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矫直机毕业论文

时间:2017-12-06 22:34:08

  毕业设计(论文) 摘要


  矫直机毕业论文


  800辊距型钢矫直机的设计与开发


  -I -


  毕业设计(论文) 摘要 摘 要


  随着国民经济的快速发展和生产规模的不断扩大,客户对钢材的质量和精度要求越来越高,一些板材、型钢和管材必须经过矫直过程才能达到用户要求。矫直质量已经成为衡量产品竞争力的重要标准。在这种背景下,矫直技术得以迅速发展,应用也越来越广泛。辊式矫直机是目前应用最为广泛的一种矫直机。也是矫直技术发展最为完善的一种矫直机。


  在文中介绍了矫直机的基本参数的设计过程和相关参数的选取。从矫直产品的规格出发,以36#工字型钢为最大工作要求,依据矫直的基本原理,结合现代设计理论,完成了设计任务,达到了设计目的。其主体设计为辊系上下调整机构、左右串动调整机构、压下机构和机架等机构。在设计过程中,作者应用 SolidWorks 软件对辊距为800mm的型钢矫直机进行三维的初步建模,并应用CAXA软件对模型进行工程图的绘制,同时对相关的参数设计进行了初步研究。


  关键词:型材矫直机;悬臂式;矫直原理;压下规程


  -II -


  毕业设计(论文) 摘要


  800 profile steel straightening machine


  design and development


  Abstract


  With the rapid development of economic and expansion of production, the quality and precision of steel are demanded by customers higher and higher, and some sheet and tube must be straightened to reach the requirements of users. Straightening quality has become the important standard to measure product competitiveness. Under these circumstances, leveling technology has developed greatly, and has been widely used.Roll straightener is a kind of straightening machine which is currently the most widely used and owns the most perfect straightening technology.


  In this article the straightening machine designed is to belong to cantilever frame structure ,the normal form of straightener for now. cantilever structure operation convenient for changing rolls , and adjust flexibly. It has 9 roll system totally, divided into two lines, rolls are in the equal distance up and down, the rollers are arranged fluctuational in two line crisscross, and parallelly. It can straightening most profiles.Such as joist steel, slot steel, angle steel, square steel, rail, etc.


  In this paper introduces the basic parameters of the straightener the design process and related parameters selection.From the specifications of the products, the straightening


  based on the basic principle of straightening, has completed the design task,and reach the design purpose. The main design are the roll system for up and down, the adjusting mechanism of dynamic adjusting mechanism, press agencies and frame institutions . In the design process, The author application software SolidWorks to design the 800mm distance steel straightening machine for 3 d modeling, And applicate the CAXA software to model engineering drawing, At the same time,carry out a preliminary study of levant parameters.


  Key words: profile steel straightening machine; cantileverstraightening


  machine;straightening principle; the pressure rules


  -III -


  毕业设计(论文) 摘要


  目 录


  摘要 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。 ABSTRACT ............................................................................................................................. III


  第1章 绪论 .................................................................................................................... 1


  1.1


  1.2 课题研究的目的和意义 .......................................................................................... 1 国内外矫直机研究现状及发展动态 .................................................................. 1


  1.2.1


  1.2.2


  1.2.3


  1.2.4 国外矫直机的发展现状 ....................................................................................... 1 国内矫直机的发展现状 ....................................................................................... 2 型材矫直机当前研究状况 ................................................................................... 3 矫直技术的发展趋势 ........................................................................................... 4 本课题研究内容及方法 .......................................................................................... 4 1.3


  第2章 矫直原理及矫直机参数设计 ............................................................... 7


  2.1 矫直原理及辊式矫直机 .......................................................................................... 7


  辊式矫直机工作原理 ........................................................................................... 7


  矫直机的分类 ....................................................................................................... 9


  压下方案的分析 ................................................................................................. 10


  2.2 矫直方案的选择与力能参数计算 ..................................................................... 11


  2.2.1 辊距 ..................................................................................................................... 11


  2.2.2 辊长 ..................................................................................................................... 12


  2.2.3 矫直方案的选择 ................................................................................................. 12


  2.2.4 基本参数计算 ..................................................................................................... 12


  2.2.5 力能参数计算: ................................................................................................. 14


  2.2.5.1矫直力与矫直弯矩 .......................................................................................... 14


  2.2.5.2轴承压力 .......................................................................................................... 15


  2.2.5.3矫直辊转矩 ...................................................................................................... 16


