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燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱： 1780熱連軋四輥可逆粗軋機三維結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 年級專業(yè)： 軋鋼-12-3班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 3月16日 (一) 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 1.1 選題的背景及意義 采用軋制成型法來生產(chǎn)鋼板材，具有生產(chǎn)率高、板厚規(guī)格多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化自動化等諸多優(yōu)點。早期，我國依靠從國外大規(guī)模引進冷軋、熱連軋技術(shù)，隨著國內(nèi)各高校以剛才生產(chǎn)企業(yè)對軋制技術(shù)研究與實踐經(jīng)驗的豐富，現(xiàn)以成形了一套成熟軋制技術(shù)[1]。 國外發(fā)展出的無頭軋制技術(shù)，利用薄板坯連鑄連軋的生產(chǎn)線，將鑄造較長鑄坯進行精軋，且軋后進行剪切，在精軋機組中形成有限的無頭連軋，適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼[2-3]。德國開發(fā)出基于薄板坯連鑄連軋技術(shù)的無頭軋制技術(shù)，通過提高鑄坯的拉速，使連軋機和連鑄機的速度得到匹配，實現(xiàn)板料的連鑄連軋。 現(xiàn)代熱連軋技術(shù)發(fā)展主要集中在對板形、厚度精度及板料表面質(zhì)量控制等，因此，這對軋機設(shè)備性能及質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性有更高要求，對軋機系統(tǒng)高精度要求也越來越高，四輥軋機作為板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備，對產(chǎn)品精度起著不可忽視的作用[4]。 現(xiàn)代中厚板軋機越來越趨于大型化、精密化、自動化，以滿足鋼板控制軋制技術(shù)的要求，能夠生產(chǎn)高強度的合金板。采用熱裝爐時燃耗已降至0.6109J/t以下，及高剛度(2kN/mm以上)的現(xiàn)代化中厚板軋機，大大超過日本和美國現(xiàn)有中厚板軋機性能，生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能中厚板創(chuàng)造了有利條件[5-6]。 因此，本課題選擇對熱連軋四輥可逆粗軋機結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與分析，對提高其工作可靠性因素進一步研究。該課題對提高熱連軋設(shè)備的應(yīng)用，具有深遠的社會價值與經(jīng)濟效益。 1.2 軋鋼機械設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)鋼材總產(chǎn)量逐年的提高，對軋鋼設(shè)備的能力也逐漸由向大型化、高速化、連續(xù)化、自動化的發(fā)展方向，以滿足鋼材生產(chǎn)能力需求。對于大型化軋機設(shè)備，一方面是增加卷重，例如熱連軋卷重可以達45噸，冷連軋卷重最高可達60噸，伴隨坯料增重，相應(yīng)的需要提高對加熱設(shè)備、軋機設(shè)備、運輸設(shè)備等能力。另一方面，加大軋制速度，提高生產(chǎn)效率，熱連軋速度達到30米每秒，冷連軋機達到41.5米每秒，線材軋制速度甚至更高。自動化控制及采用計算機技術(shù)在線監(jiān)測軋機設(shè)備運行狀態(tài)，實施輸出檢測信號，是目前很多大型鋼企的發(fā)展方向[7-8]。 中小型企業(yè)軋機設(shè)備也逐漸向新工藝、新結(jié)構(gòu)、高效率、大卷壓下的方向邁進。目前，我國有了一批自行設(shè)計裝備大型軋鋼機械設(shè)備，如1150萬能板坯初軋機、2300 冷軋機、4200 特厚板軋機等軋輥設(shè)備[9]，同時，國內(nèi)還裝備了諸多中小型軋鋼機械設(shè)備，奠定了我國軋鋼生產(chǎn)需求。 但是，通過國外先進軋機設(shè)備相比，國內(nèi)軋鋼設(shè)備無論在高速化、自動化、連續(xù)化方面，還是在設(shè)備性能或節(jié)能、環(huán)保方面都還存在加大差距[10]。因此，繼續(xù)有針對性地將現(xiàn)有的軋鋼設(shè)備進一步加以改造與更新，研究新軋鋼工藝與設(shè)備，也是我們現(xiàn)在迫切面臨的問題。 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，追求質(zhì)量、品種、效益將是中厚板軋機今后和發(fā)展的方向，以寬厚板為主，并有很高的強度，加大軋制力和主傳動電機容量。為保證板坯加熱的均勻性，使得軋制的鋼板尺寸和性能均勻一致[11]。以四輥軋機代替粗軋機，發(fā)揮四輥精整線軋機的能力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 圖1.1 典型的軋機設(shè)備 軋機設(shè)備的工作原理：軋件通過兩相對旋轉(zhuǎn)的軋輥以壓力進行加工，使其產(chǎn)生塑性變形，稱為軋制工藝過程。軋機通過工作輥來完成這一過程，工作輥包含有旋轉(zhuǎn)和移動兩種運動。前者靠摩擦力進行軋制運動，由軋機主傳動實現(xiàn)；控制軋件的變形程度，由軋機壓下裝置實現(xiàn)。因此，軋機設(shè)備的關(guān)鍵部件是對其輥系部件的設(shè)計，保證其運行中精確的精度，另一方面，機架良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，要求輥系在運行中剛度滿足要求[12-13]。