轧机同时除鳞。(2) 粗轧成1940mm后的中间料。粗轧过程通常伴随立辊和道次间的除鳞操作。(3) 将中间料从粗轧机运至安装在精轧机前的飞剪处。飞剪用来剪切料头和料尾。(4) 中间料在进精轧机组前的除鳞。(5) 精轧至所要求的厚度。机架间可能进行除鳞,有时也可能进行带钢冷却。(6) 轧材在输出辊道上的空冷和水冷。(7) 轧材的卷取。在轧制工艺过程中,轧件向其周围物质进行各种热传递。一些损失的热量由轧件变形所产生的热予以弥补。热带轧制过程中,轧件温度降低和升高的主要因素通常可以区分如下:(1) 热辐射引起的温降。(2) 热对流引起的温降。(3) 水冷引起的温降。(4) 向工作辊和辊道热传递导引起的温降。(5) 力学加工和摩擦引起的温升。 关于这些因素的分析简述如下。二 热辐射引起的温降 采用两种方法进行热辐射引起的温降公式的推导。第一种方法忽略了材料内部的温度提督,利用斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算辐射到环境中的热量为:q=S 式中 辐射体的表面积,m2; q从物体辐射的热量,J; S斯蒂芬-玻尔兹曼常数; T轧件在t时刻的温度,K; Ta环境温度,K; t时间,s; 辐射系数。 物体损失的热量由下式给定: q= 式中 c轧件质量热容,J/(kgK); Vr辐射体的体积,m3 轧件的密度,kg/m3。 考虑到热平衡条件q=q及式1-1和式1-2,可以计算出温降速度ar: ar= 通常假设TaT,并简化某些方程以达到协调形式,得出辐射温度差速度公式,总结见表1-1所示。在推导这些公式时,未考虑温度对参数S、及c的影响。不过实际上这些常数随温度的变化可能都是很大的,所以,式1-3的最终形式将取决于这些常熟选择的平均值。 辐射时间tr内的温降可以通过对微分方程几分进行计算: = 第二种计算辐射引起温降的方法考虑到沿材料厚度方向上的热传递。若z是物体内部至其表面的距离,则从傅里叶公式可得: 式中 a轧件的热扩散率,m2/s。微分方程1-5可以利用有限差分法进行数值求解。这些计算的目的是要建立一个影响轧制过程轧件平均温度T和可测量的轧件表面温度T之间的关系。三 热对流引起的温降热带轧制时的对流传热与轧件周围空气的运动有关。这种运动不断地带入新的空气粒子与轧件接触。取决于该内部运动是强制的,还是自然的,将热传递区分为强制对流和自然对流。在热带轧制中通常出现后一种情形。在计算对流引起温降时的一个重要方面是确定传热系数。该系数取决于材料温度、环境温度、材料质量热融合密度以及空气流的动态粘度及其特性,即自然、强制层流或紊流等情况。对于此关系所得出的数学描述有很大争议,实际计算不宜采用。部分研究人员一致认为,对流引起的温降应当表示为辐射引起温降的莫以分数:=() 这里,是对流和辐射引起温降间的比率,根据不同的研究结果,其值在0.010.22之间变化。四 水冷引起温降若假定在轧件向冷却水传热石传导起着重要作用,就可以计算出水冷引起的温降。因此,当冷却沿轧件款度方向连续地接触其一侧表面时,通过轧件表面所传递的热量就可以用公式表示为: 式中 k表层导热系数,W/(mK); 通过轧件外表面所传递的热量,J; b冷却水接触长度,m; 轧件宽度,m; Tw冷却水温度,K; tw冷却水接触时间,s。 由轧件释放的热量由下式给定: 式中 V冷却水所冷却的轧件体积,m3;水冷引起的温降,K。根据热平衡条件 ,式1-7和式1-8,并考虑到: tw= 式中 v轧件速度,m/s。和另一条件: 我们得到水冷引起的温降为: = 冷却水所吸收的热量可以表示为: = 式中 水的密度,kg/m3; 水的质量热容,J/(kgK); Vw水的吸热体积,m3; 水的温升,K。根据热平衡条件=,式1-8、式1-11和式1-12,并考虑到: 式中 d带钢单位宽度上的水流量,m3/(ms)。我们得到下列冷却水温升公式:= 式1-11并没有明确地给出温降与冷却水流速和压力的关系。然而,冷却水的流速和压力却大大地影响着隔开轧件于冷水的表面成的导热系数k。事实上,表面层中包含有充当屏障作用的氧化铁皮和沸腾水。随着冷却水流速和压力的提高,该屏障作用将在很大程度上被削弱。五 因工作辊热传到引起的温降如果假设两个初始稳定温度分别为T和Tr的物体相互挤压,并假设平面的界面处在又有氧化层的阻力,则可以计算出因工作辊热传导引起的温降。在作出上述这些假设之后,则可以用以下的热平衡方程进行过程的描述。根据沙科的研究,通过钢板的两个最晚层的总热量可以根据下式计算: 式中 Ac轧件和工作辊的接触面积,m2; k轧件氧化成的导热系数,W/(mK); 由于热传递工作辊所获的热量或轧件所失去的热量,J; Tr轧辊温度,K; a轧件的热扩散率,m2/s。辊缝处轧件损失的热量由下式给定: 式中 轧件与工作辊接触而产生的温降,K。根据热平衡条件=,式1-15和式1-16,并考虑到: 及 式中 R轧辊半径,m; 轧件平均厚度,m。我们得出下列因工作辊热传导引起的温降公式: = 通过简化某些方程以达到协调形式,得出与辊接触引起的温降公式,总结见表1-2,绘制成曲线如图1-3 所示。不同的温降计算公式之间的显著差异主要是由于在预测导热系数k时的误差造成的,该系数之取决于轧辊和轧件件氧化层接触阻力的大小。原文Heat Transfer During the Rolling Process1.1WORKPIECE TEMPERATURE CHANGE IN HOT STRIP MILLAfter reheating a slab to a desired temperature, it is subjected to rolling. A rolling cycle in a typical hot strip mill includes the following main steps: 1.Descaling of the slab prior to flat rolling by using high-pressure water descaling system in combination, in some cases, with edging.2.Rough rolling to a transfer bar thickness which may vary from 19 to 40 mm. The rough rolling is usually accompanied by edging and inter pass descaling.3.Transfer of the transfer bar from roughing mill to a flying shear installed ahesd of finishing mill. The shear is usually designed to cut both head and tail ends of the bar.4.Descaling of the transfer bar prior to entering the finishing mill.5.Finish rolling to a desired thickness with a possible use of interstand descaling and strip cooling.6.Air and water