  2.2.6 轴承的选取与校核 ............................................................................................. 20


  2.3 上、下辊系轴的校核 ............................................................................................ 23 2.1.1 2.1.2 2.1.3


  2.4 技术参数.................................................................................................................... 26


  第3章 矫直机的主要结构特点 ........................................................................ 29


  第4章 零件建模与三维装配 ............................................................................. 35


  4.1 基于SOLIDWORKS的零件建模的若干方法 .......................................................... 35


  4.1.1


  4.1.2


  4.1.3 Toolbox插件的模型导出 ................................................................................... 37 “曲线”插入法 ................................................................................................. 37 基于二维软件(CAXA)的三维造型 .............................................................. 35


  -IV -


  毕业设计(论文) 摘要


  SolidWorks软件辅助装配体设计 ..................................................................... 39


  应用SolidWorks进行装配 ................................................................................ 39


  4.2 800型钢矫直机的三维结构模型 ..................................................................... 40 4.1.4 4.1.5


  第5章 经济环保性分析 ........................................................................................ 41


  第6章 结论 .................................................................................................................. 43 参考文献 ............................................................................................................................. 45 结束语 .................................................................................................................................. 47 外文翻译 ............................................................................................................................. 49


  -V -


  毕业设计(论文) 第1章 绪论


  第1章 绪 论


  1.1 课题研究的目的和意义


  矫直作为一种精整技术,始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来,随着社会的发展,人们对产品质量和精度的要求普遍提高,矫直技术发展迅猛,应用也越来越广泛。如今,工业发展方向是高、精、尖,对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视;矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。


  弹塑性力学是固体力学的一个重要分支,是研究弹性和弹塑性物体变形规律的一门学科,比材料力学及结构力学研究范围更广泛,研究方法更精确,是分析和解决许多工程技术问题的基础和依据,矫直理论就是在弹塑性理论的基础上发展起来的。它属于金属加工学科的一个分支。但随着冶金行业的不断发展,矫直机械也己经从过去的冶金行业发展到其他一些高技术领域,如仪器仪表制造业、汽车、船舶和飞机制造业,石油化工业、建筑材料业、机械装备制造业以及精密加工制造业等领域。由此可以看出矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本,而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本,而且标志着一个国家的工业水平,直接关系到工业产品的竞争力。在讲求质量、效益的今天,矫直技术在工业领域的重要性更加突出。


  我们知道,金属条材在加工和运输过程中,常因受外力、温度等变化发生弯曲,扭曲变形,为了解决这种弊端,矫直技术应运而生。矫直技术就多用于金属条材加工的后部工序,在很大程度上决定着产品或成品的质量水平,矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的进展,相应的矫直理论也取得了很大的进步,虽然还有一些理论滞后于实践的情况,不过,如今的矫直理论已经进入到了解析化和系统化的时代,并为数字化和信息化敞开了大门,随着计算机技术的发展和普及,矫直理论和矫直技术还有很大的发展空间。


  1.2 国内外矫直机研究现状及发展动态


  1.2.1 国外矫直机的发展现状


  在20世纪30~40年代,国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机也迅速的发


  - 1 -


  毕业设计(论文) 第1章 绪论 展起来,相应的理论研究也取得了一定的成果。到了20世纪70~80年代,国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚,矫直技术得到了不断地改进、发展和扩充。英国的布朗克斯(BRONX)、德国的凯瑟琳(Kieserling)、德马克(Demag)以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直,提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。


  近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度,提高控制水平及改善环境方面。同时为提高矫直精度和控制水平,开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究,取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多,如Dvide E.Hardt等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究,以及Juen A.Robert对圆盘锯片娇直过程实现自动控制的研究等等。


  1.2.2 国内矫直机的发展现状


  我国的矫直技术研究起步较晚,建国以后,随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时,矫直机主要靠进口。从 70 年代开始,许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在 1980年,中国金属压力加工学会在衡阳专门召开了“辊形专题会议” 。通过这次学术交流会,产生了等曲率反弯辊形计算法。 到了 80 年代,国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂矫直技术方面,创造了中国首创的双向旋转矫直法。在80 年代末,的崔甫教授研制了矫直 F200复合转毂式高精度棒材矫直机,并首先提出了双交错辊系的新方法。从 90 年代后,我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向反弯辊形2 辊矫直机、复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等辊距矫直机等方面有了很大突破,各种矫直机的矫直质量均有突破。


