拆卷機(jī)的設(shè)計(jì)【冷軋廠冷軋帶鋼】【說明書+CAD】
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譯文軋制過程中的熱傳遞一 熱帶軋制的溫度變化板坯再加熱到所要求的溫度后進(jìn)行軋制。一個(gè)典型的熱帶軋制工藝包括以下幾個(gè)主要步驟:(1) 板坯軋制前用高壓水除鱗系統(tǒng)除鱗,有時(shí)采用立輥軋機(jī)同時(shí)除鱗。(2) 粗軋成1940mm后的中間料。粗軋過程通常伴隨立輥和道次間的除鱗操作。(3) 將中間料從粗軋機(jī)運(yùn)至安裝在精軋機(jī)前的飛剪處。飛剪用來(lái)剪切料頭和料尾。(4) 中間料在進(jìn)精軋機(jī)組前的除鱗。(5) 精軋至所要求的厚度。機(jī)架間可能進(jìn)行除鱗,有時(shí)也可能進(jìn)行帶鋼冷卻。(6) 軋材在輸出輥道上的空冷和水冷。(7) 軋材的卷取。在軋制工藝過程中,軋件向其周圍物質(zhì)進(jìn)行各種熱傳遞。一些損失的熱量由軋件變形所產(chǎn)生的熱予以彌補(bǔ)。熱帶軋制過程中,軋件溫度降低和升高的主要因素通??梢詤^(qū)分如下:(1) 熱輻射引起的溫降。(2) 熱對(duì)流引起的溫降。(3) 水冷引起的溫降。(4) 向工作輥和輥道熱傳遞導(dǎo)引起的溫降。(5) 力學(xué)加工和摩擦引起的溫升。 關(guān)于這些因素的分析簡(jiǎn)述如下。二 熱輻射引起的溫降 采用兩種方法進(jìn)行熱輻射引起的溫降公式的推導(dǎo)。第一種方法忽略了材料內(nèi)部的溫度提督,利用斯蒂芬-玻爾茲曼定律計(jì)算輻射到環(huán)境中的熱量為:q=S 式中 輻射體的表面積,m2; q從物體輻射的熱量,J; S斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù); T軋件在t時(shí)刻的溫度,K; Ta環(huán)境溫度,K; t時(shí)間,s; 輻射系數(shù)。 物體損失的熱量由下式給定: q= 式中 c軋件質(zhì)量熱容,J/(kgK); Vr輻射體的體積,m3 軋件的密度,kg/m3。 考慮到熱平衡條件q=q及式1-1和式1-2,可以計(jì)算出溫降速度ar: ar= 通常假設(shè)TaT,并簡(jiǎn)化某些方程以達(dá)到協(xié)調(diào)形式,得出輻射溫度差速度公式,總結(jié)見表1-1所示。在推導(dǎo)這些公式時(shí),未考慮溫度對(duì)參數(shù)S、及c的影響。不過實(shí)際上這些常數(shù)隨溫度的變化可能都是很大的,所以,式1-3的最終形式將取決于這些常熟選擇的平均值。 輻射時(shí)間tr內(nèi)的溫降可以通過對(duì)微分方程幾分進(jìn)行計(jì)算: = 第二種計(jì)算輻射引起溫降的方法考慮到沿材料厚度方向上的熱傳遞。若z是物體內(nèi)部至其表面的距離,則從傅里葉公式可得: 式中 a軋件的熱擴(kuò)散率,m2/s。微分方程1-5可以利用有限差分法進(jìn)行數(shù)值求解。這些計(jì)算的目的是要建立一個(gè)影響軋制過程軋件平均溫度T和可測(cè)量的軋件表面溫度T之間的關(guān)系。三 熱對(duì)流引起的溫降熱帶軋制時(shí)的對(duì)流傳熱與軋件周圍空氣的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這種運(yùn)動(dòng)不斷地帶入新的空氣粒子與軋件接觸。取決于該內(nèi)部運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)制的,還是自然的,將熱傳遞區(qū)分為強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流。在熱帶軋制中通常出現(xiàn)后一種情形。在計(jì)算對(duì)流引起溫降時(shí)的一個(gè)重要方面是確定傳熱系數(shù)。該系數(shù)取決于材料溫度、環(huán)境溫度、材料質(zhì)量熱融合密度以及空氣流的動(dòng)態(tài)粘度及其特性,即自然、強(qiáng)制層流或紊流等情況。對(duì)于此關(guān)系所得出的數(shù)學(xué)描述有很大爭(zhēng)議,實(shí)際計(jì)算不宜采用。部分研究人員一致認(rèn)為,對(duì)流引起的溫降應(yīng)當(dāng)表示為輻射引起溫降的莫以分?jǐn)?shù):=() 這里,是對(duì)流和輻射引起溫降間的比率,根據(jù)不同的研究結(jié)果,其值在0.010.22之間變化。四 水冷引起溫降若假定在軋件向冷卻水傳熱石傳導(dǎo)起著重要作用,就可以計(jì)算出水冷引起的溫降。因此,當(dāng)冷卻沿軋件款度方向連續(xù)地接觸其一側(cè)表面時(shí),通過軋件表面所傳遞的熱量就可以用公式表示為: 式中 k表層導(dǎo)熱系數(shù),W/(mK); 通過軋件外表面所傳遞的熱量,J; b冷卻水接觸長(zhǎng)度,m; 軋件寬度,m; Tw冷卻水溫度,K; tw冷卻水接觸時(shí)間,s。 由軋件釋放的熱量由下式給定: 式中 V冷卻水所冷卻的軋件體積,m3;水冷引起的溫降,K。根據(jù)熱平衡條件 ,式1-7和式1-8,并考慮到: tw= 式中 v軋件速度,m/s。和另一條件: 我們得到水冷引起的溫降為: = 冷卻水所吸收的熱量可以表示為: = 式中 水的密度,kg/m3; 水的質(zhì)量熱容,J/(kgK); Vw水的吸熱體積,m3; 水的溫升,K。根據(jù)熱平衡條件=,式1-8、式1-11和式1-12,并考慮到: 式中 d帶鋼單位寬度上的水流量,m3/(ms)。我們得到下列冷卻水溫升公式:= 式1-11并沒有明確地給出溫降與冷卻水流速和壓力的關(guān)系。然而,冷卻水的流速和壓力卻大大地影響著隔開軋件于冷水的表面成的導(dǎo)熱系數(shù)k。事實(shí)上,表面層中包含有充當(dāng)屏障作用的氧化鐵皮和沸騰水。隨著冷卻水流速和壓力的提高,該屏障作用將在很大程度上被削弱。五 因工作輥熱傳到引起的溫降如果假設(shè)兩個(gè)初始穩(wěn)定溫度分別為T和Tr的物體相互擠壓,并假設(shè)平面的界面處在又有氧化層的阻力,則可以計(jì)算出因工作輥熱傳導(dǎo)引起的溫降。在作出上述這些假設(shè)之后,則可以用以下的熱平衡方程進(jìn)行過程的描述。根據(jù)沙科的研究,通過鋼板的兩個(gè)最晚層的總熱量可以根據(jù)下式計(jì)算: 式中 Ac軋件和工作輥的接觸面積,m2; k軋件氧化成的導(dǎo)熱系數(shù),W/(mK); 由于熱傳遞工作輥所獲的熱量或軋件所失去的熱量,J; Tr軋輥溫度,K; a軋件的熱擴(kuò)散率,m2/s。輥縫處軋件損失的熱量由下式給定: 式中 軋件與工作輥接觸而產(chǎn)生的溫降,K。根據(jù)熱平衡條件=,式1-15和式1-16,并考慮到: 及 式中 R軋輥半徑,m; 軋件平均厚度,m。我們得出下列因工作輥熱傳導(dǎo)引起的溫降公式: = 通過簡(jiǎn)化某些方程以達(dá)到協(xié)調(diào)形式,得出與輥接觸引起的溫降公式,總結(jié)見表1-2,繪制成曲線如圖1-3 所示。不同的溫降計(jì)算公式之間的顯著差異主要是由于在預(yù)測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)k時(shí)的誤差造成的,該系數(shù)之取決于軋輥和軋件件氧化層接觸阻力的大小。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.外文翻譯資料(譯文.原文)班 級(jí):機(jī)設(shè)02.3班 姓 名:高鑫指導(dǎo)老師:王德春第頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)拆卷機(jī)的設(shè)計(jì)摘要冷軋帶鋼在國(guó)民生產(chǎn)生活中占有重要的地位。在冷軋帶材車間,拆卷機(jī)被廣泛應(yīng)用。凡是以帶卷為坯料的機(jī)組,如:連續(xù)酸洗、軋制、剪切、連續(xù)熱處理及連續(xù)鍍層等機(jī)組,頭部都必須設(shè)置拆卷機(jī),完成拆卷、直頭和送料等準(zhǔn)備工序。所以說拆卷機(jī)為帶材生產(chǎn)線上不可缺少的單體設(shè)備。