型鋼矯直機(jī)開題報(bào)告.doc

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱：650型鋼矯直機(jī) 學(xué)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)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(chǎn)中應(yīng)用品種最多、數(shù)量最大的鋼材之一。在軋制、運(yùn)輸、堆放等過(guò)程中，總會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，因此，在使用前必須進(jìn)行矯直。軋件在軋制、冷卻、運(yùn)輸過(guò)程中由于各種因素影響，往往產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生翼緣內(nèi)并、外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)；板材和帶材會(huì)產(chǎn)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(jī)上進(jìn)行矯正。 矯直作為一種精整技術(shù)，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個(gè)分支。尤其近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和精度的要求普遍提高，矯直技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對(duì)各種材料的質(zhì)量提出了更高的要求。因此活直作為一種精整技術(shù)已越來(lái)越得到工程技術(shù)人員的重視；矯直設(shè)備則已經(jīng)從過(guò)去的冶金行業(yè)的輔助設(shè)備發(fā)展為包括冶金和一些高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的加工設(shè)備。 我們知道，金屬條材在加工和運(yùn)輸過(guò)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(shù)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(chǎn)品或成品的質(zhì)量水平，矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步，雖然還有一些理論滯后于實(shí)踐的情況，不過(guò)，如今的矯直理論已經(jīng)進(jìn)入到了解析化和系統(tǒng)化的時(shí)代，并為數(shù)字化和信息化敞開了大門，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，矯直理論和矯直技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。 1.2國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 1.2.1 國(guó)外矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 在20世紀(jì)30-40年代，國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)和板材矯直機(jī)也迅速的發(fā)展起來(lái)，相應(yīng)的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀(jì)70-80年代，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)力量己相當(dāng)雄厚，矯直技術(shù)得到了不斷地改進(jìn)、發(fā)展和擴(kuò)充。英國(guó)的布朗克斯[BRONX]、德國(guó)的凱瑟[Kieserling]、德馬克[Demag]以及日本的一些品牌成為了矯直機(jī)領(lǐng)域的代表。此時(shí)的矯直概念則由原來(lái)狹義的彎曲矯直擴(kuò)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(dòng)矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長(zhǎng)矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變輥距矯直技術(shù)以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等。 近幾年國(guó)外關(guān)于矯直技術(shù)和矯直機(jī)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(shí)為提高矯直精度和控制水平，開展了對(duì)變形機(jī)理、改進(jìn)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(shí)用價(jià)值的成果。而且國(guó)外學(xué)者對(duì)矯直過(guò)程的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對(duì)扭轉(zhuǎn)變形矯直過(guò)程的實(shí)時(shí)控制的研究，以及Juen A．Robert對(duì)圓盤踞片矯直過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的研究等等。 1.2.2 國(guó)內(nèi)矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的矯直技術(shù)研究起步較晚，建國(guó)以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要才有了對(duì)矯直技術(shù)的研究。那時(shí)，矯直機(jī)主要靠進(jìn)口。從70年代開始，許多學(xué)者對(duì)輥形設(shè)計(jì)做了理論和試驗(yàn)研究。在1980年，中國(guó)金屬壓力加工學(xué)會(huì)在衡陽(yáng)專門召開了“輥形專題會(huì)議”。通過(guò)這次學(xué)術(shù)交流會(huì)，產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。到了80年代，國(guó)內(nèi)對(duì)矯直技術(shù)的研究已有了相當(dāng)?shù)某晒?。在轉(zhuǎn)轂矯直技術(shù)方面，創(chuàng)造了中國(guó)首創(chuàng)的雙向旋轉(zhuǎn)矯直法。在80年代末，東北大學(xué)的崔甫教授研制了矯直F200復(fù)合轉(zhuǎn)轂式高精度棒材矯直機(jī)，并首先提出了雙交錯(cuò)輥系的新方法。