  近年来,我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步,在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩,很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身,从不同角度建立了矫直状态下的数学模型,压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面,正由人工控制逐渐向计算机控制, 由单机控制向全线计算机控制发展,在矫直机结构设计方面,正在向精密化、大型化发展,老设备将逐渐被淘汰或改造。现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫直设备。既要求有高质量,又要有高矫直速度,在产品上能满足


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  毕业设计(论文) 第1章 绪论 大规模生产的需求,而且还必须降低工作噪声,操作上实现完全自动化。


  现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机的研究和生产上代表了国内的领先的水平,在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。


  但是,在取得成绩的同时,国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做,如型材矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平等等。


  1.2.3 型材矫直机当前研究状况


  在型材矫直方面,国外学者重点放在了钢轨矫直,有代表性的是澳大利亚的


  G.Schleinzer的《钢轨辊式矫直残余应力的研究》一文,通过建立弹塑性模型,从理论上研究了钢轨矫直过程,通过建立三维有限元模型,全面仿真了矫直时钢轨内的残余应力变化等, 并结合试验和己有文献, 彻底分析了钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。文中运用子模型仿真, 很值得借鉴。 比较全面的还有美国的Vamey的 《辊式矫直机理》,以钢轨为例, 全面分析了辊式矫直的过程, 残余应力的变化等。 俄罗斯学者 Volego.I.F则是从理论和试验角度,建立了钢轨矫直的数学模型,研究了合理的压下方案,并进行了试验验证。


  型材的矫直都是在辊式矫直机上进行的。根据各个参数及矫直工艺等的不同,辊式矫直机也有多种形式, 最常见的一种就是平行辊矫直机。 它是反复弯曲式矫直机的一种,是连续性反复弯曲的矫直设备。它把间断的压力矫直法变成辊式连续矫直法,从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直辊,按递减压弯规律进行多次反复压弯以达到矫直目的。这种方式不仅能显著提高工作效率,而且能获得很高的矫直质量。


  在辊式型材矫直机中,由于悬臂式结构比简支式结构拥有更多的优点,所以现在国内外的此类矫直机基本上都采用了悬臂式结构。而且在国外,矫直辊压上式结构也普遍得以开发和应用,如日本住友公司生产的1200mm×7辊式型钢矫直机,就是压上式结构,它采用无极调速系统,可针对任意断面尺寸及材质的工件而选用合适的矫直速度, 以保证充分利用设备能力。 还有瑞士的ZDAS公司, 可以生产各种类型的矫直机,在型材矫直机方面不但可以生产传统的型材矫直机,还可以生产变辊距型材矫直机和变辊位型材矫直机,而且很多型号均采用了压上和悬臂式结构(图1.1)。其产品系列随着辊距的变大,矫直速度从1.6m/s到14m/s不等。


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  毕业设计(论文) 第1章 绪论


  图1.1 瑞士ZDAS公司生产的型材矫直机


  而在国内由于对压上式结构的研究还不是很多,大多仍然采用压下式结构。


  1.2.4 矫直技术的发展趋势


  综合近些年国内外的研究,可以看到:在矫直过程的变形机理方面向精度定量的方向进一步发展,如:拉力对矫直的作用,在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用等;在改进矫直工艺及改进矫直设备方面,如采用最佳压下方案,采用恒功率制度,用振动矫直代替旋转矫直,单独驱动的变辊距矫直是大型矫直机发展的趋势;在过程控制方面,随着工业控制水平的不断提高,矫直机电气控制已上了一个新台阶,设备级控制趋向简单化,工厂级监控、相关设备间联动、智能化控制,已是传动及基础自动化发展的必然趋势。


  型材矫直机采用压上式结构将是未来发展的方向,因为这种结构将使机架上部结构更加简化,操作环境的光线会更好,在采用吊车换辊操作的时候可以避免辊子或吊车与机架上部压下装置的磕碰,减少事故的发生,从另一角度而言,换辊工作将更加方便。


  1.3 本课题研究内容及方法


  根据型钢的实际尺寸和变形情况,根据矫直的理论公式进行型钢矫直机的原型开发,确定结构参数、力能参数和工艺参数并采用solidworks软件建立实体模型,并进行装配。其中,机架由焊接钢结构的左右两片式牌坊构成;在允许的范围内,通过减小辊距的方式消除不均匀矫直力;采用带有独立动力的蜗轮蜗杆传动系统对矫直辊的垂直方向位置进行调整;设计导入辊和导出辊完成型材的导向;通过联轴器、齿轮箱和万向传动轴对


