翻轉式卸卷機設計（機械專業(yè)畢業(yè)論文）

1、1 引 言1.1 概述鋼鐵已成為全球廣泛應用的主要基礎材料。用軋制方法生產(chǎn)鋼材, 具有生產(chǎn)率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點, 約90% 的鋼材都是用軋制方法生產(chǎn)的。目前, 我國已引進了世界上主要的先進軋鋼機械和軋制技術, 并在不斷創(chuàng)新中逐步推廣、應用和發(fā)展。我國粗鋼產(chǎn)量位居世界第一。國內(nèi)十大鋼鐵企業(yè)年產(chǎn)粗鋼均在1000萬噸以上。今年來，鋼鐵重組進入快車道，比如寶鋼控股的廣東鋼鐵集團，山東濟鋼、萊鋼為主組建的山東鋼鐵集團，還有河北鋼鐵集團等。但是，我國鋼鐵業(yè)要振興，必須走精細化道路。熱軋卷和冷軋卷目前還停留在重產(chǎn)量輕質(zhì)量的瓶頸。軋鋼行業(yè)必須走高端路線，造船業(yè)和汽車制造

2、業(yè)、建筑業(yè)的興旺，給軋鋼行業(yè)帶來機遇，但是礦石的漲價給我國軋鋼行業(yè)帶來新的困境。 國內(nèi)軋鋼行業(yè)要真正做大做強，必須不斷對鋼坯質(zhì)量、加熱、輥型控制、卷取能力、酸洗等系列環(huán)節(jié)加強。另外，做重型機械的一重、二重、上重、太重等必須奮起，探索高精軋鋼設備。我國大鋼廠從70年代已用先進的連軋軋機 ，連軋機采用了一整套先進的自動化控制系統(tǒng)，全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控均由計算機控制實施，軋件在幾架軋機上同時軋制，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。我國于1981年從日本引進1700mm熱連軋機的全套設備。隨后,一大批具有先進生產(chǎn)工藝的熱連軋和冷連軋板帶廠迅速崛起, 至2007年, 我國的熱軋寬板帶材年生產(chǎn)能力將達到5500

3、萬噸, 冷軋寬板帶材年生產(chǎn)能力也將達到3000萬噸。熱連軋機發(fā)展的主要特點有: 加大帶卷和坯料重量, 減少切頭切尾的損耗, 提高產(chǎn)品收得率; 采用加速軋制, 提高鋼材產(chǎn)量, 帶鋼熱連軋機精軋機組的出口速度已從20 世紀50 年代的10m/s12m/s 提高到現(xiàn)在的35m/s ; 產(chǎn)品規(guī)格增加, 精度提高; 采用計算機控制, 提高了自動化水平等。冷軋鋼板的生產(chǎn)成本、投資費用雖然比熱軋鋼板高, 但由于冷軋鋼板的性能和質(zhì)量比熱軋好, 在同樣用途下, 可以節(jié)約金屬材料達30% , 故冷軋板生產(chǎn)得到迅速發(fā)展。某些工業(yè)發(fā)達國家(如美國)使用的薄板, 幾乎100% 是冷軋的。熱軋板只作為冷軋板、焊管、冷彎型

4、鋼的坯料。我國于1965 年末制成300 mm 五機架試驗性窄帶鋼冷連軋機, 20 世紀80 年代又從原西德引進1700mm 五機架帶鋼冷連軋機成套機組, 90 年代后又有六輥HC 軋機、CVC 軋機也先后投入生產(chǎn)。帶鋼冷連軋機正在向大型化、高速化、高精度和自動化方向發(fā)展。從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進行軋制以后，才能成為合格的產(chǎn)品。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進入加熱爐，然后經(jīng)過初軋機反復軋制之后，進入精軋機。軋鋼屬于金屬壓力加工，說簡單點，軋鋼板就像壓面條，經(jīng)過搟面杖的多次擠壓與推進，面就越搟越薄。在熱軋生產(chǎn)線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋機，最后軋成用戶要求的尺寸。

5、軋鋼是連續(xù)的不間斷的作業(yè)，鋼帶在輥道上運行速度快，設備自動化程度高，效率也高。從平爐出來的鋼錠也可以成為鋼板，但首先要經(jīng)過加熱和初軋開坯才能送到熱軋線上進行軋制，工序改用連鑄坯就簡單多了，一般連鑄坯的厚度為150250，先經(jīng)過除磷到初軋，經(jīng)輥道進入精軋軋機，精軋機由7架4輥式軋機組成，機前裝有測速輥和飛剪，切除板面頭部。精軋機的速度可以達到23/。熱軋成品分為鋼卷和錠式板兩種，經(jīng)過熱軋后的鋼軌厚度一般在幾個毫米,如果用戶要求鋼板更薄的話，還要經(jīng)過冷軋。與熱軋相比，冷軋廠的加工線比較分散，冷軋產(chǎn)品主要有普通冷軋板、涂鍍層板也就是鍍錫板、鍍鋅板和彩涂板。經(jīng)過熱軋廠送來的鋼卷，先要經(jīng)過連續(xù)三次技術處

