毕业设计（论文）-冲压式芡实剥壳机设计.doc

第 页 1 目录目录 冲压式芡实剥壳机冲压式芡实剥壳机.3 摘要摘要.3 ABSTRACT.4 THE HEAD METAL CLIPPER DESIGN.4 1 绪论绪论.5 1.1 课题选择的背景和目的.5 1.2 冲压式芡实剥壳机国内外发展现状 .6 1.3 冲压式芡实剥壳机的现状 .7 1.3.1 冲压式芡实剥壳机在车间布置和作用.7 1.3.2 冲压式芡实剥壳机的类型和特点冲压式芡实剥壳机的类型和特点.7 1.3.3 冲压式芡实剥壳机研究的内容和方法.8 2 方案的选择与评述方案的选择与评述.10 2.1 方案选择.10 2.2 方案评述.10 3 电机的选择电机的选择.12 3.1 剥壳力的计算.12 3.2 剥壳机的扭矩计算.12 3.3 剥壳时,转股稳定运转转速 H n .13 3.4 电机型式及电机容量的选择.13 4 主要零件的强度计算主要零件的强度计算.16 4.1 减速机的计算.16 4.1.1 减速机的传动比分配.16 4.1.2 减速机齿轮设计.16 4.1.3 齿轮轴的设计计算.24 4.2 剥壳的设计.29 4.2.1 材料的选择.29 4.2.2 剥壳的结构设计.29 4.3 转股轴承的选择及校核.30 4.4 侧隙调整机构的设计.31 4.5 电动机的起动力矩的验算.32 4.5.1 系统飞轮力矩的计算.32 4.5.2 起动时间的计算.33 4.5.3 起动转角的校核.33 5 润滑方法的选择润滑方法的选择.37 5.1 减速机润滑方法及润滑油的选择.37 第 页 2 5.2 冲压式芡实剥壳机的润滑.37 6 试车方法和对控制的要求试车方法和对控制的要求.38 6.1 试车要求.38 6.2 对控制系统的要求.38 7 设备可靠性与经济评价设备可靠性与经济评价.39 7.1 机械设备的有效度.39 7.2 投资回收期.39 专题专题-电动机选择与探讨电动机选择与探讨.41 1.三相异步电动机的旋转原理 : .42 2.同步电动机在结构上大致有两种：.43 3.电机固有步距角：.44 4.步进电机的一些特点：.45 5.电动机的润滑.46 结论结论.47 致谢致谢.48 参考文献参考文献.49 附录附录-外文翻译外文翻译.50 MODELING AND OPTIMIZATION FOR A 20-H COLD ROLLING MILL.50 1、FORCE,TORQUE AND POWER.51 2、MATERIAL YIELD STRESS ADAPTION.52 3、FRICTION REPRESENTATION.52 4、ELASTIC MILL STAND BEHAVIOR.53 5、SUMMARY.54 建模与优化为 20 - H 的冷连轧.55 第 页 3 冲压式芡实剥壳机冲压式芡实剥壳机 摘要摘要 切头冲压式芡实剥壳机是 1700 热连轧机的单体设备,它的用途是切头、切尾，出现 卡钢事故时，将轧件剪断，处理卡钢事故。有时也可剥壳定尺，检查轧件的质量。 本溪钢铁公司 1700 热连轧厂的切头冲压式芡实剥壳机是为满足生产要求制造的， 本设计就是改造切头、切尾冲压式芡实剥壳机及其主传动系统。重新选择主电机，新 设计的减速机利用原剥壳机的底座，采用双电机，把剥壳机构的曲柄摇杆式改成转鼓 式，减少了动力矩，提高了剥壳质量。 设计中，进行剥壳力的计算，选择主电机的容量，进行轴、齿轮的设计计算，进 行剥壳机构的改进设计，取得较好的效果，有一定的经济效益。 该切头飞剪应用 1700 连轧厂，切头和切尾，以及事故处理也可作为 1700 横切机 构设计参考。 