本設(shè)計(jì)對(duì)拆卷機(jī)力能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,包括對(duì)主軸傳遞力矩的計(jì)算、主電機(jī)的選擇、減速器的選擇,還對(duì)拆卷機(jī)橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核及其支承裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì),對(duì)拆卷機(jī)主要零件如拆卷機(jī)主軸、主軸軸承、彈性柱銷聯(lián)軸器等進(jìn)行了強(qiáng)度校核、壽命設(shè)計(jì)及型號(hào)選擇等。最后,對(duì)拆卷機(jī)進(jìn)行了潤(rùn)滑方式選擇、技術(shù)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析。關(guān)鍵詞:拆卷機(jī);橫移機(jī)構(gòu);液壓缸;設(shè)計(jì);校核第 頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)Design of unwinder intensityAbstractCold-rolled strip steel occupies an important position in the national production and life.In the cold rolling strip workshop,unwinder is widely used.The reminder is necessary for every coil as blank units,such as,continuous pickling,rolling,shearing,continuous and continuous plating,heat treatment unit,the head,complete tear open volume,straight head and feeding process.So unwinder is one of indispensable equipment for strip production line.In this design, the calculation of main shaft transmission torque,the choice of the main motor and reducer are done.Also the design of the unwinder transversal mechanism improvement design,checking and its supporting device for main parts such as unwinder unwinder spindle,spindle bearing,elastic dowel pin shaft coupling,key,etc on the intensity and service life design and model selection are all finished.Finally,the unwinder lubrication mode selection,technical and economic and social benefit analysis are finished.Key words:Unwinder;Transverse institutions;The hydraulic cylinder;Design;Check第 頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目錄1緒論1 1.1拆卷機(jī)的發(fā)展方向1 1.2拆卷機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1 1.2.1 單卷筒可脹縮拆卷機(jī)1 1.2.2 雙錐頭無(wú)脹縮拆卷機(jī)2 1.2.3 雙圓柱頭可脹縮拆卷機(jī)2 1.3研究現(xiàn)狀3 1.4研究?jī)?nèi)容和研究方法42 橫移機(jī)構(gòu)方案的傳動(dòng)評(píng)述與選擇5 2.1橫移裝置傳動(dòng)方案的確定5 2.2主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 2.2.1 主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 2.2.2 橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63 力能參數(shù)的計(jì)算8 3.1拆卷機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算8 3.1.1拆卷張力的選用計(jì)算8 3.1.2拆卷機(jī)壓輥壓緊力計(jì)算9 3.1.3圓柱頭徑向壓力計(jì)算10 3.1.4拆卷機(jī)卷筒傳動(dòng)力矩計(jì)算11 3.2主電機(jī)的選擇12 3.2.1傳動(dòng)功率的計(jì)算12 3.2.2選擇電動(dòng)機(jī)系列13 3.2.3選擇電動(dòng)機(jī)功率13 3.2.4校核電動(dòng)機(jī)14第 頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3.3減速器的選擇14 3.3.1減速器類型選擇14 3.3.2減速器速比確定144 橫移液壓缸裝置16 4.1液壓缸及其選擇16 4.2液壓缸系統(tǒng)工作原理17 4.3液壓缸推力和流量等參數(shù)的計(jì)算17 4.4液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算與穩(wěn)定性校核18 4.4.1 橫移機(jī)構(gòu)的阻力18 4.4.2 液壓缸穩(wěn)定性校核18 4.5橫移液壓缸支承裝置改進(jìn)205 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算21 5.1拆卷機(jī)主軸計(jì)算21 5.1.1 彎矩圖21 5.1.2 扭矩圖23 5.1.3 校核軸的強(qiáng)度23 5.2拆卷機(jī)主軸軸承計(jì)算25 5.2.1 初選軸承25 5.2.2 驗(yàn)算軸承的使用壽命25 5.3聯(lián)軸器的選擇與校核27 5.3.1 聯(lián)軸器類型選擇27 5.3.2 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩27 5.3.3 聯(lián)軸器型號(hào)選擇28 5.3.4 聯(lián)軸器強(qiáng)度驗(yàn)算286 潤(rùn)滑方式的選擇30第 頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)31 7.1 設(shè)備完好率與利用率31 7.2 設(shè)備的可靠性31 7.2.1 設(shè)備可靠度的計(jì)算31 7.2.2 設(shè)備平均壽命32 7.2.3 機(jī)械設(shè)備的有效度32 7.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)33 7.3.1 盈虧平衡分析34總 結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38第 47 頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1 緒論 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的蓬勃發(fā)展,對(duì)鋼鐵的需求越來(lái)越重要。為滿足國(guó)民生產(chǎn)生活各部門的需求,除軋制生產(chǎn)一般產(chǎn)品外,還生產(chǎn)建筑、造船、汽車、石油化工、礦山、國(guó)防用的專業(yè)鋼材,對(duì)帶鋼的需求也日漸增加。