cooling of the rolled product on run-out table.7.Cliling of the rolled product.Various types of heat transfer from the rolled workpiece to its surrounding matter occur during the rolling cycle. Some of the lost heat is recovered by generating heat inside the workpiece during its deformation.The main components of the workpiece temperature loss and gain in hot strip mill are usually identified as follows:1.loss due to heat radiation,2.loss due to heat convection,3.loss due to water cooling,4.loss due to heat conduction to the work rolls and table rolls,5.gain due to mechanical work and friction.The analytical aspects of these components are briefly described below.1.2TEMPERATURE LOSS DUE TO TADIATIONTwo methods have been employed to derive equations for temperature loss due to radiation.In the first method, the temperature gradient within the material is assumed to be negligible. The amount of heat radiated to the environment is then calculated using the Stefan-Boltzmann law:q=S Where surface area of body subjected to radiation, m2; qamount of heat radiated by a body,J; SStefan-Boltzmann constant; Ttemperature of rolled material at time,K; Taambient temperature,K; ttime,s; emissivity.The amount of heat lost by a body q is give by: q= Where cspecific heart of rolled material, J/(kgK); Vrvolume of body subjected to radiation, m3 density of rolled material, kg/m3。The rate of temperature loss ar can be calculated by considering the heat balance condition q=q, and Eqs.1-1 and 1-2: ar= Equations for the rate of temperature loss due to radiation which have been obtained by reducing some of the known equations to a compatible form with an assumption that TaT are summarized in Table 1-1. In the derivation of these equations, the dependency of the parameters S、 and c on temperature is not taken into account. However, the variations of these constants with temperature may be significant and,therefore, the final from of 1-3 will depend on the average values selected for these constants.The temperature loss during radiation time tr can be calculate by intergrating the differential equation: = The second method of calculating temperature loss due to radiation takes into account the heat transfer along the thickness of the material. If z is the distance from the center of the body toward its surface, then from a Fourier equation we obtain: Where athermal diffusivity of rolled material ,m2/sThe differential equation 1-5 can be solved numerically by the method of finite differences.The goal of these calculations is to establish a relationship between the average temperature of the material Tave which would affect the rolling deformation process and the material surface temperature Tsurface which could be measured.1.3TEMPERTURE LOSS DUE TO CONVECTIONIn the hot strip mill, heat transfer by convection is related to the motion of air surrounding a workpiece. This motion continuously brings new particles of air into contact with the workpiece. Depending upon whether this internal motion is forced, or free, the heat transfer is referred to as either forced or free convection. The latter is a usual