关键词： 剥壳机,转股,切头,切尾 第 页 4 Abstract The Head Metal Clipper Design The head metal clipper is 1,700 hot companies rolling mills monomer equipment. Its use is cuts away the forehead, cuts away the tail, When it appear catches the steel and iron accident, It cuts by the rolling part, processing catches the steel and iron the matter. Sometimes also may cut the size which assigns, inspects is rolled over the part the quality. The Benxi iron and steel company 1,700 heat continuously roll over the manufacturing plant to cut away the forehead clipper are for satisfy the production request manufacture，This design is the transformation cuts away the forehead, cuts away the rear part clipper and its the main transmission system. Rechooses the main electrical machinery, the new design decelerates the machine use originally to cut the machine the foundation, uses the double electrical machinery, cuts the organization the crank rocker type to alter to the rotor drum type, reduced the kinetic moment, enhanced has cut the quality. In the design, carries on the shearing force the computation, the choice main electrical machinery capacity, carries on the axis, the gear design calculation, carries on cuts the organization the improvement design, obtains a better effect, has the certain economic efficiency. Should cut away the forehead to fly cuts should be used in 1700 continuously roll over the manufacturing plant, cuts away the forehead and cuts away the rear part, as well as the accident processes also may take 1,700 lateral shears organizations design reference. Key words: the cutting machine, the rotor drum type, cuts away the forehead, cuts away the tail 第 页 5 1 绪论绪论 1.1 课题选择的背景和目的课题选择的背景和目的 钢材的生产在国民经济中占有重要地位，用轧制的方法生产钢材，具有生产率高、 品种多、生产过程连续性强、易于机械化、自动化等优点。随着轧制工艺和设备的不 断发展，以及国民经济各个部门对钢材品种要求的不断增长，轧制刚才的品种范围也 在日益扩大。应该指出，性能参数相同的轧钢机采用不同的布置型式时，轧钢车间产 品、产量和轧钢工艺就不同。因此，轧钢机标称方法还不能全面反映各种轧钢车间的 技术特征，还应考虑轧钢机布置型式。轧钢机布置型式可分为单机架式、多机架顺列 式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等，为了进一步提高生产率， 出现了连续式布置，此时各架工作机座沿轧制线依次排列，使轧件能同时在几个工作 机座中连续轧制。在连续轧制时为了不使轧件在工作机座间拉断时产生很大的活套， 各工作机座的轧制速度应符合“秒流量相等”的原则。