机械毕业设计（论文）-薄板连铸连轧事故剪设计【全套图纸】 .doc

第一章 绪论一、薄板带卷生产方式与特点薄板坯连铸连轧技术是20世纪末80年代开发成功的新技术，它具有以下三种优点：1、装备水平高；自动化程度高；劳动生产率高。2、流程短，工序少；不知紧凑占地少；环保好污染少。3、能耗低；投资低；成本低。和传统工艺相比，薄板坯连铸连轧工艺还具有如下特点：1、 由于板坯厚度较薄，他在结晶器内的冷却强度大，铸态组织晶粒细化。2、全套图纸，加1538937062、直接轧制，取消了相变温度区的中间冷却，热轧变形在粗大奥氏体组织上直接进行，避免了合金元素在板坯冷却过程中析出，而使成品组织得到弥散硬化和获得更精细，更均匀的金相组织。3、辊底式均热炉保证板坯温度的均匀和稳定，而使板坯全长的力学性能和厚度公差均匀一直。4、强力高压水除磷，保证板坯表面质量。5、高精度的厚度、板形、平直度、宽度、温度自动控制系统使板坯的几何尺寸精度达到最高水平。6、较高的轧制温度，使得即使精轧机架数少，也能更易轧制超薄热轧板坯。7、由于薄板坯连铸连轧生产线的小时产量主要取决于连铸机的拉速和板坯宽度，因此轧制较薄规格的板坯不会像传动轧机那样受到很大影响。二、薄板连铸连轧工艺流程及主要生产设备包头钢铁集团薄板坯连铸连轧厂的这条薄板坯连铸连轧生产线是目前我们国内已建成的代表世界领先技术的三条生产线之一，其主要的工艺流程如下页所示：其中主要生产设备有：转炉：氧气顶吹转炉的生产特点是吹炼周期短，生产率和设备运转率高，周转频繁。由于制氧技术的发展，可为工业提供大量廉价的氧气，为氧气炼钢提供了条件，在1952年，奥地利linz和donawitz两城相继建成氧气顶吹转炉，但当时转炉的重量只有30吨。氧气顶吹转炉炼钢方法的特点是，由炉口插入吹氧管至炉内液面一定高度后，从上面向熔池吹入工业纯氧进行冶炼，故此法亦称为ld法。由于这种炼钢方法具有不用燃料，冶炼周期短，生产率高，冶炼品种多，质量好，生产费用低，建厂速度快和投资少等优点，因而得到了迅速的发展，成为近代炼钢生产的主要手段。薄板连铸连轧工艺流程图连铸机:连铸机可以把钢水直接连续地浇铸成钢坯，由炼钢跨送来的盛满钢水的盛钢桶装在连铸机的钢包旋转台上，通过中间包小车，把钢水注入结晶器，在那里凝结成具有一定厚度的坯壳，即由引锭杆牵引着拉出结晶器，进入第一至第八段二次冷却夹辊，引锭杆是由拉矫辊驱动的，铸坯在二次冷却区内被雾化的冷却水冷却，继续凝固。当它通过最末一段二冷夹辊后，即被拉矫辊矫直，使之沿水平方向前进。钢包旋转台：钢包旋转台有不同的运动形式，不同的工作性能，因而有不同的结构形式。最简单的旋转台只用一个转臂，就能做旋转运动。一般的旋转台除了作旋转运动之外，还能使钢包做升降运动。多功能的旋转台还有钢包倾倒装置，钢包盖升降装置和吹起装置等。在钢包旋转台上，一般都有连续侧重装置，大都是在承托钢包的鞍座上设置测力传感器来实现的。中间包小车：中间包是钢包与结晶器之间的中间容器。用钢包运来的钢水先注入中间包，然后再经过中间包注入结晶器中，使用中间包的作用是减少钢水的静压力，是钢流平稳，以减小钢流对结晶器内钢水的冲击和搅动。钢水在中间包内停留的时间，是非金属夹杂物有时间上浮。在多流连铸机上，是通过中间包将钢水分配到每个结晶器。进行多炉连浇时，可以在中间包内存放一定数量的钢水，以保证在更换钢包时能够继续浇铸。辊底式均热炉：设在铸机和轧机之间的辊底式均热炉，是连接铸机和轧机的唯一工艺设备，其作用是连续不断的接收铸机产生的高温板坯，经过加热和均热后及时供给轧机合乎加热质量要求的薄板坯。当轧机正常生产换工作辊，或者下游设备临时出现故障时其调节和缓冲作用，也即在csp的“刚性”机组之间增加了炉子的“柔性”环节，使csp线的连铸连轧工艺能顺利进行。当两机两流工艺时，连接段的炉子还起到连续不断转运远离轧线铸机的连铸热坯任务，为摆动的转运方式。目前，csp生产线的连接段多采用直通辊底式炉型，炉型结构简单，并方便在线自动控制的要求。因它仅需通过对每个炉辊速度变化的控制，就可完成与前面铸机和后面轧机对铸坯速度的同步要求，以及在炉内快速运坯拉开前后铸坯间的间隙，使炉子具有缓冲与协调的能力。板坯还可根据轧线的工艺要求在炉内正向运送和反向运送，或待轧时，铸坯在炉内出料端进行前后摆动等待。两机两流工艺间距25米时采用两座双线辊底式均热炉生产线并具有摆动功能。炉子均为四段炉型（加热炉段、运输炉段、摆动炉段、存储炉段），26个温度控制区进行侧部上、下供热。产生的烟气，由炉子顶部三个排烟口分别进入水平烟道，经渗冷稀释、助燃空气换热器，炉膛压力电动调节烟闸，最后通过三座自立式钢烟囱自然排出，并完成炉膛压力三段（加热与运输炉段、摆动炉段、存储炉段）自动控制。