消聲器筒體成形自動線設計——矯平與送料部分設計

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黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 I 頁 消聲器筒體成形自動線設計——矯平與送料部分設計摘 要進入 21 世紀，我國經(jīng)濟的發(fā)展更是突飛猛進。這很大程度上得益于機械、冶金等行業(yè)的產(chǎn)品的大量生產(chǎn)和銷售。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，市場對這類產(chǎn)品的要求不僅在數(shù)量上，更在質(zhì)量上提出了更高的要求。板材作為其中的一員，質(zhì)量上的要求也大幅度提高。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見有中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。板材在軋制、熱處理、冷卻及運輸過程中產(chǎn)生的這些缺陷，在冶金加工中常用矯直機加以糾正。本文就本課題的產(chǎn)品——鋼板校平機相關(guān)的內(nèi)容進行了說明與論述。首先，論述了鋼板校平機研究的現(xiàn)狀、意義和具體內(nèi)容；其次，論述了校平機的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成及各系統(tǒng)的方案選擇與參數(shù)計算；最后，對本研究的結(jié)果存在的問題和缺陷進行了說明，提出應該往哪個方向繼續(xù)進行研究。相信我們不懈的努力最終會使我國的板材產(chǎn)品在國際市場上具備很強的競爭力。關(guān)鍵字： 鋼板，校平機 ，設計 黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 II 頁 The design of muffler tube forming machine——leveling and moving partsAuthor:Ren WeiTutor:Wang Ai ZhenABSTRACTGetting into 21 centuries, development of our country’s economy has advanced by leaps and bounds. This mainly profits from the mass production and distribution of the product of professions, such as machine and metallurgy.etc. Along with the development of science and technique, the market request of such product is not only on the amount, but also much more higher on the quality. As a member of those productions, the request of steel plate’s quality also has a significant exaltation. The exterior performance of a bad plate is usually the familiar center wave, side wave, bend, distort, sickle curve or part hunch . etc. These blemish producing from the process of hot processing, cool off and conveyance are commonly rectified by the leveling machine in the metallurgy processing plant. This text is concerned with the related contents of the product that is steel plate leveling machine, of this research. First, it discussed the present condition, significance and detailed contents of such machine’s research; Secondly, this article discussed the run fundament, composing system and the choice and parameter calculation of each system; To the end, this text carried on an elucidation of the problem and blemish in the result of this research, then put forward the direction to which we will go on with this research. I believe that through our unremitting effort our steel plate production will finally have a very strong competition ability in the international market.Key Words: Steel plate,Leveling machine,Design黃河科技學院畢業(yè)設計(論文) 第 III 頁目 錄1 緒論.11.1 為什么要進行鋼板矯直11.2 平行輥式矯直機的發(fā)展趨勢21.3 本課題研究的內(nèi)容和意義31.3.1 異輥距輥系技術(shù).31.3.2 彎輥技術(shù).31.3.3 液壓壓下技術(shù).31.3.4 中薄板凸起量的調(diào)節(jié).32 矯直機工作原理和方案選擇.52.1 “矯直”的定義52.2 反彎矯直的基本原理52.2.1 原始曲率.52.2.2 反彎曲率.52.2.3 總變形曲率.62.2.4 彈復曲率.62.2.5 殘余曲率.72.3 本矯直機的工作原理和壓下方案選擇72.4 輥系方案選擇83 主要系統(tǒng)的設計和參數(shù)計算103.1 主傳動系統(tǒng)設計及參數(shù)計算103.