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重慶科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 φ20-φ90高精度棒材矯直機(jī)設(shè)計(jì)
姓 名__劉 川 __ 學(xué) 號(hào)_2004440118
院（系）機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化本科2004級(jí)
指導(dǎo)教師_ 職 稱_高級(jí)工程師
評(píng) 閱 人___ _ 職 稱___
2008年6月10日
注 意 事 項(xiàng)
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2. 論文字?jǐn)?shù)要求：設(shè)計(jì)（論文）字?jǐn)?shù)理工類不少于1.5萬字，文科類不少于1.2萬字。
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5. 裝訂順序
1) 設(shè)計(jì)（論文）
2) 附件
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3) 教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）情況記錄表
4) 其它
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明
本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）：
簽字日期 年 月 日
矯正扁軋制品現(xiàn)代化設(shè)備的自動(dòng)化
Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov,
A. I. Titarenko, V. A. Perekhodchenko,
and I. L. Sinel’nikov
Severstal公司于2003年8月[1, 2, 3]在其2800和5000輾軋器上成功完成引進(jìn)新的線內(nèi)矯直機(jī)（PSMs）。此機(jī)器的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：
每臺(tái)機(jī)器配備液壓暫緩機(jī)制（以改善機(jī)器調(diào)整的動(dòng)力和準(zhǔn)確度，更加可靠地維持恒定差距）;
每臺(tái)機(jī)器擁有借助液壓缸來單獨(dú)調(diào)整每個(gè)工作輥的機(jī)制（這就通過提供對(duì)一個(gè)曲率改變的控制拓寬了矯直的范圍）；
每一工作輥由其自身的可調(diào)驅(qū)動(dòng)提供（以消除軸與軸之間堅(jiān)硬的動(dòng)力約束）；
輥的PSM系統(tǒng)附著在暗盒中（以方便維修和降低輥更換費(fèi)用）；
PSM具有可調(diào)整機(jī)器從十輥矯直計(jì)劃到五輥矯直計(jì)劃的系統(tǒng)，也就是雙倍的輥間距離（這就拓寬了機(jī)器可提供的板厚范圍）。
因此，新的矯直機(jī)是包括一個(gè)有由數(shù)字和模擬信號(hào)控制的大范圍液壓和電力驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)成的先進(jìn)多功能系統(tǒng)機(jī)制。整個(gè)復(fù)雜的PSM機(jī)制可以被劃分為以下兩個(gè)功能組：主要功能組，包括直接參與矯直運(yùn)作的機(jī)制（阻跌機(jī)制，單獨(dú)調(diào)整輥的機(jī)制，調(diào)整不同矯直過程的組件，從頂部輥到各支線的機(jī)制，主驅(qū)動(dòng)器）；輔助功能組，（包括暗盒更換機(jī)制，軸鎖機(jī)制，輥冷卻系統(tǒng)設(shè)備）。雖然PSM用于盤大數(shù)目的機(jī)制，但運(yùn)用現(xiàn)代化的液壓及電力驅(qū)動(dòng)使得在PSM及其元件上操作的主輔運(yùn)作都能實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化。
以下是對(duì)最重要的板矯直機(jī)器機(jī)制的特點(diǎn)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的描述。同時(shí)討論下這些機(jī)制的運(yùn)作機(jī)制。單片矯直機(jī)器功能的液壓阻跌機(jī)制（HHMs）主要是以下兩個(gè)機(jī)制：調(diào)整機(jī)制；通過此機(jī)制維持特殊位置。每一機(jī)制對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)和一定效率標(biāo)準(zhǔn)都需滿足一定要求。在調(diào)整機(jī)制中，液壓阻跌機(jī)制控制系統(tǒng)必須完成以下職能：
與液壓缸同步運(yùn)動(dòng)并保持偏差角度在規(guī)定范圍內(nèi)；
為調(diào)整一個(gè)新板的尺寸而加速；
維持機(jī)制安置的高精度；
在維持機(jī)制的運(yùn)作時(shí)控制系統(tǒng)需滿足以下條件：
穩(wěn)固頂部暗盒與頂部支線輥的高精度協(xié)調(diào)；
減少當(dāng)設(shè)備發(fā)生偏差時(shí)將其返回至規(guī)定坐標(biāo)所需的時(shí)間（比如因矯直一塊板而用的力）；
需要同步化。在Severstal的第三制板車間的板矯直機(jī)器運(yùn)作的經(jīng)驗(yàn)中顯示大多在調(diào)整機(jī)器中的問題因素都是應(yīng)用液壓缸時(shí)力量的不均勻造成的。PSM中大量的運(yùn)作部分的不對(duì)稱分配是引起這一不均勻的原因（特別是軸配置重量的影響）。服務(wù)系統(tǒng)閥的“電力零點(diǎn)”及其關(guān)聯(lián)的“液壓零點(diǎn)”也是一個(gè)作用因素。液壓缸的體積越小，后者的作用就越為顯著。因此，支線的頂部輥的HHM是使零點(diǎn)漂移的最敏感的系統(tǒng)。
還有其他影響阻跌機(jī)制動(dòng)力，同時(shí)性與同步性的因素：
雖然偏差不大，但是由于不同配件的尺寸偏差使液壓缸上部件產(chǎn)生摩擦力的不同。
液壓供應(yīng)渠道的“彈跳”特性與慣性表征指數(shù)的不同（由于從服務(wù)閥引向液壓缸的管道長度不同產(chǎn)生）。
因此，由于PSM沒有配備汽缸同步運(yùn)作機(jī)制裝置，發(fā)射相同規(guī)模信號(hào)至服務(wù)閥輸入端就不可避免產(chǎn)生不同的速度使機(jī)制造成嚴(yán)重?fù)p壞。
為減少和消失以上所提因素造成的地影響，我們?yōu)樽璧鴻C(jī)制的電力同步化開發(fā)了算法。
暗盒頂部的HHM由四個(gè)阻跌缸與四個(gè)平衡缸組成，這一設(shè)計(jì)可以確保機(jī)器的移動(dòng)調(diào)整被設(shè)定到矯直縫要求的尺寸（與板的厚度一致 ）并且使矯直縫在存在或不存在外罩負(fù)載的情況下在受矯直力量作用時(shí)都能維持特別的精度。阻跌機(jī)制的汽缸系統(tǒng)是按照僅有一個(gè)內(nèi)腔被用作工作腔的方式設(shè)計(jì)的。而第二腔則與充電渠道相連。頂部暗盒在阻跌汽缸克服平衡壓力的時(shí)候下跌。暗盒的上升也只有平衡缸的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。這一安排消除了設(shè)備位置放置之間的縫隙。
而輥支線上的HHM則由兩個(gè)氣壓缸構(gòu)成。當(dāng)輥將下跌和將進(jìn)入桿腔將上升時(shí)高壓液體就涌進(jìn)活塞腔。
控制原理。為控制阻跌機(jī)制的液壓缸提供單獨(dú)的回路（圖1）。從服務(wù)閥輸入端發(fā)送的控制信號(hào)（Xctl）由比例整數(shù)控制器（PI）形成（為提高系統(tǒng)的靈敏度，我們選擇使用“0”部分重疊閥門）。從控制器（誤差信號(hào)Xerr）發(fā)送至輸入端的信號(hào)則是由位置控制點(diǎn)信號(hào)（Xcpt）與反饋信號(hào)（Xf.b）的差異形成的。而后者的信號(hào)接收于給定液壓缸的線更換儀器（G）。
HHM頂部暗盒的測(cè)試儀建為平衡液壓缸（HCs）。經(jīng)過一定的系數(shù)允許，液壓缸以其移動(dòng)可以被看作與缸桿更換回應(yīng)相同的方式進(jìn)行安裝。支線的HHM頂部暗盒的測(cè)試儀直接與阻跌缸合并。整部控制器僅在在最終調(diào)整步驟與規(guī)定協(xié)調(diào)穩(wěn)定時(shí)才激活。當(dāng)更換超過某個(gè)一定的最低限度值時(shí)，PI控制器的功能將被比例控制器（P）的轉(zhuǎn)換功能W(s) = k所代替。因此，Xctl(t) = kXerr(t).
