型鋼矯直機開題報告.doc

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本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱：650型鋼矯直機 學院（系）：機械工程學院 一、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 1．1課題研究的目的和意義 型鋼是生活生產中應用品種最多、數(shù)量最大的鋼材之一。在軋制、運輸、堆放等過程中，總會產生不同程度的變形，因此，在使用前必須進行矯直。軋件在軋制、冷卻、運輸過程中由于各種因素影響，往往產生形狀缺陷。例如鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼（如工字鋼等）的斷面會產生翼緣內并、外擴和扭轉；板材和帶材會產生縱向彎曲（波浪形）、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等。為消除這些缺陷，軋件需在矯正機上進行矯正。 矯直作為一種精整技術，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個分支。尤其近年來，隨著社會的發(fā)展，人們對產品質量和精度的要求普遍提高，矯直技術發(fā)展迅猛，應用也越來越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對各種材料的質量提出了更高的要求。因此活直作為一種精整技術已越來越得到工程技術人員的重視；矯直設備則已經(jīng)從過去的冶金行業(yè)的輔助設備發(fā)展為包括冶金和一些高技術領域不可缺少的加工設備。 我們知道，金屬條材在加工和運輸過程中，常因受外力、溫度等變化發(fā)生彎曲，扭曲變形。矯直技術就多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產品或成品的質量水平，矯直技術同其他金屬加工技術一樣在20世紀取得了長足的進展，相應的矯直理論也取得了很大的進步，雖然還有一些理論滯后于實踐的情況，不過，如今的矯直理論已經(jīng)進入到了解析化和系統(tǒng)化的時代，并為數(shù)字化和信息化敞開了大門，隨著計算機技術的發(fā)展和普及，矯直理論和矯直技術還有很大的發(fā)展空間。 1.2國內外矯直機研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài) 1.2.1 國外矯直機的發(fā)展現(xiàn)狀 在20世紀30-40年代，國外技術發(fā)達國家的型材矯直機和板材矯直機也迅速的發(fā)展起來，相應的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀70-80年代，國外許多發(fā)達國家的技術力量己相當雄厚，矯直技術得到了不斷地改進、發(fā)展和擴充。英國的布朗克斯[BRONX]、德國的凱瑟[Kieserling]、德馬克[Demag]以及日本的一些品牌成為了矯直機領域的代表。此時的矯直概念則由原來狹義的彎曲矯直擴展為包括解決彎曲、控制斷面形狀和尺寸精度的矯直，提出了平動矯直技術、行星矯直技術、全長矯直技術、程序控制矯直技術、變輥距矯直技術以及雙向旋轉矯直技術等。 近幾年國外關于矯直技術和矯直機的研究主要集中在提高矯直精度，提高控制水平及改善環(huán)境方面。同時為提高矯直精度和控制水平，開展了對變形機理、改進工藝和參數(shù)優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實用價值的成果。而且國外學者對矯直過程的計算機實時控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對扭轉變形矯直過程的實時控制的研究，以及Juen A．Robert對圓盤踞片矯直過程實現(xiàn)自動控制的研究等等。 1.2.2 國內矯直機的發(fā)展現(xiàn)狀 我國的矯直技術研究起步較晚，建國以后，隨著經(jīng)濟建設的需要才有了對矯直技術的研究。那時，矯直機主要靠進口。從70年代開始，許多學者對輥形設計做了理論和試驗研究。在1980年，中國金屬壓力加工學會在衡陽專門召開了“輥形專題會議”。通過這次學術交流會，產生了等曲率反彎輥形計算法。到了80年代，國內對矯直技術的研究已有了相當?shù)某晒?。在轉轂矯直技術方面，創(chuàng)造了中國首創(chuàng)的雙向旋轉矯直法。