连续布置的主要优点是单位产 量投资少，轧制速度高，有较高的机械化和自动化水平。连续式布置的主要缺点是总 投资大，建设周期教长，改变轧制规格时，轧机调整不方便。因此，有些热轧钢板车 间采用半连轧和 3/4 连轧布置型式。精轧机采用连续式，粗轧采用非连续式。 随着带钢热连轧机的发展，产品精度会不断提高，除了提高轧机刚性外，还用厚 度自动控制。采用电动液压压下装置，为了提高带钢向厚度公差和改善板型，在现 代轧机上装有液压弯辊装置。 1700 热连轧机组为了使粗轧后的轧件有更好的头尾形状，该热轧线上装有一台切 头、切尾的冲压式芡实剥壳机，该冲压式芡实剥壳机作用是切掉轧件的“舌头”和 “燕尾” ，出现卡钢事故时，将轧件剪断，处理卡钢事故，有时也用剥壳定尺，检查轧 件的质量。 冲压式芡实剥壳机使用中存在的问题，冲压式芡实剥壳机采用发电机组供电调整 困难，剥壳机构的运动不见偏心套、连杆惯性太大，电气控制部分难以实现。轧件速 度和检测仪器不可靠，曲柄轴承进水等问题，由于冲压式芡实剥壳机不能正常使用， 致使黑头进精轧机组造成冲击符合大，轧件的“舌头”和“燕尾”很大，有时造成过 钢和卷取卡钢事故，影响产品成材率，加大废品数量。本设计的目的就是对切头冲压 式芡实剥壳机进行改进设计，保证飞剪正常剥壳，这样可以引进厚度控制系统使板卷 第 页 6 卷取整齐，提高带卷质量，以满足市场对带钢的要求。 1.2 冲压式芡实剥壳机国内外发展现状冲压式芡实剥壳机国内外发展现状 要使飞剪适应轧机生产的要求和提高自动化水平，除不断改进飞剪性能外，在飞剪 区还需增设有关设备与装置。 如图 1.1 所示，切头飞剪区的设备布置简图要求剥壳的长度小于 23 的距离，相 应的剥壳部位长度应给定。否则料头不能及时进入收集装置切掉头尾不规则区域不残 存“铲头”和“鱼尾” 。 1、探测器 2、切头飞剪 3、破鳞夹角辊 4、测量装置 5、脉冲发生器 6、9、10、测速发电机 7、主令控制器 8、自整角机 图 1.1 切头冲压式芡实剥壳机区设备布置简图 测量装置 4 位于剪前辊道的辊缝中，靠轧件和辊系表面的摩擦力带动测速发电机 6，测定轧件的速度。热金属探测器 1 位于轧件的正上方，在 A、B、C 三处宽度差进 行扫描，以 A、B 两处宽度差选择切头部位，B、C 两处宽度差选择切尾部位，使剥壳 部位既满足轧件的要求，又尽可能减少金属消耗。 脉冲发生器 5 是为防止被切掉部分过长而设置的，它装在测量装置中。用脉冲数 指示带钢通过的长度。冲压式芡实剥壳机将以脉冲数为根据进行启动剥壳。切头冲压 式芡实剥壳机 2 的测速发电机 9 和测量装置测速发电机 6 配合控制剥壳的切头速度， 与破鳞夹送辊 3 的测速发电机 10 配合控制切尾速度，使剥壳在切尾时的线速度与第一 第 页 7 架精轧机轧件入口速度相适应。主令控制器 7 用于控制剥壳位置。自整角机 8 把剥壳 的实际位置反映给操作台，使操作人员了解设备的运转情况。 近年来，把上述控制用电子计算机自动控制取得了明显的效果；其次，对飞剪的 机械部分进行一些改进，使剥壳剥壳间隙和剥壳重叠量得到提高，把运动部件的动平 衡更加科学以降低动载荷。 把轴承密封进行改进，防止水进入轴承呢叨叨理想的润滑效果。传动装置设计更 加合理，以减少运动负荷，以便于飞剪的启动和制动。随着冲压式芡实剥壳机设计的 完善，提高冲压式芡实剥壳机的剥壳速度，以适应轧机速度的不断提高。 1.3 冲压式芡实剥壳机的现状冲压式芡实剥壳机的现状 1.3.1 冲压式芡实剥壳机在车间布置和作用冲压式芡实剥壳机在车间布置和作用 R1可逆式粗轧机 R2、R3不可逆式四辊万能轧机 F1F7精轧机 图 1.2 切头飞剪区设备布置图 切头冲压式芡实剥壳机的作用： 剥壳轧件的头、尾，以便轧件顺利进行精轧机，提高带钢卷取质量，减少消耗， 提高成品率。 处理轧制事故，当出现卡钢事故时，用飞剥壳断，减少事故损耗。 1.3.2 冲压式芡实剥壳机的类型和特点冲压式芡实剥壳机的类型和特点 用冲压式芡实剥壳机来横向剥壳运动着的轧件。人们在实践中不断改进与提高使 第 页 8 飞剪的性能不断完善。近年来，随着轧机速度的不断提高，提高飞剪的速度已成为人 们普遍注意与研究的问题，各国的飞剪设计研究工作者正在研究各类轧机用的高速飞 剪及其生产过程的全部自动化，用电子计算机控制的飞剪已经用于生产。