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  毕业设计(论文) 第1章 绪论 矫直辊进行单独传动等设计方案完成设计任务。绘制装配图、部件图、零件图等,对不合理的地方进行二次修改。最后书写论文阐述设计过程。


  a) 矫直所需矫直力、轴承受力及矫直力矩,确定辊距等机体参数


  b) 传动功率计算,电动机类型选择


  c) 矫直过程的驱动方式设计


  d) 机架结构、矫直辊的驱动、矫直辊的位置调整、辊型等各部分设计


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  毕业设计(论文) 第1章 绪论


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  毕业设计(论文) 第1章 绪论


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  2.1 矫直原理及辊式矫直机


  2.1.1 辊式矫直机工作原理


  辊式矫直机是目前应用最为广泛的一种矫直机。也是矫直技术发展最为完善的一种矫直机。辊式矫直机可以矫正板带材和型材。其种类繁多,按用途可分为板材和型材两类矫直机;还可按板厚来分,可分为厚、中、薄三类板材矫直机;还有按重型和普通型来区分板材矫直机的;用板宽来编排矫直机系列也是一种方法。从趋势上看以厚度来区分板材矫直机是最基本的方法。


  辊式矫直机属于连续性反复弯曲式矫直机,是在压力矫直机的基础上而发展起来的,它克服了压力矫直机断续工作的缺点,使矫直效率成倍提高,使矫直工序得以进入连续生产线,这在技术上是一次较大的跨越。其理论基础就是金属材料在较大弹塑性弯曲条件下,不管其原始弯曲程度有多大差别,在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小,甚至会趋于一致,从而达到矫直目的。


  图2.1 平行辊矫直的7种典型辊系


  在生产实际中,工件原始曲率的大小和方向均是不相同的,辊式矫直机的矫直原理


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  就是使工件在矫直辊压下力的作用下,在同一工作平面内通过交错配置的工作辊进行反复压弯,工件发生弹塑性变形,直到残余曲率逐渐减小为零,工件趋于平直。因此,辊式矫直机必须具有两个基本特征:第一是具有相当数量交错配置的矫直辊,实现多次反复弯曲的能力;第二是压弯量可以调整,能实现矫直所需要的压弯方案。


  平行辊矫直机发展历史较长,辊系结构形式很多,且主要与用途有关,其次也与矫直质量有关。如图2.1为平行辊矫直机的7种典型辊系。辊系a主要用于热矫厚板、粗矫板材等;辊系b主要用于热矫板材;辊系c是一种灵活性较大的多用途辊系;辊系d是按线性递减压下的板材矫直辊系;辊系e是型材矫直的常用辊系,各上辊单独调整可采用各种压下方案;辊系f是矫直板材的辊系,带有支撑背辊。


  辊式矫直机有很长的发展历史,辊系的结构也有很多形式,总体来说有七种典型的辊系结构。包括上辊组平行升降的辊系;两端辊单独可调的辊系;上辊可单项倾斜的辊系;按线性递减压下的辊系;各上辊单独可调式的辊系;四重式和六重式辊系。800型钢矫直机所一应用的辊系类型为各上辊单独可调式的辊系,如图2.2所示。


  图2.2 上辊可调辊系结构


  由于H型钢的断面结构特点, H型钢的连续矫直是采用平式辊矫,弯曲的轧件进入矫直机后,在交错排列的矫直辊外力作用下,弯曲部位产生一定的反弯曲,使该部位产生一定的塑性变形,通过矫直机后,H型钢经弹性回复便达到平直状态,实现矫直的目的 如图2.3所示。


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  图2.3 矫直辊矫直型钢示意图


  这种辊系的压下量可单独调整,能精确设定各矫直辊的压下量,有利于合理的制定压下规程。压下量可调式辊系的矫直机是现代应用最为普遍的一种矫直机,不论是板材还是型材,都能达到很好的矫直效果。不仅能矫直型材的主弯曲,在增加轴向调节的条件下也能矫直其侧弯曲;不仅能矫直板材的纵向波浪,在增加弯辊措施后,也能矫直其横向波浪,即矫直其瓢曲。


  除这些典型的辊系外,近代学者还研究出一些新型辊系,包括异辊距辊系,变辊距辊系,双交错矫直辊系等。这些新型的矫直机改善了原有矫直机的设计,使矫直质量进一步提高,为缩短空矫区和消除断轴事故提供了有利的解决条件。