6、理，先要用鹽酸除去氧化膜，然后才能送到冷軋機組。在冷軋機上，開卷機將鋼卷打開，然后將鋼帶引入五機架連軋機軋成薄帶卷。從五機架上出來的還有不同規(guī)格的普通鋼帶卷，它是根據(jù)用戶多種多樣的要求來加工的。冷軋廠生產(chǎn)各種各樣不同品質(zhì)的產(chǎn)品，那飛流直下，似銀河落九天的是鍍錫板，那銀光閃閃的是鍍鋅板，有紅、黃、蘭各種顏色的是彩色涂層鋼板。鍍錫板是制造罐頭和易拉罐的原料，又叫馬口鐵，以前我國所需要的鍍錫板全靠進口，自從武鋼鍍錫板大量生產(chǎn)后，部分替代了進口貨。武鋼生產(chǎn)鍍錫板采取的是電鍍錫工藝，這些鍍錫板好像鏡子一樣，光鑒照人。鍍鋅板的生產(chǎn)工藝有兩種，一種是熱鍍鋅，一種是電鍍鋅。那貌不驚人包裝特別的是硅鋼片，它們用

7、在發(fā)電設備、機電設備、輕工、食品和家電上。用鍍鋅板作為基材，在反面涂上各種涂料就成為彩色涂層鋼板。由于工藝先進，涂層十分牢固，可以直接用于家電產(chǎn)品和作裝飾材料。除了板材以外，軋鋼廠也生產(chǎn)長材，如型鋼、鋼軌、棒材、圓鋼和線材，它的生產(chǎn)過程和軋鋼原理與板材類似，但是使用的軋輥輥型完全不同。利用軋輥進行鋼材生產(chǎn), 因其過程連續(xù)、高效、可控且便于計算機等高新技術的應用, 在今后相當一段時間內(nèi), 以輥軋為特征的連續(xù)軋鋼技術仍將是鋼鐵工業(yè)鋼材成型的主流技術, 但軋鋼前后工序的銜接技術必將有長足的進步。在2O 世紀, 由于連鑄的發(fā)展, 已經(jīng)逐步淘汰初軋工序。而連鑄技術生產(chǎn)的薄帶鋼直接進行冷軋, 又使連鑄與熱

8、軋工序合二為一。鑄軋的一體化, 將使軋制工藝流程更加緊湊。同時, 低能耗、低成本的鑄軋一體化, 也是棒、線、型材生產(chǎn)發(fā)展的方向。1.2 研究內(nèi)容及目的在連軋機運行過程中，盤卷的運送過程，從加工完成至收集完畢，正個過程將連續(xù)性完成，并將由全自動化機械裝置來代替最初的人力運輸收集。隨著我國國民經(jīng)濟及科學技術的持續(xù)高速發(fā)展，人力已完全被機械代替，國內(nèi)外貿(mào)易量迅速增加，運輸業(yè)已經(jīng)提升到重要戰(zhàn)略的地位。今后，運輸機械需求將大幅上升，我國自行設計制造比重將大大增加。另外，運輸機械設計的性能參數(shù)不斷提高，新技術層出不窮，新型機械不斷出現(xiàn)，更新周期不斷縮短，設計標準、方法不斷完善。盤條運輸機主要有鏈式運輸機、

9、板式運輸機、運輸輥道和鉤式運輸機四種。（一） 鏈式運輸機輸送熱盤條用的鏈式運輸機有兩種型式，即托運式和托運式，目前多用托運式，托運式因容易造成表面表面劃傷而逐漸被淘汰。（二） 板式運輸機板式運輸機其實也是鏈式運輸機，只不過護板形式不同而已。（三） 運輸軌道近幾年來有些工廠也用軌道運輸盤條，這種運輸輥道的直徑小，輥子間隙小，如直徑為100毫米，中心距為150毫米，這樣小的軌距和軌徑給輥道傳動、軸承冷卻、潤滑等設計和制造帶來不少的困難。（四） 鉤式運輸機鉤式運輸機上要有鋼纜拖動、鏈條拖動和單獨電動機拖動三種。鋼纜拖動用于負載較小、運輸距離較短的情況下。當負載較大時鋼纜與驅(qū)動輪之間會發(fā)生打滑，此時常

