入口钢卷小车车体及其轨道结构设计说明书.doc

目 录1 绪论31.1 选题背景及目的31.2 钢卷小车的国内外发展状况41.3 钢卷小车的工艺过程51.4 钢卷小车研究的内容和方法步骤61.4.1 设计方案选择及评述61.4.2 钢卷小车及其轨道的设计内容和方法82 升降装置92.1 液压缸92.1.1 液压缸主要参数的选定92.1.2 液压缸主要零部件的设计102.2 托架173 车体结构193.1 车体钢板193.2 联接213.2.1 车体框架与车体联接螺栓213.2.2 支座与车体框架联接螺栓234 行走装置274.1轴的设计274.2 轴承的选择与寿命校核计算304.2.1 滚动轴承的选择依据304.2.2滚动轴承设计314.3轴承盖尺寸计算324.4车轮与轨道324.4.1车轮的设计324.4.2 小车轨道的设计344.4.3 小车拖链的设计375 钢卷小车的自动控制395.1 钢卷的垂直定位395.1.1 钢卷运输小车的高度对中405.2 钢卷的水平定位40参考文献42结束语43致谢441 绪论1.1 选题背景及目的钢铁工业作为国民经济基础产业，在我国全面建设小康社会的发展过程中，如何更好地发挥作用、保持健康发展，是一个十分重要的课题。保持钢铁工业适度、稳步发展，重点搞好结构调整、提高产品竞争力，是今后我国钢铁工业发展的主导方向。钢卷，又称卷钢。钢材热压、冷压成型为卷状。为了方便储存和运输，方便进行各种加工（例如加工成为钢板、钢带等） 。 成型卷主要是热轧卷和冷轧卷。热轧卷是在钢坯再结晶前的加工产品。冷轧卷是热轧卷的后续加工。钢卷一般重量是1530t左右。今年，我国热轧生产产能不断扩充，已经有几十条热轧生产线，还有一些项目即将开建或者投产。 钢卷成卷卖主要针对大客户，一般用户没有开卷设备或者用量有限。因此钢卷的后续加工将是很有前途的产业。当然，目前比较大的钢厂都有自己的开卷和平整项目。我国的冷轧薄板、镀锌板、彩涂板、不锈钢板、冷轧硅钢片等关键钢材品种生产能力严重不足，但受资金、技术等条件的限制以及追求短期效益的影响，近年发展起来的钢铁企业生产的产品几乎都是线材、螺纹钢、窄带钢等普通钢材产品，一方面加剧了钢铁工业布局不合理的矛盾，另一方面也达不到产品结构调整和产业升级的目的。如我国钢材消费的板带比近年一直维持在4042%左右，但生产的板带比一直维持在36%左右，虽然板带产量也有所增加，主要是大型国有企业挖潜和改扩建实现的，而新发展起来的企业对此几乎没有贡献。板材以其高附加值、高科技含量、高质量而受到各大钢铁公司的追捧，据统计，目前我国仅热轧板卷生产能力已经达到两亿多吨，其中中厚板生产能力达八千多万吨。在生产实际中，板材通常成卷供应，俗称带钢卷，具有具有尺寸精度高、表面质量好、便于加工、节省材料等优点。按所用材质分为普通带钢和优质带钢两类；按加工方法分热、冷轧两种。热轧和冷轧都是钢板成型的工序，它们对钢材的组织和性能有很大的影响，板材的轧制主要以热轧为主，冷轧只用于生产小号型钢和薄板。热轧就是在高于合金再结晶温度的温度中使其软化后用压轮把材料压成薄片或钢坯的横截面，使材料形变，但材料物理性质并无变化。冷轧是对已经过热轧、除麻点除氧化工序的材料在低于合金再结晶温度的温度中用压轮进一步碾压材料以让材料有再结晶的过程。经过反覆的冷压再结晶退火冷压（反覆23次）过程，材料里的金属发生分子级别的改变（再结晶），形成的合金物理性质发生改变。故其表面质量好、光洁度高、产品尺寸精度高，产品的性能和组织能满足一些特殊的使用要求，如电磁性能、深冲性能等。冷轧板带可用在汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表、食品罐头等。在热轧和冷轧带钢的工序过程中，成品一般都要经过地下卷取机卷取成各种尺寸的钢卷。当钢卷在多跨车间内作纵向移动时可以用行车，作横向移动时行车无法办到，就需用此钢卷转移专用平车。在国内对于卷取后的运输部分入口钢卷小车车体及其轨道国内一般是引进外国先进设备，对于现有的设备进行相应改进的不多。因此，对其进行研究设计就很有必要。此次设计，就是要实现将这些理论知识与生产实践相结合，理论服务与实践，以达到学以致用。诚然，要对现有生产设备进行改造，就要掌握小车的相关设备技术知识和工艺流程。