  随着矫直技术的进步,对辊式矫直机的要求也越来越高。新一代的矫直机一般都采用计算机控制,包括控制辊位、设定压弯量及矫直的全过程,这些研究也取得初步的成果,但还有待继续研究。


  2.1.2 矫直机的分类


  矫直机的种类和规格都很多,分类依据也不少。按照工作原理矫直机可以分为五大类:反复弯曲式矫直机、旋转弯曲式矫直机、拉伸矫直机、拉弯矫直机和拉坯矫直机。


  其中,普通型材辊式矫直机是指辊距相等,上下两行交错排列辊轴且平行的型材矫直机,可以矫直大多数的型材,如工字材、槽型材、角材、方材、钢轨等。但是由于型材的多样性,矫直机的适用范围很有限。按照机架结构可以分为简支结构和悬臂结构,由于悬臂结构换辊方便,操作调整灵活,加上如今轴承的承受载荷能力大大提高,现在的矫直机基本都使用悬臂结构。


  异辊距型材矫直机是指其辊距不相等,而且不相等的形式也很多,如辊距递减式、先增后减式、先减后增式等。根据形式的不同,其优点也有所不同,如矫直力更均衡、减少空矫区长度、有利于压弯量的实现等等。


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  图2.3 反复弯曲式矫直机分类


  压力矫直机是最简单的矫直设备,它工作时将工件支承在工作台的两个活动支点间,用压头对准最弯部位进行反向压弯,当压弯量与工件弹复量相等时,压头撤回后工件的弯曲部位变直。


  变辊距型材矫直机的辊距可以适当调整以扩大矫直范围。像工字钢这样的大断面型材,在矫直时需要较大辊距的矫直机才能完成其矫直任务,而这类产品的规格多,产量小,因此就要考虑一台机器可以尽量矫直更多不同断面大小的型材,也就是其矫直范围要扩大,变辊距型材矫直机就可以实现这样的功能。较大的辊距有利于较大规格,强度较高,原始曲率梯度小的型钢矫直;较小的辊距有利于较小规格,强度较低,原始曲率梯度大的型钢矫直 变辊位型材矫直机是一种新型的型材矫直机,它是以变辊位的方式代替变辊距的矫直方式来达到扩大矫直范围的目的。


  除了这些矫直机还有很多种类型,其结构和矫直原理也都不尽相同,如矫直圆材的2斜辊矫直机、拉伸弯曲矫直机等等。


  2.1.3 压下方案的分析


  矫直机的压下规程是保证生产质量的依据。合理的压下规程可以提高矫直质量和矫直精度,降低设备能耗,延长设备的寿命。为保证获得在公差允许范围内的平直工件,根据工件的规格、材质、原始弯曲及翘曲程度的不同,要制定不同的压下规程。


  辊式矫直机广泛应用于矫直各种规格、各种材质的金属条材,在一条机列中往往置于主机之前作粗矫直及喂料用。工件连续通过交错排列且转动着辊子,得到多次反复反向的弯曲,如果辊子的压下量调整适当,可使工件不同原始曲率迅速变为均一的曲率,逐渐将工件矫平。


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  目前压下规程制定的方法主要有经验法和理论法,经验法是依靠工人的经验并用试调的办法来调整各辊的压下量,这种调整方法效率低,矫直质量差,浪费大,矫直达不到理想的效果。随着自动化的发展应用,理论法受到人们的重视。理论法是根据矫直原理通过计算得出各个辊子的弯曲挠度,从而算出可调辊的压弯量来制定压下规程。


  随着矫直机自动化的发展,理论法是大有前途,因为它可将经验法的思想融入到理论法中来。


  矫直机矫直方案的合理确定,不仅可以有效地矫正工件,使工件平直,板形质量得到改善,而且可以降低设备的承载能力和提高经济效益。矫直机压弯量的计算是生产实践中制定矫直规程的依据,


  在辊式矫直机上,按照每个辊子使工件产生的变形程度不同,主要可以分成两种矫直方案。


  第一种为小变形原则矫直方案,即逐步矫直法。小变形原则矫直方案是假设矫直机上排工作辊可以单独调整,每个辊子采用的压弯量恰好能完全矫正前面相邻辊子处的最大残余曲率,使残余曲率逐渐减小的矫直方案。条材经过反复弯曲和弹复,最大原始曲率的部分被矫直,原来平直的部分被压弯,形成新的最大弯曲,如此反复,直到条材被矫直。采用这个方案各辊的压下量相对较小,所以消耗的功率小,但是原始曲率消除缓慢,要达到既定的矫直质量就必须增加矫直辊的数量,从而导致矫直机设备结构复杂。