10、用鏈條拖動來承受較大的載荷，并允許較長距離的運輸。但隨著所運送的盤卷加大和運輸距離增加鏈條自重將增大。因此，當盤卷重量大于1噸時，將采用每個掛鉤用一個電機傳動的方式。 鉤式運輸機的掛鉤小車當盤卷重量小于500公斤的時候一般采用雙輪；當盤卷大于500公斤時常采用四輪。鉤式運輸機的主要參數(shù)確定如下：1） 鉤子間距：S=D+(300500)（D為盤卷外徑，毫米）；2） 鉤式運輸機的運行速度：v=S/T(T為軋機的軋制節(jié)奏時間，秒)；3） 整個鉤式運輸機負荷：W=Qt/60(Q為軋機最大小時產(chǎn)量，噸/時；t為盤卷在鉤式運輸機上的冷卻時間，分，其大小應根據(jù)相近似的規(guī)格和盤重的實測生產(chǎn)資料確定)。4） 鉤

11、式運輸機的長度：L=vt/K×60(K為鉤式運輸機的有效利用系數(shù)，一般為0.60.8，主要決定于掛卷機和卸卷機間的空轉鉤數(shù)，依工藝布置具體確定)。鉤式運輸機正常生產(chǎn)中主要采用長期運轉工作制。為了適應不同產(chǎn)品的軋制節(jié)奏，鉤式運輸機的運行速度是可以調(diào)節(jié)的，其變化范圍決定于所有產(chǎn)品中最長和最短的軋制節(jié)奏之差。鉤式運輸機是軋鋼生產(chǎn)中廣泛使用的輸送工具,主要用于成品的收集運輸。由于其具有環(huán)境適應性強、收集平穩(wěn)、運輸能力強、運輸連續(xù)性好等優(yōu)點，因而在當今軋鋼生產(chǎn)中,發(fā)揮著重要作用。掛卷機用來承接鏈式運輸機或運輸輥道上運送來的盤卷，并將其翻掛在鉤式運輸機的掛鉤上。其傳動方式有電動、氣動兩種。卸卷機

12、是線材軋機的重要輔助設備之一，是用來承接鉤式運輸機運送來的盤卷，并將其翻掛至收集的小車上，其動力源有電動、氣動兩種，是完成連續(xù)軋機機械化、自動化不可或缺的機械設備。軋機輔助設備機械化和自動化程度以及生產(chǎn)能力的高低，直接影響著軋鋼生產(chǎn)現(xiàn)代化的發(fā)展和生產(chǎn)率的提高。隨著連續(xù)式軋機的發(fā)展，卸卷機得到了愈來愈廣泛的應用，使得連續(xù)軋機的機械化、自動化水平大大提高，解決了連續(xù)軋制中盤卷的卸載問題。本文主要研究加工完成的盤卷在鉤式運輸機上運送至其末端時盤卷的卸卷工作。在盤卷運動過程中，通過某一機構的運轉，將盤卷向上頂起一小段距離，并將其翻轉一定的角度，利用盤卷自身重力的作用，將盤卷收集在收集的小車上，運至目的

13、地。運輸機大大的解決了大型物品搬運的不便，隨著時間的發(fā)展，先進的機械將層出不窮，替人們解決種種難事，機械的發(fā)展將不斷推進人類的進步。1.3 本課題解決的關鍵技術本課題為翻轉式卸卷機的設計，要使這個機構能夠購完成將盤卷頂起并翻轉這一過程，故應選用四桿機構來完成這一動作。在設計其結構方案的過程中應先了解四桿機構的基本知識和對其運動情況進行分析。還應對機構在運轉過程中所受到的外力進行分析計算。配合盤卷在運輸機上的運輸速度以及盤卷大小、重量來決定機構的運轉周期，盡量將做到計算精確，做到每一個盤卷運輸?shù)揭欢ǖ奈恢脮r能夠順利脫鉤，并執(zhí)行翻卷的過程，保證其工作年限。2 結構方案的選定翻轉式卸卷機主要目的是將