在80年代末，東北大學的崔甫教授研制了矯直F200復合轉轂式高精度棒材矯直機，并首先提出了雙交錯輥系的新方法。從90年代后，我國在趕超世界先進水平方面邁出了一大步。我國在反彎輥形七斜輥矯直機、多斜輥薄壁轉轂式矯直機、雙向反彎輥形2輥矯直機、復合轉轂式矯直機、液壓矯直自動切料機和平行不等輥距矯直機等方面有了很大突破，各種矯直機的矯直質量均有突破。 近年來，我國在趕超世界先進水平方面取得了很大進步，在矯直機械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績，很多學者開始利用有限元分析和解析的方法來研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數(shù)學模型，壓彎量及工件殘余應力等都成為了人們的研究對象。在過程控制方面，正由人工控制逐漸向計算機控制，由單機控制向全線計算機控制發(fā)展，在矯直機結構設計方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設備格逐漸被淘汰或改造?，F(xiàn)在矯直技術的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動化的環(huán)保型矯直設備。既要求有高質量，又要有高矯直速度，在產品上能滿足大規(guī)模生產的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實現(xiàn)完全自動化。 現(xiàn)在國內西安重型機械研究所和太原重型集團等企事業(yè)部門在矯直機的研究和生產上代表了國內的領先的水平，在棒材、型材和板材矯直機的研制上都取得了一定的成績。 但是，在取得成績的同時，國內矯直技術的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機壓上式結構的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。 1.2.3 型材矯直機當前研究狀況 在型材矯直方面，國外學者重點放在了鋼軌矯直，有代表性的是澳大利亞的G.schleinzer的《鋼軌輥式矯直殘余應力的研究》一文，通過建立彈塑性模型，從理論上研究了鋼軌矯直過程，通過建立三維有限元模型，全面仿真了矯直時鋼軌內的殘余應力變化等，并結合試驗和已有文獻，徹底分析了鋼軌內應力的分布及對鋼軌性能的影響。文中運用于模型仿真，很值得借鑒。比較全面的還有美國的Vamey的《輥式矯直機理》，以鋼軌為例，全面分析了輥式矯直的過程，殘余應力的變化等。俄羅斯學者volego.I.F則是從理論和試驗角度，建立了鋼軌矯直的數(shù)學模型，研究了合理的壓下方案，并進行了試驗驗證。 型材的矯直都是在輥式矯直機上進行的。根據(jù)各個參數(shù)及矯直工藝等的不同，輥式矯直機也有多種形式，最常見的一種就是平行輥矯直機。它是反復彎曲式矯直機的一種，是連續(xù)性反復彎曲的矯直設備。它把間斷的壓力嬌直按變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯布置若干個互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進行多次反復壓彎以達到矯直目的。這種方式不僅能顯著提高工作效率，而且能獲得很高的矯直質量。 在輥式型材矯直機中，由于懸臂式結構比簡支式結構擁有更多的優(yōu)點，所以現(xiàn)在國內外的此類矯直機基本上都采用了懸臂式結構。而正在國外，矯直輥壓上式結構也普遍得以開發(fā)和應用，如日本住友公司生產的1200mm7輥式型鋼矯直機，就是壓上式結構，它采用無極調速系統(tǒng)，可針對任意斷面尺寸及材質的工件而選用合適的矯直速度，以保證充分利用設備能力。還有瑞士的ZDAS公司，可以生產各種類型的矯直機，在型材矯直機方面不但可以生產傳統(tǒng)的型材矯直機，還可以生產變輥距型材矯直機和變輥位型材矯直機，而且很多型號均采用了壓上和懸臂式結構（圖 1）。其產品系列隨著輥距的變大，矯直速度從1.6m/s到14m/s不等。而在國內由于對壓上式結構的研究還不是很多，大多仍然采用壓下式結構。 