case in the hot strip mills.A key factor in the calculation of temperature losses due to convection is to determine the heat transfer coefficient, which depends on the material temperature, ambient temperature, material specific heat and density, and the dynamic viscosity of the air flow and its characteristic, i.e., free, enforced laminar, turbulent, etc. The known mathematical interpretations of this relationship are too controversial to be recommended for practical calculation. A consensus among some research workers is that the temperature loss due to convection should be expressed as a certain percentage of the temperature loss due to radiation:=() Here is the ratio between the temperature loss due to convection and radiation and varies between 0.01 and 0.22 according to different studies.1.4TEMPERATURE LOSS DUE TO WTER COOLINGThe temperature loss due to water cooling can be calculated by assuming that conduction plays a major role in heat transfer from a workpiece to water. Therefore, when water contacts one side of the workpiece continuously across its width, the amount of heat passing through the outer surface of the workpiece may be expressed by the formula: Where kthermal conductivity of the surface layer, W/(mK); amount of heat passing through outer surface of the workpiece,J; bwater contact length, m; wworkpiece width, m; Twwater temperature, K; twwater contact time,s.The amount of heat released by a workpiece is given by: Where vvolume of workpiece cooled by the water,m3; temperature loss due to water cooling, K.From the heat balance condition =,Eqs.1-7 and 1-8, and taking into account that tw= where Vworkpiece velocity, m/sand We obtain that the temperature loss due to water cooling is equal to = The amount of heat absorbed by cooling water may be expressed as:= Where density of water ,kg/m3; specific heat of water,J/(kgK); Vwvolume of water absorbing heat,m3;From hert balance =, Eqs.1-8, 1-11, and 1-12, and also taking into account that Where dwater flow per unit of strip width, m3/(ms).We obtain the following formula for the temperature rise of water:= Equation 1-11 does not show an explicit dependence of the temperature loss on the flow rate and pressure of cooling water. The flow rate and pressure, however, may substantially affect the thermal conductivity k of the surface layer that separates the body of workpiece from cooling water. Indeed, the surface layer consists of scale and boiled water, which work as a thermal barrier. This barrier will be weakened to a greater degree with increase of both the flow rate and pressure of cooling water.1.5TEMPERATURE LOSS DUE TO CONDUCTION TO WORK ROLLSTemperature loss due to heat conduction to the work roll can be calculated if it is assumed that two bodies of uniform unitial temperature T and Tr are pressed against each other and that, at the interface, considered to be plane, there is contact resistance formed by oxide layer.Under these assumptions, the process can be described with the following heat balance equations. According to Schack, the total amount of heat passing through two outer surfaces of the plate may be calculated from the formula Where Accontact area between rolled material and work rolls,m2; kthermal conductivity of the workpiece oxide layer,W/(mK); heat gained by work roll or heat lost by body due to thermal conduction,J; Trroll temperature,K; athermal diffusivity of workpiece,m2/s。