同时，我们要尽可能多的了解相关专业知识，这样才可以设计出更好的设备。在对现有设备有充分了解的基础上，结合我们所学的专业知识，在满足现场工艺条件下提出自己的改进方案，使设备能够更好地完成任务，要提高产品质量和生产效率。而且毕业设计是学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，其主要目的：（1）培养学生综合分析的解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识（2）培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。（3）培养学生正确使用技术资料，国家标准，有关手册图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。（4）培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工作和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。1.2 钢卷小车的国内外发展状况 小车车体的结构主要包括升降装置，导向装置，行走装置等装置。还有一个不太令人注意的部位是小车轨道。当钢卷在多跨车间内作纵向移动时可以用行车，作横向移动时行车无法办到，就需用此钢卷转移专用平车。在国内对于卷取后的运输部分，入口钢卷小车国内一般是引进外国先进设备，但是仍然有很多需要改进。首先应该解决的是钢卷运输车在运输钢卷过程中的自动定位。钢卷小车在运输钢卷过程中的各个动作都能自动进行，并且与前后的机械都能有连锁关系。有的钢卷运输车可以由计算机程序控制，以实现产生过程的自动化。以五机架冷连轧机组进料端钢卷小车的自动控制为例，钢卷小车的工作过程是：钢卷运输车的托辊停在接卷位置上，在步进梁运输机的活动梁把钢卷运来后，车的升降装置上升到极限位置，并接受钢卷，拆捆机拆除钢卷上的捆带；钢卷下降到穿带高度，这时把钢卷运输车行走到穿带位置，刚卷在升降装置的托辊上转动，探测辊测得钢卷头部后，钢卷停转，进行穿带。然后钢卷再下降到开卷机卷筒中心线标高，车行走到开卷机位置，把钢卷卸到开卷机卷筒上。当升降装置下降到极限位置时，车开回到后终点，升降装置上升到接卷位置。而在整个工作过程中，都必须由自动控制装置进行控制，并且可以由电子计算机按照程序操作。其次，另一个主要解决的问题是小车轨道的设计。小车轨道在小车运行的过程中要承受非常大的载荷，所以为了适应大承载重量，有必要采用一种可以用压板装置的普通轨道。小车轨道是用标准的铁轨，在铁轨下用支撑架支撑，以增加受力面积，提高轨道的负载能力。另外，如何消除小车轨道的啃轨现象也是一个必须解决的难题。1.3 钢卷小车的工艺过程钢卷小车用于将钢卷从卡伦赛卷取机芯轴上卸下，并根据生产要求将钢卷运送到步进梁或检查台芯轴上。经过检查台检查后的钢卷，再由钢卷小车运回到步进梁，最终经过称重、打捆等工序后送刭轧机后库。由于卷取机芯轴、步进梁、检查台芯轴的水平位置和垂直高度各不相同，因此钢卷小车在这三者之间运动时，钢卷小车有水平和垂直两个方向的动作，水平方向的动作由变频电机驱动，垂直方向的动作由液压缸驱动。钢卷小车的动作轨迹如图l.1所示。 图1.1钢卷小车的行走路线在小车的动作轨迹中，水平和垂直各有五个需要定位的位置，水平方向是卷取机位置、出卷取机位置、小车下降位置、步迸梁位置、检查台位置，垂直方向是：卷取机芯轴位、等待位、检查台芯轴位、行走位、最低位。当钢卷小车不运送钢卷时，停在卡伦赛卷取机芯轴下方的最低位。当接到接卷指令时，小车首先上升到等待位，等待接卷。待卷取机芯轴完全停止后，继续上升接触到钢卷，随后保持这一高度。当卷取机芯轴完全收缩后，小车承托钢卷以保持的高度沿水平方向运动到水平出卷取机位置(此位置不再影响到卷取机和套筒小车的动作)。接下来，有卷小车沿水平和垂直两个方向同时运动到小车下降位置。如果该钢卷需运送到步进梁，则小车沿水平方向运动到步进梁位卸卷，否则沿水平方向运动到检查台芯轴下，再上升到检查台芯轴位卸卷。最后空载小车分别从步进梁位置或检查台位置下降到最低位，沿水平方向回到卷取机芯轴下方。