當(dāng)更換的工作輥之間有明顯的差異時(shí)，控制點(diǎn)與線更換儀器的反饋信號(hào)將達(dá)到一個(gè)足夠大的值，那么，控制服務(wù)閥運(yùn)作的輸出端信號(hào)將達(dá)到飽和區(qū)域。在這種情況下，只要誤差超過Xctl 大于飽和區(qū)(Xsat)的邊界值的時(shí)候，更多的更換綠規(guī)則和缸的同步運(yùn)動(dòng)將不可能。限制誤差---- Xctl不達(dá)到飽和的最大誤差----與控制器比例上所得值完全相反k: Xerr < Xsat /k。
通過減小k值來解決所給問題會(huì)導(dǎo)致PSM在調(diào)整中速度的丟失和矯直運(yùn)作中控制精度的減小。所以，這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了保持當(dāng)存在實(shí)質(zhì)更換時(shí)從飽和區(qū)所得控制信號(hào)，使控制器輸入端不會(huì)送入需要的數(shù)值(Xrq)，而是有相當(dāng)增加的數(shù)值 (DX)以滿足kDX < Xsat 的條件。
控制點(diǎn)通過與缸運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的最大落后的回應(yīng)增加而引起的缸的位置發(fā)生變化使DX總合增加。控制點(diǎn)的調(diào)整將繼續(xù)，直到當(dāng)機(jī)制所需值與實(shí)際位置小于增加值的時(shí)候Xrq – Xf.b < DX。
然后，控制器輸入端的值為Xcpt，它與所需調(diào)整值相等Xcpt = Xrq. 這樣調(diào)整就完成了。運(yùn)用分步增加控制點(diǎn)的原理使缸的同步運(yùn)動(dòng)與對(duì)于幾乎任意理想重復(fù)因素的點(diǎn)高精度控制設(shè)置得到了實(shí)現(xiàn)工作輥單獨(dú)調(diào)整機(jī)制。
通過將液壓缸與V帶驅(qū)動(dòng)相連的方法，板矯直機(jī)器的設(shè)計(jì)使各個(gè)工作輥能夠垂直地移動(dòng)。缸的動(dòng)力由部分控制與服務(wù)閥運(yùn)作來供應(yīng)。一個(gè)線更換儀器建成從輥位置上獲得反饋信號(hào)的一個(gè)缸。
因?yàn)檫@些儀器實(shí)際上是通過缸桿而非工作輥來傳遞信息，以下的換算傾向于由輥的協(xié)調(diào)得到：Xrol = kredXf.b。此處，kred是驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置比例，Xf.b 是由線更換換能器通過缸桿測(cè)量得到的位置。
所以，每個(gè)工作輥的位置通過提供反饋回路來加以控制的。圖1是其中一條回路的圖解?？刂菩盘?hào)是通過PI控制器的方式生成的，它成功地實(shí)現(xiàn)了在沒有滿意速度的情況下也能調(diào)整系統(tǒng)的高精度。
輥的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)：
上述設(shè)計(jì)基于帶不同能量供應(yīng)的自控馬達(dá)驅(qū)動(dòng)頻繁地轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。每個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)提供多于一個(gè)足驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)如下：
更大的可靠性，工作輥線速與板的速度差異使機(jī)制少了很多負(fù)載的組件；
當(dāng)一個(gè)或甚至幾個(gè)驅(qū)動(dòng)發(fā)生故障時(shí)機(jī)器仍能繼續(xù)運(yùn)作；在這種情況下，輥的回應(yīng)能從矯直區(qū)域撤去；
輥的線速可以根據(jù)板的實(shí)際速度單獨(dú)被糾正；此糾正能被作為預(yù)備措施（在已測(cè)值和已計(jì)算值的基礎(chǔ)上）也可以在矯直運(yùn)作的過程中（通過雇傭人員來獲得頻繁轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)）進(jìn)行。
主驅(qū)動(dòng)繞九個(gè)矯直輥和兩個(gè)外罩輥轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)镻SM被安裝在輾軋線上，也就是說，如果驅(qū)動(dòng)在即使很短的時(shí)間內(nèi)也無法正常運(yùn)作，那么可能造成不能大批量生產(chǎn)，所以驅(qū)動(dòng)在運(yùn)作中必須高可靠。 驅(qū)動(dòng)必須要滿足的要求決定機(jī)器的運(yùn)作和設(shè)計(jì)特性如下：
進(jìn)行矯直的板必須在矯直輥，外罩輥以及輥轉(zhuǎn)送器的毗鄰部分建立剛性的動(dòng)力學(xué)連接；
由于在矯直操作中塑性變形，板需要伸長，長度的增加隨著各工作輥長度因彎曲半徑的不同而不同。這種情況導(dǎo)致板速在朝PSM終端移動(dòng)時(shí)不均勻分布的增加；
必須可能使用不同直徑的工作輥（這一點(diǎn)還正在做，比如，因?yàn)椴痪鶆虻哪p或重磨）；
輥的負(fù)載應(yīng)根據(jù)所選矯直機(jī)制來區(qū)分；
反向的矯直也應(yīng)該可以；
鑒于以上因素與此處討論的板矯直機(jī)器實(shí)際運(yùn)作機(jī)制問題，以下是建立電力驅(qū)動(dòng)的要求：
速度的規(guī)定在較廣的限制內(nèi)，包括負(fù)荷下的馬達(dá)啟動(dòng)；
在逆向機(jī)制中也可運(yùn)行；
剛性特性 w = ?(M)；
維持規(guī)定速度的高精度；
完全同步操作；
元素基礎(chǔ)：
輥的驅(qū)動(dòng)是由具有短路轉(zhuǎn)子的異步三相馬達(dá)建立起來的。該馬達(dá)由德國VEM公司設(shè)計(jì)。它們?cè)趪?yán)重超載的情況下仍能繼續(xù)可靠地運(yùn)作?？刂拼笋R達(dá)頻率轉(zhuǎn)換的SIMOVERT是由德國西門子公司制造。其模塊化設(shè)計(jì)便于維護(hù)和修理，其存在的一個(gè)內(nèi)置為處理器座使人們能執(zhí)行大部分牽涉驅(qū)動(dòng)控制運(yùn)作的功能（ 維持規(guī)定的速度下的高度穩(wěn)定性，重新根據(jù)輥的實(shí)際直徑計(jì)算旋轉(zhuǎn)頻率，診斷驅(qū)動(dòng)的狀況，控制驅(qū)動(dòng)運(yùn)作，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)之間交換信息）。
因?yàn)椴煌瑫r(shí)點(diǎn)輥之間不同的分配度，所以不同種能量的馬達(dá)被用在系統(tǒng)中。 使用不同的馬達(dá)就能顯著地減少電力設(shè)備耗費(fèi)成本并且改善整機(jī)的性能。
此機(jī)器擁有三種主要運(yùn)作機(jī)制：工作機(jī)制（半自動(dòng)化與自動(dòng)化），運(yùn)輸機(jī)制，以及暗盒更換機(jī)制。
圖2顯示了工作機(jī)制實(shí)現(xiàn)運(yùn)作的框圖。在這種半自動(dòng)化機(jī)制中，操作者通過操作臺(tái)控制PSM。在這種情況下，操作者可完成如下操作：從數(shù)據(jù)庫中選取矯直機(jī)制；糾正已選機(jī)制；手動(dòng)調(diào)整機(jī)制，這需要操作者指示所需暗盒按鈕位置（為五輥矯直還是十輥矯直）；調(diào)整暗盒頂部到底部之間的縫隙；為工作輥設(shè)置單獨(dú)調(diào)整協(xié)調(diào)；選擇矯直速度與方向；生成開始調(diào)節(jié)機(jī)器到一指定機(jī)制的命令。
機(jī)器自動(dòng)調(diào)整至所選機(jī)制。在調(diào)整完成后將有信號(hào)發(fā)送至控制板以指示機(jī)制協(xié)調(diào)改變，輥達(dá)到其規(guī)定工作速度。工作機(jī)制，即板矯直機(jī)器根據(jù)由從高級(jí)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些數(shù)據(jù)包括以下信息：將被矯直板的厚度；剛的組成（材料屬性信息）；送至PSM入口的板溫。
PSM通過以下步驟調(diào)節(jié)：
基于板厚和鋼組成的預(yù)備調(diào)整，適用于冷軋板（t = 20°C）；
深一層調(diào)整基于安裝在與PSM大概相距50m的高溫計(jì)獲得的數(shù)據(jù)；
最終調(diào)整基于安裝在機(jī)器入口處的高溫及獲得的數(shù)據(jù)；
在自動(dòng)化變種中，當(dāng)下一塊板將要到達(dá)機(jī)器的時(shí)候，控制機(jī)器的毗鄰輥轉(zhuǎn)送器轉(zhuǎn)變?yōu)镻SM系統(tǒng)控制。 在這種情況下，板要直到調(diào)整完成后才可進(jìn)入機(jī)器工作區(qū)。如果通過機(jī)器的一塊板不需要矯直，那么機(jī)器將轉(zhuǎn)入傳輸機(jī)制。在這種情況下，頂部橫架以及暗盒被升至一規(guī)定量，輥的速度改變，這樣其速度就與毗鄰的輥轉(zhuǎn)送器速度一致了。暗盒更換機(jī)制用在當(dāng)輥破損或需要再次研磨工作輥和備用輥時(shí)。在這種情況下，操作者可通過控制輔助機(jī)制控制運(yùn)作：軸鎖機(jī)制，出輥車，鎖住暗盒底部以及車位置，以及移動(dòng)車的液壓缸。該機(jī)制通過非接觸式傳感器固定于適當(dāng)位置。
PSM控制系統(tǒng)：
控制板矯直機(jī)需要開發(fā)一個(gè)強(qiáng)有力的高性能系統(tǒng)，為其提供理想的控制精度并結(jié)合快速的運(yùn)作。
此控制系統(tǒng)被劃分為兩個(gè)層次：基礎(chǔ)層次，更高層次。診斷系統(tǒng)被建立為一個(gè)分離的系統(tǒng)。為了控制PSM的水泵站還提供了一個(gè)第二控制器?？刂葡到y(tǒng)的基礎(chǔ)層次采用SIMATIC S7工業(yè)程序控制器，而上等層次控制器和診斷控制器則建立在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上。用于更高層次系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)同時(shí)也為PSM的控制板服務(wù)?？刂破鞯牟煌嘏c一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的兩環(huán)路相連（圖3）。第一個(gè)環(huán)路的功能是與控制器，更高層次計(jì)算機(jī)，診斷站，水泵站控制器之間的溝通連接。第二個(gè)環(huán)路由系統(tǒng)功能元素連接PSM控制器（頻率轉(zhuǎn)換，線更換儀器，輸入/輸出遙控模塊）。
控制系統(tǒng)的功能依據(jù)下列原則被劃分為基礎(chǔ)層次和更高層次：所有牽涉從安裝在機(jī)制上的傳感器接收數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)過程控制系統(tǒng)從將被矯直的板上獲取信息，為執(zhí)行機(jī)制（傳動(dòng)裝置）生成或發(fā)射信號(hào)的運(yùn)作都被指定為基礎(chǔ)層次。歸檔控制點(diǎn)與控制控制板運(yùn)作的功能被指定為更高層次。以下具體功能則都是由控制板上的基礎(chǔ)層次自動(dòng)化系統(tǒng)完成的：
從更高層次系統(tǒng)獲得指定矯直參數(shù)（輥速度，頂部橫臂坐標(biāo)，與橫臂相關(guān)聯(lián)的輥的坐標(biāo)）；
加工參數(shù)，將控制信號(hào)的回應(yīng)發(fā)送給自動(dòng)器；
從安裝在機(jī)制上決定PSM是否正確安裝并準(zhǔn)備矯直運(yùn)作的感應(yīng)器獲取信息；
從安裝在機(jī)制上計(jì)算控制行動(dòng)的反饋傳感器獲取信息；
分析從感應(yīng)器所讀數(shù)據(jù)確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
與 PSM 的水泵電池站(PBS)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將該站的運(yùn)作參數(shù)發(fā)射高更高層次顯示；
接收從更高層次系統(tǒng)傳輸來的為機(jī)器或PBS進(jìn)行人工操作的新號(hào)；
為作出恰當(dāng)調(diào)整從更高層次系統(tǒng)獲取為數(shù)據(jù)自動(dòng)糾正的初始數(shù)據(jù)；
更高層次的自動(dòng)系統(tǒng)功能如下：
在矯直機(jī)制上為機(jī)制選拔輸入數(shù)據(jù)并將這些信息計(jì)入數(shù)據(jù)庫 ；
從回應(yīng)板數(shù)據(jù)庫手動(dòng)選擇矯直機(jī)制（此由操作者完成）；
基于從更高層次系統(tǒng)所獲信息自動(dòng)選擇矯直機(jī)制；
在矯直與暗盒更換機(jī)制內(nèi)手動(dòng)控制機(jī)器；
基于從感應(yīng)器所讀信息與限制轉(zhuǎn)換位置指示機(jī)制位置；
指示在PSM工作區(qū)域板的出現(xiàn)；