The amount of heat lost by the rolled metal in the roll bite is given by: Where temperature loss by rolled material due to contact with work rolls,K。From the heat balance condition =,Eqs 1-15 and 1-16, and also taking into account that and where Rwork roll radius, m. haaverage workpiece thickness, m.we obtain the following formula for the temperature loss due to conduction to work rolls:= Equation for temperature loss due to contact with rolls which have been obtained by reducing some of the known equations to a compatible form are summarized in the Table 1.2 and are plotted in Fig.1.3. The substantial discrepancies in temperature losses calculated from different equations are due mainly to the uncertainty in estimating thermal conductivity k which depends on the contact resistance resistance of the oxide layer between the roll and the rolled material.外文翻译资料(译文.原文)班 级:机设02.3班 姓 名:高鑫指导老师:王德春700/500型钢热连轧机设计指导书1设计题目1.5兆牛摆动剪切机的设计2设计题目的目的和要求通过1.5兆牛摆动剪切机设计,使学生获得单体机械设备总体方案的选择方法,计算方法的合理应用提高绘图技术和设计能力。掌握设备的维修,润滑方法的知识和经济计算,了解设计中对控制系统的要求,提高收集,查阅资料和专业外语翻译能力。 在老师指导下,独立完成单体机械设备1.5兆牛摆动剪切机设计,合理选用的计算公式,有据撰写设计说明书符合规范,绘出总图,部分零件图,图形正确清晰,图面符合标准,完成规定的专业外语翻译资料。3设计原始参数机组参数原始断面136136,成品断面9090,原料速度1.5m/s,成品速度5m/s,轧制温度,压下速度1.2mm/s,压上速度2.6mm/s,钢种:普碳低合金钢摆动剪切机参数轧件运行速度1.5m/s,剪切断面136136,剪切温度剪切材质钢4毕业设计过程的步骤4.1进行现场调研,了解生产工艺过程,设备的作用,和生产中存在问题查阅有关资料和文献,写出绪论。4.2对设计题目认真思考,综合论证提出合理的设计方案评述4.3设计计算,撰写说明书,设计说明书符合规范并打印订装成册。4.4计算机绘图,图面,线条符合标准,校准后打印。4.5外文翻译,打印中文译稿,将译文,原文装订在设计说明书和附录中。4.6评阅人评阅,交出设计说明书和图纸,由评阅人进行评阅。4.7毕业答辩,写出毕业答辩申请书批准后按时参加毕业答辩。5设计说明书基本内容1绪论1.1课题的选择的背景和目的1.2热轧型钢的国内外的发展趋势1.2.1轧机布置向半连续化或全连续化发展1.2.2轧制工艺改革出现了切分轧制、热轧冷拔1.2.3轧机结构改造 提高轧制速度1.2.4加热炉控制1.2.5冷却工艺改造1.3剪切机的种类和用途1.3.1摆动式剪切机1.3.2滚动式飞剪1.3.3曲柄偏心式飞剪1.4摆动剪研究的内容和方法1.4.1摆动剪在型钢连续机组布置和作用1.4.2型钢热连轧机的生产工艺1.4.3摆动剪的结构特点和研究的内容与方法2摆动剪设计方案的选择和评述2.1摆动式飞剪机设计方案的选择2.1.1摆动式飞剪传动简图2.1.2摆动剪的剪切过程2.2摆动剪方案评述2.2.1减小摆角2.2.2增加许用摆角3剪切力的计算3.1剪切速度和剪切力3.1.1摆动剪设计参数3.1.2剪切机构主要参数的确定3.1.3剪切速度的确定3.2剪切力矩的计算4电机型号及容量的选择5主要零件的强度计算5.1齿轮的强度计算5.1.1按齿面接触强度设计5.1.2计算5.1.3按齿根弯曲强度设计5.1.4几何尺寸计算5.2曲轴的强度计算5.2.1曲轴的尺寸和材料性能5.2.2曲轴的强度校核5.3切向键的计算5.4滑块损坏的改进设计6润滑方法的选择6.1润滑和摩擦的概念6.2轧钢设备润滑方法7试车方法和对控制系统的要求7.1试车要求7.2维护规程8设备的可靠性及经济分析结论致谢参考文献1何德誉.曲柄压力机M.北京:机械工业出版社,1982.62n.N波卢欣等.金属与合金的塑性变形抗力M北京:机械工业出版社,1964.23北京钢铁学院.飞剪专辑C.北京.北京钢铁学院出版社,1982.64刘玉孚等.试论1.5兆牛摆式飞剪的改造C,19885王德春等.鞍钢二初轧摆式剪滑槽损坏原因的理论讨论H.鞍山钢铁学院,1990.3附录译文和外文 鞍山科技大学本科生毕业设计 第II页1.5兆牛摆动剪切机构设计摘要1.5兆牛摆动剪切机是安装在500型钢热连机前,用于切头切尾和卡钢事故的处理剪。随着国民经济的发展,对型钢产品数量的要求更高。本设计为型钢设计切头的摆动剪,设计中对摆动剪的局部做了改进。首先,本文讨论了型钢轧机在国民经济中的地位,并对300/500机组平面布置示意图的概况进行了整体的介绍。并介绍了摆动剪的结构特点和研究的内容与方法。根据现有设备状况,对设备生产中存在的问题进行分析,对主要部件结构做了合理的选用。然后,根据机组原始参数初选主电机容量,对其进行发热校核和过载校核,对主要零件进行强度校核。对齿轮做了强度计算,对曲轴计算了弯曲应力,弯扭合成应力;校核了危险断面;以及滑块损坏的改进设计及润滑方法,简单计算摆动剪的可靠性和经济评价。通过以上工作,1.5兆牛摆动剪切机在使用寿命、产品质量理论上应该有一定的提高。设计内容有实际价值。该剪作为加热炉前方坯切头飞剪。