全炉共有161个水冷式炉辊，每个炉辊的速度均可通过变频器（一个炉辊一个）和每个炉辊所配置的2.2kw变频齿轮电机进行单独变速。速度范围为2.865m/min,并可正向或者反向转动。板坯加热温度通常为1100，温差10。为此加热炉段的炉温为1200，其他炉段的炉温为1130用于均热和保温。不同的铸速下板坯入炉温度、炉温与加热制度、各炉段的控制区数量、烧嘴数量及供热能力是不同的。摆动炉段的的炉体钢结构系安放在下面框架式的摆动车上，并通过摆动车的支撑、定心、摆动、对中定位、密封五个主要的环节完成板坯在高温下的转运工作。三、国内外热薄板连铸连轧发展状况自20世纪60年代中后期带钢轧机应用计算机技术以来, 带钢生产的技术装备和工艺发生了很大的变化, 一定程度上满足了汽车和家电等行业用户的需求。但在此后近20年的时间里, 带钢的生产在技术上没有大的突破, 生产方式没有发生大的变化。随着下游产品技术含量的不断提高, 市场对带钢的性能、质量不断提出新的要求, 加上能源价格、原材料价格及人工费用的不断上涨, 迫使钢铁工业寻求技术上的新突破。在这种背景下, 薄板坯连铸连轧技术在20 世纪80 年代中期应运而生。1、第一代技术（1）第一代技术的出现第一代技术是由德国西马克公司研究开发成功的，美国纽柯公司首先引进了此项技术，并于1989年在克拉福兹维尔厂建成世界上第一条生产线。研究开发成功薄板坯连铸连轧技术最具代表性的厂家是西马克、德马克、奥钢联、达涅利等。尽管各自的工艺路线不同, 装备也各具特色, 但这些生产线都通过紧凑结构、热装热送、连铸连轧等技术来生产合格的产品, 实现高的经济效益。多条生产线投产后, 又促使各自技术相互渗透、共同完善。薄板坯连铸连轧技术按工艺特点分, 主要有csp、isp、controll、ftsc、cpr、tsp等，目前世界上应用最多的是csp (紧凑式带钢生产)、isp (串列式带钢生产)和ftsr(灵活的薄板坯连铸连轧)三种。（2）第一代技术的主要特点相对常规热连轧技术, 它有3 方面重要突破: 采用炉外精炼技术, 最大程度地保证了连铸所需的钢水质量; 设计了能连铸优质薄板坯的结晶器, 由于板坯厚度薄, 在结晶器内冷却的强度大, 细化了板坯铸态的组织晶粒; 成功地将连铸工艺与连轧工艺连接起来,实现了直接轧制, 从而取消了相变温度区的中间冷却, 使热轧变形在粗大奥氏体组织上直接进行,避免了合金元素在板坯冷却过程中析出, 由此获得更精细、更均匀的金相组织。相对常规的热连轧生产, 薄板坯连铸连轧技术可以: 省去初轧机组, 减少板坯堆放场地, 如果建年产150万吨的生产线, 可省去投资35%45%; 可降低能耗70% 80%; 提高成材率1.8%左右, 大大减少操作人员, 污染少。第一代技术还有一个主要特点, 即几乎全部由100150t 的电炉供应钢水, 单流铸机生产能力80万吨。实行奥氏体轧制, 终轧温度860, 终轧产品最薄为1.2mm。主要生产碳钢。典型的生产线有美国克拉福兹维尔厂、未改造前的西班牙acb 厂、意大利阿维迪厂以及我国未改造前的珠江钢厂。2、第二代技术经过对第一代技术近10 年的不断改进和完善, 20 世纪90 年代末, 第二代技术已经成熟。我国1999 年底开始投产的生产线基本上都应用了第二代技术, 其基本特点是:（1）采用半无头轧制技术, 减少头尾损失, 改善了组织性能, 提高了最终产品的质量。（2）实施了铁素体轧制。轧件在前几架轧机以奥氏体组织状态接受轧制, 到一定厚度时, 经快速水冷后转变为铁素体状态。后几架轧机将处于这一状态的轧件轧到要求的产品尺寸, 并获得终轧温度, 随后按工艺要求冷却至卷取温度。这种方法进一步完善了产品的内在组织性能。（3）扩大了单流铸机的生产能力, 一般都可提高到130万吨。由于150t 以上电炉操作成功的把握性差, 所以第二代技术中, 多采用转炉与连铸机相匹配。这对提高生产效率、降低成本和对钢中残量元素的控制起到很好的作用。我国1999 年以后建成的连铸连轧生产线均采用了转炉与连铸机匹配。（4）由“钢液熔池控制系统数学模型”实现液芯压下工艺。实践证明, 采用液芯压下技术, 对铸坯细化晶粒的作用更大, 使得在相同轧制温度下,铸坯获得的韧性更好。（5）结晶器断面尺寸增至70mm , 使液芯压下量的大小在浇铸前和浇铸中可灵活设定, 以适应终轧带卷厚度的要求。3、我国的研究应用及发展状况（1）研究阶段我国自20 世纪80 年代中后期开始重视对薄板坯连铸连轧技术的引进、研究与开发。