指示由測(cè)溫計(jì)所量板的溫度；
視覺指示矯直機(jī)制與機(jī)器調(diào)整的代表；
為診斷而視覺指示機(jī)器機(jī)制與PBS的狀態(tài)代表；
遠(yuǎn)程輸入輸出模塊ET200用來為不受管制的驅(qū)動(dòng)器供電。腔內(nèi)包括中繼設(shè)備，連接它們的驅(qū)動(dòng)器與控制器保持相當(dāng)距離。使用這一模塊可以顯著縮端連接電纜。
診斷系統(tǒng)：
PSM有大含量的電力與液壓設(shè)備-------這些設(shè)備與機(jī)器本身保持適當(dāng)?shù)木嚯x而且通常在一個(gè)不易接觸到的地方---使得其難于服務(wù)機(jī)器及鎖定資源問題。為方便PSM的維護(hù)以及縮短其維修時(shí)間，就有必要簡歷一個(gè)先進(jìn)的診斷系統(tǒng)。這一系統(tǒng)基于安裝在控制站上的一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)。它可以診斷PSM的各種機(jī)制，也包括其液壓及電力設(shè)備。該系統(tǒng)可以對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換器的狀況，感應(yīng)器馬達(dá)的溫度，線更換儀器，本地PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)終端，馬達(dá)流量，速度，旋轉(zhuǎn)，以及其他設(shè)備和參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。
此診斷系統(tǒng)也能同時(shí)被用在建立PSM運(yùn)作協(xié)議。它的歸檔包括時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤類型，發(fā)生設(shè)備錯(cuò)誤，機(jī)制協(xié)調(diào)，馬達(dá)流量與速度以及其他信息。
為使控制系統(tǒng)更可靠運(yùn)作，診斷站的軟件與硬件配備與控制系統(tǒng)更高層次的組件響應(yīng)是相同的。當(dāng)控制系統(tǒng)運(yùn)作發(fā)生問題，PSM的控制功能將被轉(zhuǎn)去計(jì)算機(jī)的診斷系統(tǒng)。
結(jié)論
NKMZ已已與其最初在獨(dú)立國家聯(lián)合體（獨(dú)聯(lián)體）的合作伙伴成功引進(jìn)配備現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)的板矯直機(jī)器。此機(jī)器的使用減小并幾乎徹底消除了成品板質(zhì)量對(duì)其操作者技術(shù)的依賴。
其控制系統(tǒng)與方便的用戶接口允許沒有受過專業(yè)培訓(xùn)的人員快速地掌握機(jī)器的操作。由于機(jī)器機(jī)制的準(zhǔn)確動(dòng)作以及使用恰當(dāng)?shù)目刂婆c特殊的控制算法的精密設(shè)備使其位置維持在高準(zhǔn)確度，生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品就得到了保障。
另外，此機(jī)器還配備了先進(jìn)的診斷系統(tǒng)來記錄其重要運(yùn)作參數(shù)。此系統(tǒng)的有效性方便機(jī)器許多復(fù)雜組件的維護(hù)與維修。
參考文獻(xiàn)
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plates of materials with a high yield point,” Improving Processes and Equipment for Metal-Shaping in Metallurgy
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2. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, NKMZ Straightening Machines for Modern Rolled-Product
Manufacturing [in Russian], Metallurg, Moscow (2001).
3. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, Plate-Straightening Machines. UA Patent No. 53416,
7V21D1/02.
4. G. F. Zaitsev, V. I. Kostyuk, and P. I. Chinaev, Principles of Automatic Control and Regulation [in Russian],
Tekhnika, Kiev (1977).
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
1 緒 論 1
1.1設(shè)計(jì)課題背景 1
1.2設(shè)計(jì)依據(jù) 1
1.3矯直設(shè)備的發(fā)展概況 1
1.4分類及工作原理 3
1.4.1 壓力矯直機(jī) 3
1.4.2輥式矯直機(jī) 3
1.4.3 斜輥式矯直機(jī) 3
1.4.4拉伸矯直機(jī) 3
1.4.5拉伸彎曲矯直機(jī) 4
2 鋼材矯直理論 1
2.1“ 矯直”的定義 1
2.2反彎矯直的基本原理 1
3二輥滾光矯直機(jī)的工作原理 4
3.1二輥滾光矯直機(jī)的簡介 4
3.2二輥滾光矯直機(jī)的工作原理 4
3.3設(shè)計(jì)二輥滾光矯直機(jī)所涉及到的主要參數(shù) 10
3.4國內(nèi)外現(xiàn)在生產(chǎn)這種矯直機(jī)的廠家 11
4二輥滾光矯直機(jī)力能參數(shù)計(jì)算 12
4.1矯直力的計(jì)算 12
4.1.1求導(dǎo)程t 12
4.1.2求彈性極限彎矩Mmax 13
4.1.3求傾角： 13
4.1.4軸承承受力的總和 14
4.2 二輥滾光矯直機(jī)功率計(jì)算 14
4.2.1軸承的消耗功率 14
4.2.2滑動(dòng)摩擦的消耗功率 14
4.2.3滾動(dòng)摩擦的消耗功率 14
4.2.4塑性彎曲變形的消耗功率 15
4.2.5消耗總功率 15
4.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率 12
4.4關(guān)于機(jī)架、機(jī)座及軸承蓋的設(shè)計(jì) 15
5二輥滾光矯直機(jī)輥系設(shè)計(jì) 18
5.1矯直輥的組成 18
5.2.矯直輥材料 18
5.3矯直輥尺寸計(jì)算 19
5.4矯直速度計(jì)算 20
5.5矯直輥強(qiáng)度計(jì)算 21
5.6軸承的壽命校核 23
6二輥滾光矯直機(jī)傳動(dòng)裝置的選擇及液壓過載保護(hù) 25
6.1二輥滾光矯直機(jī)傳動(dòng)裝置的選擇 25
6.1.1矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置的組成 25
6.1.2矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置類型 25
6.1.3萬向連接軸 25
6.1.4聯(lián)接軸的總體的配置及其平衡裝置 26
6.1.5主減速機(jī) 27
6.2二輥滾光矯直機(jī)的液壓過載保護(hù)裝置 28
7二輥滾光矯直機(jī)的安裝與維護(hù) 30
7.1二輥滾光矯直機(jī)的安裝 30
7.1.1基礎(chǔ) 30
7.1.2設(shè)置安裝基準(zhǔn) 30
7.1.3設(shè)置墊板 30
7.1.4矯直機(jī)的吊裝、找正、找平、找標(biāo)高 31
7.1.5二次灌漿 31
7.1.6試運(yùn)轉(zhuǎn) 31
7.2二輥滾光矯直機(jī)的維護(hù) 31
7.2.1二輥滾光矯直機(jī)的維護(hù)和修理制度 31
7.2.2二輥滾光矯直機(jī)的潤滑 32
8總結(jié) 34
9致謝 35
10參考文獻(xiàn) 36
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 中文摘要
摘 要
隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)棒材的需求量越來越大、對(duì)其精度要求也越來越高，以前人們采用平行輥矯直機(jī)矯直管、棒等圓形斷面條材，圓材在矯直過程中容易產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并且只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲。在這種情況下斜二輥矯直機(jī)的問世解決了以前平行輥矯直機(jī)所解決不了的棒材、管材的矯直問題，在這種情況下，我們對(duì)二輥滾光矯直機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本文重點(diǎn)對(duì)鋼材矯直工藝及工作原理，斜輥矯直機(jī)的工作原理、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)二輥棒材矯直機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了分析，提出了本次設(shè)計(jì)二輥棒材矯直機(jī)的基本思路。矯直機(jī)的機(jī)架、機(jī)座、傳動(dòng)等部分設(shè)計(jì)不屬于本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以在這里只是作了簡單的介紹，但是由于時(shí)間比較倉促，本文對(duì)矯直機(jī)的液壓壓下裝置、矯直機(jī)的安裝與維護(hù)沒有做出詳盡的介紹，限于本人的水平，文中有誤漏之出，還請(qǐng)批評(píng)指正。
關(guān)鍵詞：棒材 矯直工藝 二輥棒材矯直機(jī) 矯直力能參數(shù)
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重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) Abstract
ABSTRACT
With the advancement of technology, people's growing demand for the bar, its accuracy is also getting higher and higher, before people parallel roller leveler straightening tubes, rods and other circular cross-section of the build, round-wood in hand Direct the process of rotation is easy to produce, and only straightening roundwood roll axis perpendicular to the longitudinal section on the bend. In this case the ramp roll straightening machine resolved before the advent of parallel roll straightening machine can not be resolved by the bar, pipe straightening of the problem, in this case, we design roll on the roller-straightening machine.
The steel straightening process and working principle, ramps roll straightening machine works, characteristics, such as the structure was introduced, while two of the roll bar straightening machine can be calculated parameters of an analysis of the proposed The design of the roll bar leveler of the basic ideas. Straightening machine rack, engine, transmission and other parts of the design are not the focus of this design, so here is a brief introduction, but because of the time hasty comparison, the paper leveler of the hydraulic pressure devices, Straightening machine installation and maintenance have not made detailed introduction, I am limited to the level of error in the text of a leak, also invited criticism correction.