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)103.1.2 力能參數(shù)123.2 液壓壓下系統(tǒng)設計及計算163.2.1 電液伺服系統(tǒng)簡介163.2.2 液壓壓下系統(tǒng)的組成.173.2.3 液壓控制系統(tǒng)工作原理.173.2.4 液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算.193.3 矯直輥及其軸承的選擇和強度校核22黃河科技學院畢業(yè)設計 (論文) 第 IV 頁3.3.1 輥子材料選擇.223.3.2 輥子強度校核.233.3.3 軸承的選擇及壽命驗證.253.3.4 減速機、齒輪座、電機和萬向聯(lián)軸節(jié)的選擇計算.274 矯直機安裝、調(diào)試與潤滑.304.1 平行輥矯直機的安裝與調(diào)試304.2 平行輥矯直機的維護與潤滑324.2.1 矯直機的維護和修理制度324.2.2 矯直機的潤滑32結(jié)論34致謝35參考文獻36黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 1 緒 論1.1 為什么要進行鋼板矯直隨著我國板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，各廠家日益認識到板材在生產(chǎn)與市場銷售中的重要性。不良板材的外部表現(xiàn)是常見的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、矯直、冷卻過程中形成，往往是由于溫度、輥形、壓下、冷卻水溫、水壓等因素不合適造成的。若將板帶看作由無數(shù)條縱向金屬纖維連結(jié)而成的材料，則不良板材中內(nèi)應力的出現(xiàn)，正是因相鄰纖維間存在長度差之故。由于鄰近纖維間的相互制約，長纖維受壓應力，短纖維受拉應力。因此，板帶橫向厚度差與板形有著密切的關(guān)系。橫向厚度差大的板帶，一般板形都不好，只需幾微米的橫向厚度差，即可造成明顯的板形缺陷。因此，有些橫向厚度差很小的材料，板形也完全有可能不符合要求。隨著民用類消費產(chǎn)品需求不斷增加，市場對薄板需求也大幅度提升，同時對板材的質(zhì)量要求也在大幅提升。只有有了好的材料，才能加工出好的產(chǎn)品來。因此這些變形如果得不到及時有效的矯正，將嚴重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的提高，尤其是本身作為工具的高精密儀器和刀具，它們對用材平整度要求更加苛刻。對于薄板，平行多輥矯直機應用最廣，技術(shù)也最成熟。這種矯直機克服了普通壓力矯直機斷續(xù)工作的特點，成倍地提高了矯直效率，使矯直工序得以進入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達到很高地矯直精度。本課題研究的也就是平行輥矯直機。平行多輥薄板矯直機國內(nèi)外發(fā)展很不平衡，國內(nèi)基本上還停留在傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)及機械傳動方式，位置精度只有±0.5mm，而國外已經(jīng)實現(xiàn)了計算機電液自動控制，位置精度已經(jīng)達到 0.1mm，且有良好的人機界面，便于現(xiàn)場工程師操作。在中國銷售高精度薄板矯直機的公司主要有三家，瑞士海莫樂公司、臺灣雙郁機械公司和美國的 IOWA 精密工業(yè)公司，后兩家公司矯直機都作為卷板材加工流水線工序設備，而瑞士海莫樂公司作為專業(yè)矯直機制造公司，性能最好。它采用液壓系統(tǒng)來控制矯直機的輥縫，公司產(chǎn)品廣泛應用于汽車、建筑玻璃、精密儀器儀表和工具等領(lǐng)域。這三家的矯直機都能實現(xiàn)計算機數(shù)字控制(CNC) ，而且海莫樂公司矯直機能自動感應壓應力，采用雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)了智能化，但價格不扉，一臺 20-30 萬美金。國內(nèi)的情況是：北京機械工業(yè)自動化研究所機器人工程中心開發(fā)的一套開卷、矯黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 平、剪切、堆垛生產(chǎn)線技術(shù)中，矯平機能實現(xiàn)計算機數(shù)字控制，但矯直機的間隙調(diào)整由標尺指示，并沒有采用閉環(huán)控制，所以位置精度僅有±0.5mm。生產(chǎn)制造公司有西北機器廠、富地機械、山東省淄博市桓臺齊光鍛壓機床廠、無錫梅里精品機械和湖北重型機器集團，前后輥縫間距全部采用手動機械調(diào)節(jié)，位置精度僅依靠蝸輪控制。所以產(chǎn)品的矯直精度不高，不能應用在精矯工序。由湖北重型集團有限公司同華中理工大學威奇數(shù)控公司合作開發(fā)的輥式板材矯直機系列，經(jīng)過多年的完善和發(fā)展，在理論上和實踐上形成了較成熟的體系。結(jié)構(gòu)上，采用機械傳動和液壓傳動相結(jié)合的方案，并重點加入了液壓墊這一專利技術(shù)，使得設備結(jié)構(gòu)更為緊湊，精度高，噪聲低，控制方便，提供了良好的交互環(huán)境，在實時性和預警上對液壓、機械和電氣各環(huán)節(jié)實現(xiàn)了全面管理。