一方面, 20 世纪90 年代后期, 国家将此项技术作为“九五”期间的重点引进项目, 与德国施罗曼西马克公司签订了引进3 条生产线的合同, 分别落户珠钢、邯钢、包钢, 并于1998 年11 月、1999 年12 月和2001 年4 月分别建成投产。另一方面, 在引进技术的同时, 20 世纪80 年代中后期, 我国对此项技术的研究和开发就已展开, 主要由上海钢铁研究所、东北大学、北京钢铁研究总院承担研发工作。北京钢铁研究总院和兰州钢厂经多年合作研究与开发, 于1992 年在兰州钢厂建成我国第一条试验性生产线, 并成功地拉出了50mm 900mm、70mm 900mm 的薄板坯, 虽然由于后续资金未到位, 连轧系统没有连上, 没有实现真正意义上的的连铸连轧, 但拉坯的成功为我国建设中宽度薄板坯连铸连轧生产线提供了技术基础。（2）引进和自主开发阶段自1998年11月至2004年8月,我国已建成7条薄板坯连铸连轧生产线,其中珠钢、包钢、邯钢、马钢、涟钢采用的是csp工艺,唐钢采用的是ftsr工艺, 这6条生产线均从国外引进。另外,鞍钢的中薄板坯连铸连轧生产线绝大部分设备为国内制造,具有自主知识产权。国内正在建设的生产线有5条：本钢：预计2004年12月投产, 年产能250万吨(ftsc)；通钢；预计2005年7月投产，年产能140万吨(ftsc)；酒钢：预计2005年12月投产，年产能250万吨(csp)； 济钢：预计2005年12月投产，年产能140 万t (a sp) ; 唐山新丰: 预计2005年12月投产，年产能160万吨(国内技术)。4、我国已投产的生产线产品开发及典型技术实践介绍7条生产线所属的生产厂在投产后, 几乎都提出了“引进、吸收、消化、发展”的思路, 在生产实践中采取多种手段强化培训工作, 加快了吸收、消化国外先进技术的速度。围绕产品开发, 制定了全面的试制计划和产品大纲。7条生产线有一个共同的特点：即建设顺利达产顺利, 开发的产品几乎涵盖了自己的产品大纲，且绝大部分已替代了常规传统轧机生产的产品。在多年的生产实践中，已自主集成、积累和掌握了一整套能解决生产中诸多难题的技术，鞍钢和包钢还建立了具有自主知识产权的专有体系。应该说薄板坯连铸连轧技术在我国的成功实践为正在建设或将要建设同类生产线的兄弟厂提供了不少可借鉴的经验。包钢值得重点介绍的是，低合金钢和微合金钢由于具有高强韧性和优良的成形性和焊接性,所以生产这两种钢的技术已成为冶金行业的重大研究课题。研究开发csp生产线时，由于与传统流程存在较大差异, 出现了nb微合金混晶等严重影响csp流程高强度钢开发的重大技术难题。这一难题不但在国内，在世界范围内也一直没有很好解决。但是包钢却在2004年7月份非常成功地将其攻克, 形成了具有我国自主知识产权的核心技术。该项技术的开发成功, 使包钢率先在国内创立了完善的csp流程低合金钢、微合金钢合金化和配套生产技术体系, 且产品的组织均匀性优于国外同流程、同类型产品, 填补了我国这一研究领域的空白, 在钢铁行业产生了很大影响。以此项技术为基础, 成功开发生产了高强度汽车大梁钢、系列微合金化高强度管线钢、造船用钢等。5、存在的问题（1）技术上尚待解决的主要问题薄板坯品种开发和工艺优化是实现“以热代冷”的关键。由于薄板坯生产的钢种强度偏高, 为了保证钢板性能, 通常要降低钢中固溶强化元素的含量, 但在工艺中受到l f炉增c、增si的困扰, 产品质量不够稳定。由于薄板坯在凝固和轧制过程中会大量析出细小、弥散的各种夹杂, 在晶界上富集并抑制晶粒长大, 不利于钢材软化。要生产冷轧板, 必须严格控制al和s含量, 技术难度较大。另外,为了保证冷轧材性能, 必须降低钢水含氮量, 而采用lf炉精炼会造成钢水大量吸氮, 要想解决此矛盾还有不少工作要做。生产热镀锌用的深冲钢时, 要求低硫和高纯净度; 生产if 钢时, 要求超低碳、低氮。这些虽有技术和操作理论, 但实践难度较大, 我国部分生产线在实际技术运用中还需进一步掌握。（2）生产中存在的主要问题铁素体轧制、半无头轧制、液芯压下第二代核心技术在实际生产中尚没有得到充分应用,主要是缺乏深入研究以及经验不足, 对进一步扩大品种、提高质量不利。有些生产线拉坯速度偏低, 有些企业炼钢能力偏小, 转炉能力与轧机能力不尽相配, 影响了轧机能力的充分发挥。质量问题时有发生, 如边裂、表面裂纹和轧机振动问题, 薄板坯轧制成板材后的屈服强度高于常规板坯成材后的强度等, 这些问题有的经过技术处理, 只是有所缓解, 并没有完全消除。与转炉生产相适应的铁水脱硫能力还不足, 有些钢厂由于种种原因没有充分发挥其脱硫能力。