作為實(shí)現(xiàn)帶鋼生產(chǎn)連續(xù)化、機(jī)械化和自動(dòng)化的重要設(shè)備,拆卷機(jī)和卷取機(jī)廣泛應(yīng)用于熱軋、酸洗、冷軋、平整、連續(xù)退火、涂鍍、精整、重卷、剪切等生產(chǎn)線機(jī)組中,是必不可少的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備1。 拆卷機(jī)的設(shè)計(jì),除了按一般機(jī)械設(shè)計(jì)程序進(jìn)行機(jī)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)外,尚有幾個(gè)與工藝和操作有關(guān)特殊問題。如機(jī)構(gòu)選擇、橫移機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)、主要參數(shù)確定、卷筒壓力計(jì)算和張力、調(diào)速、卷取質(zhì)量等。 1.1 拆卷機(jī)的發(fā)展方向冷軋帶材拆卷機(jī)和卷取機(jī)是將冷狀態(tài)下鋼卷打拆或?qū)搸Ь沓射摼淼臋C(jī)械設(shè)備,用在可逆式、連續(xù)式軋制線上和帶鋼精整機(jī)組的作業(yè)線上。常用的冷軋帶鋼卷取機(jī)分為輥式和卷筒式兩種,前者已很少被使用,本文著重介紹的卷筒式卷取機(jī)中的扇形脹縮式卷取機(jī),由斜楔脹縮和棱錐脹縮兩類組成,廣泛應(yīng)用于高速卷取機(jī)、大張力卷取機(jī)和小張力卷取機(jī)上。在現(xiàn)代冷軋車間,軋機(jī)正向高速化、大卷重和自動(dòng)化方向發(fā)展2。1.2 拆卷機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.2.1 單卷筒可脹縮拆卷機(jī)這種結(jié)構(gòu)拆卷機(jī),由于卷筒長(zhǎng),考慮上料方便,要求卷筒卷徑脹縮范圍大,另外上卷時(shí)間也較雙圓柱頭拆卷機(jī)長(zhǎng)。由于卷筒支撐在活動(dòng)支座上,增加卷筒剛性,適用于大張力拆卷。單卷筒式拆卷機(jī)適用于薄帶鋼(2毫米以下)。按卷筒結(jié)構(gòu)形式不同,可分為單卷筒棱錐式拆卷機(jī)和單卷筒鏈板式拆卷機(jī)。圖1.1為單卷筒鏈板拆卷機(jī)機(jī)構(gòu)。1-內(nèi)卷筒;2-鏈板;3-弓形塊;4-心軸;5-墊板圖1.1 單卷筒鏈板式拆卷機(jī)結(jié)構(gòu) 這種拆卷機(jī)進(jìn)適用于拆卷張力不大于1000公斤的卷重在15噸以下的橫切機(jī)組、清洗機(jī)組、退火機(jī)組等精整機(jī)組。對(duì)于處理卷重較大和拆卷張力較大的帶卷時(shí),可采用單卷筒棱錐式拆卷機(jī)。圖1.2為單卷筒棱錐式拆卷機(jī)。1-活動(dòng)支撐軸頸;2-拉桿;3-空心軸;4-扁銷;5-弓形塊;6-棱錐軸;7-滑鍵圖1.2 單卷棱錐式拆卷機(jī)的卷筒結(jié)構(gòu) 這種單卷筒棱錐式拆卷機(jī)與鏈板式拆卷機(jī)比較,具有剛性好、拆卷張力大、設(shè)備重量較輕等優(yōu)點(diǎn),目前已被廣泛采用。1.2.2 雙錐頭無(wú)脹縮拆卷機(jī) 這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較早。具有上料方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由于雙錐頭拆卷機(jī)錐頭部分和帶卷內(nèi)圈接觸面積太小,在帶張力操作時(shí),容易損壞帶鋼頭部。此外,由于錐頭不能脹縮,在拆卷過程中容易使帶卷內(nèi)孔與錐頭產(chǎn)生打滑。因此,這種結(jié)構(gòu)的拆卷機(jī)僅用來(lái)拆卷張力小的厚帶鋼。目前,新設(shè)計(jì)的拆卷機(jī)已經(jīng)不太采用這種結(jié)構(gòu)形式。圖1.3為雙錐頭無(wú)脹縮拆卷機(jī)。 圖1.3 雙錐頭無(wú)脹縮拆卷機(jī)1.2.3 雙圓柱頭可脹縮拆卷機(jī)雙圓柱頭可脹縮拆卷機(jī)按其脹縮方式的不同,還可分為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭式拆卷機(jī)和軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)兩種。 雙圓柱頭式拆卷機(jī)用于酸洗機(jī)組、剪切機(jī)組及冷連軋機(jī)組。一般來(lái)說,這種拆卷機(jī)用來(lái)拆卷張力不大的帶厚為2-8毫米的熱軋帶鋼。圖1.4為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)。圖1.4 徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)軸向液壓缸雙圓柱頭拆卷機(jī),用于五機(jī)架冷連軋機(jī)組。卷筒結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。1-空心軸;2-拉桿;3-弓形塊圖1.5 軸向液壓缸脹縮的雙圓柱頭拆卷機(jī)的卷筒結(jié)構(gòu)軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)與徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)相比,僅僅是圓柱頭脹縮液壓缸布置方式不同。制造和使用等方面來(lái)看,軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)較好3。1.3研究現(xiàn)狀 冷軋帶材拆卷機(jī)和卷取機(jī)是將冷狀態(tài)下鋼卷打開或?qū)搸Ь沓射摼淼臋C(jī)械設(shè)備,用在可逆式、連續(xù)式軋制線上和帶鋼精整機(jī)組的作業(yè)線上。常用的冷軋帶鋼拆卷機(jī)分為無(wú)壓輥式和有壓輥式兩種,前者已很少被使用,有壓輥式拆卷機(jī)中的脹縮式拆卷機(jī)4,由斜楔脹縮和棱錐脹縮兩類組成,廣泛應(yīng)用于高速拆卷機(jī)、大張力拆卷機(jī)和小張力拆卷機(jī)上。在現(xiàn)代冷軋車間,軋機(jī)正向高速化、大卷重和自動(dòng)化方向發(fā)展5。1.4研究?jī)?nèi)容和研究方法本課題通過對(duì)冷軋廠冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝過程的全面深入了解,研究冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中拆卷機(jī)的作用與特點(diǎn),提高帶鋼拆卷時(shí)間。(1)去鞍鋼參觀冷軋帶鋼生產(chǎn)線更深入的了解拆卷機(jī)的構(gòu)造運(yùn)行。(2)查閱資料再結(jié)合到鞍鋼參觀來(lái)確定設(shè)計(jì)方案。(3)按工藝要求和理論計(jì)算對(duì)拆卷機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核研究。(4)根據(jù)生產(chǎn)工藝和實(shí)際操作對(duì)橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。2 橫移機(jī)構(gòu)方案的傳動(dòng)評(píng)述與選擇根據(jù)對(duì)拆卷機(jī)結(jié)構(gòu)的了解,可以確定它的幾個(gè)主要組成成分:橫移機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、減速器、主軸脹縮結(jié)構(gòu)、拆卷機(jī)卷筒、壓輥。本篇論文主要進(jìn)行橫移機(jī)構(gòu)的評(píng)述與選擇。根據(jù)拆卷機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的介紹,優(yōu)缺點(diǎn)和拆卷機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的綜合考慮,選擇橫移液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機(jī)。雙圓柱頭拆卷機(jī)包括左、右兩個(gè)卷筒,分別由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置單獨(dú)傳動(dòng)。