從90年代后，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面邁出了一大步。我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、雙向反彎輥形2輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、液壓矯直自動(dòng)切料機(jī)和平行不等輥距矯直機(jī)等方面有了很大突破，各種矯直機(jī)的矯直質(zhì)量均有突破。 近年來(lái)，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面取得了很大進(jìn)步，在矯直機(jī)械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績(jī)，很多學(xué)者開始利用有限元分析和解析的方法來(lái)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(xué)模型，壓彎量及工件殘余應(yīng)力等都成為了人們的研究對(duì)象。在過(guò)程控制方面，正由人工控制逐漸向計(jì)算機(jī)控制，由單機(jī)控制向全線計(jì)算機(jī)控制發(fā)展，在矯直機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設(shè)備格逐漸被淘汰或改造?，F(xiàn)在矯直技術(shù)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(dòng)化的環(huán)保型矯直設(shè)備。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯直速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)西安重型機(jī)械研究所和太原重型集團(tuán)等企事業(yè)部門在矯直機(jī)的研究和生產(chǎn)上代表了國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先的水平，在棒材、型材和板材矯直機(jī)的研制上都取得了一定的成績(jī)。 但是，在取得成績(jī)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機(jī)壓上式結(jié)構(gòu)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(jī)當(dāng)前研究狀況 在型材矯直方面，國(guó)外學(xué)者重點(diǎn)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(yīng)力的研究》一文，通過(guò)建立彈塑性模型，從理論上研究了鋼軌矯直過(guò)程，通過(guò)建立三維有限元模型，全面仿真了矯直時(shí)鋼軌內(nèi)的殘余應(yīng)力變化等，并結(jié)合試驗(yàn)和已有文獻(xiàn)，徹底分析了鋼軌內(nèi)應(yīng)力的分布及對(duì)鋼軌性能的影響。文中運(yùn)用于模型仿真，很值得借鑒。比較全面的還有美國(guó)的Vamey的《輥式矯直機(jī)理》，以鋼軌為例，全面分析了輥式矯直的過(guò)程，殘余應(yīng)力的變化等。俄羅斯學(xué)者volego.I.F則是從理論和試驗(yàn)角度，建立了鋼軌矯直的數(shù)學(xué)模型，研究了合理的壓下方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。 型材的矯直都是在輥式矯直機(jī)上進(jìn)行的。根據(jù)各個(gè)參數(shù)及矯直工藝等的不同，輥式矯直機(jī)也有多種形式，最常見的一種就是平行輥矯直機(jī)。它是反復(fù)彎曲式矯直機(jī)的一種，是連續(xù)性反復(fù)彎曲的矯直設(shè)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(cuò)布置若干個(gè)互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進(jìn)行多次反復(fù)壓彎以達(dá)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(zhì)量。 在輥式型材矯直機(jī)中，由于懸臂式結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)擁有更多的優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的此類矯直機(jī)基本上都采用了懸臂式結(jié)構(gòu)。而正在國(guó)外，矯直輥壓上式結(jié)構(gòu)也普遍得以開發(fā)和應(yīng)用，如日本住友公司生產(chǎn)的1200mm7輥式型鋼矯直機(jī)，就是壓上式結(jié)構(gòu)，它采用無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)，可針對(duì)任意斷面尺寸及材質(zhì)的工件而選用合適的矯直速度，以保證充分利用設(shè)備能力。還有瑞士的ZDAS公司，可以生產(chǎn)各種類型的矯直機(jī)，在型材矯直機(jī)方面不但可以生產(chǎn)傳統(tǒng)的型材矯直機(jī)，還可以生產(chǎn)變輥距型材矯直機(jī)和變輥位型材矯直機(jī)，而且很多型號(hào)均采用了壓上和懸臂式結(jié)構(gòu)（圖 1）。其產(chǎn)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(guó)內(nèi)由于對(duì)壓上式結(jié)構(gòu)的研究還不是很多，大多仍然采用壓下式結(jié)構(gòu)。 圖 1 ZDAS公司懸臂矯直機(jī) 1.2.4 矯直技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 綜合近些年國(guó)內(nèi)外的研究，可以看到：在矯直過(guò)程的變形機(jī)理方面向精度定量的方向進(jìn)一步發(fā)展，如：拉力對(duì)矯直的作用，在斜輥矯直機(jī)上壓緊力對(duì)矯直的作用等；在改進(jìn)矯直工藝及改進(jìn)矯直設(shè)備方面，如采用最佳壓下方案，采用恒功率制度，用振動(dòng)矯直代替旋轉(zhuǎn)矯直，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的變輥距矯直是大型矯直機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)；在過(guò)程控制方面，隨著工業(yè)控制水平的不斷提高，矯直機(jī)電氣控制已上了一個(gè)新臺(tái)階，設(shè)備級(jí)控制趨向簡(jiǎn)單化，工廠級(jí)監(jiān)控、相關(guān)設(shè)備間聯(lián)動(dòng)、智能化控制，已是傳動(dòng)及基礎(chǔ)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。 