1.4 钢卷小车研究的内容和方法步骤1.4.1 设计方案选择及评述方案一：单液压缸驱动、双导杆导向、槽型托板i型托卷装置钢卷小车；简图如下：图1.2方案一1车轮 2车体 3托架 4导杆 5滑套 6油缸优点：结构简单、紧凑，受力情况好，容易拆装和维修。缺点：导向构件如导向杆、导向套精度高，难于加工。方案二：单液压缸驱动、箱行框架外导轮导向、槽型托板i型托卷装置钢卷小车，简图如下：图1.3方案二1车轮 2导轮 3油缸 4箱形框架5箱形框条 6托架 7车体优点：受力情况好，导向好，润滑条件好，易操作。缺点：结构较复杂，不容易拆装和维修。方案三：双液压缸驱、箱行框架外导轮导向、槽型托板c型托卷装置钢卷小车，简图如下：图1.4方案三1车轮 2车体 3油缸 4箱形框架5导轮 6箱形框条 7托架优点：双缸在框架两侧，易装拆、维修，缸径小。缺点：外行较大，结构比较复杂，要求两缸同步，成本比较高。综合分析上述三个方案，结合设计要求，最终选择方案二作为最优方案，即采用钢卷小车升降装置为单液牙缸驱动、滚动导轮导向；行走装置为电机驱动、链传动。1.4.2 钢卷小车及其轨道的设计内容和方法1、通过开学前几周到工厂实习，了解钢卷小车的主要结构形式，查阅相关资料对钢卷小车的发展用途等有一定的了解。2、制定钢卷小车的整体设计方案，并合理的选择合适的方案，最后对该方案进行评述，确定该方案的主要优缺点。3、进行大体的设计计算，合理的定出相关的尺寸，并保证机件的强度和刚度以及稳定性。4、画出总图，部分部件图和零件图，利用计算机绘图。5、确定如何进行钢卷小车的自动控制以及钢卷小车的液压系统。6、对钢卷小车的轨道进行理论设计，找出合理的轨道设计方案。7、小结，对设计的内容进行总结。2 升降装置2.1 液压缸 根据钢卷小车运送钢卷要求（与吊车联合运输），按表选择双作用单活塞杆液压缸，根据小车结构要求（能承受较大的冲击负荷和恶劣的外界环境条件，用于重型机械、冶金机械），选择液压缸的安装方式为尾部法兰联接。 图2.1 液压缸简图2.1.1 液压缸主要参数的选定由7p17-262表17-6-5 选择安装方式代号为iso6022国际标准液压缸类型工作压力/mpaiso6022单活塞杆25额定工作压力液压系统额定工作压力=25mpa；（1）缸筒内径 理论作用力：由7表17-6-8 知, 取。；= ，取，则缸筒内径为：，按液压缸内径系列（）选择液压缸内径为160mm。其中液压缸的机械效率，一般取0.90.95液压缸的容积效率，活塞密封为弹性材料时取为1，为金属环时取为0.98。液压缸的作用力效率。依经验取为0.98液压缸的总效率理论作用力（推力） 供油压力 mpa负载率，一般取0.5-0.7活塞杆的实际作用力 n（2）活塞杆直径：根据7压力按表选取速比=2，所以活塞杆直径d可以根据7表17-6-16选取：d=110mm；（3）行程：活塞的最大允许行程由7表17-6-4知 ；根据运动要求，本着简化工艺和降低成本的理念，按液压缸气缸行程系列（）选定液压缸行程为1000mm。2.1.2 液压缸主要零部件的设计（1）缸筒结构：考虑到额定工作压力和安装条件等因素，选择法兰螺钉联接；（2）缸筒壁厚：根据额定压力和缸筒内径由7表17-6-9选f型，得缸筒外径，故壁厚。（3）油口：根据25mpa系列（iso8137）选择油口螺纹直径m422，光孔直径25mm。图2.2油口螺纹孔（4）缸头法兰厚度计算：螺钉法兰联接；其中-法兰厚度；-法兰受力总和；n-试验压力；mpa ；-螺钉孔分布圆直径；mm ，一般比缸筒外径要大x；-密封环平均直径；mm-法兰材料许用应力;mpa 材料选用45，查717-6-7表得 ;,n取为3，取；取；x取为10,故；所以： ；圆整取； 图2.3缸头法兰（5） 缸筒底部厚度计算： 选用缸筒材料为45号钢，则=238mpa;；筒底厚；筒内最大工作压力（试验压力）；计算厚度外直径（缸筒内径）；螺钉选用和缸盖螺钉一至，直径；考虑到沉头螺钉尺寸，底部厚度，取缸筒底部厚度；(6)缸盖联接计算：缸筒法兰联接螺钉，8个螺钉均布在法兰上；缸筒端部镦粗；选用螺栓性能等级为级（螺栓材料抗拉强度，屈服强度为，且）；故屈服强度；许用应力：由5表5-10取安全系数为1.5；则；许用切应力，许用拉应力；取预警力为f；单个螺栓承受最大拉力：；由以上计算知 ；故 ；计算螺栓直径：由5公式（5-28）知；故；取；由12表11-15选用内六角圆柱螺钉m16x50；由5p86页知由于螺栓有预紧力，会产生剪力，故与孔壁挤压面的最小高度，设计时应使，故法兰厚度；故修正取法兰厚度为40mm；螺纹处拉应力：；螺纹处剪应力：合成应力其中：k-拧紧螺纹的系数，不变载荷取k=1.25-1.5；变载荷取k=2.5-4；取k=1.35；-螺纹联接摩擦因数，=平均取=0.12；f-缸筒端部承受的最大推力；nz螺栓或拉杆的数量；代入数据得：；故；故满足条件；而对于缸筒，初选的45钢许用应力，重新选用抗拉极限为1000mpa,屈服极限为850mpa的27simn合金钢作为缸筒材料。此时许用应力 ；考虑螺钉的沉孔尺寸和沉孔距离边缘距离最好大于螺钉的半径；取法兰直径为； 图2.4缸头法兰（7）导向结构：端盖式加导向环；如图图2.5导向结构 1-非金属材料导向环；2-组合式密封；3-防尘圈；（8）最小导向长度的确定 导向长度过短，将使缸因配合间隙引起的初试挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足： ；导向套滑动面的长度a，在缸径大于80mm时，取；d缸筒内径，ms最大工作行程，md活塞杆直径，m活塞宽度；，取；取mm；（9）液压缸长度l的确定：；取；则；（10）活塞与活塞杆的联接：卡环型，如图图2.6活塞与活塞杆的联接1-卡环；2-轴套；3-弹性挡圈；（11）活塞杆与导向套的的密封与防尘：o型密封圈加挡圈（双），如图；图2.7活塞与活塞杆的的密封与防尘2.2 托架假定钢卷小车运输的是卧卷，选择i型托架如图所示：托架的顶面为槽形托板，托住来料钢卷，中间钢板联接在升降液压缸的活塞杆头部，整体托架的升降由液压缸提供驱动力。托架的下部与箱行框架相连，框架外侧面各安装两块长条形滚轮导轨，滚轮安装在车体框架上，与车体框架，箱形框架一起构成导向机构，起导向作用。最上层钢板要求高强度、耐磨，其余钢板材料选择普通碳素结构钢q235，焊接后作去应力退火热处理。 图2.8托架贴板的设计： 导向框外固定的外贴板用于直接和导向轮摩擦，由于外贴板在工作中只起导向作用，所以其所受压应力较小，贴板的厚度理论上不用很厚，甚至只要大于2mm，避免导向框与车体直接摩擦就可，但是过薄的贴板在加工时的工艺难度过大，在铣床铣削时会发生形变，或者材料扭曲。再者，过薄会导致螺钉不能沉头，所以取与导向轮接触处厚度为5mm，不接触处取10mm。3 车体结构3.1 车体钢板车体钢板承受着很大的载荷因导向装置的需要在车体钢板的中间开一个350*350的方孔，孔角倒圆角以减少应力集中，钢板厚度的确定过程如下：假定小车行走的导轨间距；初拟钢板尺寸、钢板与车体框架联接螺栓布置、驱动轴与从动轴的间距如图所示： 图3.1 车体钢板车体钢板的受力简图如下：按顺时针方向命名受拉螺栓为1,2,3,4,5,6,7,8；将1,2和5,6所受拉力看成作用在长度上的均布载荷： ；为负载率；则有：；图3.2 车体钢板的受力简图 ；由上图知最大弯矩在钢板中间产生： ；时取得最大值；初选钢板材料为普通碳素结构钢，厚度在之间，查5表15-1得；对于框形来说：； 图3.3 钢板中间剖面图所以钢板最小厚度；最终选定车体钢板材料为-a，厚度为mm3.2 联接3.2.1 车体框架与车体联接螺栓车体框架与车体钢板通过支座用螺栓联接在一起，螺栓组的布置如图：初选螺栓材料性能等级为88级，则；单个螺栓强度计算：初算螺栓直径：查机械设计手册2表5-1-51有计算公式： 图3.4 车体框架与车体钢板螺栓组的布置 单个螺栓承受最大轴向力 -总的理论作用力-实际作用力-载荷系数，0.5-0.7，取0.7-螺栓组中螺栓个数许用拉应力：所以有；连接件受力较大：取d=20mm,即选定车体框架与车体钢板的联接螺栓为8个一组的内六角圆柱头螺栓，螺栓材料性能等级88级；3.2.2 支座与车体框架联接螺栓因为该螺栓组主要承受横向载荷，故选择铰制孔螺栓（b级），材料性能等级为88级。