左右錐頭分別由液壓缸操作,可沿其水平方向移動(dòng),借此夾持帶卷內(nèi)徑,并對(duì)中機(jī)組中心線。圓柱脹縮由兩個(gè)軸向液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了使兩個(gè)軸向液壓缸作同步徑向運(yùn)動(dòng),利用齒輪箱實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。這種機(jī)構(gòu)基本上克服了錐頭無(wú)脹縮拆卷機(jī)的打滑,使用效果良好6。2.1 橫移裝置傳動(dòng)方案的確定 從功能與動(dòng)作著手分析,橫移裝置的功能是負(fù)責(zé)拆卷機(jī)卷筒的運(yùn)送,基本動(dòng)作就是左右進(jìn)退,即也有往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng),但過程和動(dòng)作都比較簡(jiǎn)單,其中也有變速過程。 根據(jù)工作情況,并結(jié)合一些現(xiàn)有的資料,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活中普遍應(yīng)用的有兩種橫移裝置方案。一種是機(jī)械式(如圖2.1所示),另一種是液壓式(如圖2.2所示)。通過對(duì)比這兩種方案,并結(jié)合本設(shè)計(jì)的拆卷機(jī)的工作條件和環(huán)境,來(lái)確定本設(shè)計(jì)的橫移裝置。它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較列于表2.1。往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)很容易用油缸來(lái)實(shí)現(xiàn),而且根據(jù)表2.1傳動(dòng)方案的比較,選擇液壓式的橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6。圖2.1 機(jī)械式橫移機(jī)構(gòu)圖2.2 液壓式橫移機(jī)構(gòu)表2.1 傳動(dòng)方案比較種類比較機(jī)械式液壓式 優(yōu)點(diǎn)工作穩(wěn)妥可靠、 傳動(dòng)效率高不需要經(jīng)常維修、 推力、行程大推力大推速易控制 缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、自重大漏油、勤維修 備注應(yīng)用廣推廣使用2.2 主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)的方式:通過左右兩個(gè)軸向液壓缸實(shí)現(xiàn)脹縮操作。主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):機(jī)構(gòu)的主體被設(shè)置在拆卷機(jī)內(nèi)卷筒中心。液壓缸用軸向布置,通過液壓油的進(jìn)出來(lái)實(shí)現(xiàn)小軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)其端部的錐頭進(jìn)行脹縮運(yùn)動(dòng)。2.2.2 橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 橫移傳動(dòng)的方式:也是通過左右兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)架橫移往復(fù)運(yùn)動(dòng)。橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):機(jī)構(gòu)被布置在機(jī)架的左右兩側(cè)。液壓缸用尾部銷軸的安裝方式固定;活塞桿一段用螺紋連接一耳環(huán),把兩塊支撐板用銷軸固定在耳環(huán)上。當(dāng)液壓缸活塞桿伸長(zhǎng),推動(dòng)機(jī)架內(nèi)框,內(nèi)框連同上面的托架在活塞桿推力作用下,隨桿的伸長(zhǎng)而向前移動(dòng),當(dāng)要到達(dá)指定位置時(shí),其速度較慢,之后進(jìn)行主軸脹縮固定鋼卷7。3 力能參數(shù)的計(jì)算 拆卷機(jī)主要參數(shù) 1、鋼板最大厚度:=4mm;計(jì)算中?。篽=3mm 2、鋼卷最大外徑:=2000mm;內(nèi)徑:d=508mm 3、鋼卷最大寬度:=1000mm;最小寬度:=600mm,計(jì)算中?。篵=750mm 4、鋼卷最大卷重:=12t=120kN,計(jì)算中取:G=7.5t=75kN 5、拆卷最大開口度:=2144mm;最小開口度:=584mm 6、拆卷最大張力:=10kN 7、拆卷機(jī)單側(cè)行程:S=780mm 8、帶鋼速度:v開=23.5m/s,計(jì)算中取:v開=3m/s 9、橫移速度(穿帶速度):v=0.5m/s 10、啟動(dòng)時(shí)間:t=2s;制動(dòng)時(shí)間:t=2s 11、工作油壓:p=16MPa;額定油壓:=20MPa 12、難軋鋼種:=750MPa,=400MPa 13、單側(cè)錐頭重量:G錐=7000N;單側(cè)支承座重量:G支=75000N3.1 拆卷機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 拆卷張力的選用計(jì)算精整機(jī)組拆卷張力的選用,與機(jī)組尾部卷取張力一樣,應(yīng)該十分謹(jǐn)慎。不適合的開卷張力,會(huì)影響到精整機(jī)組正常生產(chǎn)。一般開卷張力的選用按式(3.1)計(jì)算3。 (3.1)式中 帶鋼寬度,b=750mm; 帶鋼厚度,h=0.6mm; 單位壓力,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),可經(jīng)驗(yàn)公式(3.2)計(jì)算。 (3.2)式中 帶鋼屈服極限,; 張力系數(shù),可按文獻(xiàn)選取,。可得:。3.1.2 拆卷機(jī)壓輥壓緊力計(jì)算一般在拆卷機(jī)上設(shè)有壓輥,用壓緊帶鋼來(lái)增加制動(dòng)力矩,有利于正常拆卷。有時(shí)還可以把壓輥?zhàn)龀沈?qū)動(dòng)的,這樣對(duì)拆卷引料也有一定好處(如圖3.1所示)。壓輥壓緊力可按式(3.3)計(jì)算3。 P r (3.3)式中 帶卷內(nèi)半徑,; 拆卷角度,; 帶鋼在壓輥壓緊力作用下,帶鋼所產(chǎn)生弾塑彎曲力矩值,其值可按 式(3.4)計(jì)算。 (3.4)式中 帶鋼橫截面上彈性區(qū)部分高度,即,mm; 帶鋼厚度,h=3mm; 帶鋼屈服極限,; 帶鋼寬度,b=750mm; 帶鋼彈性模量,; 帶卷內(nèi)半徑,??傻茫簣D3.1 拆卷機(jī)壓輥壓緊力計(jì)算簡(jiǎn)圖3.1.3 圓柱頭徑向壓力計(jì)算 如上所述,為了不要讓帶鋼卷內(nèi)徑和圓柱頭之間打滑,必須脹徑圓柱頭來(lái)產(chǎn)生足夠的摩擦力,使其力矩值和拆卷張力所引起的力矩相互平衡(如圖3.2所示)。 圓柱頭徑向壓力N可按式(3.5)計(jì)算3。 每個(gè)圓柱頭受力為總的拆卷張力的一半,即。由于圓柱頭有時(shí)受力不均。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),可取。則有 (3.5)式中 帶卷卷徑比。即帶卷外徑與內(nèi)徑之比:; 帶卷內(nèi)徑與圓柱頭的摩擦系數(shù)。在圓柱頭上車有刻痕,取; 拆卷張力,T=7.2kN。可得: 圖3.2 圓柱頭徑向壓力N計(jì)算簡(jiǎn)圖3.1.4 拆卷機(jī)卷筒傳動(dòng)力矩計(jì)算 參考圖3.3,卷筒傳動(dòng)力矩可按式(3.6)計(jì)算3。 (3.6) 式中 T拆卷張力,; R帶卷外半徑,; x下垂度,; 壓輥壓力,; 壓輥與帶鋼的摩擦系數(shù),一般可?。?壓輥半徑,; 卷筒軸承處的摩擦力矩,其值可按式(3.7)計(jì)算。 (3.7)式中 由卷筒(包括)自重即張力在卷筒軸承1處所引起的反力, ; 由卷筒(包括)自重即張力在卷筒軸承2處所引起的反力, ; 卷筒軸承處的摩擦系數(shù),; 卷筒軸承處1軸頸直徑,; 卷筒軸承處2軸徑直徑,; (注:、受力圖如圖3.4所示) 壓輥軸承處的摩擦力矩,其值可按式(3.8)計(jì)算。 (3.8)式中 壓輥壓緊力P和壓輥?zhàn)灾卦谳S承處引起的反力, ; 卷筒軸承處的摩擦系數(shù),; 卷筒軸承處軸徑直徑,。可得:。圖3.3 有壓輥的拆卷機(jī)受力圖圖3.4 軸承處受力圖3.2 主電機(jī)的選擇3.2.1 傳動(dòng)功率的計(jì)算按式(3.6)求出卷筒傳動(dòng)力矩后,可按式(3.9)計(jì)算卷筒的傳動(dòng)功率3。 (3.9)式中 卷筒傳動(dòng)力矩,; v開 開卷速度,m/s,v開=3m/s; 傳動(dòng)效率,; R帶卷外半徑,mm,R=750mm。可得:。3.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)系列 電機(jī)是拆卷機(jī)的核心部分,如果電機(jī)選擇不合適,就會(huì)造成設(shè)備不能正常運(yùn)行,或者達(dá)不到客戶的速度及其他的生產(chǎn)要求。生產(chǎn)要求對(duì)我們的電機(jī)選擇是息息相關(guān)的。 其中對(duì)于選擇電機(jī)來(lái)說,最主要的就是帶材的尺寸、帶材的材料類型、客戶要求的最高速度及啟動(dòng)時(shí)最大加速時(shí)間等。 其次是按工作要求,根據(jù)工作電源種類(直流或交流)、工作條件(環(huán)境、溫度、空間位置等)及負(fù)荷太小、性質(zhì)、啟動(dòng)特性和過載狀況等來(lái)選擇。按生產(chǎn)要求及工作要求選用三相異步電動(dòng)機(jī),封閉式機(jī)構(gòu),電壓380V,YX系列。3.2.3 選擇電動(dòng)機(jī)功率傳動(dòng)裝置總效率可按式(3.10)計(jì)算7。= (3.10)式中 聯(lián)聯(lián)軸器效率,取聯(lián)=0.99; 齒齒輪嚙合效率,取齒=0.97; 承滾動(dòng)軸承效率,取承=0.99??傻茫?0.8858。所需電動(dòng)機(jī)功率由公式(3.11)計(jì)算。 (3.11)式中 傳動(dòng)總效率,=0.8858。可得:。3.2.4 校核電動(dòng)機(jī) 負(fù)荷較穩(wěn)定(或變化很小),連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械,可按電動(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選擇,而不需要校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。選擇時(shí)應(yīng)保證: (3.12)式中 電動(dòng)機(jī)額定功率,kW; 工作時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率,kW。 查文獻(xiàn)8,選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YX280S-4,額定功率=75kW,轉(zhuǎn)數(shù)n=1490。3.3 減速器的選擇3.3.1 減速器類型選擇 減速器是作用在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立、封閉的傳動(dòng)裝置。由于減速器具備結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠、傳動(dòng)效率高和使用維護(hù)方便等特點(diǎn),故在各種工業(yè)機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。減速器種類型號(hào)很多,用來(lái)滿足多種機(jī)械傳動(dòng)的不同要求。按工作環(huán)境和工作要求選用臥式二級(jí)圓柱直齒輪減速器。3.3.2 減速器速比確定卷筒速度由公式(3.13)計(jì)算7。 (3.13)式中 v開帶鋼速度,m/S,v開=23.5m/s; R卷筒半徑,mm。 1.當(dāng)卷筒載重最大時(shí),帶鋼速度最小,帶卷的卷徑此時(shí)最大。v=2m/s,R=750mm,可得:n1=25.46r/min; 2.當(dāng)卷筒空載時(shí),帶鋼速度最大,帶卷的卷徑此時(shí)最小。v=3.5m/s,R=254mm,可得:n2=131.58r/min。所以由得:i1=58.52,i2=11.32 根據(jù)所求i1和i2,由文獻(xiàn)9,選用減速器型號(hào)為ZSY-560-31.5-I, i=31.54 橫移液壓缸裝置4.1 液壓缸及其選擇 液壓缸是液壓系統(tǒng)中非常重要的執(zhí)行元件,它可以將系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。液壓缸可以單獨(dú)使用,也可以兩個(gè)或多個(gè)組合起來(lái)或和其他機(jī)械機(jī)構(gòu)組合起來(lái)使用。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠;2.重量輕、傳力大、壽命長(zhǎng);3.運(yùn)動(dòng)慣性小、加工制造精度高、可作頻繁換向;4.易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控和自控。 為了滿足不同型式機(jī)械的不同用途的需要,液壓缸相應(yīng)地?fù)碛卸喾N結(jié)構(gòu)和不同的性能類型。 按供油方向的不同,液壓缸可以分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只可以向缸的一側(cè)輸入高壓油,靠其他外力使活塞回程。雙作用缸則可以分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油,活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均是靠液壓力來(lái)完成。 按結(jié)構(gòu)形式的不同,液壓缸可以分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸與伸縮式套筒缸。按活塞桿的數(shù)量,液壓缸又可以分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸。按缸的特殊用途,液壓缸又可以分為串聯(lián)缸、增速缸、增壓缸、步進(jìn)缸等。此類缸都不是一個(gè)單獨(dú)的缸筒,而是要和其他缸筒、構(gòu)件組合而成,所以從結(jié)構(gòu)形式來(lái)看,這類缸又稱為組合缸。液壓缸在工程機(jī)械上應(yīng)用十分廣泛。其使用條件有以下特點(diǎn):1.工作強(qiáng)度高,經(jīng)常承受作用在工作裝置上及由液壓缸驅(qū)動(dòng)的慣性質(zhì)量引起的沖擊壓力。2.工作環(huán)境非常惡劣,經(jīng)常要在充滿了水泥砂石與灰塵的環(huán)境中工作。3.工程機(jī)械大部分是移動(dòng)式設(shè)備。安裝在其上的液壓缸,質(zhì)量要輕、體積要?。ㄟ@種要求是靠提高系統(tǒng)工作壓力來(lái)達(dá)到的)。所以質(zhì)量輕、體積小、壓力高也就成了工程機(jī)械用液壓缸的一個(gè)特點(diǎn)。4.工程機(jī)械工作場(chǎng)所的環(huán)境溫度變化大。要求液壓缸所用材料能適應(yīng)高溫和低溫。所以根據(jù)液壓缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作要求,本設(shè)計(jì)選用單桿雙作用活塞缸,單桿雙作用活塞缸是各類液壓機(jī)械應(yīng)用最廣泛的液壓缸。液壓缸的固定支承方式原本是采用兩端固定,在本設(shè)計(jì)中將其改成中間鉸鏈連接。這樣,在滑動(dòng)機(jī)座的滑板磨損后整體下降時(shí),能使橫移液壓裝置工作比較平穩(wěn),也減小了活塞和液壓缸體之間的阻力,減少拉桿的受力所引起的力對(duì)活塞和缸壁的損傷,還能減輕拉桿運(yùn)動(dòng)中所受的阻力,也還能減輕液壓缸的漏油現(xiàn)象。4.2 液壓缸系統(tǒng)工作原理 單桿活塞缸是指活塞只有一側(cè)帶活塞桿的液壓缸,如圖4.1所示。單桿活塞缸也有活塞桿固定式和缸筒固定式兩種安裝形式。