大部分厂生产线的技术参数在不断优化, 但有些厂选用技术参数时,与某些工序之间的匹配关系还有待进一步改进。在引进、消化、吸收并自主集成、自主开发的道路上还有不少工作要做。实际生产中, 生产事故、设备事故时有发生, 备品备件更换率较高, 尤其是近年刚投产的一些生产线, 由于经验不足还需要有一个不断实践、不断提高的过程, 应及时总结改进完善。总之，用薄板坯连铸连轧技术装备的生产线具有装备水平高、自动化程度高、劳动生产率高, 流程短工序少、布置紧凑占地少、生产污染少, 投资低、成本低、能耗低等特点。薄板坯生产的产品属于本质细晶粒钢,由于细晶强化作用, 产品的强度比普通产品高1倍左右, 显示了其性能的优越。这项技术在我国应用才5年多, 却得到快速发展, 是钢铁工业继转炉淘汰平炉、连铸淘汰模铸、连轧淘汰横列式轧制等工艺技术革命成功后的又一次成功典型。我国的7 条生产线在投产后, 无一例外地为各自企业取得丰厚回报的同时, 在引进、吸收、消化、自主集成相关技术方面,也积累了许多经验并形成了各自的优势和特色。生产实践成功的消除了几年前人们认为薄板坯连铸连轧只能生产中低档产品, 而不适合生产高端产品的担心, 以及对铸坯拉速的加快容易导致钢材韧性下降、铸坯上的氧化铁皮难以完全剔除等的顾虑。新的第三代技术正在研究开发, 从技术上预测, 它将向250mm厚的传统板坯连铸机和3/4 连轧系列挑战, 向34 套加热炉的温度均匀化方向发展；从品种质量上预测, 它将在热轧带卷表面质量上出现更新的突破, 生产出消除疏松的高质量热轧带卷，我们可以预测到其光明的发展前景。第二章 专题部分一、事故剪切机的总体设计1、事故剪切机的主要目的事故剪切机一般被布置在精轧机组前，其主要的功能是在生产线出现异常而发生堆钢或是其他故障时，将不断产生的薄板坯切断成小块，已防止其进入轧机。2、事故剪切机的传动方式和剪切过程刀刃的运动方式安排事故剪切机的传动方式主要是液压传动，其上剪刃的工作原理图如下。液压缸产生的推力作用于曲柄滑块机构，连杆逐渐伸展的同时，剪刃也开始向下运动。整个剪切过程中，刀刃的运动存在有速度不同的情况，为了提高工作效率，剪刃在空行程时应具备较高的速度，为防止冲击，液压缸还须具备两端的缓冲区，所以整个剪刃的运动方式应为启动缓冲-快进-工进-制动-返程，各工作区间的剪刃位移、速度和加速度分析详见后面的剪刃运动分析。事故剪液压驱动原理图3、上刀台的平衡方式事故剪上刀台的平衡是靠液压缸来完成的，不工作时液压缸活塞两侧充满液压油，依靠液压自锁回路活塞不能够运动，从而使上剪刃悬挂在机架上。自锁回路的典型结构如下图。4、刀台系统结构刀台系统包括压板装置和刀台，事故剪切机的出入口导板在整个机组中的作用是方便板坯进入的，由于板坯经摆式剪剪断后，其头部成弧形，向上翘，为了使板坯能顺利通过事故剪切机，在事故剪切机的入口侧有导入扳，该装置固定在机架上，由于板坯被剪切时在剪刃的剪切力矩作用下，板坯会向上翻转，所以这个导入扳装置也就起到了压板的作用，它可以阻止板坯的翻转。5、机架的形式事故剪切机采用的是开式机架传动形式。机架有开式和闭式两种，闭式机架是一个整体的框架，具有较高的强度和刚度，闭式机架可以承受较大的力。开式机架分为机架本体和上盖部分。其优点是换刀方便，但影响其刚度和换刀速度的主要因素是上盖与机架本体的连接方式。事故剪切机的机架为焊接结构，横梁通过两个大螺栓与机架本体连接。6、换刀方式在开式机架中，换刀是从横梁顶端完成的，松开螺栓连接后，吊起横梁，上刀固连与机架横梁上，随机架横梁吊出，然后下刀也从顶端吊出，然后换入新刀既可继续使用。二、刀刃运动分析1、运动系统自由度计算刀刃运动系统工作原理如图所示。由于存在对称结构，原理图简化为如下所示：f=3n-(2p1 + p2 ) =33-24 =12、刀刃运动过程位移、速度和加速度分析（编写一段matlab程序，以上剪刃为例）在事故剪切机的整个运动过程中，刀刃的运动随着液压缸活塞的运动而运动。活塞的运动速度通过一定的连杆机构传递给剪刃。其运动方程如下：（先定义一些参数）s1 ： 活塞位移s2 ： 剪刃位移v1 ： 活塞速度v2 ： 剪刃速度 ： 连杆与竖直方向的夹角当输入位移为s1时：38.2 180s1 700 2 700cos 1100 s2s21400cos(38.2 180s1 700 )1100 由以上方程编写matlab程序如下：可视化窗口方程编写的函数控制脉冲通过运行这个程序，得到如下活塞位移与剪刃位移的关系图表窗口：当输入速度为 v1 时：38.2 180s1 700 v1 700 （1100 s1）tan v2 v2 v1 700 （1100 s2）tan (38.2 180s1 700 ) 以上所得方程为二元一次方程，须进行拉普拉斯变换。