圖 1 ZDAS公司懸臂矯直機 1.2.4 矯直技術的發(fā)展趨勢 綜合近些年國內外的研究，可以看到：在矯直過程的變形機理方面向精度定量的方向進一步發(fā)展，如：拉力對矯直的作用，在斜輥矯直機上壓緊力對矯直的作用等；在改進矯直工藝及改進矯直設備方面，如采用最佳壓下方案，采用恒功率制度，用振動矯直代替旋轉矯直，單獨驅動的變輥距矯直是大型矯直機發(fā)展的趨勢；在過程控制方面，隨著工業(yè)控制水平的不斷提高，矯直機電氣控制已上了一個新臺階，設備級控制趨向簡單化，工廠級監(jiān)控、相關設備間聯(lián)動、智能化控制，已是傳動及基礎自動化發(fā)展的必然趨勢。 國內許多學者也都致力于對現(xiàn)行矯直機部分結構的優(yōu)化設計上。同時希望通過優(yōu)化矯直規(guī)程，提高設備的工作效率。一些新型技術也獲得的長足的發(fā)展如：為了擴大產品品種范圍，實現(xiàn)一機多用，近年來國外在型鋼矯直機中，大量采用不等輥距和可變輥距的開式輥式矯直機。為提高矯直速度和矯直精度，國外采用長尺軋制、長尺冷卻、長尺矯直等技術。 型材矯直機采用壓上式結構將是未來發(fā)展的方向，因為這種結構將使機架上部結構更加簡化，操作環(huán)境的光線會更好，在采用吊車換輥操作的時候可以避免輥子或吊車與機架上部壓下裝置的磕碰，減少事故的發(fā)生，從另一角度而言，換輥工作將更加方便。 二、研究的基本內容，擬解決的主要問題 2.1研究的基本內容 本課題研究的主要內容有以下幾個方面： 1)根據(jù)矯直材料和相關參數(shù)，計算矯直力和矯直力矩。 2)矯直機整體，各主要部件的設計以及主要零件的強度校核。 a)650型鋼矯直機整體設計； b)矯直機傳動裝置設計； c)矯直機相關參數(shù)的計算； d)主要零件的強度分析。 3)650型鋼矯直機總裝配圖、軸及壓下機構裝配圖及關鍵零件工程圖的輸出。 4）設計說明書的撰寫。 5）翻譯外文文獻。 2．擬解決的主要問題 1) 為克服普通壓力矯直機效率低，質量差的缺點，適應連續(xù)生產的需要合理設計計算矯直機的力能參數(shù)； 2) 650型鋼矯直機輥系及壓下裝置的選型、主要結構參數(shù)設計并校核關鍵零件的強度； 3)總裝配圖、輥系及壓下機構裝配圖及關鍵零件工程圖的輸出。 4）外文文獻的翻譯。 三、研究步驟、方法及措施 1)查閱收集資料，確定設計方案； 2)利用已知的數(shù)據(jù)初步設計輥系參數(shù)，計算矯直力和矯直力矩； 3)手工繪制草圖，完成主要部件結構設計； 4)對主要部件進行強度校核，可行性分析； 5)運用inventor繪制關鍵部件的零件圖； 6)書寫電子版說明書； 8）整理畢設資料，準備答辯。 四、研究工作進度 第一階段（1-4周）：收集資料消化圖紙確定方案，開題報告及文獻綜述。 第二階段（5-6周）：計算力能參數(shù)、主要零部件的結構參數(shù)，完成主要部件的結構設計。 第三階段（7-8周）：完成手工儀器繪制的圖紙，并對相關零件進行零件交合。 第四階段（9-10周）：完成部分三維圖紙并準備中期匯報。 第五階段（11-13周）：完成剩余部分的三維圖紙繪制并投影工程圖，繪制相關零件的二維圖紙。 第六階段（14-15周）：請老師知道修改圖紙和編寫說明書。 第七階段（16-18周）：制作PPT，翻譯文獻，打印圖紙、說明書，準備畢業(yè)答辯。 五、主要參考文獻 [] 李劍鋒. 型鋼拉伸矯直機. 《煤礦機械》, 2000，05：1； [2] 鄒家祥.軋鋼機械.北京:冶金工業(yè)出版社,2007.8：78-173； [3] 楊文果，黃光尚等.700懸臂式矯直機改造.《冶金設備管理與維修》.2009， 27，5：1； [4] 劉新偉.輥式矯直機傳動形式及特點介紹[J].一重技術.2001，4：9-11 [5] 矯慶春，黃曉娟.矯直機矯直輥設計分析[J].冶金設備.2005，(3)：26—28 [6] 于鳳琴. 平行交錯布置型鋼輥式矯直機結構參數(shù)研究.燕山大學學報.2007， 3：1 [7] 崔甫.矯直原理與矯直機械(第二版)[M]．北京：治金工業(yè)出版社，2005 [8] 任暉，于彩芹，曲非. 矯直機電氣控制發(fā)展趨勢. 一重技術.2002，01； [9] 董林.STG-12變輥距型鋼矯直機的設計計算.冶金設備.2004，2：1； [10] 胡國棟. 軋鋼生產工藝及設備[M]. 燕山大學, 2003 [11] Hale M B,and Hart D E.Modeling and control of a Roll Bedning Process[J],To appear in IEEE System Magazine .2000,(36):77-180 [12] Hardt D E, Robert M A, and Stelson K A. 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