（机械制造及其自动化专业论文）电工圆铝杆轧机自调结构分析及设计.pdf

摘要 电工圆铝杆用于拉制电线电缆 导电线芯用圆铝线 型铝线和其他电工用铝导线 本文以 生产电工圆铝杆的连轧机为研究对象 针对其在实际生产中常见的轧件发生堆料与拉断问题 以及电工圆铝杆的尺寸精度和表面质量问题进行了较深入的分析研究 论文得到了如下结论 1 轧件堆料与拉断问题的原因与机构运动精确度有关 机构精确 度学着重研究尺寸和形状绝对精确的理想机构与实际机构之间的运动误差 由于零件 构件的 尺寸和形状不可能绝对准确 运动副中也总存在间隙 并受到装配误差 工作时的变形和磨损 等影响 机构不可避免地会出现运动误差 锥齿轮对误差及变形极为敏感 易产生偏载现象 因此 连轧机直齿锥齿轮机构的传动误差导致了从动齿轮一转内实际转角与理论转角有差值 使得在轧制过程中 轧件在同一单位时间内通过的连轧机的任一孔型的金属体积不一定都相等 在机架间会产生拉力或推力 就可能拉断轧件或堵料 本文采用了基于a d a i 临的虚拟样机技术 建模和运动仿真 分析了连轧机直齿锥齿轮机构的传动误差 仿真结果表明传动误差造成了轧 件堆料与拉断问题 2 由于制造误差 安装误差以及磨损 运动副间隙等方面的原因 实际 连轧机直齿锥齿轮机构总是存在着误差 这种误差不仅影响传动系统的精度 同时 也影响着 动态特性 特别是振动与噪声 和载荷分布均匀性 接触精度 轧机垂直 水平方向的异常振 动影响了电工圆铝杆的尺寸精度和表面质量 本文分析了连轧机中的过约束 设计了自调结构 同时采用a d a a i s 软件建模和动力仿真分析连轧机直齿锥齿轮机构的受力情况 结果表明采用了 自调结构后 锥齿轮副中的瞬时力趋于稳定 通过提高连轧机直齿锥齿轮机构的传动精度 轧件堆料与拉断问题基本得以解决 再者 采用了自调结构后 轧机垂直 水平方向的异常振动得到了有效的控制 关键词 过约束 自调结构 a d a m s a b s t r a c t a l u m i n i u mp o l ef o rt h ed r a w ne l e c t r i c a lw i r ea n dc a b l e c o n d u c t i v ew i r ec o r ew i t har o u n d a l u m i n u m a l u m i n u m a l u m i n i u ma n do t h e re l e c t r i c a lw i r e s t h i sp a p e rt op r o d u c ee l e c t r i c a lr o u n d a l u m i n i u mp o l eo ft h er o l l i n gm i l lf o rt h es t u d y f o ri t sa c t u a lp r o d u c t i o ni nt h ec o m n l o uw o r k p i e c e m a t e r i a la n dap i l ep u l lo f fp r o b l e m sa n de l e c t r i c a la l u m i n i u mp o l eo fd i m e n s i o n a la c c u r a c ya n d s u r f a c eq u a l i t yp r o b l e m sw e r em o r ei n d e p t ha n a l y s i sr e s e a r c h p a p e r sh a v et h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s 1 w o r k p i e c er e a c t o rm a t e r i a la n dp u l lo f ft h ec a u s eo f t h ep r o b l e m 衍mt h ea c c u r a c yo ft h er e l e v a n ta g e n c i e s a g e n c i e sa c c u r a c yo ff o c u s i n go ns i z ea n d s h a p eo f t h ei d e a lo f a b s o l u t ep r e c i s i o nb e t w e e nt h ea g e n c ya n dt h ea c t u a lm o v e m e n to f e r r o r a sp a r t s c o m p o n e n t st h es i z ea n ds h a p ec a nn o tb ea b s o l u t e l ya c c u r a t e a n da l s ot h em o v e m e n to fs p a c et h e r e a n db yt h ea s s e m b l ye r r o r w h e nt h ed e f o r m a t i o na n dw e a ra n ds oo n t h e r ea l eb o u n dt ob eb o d y m o v e m e n te r r