整套控制系統(tǒng)由一臺工控機和PLC 組成，矯直精度達到了 0.1mm。1.2 平行輥式矯直機的發(fā)展趨勢中薄板生產(chǎn)線在線的輥式矯直機以熱矯直機數(shù)量為多，總的趨勢是以發(fā)展大矯直力的強力四重式矯直機為主，該系列設備總體趨勢如下：1、用數(shù)字控制系統(tǒng)精確調(diào)整上矯直輥位置，并借助自動測厚儀自動控制矯直輥負荷和在線過程計算機進行全自動操作。 2、高剛度矯直機機座，可滿足大矯直力條件下的使用，變形小，精度高。3、為了提高矯直效果，矯直機出口處的上（下）輥可以單獨調(diào)整，且在矯直過程中也可以進行調(diào)整。4、上矯直輥可以橫向傾動，能分別調(diào)整各段支撐輥，以改變矯直輥的撓曲，消除鋼板的單側(cè)或者雙側(cè)邊浪。5、下矯直輥可以沿矯直方向傾斜以調(diào)整矯直輥負荷。6、裝備液壓安全裝置和快速松開裝置以便在設備過載、卡鋼和停電時快速松開矯直輥。7、上、下矯直輥和支撐輥分別裝在各自的框架上，框架及其輥子可以側(cè)向移動進行快速換輥，實現(xiàn)輥系的線外整備（即擁有兩套以上的輥系裝備供給一套矯直機使用） 。8、矯直機入口處裝有水或壓力空氣，以清除殘留的氧化鐵皮。9、在矯直輥入口處安裝一彎頭壓直機，消除頭部鋼板的上翹。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 10、為了避免矯直輥輥面的滑傷，輥面應具有一定的硬度。對四重式矯直機必須保證工作輥和支撐輥的輥面硬度有一個差值。1.3 本課題研究的內(nèi)容和意義當今世界上先進矯直機技術(shù)快速發(fā)展，板材矯直機正向重型化、全液壓、自動化過渡。本設計就是設計一個矯直機，對現(xiàn)有矯直機進行部分改進，獲得一個新型設備。1.3.1 異輥距輥系技術(shù)這種形式的矯直機的特點是各輥的輥距不相等，一般是加大入口側(cè)的輥距，以減少入口側(cè)各輥的壓力，特別是可以減少入口端第 3 個輥的斷軸事故。同時出口側(cè)隨著矯直力的減小，輥距也減小，以縮短空矯區(qū)，從而明顯減輕補矯工作。如果采用各輥單獨驅(qū)動，我們可以將兩側(cè)的輥距都縮短，這樣空矯區(qū)就更小了。1.3.2 彎輥技術(shù)在寬板和特寬中薄板生產(chǎn)線中，具有彎輥能力的矯直機已成為必選。 這種矯直機可以產(chǎn)生一定量曲率的矯直工作輥，可消除機架的彈跳，同時由于彎輥的存在，可有效地改善板材的橫向板形。1.3.3 液壓壓下技術(shù)液壓壓下取代機械壓下成為一種矯直機技術(shù)發(fā)展趨勢。根據(jù)壓下量設定值與輥縫檢測裝置實測壓下量之間的偏差，使壓下用的液壓缸運行，經(jīng)常修正設定值補償壓下量。另外通過采用自動控制、計算機模型設定和液壓 ACC 動態(tài)輥縫調(diào)整先進技術(shù)，來提高中薄板的矯直質(zhì)量。1.3.4 中薄板凸起量的調(diào)節(jié)遇到各種波浪彎的鋼板，要求其支撐輥的調(diào)節(jié)裝置比較復雜。主要是各排支撐輥能成組靈活調(diào)節(jié)凸起量，達到局部彎輥效果以適應中浪或邊浪及矯直的需要。調(diào)節(jié)凸起量的方法多采用電動機轉(zhuǎn)動絲杠來推拉楔塊迫使支撐輥組升或降。通過對板材平整工業(yè)的分析，可知平行輥矯直機在板材加工方面應用廣泛，但從國內(nèi)現(xiàn)狀可以看出，高精度的液壓多輥薄板矯直機(位置精度 0.15mm 以下)國內(nèi)還相當缺乏。本設計將既實現(xiàn)液壓壓下、換輥等自動化操作，同時在調(diào)節(jié)凸起量上做了仔細黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 的設計。液壓壓下能夠使運行更加平穩(wěn)、反應快，更重要的是它能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護。當輥縫被板材頂起時，液壓壓下裝置會相應地改變輥縫來適應板材厚度的變化；特別是兩輥發(fā)生粘著時，液壓缸會馬上卸載，對傳動等部件實行及時保護。這些在工程上有很重要的意義。精度的提高使產(chǎn)品質(zhì)量提高，從而滿足了社會、市場的需求。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 2 矯直機工作原理和方案選擇2.1 “ 矯直”的定義金屬條材（具體指型材、棒材、管材、線材、板材、帶材等長條狀的金屬型材）在軋制、加熱、運輸、鍛造、擠壓、拉拔、冷卻等各種加工過程中因外力作用常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形；內(nèi)部殘余應力使金屬條材發(fā)生彎曲或扭曲變形；為了獲得平直的成品金屬條材就必須使其縱向纖維或縱向截面由曲變直，橫向纖維或橫向截面也由曲變直。實現(xiàn)這一要求的工藝過程就稱為“矯直”。2.2 反彎矯直的基本原理在壓力矯直機、輥式矯直機、斜輥式矯直機和拉伸矯直機中，軋件都是經(jīng)過反向彎曲后矯直的，而軋件的彎曲狀態(tài)可以用曲率表示，軋件的彈塑性彎曲變形過程則可以用曲率的變化來說明。2.2.1 原始曲率軋件在矯直前的曲率稱為原始曲率，以 表示。（圖2.1a）。r 0是軋件的原始曲01率半徑。彎曲的方向用正負號表示，如+ 表示彎曲凸度向上的曲率，- 則表示彎1r曲凸度向下的曲率，而軋件的平直段用 表示。0?r2.2.2 反彎曲率軋件在外力矩M作用下強制反彎的曲率稱為反彎曲率，以 表示。在壓力矯直機?1和輥式矯直機上，反彎曲率是通過矯直機的壓頭或輥子的壓下來獲得的。反彎曲率大小的選擇是決定軋件能否被矯直的關(guān)鍵。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 a-彎曲階段；b-彈復階段圖2.1 彈塑性彎曲時的曲率變化2.2.3 總變形曲率 它是軋件彎曲變形的變化量，是原始曲率與反彎曲率的代數(shù)和，以 表示，即：cr1(2.1)?10??rc使用上式時，應將曲率的正負號代入。