兩種安裝形式的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)范圍是相等的,均是活塞有效行程的兩倍。 單桿活塞缸因其左、右兩腔有效面積和不等,因此當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔壓力分別為和,輸入左、右兩腔的流量均為時(shí),液壓缸左右兩個(gè)方向的推力和速度均是不相同。圖4.1單桿液壓缸4.3 液壓缸推力和流量等參數(shù)的計(jì)算1. 液壓缸推力 液壓缸推力可按式(4.1)計(jì)算10。 (4.1)式中 活塞直徑,; 工作油壓,; 液壓效率,??傻茫骸?.流量 流量可按式(4.2)計(jì)算10。 (4.2)式中 橫移速度,m/s; 容積效率,。可得:m/s。4.4 液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算與穩(wěn)定性校核4.4.1 橫移機(jī)構(gòu)的阻力橫移機(jī)構(gòu)阻力可按式(4.3)計(jì)算10。 (4.3)式中 機(jī)座與橫移機(jī)構(gòu)軌道的摩擦系數(shù),; 橫移機(jī)構(gòu)推力機(jī)座總重量,??傻茫?。式中 n安全系數(shù),。4.4.2 液壓缸穩(wěn)定性校核活塞桿當(dāng)它受軸向壓縮負(fù)載時(shí),它能所承載的力F不能超過使它保持恒定工作所能允許的臨界負(fù)載F,以避免發(fā)生縱向彎曲,破壞液壓缸的正常工作。F的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面直徑、形狀和長(zhǎng)度以及液壓缸的裝配方式等因素有關(guān)?;钊麠U的穩(wěn)定性校核可按式(4.4)進(jìn)行計(jì)算10: (4.4)式中 安全系數(shù),?。?活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑可按式(4.5)計(jì)算。 (4.5) 活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑,mm; J活塞桿橫截面慣性矩,由下式(4.6)求出: (4.6)式中 d活塞桿直徑,??傻茫骸?A活塞桿橫截面面積,。所以可得:mm。由文獻(xiàn)可知:液壓缸支承方式為一端自由,一端固定。式中末端系數(shù)?;钊麠U長(zhǎng)度:。當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí),則: (4.7)當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比,且時(shí),則: (4.8)式中 柔性系數(shù),由文獻(xiàn)10得,; E活塞桿材料的彈性模量,。因?yàn)?。所以用式?.8),可得:。可得:所以,則液壓缸能保證穩(wěn)定工作,符合設(shè)計(jì)要求。4.5 橫移液壓缸支承裝置改進(jìn) 本設(shè)計(jì)首先是對(duì)冷軋精整剪切線拆卷機(jī)的,要經(jīng)過對(duì)拆卷機(jī)的主要力能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,然后對(duì)拆卷機(jī)的橫移液壓缸機(jī)構(gòu)支承裝置做出了改進(jìn)設(shè)計(jì)。液壓缸的固定支承方式原本是采用兩端固定,在本設(shè)計(jì)中將其改成中間鉸鏈連接。 這樣,在滑動(dòng)機(jī)座的滑板磨損后整體下降時(shí),能使橫移液壓裝置工作比較平穩(wěn),也降低了活塞與液壓缸缸體之間的阻力,進(jìn)而大大增加了活塞與缸體的使用時(shí)長(zhǎng),并且也能大大減少液壓缸的漏油現(xiàn)象。5 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算5.1 拆卷機(jī)主軸計(jì)算 拆卷機(jī)主軸在拆卷機(jī)拆卷的過程中,扮演著重要的角色,故主軸選用材料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)主軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。計(jì)算步驟如下:5.1.1 彎矩圖根據(jù)簡(jiǎn)圖,分別按水平和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩,按其結(jié)果做出水平面的彎矩圖(圖5.1b)和垂直面上的彎矩圖(圖5.1c),然后按式(5.1)11計(jì)算出總彎矩圖(圖5.1d)。 (5.1)分析:1、水平面(H面),受力如(5.1b)所示,則有: (5.2) (5.3)式中 軸承1水平面支反力,kN; 軸承2水平面支反力,kN; 帶卷中心處到軸承1的距離,=965mm; 軸承1到軸承2的距離,=675mm。可得:,。則彎矩由式(5.4)計(jì)算。 (5.4)可得:。 2、垂直面(V面),受力如(圖5.1c)所示,則有: (5.5) (5.6)圖5.1軸的載荷分析圖式中 軸承1垂直面支反力,kN; 軸承2垂直面支反力,kN;可得:,。則彎矩由式(5.7)計(jì)算。 (5.7)可得:。5.1.2 扭矩圖由文獻(xiàn)11得外力偶矩可按公式(5.8)計(jì)算。 (5.8)式中 外力偶矩; P輸入功率,; n最大轉(zhuǎn)速,。則可得軸所受扭矩:。5.1.3 校核軸的強(qiáng)度按第三強(qiáng)度理論12,計(jì)算應(yīng)力 (5.9)由彎曲所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力??紤]兩者循環(huán)特性不同的影響,引入折合系數(shù),則計(jì)算應(yīng)力為: (5.10)式(5.10)中的彎曲變應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力,取。對(duì)于直徑為d的圓軸,彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,將和代入式(5.10),則主軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為: (5.11)式中 軸的計(jì)算應(yīng)力,MPa; M軸所受的彎矩,kN; W軸的抗彎截面系數(shù),; 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí),軸的許用應(yīng)力,其值按文獻(xiàn)選用。由主軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面A、B和C是主軸可能的危險(xiǎn)截面?,F(xiàn)將驗(yàn)算這三處的強(qiáng)度。A截面:A處的彎扭合成強(qiáng)度條件是: (5.12)式中 主軸A處的計(jì)算應(yīng)力,MPa; 主軸A截面所受的彎矩,; 主軸A截面的抗彎截面系數(shù), 其中,則。則可得:。B截面:B處的彎扭合成強(qiáng)度條件是: (5.13)式中 主軸B處的計(jì)算應(yīng)力,MPa; 主軸B截面的抗彎截面系數(shù), 其中,則。則可得:MPa。C截面:C處的彎扭合成強(qiáng)度條件是: (5.14)式中 主軸C處的計(jì)算應(yīng)力,MPa; 主軸C截面所受的彎矩,, 其中主軸C截面水平面彎矩,; 主軸C截面垂直面彎矩,。則。 主軸C截面的抗彎截面系數(shù), 其中,則。則可得:。由文獻(xiàn)12選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理,得。因此A、B、C三個(gè)截面的計(jì)算應(yīng)力都小于,故主軸安全。5.2 拆卷機(jī)主軸軸承計(jì)算5.2.1 初選軸承因其主軸所受的軸向力很小,故可以省去。初選:軸承1為雙列圓錐滾子軸承,其中D=400,d=300,T=210,,e=0.31,Y=2.2,,; 軸承2為30332圓錐滾子軸承,其中D=300,d=160,T=75,,e=0.35,Y=1.5。5.2.2 驗(yàn)算軸承的使用壽命軸承1: (5.15)式中 軸承1徑向力,。可得:。