经过近百年 的发展，在生产中使用的飞剪，其类型很多，目前较常用的飞剪型式有圆盘式飞剪、 滚筒式飞剪、曲柄回转杠杆式飞剪、曲柄偏心式飞剪、摆动式飞剪和曲柄偏心摇杆式 飞剪等，上述各类飞剪从剥壳运动轨迹来看基本上有两种，即剥壳做圆周运动和非圆 周的复杂运动轨迹两种。 1 圆盘式飞剪 这种飞剪一般用在小型车间，将它安装在冷床前对轧件进行粗剪，或者安装在精 轧机组前对轧件进行切头，以保证精轧机组的轧制过程顺利进行。 圆盘式飞剪工作可靠、结构简单并可应用于轧制速度 10m/s 以上的场合，在小型 车间得到较广泛的应用，它的缺点是剥壳断面倾斜，但对切头影响不大。 2 滚筒式飞剪 滚筒式飞剪是应用很广泛的一种飞剪，它安装在连轧机前、后或横切机组上，用 来剥壳厚变小于 12 毫米的钢板或小型型钢。由于这种飞剪的刀片做简单的圆周运动， 它可以剥壳运动速度高达 15m/s 以上的轧件。此类飞剪由于在剥壳区刀片不是做平行 移动，因而在剥壳厚变轧件时，轧件端面不平，故作为成品定尺飞剪以剥壳小型型钢 和薄板为宜。 3 曲柄回转杠杆式飞剪 这种飞剪用于剥壳较大的带材或钢坯，由于刀片垂直轧件，故可使剥壳断面较为 平直，在剥壳钢板时可以采用斜刀刃，以便减少剥壳力，这种飞剪缺点结构复杂，剥 壳机构运动质量较多，动力特性不好，刀片运动速度不能太快。 4 曲柄偏心式飞剪 这种飞剪用于剥壳厚度较大的钢板和钢坯，剥壳轧件时刀片垂直轧件，故可使剥 壳断面较为平直，剥壳时刀片的重叠量也能得到保证。在剥壳钢板时可以采用斜刀刃。 通过改变偏心轴的偏心量，改变剥壳轨迹半径以调整剥壳立尺长度。此类飞剪安 装在连续钢坯轧机后面用于剥壳钢坯，也可装在连轧带钢轧机前面用于切头、切尾。 1.3.3 冲压式芡实剥壳机研究的内容和方法 第 页 9 1 进行现场调研，了解冲压式芡实剥壳机生产中存在的问题，并通过座谈收集改进方 案，收集有关资料。 2 制定合理的设计方案，并画出总图。 3 对飞剪控制系统提出合理要求，以保证剥壳的尺寸，提高成材率，减少浪费。 4 进行轴承的密封设计，防止水汽进入轴承内，以改善润滑性能，提高轴承寿命。 5 进行飞剪设计的计算和动载荷分析，以减速系统的 GD2，便于启制动。 选择合理的电机类型和容载。 第 页 10 2 方案的选择与评述方案的选择与评述 2.1 方案选择方案选择 利用原机架，把原剥壳机曲柄连杆式改为转鼓形式，剥壳速度不变，仍为 0.42m/s，将原冲压式芡实剥壳机二台直流电机容量加大，采用平刃剥壳方式，配备 一台减速机。从许多厂家使用情况看，转鼓式切头飞剥壳头、切尾使用情况比曲柄连 杆式要好。传动图如 2.1 所示： 1、剥壳机座 2、联轴器 3、减速器 4、联轴器 5、制动器 6、电机 图 2.2 传动系统示意图 注：本方案的工作原理是通过双电机驱动减速器，通过减速器实现转鼓转动，从而带动剥壳剥 壳板材。剥壳只适用于平刃剪，不适用斜剪。 2.2 方案评述方案评述 （1）采用双电机方便启制动，减少启动时间，以便满足剥壳要求； （2）选用制动器以便快速停机，以便下次剥壳； （3）减速机的目的减速，以便电机容量减少，同时大齿轮相当于飞轮作用，以便 减少剥壳力矩； （4）剪鼓轮采用双剥壳提高剥壳效率，且对称布置，以便剥壳鼓轮平衡 第 页 11 （5）采用斜齿齿轮使转鼓同步转动。 第 页 12 3 电机的选择电机的选择 3.1 剥壳力的计算剥壳力的计算 带钢参数: 带钢最大宽度:1550mm 材质:Q235 最大厚度:40mm 剥壳温度: 1000 轧件运行速度:2m/s 剥壳力计算: 2，236-246 (3.1) F btmax K 0.6=P 70 bt (3.2)hbF 2 62000 401150 mm 62000702 . 1 0.6=P max N3124800 3.2 剥壳机的扭矩计算剥壳机的扭矩计算 滚筒式切头飞剪总扭矩可按静力学方法计算,最大剥壳总扭矩的计算公式为: (3.3)SinSAPM)( maxmax 第 页 13 图 3.1 受力简图 式中:上 、下滚筒中心矩 970mmAA 剥壳重合量 3mmss 对应最大剥壳力的剥壳角 （3.4） sA hA )1 ( cos 对应最大剥壳力的相对切入深度 0.25 3970 )25 . 