Key words: bars；Straightening process；the two roll bar straightening machine；straightening of the power parameters
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論
1 緒 論
1.1設(shè)計(jì)課題背景
長期以來，矯直機(jī)因彎曲由人工檢測(cè)，壓彎量人為設(shè)定不夠準(zhǔn)確，全過程都靠手工操作，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗(yàn)來決定等缺點(diǎn)，一直作為一種補(bǔ)充矯直設(shè)備來使用。所以矯直必須檢測(cè)工件的原始彎曲，測(cè)量彎曲量、確定最佳矯直點(diǎn)、設(shè)定壓彎量。由于缺少可靠的檢測(cè)手段和認(rèn)識(shí)上的一些人為因素，以前這些工作只能靠人工來完成。因此以前的矯直機(jī)有以下缺點(diǎn)：彎曲人工檢測(cè)、壓彎量人工設(shè)定不夠準(zhǔn)確，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗(yàn)來決定，降低了生產(chǎn)效率。而且現(xiàn)在人們對(duì)棒材的需求量越來越大、對(duì)其精度要求也越來越高，在情況下斜二輥矯直機(jī)的問世解決了以前平行輥矯直機(jī)所解決不了的棒材、管材的矯直精度問題，在這種情況下，我們對(duì)二輥滾光矯直機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2設(shè)計(jì)依據(jù)
主要參數(shù)：
矯直棒材規(guī)格：Ф20—Ф90；矯直棒材材料：合結(jié)鋼、不銹鋼（бs1200N/mm2）；.棒材原始曲率：≦0.4%（mm/m）；矯直后直度：0.05%（mm/m）；棒材原始表面：Ra3.2；棒材矯直后表面：Ra0.8；最大矯直速度：3~30m/min；最大矯直力：300KN；采用液壓過載保護(hù)；采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻；自動(dòng)上下料。
1.3矯直設(shè)備的發(fā)展概況
矯直技術(shù)產(chǎn)生的確切時(shí)間尚未找到準(zhǔn)確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國在春秋戰(zhàn)國時(shí)期寶劍的平直度可以使人想象到當(dāng)時(shí)手工矯直和平整技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平。在我國古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品和工具，小自針錐、大到鐵杵都要求用矯直技術(shù)來完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設(shè)備與工具是極簡單的，如平錘、鉆臺(tái)等。對(duì)大型工件手工矯直常借助高溫加熱進(jìn)行。
古代人在矯直及整形的實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術(shù)頗有一語道破之功，用之于改造社會(huì)也有指導(dǎo)意義。
由于中國社會(huì)的特殊條件，好多技術(shù)停留在手工狀態(tài)，18世紀(jì)末葉到19世紀(jì)初葉，歐洲進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實(shí)現(xiàn)了用蒸汽動(dòng)力代替人力，機(jī)械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀(jì)30年代冶鐵技術(shù)發(fā)展起來，當(dāng)時(shí)英國的生鐵產(chǎn)量已由7萬t增長到19萬t／a，增加了2．7倍。19世紀(jì)50年代開辟了煉鋼技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到19世紀(jì)末時(shí)，鋼產(chǎn)量增加50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機(jī)械、軋鋼機(jī)械和矯直機(jī)械。
進(jìn)入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動(dòng)代替蒸汽動(dòng)力為標(biāo)志，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機(jī)大概是我國見到的最早的l臺(tái)矯直機(jī)。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。到1914年英國發(fā)明了212型五輥式矯直機(jī)(阿布拉姆遜式一Abramsen)，解決了鋼管矯直問題，同時(shí)提高了棒材矯直速度。20世紀(jì)20年代日本已能制造多斜輥矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機(jī)，顯著提高了管材矯直質(zhì)量.
20世紀(jì)60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題，美國薩頓(Sutton)公司研制成功313型七輥式矯直機(jī)(KTC型矯直機(jī))。20世紀(jì)30～40年代國外技術(shù)發(fā)達(dá)國家的型材矯直機(jī)及板材矯直機(jī)也得到迅速發(fā)展，而且相繼進(jìn)入到中國的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。
新中國成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國家制造的矯直機(jī)。與此同時(shí)還出現(xiàn)了拉伸矯直機(jī)，20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)的矯直機(jī)大量進(jìn)入到中國。同時(shí)，世界上隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)進(jìn)步速度加快，矯直機(jī)的品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。
20世紀(jì)70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設(shè)計(jì)研制成果。有小到聲Φ1．6mm金屬絲矯直機(jī)和大到Φ600mm管材矯直機(jī)。有速度達(dá)到300m／rain的高速矯直機(jī)和精度達(dá)到0．038mm／m的高精度矯直機(jī)。同時(shí)也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備。如英國的布朗克斯(BRONX)矯直機(jī)；德國的凱瑟林(Kieserling)矯直機(jī)、德馬克(Demag)連續(xù)拉彎矯直機(jī)及高精度壓力矯直機(jī)；日本的薄板矯直機(jī)等。值得自豪的是我國科技界一直在努力提高自己的科研設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。從20世紀(jì)50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設(shè)計(jì)的精確計(jì)算法及文獻(xiàn)提出的矯直曲率方程式。60～80年代在輥形理論方面有許多學(xué)者進(jìn)行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會(huì)；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。與此同時(shí)，以西安重型機(jī)械研究所為代表的科研單位和以太原重型機(jī)器廠為代表的設(shè)計(jì)制造部門完成了大量的矯直機(jī)設(shè)計(jì)研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設(shè)備保證，還培養(yǎng)了一大批設(shè)計(jì)研究人員。
進(jìn)入90年代我國在趕超世界先進(jìn)水平方向又邁出了一大步，一些新研制的矯直機(jī)獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省及部級(jí)科技成果進(jìn)步獎(jiǎng)；有的獲得了國家發(fā)明獎(jiǎng)。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)，多斜輥薄壁管材直機(jī)、3斜輥薄銅管矯直機(jī)、雙向反彎輥形2輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)式矯直機(jī)，平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動(dòng)切料機(jī)等研制方面相繼取得成功。在矯直高強(qiáng)度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量。其矯后的殘留撓度為0．2～0．5mm／m。此外，從20世紀(jì)60年代以后拉伸與拉彎矯直設(shè)備得到很大發(fā)展，對(duì)帶材生產(chǎn)起
到重要作用。
1.4分類及工作原理
金屬棒材在軋制、加熱、運(yùn)輸?shù)雀鞣N加工過程中常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形或內(nèi)部殘余應(yīng)力；目前冶金市場(chǎng)上對(duì)金屬棒材的成品精度要求也越來越高，因此軋制矯直設(shè)備在工廠中應(yīng)用越來越普遍，對(duì)矯直設(shè)備的自動(dòng)控制要求也越來越高。
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理的不同，矯直機(jī)可以分為壓力矯直機(jī)、輥式矯直機(jī)、斜輥矯直機(jī)、拉伸矯直機(jī)和拉彎矯直機(jī)等幾種基本類型。
1.4.1 壓力矯直機(jī)
壓力矯直機(jī)是以曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)壓頭使軋件產(chǎn)生一次反向彎曲，將軋件矯直的?！俺C枉必須過正”就是壓力矯直機(jī)的基本矯直原理。這種矯直機(jī)人工操作繁重、生產(chǎn)效率低，但調(diào)整靈活，對(duì)于各種局部彎曲狀態(tài)，都具有矯直的可能性，一般只有用來矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于Φ200～Φ300mm）鋼管，或用作輥式矯直機(jī)的補(bǔ)充矯直。壓力矯直機(jī)有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)。
1.4.2輥式矯直機(jī)