原始曲率與反彎曲率方向相同時符號相反；方向相反時符號相同。2.2.4 彈復曲率它是當外力矩去除后，軋件在變形內(nèi)力形成的彈復力矩M y作用下彈性恢復的曲黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 率變化量，以 表示。y?12.2.5 殘余曲率它是軋件經(jīng)過彈復后所具有的曲率（圖2.1b），以 表示。如軋件被矯直，則r1；如軋件未被矯直，在輥式矯直機上，前一輥的殘余曲率將是下一輥的原始曲01?r率，即 ，式中i指輥數(shù)。??10?ir殘余曲率 是反彎曲率與彈復曲率的代數(shù)差，即：（2.2）yr?1??顯然欲使軋件矯直，則必須使殘余曲率 ，由公式（2.2）得： ，0y?1?此式是一次反彎矯直時（壓力矯直機）選擇反彎曲率的基本原則。2.3 本矯直機的工作原理和壓下方案選擇平行輥矯直機屬于連續(xù)性反復彎曲的矯直設備，這種矯直機克服了壓力矯直機斷續(xù)工作的缺點，使矯直效率成倍提高，使矯直工序得以進入連續(xù)生產(chǎn)線。金屬材料在較大的彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，在彈復后所殘留的彎曲程度差別會顯著減小，甚至會趨于一致。隨著壓彎程度的減小其彈復后的殘留彎曲必然會一致趨近于零值而達到矯直目的。因此，平行輥矯直機必須具備兩個顯著的特征：（1）具有相當數(shù)量的交錯布置的矯直輥以實現(xiàn)多次的反復彎曲；（2）壓彎量可以調(diào)整，能實現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。下面以 5 輥矯直法用圖形表示如圖 2.2：圖 2.2 5 輥矯直法平行多輥矯直機的壓下方案有三種：（1）最小壓彎遞減方式，即矯直機每個輥的壓下量都可單獨調(diào)整的假想方案。矯黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 直機上各個輥子反彎曲率的選擇原則是：只消除軋件在前一輥產(chǎn)生的最大殘余曲率，使之變直。（2）最小殘差遞減方式，即使具有不同原始曲率的軋件經(jīng)過較少次數(shù)劇烈的大變形反彎，以迅速消除其原始曲率的不均勻度，然后按矯直單值曲率的辦法加以矯直的方案。 （3）線性遞減方式，從第二輥(第一個上輥)到最后第二輥(最后一個上輥)的壓彎量按線性遞減，最后第二棍的壓彎曲率一般為彈性極限曲率，前面第二輥的壓彎曲率則不受嚴格限制。由于這種壓下方式多用于薄板矯直，故第二輥壓下曲率都較大。工業(yè)生產(chǎn)中采用這種方案的多輥矯直機的輥數(shù)一般都較多，有 11，13，17， 19，21，23輥等，同時輥徑要盡量小，這樣使板材得到較大的變形，變形愈大愈有利于消除波浪彎。其中最常用的是線性遞減方式，薄板矯直多采用這種方案，也是本文討論的方式。2.4 輥系方案選擇平行輥矯直機發(fā)展歷史較長，輥系結(jié)構(gòu)形式很多，且主要與用途和矯直質(zhì)量有關(guān)。這里介紹幾種典型輥系，如圖 2.3 所示：圖 2.3 典型輥系黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 1、a 是上輥組平行升降的輥系，主要用于熱矯直厚板、粗矯板材和在展卷機后平整帶材等工作；2、b 有所改進，兩端輥單獨調(diào)整，有利于中間各輥加大壓下量，也有利于兩端輥的咬入及提高矯直質(zhì)量，主要用于熱矯直板材；3、c 是一種靈活性較大的多用途輥系，上輥可以調(diào)成平行升降、單向傾斜和雙向傾斜等形式。第一個用途同 a,第二個同 d，第三個為可以進行反復及雙向咬入的矯直；4、d 是按線形遞減壓下的板材矯直輥系；5、e 是型材矯直的常用輥系，各上輥單獨調(diào)整可以采用各種壓下方案；6、f 是矯直板材的輥系，帶有支撐背輥，它有兩個作用：（1）矯直寬板時輥子太長，剛度不夠，用支撐輥來保持工作輥的剛度；（2）矯直薄板時要消除波浪需要用支撐輥來改變工作輥的凸度。這種輥系也稱為四重式矯直輥系；7、g 比前一種增加一排中間輥，由于支撐輥多為盤形，長期工作中使工作輥表面被壓出痕跡，這時若矯直工件的表面要求光亮，而輥面壓痕很可能在工件表面上留下條狀暗影甚至印痕，故用中間輥隔離上述壓痕的傳遞。這種輥系也稱為六重式矯直輥系。除這些典型輥系外，近代新研制設計了不少性能更好的輥系。不過它們都是在已有的輥系基礎上的改進。如圖 2.4 的異輥距輥系，特點就是加大了入口側(cè)的輥距，以減圖 2.4 德國 9 輥式異輥距矯直輥系少入口側(cè)各輥的壓力，尤其可以減少第 3 輥的斷軸事故。同時還追求等強度設計的理想狀態(tài)。隨著矯直力的逐漸減小，出口側(cè)逐步也減小了輥距尺寸。它由于空矯區(qū)（不黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 產(chǎn)生矯直彎矩的區(qū)間）比較短，可以明顯的減輕補矯工作。即用縮短兩端輥間距的辦法使工件頭尾經(jīng)歷正負兩次短距離的反彎，可以使空矯區(qū)成倍縮短?？粘C區(qū)的縮短將會使矯直質(zhì)量提高及補矯工作減輕。同時各輥矯直力也有了很大的改善。以上分析比較可以看出，輥系 f 比較適合矯直薄板材，故選擇這種輥系。3 主要系統(tǒng)的設計和參數(shù)計算3.1 主傳動系統(tǒng)設計及參數(shù)計算3.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)1、輥數(shù)選擇輥數(shù)的原則是在保證矯直質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量少。對于薄板矯直機，由于 b/h 比值很大，原始彎曲曲率較大，以及瓢曲和浪形的二維形狀缺陷嚴重，應減小輥距以增加板材的彈塑性彎曲變形，但由于輥距不能選的過小，故要增加輥數(shù)。為此需計算矯直機最大負荷特性 ：XW（3.1）2maxhbS???：鋼板屈服極限， ；SMP：鋼板最大寬度， ；maxb：鋼板最大厚度 。