关键词:剪切机,摆动,主传动A Design of 1.5 Swing Scissors1.5 swing scissors is installed before the 500 sharp steel of hot continuous rolling mills, which is used to cut the head and end of the steel and deal with the jamming of the steels.With the development of the national economy, the request of the sharp steelss quality is higher than before. In the thesis, the cutting of the head of the 1.5 swing scissors is researched, and makes some improvments of partial strcture.First, the thesis has discussed the position of the rolling mill of sharp steel in the national economy, and makes the general instruction for 300/500 unit plane arrangement. Next, introducing the structural characteristic of the swing cutting and the method and content of the research .According to exising equipment condition, analysing the exist problem in equipment production, the strcture of the major parts are reasonable to choosed. Then,according to the primitive parameter of the unit, I primarily choose the capacity of the main motor, and make the heat examination and overload examination, choose if satisfying the requirement, otherwise choose again until the examination is satisfyed. I make the strength examination for major element. As to gears, I make the strength calulation; as to crank, I caculated the curving stress and the crooked synthesis stress, examinationing the dangerous cross section, as well as the improment of the damages of the slide and the method of lubrication. Finally I caculated the economy appraisal and the reliablity of swing scissors.Through the work of this thesis, 1.5 swing scissors should certain raise in service life and product quality theoretically, but need the unceasing improvement in practice.Key-word: scissors, swing, main drive鞍山科技大学本科生毕业设计 第IV页目 录1绪论11.1课题的选择的背景和目的.11.2热轧型钢的国内外的发展趋势.21.2.1轧机布置向半连续化或全连续化发展.21.2.2轧制工艺改革出现了切分轧制、热轧冷拔.21.2.3轧机结构改造 提高轧制速度. .21.2.4加热炉控制.21.2.5冷却工艺改造.21.3剪切机的种类和用途.21.3.1摆动式剪切机.31.3.2滚动式飞剪.31.3.3曲柄偏心式飞剪.31.4摆动剪研究的内容和方法.31.4.1摆动剪在型钢连续机组布置和作用.31.4.2型钢热连轧机的生产工艺.31.4.3摆动剪的结构特点和研究的内容与方法.42摆动剪设计方案的选择和评述42.1摆动式飞剪机设计方案的选择.42.1.1摆动式飞剪传动简图.42.1.2摆动剪的剪切过程.52.2摆动剪方案评述.52.2.1减小摆角.62.2.2增加许用摆角.63剪切力的计算.73.1剪切速度和剪切力.73.1.1摆动剪设计参数.73.1.2剪切机构主要参数的确定.73.1.3剪切速度的确定.83.2剪切力矩的计算.114电机型号及容量的选择.135主要零件的强度计算.145.1齿轮的强度计算.145.1.1按齿面接触强度设计.145.1.2计算.145.1.3按齿根弯曲强度设计.155.1.4几何尺寸计算175.2曲轴的强度计算.175.2.1曲轴的尺寸和材料性能.175.2.2曲轴的强度校核.175.3切向键的计算.205.4滑块损坏的改进设计.216润滑方法的选择.226.1润滑和摩擦的概念.226.2剪切机设备润滑方法.237试车方法和对控制系统的要求.247.1试车要求.247.2维护规程.248设备的可靠性及经济分析.25结论.26致谢.27参考文献.28附录 鞍山科技大学本科生毕业设计 第29页 1.5兆牛摆动剪切机的设计1绪论1.1课题选择的背景和目的摆动剪切机是安装在500型钢热连机前后,用于切头切尾和卡钢事故的处理剪。随着国民经济的发展,需要更多数量的,更多品种,更高质量的型钢。为满足这一需求而型钢的发展不外乎两个,一是挖潜改造旧轧机,二是上新设备,采用新技术新工艺使型钢设备现代化。对我过来讲两条腿走路更为重要。用新技术更新改造的旧轧机可以少花钱多半事见效快。500/700热连轧机组是原鞍钢第二初轧厂的设备现以安装在第一炼刚厂小钢连车间,采用第一炼钢厂的连铸坯,断面300*300mm长20米。生产90*90平方毫米和60*60平方毫米的坯料。型钢热连轧机组的生产率高,成品率好采用直列式布置采用普通热轧法。700型钢热连轧采用箱-主箱孔型系统,而500型钢热连轧组采用菱-方孔型系统轧机生产正常。但是摆动剪切机随着生产速度的提高,经常出现滑道断裂。本设计对摆动剪进行分析改进方案,解决生产中存在问题。通过单体机械设计,掌握单体设备在700/500连轧机组的位置为总体方案的选择创造条件。通过分析局部观看总体方案的全局达到提高综合设计能力和独立分析能力,通过单体机械摆动剪破坏原因分析把理论知识和生产实际结合起来,这就是选择这个题目的目的。1.2热轧型钢轧机的国内外发展趋势大,中型型钢生产,大型轧机轧辊名义直径在500-750毫米,中型轧机名义直径在350-650毫米.轨梁轧机在750-900mm。实际,各类轧机,轧辊直径很难细分。700/500型钢热连轧机最大轧辊直径是850mm,最小轧辊直径是500mm。大、中型钢轧机型钢生产的特点是产品断面比较复杂,除小量的方、园扁以外大多数是异型断面产品,由于断面复杂,轧后冷却收缩不均造成轧件内部残余应力和成品形状尺寸的变化。