輥式矯直機(jī)具有兩排交錯(cuò)布置的工作輥，彎曲的軋件通過轉(zhuǎn)動(dòng)的工作輥之間，經(jīng)過多次反復(fù)彎曲得以矯直。軋件能以較高的速度在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行連續(xù)矯直，生產(chǎn)效率高，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和流水生產(chǎn)，輥式矯直機(jī)在型鋼車間和板帶材車間得到廣泛的應(yīng)用。輥式矯直機(jī)的一類型很多。其中按上排工作輥的調(diào)整方式分，基本上可以歸納為三類：單獨(dú)調(diào)整、平行調(diào)整和傾斜調(diào)整。
1.4.3 斜輥式矯直機(jī)
斜輥式矯直機(jī)用于矯直管材和圓棒材。這種矯直機(jī)的工作輥具有類似雙曲線的空間曲線的形狀，兩排工作輥軸線相互交叉，管棒材在矯直時(shí)邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，也是利用多次反復(fù)彎曲軋件，最終消除各方面的彎曲和端面的橢圓度。這類矯直機(jī)的設(shè)備重量輕，易于調(diào)整和維修，矯直管棒材效果好。其中可以按工作輥數(shù)量分類，而本文介紹的二輥矯直機(jī)就是其中的一種。
1.4.4拉伸矯直機(jī)
主要用于矯直厚度小于0.6mm的薄鋼板和有色金屬板材、管材、異型材。對(duì)于具有中間瓢曲或邊緣浪形的板帶材，雖有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的支承輥分段可調(diào)的輥式矯直機(jī)加以矯直，但矯直效果不理想，這是需采用拉伸矯直方法。拉伸矯直的主要特點(diǎn)是對(duì)軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而將軋件矯直。
1.4.5拉伸彎曲矯直機(jī)
為了提高帶材矯直質(zhì)量，近年來，拉伸彎曲矯直機(jī)組得到較大的發(fā)展。拉伸彎曲矯直的基本原理是在張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時(shí)，產(chǎn)生彈塑性延伸，從而三維形狀缺陷得以消除。這種矯直機(jī)組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強(qiáng)度極薄帶材），也可以用于酸洗機(jī)組進(jìn)行機(jī)械破磷，從而提高酸洗速度。
此外，在有色金屬型材車間尚有扭轉(zhuǎn)式矯直機(jī)，用于矯直型材的扭曲變形。
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 鋼材矯直理論
2 鋼材矯直理論
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(yùn)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(yīng)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(shí)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(jī)、輥式矯直機(jī)、斜輥式矯直機(jī)和拉伸矯直機(jī)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，在軋件的彈塑性彎曲變形過程則可以用曲率的變化來說明。
軋件在矯直過程中的曲率變化：
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）。r0是軋件的原始曲率半徑。彎曲的方向用正負(fù)號(hào)表示，如+表示彎曲凸度向上的曲率，-則表示彎曲凸度向下的曲率，而軋件的平直段用=0表示。
反彎曲率 軋件在外力矩M作用下強(qiáng)制反彎的曲率稱為反彎曲率，以表示。在壓力矯直機(jī)和輥式矯直機(jī)上，反彎曲率是通過矯直機(jī)的壓頭或輥?zhàn)拥膲合聛慝@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。
圖2.1 彈塑性彎曲時(shí)的曲率變化
a-彎曲階段；b-彈復(fù)階段
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：
=+
使用上式時(shí)，應(yīng)將曲率的正負(fù)號(hào)代入。原始曲率與反彎曲率方向相同時(shí)符號(hào)相反；方向相反時(shí)符號(hào)相同。
彈復(fù)曲率 它是當(dāng)外力矩去除后，軋件在變形內(nèi)力形成的彈復(fù)力矩My作用下彈性恢復(fù)的曲率變化量，以表示。
殘余曲率 它是軋件經(jīng)過彈復(fù)后所具有的曲率（圖1-1b），以表示。如軋件被矯直，則=0，如軋件未被矯直，在輥式矯直機(jī)上，前一輥的殘余曲率將是下一輥的原始曲率，即，式中i指輥數(shù)。
殘余曲率是反彎曲率與彈復(fù)曲率的代數(shù)差：=- ，顯然欲使軋件矯直，則必須使殘余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反彎矯直時(shí)（壓力矯直機(jī)）選擇反彎曲率的基本原則。
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重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 二輥滾光矯直機(jī)的工作原理
3二輥滾光矯直機(jī)的工作原理
3.1二輥滾光矯直機(jī)的簡介
而本文介紹的二輥滾光矯直機(jī)是斜輥式矯直機(jī)的一種；可以矯直Ф1．5-200mm的棒材和厚壁管材。
二輥滾光矯直機(jī)由于矯直精度高、造價(jià)低，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)中有廣泛應(yīng)用。二輥滾光矯直機(jī)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：
使工件得到全長矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機(jī)上不能矯直的難題；
使矯直質(zhì)量得到明顯提高，把矯直后的殘留擾度減少到0.1～0.5mm/m;
對(duì)圓材的外徑有較強(qiáng)的圓整作用，顯著的減少了圓材的橢圓度；
可以有效的消除矯直后的圓材縮徑現(xiàn)象，能保證工件的尺寸精度；
在矯直的同時(shí)能提高工件的表面粗糙度。
當(dāng)然二輥滾光矯直機(jī)也有很多不足的地方需要我們?nèi)ジ倪M(jìn)，從而達(dá)到我們需求的高效化、高質(zhì)量、高產(chǎn)量。這些不足的地方主要表現(xiàn)在：
矯直速度較低，一般為7～50m/min。按新的大斜角輥形設(shè)計(jì)所取得的成功，可以將矯直速度提高一倍左右，使這一缺點(diǎn)得到很大的補(bǔ)救；
導(dǎo)板的消耗量較大，不過在光亮工件的矯直中使用尼龍導(dǎo)板，以及在大直徑工件的矯直中使用輥式導(dǎo)板，也使這一缺點(diǎn)有所改善；
對(duì)于矯直精度這一點(diǎn)我們可以利用二輥的弧度、剛度以及兩輥之間的傾角來控制棒材軋件，從而達(dá)到我們要求的精度。
我國的鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有二十余條棒材生產(chǎn)線，在建的仍有十余條生產(chǎn)線，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代化改造的實(shí)施，棒材生產(chǎn)向著高效化、高質(zhì)量的方向發(fā)展，對(duì)常規(guī)產(chǎn)品圓度在Φ1.5～Φ200mm的情況，各生產(chǎn)單位均采用了線上的斜輥矯直設(shè)備，為了滿足日益提高的棒材質(zhì)量要求，斜輥矯直設(shè)備得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
3.2二輥滾光矯直機(jī)的工作原理
2斜輥矯直機(jī)可簡稱為2輥矯直機(jī)。其工作原理在斜輥矯直理論中獨(dú)具特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)3.1所示。
圖3.1二輥棒材矯直機(jī)示意圖
它對(duì)工件的矯直作用不是依靠各輥之間的交錯(cuò)壓彎使工件產(chǎn)生塑性彎曲變形，而是依靠一對(duì)輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化而達(dá)到。為了說明工件在輥縫內(nèi)矯直的道理，首先要對(duì)旋轉(zhuǎn)壓彎有一理解。工件被旋轉(zhuǎn)壓彎也可以相對(duì)地把工件看成為一個(gè)螺旋形扁鋼，用壓輥壓在扁鋼的邊緣上以扁鋼為軌道向前行走，扁鋼在壓輥處被壓彎并在輥?zhàn)幼哌^后彈復(fù)變直。這樣輥?zhàn)訉?duì)螺旋形扁鋼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就同平行輥對(duì)長條形扁鋼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)一樣，只不過后者的矯直運(yùn)動(dòng)為平行矯直運(yùn)動(dòng)，前者為旋轉(zhuǎn)矯直運(yùn)動(dòng)，它們的機(jī)理是一致的。但是旋轉(zhuǎn)矯直的工件并不是螺旋形扁鋼而是圓形棒材。如圖3.2。所示的棒材在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)中受輥3壓彎，并在壓彎處的截面33上產(chǎn)生塑性壓縮(上面的影線部分)與拉伸(下面影線部分)變形。當(dāng)此截面旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到77位置處被輥7從反向壓彎，而且其壓彎量正好可使在33位置已被壓彎的棒材得到矯直。其矯直過程的縱向變形如圖2—2b，斷面變形如圖2—2d所示。不過圓材彎曲一般是全方位的彎曲，把33位置的彎曲理解為cg方位的彎曲，同樣在ae、bf及dh各方位的彎曲也都應(yīng)得到矯直。于是，應(yīng)該在1～5的各位置上都設(shè)置壓彎輥，不管上述各方位的原始曲率如何，都經(jīng)受較大的壓彎，然后同時(shí)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到5～9的各位置，并被同樣設(shè)置的各反方向壓彎輥壓彎后彈復(fù)變直，達(dá)到全長度及全方位的矯直目的。結(jié)合上面提到的螺旋形扁鋼可以把a(bǔ)c、bf、cg及dh4個(gè)方位用4條扁鋼來代替，并設(shè)其厚度為δ時(shí)，則4條扁鋼經(jīng)過大小兩次正反壓彎后各自得到矯直也等于整個(gè)圓材得到矯直?？梢姰?dāng)圓材只在一處受到大壓彎時(shí)，其彎矩如圖2-2c的虛線M-x所示；在其反向受到小壓彎時(shí)其彎矩如圖中虛線M′-x所示，其結(jié)果只能矯直一個(gè)扁鋼或cg一個(gè)方位。而要矯直圓材則必須在圓材旋轉(zhuǎn)的半周中或在其半個(gè)導(dǎo)程(t／2)上造成等彎矩的大壓彎狀態(tài)來代替想像的各壓彎輥，然后又在其下半周內(nèi)造成等彎矩的小壓彎(與彈復(fù)量相等)才可能實(shí)現(xiàn)其變形為圖2-2 中(d2)與(d3)之和。同時(shí)還須明確圖2—1中的前半周(左側(cè)的t／2長度)是在單一方向原始曲率條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。但是全方位原始彎曲卻是±C。的彎曲，因此在兩個(gè)半周的旋轉(zhuǎn)之前還需要有半周的旋轉(zhuǎn)彎曲，以消除±C。使之變成+ C?；蛞籆。，即單一方向的原始彎曲。這樣我們可以概括地說，二輥矯直的必要條件是工件在輥縫中先要經(jīng)過至少一個(gè)導(dǎo)程的等曲率大變形壓彎，然后要經(jīng)過至少半個(gè)導(dǎo)程等曲率小變形(與矯直曲率相適應(yīng)變形)的反向壓彎。前者可使工件各處的殘留彎曲達(dá)到一致程度，后者可使工件全長得到矯直。也可以簡單地說之為“先統(tǒng)一，后矯直”，這句話同大變形小殘差的平行輥矯直法的含義是一致的。