0 1 (40970 cos 9661 . 0 2582 . 0 )03 . 0 97 . 0 (3124800 max M mN 26.784942 3.3 剥壳时剥壳时,转股稳定运转转速转股稳定运转转速 H n 2.244 （3.5） 2 cos2 60 R n H H 式中：轧件运行速度 H sm H /2 剥壳圆弧半径 RmmR485 开始剥壳角 2 （3.6） R hsR 2 2 cos 2 9557 . 0 9557 . 0 48514 . 3 2 1000260 H n min/226.41r 3.4 电机型式及电机容量的选择电机型式及电机容量的选择 由于直流电机有优良的调速性能，调速范围大、平滑、方便、过载能力大，可实现 第 页 14 频繁的快速起动、制动和反转，这些特点满足切头冲压式芡实剥壳机的要求，选用直 流电机 ZD2 系列中型直流电动机： 初选电机容量： （3.7） 9550 2 max h n M N 9550 2626.492 26.784942 KW 2 . 1694 电机采用起动工作制,每次剥壳要求的加速时间非常短,电动机功率几乎完全由飞剪 运动质量的加速条件决定的,剥壳力对电动机功率实际上影响不大。该剥壳机为便于起、 制动，选双电机驱动，初步选 ZD-173-18，N=630KW，n=400/1000 r/min 两台，其性能 参数见表 3.1。 第 页 15 表表 3.1 电机性能参数电机性能参数 电 压 （伏） 电 流 （安） 转 速 （r/min） 工作 过载 倍数 k 切断 过载 倍数 效 率 （） 飞轮转 距 GD2 （kg.m2） 重 量 （N） 6001030400/10002.52.750.9376595000 ,187,45,350,220,220,1680,2050,1540,2840 51 GFEDCbBAl 42,300,1660,25,630 54 khhhH 图 3.2 电机结构尺寸(单位 mm) 第 页 16 4 主要零件的强度计算主要零件的强度计算 4.1 减速机的计算减速机的计算 4.1.1 减速机的传动比分配减速机的传动比分配 电机功率为 630kw,额定转数为 400rpm,其传动比为 9.635,每年 300 工作日,三班制, 每班 8 小时(实际按 3 小时),寿命 10 年。 减速机采用双电机驱动，其齿轮排列形式如下： 图 4.1 传动示意图 分配原则：按齿面接触强度相等，减速器具有最小的外行尺寸和较有利润滑条件 的原则。 经查表并比较，取高速级传动比435. 2 1 i 低速级传动比975 . 3 2 i 4.1.2 减速机齿轮设计减速机齿轮设计 1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 第 页 17 （2）选用 8 级精度（GB10095-88） 。 （3）材料选择:小齿轮材料选用 34CrNi3Mo，整体调质处理，强度极限=803.6MPa, b 屈服极限=686 MPa,弯曲疲劳极限=343 MPa,齿面硬度 HB320;大齿轮选用 s limF 40CrMn2Mo，调质处理，齿面硬度 HB290, 强度极限=862.4MPa,屈服极限=686 b s MPa,弯曲疲劳极限=274.4 MPa,接触疲劳极限均为 820 MPa。 limF （4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数。24 1 z58.44242.435uzz 12 （5）选取螺旋角。初选螺旋角 =14。 2 按齿面接触强度设计 即： （4.1） 3 2 1 1 12 H EH ad t t ZZ u uTK d （1）确定公式内的各计算数值 试选 Kt = 1.6。 由图选取区域系数。2.453 ZH 由图查得，则。78 . 0 1 a 87 . 0 2 a 65. 1 21 aaa 由表选取齿宽系数。1 . 1 d 由表查得材料的弹性影响系数。MPa 188.9 ZE 计算小齿轮传递的转矩 （4.2） 0 0 3 0 1055.9 n P T = 9.55 400 10630 3 =15041 mN 计算应力循环次数 （4.3）jLhnN 11 60 1530082140060 9 10728 . 