图3.5 支座与车体框架螺栓组的布置螺栓实际受力为；由7表5-1-51知： 剪应力 ；正应力；r横向载荷，n（单个螺栓）d螺栓剪切面的直径，mm计算对象的接触厚度（或长度），mmm剪切面的数量螺栓的许用剪应力，mpa计算对象的许用挤压应力，mpa由7表5-1-59知：对钢材料的；由5表510知：；许用剪应力许用正应力由两式知：；接触长度由设计知为：；综合取；强度足够，所以最终选定车体框架与支座联接的承受横向载荷的螺栓为8个一组的铰制孔螺栓（b级），材料性能等级为88级。螺栓公称直径20mm。3.3车体框架3.3.1导向装置车体框架滚动导轮通过支座安装在车体框架上，共有三组，每组八个，分别布置在车体框架的四个角上，如图所示：图3.6导向装置1-箱形框架 2-导轨 3-滚动导轮4-支座 5-车体框架每个滚动导轮内装有两个滚柱轴承，为了便于加工框架和装卸滚动导轮，要求滚动导轮的摩擦阻力较小，且滚轮 内的润滑条件比滑板导向时要好。有四块钢板焊接而成外侧各有一加强筋板，钢板选用普通碳素结构钢q235，等强度焊接。内侧安装有三组共24个滚动导轮来导向，底部通过支座固定的底板用来安装升降液压缸。3.3.2车体框架 图3.7 车体框架4 行走装置4.1轴的设计 具体设计如下：图4.1轴的设计初算方钢边长a,取轴的材料为45号钢（经过正火回火处理），由5查表151得经过正火回火处理的，；轴的受力分析，剪力图，弯矩图如下： 图4.2 轴的受力分析 f取为车总重量的一半（取）；l取为0.8m；由对称性知:；由图知在方刚中部处取得最大弯矩；对正方形材料；故有；若为圆轴则；由于需要安装轴承、集中力受力点在车轮里，考虑轴肩，取；初步确定轴承安装尺寸为80mm，转到下面设计轴承和端盖，考虑平稳性要求轴承受力点与车轮中线在一条线上；经过轴承的选择和轴承盖以及轴承尺寸的综合得出实际受力；危险截面为和处；在处：；对圆形材料 ；故有；故满足条件；同理在处；故满足条件；当其为0时，m取得最大值；时，；故； ；满足条件；由对称性知条件满足。轴的受力段尺寸图如下： 图4.3轴的实际受力放置轴承段具体长度由设计尺寸确定。4.2 轴承的选择与寿命校核计算4.2.1 滚动轴承的选择依据 载荷的大小、方向和性质 球轴承适于承受轻载荷，滚子轴承适于承受重载荷及冲击载荷。当滚动轴承受纯轴向载荷时，一般选用推力轴承；当滚动轴承受纯径向载荷时，一般选用深沟球轴承或短圆柱滚子轴承；当滚动轴承受纯径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承及调心球或调心滚子轴承；当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承及圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起，这在极高轴向载荷或特别要求有较大轴向刚性时尤为适合。允许转速 因轴承的类型不同有很大的差异。一般情况下，摩擦小、发热量少的轴承，适于高转速。设计时应力求滚动轴承在低于其极限转速的条件下工作。刚性 轴承承受负荷时，轴承套圈和滚动体接触处就会产生弹性变形，变形量与载荷成比例，其比值决定轴承刚性的大小。一般可通过轴承的预紧来提高轴承的刚性；此外，在轴承支承设计中，考虑轴承的组合和排列方式也可改善轴承的支承刚度。调心性能和安装误轴承装入工作位置后，往往由于制造误差造成安装和定位不良。此时常因轴产生捞度和热膨胀等原因，使轴承承受过大的载荷，引起早期的损坏。自动调心轴承可自行克服由安装误差引起的缺陷，因而是适合此类用途的轴承。安装和拆卸 圆锥滚子轴承、滚针轴承和圆锥滚子轴承等，属于内外圈可分离的轴承类型（即所谓分离型轴承），安装拆卸方便。市场性 即使是列入产品目录的轴承，市场上不一定有销售；反之，未列入产品目录的轴承有的却大量生产。因而，应清楚使用的轴承是否易购得。4.2.2滚动轴承设计 分析车轮轴受力知，此轴仅受径向载荷，由于轴径较大，车轮厚度较大，且负载较重，要求平稳性较高，为了使轴承直径不至于过大；初选轴承为成对安装角接触球轴承，两个同型号的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，作为一个支承整体对称安装在同一支点上时，可以承受较大的径向、轴向联合载荷。