圖3.2 集中力彎曲與等彎矩彎曲的旋轉(zhuǎn)矯直變形圖
2輥矯直的原理雖然簡單，但其實(shí)現(xiàn)方法仍然包含一些較為復(fù)雜的措施。如材質(zhì)不勻會(huì)使殘留彎曲難以統(tǒng)一，也會(huì)使殘留彎曲難以被一次矯直；工件尺寸公差較大時(shí)常需施以過大的壓彎量；工件的剛性偏大時(shí)常需增加壓彎次數(shù)；考慮到輥?zhàn)幽p、新輥縫的彎曲曲率必須適當(dāng)增大等。因此輥縫多采用對(duì)稱形式，人口側(cè)輥縫起到咬入及預(yù)矯作用；出口側(cè)輥縫起到矯直作用；輥腰處的等曲率區(qū)為中區(qū)，起到統(tǒng)一殘留彎曲的作用。參看圖2-2中區(qū)(2Sd)的理論長度為t，考慮到向兩側(cè)的曲率過渡及輥縫的壓緊程度不足等因素，取2Sd =2t。出口區(qū)為了防止一次矯直質(zhì)量不高的可能性，在初矯區(qū)(S′d)之后再增加精矯區(qū)(SB)，它們的理論值為S′d=t／2及SB =t／2?？紤]到曲率之間的半周過渡而取S′d=t，再考慮走出塑性區(qū)時(shí)，由于輥縫的彈跳或積累的殘留彎曲偏大而達(dá)不到質(zhì)量要求的可能性，故加大SB=(1—2)t，并使其問曲率值逐漸減小，以保證矯直質(zhì)量的穩(wěn)定性。2輥矯直還可能遇到矯直管材的情況，一般是矯直厚壁管，此時(shí)的輥縫的彎曲程度可以明顯減小, 塑性變形深度與壁厚可以相等。所以輥腰區(qū)的曲率不需太大，從而矯直區(qū)的曲率變化范圍也要明顯減小，故除輥腰區(qū)仍需要等曲率壓彎之外其他區(qū)域便可以按線性遞減原則來安排輥縫的曲率變化。下面用圖3.2來介紹2輥矯直的基本工作方式，圖3.2a為工作狀態(tài)的兩個(gè)視圖，圓材在輥縫之問被同向旋轉(zhuǎn)的凸凹2輥壓彎并作反向旋轉(zhuǎn)。由于兩個(gè)輥?zhàn)虞S線對(duì)圓材軸線成對(duì)稱傾斜關(guān)系，圓材將一邊旋轉(zhuǎn)一邊前進(jìn)。當(dāng)矯直棒材時(shí)，如圖2—3b所示，輥縫內(nèi)形成三種彎曲區(qū)Sd及S′d為等曲率區(qū)，SB為變曲率塑性變形區(qū)。圖2—3b中3個(gè)曲率比Cw1，、Cw2，及Cw3與3個(gè)曲率區(qū)相對(duì)應(yīng)，圖中t為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)程值,Cw3按線性遞減原則分配在出人口區(qū)。圖3.3c為矯直管材時(shí)輥縫的彎曲形狀，此時(shí)只有Sd及SB區(qū)，其長度為Sd=t，SB=(2～3)
圖3.3 2輥矯直過程及兩種壓彎方式
為了說明上述輥縫具有可靠的矯直能力，下面結(jié)合一典型的輥縫模型，示于圖3.4，并利用有關(guān)的曲率方程式來解析全部的矯直過程。設(shè)圖Cw1=4，Cw2=1．65，Cw3=1．4。則矯直過程的解析結(jié)果列于表3.1。輥縫的總長度為8t，它等于輥?zhàn)拥墓ぷ鏖L度Lg。從矯直過程看預(yù)矯區(qū)也很有用，首先使工件的全長彎曲方向得到統(tǒng)一，而且減小了殘留曲率比的差值；由開始時(shí)假設(shè)的C。=到左2段減小到C。=0．28。輥腰段的作用在于統(tǒng)一殘留彎曲。雖然第3次(右2段)的統(tǒng)一沒有用處，但也為難矯工件留有余地。進(jìn)入矯直區(qū)后只轉(zhuǎn)半周便可達(dá)到合格要求，說明以后的輥縫可以取消，但為了提高質(zhì)量可以矯到右4段。右5段以后確實(shí)沒有用了。而且從全過程看各奇數(shù)段的半周轉(zhuǎn)過之后殘留彎曲都有增大。因此，可以從第5段或第7段取消輥縫。這兩段輥縫作成開擴(kuò)的八字形與輥端圓角結(jié)合起來將有助于工件頭部的咬入和出口工件的穩(wěn)定。但是，也要看到不管是奇數(shù)段和偶數(shù)段每多轉(zhuǎn)一周之后的相對(duì)質(zhì)量都在提高。因此在高精度的矯直機(jī)上輥縫仍然要保持到第6段，甚至要增加到第8段。
圖3.4 2輥矯直輥曲率比的分配模型
表3.1 圖3.3二輥輥縫矯直過程的解析結(jié)果
續(xù)表3.1
從上表的實(shí)際解析中可以較為深入地理解2輥矯直的內(nèi)在機(jī)理，但是涉及的內(nèi)容比較單純。不能滿足各種具體條件的要求。首先是Cw1的取值范圍可以按小變形原則開始取值，即從1．7開始加大到3以上。為了便于達(dá)到統(tǒng)一殘留曲率的目的，力求使總曲率比達(dá)到5左右。同時(shí)還考慮到增加輥?zhàn)訅勖男枰言龃蟮?，經(jīng)過磨損之后仍能達(dá)到5的水平。因此設(shè)計(jì)輥縫的曲率比在 (2輥矯直時(shí)值不允許太大)時(shí)采用的Cw1=3～5。接下去及值皆可按小變形原則從有關(guān)曲線上查知。再下去～等值的影響已經(jīng)很小，不必精確計(jì)算，只按遞減原則予以確定即可，如用一過渡切線把輥形曲線與輥端圓角連接起來。
利用兩輥矯直機(jī)在減小斜角時(shí)(a=5o～10o)對(duì)工件表面的壓光作用，研制出專用的矯直拋光機(jī)。其工作原理也是相同的。
3.3設(shè)計(jì)二輥滾光矯直機(jī)所涉及到的主要參數(shù)
其基本參數(shù)包括矯直力、矯直力矩、輥距t、輥徑D、輥數(shù)n、輥身長度L和矯直速度v0矯直機(jī)基本參數(shù)的正確選擇對(duì)軋件的矯直質(zhì)量、設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和功率消耗等都有重要的影響。
在這里我們對(duì)各個(gè)參數(shù)的主要公式進(jìn)行簡單的介紹，在第3章、第4章都有詳盡的介紹。
矯直力：
矯直力矩：
輥距：
輥徑：
輥身長度L：
，，
矯直速度：
，
軸承壽命較核：
，
，
，
矯直輥強(qiáng)度較核：
3.4國內(nèi)外現(xiàn)在生產(chǎn)這種矯直機(jī)的廠家
二輥滾光棒材矯直機(jī)由于矯直精度高、造價(jià)低、易于維修、換輥時(shí)占用吊車時(shí)間少、導(dǎo)板調(diào)節(jié)比較方便，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)中有廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在在我國國內(nèi)中信重型機(jī)械公司洛陽礦山廠、無錫西漳液壓機(jī)械廠等很多廠家。而國外如英國的布朗克斯公司、維柯公司及羅伯運(yùn)（R0一BETSON)公司；法國的DMS公司及艾梯巴爾(ETlBAR)公司：德國的索林堅(jiān)(SOLINGEN)公司和斯蘭特(SIANT)公司；美國的薩頓(SUTTON)公司；日本的川副機(jī)械公司；前蘇聯(lián)的基洛夫機(jī)床廣等?？梢陨a(chǎn)這種斜二輥滾光輥矯直機(jī)。
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 二輥滾光矯直機(jī)力能參數(shù)計(jì)算
4二輥滾光矯直機(jī)力能參數(shù)計(jì)算
4.1矯直力的計(jì)算
矯直力的計(jì)算由于二輥矯直機(jī)輥形有單向彎曲與雙向彎曲之分,其矯直力也不同, 而矯直力大小與輥縫的壓彎程度密切相關(guān),由于本機(jī)型的輥形設(shè)計(jì)采用單向反彎曲輥形,因此按單向反彎曲輥形來計(jì)算矯直力。 輥形各段長度：輥腰段Sd=t,輥腹段S′d=t,輥胸段Sb=t。
由于等彎曲率區(qū)內(nèi)的彎矩不變, 它必然由一個(gè)外力偶構(gòu)成工件內(nèi)部的等彎矩區(qū)。首先從圖3-1 上力F3來看,在Sb段內(nèi)它形成的彎矩是線性遞增的。雖然這個(gè)彎矩一開始是彈性彎矩,但很快增大為彈塑性彎矩( 彈性段長度可略去不計(jì)),新的力偶矩應(yīng)由F2來形成,而且只在轉(zhuǎn)半周之后就需形成F2S′d /2的力偶矩,以便在下半周內(nèi)完成M2的等彎矩彎曲。進(jìn)入到輥腰Sd段時(shí),由于增大彎矩須達(dá)到M1值,故需在M2之外再增加一個(gè)力偶矩F2Sd /2 值。這種人為的受力模型是與輥形曲線的曲率變化過程基本一致的,是會(huì)接近實(shí)際受力狀態(tài)的,于是可以計(jì)算圖中的各矯直力：
圖4.1 二輥矯直機(jī)雙向反彎輥受力簡圖
4.1.1求導(dǎo)程t
粗棒螺旋導(dǎo)程：
細(xì)棒螺旋導(dǎo)程：
4.1.2求彈性極限彎矩Mmax
雙向輥形的矯直力：
矯直力總和為：
4.1.3求傾角：
矯直輥軸承承受的力為輥面法向力之和,為了簡化計(jì)算,假設(shè)凹凸輥受力點(diǎn)基本相同,如圖4.2所示,接觸角與傾斜角基本等,,則:
圖4.2 矯直輥和軋件相對(duì)位置簡圖
其中,為凸輥輥腰直徑,由與工件接觸最多、壓力最大的輥徑確定，選取傾斜角=20o代入得：
4.1.4軸承承受力的總和
根據(jù)矯直力的大小及工作輥的強(qiáng)度，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用軸承的型號(hào)為：調(diào)心球滾子軸承22212C/W33
4.2 二輥滾光矯直機(jī)功率計(jì)算
4.2.1軸承的消耗功率
設(shè)矯直輥的輥徑直徑為，軸承摩擦系數(shù)為，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為,則軸承摩擦消耗功率為：
，其中=230mm
4.2.2滑動(dòng)摩擦的消耗功率
凸凹輥輥腰直徑分別為和，工件與輥面之間摩擦系數(shù)為，則滑動(dòng)摩擦消耗功率為：
，
其中=0.05～0.1之間，這里取=0.09
所以=6.0227KW
4.2.3滾動(dòng)摩擦的消耗功率
工件與輥面之間滾動(dòng)摩擦系數(shù)為 ,輥?zhàn)有苯菫?工件直徑為,則兩者之間的滾動(dòng)摩擦消耗功率為:
4.2.4塑性彎曲變形的消耗功率
工件的純塑性彎曲曲率比的最大值為，而最小值為0，故其平均值為，其相應(yīng)的，輥?zhàn)庸ぷ鏖L度=560mm,于是可知工件旋轉(zhuǎn)彎曲能耗比為=10.5,所以塑性彎曲變形所消耗的功率為:
或
其中，所以=9.93KW
4.2.5消耗總功率
所消耗的總功率為：
=0.0826+6.0227+3.097+9.93=19.87KW
4.3矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)功率
矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)總功率為：N總=
其中：η為傳遞效率，η=0.95～0.97之間，這里取η=0.96
N總==20.7KW
故選擇電機(jī)的功率為22KW