o r b e v e lg e a ra n dd e f o r m a t i o no fe r r o ri se x t r e m e l ys e n s i t i v ea n de a s yt oh a v eap a r t i a l s e tp h e n o m e n o n t h e r e f o r e t h er o l l i n gm i l ls t r a i g h tb e v e lg e a rt h et r a n s m i s s i o nb 疆 r o rl e dt oad r i v e n g e a rt ot h ea c t u a lc o r n e l a n dac o m e r o ft b em a r g i n m a k e st h ep r o c e s so fr o l l i n g r o l l i n gi nt h es a l l e u n i to ft i m et h r o u g ht h er o l l i n gm i l lo fa n yp a s st h em e t a lm a yn o tn 髓s 撕l yb et h es a m es i z e t h e r a c kw i l lh a v eb e t w e e nr a l l yo rt h r u s t i tc o u l dp u l lo f f p i e c e so f r o l l i n go rb l o c km a t e r i a l s i no r d e rt o s t u d yt h er o l l i n gm i l ls t r a i g h tb e v e lg e a rt h et r a n s m i s s i o ne r r o r t h ep a p e ru s e dt h ep o p u l a rv i r t u a l p r o t o t y p i n gt e c h n o l o g ym o d e l i n ga n ds i m u l a t i o na n a l y s i s 2 a st h em a n u f a c t u r i n ge r r o r e t r o ra n d t h ei n s t a l l a t i o no fw e a l s p o r t sa n do t h e ra s p e c t so ft h er e a s o n sf o rt h eg a p e 吼t h ea c t u a lm i l l s t r a i 曲tb e v e lg e a ra g e n c i e st h e r ea r ea l w a y so i t o l 怎 t h i se r r o rn o to n l ya f f e c tt h ea c c u r a c yo f t r a n s m i s s i o n a tt h es a m et i m e b u ta l s oa f f e c tt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i e s e s p e c i a l l yt h en o i s ea n d v i b r a t i o n a n dl o a dd i s t r i b u t i o nu n i f o r m i t y c o n t a c ta c c u r a c y m i l lv e r t i c a l h o r i z o n t a ld i r e c t i o no ft h e i m p a c to fa b n o r m a lv i b r a t i o no ft h ee l e c t r i c a la l u m i n i u mp o l eo fd i m e n s i o n a la c c u r a c ya n ds u r f a c e q u a l i t y b yi m p r o v i n gt h er o l l i n gm i l ls t r a i g h tb e v e lg e a ra c c u r a c yo ft h et r a n s m i s s i o n r o l l i n gp i l eo f m a t e r i a la n dp u l lo f ft os o l v et h eb a s i cp r o b l e m f u r t h e r m o r e t h el l s eo fas e l f a d j u s t i n gs t r u c t u r e t h e r a i l lv e r t i c a l h o r i z o n t a ld i r e c t i o no ft h ea b n o r m a lv i b r a t i o nh a v eb e e ne