14、鉤式運輸機上的盤卷在運行過程中將其卸載下來，在翻板往返翻轉過程中，其上托盤需將盤卷往垂直方向上托起，以完成盤卷的脫鉤動作，故選取曲柄搖桿機構為最終的執(zhí)行機構，如圖2-1所示。圖2-1 四桿機構曲柄搖桿以桿AB為主動桿，當桿AB做圓周運動的時候，將通過桿BC來帶動搖桿CD做來回搖擺運動，而托盤將安置于桿CD，通過桿CD的搖擺，托盤在垂直方向上將出現(xiàn)一定的高度差，利用這個高度差將運輸機上掛鉤上的盤卷脫離掛鉤，前提是這個高度差必須要大于脫鉤處鉤的長。在圖2-1所示的的四桿機構，若不考慮個運動副中的摩擦力及構件重力和慣性力的影響，則有主動件AB經(jīng)連桿BC傳遞到從動件CD上C點的力的將沿BC方向，力與C

15、點速度正向之間的夾角a稱為機構在此位置時的壓力角。而連桿BC和從動件CD之間所夾的銳角=稱為連桿在此位置時的傳動角。和a互為余角。傳動角愈大，對機構的傳力愈有利。所以，在連桿機構中常采用傳動角的大小及變化來衡量機構傳力性能的好壞。如圖2-2所示，機構處于死點位置，為了使機構能夠順利地通過死點而正常運轉，必須采取適當?shù)拇胧?，如可采用將兩組以上的相同機構組合使用，而使各組機構的死點互相錯開排列的方法，也可以采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用闖過死點，等等圖2-2死點位置1m/s，故選取執(zhí)行機構的運動周期為5s,所以主動桿的角速度為=12r/min。由于盤卷內(nèi)徑860mm，外徑1250mm，厚度

16、300mm，因此設計運輸機上掛鉤的基本尺寸如圖2-3所示。盤卷脫鉤位置鉤的高度為70mm，因此，盤卷被頂起的高度必須在70mm以上。圖 2-3 掛鉤假定桿AB長度為550mm，桿BC長度為1650mm，桿CD長度為1300mm，桿AC長度為1335mm,桿CD上托盤的位置為1200mm。各桿及盤卷初始位置如圖2-4所示。圖2-4 四桿機構初始位置隨著主動桿AB做逆時針運動，搖桿CD將做往返運動。而盤卷也將在同一時刻自右向左做勻速直線運動，搖桿CD上的托盤將在搖桿做順時針轉動的過程中與盤卷接觸，接觸位置如圖2-5所示。圖2-5 托盤與盤卷接觸位置當搖桿CD向右旋轉的過程中將盤卷向上抬起，直至盤卷

17、脫鉤，如圖2-6所示。圖2-6盤卷與掛鉤脫離的位置由圖2-3與圖2-5可知，在搖桿運動過程中，可將盤卷頂起90mm，大于掛鉤上鉤的高度70mm，盤卷可以順利脫鉤，因此，假定四桿機構各桿長度AB=550mm、BC=1650mm、CD=1300mm、AD=1335mm的方案可行。搖桿CD運動到垂直位置時盤卷將達到最高位置，如圖2-7所示。圖2-7 盤卷達到最高位置當搖桿CD繼續(xù)運動時，將會給予盤卷一個右下角的力，盤卷由于自身重力和搖桿CD的力，將會向下運動，逐漸脫離托盤，最終掉落于收集的小車上，如圖2-8所示。圖2-8 盤卷脫離托盤的位置2.3 各時間段機構運動對照機構在以個周期內(nèi)運動分析如圖2-

18、9所示，隨著時間的行走，機構將按照下圖所示各個時間點的運動規(guī)律做循環(huán)運動，直至工作機停止工作。圖2-9 各時間段運動分析3 動力部分的設計查表得電動機的滿載轉速在710r/min以上，而主動桿的轉速為=12r/min，因此減速器的傳動比應該在60以上，所以選擇減速器的a=650,i=70.87。動力源結構如圖3-1所示。圖3-1 按工作要求和條件選取Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。 工作所需的功率： （3-1） （3-2）所以： （3-3）由電動機至執(zhí)行機構之間的總效率（包括工作機的效率）為 （3-4）式中分別為齒輪傳動、聯(lián)軸器、電動機的效率。故 （3-5）所以，=3000&

19、#215;12××60×0.894kw=0.369kw (3-6) 0.480kw (3-7)電動機的轉速 =i*=12×70.87r/min=850.44r/min (3-8)查表得：選取電動機的滿載轉速為970r/min，其額定功率為7.5kw,大于0.48kw。故所選取電動機的型號為Y160M-6，額定功率為7.5kw，滿載轉速為970r/min。電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸如下表3-1所示。表3-1電動機外行尺寸中心高外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底腳安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑KD×E軸伸尺寸裝鍵