h設計任務要求，矯直機典型鋼種為 ，其 ，另外鋼板規(guī)格為235QSa235?，取 ； ，取 。故 mb90?axb10?.1?mhax。MNWX ???6402.2356由文獻[2,11-3] 可知輥數(shù)取 13。又根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)知輥數(shù)取 11 即可。2、輥徑、輥距與輥長（1）由文獻[1,2-13]可知，矯直最佳區(qū)域中，單位厚度輥徑值滿足：（3.2）SHSd??/9270/176?因為 ，故 ；又因為 ， ，故S?MPa235?45.348.?DH?m5.1。所以可以取輥徑 。支撐輥輥徑應取大一些，取為 。6.164.0?D?D0?使用滾動軸承時，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過大，近似地選擇。另外，只要條件允許，輥頸直徑和輥身的過渡圓角均應選大一些。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 （3.3）Dd)5.0~4(?（3.4）l32根據(jù)（3.3） ， （3.4）可以確定工作輥輥頸直徑 和輥m401.0.11 ???頸長度 。ml1045.21??（2）輥距（3.5）Dp???其中， ， 為輥子最大直徑。2.1~??D所以， 。mp96.356?由文獻[2,11-3],因為 ，所以，輥距 比較合適。MNWX??40mp160?下面根據(jù)以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)及已有變輥距矯直機做參考，確定各處輥距如圖 3.1 所示：圖 3.1 本矯直輥系各輥距大?。?）輥長（3.6）'maxbL??時， ；mb10ax?a20~5'?時， 。?3'由（3.6）可得，輥長 。bL10'max?3、支撐輥前面已經(jīng)確定支撐輥直徑為 。下面確定支撐輥的布置方式和相關(guān)尺寸：10?由于上面所設置的輥距較小，同時工作輥輥徑與輥身比值處于中間，既不大黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 也不小，故這里考慮采用垂直布置方案。為了調(diào)整工作輥的撓度，有效地消除板帶的局部瓢曲或單、雙邊浪形。這里采用多段支撐輥矯直方案。其各段支撐輥可以單獨調(diào)整壓下，沿工作輥長度方向可使帶材產(chǎn)生不同的變形，以消除板帶邊緣或中部的板形缺陷。具體布置形式如圖 3.2：圖 1—消除雙邊浪形 圖 2—消除中間瓢曲 圖 3—消除單邊浪形圖 3.2 支撐輥布置圖與工作輥一樣，我們可以得到支撐輥輥頸直徑為和輥頸長度 。mDd40.04.22 ??? mdl 6045.1.22 ???3.1.2 力能參數(shù)1、確定壓彎量并計算矯直力（1）壓彎量前面已經(jīng)確定壓彎方案選擇線性遞減壓彎方案，現(xiàn)首先確定入口及出口處的壓彎量：已知矯直機為 類型。工件尺寸為 ，代表鋼種170/91??? 5.190??hb為 ，其 ，取 。235QMPaS235??MPaE2?該方案中規(guī)定變形大致范圍為 。 包含 和 ，工件通過第二輥后，5??C?0CW方向趨同，但是 中包含最大和最小的彎曲狀態(tài)，而最小的 ，要使這個0C0 0?在反彎之后也獲得一種與其他 相差不多的彈復能力，就必須采用加大的0。由于 ，故取 。假設鋼板原始的彎曲最大max2W?48.1max?96.248.1??W為 ，則第二輥后的彈復曲率比為50? 49.16.7/5.1/50222 ???CMCf黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 其殘留曲率比為 47.19.622???fWC這個 ，需用彈塑性撓度計算法。由文獻[2,1-165]知12?（3.7）22CfW??其中 ，49./5.022????f?，30.1)6/()18( 24234 ???CCC所以 。7.22fW。??89.09?? EHlst??出口壓彎撓度 ，所以，入口壓彎量為 ，出口為3.10?tW 78.12?W?。64.10?t?由于輥數(shù)為 11，那么上輥組的傾斜度為：?? 0287.)4.129/()3.08.(4)]2/(/[2tan ??????pntW??所以 。196.087.rcta?由 ， ， ， 得表 3.1 如下：12?4107.ta?tiWi??表 3.1 各輥子壓彎量78.2? 9.2?5913 483W4.? .?5 15.6? 7.6?017 W8.? 38.?9 1964.10? 0.?圖 3.3 為第 2 到第 10 輥每個輥子的壓彎量，從這個圖中明顯地看出壓下方式為線性遞減壓下：黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 圖 3.3 線性遞減壓下（2）矯直力查文獻[2,3-14]得：1,9.1,38.,56.1 ,78.1,.2342790652 ??WWWW WCC根據(jù)公式（3.8）StBHM??62（3.9）2)5.01(Wii C??得各個輥子處的彎矩為： mNMmNMN??????? ????310 398736 354332. ,108.2,. ,4.,105102.按連續(xù)梁的三彎矩方程式 計算后（其中 前面tiiii MpF)2(11?? t已經(jīng)給出計算式子）寫出矯直力為： KNFKNFKN 9.36,.16,4.163,0.173,9.17 ,7.1825509532 182 ?????2、軸承壓力矯直輥所承受的矯直力直接作用于軸承上。機架結(jié)構(gòu)采用簡支式結(jié)構(gòu)。如圖 3.4 所黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 示為輥子軸承受力分析圖：圖 3.4 矯直輥軸承受力圖那么 Fba??Fba??Fba??軸承受力總和為 。