國(guó)內(nèi)許多學(xué)者也都致力于對(duì)現(xiàn)行矯直機(jī)部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。同時(shí)希望通過(guò)優(yōu)化矯直規(guī)程，提高設(shè)備的工作效率。一些新型技術(shù)也獲得的長(zhǎng)足的發(fā)展如：為了擴(kuò)大產(chǎn)品品種范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，近年來(lái)國(guó)外在型鋼矯直機(jī)中，大量采用不等輥距和可變輥距的開式輥式矯直機(jī)。為提高矯直速度和矯直精度，國(guó)外采用長(zhǎng)尺軋制、長(zhǎng)尺冷卻、長(zhǎng)尺矯直等技術(shù)。 型材矯直機(jī)采用壓上式結(jié)構(gòu)將是未來(lái)發(fā)展的方向，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將使機(jī)架上部結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，操作環(huán)境的光線會(huì)更好，在采用吊車換輥操作的時(shí)候可以避免輥?zhàn)踊虻踯嚺c機(jī)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(nèi)容，擬解決的主要問題 2.1研究的基本內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1)根據(jù)矯直材料和相關(guān)參數(shù)，計(jì)算矯直力和矯直力矩。 2)矯直機(jī)整體，各主要部件的設(shè)計(jì)以及主要零件的強(qiáng)度校核。 a)650型鋼矯直機(jī)整體設(shè)計(jì)； b)矯直機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)； c)矯直機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算； d)主要零件的強(qiáng)度分析。 3)650型鋼矯直機(jī)總裝配圖、軸及壓下機(jī)構(gòu)裝配圖及關(guān)鍵零件工程圖的輸出。 4）設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。 5）翻譯外文文獻(xiàn)。 2．?dāng)M解決的主要問題 1) 為克服普通壓力矯直機(jī)效率低，質(zhì)量差的缺點(diǎn)，適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)的需要合理設(shè)計(jì)計(jì)算矯直機(jī)的力能參數(shù)； 2) 650型鋼矯直機(jī)輥系及壓下裝置的選型、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)并校核關(guān)鍵零件的強(qiáng)度； 3)總裝配圖、輥系及壓下機(jī)構(gòu)裝配圖及關(guān)鍵零件工程圖的輸出。 4）外文文獻(xiàn)的翻譯。 三、研究步驟、方法及措施 1)查閱收集資料，確定設(shè)計(jì)方案； 2)利用已知的數(shù)據(jù)初步設(shè)計(jì)輥系參數(shù)，計(jì)算矯直力和矯直力矩； 3)手工繪制草圖，完成主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4)對(duì)主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，可行性分析； 5)運(yùn)用inventor繪制關(guān)鍵部件的零件圖； 6)書寫電子版說(shuō)明書； 8）整理畢設(shè)資料，準(zhǔn)備答辯。 四、研究工作進(jìn)度 第一階段（1-4周）：收集資料消化圖紙確定方案，開題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述。 第二階段（5-6周）：計(jì)算力能參數(shù)、主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第三階段（7-8周）：完成手工儀器繪制的圖紙，并對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行零件交合。 第四階段（9-10周）：完成部分三維圖紙并準(zhǔn)備中期匯報(bào)。 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(guān)零件的二維圖紙。 第六階段（14-15周）：請(qǐng)老師知道修改圖紙和編寫說(shuō)明書。 第七階段（16-18周）：制作PPT，翻譯文獻(xiàn)，打印圖紙、說(shuō)明書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 五、主要參考文獻(xiàn) [] 李劍鋒. 型鋼拉伸矯直機(jī). 《煤礦機(jī)械》, 2000，05：1； [2] 鄒家祥.軋鋼機(jī)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(jī)改造.《冶金設(shè)備管理與維修》.2009， 27，5：1； [4] 劉新偉.輥式矯直機(jī)傳動(dòng)形式及特點(diǎn)介紹[J].一重技術(shù).2001，4：9-11 [5] 矯慶春，黃曉娟.矯直機(jī)矯直輥設(shè)計(jì)分析[J].冶金設(shè)備.2005，(3)：26—28 [6] 于鳳琴. 平行交錯(cuò)布置型鋼輥式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)研究.燕山大學(xué)學(xué)報(bào).2007， 3：1 [7] 崔甫.矯直原理與矯直機(jī)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(jī)電氣控制發(fā)展趨勢(shì). 一重技術(shù).2002，01； [9] 董林.STG-12變輥距型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算.冶金設(shè)備.2004，2：1； [10] 胡國(guó)棟. 軋鋼生產(chǎn)工藝及設(shè)備[M]. 燕山大學(xué), 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 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