产品品种多,除少量专业化型钢轧机外,大多数轧机都进行多品种生产,轧辊储备量大,换辊较频繁不便于连轧生产、轧制特别多,除少量用专业化轧机采用连续式外大部分小批量生产。世界各国型钢的生产占钢材比重各自不同,工业发达的国家型钢占钢材比重小,发展中国家型钢占钢材比重大,型钢生产的总趋势是比重越来越小,但其产量和品种则逐年增加。随着国民经济的需要和轧钢技术提高。很多原有的型钢品种不断改进,新的型钢品种不断增加,以前,很多必须用锻压,冲压或机械制造加工方法生产的产品,现在能以轧制方法取而代之,因此,轧制产品的种类和生产技术,也同样在一定程度上反映一个国家冶金工业的发展水平。型钢轧机的发展趋势是:1.2.1轧机布置向半连续化或全连续化发展半连续式可分为机组粗轧为连续而精轧为横切式,或者粗轧为横列式而精轧为连续式。复二重式也属于半连续式轧制需正反围盘,轧制速度提高受到限制。连续式每机架只轧一道轧件,可在数架轧机内同时轧制,轧制速度快温降小,可采用微张力轧制,生产率与品种单一比较合适,但投资大。1.2.2轧制工艺改革出现了切分轧制、热轧冷拔切分轧制也叫热轧一纵剖轧法,比较难轧的非对称断面产品先设计成对称断石,或将小断面产品设计成并联型式大断面产品,以提高轧机生产能力,然后在轧机上或冷却后用圆盘剪进行纵剖。可得到二个不同尺寸的型材。热轧冷拔,这种方法可生产高精度型材,其产品机械性能和表石质量高于一般热轧型钢,可直接应用于各种机械零件,此法可提高工效,减少金属消耗,进行小批量生产,其方法:先热轧成型,并留有冷加工余量,然后经酸洗,碱洗,水洗,涂润滑剂冷拔成材。1.2.3轧机结构改造 提高轧制速度1四辊万能轧机生产H,T断面型钢2中小型普遍采用预应力及短应力线轧机,结构紧凑,减少调整,减少工艺过程,提高轧制精度1.2.4加热炉控制加热炉采用电视遥控及计算机自动调节炉温及炉压满足节约燃料,加热均匀控制方便。1.2.5冷却工艺改造冷却工艺改造采取斯太尔摩法,施罗曼法等应用小型和线材在轧件检测上增添测厚仪,激光测径仪,光学测径仪,元素测量法等,型钢轧机逐渐向专业化,长件化,多品种以及向半连轧和全连续化方向发展。1.3剪切机的种类和用途型钢剪切机主要有三种类型1.3.1摆动式剪切机装在连轧机的前面,用于剪切头尾和事故剪。1.3.2滚动式飞剪剪切小型钢,作为切头飞剪,其剪切厚度可达45mm,速度可达15m/s的轧件。1.3.3曲柄偏心式飞剪这类飞剪装设在连续型钢轧机后面剪定R长度的钢坯。1.4摆动剪研究的内容和方法1.4.1摆动剪在型钢连续机组布置和作用1机组平面布置图如图1.1所示图1.1 300/500机组平面布置示意图2摆动剪的作用将700连轧机轧出的坯料,切头,以便500连轧机咬入,防止卡钢,切尾防止运行中划伤辊道和轧制困难,当轧机出现事故时,将700连轧机轧出的轧坯剪断以便用吊车运走防止轧件在轧机中停留,即事故处理剪。1.4.2型钢热连轧机的生产工艺原料从第一炼钢厂连铸车间运来进F1轧机水平轧制经过90度翻钢机翻转90度进入F2水平轧机在经过水平连续轧制。从轧制过程中可以看出700连轧机采用的箱-主箱孔型系统,而F1采用水平轧机是因为若采用立辊选用上传动方案,使得厂房费用变太高,投资费用更多。采用下传动方案,维修不方便。采用水平轧机用90度翻钢机也达到了箱-箱孔型要求。700连轧机出来后 通过摆动剪切头由45度翻钢机变成菱形,在进入水平轧机轧制后用飞剪机剪切成一定的定R长度。500连轧机采用菱-方孔型系统。剪切后的轧件用收集辊道收集后打印用吊车运往冷床冷却后入库。1.4.3摆动剪的结构特点和研究的内容与方法1摆动剪采用双曲柄机构,通过轧件运动带动它摆动到一定摆角后剪断后复位,剪切过程中,在复位弹簧的弹力作用下使摆角复位。2首先到现场对摆式剪进行调研,了解剪切机生产中存在问题,收集有关技术参数,了解结构特点。3制定设计改进方案并进行方案的评述。4进行设计计算。5对传动控制系统提出要求以保证摆式剪的启动和自动控制方法。6对传动付提出润滑方法和润滑油品种。7制定出安装规程和检修要求。8进行设备的经济分析与评价。2摆动剪设计方案的选择和评述2.1摆动式飞剪机设计方案的选择2.1.1摆动式飞剪传动简图 如图2.1所示:1驱动齿轮;2偏心曲轴;3连杆;4上刀台;5拉杆;6滑槽;7下刀台;8滑块;9弹簧;10联轴器;11驱动电机.图2.1摆动式飞剪传动简图2.1.2摆动剪的剪切过程在轧制过程中轧件到摆动剪前启动剪切机轧件运行剪切机内进行剪切。因此轧件运行带动剪切机构摆动,此时滑快沿滑槽滑动,剪断后达到允许摆角。剪切机构逐渐达到最大开口度,同时在复位弹簧作用下摆动杆摆回剪切机复位,完成一次剪切。剪切机采用剪切工作制,剪切机构采用双曲柄机构。2.2摆动剪方案评述由摆动式飞剪传动简图可知,采用单电机驱动,采用飞轮力矩少的电机,以便起制动,采用联轴节制动器以便电机快速停止。传动采用二级齿轮带动曲柄转动。采用曲柄连杆剪切机构,结构简单。为保证摆杆复位采用复位弹簧,防止复位冲击。曲柄采用滚动轴承。为解决滑道破坏其办法:第一是减小摆角,因轧件剪切时间一定即轧件移动距离一定,摆角减小只能增加摆杆长度。第二增加许用摆角采用加长复位弹簧的改变。2.2.1减小摆角(1)方案1利用原机架将地基上面安上地脚板,为使轧线不变加长曲柄连杆机构和拉杆的长度,这个方案基本上保持原设计的模式总体无大的改变。通过计算机架应抬高300mm。并选择转速较大的电机减小摆角,使摆角在许用值之内。选择低转速惯量,高转速电机降低启动时间,在额定转速时进行剪切,可减少剪切时间,减少摆动剪的摆角。(2)方案2利用原机架,把曲柄在机架上的轴承座垫高,即制造一对与原轴承座相同的瓦座,放时机架内其他部分同方案1。(3)方案3利用原机架,将电机启动工作改成连续工作制,大齿轮空套在曲柄上,采用离合装置进行剪切。这样剪切时间减少摆角也减少。不改变复位机构达到剪切的目的。电机可完全在额定转速下剪切,剪切时间自然减少轧辊走的长度变小,摆角自然较小。2.2.2增加许用摆角增加复位弹簧的长度,适当增加拉杆长度,再加一个螺钉套筒,从而使许用压缩量增长了许用摆角达到改进的目的。由上面的评述在结合工厂的实际情况,可采用增加许用摆角方案,同选择惯性低的电机其优点:1改造的环节少;2制造费用低;3装拆容易;4经过现场改造,使用效果良好;决定采用该方案,机构简图如图2.2所示图2.2机构简图3剪切力的计算3.1剪切速度和剪切力3.1.1摆动剪设计参数轧件运行速度1.5轧件尺寸136136材质剪切温度3.1.2剪切机构主要参数的确定1剪切行程H=+j+ q +s,=h+(50-70)=181+29=210mm 700连轧出来的断面取29 j=0,q=0,s=10H=210+10=220mm2剪切机构剪切机构采用双曲柄机构 保证运动剪切增加一个摆杆曲柄尺寸60mm50mm 为110mm600mm550mm108mm其它尺寸图3.1所示图3.1机构尺寸简图3剪切机构活动度由图3.1可知,机构活动度3n2362802曲柄的转动和轧件运动推动机构摆动,因此机构有确定的运动。