取 ，那么各個輥子兩端的軸承受力大小可以計算??ba如下： KNFKNFKNFKNF babababa baba 45.18,15.8,7.81,5.86 946917 7.69,5.4,2. 10198 654 321 ????所以 。ba.40???3、矯直輥轉(zhuǎn)矩矯直輥在矯直力作用下所需克服的阻力包括軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動摩擦阻力及工件的塑性變形阻力。下面分別求這兩個力：（1）軸承摩擦阻力前面已經(jīng)確定機架結(jié)構(gòu)為簡支結(jié)構(gòu)，那么根據(jù)下面公式即可求得該摩擦阻力：（3.10）??2)(???FdfTm?其中 為工件與輥面的滾動摩擦系數(shù)，板材為 ；高溫板材為f 04.~.；08.?為軸承摩擦系數(shù)，尼龍軸承 ；青銅軸承 ；滾動軸?03.~2.?05.3.??承 。1.~5.為軸頸直徑。d黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 所以， 。mNTm ???????? 6.14086.1408)2508.0.( 33（2）工件塑性變形阻力：（3.11）????1212nJinJij uRT?其中 是第 輥處的轉(zhuǎn)矩， 是第 輥處的矯直變形能。Ji?Ji?這里 ，其中 可由下式子計算：)]3(143[)1( 22???????iiiti t?。mNmNBHSt /75.43/0)06(5.046 62 ???????將 代替 代入 得WC??C1,84.0,725.,641.0 ,562338097 52 ????從而根據(jù)上面給出的公式求得每個輥子處的矯直變形能為0/58.19/43.8642???JJJmN?? mNJJ/6.5213/7.8499753????進而求得工件塑性變形阻力為。TJ ?????? 18.304).32.1598.(45.（3）總轉(zhuǎn)矩上面兩個阻力求出之后，相加即得總轉(zhuǎn)矩。mNJm ???8.172.3046.184、 矯直功率為了使矯直機適應生產(chǎn)線，速度取生產(chǎn)線速度 。又因為有支撐輥，矯smv/25.1?直機傳動系統(tǒng)效率可取為 。那么計算到電機處的驅(qū)動功率為72.0?。kWRTvN.64518.7??3.2 液壓壓下系統(tǒng)設計及計算3.2.1 電液伺服系統(tǒng)簡介電液伺服系統(tǒng)除了具有液壓系統(tǒng)固有的特點之外，還有自身明顯的特點，這種系統(tǒng)動作靈敏，頻帶寬，控制精度高，但是價格昂貴，抗污染性較差，效率低。該系統(tǒng)黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 中最重要的元件是電液伺服閥。電液伺服系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成：指令元件，控制放大器，電液伺服閥，液壓缸或者液壓馬達，被控對象和檢測元件。由圖 3.5 可以看出，該系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖 3.5 電液伺服系統(tǒng)的基本組成3.2.2 液壓壓下系統(tǒng)的組成平行多輥矯直機的發(fā)展歷史較長，輥系結(jié)構(gòu)形式很多。線性遞減壓下的板材矯直機的輥系結(jié)構(gòu)是所有上輥都固定在上輥驅(qū)動平板上或者上輥連接裝置上，通過控制驅(qū)動平板來控制壓下量。其結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示圖 3.6 線性遞減法輥系結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，整個系統(tǒng)主要部件就是上下排輥。上下輥縫要可調(diào)，且排輥自身要轉(zhuǎn)動。液壓壓下系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由空間分立的三個部分組成：以 PLC 為核心的電氣控制柜、以泵和閥為主體的液壓柜、以液壓缸、馬達和上下排輥為主體的機械結(jié)構(gòu)。電氣柜有電源、電氣保護元件、PLC、放大器（6 個伺服閥放大器） ，面板（配置觸摸屏、開關(guān)、按扭、指示燈）等；液壓柜下部為油箱，上部為泵組和閥組；機械部分的上部安裝液壓缸（缸體上有壓力傳感器） ，六個位移傳感器安裝在上下兩部分之間。3.2.3 液壓控制系統(tǒng)工作原理由于本人對液壓系統(tǒng)了解程度不夠，這里只對液壓壓下系統(tǒng)進行原理上的介紹，黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 并對部分液壓元件進行設計計算。該系統(tǒng)是決定板材矯直效果的關(guān)鍵部分，采用閉環(huán)控制。如圖 3.7圖 3.7 液壓控制系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)采用三位四通 O 型電液伺服閥控制液壓缸的一端。伺服閥對液壓缸下腔供油，下腔壓力增大，上矯直輥驅(qū)動平板下移，輥縫減??；伺服閥卸荷，液壓缸下腔壓力減小，平板上移，輥縫增大。位移傳感器檢測到平板的位移信號的變化，可以反饋給系統(tǒng)，通過對伺服閥的控制來調(diào)節(jié)輸入到液壓缸下腔的壓力油的流量，最終使輥縫維持在恒定值。液壓缸上腔的壓力由背壓閥提供，可以認為是一個常數(shù)。大流量泵對液壓缸下腔供油，小流量泵對液壓缸上腔供油。由于支撐輥有三排，故設置 6 個液壓缸來控制，每排有 2 個液壓缸來控制其壓下量。而每個液壓缸分別由一個獨立的伺服閥控制。這樣就能夠滿足矯直機對鋼板中心浪形和邊浪的平整。工作參數(shù)設定在觸摸屏上，從而實現(xiàn)平板壓下量的設定，進行精確矯直。電氣控制部分是以帶觸摸屏的 PLC 為核心的自動化控制設備，有良好的人機界面。如圖 3.8所示機器啟動后，首先在觸摸屏上將上下輥縫及輥子軸向下的壓下量設定。