20、部位尺寸E×GD160600×417×385254×2101542×11012×494 傳動機構的設計由于電動機的型號為Y160M-6，其D=42mm，所以，聯(lián)軸器的主動端的軸孔直徑d應為42mm，故選用聯(lián)軸器I的類型為彈性柱銷聯(lián)軸器，型號為LX3，Y型軸孔，d=42mm,L=112mm,此聯(lián)軸器適用于連接兩同軸線的傳動軸系，并且有補償兩軸相對位移和一般減震的性能，工作溫度為-20-+70度左右。選用45號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理，屈服強度極限=355MPa,許用彎曲應力=60MPa,取安全系數(shù)為n=1.5。盤卷外徑為1250mm，故設定軸I

21、的長度為1000mm，盤卷重量為300kg，故軸受到的最大外力為3000N。如圖4-1所示。圖4-1 軸I受力圖由圖3-1可知，軸因外力對A點所產(chǎn)生的彎矩=1500×200+1500×800=1500000N.mm （4-1）因為軸I并不做圓周運動，且速度很小，產(chǎn)生的轉矩遠小于軸的彎矩，所以只以其彎矩來計算軸橫截面的大小。故 (4-2) （4-3）所以軸的最小直徑 （4-4）因為軸最小直徑大于等于62.996mm，因此選定軸的最小直徑=70mm, =80mm，=100mm。軸的具體結構如圖4-2所示。圖4-2 軸I （4-5）45號鋼為塑性材料，故 （4-6）軸最小直徑部分

22、受到的剪應力 （4-7）因此，軸各部分的強度足夠，軸I結構大小合理。選用45號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理，屈服強度極限=355MPa,許用彎曲應力=60MPa,取安全系數(shù)為n=1.5。軸II轉速軸II的功率 （4-8）軸II的轉矩 (4-9)按軸的許用剪應力來估算軸的最小直徑 （4-10）因軸上有鍵槽，應增大軸頸以考慮鍵槽對軸強度的削弱，則直徑應增大5%-7%，d61.09(1+7%)=65.37mm （4-11）軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮到該軸扭矩的大小，故選用彈性柱銷聯(lián)軸器，查設計手冊得聯(lián)軸器的型號為LX6的聯(lián)軸器 GB5014-2003,可知，與聯(lián)軸器相聯(lián)的軸的直徑為85mm，即軸的最小直徑為85mm。

23、根據(jù)軸系結構特點，結合后述尺寸，按比例繪制軸的草圖，如圖4-3所示。圖4-3 軸II軸II不受外力作用，故彎矩M=0所以，軸II最小直徑 (4-12)軸實際直徑為85mm，強度足夠。5 輔助結構的設計4.1 機架根據(jù)軸與軸承及各桿件的大小來設計機架各尺寸的大小，如下表5-1所示。表5-1名稱符號卸卷機機架本次設計取值/mm各尺寸關系/mm機架壁厚dd=20底板厚=20機架高hh>桿AB+100h=840底板長LL>桿AC+桿ABL=2800底板寬CC>軸I的長度C=1500底板凸緣厚度=20地腳螺栓直徑及數(shù)目，n=12，n=4軸承旁連接螺栓直徑=12機架凸緣厚度=80機架肋厚

24、mm=30地腳螺栓的間距、=2460、=1260軸承座外徑、=224、=224軸承端蓋螺釘直徑=10裝軸位置機架兩內(nèi)壁的距離、=980、=316機架外壁間距、=2400、=10004.2 鍵的選擇查表4-1（機械設計課程設計手冊）得軸II與聯(lián)軸器II相配合的鍵：b=25mm,h=14mm,t=9mm,t1=5.4mm，L=140mm軸II與配重相配合的鍵：b=25mm,h=14mm,t=9mm,t1=5.4mm，L=220mm軸I與翻板相配合的鍵：b=28mm,h=16mm,t=10mm,t1=6.4mm，L=100mm4.3 螺栓、螺母、螺釘?shù)倪x擇選用螺栓GB/T5782-2000,M12*112選用螺釘GB/T5782-2000,M10*25選用螺母GB/T6170-2000,M10和GB/T6170-2000,M12兩種。結 論通過這段時間的結構設計和論文撰寫過程，通過查閱、研究大量的相關文獻，分析相關領域的特色網(wǎng)站并結合實際，使我對機械機構設計方面的理論知識，包括對它的定義、內(nèi)涵、特點、功能、技術等方面的研究都有了更深的了解。并親自利用所學知識設計了利用四桿機構配合電動機及減速器的運轉，以達到運輸機上的盤卷在運動過程中得以卸卷的功能。