故；轴承轴向载荷为；，查表得：当时，按5表13-5，得，；载荷系数由表13-6知，取；由5公式（13-8a）知：当量动载荷，又，故由以上计算知，计算取；求轴承应有的基本额定动载荷，预期工作寿命为2400h；由寿命计算可按双列轴承进行，由16知：计算当量动载荷时按双列轴承选取系数x、y的值其基本额定动载荷s和额定静载荷s按下式计算：，；按12表12-7选轴承代号为nu216e型的圆柱棍子轴承，;；满足条件；4.3轴承盖尺寸计算由12 p133页知，当d=140mm，；取；则由知：；取； 故；故；，由密封尺寸确定；取；m由结构确定；取；4.4车轮与轨道4.4.1车轮的设计车轮的最大轮压： ；式中为小车自重，小车重量估取为5t，为钢卷重量，钢卷重30t，故，载荷率 车轮工作级别为重，由7表8-1-101选择车轮：当运行速度（）,车轮直径d=350mm，轨道为及其以上规格，其许用轮压为101kn,故可用。轮转速；由9知等效静载荷系数，等效起升载荷由9按公式（2-53）计算；计算轮压：；为等效起升载荷和小车自重的和，故；由12知=1,故。根据点接触情况计算接触疲劳应力：，式中r为轨顶弧形半径，由11表3-8-15得r=30cm；车轮材料一般选为，由10表5-4查得；故疲劳条件满足；车轮踏面形状与轨道的匹配依据为7表8-1-107；车轮强度计算：按点接触进行接触力的强度校核式中，；由10表5-4查得，故疲劳条件满足。4.4.2 小车轨道的设计4.4.2.1 小车轨道的安装方式钢卷小车设计中一个不太令人注意的部位是小车轨道，小车轨道在小车运行的过程中要承受非常大的载荷，所以为了适应大承载重量，有必要采用一种可以用压板装置的普通轨道。小车轨道是用标准的铁轨，在铁轨下用支撑架支撑，以增加受力面积，提高轨道的负载能力。如果轨道被直接捍到支撑梁，由于轨道表面是轧出来的，并没有经过机加工， 轨道底面可能不平， 就有可能出问题。采用压板方法，从技术上讲更完美， 因为让轨道装在弹性垫上面， 弹性垫可以吸收相当程度的应力， 就不会将这应力传递到支撑梁上如果弹性垫同 软鼻子”压板(压板同轨底接触部分覆上硫化橡胶)一起使用，当小车在固定点上运行时，轨道吸收局部应力的能力更大用压板夹紧轨道可以承受更大荷载，具备吸收应力的性能，但经过一段时间后夹紧螺栓会变松，会产生对中问题。固定系紧螺栓的方法要随支撑梁的设计而变化，可以用普通螺栓或螺栓拧到或焊接到支撑架。在防止由振动而使螺母梧动方面柱螺栓更可靠， 但如遇剪切断裂时，更换是困难的。图4.4 小车轨道安装1轨道 2压板 3主梁上盖板这种夹紧方式尽管采用了辅助夹紧措施，但压板下面的轨道仍难以与主粱上盖板完垒贴台， 存在着可以松动的间隙。当小车运行时， 小车的轮压使轨道底面与上盖板紧密贴合， 轨道与主粱一同下挠。在离开轮压作用点的区段， 由于轨道的刚性比支撑梁的刚性小， 两者变形有差异， 所以轨遭对压板有向上的作用力。在小车通过以后， 轨道与压板恢复原状，如此不断反复， 压板终于会因疲劳超越极限向上弯曲， 对轨道不产生压力， 轨道由于松动错位， 小车运行将出现啃遭现象。小车运行啃遭使轨道磨损， 要更换轨道和压板。在更换轨道过程中， 主粱要承受两次热效应， 一次是将原有的压板从主粱上盖板上割下来， 便于取下旧轨道； 另一次是在安装新轨道时要把新压板重新焊到支撑梁上盖板上。逸两次施焊过程一般都是在车间仓促进行的， 操作难以规范化， 有可能促使主粱上拱度消失， 影响钢卷小车的正常工作。 轨道结构尺寸由7表3-1-69或表3-1-70或表3-1-71确定，我选用型号为的重轨。 图4.5 轨道简图图4.6 改进后的小车轨道安装 1轨道 2.压板 3主粱上盖板 4垫板 5.螺栓 6 .螺母 7垫圈图4.6的小车轨道夹装方法是对上述方法的改进， 它是用一块垫板与一块活动压板相组台代替原用的整块压板。在轨遭调整对位以后，先将垫板焊在主粱上盖板上， 然后利用螺拴将压板压住轨道。以后如需调整或更换小车轨道， 只要栓开螺栓就能方便地完成调整或更换工作。采用这种夹装方法不便于调整或更换小车轨遭， 而且可以避免主梁承受两次热效应影响， 对于减少主粱上拱度的消失有一定的效果。4.4.2.2 小车轨道的啃轨现象1.啃轨卸卷小车在使用中，存在的主要问题是小车轮啃轨现象，从而产生一系列不良后果： 1)在轨道的侧面有明显的摩擦痕迹，严重的啃轨还会使轨道上产生毛剌、沟痕、表面脱落等现象。2)车轮的轮缘有磨损减薄现象、轮缘根部有较大的磨损圆弧。