矯直過程中的輥縫和速度等參數(shù)可以在顯示屏上顯示出來，當出現(xiàn)錯誤時，指示燈報警，同時系統(tǒng)控制壓下油缸卸荷，以松開輥子。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 圖 3.8 電氣控制原理位置控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過直線位移傳感器實時檢測每個液壓缸對應位置的上下排輥的間距，位置量轉(zhuǎn)化成電流，輸入 PLC 的 A/D 模塊，經(jīng)過比較分析，PLC 計算出控制量，經(jīng) D/A 模塊輸出控制電壓，經(jīng)放大器放大后轉(zhuǎn)化成電流，輸入到比例控制閥，控制其流量，從而改變壓下量。PLC、觸摸屏、旋轉(zhuǎn)編碼器、位移傳感器等可以進行適當選擇。3.2.4 液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算1、液壓缸每個驅(qū)動平板由兩個液壓缸來控制其壓下量，為分析方便，將其分成兩部分，忽略彼此之間的耦合。和液壓缸相連的驅(qū)動平板的二分之一部分的受力如下 3.9：圖 3.9 缸體受力情況平衡方程：（3.12）LFAPmg???21為作用在平板上的外負載； 為平板和與缸體固定的管道總質(zhì)量 的一半。LF M黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁 （1）系統(tǒng)供油壓力 ：考慮到液壓元件及伺服閥的額定壓力系列，并考慮到可靠SP性與維護，取 MaS28?（2）負載壓力 ：為保證伺服閥閥口上有足夠的壓降，以確保其控制能力，取LPaL3?（3）壓下缸行程 ：根據(jù)板坯厚度、成品厚度及故障狀態(tài)的過鋼要求等，確定SmS45（4）液壓缸背壓 ：取rMPar5.0?（5）上、下腔面積 和Ac由公式（3.12）得，壓下力 。mgAFrLc??令面積比 得， 。rc/??)//()(?LcPg?由于 （其中 2 為載荷系數(shù)） ，并取 得kNmkFL 20,5.4692?? 4??。210.Ac?從而得缸體直徑為 ，參考液壓缸直徑標準系列，選取D31.8???。D36??令 ，那么 ，同樣選取/2d md332 107.6/206???。m3210??從而 ， 。.19.4/19.0/ 4????rcA? MPaL.22、伺服閥參數(shù)的確定（1）負載流量由壓下速度 ，可求出伺服閥的負載流量sv/1.0?。min/576.120in/1076.25min)/(6343 LmAqccVL ??????（2）伺服閥的選擇及其參數(shù)選用莫格（MOOG）D791 系列伺服閥，主要參數(shù)如下：額定流量 （單邊 ） 。in/160LqVN?MPap5.3?額定供油壓力 。MPa5.3滯環(huán) 。%.?分辨率 。20（3）伺服閥的工作流量黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 閥口實際壓降 （3.13）TLSpPp????1式中 ，液壓站至管路總壓降 ，伺服閥油油管路壓降MPaS28? Ma5.0?，額定負載壓力 。pT3.0??aL6.2將這些參數(shù)代入上面的式子中，得 。p.4?于是伺服閥的工作流量：min/3.18in/5.3610LpqNVNL ?????（4）實際壓下速度的校驗由 ，可得實際壓下速度249.2min,/3.18AcVL ?。sqvc /10/5.??可滿足靜態(tài)要求。3、液壓泵的選擇可選擇一種壓力補償型變量葉片泵，它可根據(jù)外負載（泵出口壓力）的大小自動調(diào)節(jié)泵的排量。其設計特點是：零件少、可靠性高、容積效率和總效率高、耐久度好。4、液壓缸間的同步控制策略為了得到滿意的矯直效果，必須控制上下排輥的平行度，也就是控制液壓缸之間的同步度。由于控制出口端或者入口端的三個液壓缸分別由各自的伺服閥控制，因此，這三個缸之間的同步誤差必須控制在一定范圍內(nèi)。經(jīng)過參閱有關(guān)資料，選擇主/輔控制單邊校正方案的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。其方案如圖 3.10黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 圖 3.10 串聯(lián)結(jié)構(gòu)因為電液伺服閥輸入正電壓時，液壓缸下移，輥縫變小，所以在加法器中對同步誤差反饋部分的疊加應該是減號。這種結(jié)構(gòu)以主缸為基礎，通過調(diào)整輔缸來使三者之間同步。主缸以理想位移為輸入信號，輔缸以主缸的實際位移輸出為輸入信號，也就是輔缸來跟蹤主缸，輔缸與主缸之間的時間位置偏差反饋給輔缸，調(diào)整后使二者同步。3.3 矯直輥及其軸承的選擇和強度校核3.3.1 輥子材料選擇1、為了保證矯直輥有足夠的耐磨性、表面硬度和使用壽命，盡量不要用含Mn的材料，因為，Mn和Fe所形成的碳化物，質(zhì)點太硬，形成麻點。另外工作輥的硬度都應達到Hs=70以上。2、工作輥和支承輥的硬度差不能太小，否則，支承軸對工作輥表面產(chǎn)生磨損，從而直接影響鋼板的表面質(zhì)量。從表四可看出硬度差為Hs=10較為合適。3、工作輥硬化層深度為10mm為最佳。另外，影響淬硬性和淬透性的主要元素是 C、Cr、Mo、Ni。C 含量降低使得其淬火時不易發(fā)生開裂；Cr 含量的提高可以增大材料的耐磨性；適量加入 Mo，可以提高淬透性和輥子的淬硬層厚度；Ni 可以提高淬透性，但是會增大回火脆性。另外，加入適量的 V，可以細化晶粒，形成少量的含 V 的碳化物，提高耐磨性和回火穩(wěn)定性。黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 綜合分析以上的因素，最終確定選擇工作輥和支撐輥均選擇 35CrMoV。要求其經(jīng)過表面淬火后的表面硬度為 ,支撐輥為 。