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用電機(jī)的型號(hào)為：
查得該型號(hào)的電機(jī)基本參數(shù)：代表電機(jī)的系列代號(hào)；
181為機(jī)座中心高；
2為電機(jī)級(jí)數(shù)
額定轉(zhuǎn)速：
4.4關(guān)于機(jī)架、機(jī)座及軸承蓋的設(shè)計(jì)
矯直機(jī)的機(jī)架、機(jī)座、傳動(dòng)等部分設(shè)計(jì)不屬于本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以在這里只是作了簡單的介紹。
矯直機(jī)架是工作機(jī)座中尺寸和重量都是最大的部件，也是最重要的部件，是用來安裝矯直輥、軸承座、矯直輥調(diào)整機(jī)構(gòu)和導(dǎo)板裝置等工作機(jī)座中全部部件的，機(jī)架要承受矯直壓力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在這里要較核機(jī)架的強(qiáng)度和剛度，就必須對(duì)其矯直材料進(jìn)行選擇，然后對(duì)矯直機(jī)機(jī)架的危險(xiǎn)斷面進(jìn)行受力分析，計(jì)算其斷面的慣性矩，再根據(jù)尺寸計(jì)算機(jī)架所受的應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，較核機(jī)架的強(qiáng)度。
矯直時(shí)在矯直壓力作用下軋件產(chǎn)生塑性變形。同時(shí)，在矯直反力的作用下，工作機(jī)座中的矯直輥、軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲和螺母、機(jī)架等一系列受力零件，也產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，總變形量可達(dá)幾毫米。對(duì)于成品矯直機(jī)，機(jī)座的彈形變形對(duì)工件尺寸精度有很大影響。
軋件進(jìn)入矯直輥前，矯直輥的原始輥縫高為，如果矯直輥的原始輥型為圓柱形，則輥縫是均勻的。當(dāng)矯直時(shí)，在矯直力為Ｐ作用下，機(jī)座產(chǎn)生彈性變形，使實(shí)際輥縫呈不均勻地增大，矯直后的軋件斷面呈中部較厚的形，工件的厚度h在于原始輥縫，高機(jī)座在矯直輥輥身中部處產(chǎn)生的彈性變形為f則
h=+f
式中 h ―矯直后的軋件厚度；
―矯直輥原始輥縫；
f ―機(jī)座彈性變形（機(jī)座在軋輥輥身中部處的彈性變形量）。
由上式可見，機(jī)座彈性變形f對(duì)矯直后的軋件厚度影響很大，要想得到厚度為h軋件，矯直輥的原始輥縫應(yīng)調(diào)整到比軋件厚度h小一個(gè)機(jī)座彈性變形量f的數(shù)值．
機(jī)座的彈形變形可分為兩個(gè)部分．一部分是除矯直輥彎曲變形以外的其他各受力零件的彈性變形，包括由軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲和螺母等零件產(chǎn)生的壓縮變形，矯直輥的彈形壓扃，機(jī)座閏柱的拉伸變形和機(jī)架橫梁的彎曲變形等造成的。這些變形使矯直輥輥縫均勻地增大。另一部分是矯直輥的彎曲變形，使軋輥軸線撓曲，除了加在原始輥縫外，還使輥縫在寬度方向產(chǎn)生不均勻變化，這使用權(quán)軋件沿寬度方向產(chǎn)生橫向厚度偏差。
由于機(jī)座的彈性變形f是由矯直力產(chǎn)生的，如果在矯直過程中矯直力有波動(dòng)，則在一定原始輥縫下，機(jī)座的彈性變形也有相應(yīng)的波動(dòng)，這就使軋件沿長度方向的厚度產(chǎn)生變化，產(chǎn)生了縱向厚度偏差。對(duì)于縱向進(jìn)取度偏差，在現(xiàn)代二輥滾光矯直機(jī)上，設(shè)置了厚度控制裝置，使矯直機(jī)能在矯直過和中迅速調(diào)整，控制軋件的縱向厚度偏差。至于軋件沿寬度方向產(chǎn)生的橫向厚度偏差，一般是通過合理的輥型設(shè)計(jì)、輥型調(diào)整等措施來控制的。
由上可知，機(jī)座的彈形變形直接影響矯直后的軋件厚度以及軋件的縱向和橫向的厚度偏差，因而也影響到矯直機(jī)的調(diào)整、矯直工藝規(guī)程的制定和輥型設(shè)計(jì)等。
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 二輥滾光矯直機(jī)輥系設(shè)計(jì)
5二輥滾光矯直機(jī)輥系設(shè)計(jì)
5.1矯直輥的組成
輥身、輥頸和輥頭，如圖5.1所示：
圖5.1 矯直輥示意圖
5.2.矯直輥材料
矯直輥是軋鋼車間經(jīng)常耗用的工具，其質(zhì)量好壞直接影響著鋼材的選題和產(chǎn)量，因此對(duì)矯直輥的性能（主要是強(qiáng)度、耐磨性和一定的耐熱裂性）的要求是很嚴(yán)格的。因矯直機(jī)類型和所矯直鋼材種類的不同，對(duì)矯直輥材料性能的具體要求也有很大差別。常用的矯直輥材料有合金鍛鋼、合金鑄鋼和鑄鐵等。
2輥滾光矯直機(jī)的工作輥對(duì)輥面硬度及強(qiáng)度均有很高的要求，常采用高強(qiáng)度的合金鑄鋼。其支承輥工作條件與平板矯直機(jī)相似，材料選用也基本相同，但要求有更高的輥面硬度。
2輥滾光矯直機(jī)的工作輥選擇矯直輥材料時(shí)，以輥面硬度要求為主，多采用鑄鐵軋輥。而支承輥在工作中主要隨彎矩，且直徑較大，工著重考慮強(qiáng)度和軋輥淬透性，因此，多選用含Cr合金鍛鋼。
2輥滾光矯直機(jī)上為了矯直高碳鋼和其他難變形的合金鋼，也采用帶硬質(zhì)合金輥套的復(fù)合式矯直輥。
盡管矯直輥的硬度要求很高（HS >90），但卻不使用鑄鐵軋輥，這是因?yàn)楫?dāng)輥徑確定以后，可能矯直出的軋件最小厚度什和軋輥材料的彈性模數(shù)E值反比，即矯直輥材料彈性模數(shù)E愈大，可能矯直出的軋件直徑愈小，鑄鐵的E 值約為鋼的一半，故而2輥滾光矯直機(jī)使用鑄鐵矯直輥是不利的。
在矯直輥的常用材料中：
用于矯直輥的合金鍛鋼，在我國重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)JB/ZQ4289-86標(biāo)準(zhǔn)中列出了平板矯直輥和棒材矯直輥用鋼.：
平板矯直輥用鋼有:55Mn2,55Cr,60CrMn Mo,60SiMn Mo等.
棒材矯直輥用鋼有:9Cr,9Cr2,9CrV,9Cr2W,9Cr2Mo,60CrMoV,
80CrNi3W,8CrMOV等.
用于矯直輥的合金鑄鋼的種類尚不多,也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).
鑄鐵可分為普通鑄鐵、合金鑄鐵和球墨鑄鐵。采用不同的鑄型，可以得到半冷硬、冷硬及無限冷硬鑄鐵。
故本矯直機(jī)限的矯直輥材料及硬度如下：
2輥滾光矯直機(jī)工作輥：矯直輥硬度HS=85~100(取HS=100)
這里根據(jù)矯直輥的需求 ：選用選用的材料為25MnTiBRE
=1375MPa
5.3矯直輥尺寸計(jì)算
圓材彈性極限彎曲半徑：
輥腰段壓彎半徑：
輥腹段壓彎半徑：
輥胸段壓彎半徑：
粗棒螺旋導(dǎo)程：
細(xì)棒螺旋導(dǎo)程：
腰段輥長： = 75.72 取 =70mm
腹段輥長： = =70mm
胸段輥長： =2 =140取=140mm
輥端圓角：R20～90mm
輥?zhàn)庸ぷ鏖L度：
輥?zhàn)尤L：
凹輥腰徑：，取=215mm，半徑為=107.5mm
工件最小半徑為: r=10mm
輥形初始值：
=0，=0，=0，=0
凹輥各段的曲率半徑：=-343mm,=-1030mm,=-1202mm
凸輥各段的曲率半徑：=343mm,=1030mm,=1202mm
輥形軸向分段：=20mm（實(shí)際取值要小）
5.4矯直速度計(jì)算
斜輥矯直機(jī)的矯直速度是旋轉(zhuǎn)圓材的前進(jìn)速度。它與輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、輥?zhàn)有苯羌拜佔(zhàn)庸ぷ髦睆接兄苯雨P(guān)系如圖5.2所示。參看圖2—2a，當(dāng)輥?zhàn)庸ぷ髦睆教幍那芯€速度為，工作直徑為。，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)子斜角為a時(shí)，矯直速度為：
圖5.2 斜輥矯直時(shí)軋件與輥?zhàn)拥年P(guān)系
按習(xí)慣寫法，其單位速度為m／s，轉(zhuǎn)速為r／min。當(dāng)工件轉(zhuǎn)速為n、直徑為d，導(dǎo)程為t時(shí)，則:
由上述二式可得出工件轉(zhuǎn)速與輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速之間關(guān)系為
將n=150.8,d=20～90mm，=15.代如公式得出矯直速度：
=5.47～24.64m/s
矯直速度首先來自產(chǎn)量要求，工件轉(zhuǎn)速要受其原始彎曲程度的制約。因此產(chǎn)量要求也受工件原始狀態(tài)的限制。工件原始彎曲很大時(shí)，進(jìn)入輥縫之后工件甩擺嚴(yán)重，噪聲很大，且容易損壞設(shè)備，甚至造成人身傷害?，F(xiàn)代化的矯直機(jī)在工件送進(jìn)的導(dǎo)向裝置上花費(fèi)很大投入的目的就是限制其甩擺，提高矯直速度。另外也從改善冷卻條件及輸送方法來減少工件的原始彎曲。
5.5矯直輥強(qiáng)度計(jì)算
矯直輥在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作，這種應(yīng)力狀態(tài)是由殘余應(yīng)力接觸應(yīng)力彎曲應(yīng)力扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力以及由于溫度分布不均所引起的熱應(yīng)力等綜合形成的。
矯直輥中的應(yīng)力可分為以下兩大類：
（1）制造過程中（主要是在熱處理過程中）形成的應(yīng)力；
（2）使用過程產(chǎn)生的應(yīng)力。這種應(yīng)力是由兩種因素引起的，即受力因素（金屬作用于矯直輥的壓力、帶材張力及扭矩等）及熱因素（矯直輥與軋件接觸和磨擦引起的發(fā)熱及用油或水冷卻軋輥）。
在矯直輥的設(shè)計(jì)計(jì)算中，通常只計(jì)算矯直輥在使用過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力。這些應(yīng)力包括矯直輥表面的接觸應(yīng)力、矯直輥橫向壓縮引起的應(yīng)力、熱應(yīng)力以及由彎矩、扭矩作用所引起的應(yīng)力等關(guān)于矯直輥的受力模型圖如圖5.3所示。彎矩模型圖5.4。
工作輥與支承輥的接觸面積比工作輥與軋件的接觸面積小的多，故存在很大的接觸應(yīng)力。假設(shè)輥間作用力沿軸向均勻分布。
圖5.3矯直輥的受力模型圖
赫茲理論認(rèn)為，兩個(gè)圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應(yīng)力。半徑方向產(chǎn)生的法向正應(yīng)力在接觸面的中部最大。接觸區(qū)寬度2b和最大壓應(yīng)力由下式計(jì)算：
圖5.4 二輥滾光矯直機(jī)矯直彎矩圖
b=
=
=
=
式中 q 加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷，q=P/L,N/mm；