3.1.3剪切速度的确定1不摆动剪切时的剪切速度u开始剪切时:,t,490,2轧件运动时的剪切速度utg式中轧件运行速度mms剪切时间t490剪刃接触轧件开始剪切,轧件高度180mm开始剪切剪切行程22018139mm切入深度Z39剪刃行程大于39毫米以后,开始剪切轧件,相对切入深度计算结果列表3.1中表3.1计算数据统计表曲柄转角()剪刃行程坐标长度(mm)剪刃行程X(mm)剪切速度V(mm/s)切入深度Z(mm)相对切入深度(%020495558.7004051121114.4005452939148.2006554555173.2168.87556572190.633188558090203.2512895599109209.97039105619129209.99050115656166187.912770135672182165.814380150693203120.11649116070221283.0173963计算曲柄转速,剪切时间nV209.9mmsR110mmn取18rmin开始剪切时间 剪切完成时间 =剪切时间 =1.7-0.5=1.2s3.1.4剪切力的计算1.最大剪切力的计算 剪切原始面积 =136136剪切深度最大单位剪切抗力,由文献6,259查表45,=48Mpa剪切温度强变限,由文献6,265查表8.3,t=950,=80MpaK剪刃磨钝系数由文献6,262,中型剪K=1.2=1.2481361362.不同剪切位置的剪切力=剪切位置单位剪切抗力宽变变化系数 确定 取=1= =28Mpa=128136136=518KN其他计算见表3.2表3.2数据统计表曲柄转角()相对切入深度(%)单位剪切阻力(Mpa)剪切力(KN)658.828517.89751835647.36852843795.33953948887.811055046850.821157041758.341358038702.851509128517.891609618332.933.2剪切力矩的计算偏心轴上静力矩 式中剪切力矩上剪刃剪切力矩=下剪刃剪切力矩=摩擦力矩=摩擦系数 启动工作制计算结果列表3.3表3.3数据统计表曲柄转角()剪切力(KN)65517.892.12.82.87.775647.362.93.83.610.385795.333.84.84.41395887.814.45.34.914.6105850.824.24.94.713.8115758.343.64.14.211.9135702.852.83.03.99.7150517.891.51.62.96.0160332.930.70.71.83.24电机型号及容量的选择根据实际需要选择电机 ZD131-1B N=100千瓦,n=500-1000,K=2.5-2.75电机的功率曲柄最大静力矩 KNm曲柄转速 =18K电机过载系数查电机手册 N , =584速比 =325主要零件的强度计算5.1齿轮的强度计算设备为一般工作机器,速度不高,故选用8级精度等级,直齿圆柱齿轮传动。材料选择。由文献7,189表10-1选择小齿轮为40 (调质),硬度为260HBS,大齿轮材料为(调质)硬度为200HBS,二者材料硬度差为60HBS 选小齿轮齿数=18,大齿轮齿数=u =518=905.1.1按齿面接触强度设计由文献7,200设计计算公式(10-9a)进行试算,即 (5.1)确定公式内的各计算数值1.试选载荷系数=2.7;2.计算小齿轮传递的转矩=95.5/=95.5100/90=1.06;3.由文献7,201表10-7选取齿宽系数 =1;4.由文献7,198表10-6查得材料的弹性影响系数 =189.8Mpa;5.由文献7,207图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 =600Mpa;大齿轮的接触疲劳强度极限 =540Mpa;6.计算应力循环次数=60j=609012830015=3.89=/5=7.78; 7.由文献7,203图10-19查得接触疲劳寿命系数 =0.95;=0.91;8.计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1,由文献7,202式(10-12)得 = =0.95600Mpa=570MPa = =0.91540Mpa=506Mpa5.1.2计算1.试算小齿轮分度圆直径,带入中较小的值=400mm2.计算圆周速度VV=m/s=0.4m/s3.计算齿厚bb=400mm4.计算齿厚与齿高之比b/h模数=17齿高h=2.25=37.5mm b/h=10.675.计算载荷系数根据V=0.4m/s,8级精度,由文献7,192图10-8查得动载系数=1.10;直齿轮,假设/b100N/mm。由文献7,193表10-3查得=1.2;由文献7,190表10-2查得使用系数=1;由文献7,194表10-4查得8级精度,小齿轮相对支承非对称布置时。=1.53由b/h=10.67,=1.53由文献7,195查图10-13得=1.35;故载荷系数6.按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径,得=650mm=395.87mm7.计算模数mm=19.985.1.3按齿根弯曲强度设计由文献7,198式(10-5)得弯曲强度的计算公式为 (5.2)1.确定公式内的各计算数值( 1 )由文献7,204图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500Mpa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380Mpa;( 2 )由文献7,202图10-18查得弯曲疲劳系数=0.90,=0.97;( 3 )计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得=( 4 )计算载荷系数K=1.68( 5 )查取齿形系数由文献7,197表10-5查得=2.91;=2.20。( 6 )查取应力校正系数由文献7,197表10-5可查得=1.53;=1.78。( 7 )计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。2.设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取弯曲强度算得的模数16.46并就近圆整为标准值为20mm,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数小齿轮齿数=20大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动,既能满足齿面接触疲劳强度,又能满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。5.1.4几何尺寸计算1计算分度圆直径 2计算中心距 3计算齿轮宽度 取 。5.2曲轴的强度计算5.2.1曲轴的尺寸和材料性能曲轴尺寸见图5.1图5.1曲轴尺寸图选择材料热处理调质5.2.2曲轴的强度校核由见图计算公式:第三位置,危险截面,P=887.81KN,=44000,=53000其内力图由图5.2所示图5.2内力图截面=345P=153147=44000-=17500W=截面=210P=210887.81=93220=17500= 安全截面安全最大剪切力1500KN=偏安全5.3切向键的计算切向键受力如图5.3所示图5.3切向键受力图切向键工作面上的抗挤压的强度条件计算,不计入表面的摩擦力,两个键按一个计算,传递的扭矩为:因为=0.1,则=27.6 (Mpa)式中键的宽度(mm)切向键的长度 (mm)在键的工作面上的倒棱的宽度(mm)挤压许用应力(Mpa)=0.2,=4mm,=0.1,=180,=45mm,=14.6Mpa 满足强度条件5.4滑块损坏的改进设计从计算结果可知,剪切136136的轧件,剪切力没有达到摆式剪最大剪切力1.5MN,构件强度按原设计是满足要求的。