其余部位的調(diào)質(zhì)硬度為65?Hs5?Hs。經(jīng)查詢參考文獻[6]，得到 35CrMoV 的組成情況為：C HBs280~4，Mn ,Cr ,Mo ,V ；%3. 70.~4. %30.1~. 30.~2. %20.~1.力學性能為： MPaaSb918???選擇完材料后，應對其進行熱處理，其大致工藝如下：（1）預先熱處理——等溫球化退火：消除鍛造應力、細化晶粒、降低硬度、便于機械加工等。（2）調(diào)質(zhì)處理：改善心部組織，保證心部有良好的綜合機械性能，為最終表面淬火做好組織和性能準備。（3）輥身表面感應加熱淬火：隨著感應器間隙的增大，硬化層深度增加；隨著感應器移動速度的加快，硬化層的深度減小。故要適當調(diào)節(jié)間隙和深度。保證表面硬度。然后進行低于回火溫度的除應力回火。3.3.2 輥子強度校核前面已確定工作輥直徑為 ，長度為 1700，支撐輥直徑為 。使用滾動軸承90?10?時，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過大，近似地選擇。另外。只要條件允許，軸徑直徑和軸身的過度圓角均應選大一些。根據(jù)公式（3.3） ， （3.4）得工作輥： ， ，mDd4590.5.011 ??? ml5.1245.21??r1?支撐輥： ， ，22 021、彎曲強度對支撐輥來說，只需計算輥身中部和輥徑斷面的彎曲應力，其彎曲力矩和應力分布如下圖 3.11：黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁 圖 3.11 支撐輥彎曲力矩和應力分布圖由于第 2 輥彎矩最大、第 8 輥的軋制力最大，故驗證該輥對應的支撐輥的強度。在輥徑斷面 1—1 和 2—2 斷面上的彎曲應力均應滿足強度條件，即：（3.14）bRdPC?????).0(311? bRdPC?????)2.0(32?—軋制壓力； ， —該處的斷面直徑； —斷面 1-1 和 2-2 到支反力 處Pd2? 1, 2P的距離； —許用彎曲應力。bR（1）第二輥：現(xiàn)已知： ， ，N310.97??md401?? mCd30,20,60212 ???。MPab26那么， ；MPa5).(. 3331 ???。4.670210972 ????輥身中部 3-3 斷面處彎矩最大， 。那么，N??36.。ad 5.2)1.4(.3332 ????（2）第 8 輥： 其余參數(shù)一樣。,107P；MP3.70).02(3331 ??????；162。adM8.2).4(1.383 ????材料 的彎曲疲勞極限 ，取安全系數(shù)CroV5 Sb571???黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 S=1.8，那么 。MPaS5.301][1???很明顯上述彎曲應力都小于極限彎曲應力，故合適。對于工作輥，其扭轉(zhuǎn)應力 （3.15）kW??—最大轉(zhuǎn)動力矩， —扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。另外，還要考慮應力集中系數(shù) ，KMKW5.2?K故（3.16）kMK???對于第二輥， 。由于有彎輥裝置，還要考慮彎曲Pad16.907.185.23???應力， 。按第四強度理論： 。MPa63?? ][89.3012???????MPa總同樣第 8 輥， ，也適合。][5.212 ??????總2、接觸強度參照文獻[5，3—11]得，平均載荷 。mNq2.9)3.0(7??mREb4 93212106. )]045(16[45.0.95)]([.??? ???。MPabq 7.12.(.1967.3 )43ax ??????均布載荷， 輥子半徑， 彈性摸量， 接觸區(qū)寬度。q21,REb由文獻[5,3—13]得 。MPa7.40.maxmax??查文獻[5,3—8]得許用接觸應力 ，取安全系數(shù),5][?a675][??，那么， 。8.3?S SS.1,1.592][??? ??經(jīng)驗證，接觸強度滿足要求。3.3.3 軸承的選擇及壽命驗證工作條件：由于矯直輥徑向載荷大，軸向載荷很小，同時，軸有彎曲變形，工作的軸速也不是很高，故選用調(diào)心滾子軸承。我國北方軸承研究所研制的一種“密集型軸承” ，其額定載荷是現(xiàn)有傳統(tǒng)軸承的兩倍以上，故可選用。又已知其工作溫度 600C左右，根據(jù)文獻[9，13—3]，初選軸承使用壽命 。hLh120'?黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 1、支撐輥軸承 ，轉(zhuǎn)速 ，KNFmdbar865,408??最 大 min240)1.(25. rsdvn????運轉(zhuǎn)條件正常，可靠度為 90%。（1）徑向當量動載荷軸向力很小，可以略去不計。故 ， 為動KNFfPrpr 8.1035.862.1?pf載荷系數(shù)。（2）計算基本額定動載荷（3.17）36'10htnLfC??其中， ， ， ， 。 KNPr8.103?mi240rn2'?]6[0.13?tf?那么， 。KNC9.48)16(1036?按軸承樣本或設計手冊選擇尺寸為“ ”的密封型軸承，其基本額定??載荷約為同類型軸承（22308TN1/W33）的兩倍。即 ，KNr2961480??， 。選擇上述密集型軸承 2 個進行并Cr23? KNfPpr 8.1035.8??列，那么 。r.5（3）壽命。hCfnLth 1493206)9.5120(1)(*601 306 ??????滿足要求。（4）靜載荷（3.18）rPS0為靜強度系數(shù)，取 ，徑向當量載荷 。0S2.10?SKNr5.86?由（3.18）得， 。KNC29.13586??滿足要求。2、工作輥由于工作輥基本不承受矯直力，故可以按軸承的靜強度進行選擇。，由（3.18）得，KNFPr5.860?。KNSC8.103.210??查表或手冊，選取尺寸為“ ”的密集型軸承，其性能相當于同類型54??