D、D及r、r 工作輥與支承輥的直徑與半徑；
K、K 與矯直輥材料有關(guān)的系數(shù)；
K=
K=
v、v及E、E 工作輥與支承輥的材料泊松比和彈性模數(shù)。 v、v=0.28, E、E =184Mpa
工作輥與支輥皆為鋼軋輥時(shí)，可簡化為
=191=191=837Mpa≤1375MPa
計(jì)算時(shí)，式中的q可按加大50%考慮。
在輥間接觸區(qū)中，除了須校核最大正應(yīng)力外，對(duì)于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進(jìn)行校核。在距離接觸點(diǎn)表面深度為0.78處，切應(yīng)力為最大
===149.7MPa
雖然接觸應(yīng)力通常很大，但對(duì)于軋輥不致產(chǎn)生很大危險(xiǎn)，因?yàn)樵诮佑|區(qū)內(nèi)，材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能承受較高的應(yīng)力。但當(dāng)或值超過許用值時(shí)，會(huì)使軋輥表面產(chǎn)生裂紋或剝落。
5.6軸承的壽命校核
根據(jù)矯直壓力對(duì)所選軸承進(jìn)行壽命的校核
校核型號(hào)：322220
當(dāng)量動(dòng)載荷P=f(XF+YF)
F=P=0.5*1184232=592116(N)
由于矯直時(shí)考慮有輕微的軸向竄動(dòng)，故F=10%F=59211.6(N)
=0.1
L`=3000(h)
nP=nP n==24r/min
L`由資料[19]知L`=2000~3000(h)
故軸承322220選擇符合
校核型號(hào)：22212C/W33
當(dāng)量動(dòng)載荷P=f(XF+YF)
F=
=0.5*11849.4
=5924.7(N)
P=P=P=1184232*=11849.4(h)
F=10%F=592.5(N)
=0.1L`+3000(h)
所以軸承22212C/W33選擇符
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 二輥滾光矯直機(jī)傳動(dòng)裝置的選擇及液壓過載保護(hù)
6二輥滾光矯直機(jī)傳動(dòng)裝置的選擇及液壓過載保護(hù)
6.1二輥滾光矯直機(jī)傳動(dòng)裝置的選擇
6.1.1矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置的組成
矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置即由減速箱、聯(lián)軸器和聯(lián)接軸等部分組成。其作用是將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給矯直輥。
減速箱
減速箱的作用是將電動(dòng)機(jī)較高的轉(zhuǎn)速變成矯直輥所需的轉(zhuǎn)速。
聯(lián)軸器（節(jié)）與聯(lián)接軸
聯(lián)軸器（節(jié)）包括電機(jī)聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器。電機(jī)聯(lián)軸器用來聯(lián)接電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)的傳動(dòng)軸，而主聯(lián)軸器則用來聯(lián)接減速機(jī)與齒輪座的傳動(dòng)軸。目前應(yīng)用最廣泛的聯(lián)軸器是齒輪聯(lián)軸器。
聯(lián)接軸用來將齒輪座輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩傳遞給工作機(jī)座的導(dǎo)板。在橫列在軋矯直機(jī)左右，通過一個(gè)工作機(jī)座的矯直輥傳動(dòng)另一個(gè)工作機(jī)座的矯直輥，也是通過聯(lián)接軸傳動(dòng)的。矯直機(jī)常用的聯(lián)接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和弧形齒接軸等。
6.1.2矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置類型
由于軋鋼機(jī)型式和工作制度的不同，其主傳動(dòng)裝置也有不同的類型
單機(jī)座矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置類型
第一種型式：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是通過電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器、減速機(jī)、主聯(lián)軸器、齒輪座、聯(lián)接軸而傳給導(dǎo)板的。這是最常見的主傳動(dòng)型式。
第二種型式：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩是通過主聯(lián)軸器和聯(lián)接軸而直接傳給矯直輥的。兩個(gè)導(dǎo)板由各自的電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。這種型式的主傳動(dòng)裝置主要用于大型的板材矯直機(jī)。
第三種型式：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是通過主聯(lián)軸器、齒輪座、聯(lián)接軸而傳給矯直輥的。這種型式的主傳動(dòng)裝置在矯直機(jī)上都有應(yīng)用。
第四種型式：兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)扭矩是通過電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器、聯(lián)合減速機(jī)，聯(lián)接軸而傳動(dòng)兩個(gè)導(dǎo)板的。這種型主要有棒材矯直機(jī)上。
第五種型式：在二輥疊薄板矯直機(jī)上，只傳動(dòng)下矯直輥，故不需齒輪座只采用一般型式的確良減速機(jī)，直接用一根聯(lián)接軸傳動(dòng)下矯直輥。
本矯直機(jī)采用的單機(jī)座矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置第一種型式。其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
6.1.3萬向連接軸
萬向連接軸具有很多優(yōu)點(diǎn)，使用效果也好。在很多現(xiàn)代化的冷、熱帶鋼連軋機(jī)、板材軋機(jī)、線材軋機(jī)和矯直機(jī)的主傳動(dòng)中，廣泛使用萬向連接軸。
萬向連接軸的結(jié)構(gòu)式很多，在矯直機(jī)中應(yīng)用最多的是滑塊式萬向連接軸和帶滾動(dòng)軸承（十字頭）萬向連接軸。
在棒材矯直機(jī)的矯直棍的傾角很大，接軸傾角達(dá)，傳遞扭矩也很大，有的高達(dá)3000kN.m，工作條件非常繁重。因此在棒材矯直機(jī)上，廣泛采用滑塊式萬向連接軸。
滑塊式萬向連接軸具有以下優(yōu)點(diǎn)：
傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小，有利于提高矯直速度，適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)；
沒有沖擊振動(dòng)和軸向串動(dòng)，徑向間隙可減小到最低限度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)久耐用。由于外齒側(cè)面弧形化，降低接觸應(yīng)力，消除了一般齒輪聯(lián)軸器外齒軸套端部載荷，與一般齒輪聯(lián)軸器相比，在同樣型號(hào)下強(qiáng)度提高15%~20%，一般壽命在1～2年以上；
結(jié)構(gòu)輕巧，裝拆方便，易于換輥；
便于潤滑和密封，大大節(jié)省油耗，省去了潤滑系統(tǒng)，降低了投資費(fèi)用，而且便于維護(hù)，有利于提高矯直機(jī)作業(yè)率；
傳動(dòng)效率高，可達(dá)97%～99%；
許傾角大，比弧形齒接軸的傾角大，可達(dá)。
滑塊式萬向連接軸缺點(diǎn)是：
加工時(shí)碳要有專門的靠模，比加工普通齒輪聯(lián)軸器復(fù)雜，成本較高。
滑塊式萬向連接軸所用材料為45#鋼、50#鋼及40CrNi合金結(jié)構(gòu)鋼，淬火后的硬度>=HRC40，用帶彈簧的球面頂頭定位，以防止接軸軸向竄動(dòng)。
所以，本矯直機(jī)選用滑塊式萬向連接軸。
6.1.4聯(lián)接軸的總體的配置及其平衡裝置
本矯直機(jī)主傳動(dòng)中聯(lián)接軸是用來聯(lián)接矯直輥和齒輪座導(dǎo)板的，在考慮聯(lián)接軸總體置時(shí)，綜合考慮矯直輥調(diào)整范圍、齒輪座中心距（或電動(dòng)機(jī)的軸的中心距），以及聯(lián)接軸允許傾角等因素，使聯(lián)接軸有較合適的工作條件。其中，矯直輥調(diào)整范圍是根據(jù)工藝要求確定的，而齒輪座中心距的確定,則要考慮聯(lián)接軸的工作條件。為了使上下兩個(gè)聯(lián)接軸工人條件均衡，應(yīng)該使上下兩個(gè)聯(lián)接軸的傾角盡可能相等。此進(jìn)，齒輪座中心距A按以下公式確定：
對(duì)于軋件出口厚度h變化不大的棒材矯直機(jī)：
式中 ------凸輥直徑；
------凹輥直徑。
在確定齒輪座中心距后可進(jìn)一步確定聯(lián)接軸長度或聯(lián)接軸最大傾角。
在確定聯(lián)接軸長度時(shí)，為了減少矯直機(jī)主傳動(dòng)裝置的總長度和車間總面積，通常在保證矯直機(jī)前后輔助設(shè)備置的前提下，應(yīng)選取較小的聯(lián)接軸長度。聯(lián)接軸兩端鉸鏈中心線之間的水平長度L，可用 以下公式確定
取L=2.03m。
6.1.5主減速機(jī)
許多矯直機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)中都設(shè)有減速機(jī)，稱為主減速機(jī)。最常用的是一級(jí)和二級(jí)圓柱齒輪減速機(jī)，一般以速比7~8作為選用一級(jí)或二級(jí)減速機(jī)的分界線。在二級(jí)減速機(jī)中，為了使么第二級(jí)和第二級(jí)的負(fù)荷均勻，這兩級(jí)的中心距的分配原則，主要是應(yīng)使這兩級(jí)的傳動(dòng)齒輪齒面接觸應(yīng)力近似相等，并適當(dāng)考慮減速機(jī)能具有較小的外形尺寸和重量。根據(jù)這一原則，第二級(jí)與第一級(jí)中心距之比為1.3～1 .5。選用減速機(jī)中心距時(shí)，應(yīng)參考專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)中心距的規(guī)定。
主減速機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
減速機(jī)主要由齒輪、軸、軸承、箱體、箱蓋等部分組成。
主減速機(jī)的型號(hào)選?。?
首先根據(jù)工作要求選擇合適的傳動(dòng)比，而減速器的實(shí)際傳動(dòng)比與公稱傳動(dòng)比是有差別的，但誤差不要超過4%。按照本次設(shè)計(jì)