综合各种因素考虑，编写matlab仿真程序表如下图连杆机构matlab仿真程序图matlab仿真程序运行结果如下：工作位置零点位置三、剪切力和剪切力矩的计算1、剪切力的计算热剪时，对同一材料来说，剪切温度愈高，则最大剪切力数值越低，而剪切过程的延续时间愈长。在设计剪切机时，首先应根据轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，最大剪切力。单位剪切阻力；相对切入深度； pmax=kmaxt fmax / x n其中 k: 考虑刀钝、刀片间隙增大而使剪切力的系数 其数值根据剪切机能力选取： 小型剪切机（ p1.6 ） 中型剪切机（ p = 2.58 mn ） 大型剪切机（ p 10 mn ）fmax: 被剪轧件最大原始断面面积，2； max: 相应剪切温度下最大单位剪切阻力，mpa；由p = 6500 kn 查轧钢机械表83 得 k=1.2， b = 85 mpa；pmax = 0.6 kb fmax= 6683 kn斜刀片剪切机结构参数：主要有刀片倾角，刀片长度和理论空行程次数。由于事故剪切机上剪刃采用双边倾斜角式，此时倾角不受摩擦条件的限制。倾斜角的大小对剪切质量也有影响。过小会撕裂剪切断面。在剪切薄钢板时，刀刃倾斜角为130 6。斜刀片剪切机的剪切力由三部分组成： p = p1 + p2 + p3 其中： p1 ：纯剪切力 p2 ：轧件被剪部分的弯曲力 p3 ：钢板在剪切区域内的弯曲力 p1 = a h2 / tan 其中： h ：为钢板厚度 a ：为单位剪切功事故剪切机工作剪切力的计算：根据轧钢机械285页公式856 得 剪切机工作剪切力的计算公式如下：其中部分参数如下：z：系数。此系数与被剪掉部分的钢板宽度d，轧件材料延伸率及刀片倾角有关。如图轧钢机械286页 图830 图如下所示 y : 刀片相对侧间隙 ： 刀片间隙h ： 钢板厚度y h 3/70 0.043x : 压板相对距离c : 压板中心距下刀侧边缘距离 x ch 400/70 5.7 b ：板坯强度极限 mpa ：延伸率k1 ：刀钝系数 k1 1.15 1.2 取 k11.2查机械设计手册第一卷 表316得b 375 500 mpa 根据通常规则取中间值 b 437.5 mpa 0.23p1 0.6(h2/tan)b 3 106 n将以上参数代入下面公式：p k1p1（1ztan/0.6by2x/(by2x100） 6.4 mn最后，得出事故剪切机的工作剪切力为 6400 kn2、剪切力矩的计算 薄板坯在受剪切时，由于上、下剪刃的间隙作用会产生一个使薄板坯发生旋转的力矩，这个力矩的大小计算如下：刀刃侧间隙为 3 剪切力为 p 6400 kn剪切力矩 m p 19200 nm四、液压系统的设计和计算1、明确设计要求，制定基本方案一个优秀的液压系统应该是技术上先进，经济上合理，操作和维修方便，运转安全可靠，要达到这几个方面的要求。除了技术上的问题以外，还必须具有正确的设计指导思想和丰富的实践经验。当然要达到这些要求是需要一个过程的，我们应努力缩短这个过程。还应指出，一个设计良好的液压系统，往往不是一次就可以完成的，而需要经过使用实践的反复检验不断的调整和修改内容才能逐步达到完善。由于具体条件不同，液压系统的设计步骤不可能是固定不变的。通常总要把前后步骤反复交叉进行，不断的调整和修改设计内容。但是一般来说，液压系统的设计过程大体上包括下述的几个基本步骤：拟订液压系统步骤方案，液压系统的设计步骤不可能是固定不变的；液压系统的计算；选择或设计各种液压元件；对系统进行必要的验算；绘制正式液压系统图和装配图等。在拟订液压系统方案以前，必须明确哪些工作机构需要用液压系统来完成。哪些工作机构应用其他传动方式去完成更合理。切不可一味盲目追求“全液压化”。因为尽管液压传动具有一系列的优点。但它在某些方面也有缺陷，亦不如其他传动方式。如能综合运用各种传动方式，注意扬长避短设计出来的机器才会是先进的和合理的。首先要调整和了解清楚所设计的液压系统要完成的工作任务是传动还是控制。易知本设计的液压传动系统的工作任务是传动。明确工作机构的运动形式，是直线往复运动、回转运动或是摆动，以确定选用什么形式的执行机构油缸、油马达或摆动油缸，本液压的所有工作机构均是直线运动，进而选用油缸。明确系统所需执行机构的数量、动作顺序、相互之间的位置关系以及自动化程度要求、精度要求等。以及确定采用什么控制方式。本液压系统采用一个定量泵。系统中只有一个油缸作为执行元件。