又因?yàn)椋瑒t由文獻(xiàn)13查得:徑向動(dòng)載荷系數(shù),軸向動(dòng)載荷系數(shù)。當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算公式為: (5.16)式中 載荷系數(shù),其值見文獻(xiàn),取。則可得:?;绢~定壽命: (5.17)式中 溫度系數(shù),由文獻(xiàn)13查得; 指數(shù),對(duì)于滾子軸承。則由式(5.17)得:。軸承2:由式(5.15)得: (5.18)式中 軸承2徑向力,。則可得:。 因?yàn)椋瑒t可得:徑向動(dòng)載荷系數(shù),軸向動(dòng)載荷系數(shù)。同上可得:。則基本額定壽命。綜上由軸承1和軸承2看出最小的基本額定壽命為18131h,約為2.1年,所以能滿足工作要求,可以被選用。5.3 聯(lián)軸器的選擇與校核聯(lián)軸器是用在連接兩軸或軸與回轉(zhuǎn)件之間,以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩,并在傳動(dòng)過程不能分開使用的一種機(jī)械傳動(dòng)裝置。選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時(shí),應(yīng)根據(jù)具體的工作要求,綜合考慮兩軸間的相對(duì)偏移、聯(lián)軸器的載荷特性、工作轉(zhuǎn)速、聯(lián)軸器的外廓尺寸、工作環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性等方面的因素。5.3.1 聯(lián)軸器類型選擇為了阻斷振動(dòng)和沖擊,選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器適用于連接兩同軸線的傳動(dòng)軸系,并具有補(bǔ)償兩軸間相對(duì)偏移和一般減振性能。5.3.2 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩聯(lián)軸器的主參數(shù)是公稱轉(zhuǎn)矩14,選用時(shí)各轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合以下關(guān)系: (5.19)式中 理論轉(zhuǎn)矩,; 計(jì)算轉(zhuǎn)矩,; 公稱轉(zhuǎn)矩,; 許用轉(zhuǎn)矩,; 許用最大轉(zhuǎn)矩,; 最大轉(zhuǎn)矩,。聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩由式(5.20)計(jì)算。 (5.20)式中 驅(qū)動(dòng)功率,; n工作轉(zhuǎn)速,。可得:。由文獻(xiàn)查得工況系數(shù)K=2.3 ,則計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=10458.1kN.mm5.3.3 聯(lián)軸器型號(hào)選擇聯(lián)軸器型號(hào)查文獻(xiàn)14得,選用LX8型彈性套柱銷聯(lián)軸器,許用轉(zhuǎn)矩16000kN.mm許用最大轉(zhuǎn)速為2120r/min,軸徑80125mm之間,故滿足使用。5.3.4 聯(lián)軸器強(qiáng)度驗(yàn)算1. 聯(lián)軸器強(qiáng)度驗(yàn)算 聯(lián)軸器強(qiáng)度驗(yàn)算由文獻(xiàn)14得:彈性套與孔壁間的擠壓應(yīng)力由式(5.2.1)計(jì)算。 (5.21)式中 柱銷數(shù)目,其中,則個(gè); d柱銷直徑,; 柱銷中心所在軸的直徑,; L彈性套長(zhǎng)度,; 許用擠壓應(yīng)力,。可得:。2.聯(lián)軸器柱銷的彎曲應(yīng)力驗(yàn)算 聯(lián)軸器柱銷的彎曲應(yīng)力驗(yàn)算由文獻(xiàn)14得:彎曲應(yīng)力按式(5.22)計(jì)算。 (5.22)式中 柱銷的許用彎曲應(yīng)力,為柱銷材料的屈服極限,其材 料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理,=335MPa,則??傻茫?。 綜上彈性套與孔壁間的擠壓應(yīng)力和彈性柱銷彎曲應(yīng)力都符合強(qiáng)度要求。6 潤(rùn)滑方式的選擇機(jī)械零件之間的摩擦是導(dǎo)致零件發(fā)熱、磨損且損壞機(jī)械設(shè)備的主要原因。加工再完善的機(jī)械,如果解決不了零件間的摩擦的磨損,就無(wú)法保證機(jī)械的正常使用壽命而損毀。所以我們要解決問題的辦法就是采用潤(rùn)滑。潤(rùn)滑可以讓零件之間的摩擦損耗降到最低,潤(rùn)滑是機(jī)械設(shè)計(jì)中必不可少的重要組成部分。在兩摩擦面間加入潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦,減緩零件磨損,保護(hù)零件不受銹蝕,而且在采用循環(huán)潤(rùn)滑的同時(shí)還可以起到散冷、降溫作用。由于液體自身的不可壓縮性,潤(rùn)滑油膜還擁有緩沖、減振的作用。使用膏狀的潤(rùn)滑脂,即可以防止內(nèi)部潤(rùn)滑劑的外溢,還有可以阻擋外部雜質(zhì)侵入,避免加速零件的磨損,起密封的作用。潤(rùn)滑的實(shí)質(zhì)其實(shí)就是在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間的表面加入摩擦因數(shù)很小的潤(rùn)滑劑,使兩個(gè)表面相互隔離并不直接接觸,以降低摩擦因數(shù)和減小磨損。潤(rùn)滑的方式有兩類:油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑。這兩種潤(rùn)滑的方式各自有優(yōu)缺點(diǎn)。潤(rùn)滑油主要分三類:一是有機(jī)油,通常是動(dòng)植物油;二是礦物油,主要是石油產(chǎn)品;三是化學(xué)合成油。而礦物油的儲(chǔ)存量充足,成本又比較低,且穩(wěn)定性能好,所以是使用較多的油類。化學(xué)合成油是一種新的潤(rùn)滑油,通過化學(xué)合成的方法制造的,這種油能滿足礦物油所不能滿足的許多特殊要求。由于其應(yīng)用針對(duì)許多特定環(huán)境,屬于專用油,適用面不是特別廣泛,而且成本很高,所以一般很少應(yīng)用14。選擇潤(rùn)滑介質(zhì)時(shí)應(yīng)該主要考慮以下幾方面; (1)負(fù)荷特性和大小; (2)工作的溫度高低; (3)運(yùn)動(dòng)速度的大??; (4)工作環(huán)境的溫度; (5)摩擦副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和潤(rùn)滑方式。潤(rùn)滑脂為另一類應(yīng)用最多的潤(rùn)滑劑,通常滾動(dòng)軸承都是采用脂潤(rùn)滑。絕大部分潤(rùn)滑脂用于潤(rùn)滑,稱為減摩潤(rùn)滑脂。減摩潤(rùn)滑脂主要是起到降低機(jī)械摩擦,防止機(jī)械磨損的作用。同時(shí)還可以起防止金屬腐蝕的保護(hù)和密封防塵作用。有一些潤(rùn)滑脂主要用來(lái)防止金屬生銹或腐蝕,稱為保護(hù)潤(rùn)滑脂。例如工業(yè)凡士林,常被稱為密封潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂大多數(shù)是半固體狀的物質(zhì),具有獨(dú)特的流動(dòng)性。潤(rùn)滑脂的作用主要是潤(rùn)滑、保護(hù)和密封。在本設(shè)計(jì)中采用了液壓缸的裝配應(yīng)用20號(hào)工業(yè)油,滾動(dòng)軸承應(yīng)選用潤(rùn)滑脂。7 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)7.1 設(shè)備完好率與利用率 設(shè)備的完好率和利用率是用來(lái)評(píng)價(jià)工程機(jī)械技術(shù)水平的兩項(xiàng)重要指標(biāo),它們?cè)谝欢ǔ潭壬戏从吵隽似髽I(yè)設(shè)備管理的水平和技術(shù)裝備的素質(zhì)。 