3)卸卷小车在起动、制动时出现明显的走偏或扭摆,并伴有啃轨时发出的异常声响。4)卸卷小车行驶到某一区域时有明显的扭动，并伴有不正常的摩擦声。此时车轮轮缘与轨道边缘的间隙发生明显的变化。5)卸卷小车运行阻力变大，运行驱动电机发热甚至烧坏。6)严重啃轨时卸卷小车在行驶过程中会发生脱轨事故。卸卷小车啃轨现象表现形式多种多样：有时只有一个车轮啃轨；有时几个车轮同时啃轨；有时往返运行时车轮同侧啃轨；有时分别啃磨轨道两侧。2.产生啃轨的原因：（1）轨道的安装缺陷造成的啃轨1)轨道的水平弯曲过大或轨道的局部变形过大2)轨道安装呈现八字形。轨道安装不规范，造成轨距一端大、一端小。在此段轨道上，车轮往返运行时将分别啃磨轨道外侧和内侧。3)同一截面两根轨道相对标高偏差过大。造成较高的一侧轨道外侧被啃,较低的一侧轨道内侧被啃。4)两条轨道的平行度不在标准的范围内。（2）车轮及车轮安装缺陷造成的啃轨。1)两主动轮直径尺寸不相等。2)安装时4个车轮不在同一平面内。3)前后车轮不在同一直线上运行。 总的来说，起重机的操作模式、轨道的安装精度及车轮的安装、加工精度被认为是引起啃轨的主要原因。3.啃轨的危害：（1）降低车轮和轨道的使用寿命（2）增大了运行阻力,使电动机和传动机构长期超载运行。（3）起重机运行时噪声和振动较大。（4）许多卸卷小车因啃轨需要频繁地更换车轮，这给企业造成了较大的经济损失和人力物力的浪费。4.啃轨的消除方法研究：（1）润滑车轮轮缘及轨道侧面（2）加装水平轮（3）调整车轮安装精度（4）调整轨道。重新调整轨道间距使之达到规定标准，调整其标高使之达到标准规定。（5）对于两主动轮踏面直径尺寸不相等而造成的啃轨，更换车轮使之直径尺寸相等。4.4.3 小车拖链的设计1.拖链的作用是：小车在工作时需要供电，供液压油。而这些电线和管路在小车往复运行的过程中容易弯折损坏，拖链的作用就是保护这些管线，减小其弯折程度，从而其到保护的作用2.拖链的基本结构其工作形式就是让管线随拖链的弯曲半径弯曲，从而减小管线的弯曲半径，起到保护的作用。图4.7所示 图4.7 拖链拖链的内部如图所示 图4.8 拖链内部一在本设计中设定的拖链弯曲半径是350毫米。拖链的最大悬空是5200毫米。3.拖链的设计要求当卸卷小车停在卸卷大车远离线材运输大钩的一端时，坦克链悬空长 图4.9 拖链内部二 度为5200mm。在设计的过程中要考虑拖链的刚度问题。不然，使得链条中部下挠过大， 当卸卷小车右行时，由于链条下挠致使链条的受力方向改变，在小车向前的作用力、链条自重、链条变形阻力等的作用下，链条受到一向下的弯力作用，又因小车运行速度较快，使得链条还受到较大的冲击力作用。因此，链条在弯力和冲击力的双作用下，超过了自身的承载能力，致使链条中部错位折坏。 5 钢卷小车的自动控制 钢卷运输车在运输钢卷过程中，各个动作都能自动进行，并且与前后的机械都能有连锁关系。有的钢卷运输车可以由计算机程序控制，以实现产生过程的自动化。以五机架冷连轧机组进料端钢卷小车的自动控制为例，钢卷小车的工作过程是：钢卷运输车的托辊停在接卷位置上，在步进梁运输机的活动梁把钢卷运来后，车的升降装置上升到极限位置，并接受钢卷，拆捆机拆除钢卷上的捆带；钢卷下降到穿带高度，这时把钢卷运输车行走到穿带位置，刚卷在升降装置的托辊上转动，探测辊测得钢卷头部后，钢卷停转，进行穿带。然后钢卷再下降到开卷机卷筒中心线标高，车行走到开卷机位置，把钢卷卸到开卷机卷筒上，；当升降装置下降到极限位置时，车开回到后终点，升降装置上升到接卷位置。整个工作过程中，都由自动控制装置进行控制，并且可以由电子计算机按照程序操作。5.1 钢卷的垂直定位当钢卷运输车在接卷、拆捆、穿带、卸卷等位置时，钢卷中心线的标高是不同的，并且钢卷具有不同的外径。钢卷运输车采用托辊的升降来适应不同卷径时钢卷中心线的标高位置，称为钢卷的垂直定位。五机架冷连轧机组进料端的钢卷内径都是610毫米，垂直定位的方法就是按照钢卷内径的边缘定位。钢卷的垂直定位由装在运输线上的光电管控制。钢卷运输车的升降装置的行程由安在车上的行程控制和极限开关操纵。起升降的速度有两种：快速和慢速。起速度有液压系统的换向阀来控制，相互间通过电气连锁。