由于控制精度要求较高，故而采用微机控制。明确系统对安全保护的要求程度，以便选用必要的合理的安全装置和措施。明确系统对传动精度和质量的要求，如平衡性、准确性、效率等。以便决定系统选用的元件精度和基本回路的形式，还要明白系统的工作环境情况，如高温、低温、潮湿、灰尘、振动、腐蚀等因素，以便采取相应的特殊措施，还要知道设备是固定使用还是行走使用等。主机的概况事故剪切机是一种应急、暂时处理在线成品的设备。当轧机出现故障或者不能够正常轧制时，不断产生的新板坯将由事故剪剪成具有一定长度的碎段，被剪断的碎段落入废料槽，成为废品等待再回收利用。由于剪断板坯厚度为70毫米，剪切温度有1000摄氏度，要求剪切机各部位要耐高温，由于剪切实冲击很大，机架还应该能够承受疲劳冲击，尤其对于出入口导辊部分距离板坯较近，导辊轴承更是在高温环境下工作，所以导辊轴承部分零件必须有耐高温的性能。事故剪切机是薄板坯连铸连轧生产线上的一台辅助应急处理设备，为了整套生产线的连续性，事故剪切机采取上下两部分布局，地面上和地面下，整体机架为焊接结构，机架横梁为搭建结构，横梁通过两个特制的大螺栓连接于立柱上，上剪刃通过液压缸悬挂在机架横梁上，上刀的平衡是靠液压缸来完成的。事故剪切机中的上、下剪刃分别由两个液压缸驱动，每套液压缸都配有单独的油路，但上、下两个液压缸的动作是同步的，但运动速度有所不同，由于行程不同，其受力位置也不同，所以两缸应有不同的动力缓冲，由于在不同的工段存在有不同的速度，液压系统必须具备有调速的功能。所以最终选择了双向可调液压缸。事故剪切机承受着较大的冲击载荷，由于其工作产品是废料，事故剪切机对于转换精度没有太高的要求，但自动化程度较高，通过固定的液压油路，依据编排好的程序控制各种液压阀的动作，从而实现液压系统的全自动化，从而实现高效率、低成本的要求。2、 液压系统的基本方案在明确了液压系统要完成的任务和要求的基础上，粗略的计算一下系统的输出功率，便可以确定液压系统的基本形式，包括以下几个具体内容：（1）、液压执行元件的形式液压执行元件基本上分为液压缸和液压马达，前者实现直线运动，后者实现回转运动。由于现代机械设备的结构较为复杂，所以采用合适的液压机构与机械机构相配合，简化复杂的机构，降低设备成本，改善运动机构的性能和液压执行元件的载荷状况。事故剪切机经过初步的原理方案设计采用了曲柄滑块机构的工作原理，在这种方案中采用的是增力机构，这种增力机构的典型如下：活塞向左运动的过程中，产生的推力通过连杆后方大传递给剪刃。这种机构较好的将剪刃的剪切力分散开来，而液压缸只需提供较小的力便可实现剪切，结构简单，成本低廉，便于安装和维修。为了降低系统压力，采用了有校工作面积较大的单活塞杆液压缸，这种液压缸可以完成往返不同速度不同工况的直线运动，差动连接还可以实现快速进给，当活塞面积达到a1=2a2时还可以实现往返同速运动。（2）、拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定以后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制一般采用方向控制阀或是逻辑控制单元来实现，但对于一般的小流量液压控制系统，大多数采用换向阀的有机组合来实现共同的动作要求。但对于大流量的高压液压系统来说，目前多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调速方式由节流调速和容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，有流量控制阀改变输入或是输出液压执行元件的流量来调节速度，此种调速方式结构简单，但必须使用溢流阀，故发热量高，效率低。多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来实现调速目的的，其优点是没有溢流和节流损失，效率较高。但必须有辅助油泵补充泄露和散热。这种调速方式适用于功率大，运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量和需油量相适应。此种调速回路效率高，速度稳定性好，但结构十分复杂。节流调速回路有三种：进油节流、回油节流和旁路节流。进口节流启动冲击小，回油节流常用于友负载的场合，旁路节流多用于高速。所以，综上所述，在事故剪切机液压系统中，采用节流调速回路较为适合，通过节流阀调节进出油路的油量，通过改变活塞有效工作面积来改变活塞工作速度。节流调速回路一般采用开式循环形式，在开始系统中，液压泵从油箱吸油，流经系统后再排回油箱。