1 第 页 18 （4.4）uNN/ 12 957 . 3 /10728 . 1 9 8 1037 . 4 查取弯曲疲劳寿命系数 由图查得，；90 . 0 1 FN K95 . 0 2 FN K 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1 得： （4.5） S K FEFN H 11 1 1 8209 . 0 MPa738 S K FEFN H 22 2 1 82095 . 0 MPa779 许用接触应力 （4.6） 2/ 21HHH 2/779738 MPa 5 . 758 （2） 计算 计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得： 1t d 3 2 4 1 5 .758 9 .188453 . 2 2 . 3 12 . 3 65 . 1 1 10 1 . 15046 . 12 t d mm27.396 计算圆周速度 （4.7） 100060 11 nd v t 第 页 19 100060 40027.396 sm/30 . 8 计算齿宽 b 及模数 nt m （4.8） tdd b 1 27.3961 mm27.396 （4.9） 1 1 cos z d m t nt 24 14cos27.396 mm16 （4.10） nt mh25 . 2 1625 . 2 mm36 36/27.396/hb mm11 计算纵向重合度 （4.11）tgz d1 318 . 0 14241 . 1318 . 0 tg 0932 . 2 计算载荷系数 K 已知使用系数=1。 A K 根据 v = 8.3m/s，8 级精度，查得动载系数；由表查得的计算公式:28 . 1 V K H K 故 （4.12）bK ddH 3 22 1023. 0)6 . 01 (18 . 0 12 . 1 27.3961023 . 0 1 . 1)1 . 16 . 01 (18 . 0 12 . 1 322 50 . 1 查得，。故载荷系数：45. 1 F K4 . 1 FH KK （4.13） HHVA KKKKK 第 页 20 50 . 1 4 . 128 . 1 1 69 . 2 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 即： （4.14） 3 1 1 / t t KKdd 3 6 . 1/02 . 2 27.396 mm20.471 计算模数 n m （4.15） 1 1cos z d mn 20 14cos20.471 mm05.21 （3） 按齿根弯曲强度设计 即： （4.16） 3 2 1 2 1 cos2 F SF ad n YY z YKT m A 确定计算参数 计算载荷系数 （4.17） FFVA KKKKK 45 . 1 4 . 128 . 1 1 60 . 2 根据纵向重合度，由图查得螺旋角影响系数。903 . 1 88. 0 B Y 计算当量齿数 （4.18） 3 1 1 cos z zV 14cos 24 3 27.26 第 页 21 3 2 0 cos z zV 14cos 59 3 59.64 查取齿形系数 由表查得，；。592. 2 1 F Y278 . 2 2 F Y 查取应力校正系数 由表查得，；。596. 1 1 S Y738 . 1 2 S Y 查取弯曲疲劳强度极限 由图查得，小齿轮MPa；大齿轮MPa。343 1FE 4 .271 2 FE 由图 10-18 查得:弯曲疲劳极限寿命系数: 85 . 0 ,88 . 0 21 FNFN KK 计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数,由式(10-12)得:4 . 1S （4.19） S K FEFN F 11 1 4 . 1 34388 . 0 6 . 215 S K FEFN F 22 2 4 . 1 4 . 27185 . 0 78.164 计算大、小齿轮的并加以比较 F SF YY 6.215 596.1592.2 1 11 F SF YY 019188 . 0 78.164 738.1278.2 2 22 F SF YY 020