設(shè)備的完好率是設(shè)備管理水平的一個(gè)重要考核指標(biāo),它反映工程企業(yè)機(jī)械設(shè)備的使用,管理,保養(yǎng),維修的情況,對(duì)促進(jìn)企業(yè)設(shè)備的完好管理發(fā)揮重要作用。完好率是擁有橫向聯(lián)系的一種標(biāo)準(zhǔn),它既能反映設(shè)備的狀態(tài)技術(shù)水平,又能表現(xiàn)設(shè)備檢修工作的狀況和生產(chǎn)維護(hù)的工作效果。考核完好率的終極目的是保證裝拆設(shè)備,并使其始終保持良好的技術(shù)狀態(tài)。完好率的經(jīng)驗(yàn)公式為: 設(shè)備的利用率是一種縱向延展的指標(biāo),考核它不僅能夠表現(xiàn)設(shè)備的投資效果,設(shè)備的轉(zhuǎn)做率和作業(yè)效率,而且能夠反映設(shè)備系統(tǒng)功能的投入及性能發(fā)揮的狀態(tài)??己说淖罱K目的是在于提高設(shè)備的利用效果,充分發(fā)揮設(shè)備的潛力和能力。利用率的經(jīng)驗(yàn)公式是:7.2 設(shè)備的可靠性7.2.1 設(shè)備可靠度的計(jì)算由式(7.1)計(jì)算。 R(t) (7.1)式中 R(t)可靠度函數(shù),取t=600 h; 失效率,取=0.410-3。 (7.2)設(shè)備失效率浴盆曲線如圖7.1。圖7.1 失效率浴盆曲線7.2.2 設(shè)備平均壽命 平均壽命,即機(jī)械設(shè)備的可靠性另一個(gè)性能指標(biāo):使用壽命,工作時(shí)間隨機(jī)變量的期望值。由式(7.3)計(jì)算。 (7.3)式中 平均壽命; 可靠性函數(shù)。 機(jī)械設(shè)備是可修復(fù)系統(tǒng)。若,那么由下列公式求出壽命: (7.4)式中 設(shè)備的失效率,取 若一次年修期間,統(tǒng)計(jì)維修26次,則機(jī)械壽命為:7.2.3 機(jī)械設(shè)備的有效度 設(shè)備有效度指年修期間的有效度即設(shè)備在這段工作運(yùn)行的有效利用率。根據(jù)公式(7.5): (7.5)式中 MTBF平均工作時(shí)間; MTTR平均故障間隔期。 假設(shè)每班停機(jī)檢查共1080小時(shí),工作狀態(tài)圖見圖7.2所示。圖7.2 設(shè)備工作狀態(tài)圖hh 則 7.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 由文獻(xiàn)15可得到公式: (7.6) 式中 K0總投資額, Hm年平均凈收益, 由于,所以,經(jīng)濟(jì)可行。 投資回收期是用平均年凈收益來(lái)返本的總投資額。 投資回收期采用了靜態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法,設(shè)備投產(chǎn)后按每年取得的凈收益計(jì)算,其中包括利潤(rùn)和設(shè)備折舊費(fèi)。將全部投資即固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資金回收所需時(shí)間,以年為單位并從建設(shè)年算起。由此可得到表7.1表表7.1 收益資料表時(shí)期 (年) 123456789101112131415建設(shè)期年凈收益302510202225253030303535354040累積凈收益-30-55-45-2530224777107137172207242282322 由表7.5可算得: 由于,所以,經(jīng)濟(jì)上合理。7.3.1 盈虧平衡分析 以年產(chǎn)量成本、利潤(rùn)評(píng)價(jià)一年產(chǎn)量的平衡點(diǎn)。年產(chǎn)量大于平衡點(diǎn)才能有凈值,一般62%左右為好。 年產(chǎn)量360t,每噸售價(jià)0.4萬(wàn)元,固定成本30萬(wàn)元,可變成本70萬(wàn)元利潤(rùn) (7.7)式中 V單位可變成本,; P售價(jià),P=0.4萬(wàn)元; B固定成本,B=30萬(wàn)元。盈虧平衡圖,見圖7.3所示圖7.3盈虧平衡圖總 結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì),通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我擺脫了枯燥的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài),理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相互結(jié)合歷練了我。使我能夠較熟練的運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí),增加了解決實(shí)際工程中問題的能力,同時(shí)也鍛煉了我查找文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平,而且通過對(duì)整體設(shè)計(jì)的掌控,對(duì)細(xì)節(jié)的處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗(yàn)得到了豐富。這是我們都希望看到的,也正是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義所在。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是拆卷機(jī)強(qiáng)度校核及其橫移液壓缸改進(jìn)設(shè)計(jì),此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),通過對(duì)拆卷機(jī)的設(shè)計(jì),讓我知道了拆卷機(jī)在冷軋車間重要作用,了解了拆卷機(jī)的工作原理。通過對(duì)拆卷機(jī)橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),讓我了解了液壓缸的基本工作原理,并對(duì)其有深刻的認(rèn)識(shí)。如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的自信心,讓我了解了專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景信心滿滿。但由于時(shí)間和條件的限制,加上水平有限,本課題設(shè)計(jì)研究還存在著許多漏洞,有待于進(jìn)一步的改善和提高。不過這些漏洞正是我去更好的研究創(chuàng)新的最大動(dòng)力,只有盡快發(fā)現(xiàn)問題才有解決問題可能,不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行,之后我會(huì)更加關(guān)注新技術(shù)的出現(xiàn),并盡快的掌握這些知識(shí),為今后工作的發(fā)展打好基礎(chǔ)。致 謝在本篇論文成功完成之際,謹(jǐn)向我的導(dǎo)師,以及所有幫助、關(guān)心過我的同學(xué)們致以崇高的謝意!首先感謝我的導(dǎo)師王立萍。在她的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)開始到說明書的寫作修改至完成,無(wú)一不凝注了老師的心血。王立萍老師在我們做設(shè)計(jì)期間不辭勞苦的去幫助我們,始終與我們?cè)谝黄穑屛覀儾⒉灰蛟O(shè)計(jì)的繁瑣而擔(dān)憂,她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度,一絲不茍的工作精神和高度的責(zé)任心值得我們學(xué)習(xí),尤其是王老師真誠(chéng)待人的作風(fēng),對(duì)學(xué)生的愛護(hù)關(guān)心,誨人不倦的學(xué)者風(fēng)范深受我們的愛戴。在此,我對(duì)王老師表示由衷的感謝并致以崇高的敬意。并對(duì)和我一同學(xué)習(xí)、研究課題的同學(xué)和幫助過我的老師以及朋友們致以真摯的謝意。畢業(yè)論文的是最后一
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