这种回路结构简单，散热性好，但油箱体积较大，要求有良好的密封。（3）、液压源系统液压系统的工作介质完全有液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般采用定量泵供油，在没有其它辅助油源的情况下,液压泵的供油量要大于系统的需油量,多余的油经过溢流阀流回油箱,溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需油量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况下，一般采用多泵供油或是变量泵供油。对长时间所需油量较小的情况，可增设蓄能器作辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装入粗滤油器，进入系统的油液根据被保护元件的要求不同还要有精滤油器过滤。为防止系统中的杂质流回油箱，可在回油路上设置其它形式的滤油器。3、绘制液压系统图（液压系统原理图如下页）4、确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量。他们是设计液压系统、选择液压元件的主要依据。压力取决于外负载。流量取决于运动速度和机构尺寸。（1）、液压缸载荷的组成和计算事故剪切机的剪刃开口度为380 mm ，上剪刃行程为 260mm ，下剪刃行程为175 mm ，上剪刃剪刃倾角5.2，上、下剪刃重合度为55 mm 。介绍一些符号参数：fw : 作用于活塞杆上的外部载荷fm : 活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力fg : 工作载荷ff : 导轨摩擦载荷fa : 惯性载荷从理论上可知：fw = fg + ff + fa 液压系统图在事故剪切机的实际工作中，最初的运动阶段是没有工作载荷的，所以有ff = 0 ；在匀速运动阶段是没有惯性负载的所以我们知道有fa = 0 ；因此得出： fw = fg计算上剪刃液压缸受力： 已知：上剪刃杆长700 mm 在零工作时，两轴之间距离为a = 1100 mm ，因此计算出连杆与竖直方向夹角 = 38.2当剪刃运动到最低点时，a = 1100 + 260 = 1360 mm此时 角= 13.73此时 上剪刃受力为 f = 6400 cos5.2= 2998 kn所以液压缸受力 fw = fcossin=690 kn计算下剪刃液压缸受力：已知：上剪刃杆长1200 mm 在零工作时，两轴之间距离为a = 2200 mm ，因此计算出连杆与竖直方向夹角 = 23.6考虑钢板两面的剪切力是相同的，所以下剪刃所受最大剪切力是在下剪刃运动 85 mm时a = 2200 + 85 = 2285 mm此时 角= 17.8此时 上剪刃受力为 f = 6400 kn所以下液压缸受力 fw = fcossin=1860 kn总结上面所进行的计算，结合剪刃的运动分析，得到如下剪刃运动结果如表中所示（部分计算省略）：上剪刃下剪刃连杆长 （mm）7001200零工作位置角 38.223.6工作位置角13.7320.3稳定工作位置角17.8全部行程时角8.3全部行程稳定工作位置工作位置零工作位置2600上剪刃位移（mm）1758512050850下剪刃位移（mm）2980上液压缸位移（mm）320121310691210下液压缸位移（mm）上、下剪刃与上、下液压缸位移对照表通过以上这些数据继续计算数据如下：作用于活塞上的载荷f = fw /m 查液压工程手册 得m = 0.95fm = （1-m）f = （1-m）fw /m得出 ：上液压缸 fm = 36 kn 下液压缸 fm = 97 kn（2）、初选系统工作压力通过对液压系统的估算，查机械设计手册第三版 第四卷 1937页 表19213 对于液压机、重型机械、冶金机械初步选定液压系统的工作压力是2032 mpa 。上液压缸为200 bar，下液压缸为200 bar。