但拉杆摆角增加,弹簧实际位移大于允许位移,弹簧压死。从剪切机构的结构尺寸可以算出,剪切机构的摆角时,滑道外沿受力。由于连接处相当于焊死,机构又强迫摆动,势必使滑块与滑道之间产生很大的相互力偶作用,致使连杆变形,滑道损坏。解决滑道损坏的方法1.增加一节弹簧,使它的允许位移增加到386mm,满足 条件,防止复位弹簧压死。2.增加摆体长度,使拉杆摆角减小,虽然弹簧变形略有增加,仍满足 条件。6 润滑方法的选择6.1润滑和摩擦的概念在现代冶金工厂中,为减少机器运转部分的摩擦,延长机件使用寿命及减少能量消耗,故对于润滑问题,越来越显得重要。而轧钢车间又是整个冶金工厂中机械设备最集中的地方,并要求机件能长时间工作,以保证连续生产,因而对轧钢机械设备的润滑界显得更为重要。根据以往统计,轧钢车间有很大一部分动力是消耗在无用的摩擦上,大部分机件的损坏与定期更换也是摩擦作用的结果,因此设法降低摩擦将是提高生产率的一个途径。摩擦通常分为三种:干摩擦,液体摩擦,半液体摩擦。干摩擦就是运动部分直接接触,其间没有第三者参与运动,因此,二接触面的凹凸点(显微组织)在运动中互起阻碍作用,产生摩擦,这种情况叫干摩擦。相反,如果在运动件之间有第三者参见运动,使二相对运动部件的表面不直接接触,由第三者给隔离起来,后者的摩擦要比前者小得多。半液体摩擦则是介于二者之间的一种摩擦。干摩擦的大小取决于二相对物体的材料性质、运动速度、工作温度、表面状况等因素。一般情况下,这类摩擦系数在0.180.45之间,而液体摩擦系数却远较干摩擦为小,通常在0.0010.005之间。润滑的基本原理,就是隔开二接触面凹凸不平的表面接触,变为第三者(油膜)的内摩擦运动。液体的内摩擦要比相对运动的固体为摩擦小得多。油膜保持得越好,则摩擦系数就越小。封闭式液体摩擦轴承就是根据此原则把润滑油加压后送进去的,目的是为更好的将轴托起增加油墨厚度以减少摩擦。轧钢车间的机械设备是在高温和恶劣条件下工作的。一般机件都在承受100C的温度,有的摩擦机件在250400kg/cm或更高压力下运转,有时还有冲击负荷,润膜极易被破坏转数不高也使油膜难以形成。此外,如水分多、灰尘多、有腐蚀性气体都是润滑的不利条件。为此要求润滑油应具备下列几点:1所用的润滑油能适应高温、高压负荷各种转数的要求,能够保证处于液体摩擦状态,即要求具有润滑作用。2 润滑油在机械运转过程中应具有冷却作用,能保持摩擦表面具有一定的工作温度。要求润滑油具有清洁作用,能够在规定时间内经受外界温度、压力、湿气与氧化等作用,不应有腐蚀作用。3要求润滑油具有清洁作用,能吸收带走运转过程中产生的一些有害物质,如金属屑、灰尘等杂物。4要求润滑油具有清洁作用,能够在规定时间内经受外界温度、压力、湿气与氧化等作用,不应有腐蚀作用。 机组和机件中摩擦不见得润滑要依靠专门的润滑系统来实现。根据把润滑材料送至摩擦表面方法的不同,润滑系统分为流出式和循环式两种。按照用油点间的关系来分,又有集中润滑与单独润滑两种。6.2剪切机设备润滑方法减速机采用稀油油池润滑,高处轴承采用干油润滑,曲轴各轴承采用干油润滑,滑槽采用干油润滑,机构连杆转动处采用干油润滑。 7试车方法和对控制系统的要求7.1试车要求1.组装完毕,须进行人工盘车,确无不良现象时方可试车2.空载试车至少两个小时,正反转各一小时以上3.试车应保证 1润滑系统,冷却系统正常 2传动平稳,无周期性噪音 3压下系统轻便灵活 4各紧固零件联结可靠 5各轴承温度不超过4.满足以上要求,方可试车7.2维护规程1.一切正常方可开车2.停车后要检查系统有无缺陷和各运动部件温度。3.清理摆动剪周围的脏物,经常保持清洁4.设备运转后按巡回检查制,按时定期检查设备的润滑声音、温度和振动以及运转状况,发现问题及时解决。8设备的可靠性及经济分析机械设备的有效度对于可修复的设备,由于发生故障之后,可以修理恢复到正常的状态。因此,从开始工作到发生故障经历的时间(即可靠度)。可靠度时间越长越好。另外,从发生故障到经过维修后恢复到正常的工作状态阶段的时间(即维修度)。把可靠度和维修度两者结合起来旧叫有效度(也叫有效利用率)。MTBF-平均故障间隔期(h)MTTR-平均维修时间(h) 表7.1资金相关资料表 (单位:千万)时间123456789101112投资3.02.5年收1.01.52.02.52.52.52.53.03.03.0累收-3.0-5.5-4.5-3.0-1.01.54.06.59.012.015.018.0投资回收期: 年行业投资回收期,重型机械年因为 所以可以投资。结论 本文对1.5兆牛摆动剪切机进行了理论设计。进行了摆动剪切机的运动分析和机构的理论分析。分别进行了机构的尺寸设计,齿轮、曲轴的设计以及齿轮、曲轴的校核。最后进行了机构的改进。在整个毕业设计过程中几乎涉及大学期间所学的全部课程,是大学期间所学课程的一次总结和检验。经过反复的计算和校核,我所设计的1.5兆牛摆动剪切机在理论上基本符合要求。在材料的选择上不仅考虑到满足设备自身的性能要求同时还考虑到了其经济性,减少了生产成本。由于本人水平有限,如有错误敬请原谅。致谢将近四个月毕业设计已经进入了收尾阶段。在这段时间里我受益匪浅,这不但是大学四年的一个最终检验,同时也给了我把大学所学知识更加完善的机会。这也是我步入工作的第一次亲身实习。这段时间里一直有一位老教师在默默的指导、帮助我。他就是王德春老师。在此,我谨以一名鞍山科技大学毕业生的身份,向我的指导老师王德春老师,表达我最真挚的谢意,感谢您用您那的严谨学风以及循循善诱的耐心作风不辞辛苦的悉心教导我,使我在学习的过程中收益匪浅,铭记终身!同时也对帮助我的其他老师致以感谢,当然还有很多老师在此设计期间指导过我在此都给与诚挚感谢。,还要感谢同组的同学,感谢他们在实习以及设计期间中给予我莫大的帮助。最后,对更多这里没有提到名的老师和同学处处的关心和帮助,表示我万分感激参考文献1何德誉.曲柄压力机M.北京:机械工业出版社,1982.62n.N波卢欣等.金属与合金的塑性变形抗力M北京:机械工业出版社,1964.23北京钢铁学院.飞剪专辑C.北京.北京钢铁学院出版社,1982.64刘玉孚等.试论1.5兆牛摆式飞剪的改造C,19885王德春等.鞍钢二初轧摆式剪滑槽损坏原因的理论讨论H.鞍山钢铁学院,1990.36邹家祥,轧钢机械,冶金工业出版社,2004年。7濮良贵,纪名刚,机械设计,高等教育出版社,2003年。8王海文,轧钢机械设计,机械工业出版社,1983年。9刘鸿文,材料力学,高等教育出版社,1996年。10刘宝珩,轧钢机械设备,冶金工业出版社,1984年。11傅作宝,冷轧薄钢板生产,冶金工业出版社,1996年。12大连理工大学,机械制图,高等教育出版社,2001年。13成大先,机械设计手册, 北京:化学工业出版社,2002年。14 Heat Transfer During the Rolling Process
收藏