  第二种为大变形原则矫直方案,即小残差递减方案。大变形原则矫直方案是在前面几个辊子上采用很大的反弯曲率,使工件的各部分弯曲变形总曲率均达到很大的数值。这样就可以使残余曲率的不均匀性迅速减小,后面几个辊子采用小变形矫直法,使工件的反弯曲率逐渐减小,使工件趋于平直。采用这种方案,可以用较少的辊子获得较好的矫直质量。但是过分增加工件的变形程度会使对加工硬化明显的材料及大断面系数的工件增加其内部的残余应力,影响产品质量,而且会加大矫直机的能量消耗。


  2.2 矫直方案的选择与力能参数计算


  2.2.1 辊距


  通常辊距与辊径的结构关系用下式表示


  pD (2.1)


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  本设计辊子压弯量可以单独调节,α取1.11,所以D=800/1.11=720mm。


  2.2.2 辊长


  辊子长度主要决定于工件宽度及孔型线数。其次要考虑辊子两端及孔型间的结构余量。因此型钢矫直辊辊身长为


  LnBmax(n-1)*b+a (2.2)


  LnBmax(n-1)*b+a1*14056=196mm


  n: 孔型线数,取1。


  Bmax: 工件的最大宽度,36c#工字钢为140mm。


  a: 辊端的结构余量,a=(0.2~0.6),Bmax=0.4*140=56,取a为56mm。


  2.2.3 矫直方案的选择


  弯曲程度并不相同的金属材料经过矫直辊的多次反复弯曲,在较大弹塑性弯曲条件下,弹复后所残留的弯曲程度差别会显著的减少,所以在矫直机设计时就要尽量消除各辊处的残留挠度差(曲率差),进而达到矫直的目的。


  减少或消除残留曲率差的方法基本有三种:小变形矫直法(逐步矫直法)、线性递减矫直法以及大变形矫直法(大压弯小残差矫直法),本设计将采用大变形矫直方案,对工字钢进行立放矫直。


  2.2.4 基本参数计算


  本设计用于矫直型钢,800辊距矫直机可矫最大的工字钢牌号为36c#,故将以36c#工字钢为例进行如下的一系列计算。


  工字钢截面示意图及各参数含义如下图(图2.4)所示。


  图2.4 工字钢截面示意图参数


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  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  36c#型钢的基本参数如下表所示(GB/T 706-1988):


  表2.1 36c#型钢的基本参数表


  图2.5 工字钢结构化简模型图


  设


  b1=b-d,h1


  h2t 为腹板高。


  36c#型钢的翼板厚度系数和模板厚度系数计算如下: 翼板厚度系数:


  


  b1


  b


  


  b1140b141400.9


  腹板厚度系数:


  


  h1


  h


  


  h1360h2*15.83600.9122


  断面的弹性极限弯矩为:


  bh2M3t6


  (1)t M0.1400.3602


  t6


  (10.90.91223)235106225.2kNm


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  2.3)2.4)2.5) ( ( (


  毕业设计(论文) 第2章 矫直原理及矫直机参数设计


  根据大变形矫直方案,可以确定九辊矫直机对工字钢进行七次矫直的弯矩比分别为:


  1.8,1.75,1.7,1.65,1.6,1.55,1.5 ,即:


  M21.8,


  M31.75,


  M41.7,


  M51.65,


  M61.6,


  M71.55,


  M81.5


  2.2.5 力能参数计算:


  矫直机的力能参数包括矫直力、矫直弯矩、工作转矩及驱动功率。九辊型钢矫直机的力学模型如下图所示:


  2.2.5.1 矫直力与矫直弯矩


  由弯矩比的定义:


  MM


  Mt (2.6)


  可算出七次矫直的弯矩


  MMMtMt[M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8]


  根据连续梁的三弯矩方程,可以写出矫直力的表达式,任意第i辊的矫直力Fi为:


  Fi2Mt(Mi12MiMi1)p (2.7)


  其中p为辊距,若把2Mt理解为弹性极限弯曲时的支点力,并用Ft表示,即: p


  Ft


  Ft


  则上式(2.7)变为: 2Mt (2.8) p2Mt2225.2=563kNp0.800


  FiFt(Mi12MiMi1) (2.9)


  各辊矫直力在等辊距矫直机上可写为矩阵形式:


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