（3）、计算液压缸主要结构尺寸液压缸主要计算参数如下：本系统的工作压力为上液压缸为200 bar，下液压缸为200 bar，活塞的运动速度分为起动、快进、工进、制动、快速退回，系统工作时无杆腔进油，快速退回时有杆腔进油，其缸筒内径及无杆腔面积和有杆腔面积计算如下：a、液压缸内径d上： 当最大推力f = 0.69 mn时，即f = 0.69106 n时d = 2f / (p )其中：为油缸的机械效率，=0.95则 d = 20.69106 /(3.14201060.95 ) = 0.2 m根据液压缸内径系列（gb/t2348-1993）取d = 200 mm下： 当最大推力f = 1.86 mn时，即f = 1.86106 n时d = 2f / (p ) 其中：为油缸的机械效率，=0.95则 d = 21.86106 /(3.14201060.95 ) = 0.32 m根据液压缸内径系列（gb/t2348-1993）取d = 320 mmb、无杆腔有效面积a1上： a1 = d/4 = 3.140.22/4 = 0.03 m2下： a1 = d/4 = 3.140.322/4 = 0.08 m2c、活塞杆直径d活塞杆往复运动时的速度比 = 2/1 = d/( d - d)由液压缸的公称压力20 mpa，查机械设计手册第三版 第四卷 19204页 续表1964 故取 = 2 d = 0.14 m （上缸）d = 0.22 m （下缸）根据国家标准gb2348 80活塞杆活塞直径系列， 取d = 140 mm 和 d = 220 mm综上所述，事故剪切机的上、下液压缸的主要尺寸统计如下表所示：上液压缸下液压缸活塞直径 d (mm)200320活塞杆直径 d (mm)140220无杆腔活塞面积 s0.030.08有杆腔活塞面积 s0.010.04工作压力 bar200200额定压力 bar400400外负载荷(kn)6901860（4）、液压缸动力参数分析动力参数分析就是通过计算确定各液压执行元件的载荷大小和方向，并分析个执行元件在工作过程中可能产生的冲击，震动及过载等情况。液压缸的运动是随着剪刃的运动方式来改变的，为提高工作效率和考虑钢板是在运动的工程中受到剪切的，剪刃的运动方式可以安排如下：起动快速进给工进制动起动快速返回制动考虑上、下两个剪刃的运动方式的不同，首先是上剪先动到达指定位置（即最大位移处）然后下剪迅速动作剪断板坯。为更形象的表示两液压缸的动作情况及其之间的关系，我认为应该绘制这样一些图：（简单计算在草纸上进行，这里只给出最后结论）上、下液压缸 位移时间 图 （s t 图）上、下液压缸 速度时间 图 （v t 图）上、下液压缸 流量时间 图 （l t 图）液压系统 流量时间 图 （l t 图）5、液压元件的选择简单介绍一下液压站组成及工作原理：液压站又称液压泵站，是液压传动装置的动力源。它按主机要求供油，并控制油流的方向、 压力和流量，适用于驱动装置与液压站分离的各种机械上，将液压站与驱动装置（油缸或油马达）用油管相连，液压系统即可实现各种规定的动作、工作循环。液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功用如下：泵装置 - 上装有电机和油泵，它是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的压力能。集成块 - 是由液压阀及通道体组装而成。它对液压油实行方向、压力、流量调节。阀组合 - 是板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功用同。油 箱 - 是板焊的半封闭容器，上还装有滤油网空气滤清器等，它用来储油、油的冷却及过滤。电气盒 - 分两种形式。一种设置外接引线的端子板；一种是配置了全套控制电器。电机带动油泵工作提供压力源，电机通过带动油泵旋转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。（1）、液压泵的选择液压泵是能量转换装置，它向系统提供具有一定压力和能量的液体，把机械能转换成液体的压力能。液压泵工作压力的确定液压泵的最大工作压力 pp p1 p p1 ： 执行元件的最大工作压力 p ： 液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失查液压工程手册，初算时可按经验数据选取：管路简单，流速不大时取 p = 0.2 0.5 mpa ；管路复杂、流速较大时取 p = 0.5 1.5 mpa ，本次设计中取 p = 1mpa 。则pp p1p = 20 + 1 = 21 mpa（2）、确定液压泵的流量qp 液压泵的额定流量应与计算的流量相当，不要超过太多，液压泵的输出流量为：qp k（qmax） m/s本系统有两个执行元件，因此泵的最大流量大于执行元件的最大流量，并且考虑到泄漏 qp = kqmax式中： k ： 系统的泄露系数，一般取k = 1.1 1.3 qp ： 执行元件的最大流量根据通常原则，取中间值 ，本系统中取 k = 1.1 所以 qp = 1.1 30