钢卷在拆捆位置垂直定位的光电管装置安装在步进梁运输机的前终点，两个光电管的反光镜安装在由液压缸操纵的转臂上而光电管安装在钢卷运输车的移动底坑的对面。不工作时，转臂是向上垂直放置的，工作时，转臂向下转到水平位置。垂直定位的工作原理如下：在钢卷运输车的升降装置接卷上升到极限位置后，步进梁运输机的活动梁后退，装反光镜a的转臂向下转到水平工作位置，升降装置托着钢卷下降。在下降的过程中，当钢卷挡住光电管a射来的光束，在反光镜的光亮开始变暗时，电信号控制液压系统的换向阀，使升降装置慢速下降；当钢卷内径的上边缘位于反光镜b的中间时，光电管b射来的光束有一半被挡住。反光镜b处于半暗状态，这时，升降装置停住，钢卷正好位于拆捆位置。钢卷在穿带和拆捆位置的垂直定位也用同样的原理，但是光电管和反光镜都是固定安装在底坑两边。升降装置的行程控制：行程发送器安装在支座上，经过联轴器和轴相连，轴的另一端装小齿轮，与安装在升降装置的齿条相啮合，支座铰接在车体上，支座的一边支撑在弹簧上，弹簧力克服支座上的重量，并使齿轮和齿条啮合良好。升降装置升降时，齿条带动小齿轮，使行程发送器的轴转动，发出行程脉冲，实现升降装置的自动控制。 钢卷运输小车的任务是将在取料处准备好的钢卷运往开卷机。在其运输过程中，利用光电开关及光电编码器来实现带钢的高度对中和测量钢卷外径，动作过程为： 钢卷小车1#位接受钢卷； 钢卷小车鞍座上升托住钢卷并上升到上极限位置； 钢卷小车下降，进行外径测量及高度对中； 对中完毕，钢卷小车前进，将钢卷装入开卷机卷筒； 上卷完毕，钢卷小车鞍座下降到下极限位置； 钢卷小车返回1#位。5.1.1 钢卷运输小车的高度对中高度对中过程：钢卷中心与开卷机卷筒轴线的高度对中在钢卷小车的原始位置（对中站）进行，当钢卷小车从取料处运载钢卷行驶到这个位置时，通过一个光电开关和小车升降方向上的一个位移传感器进行高度自动对中。其小车高度对中过程。 高度对中的步骤为：小车先下降使高度对中光栅接通，小车记下这一高度值，通过计算与比较得出小车应该上升的距离，小车上升该距离值，并进行判断对中是否完成，如果hh1,小车将慢速下降，直到h=h1为止，如果hh1；小车将会慢速上升，直到h=h1。对中完成后将钢卷送到开卷机。5.2 钢卷的水平定位钢卷运输车带着钢卷驶向穿带、开卷位置和空车返回待卷位置，这个过程由移动行程上的极限开关控制 ，可以使正常运行的钢卷运输车在到达要求位置慢速运行或在到达要求的位置时停止运行。 从工艺流程图可以看出钢卷运输系统，作为钢卷生产中接收和运输钢卷的重要环节，操作水平和机械电气安装、定位精度直接影响钢卷运输的安全和生产效率。在投产以来，由于操作和设备电气等原因，已多次发生因系统运输偏差过大而导致钢卷脱落，致使钢卷及机械电气设备的损坏；同时，由于故障的严重性，也给操作人员的操作形成心理压力；这在一定程度上也影响了生产的顺利进行。造成这些问题的主要原因是钢卷的对中，往往就是钢卷在对中上不够精确，造成了钢卷的脱落，从而也就影响了后面的生产。这也就是本设计需要解决的问题。这些问题都可以通过 controllogix plc解决。 5.3 controllogix plc的简介 controllogix控制系统看起来像一个可编程序控制器，其系统具有优良的性能品质，其特点有： 无缝连接 快速 可组态 工业化 集成化 结构紧凑。plc实质上是一种工业控制型计算机，其基本组成见图5.1所示。 图5.1 可编程控制器的基本组成 图5.2控制流程图参考文献1 杨美顺，现代冷轧机发展现状及展望j，上海：中国冶金第83期，2004.2 陈荣，冷轧机自动上卷功能简介j，鞍山，重工与其起重技术第17期，2008.3 周国盈.带钢卷取设备m. 北京：冶金工业出版社，1982. 4 袁康.轧钢车间设计基础m冶金工业出版社，19825 濮良贵.机械设计m. 北京：高等教育出版社，2005.6 板带车间机械设备设计（上、下册）m.北京：冶金工业出版社，19867 成大先.机械设计手册m. 北京：化学工业出版社，20028 北京钢铁学院.轧钢车间辅助设备m北京：冶金工业出版社，19619 陈国璋.起重机计算实例.北京:中国铁道出版社.1985.12 10 陈道南.起重运输机械.冶金工业出版社.1987.1011 陈道南.起重机课程设计.冶金工业出版社.1983.1112 唐增宝