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 本文研究對象是1780熱連軋四輥可逆粗軋機的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵部件分析，本文研究的主要內(nèi)容如下： （1）通過查閱國內(nèi)外四輥軋機設(shè)備相關(guān)資料，設(shè)計原始數(shù)據(jù)要求，對四輥軋機的工作原理及結(jié)構(gòu)方案進行確定。 1.壓下裝置 2機架 3工作輥系 4機座 5連接軸 6支撐輥系 圖1.2 四輥軋機結(jié)構(gòu)示意圖 （2）輥系的設(shè)計與計算，主要包含軋輥結(jié)構(gòu)類型、軋輥材料、軋輥尺寸參數(shù)計算、軋輥軸頭軸承室的設(shè)計、軸承選型及壽命計算。 （3）下壓裝置的設(shè)計，機架部件設(shè)計等關(guān)鍵部件設(shè)計。 （4）運用 Solidworks 三維繪圖軟件建立四輥軋機的三維實體模型，在 Solidworks中進行裝配軋機模型，且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉，然后完成四輥軋機的CAD出圖，包含裝配圖及關(guān)鍵零部件出圖。 （5）將軋輥及機架三維建模分別導(dǎo)入ansys軟件進行有限元分析，模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下，軋輥與機架的應(yīng)力分布及變形量情況，并根據(jù)模擬結(jié)果對其進行結(jié)構(gòu)改進與優(yōu)化。 三、研究步驟、方法及措施 課題研究的主要步驟及方法： （1）確定課題后，需查閱國內(nèi)外熱連軋四輥軋機設(shè)備的相關(guān)文獻資料，了解熱連軋設(shè)備的工作原理，結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用情況，現(xiàn)階段此類設(shè)備存在的問題，并提出相關(guān)改進及優(yōu)化方案，為本課題的開展奠定理論基礎(chǔ)。 （2）根據(jù)設(shè)計要求，參考現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，完成四輥軋機的總體方案設(shè)計。 （3）運用現(xiàn)有的機械設(shè)計與材料軋制成型工藝基礎(chǔ)知識，完成對四輥軋機的軋輥零件設(shè)計、軸承選型、壓下裝置設(shè)計等計算與校核。 （4）通過solidworks軟件對四輥軋機的各非標(biāo)零件進行三維建模，對標(biāo)準零件進行選型，然后整體設(shè)備的裝配，且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉。 （4）應(yīng)用CAD軟件完成四輥軋機的工程出圖。 （5）應(yīng)用ansys軟件進行對軋輥與機架的進行有限元分析，模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下，其應(yīng)力分布及變形量，并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。 四、研究工作進度 時間安排 進度安排 2月10日~3月15日 收集課題相關(guān)文獻資料，完成開題報告的撰寫； 3月15日~ 3月31日 初步確定四輥軋機的結(jié)構(gòu)方案，并開始熟悉solidworks、ansys及CAD軟件的熟悉使用； 4月01日~4.月10日 關(guān)鍵部件的設(shè)計計算，確定如輥系、軸承、壓下裝置、機架等部件，設(shè)計說明書的攥寫 4月11日~4月20日 完成四輥軋機各零件的三維建模，標(biāo)準零件的選型，并在solidworks軟件中完成裝配。 4月20日~ 4月30日 完成四輥軋機的CAD裝配圖及各關(guān)鍵零件的CAD出圖； 5月1日~ 5月10日 用ansys軟件對軋輥及機架進行有限元分析，并進行論文部分的撰寫。 5月11日~5月20日 對說明書進行修改完善，圖紙的修改檢查； 5月20日~6月1日 準備答辯相關(guān)工作準備 五、主要參考文獻 [1] 濮良貴，紀名剛. 機械設(shè)計第8版. [M].北京：高等教育出版社，2005 [2] 王懷民，四輥熱軋機的有限元動力學(xué)分析；2009.3:13-15 [3] 鄒家祥. 軋鋼機械[M] 北京:冶金工業(yè)出版社，2010:151-172;177-184 [4] 孫占剛，韓志凌等. 軋機閉式機架的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計[J].冶金設(shè)備，2014，3:8-11 [5] Turner M J, Clough R W ,Martin H C, Topp L J , Stiffness and defletion analysis of complex structures. Journal of Aeronautical ciences,2006,23:805-824 [6] L Chefneux, J Fischbach and Gouzou, etal. Study and Industrial Control of Chater in Cold Rolling[J]. Iron and Steel Engineer.2014,61(11):l7-26. [7] 鞏云鵬，田萬祿，張偉華，黃秋波. 機械設(shè)計課程設(shè)計.科學(xué)出版社，2010 [8] 成大先. 機械設(shè)計手冊第5.卷.[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2012 [9] 劉鴻文. 材料力學(xué)第4版. [M].北京：高等教育出版社，2013 [10] 程靳. 理論力學(xué)第7版. [M].北京：高等教育出版社，2009 [11] Courant R. Variational methods for the solution of problems equilibrium and vibrators. 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