f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d k e yw o r d s r e s t r a i n t s e l f a d j u s t i n gs t r u c t u r e a d a m s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 时间 年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 可以采用影印 缩印或扫描等复 制手段保存 汇编学位论文 同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表 传 播学位论文的全部或部分内容 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 研究生签名 导师签名 时间 年月日 时间 年月日 宁夏大学硕十学何论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 连铸连轧机组设备及工艺简介 连铸连轧生产是在连铸机后面配以连轧机组成连铸连轧机组 使连铸机铸出的铸坯不经再 次加热 直接轧制成线材 把 铸 和 车l 直接连成一条生产线的工艺流程 与通常的连铸坯一 冷却 清理一加热 轧制的工艺相比 可以减少铝锭的二次重熔工序和降低铝杆的生产成本 所以 目前铝行业许多企业直接用电解铝液生产电工圆铝杆 1 连铸连轧机组工艺流程 电工销舷线生产工艺流程 2 连铸连轧机组设备简介 铝镁硅合金连铸连轧生产线采用连铸连轧的工艺方法生产电工用普铝 铝合金杆成品杆径 9 5 m m 主要组成部分有熔铝炉 保温炉 五轮式连铸机 油压剪切机 校直机 倍频加热 器 连轧机 收线装置 在铸造出合格铝坯料后 如何提高铝杆质量 取决于轧制这个环节 轧机采用2 副谚2 5 5 两辊式机架 平立各一副 采用1 2 副口2 5 5 y 型机架 分上下传动 交替布置 主传动用3 5 5 k w 直流电机通过齿形连轴节传递给主传动牙箱 即齿轮箱外伸出的主传动轴 动力从1 2 号机架 出轴下方的输入轴输入 分别向两边传递 牙箱共有1 4 档出轴 分别安装安全齿形连轴节 并 宁夏大学硕十学伶论文第一审绪论 传递给各机架 每副机架前后分别装有进出导卫 奇数机架入口采用滑动导卫 偶数机架入口 采用滚动导卫 滚动导轮的形状与前一道次出来的三角形轧件相一致 并留有适当间隙 机架 与机架之间装有堆料自动停车装置 y 型轧机由三个盘式轧辊组成孔型 每个盘辊成1 2 0 0 各架 交替呈 叩 配置 1 2 国内外研究现状 电工圆铝杆用于拉制电线电缆 导电线芯用圆铝线 型铝线和其他电工用铝导线 我国电 线电缆专用设备行业中的很多企业只有改革开放以后2 0 多年的成长史 不像国外知名企业已走 过了1 0 0 多年的发展道路 如德国尼霍夫公司创建于1 8 5 9 年 已有1 4 8 年的历史 特乐斯特公 司创建于1 8 9 2 年 也有1 1 5 年的历史了 但我国企业用了2 0 年时间发展的产品品种 与国外 企业品种数量相当 这来之不易 近十年来 我国电线电缆工艺装备发生了巨大的变化 已可 完整地提供铜铝杆 铜铝单线 电气装备线 电力电缆 通讯电缆 电磁线等生产所需的成套 设备 但是 行业的发展很不平衡 总体来说 专用设备还不能满足线缆产品发展的要求 行 业的开发能力 技术设计力量还很薄弱 应用高新技术 在线检测手段也比较缺乏 设备制造 的内在精度和外部质量与先进国家的技术水平还有相当差距 产品技术水平普遍低于国外 落 后世界先进水平l o 年至1 5 年 有的甚至落后了二三十年 国内铝杆的主要生产方法是铝连铸 连轧 我国自行开发的铝连铸连轧全国约有9 0 余条生产线 拥有1 0 0 万吨以上铝杆年生产能 力 随着需求的多样化 提高铝连铸连轧技术十分必要 1 国内外有关提高轧制过程中铝杆质量 完善轧制技术 改造轧机设备主要考虑内容 铝和铝合金的塑性加工 应保证产品达到稳定 一致的所需尺寸精度 力学性能和良好的 表面质量 还要注意防止机械损伤和腐蚀 控制晶粒度和组织结构 这些质量要求主要靠生产 工艺及设备来保证 现有文献和研究主要从轧制工艺与轧辊磨损两方面考虑对铝杆尺寸精度和 表面质量的影响 轧制工艺因素有进轧温度 进轧速度 乳液温度和轧制压力 轧制设备因素 有轧辊质量 孔型和辊逢 考虑设备因素时 所做研究是运用摩擦学原理对轧辊磨损的研究 2 y 型三辊连轧机在实际生产中常见的轧件发生堆料与拉断问题是铝行业普遍存在的 我在接受青铝集团该设备使用单位委托解决这一问题时 还未见任何文献和任何人提出过 轧制过程中机械设备对堆料与拉断问题的影响 在做该课题的过程中 我发现轧件堆料与拉断 问题的原因与机构精确度有关 机构精确度学着重研究尺寸和形状绝对精确的理想机构与实际 机构之间的运动误差 由于零件 构件的尺寸和形状不可能绝对准确 运动副中也总存在间隙 并受到装配误差 工作时的变形和磨损等影响 机构不可避免地会出现运动误差 那么连轧机 直齿圆锥齿轮机构的传动误差导致了从动齿轮一转内实际转角与理论转角有差值 使得在轧制 过程中 轧件在同一单位时间内通过的连轧机的任一孔型的金属体积不一定都相等 在机架间 会产生拉力或推力可能拉断轧件或堵料 为了研究连轧机直齿圆锥齿轮机构的传动误差 我采 用了目前非常流行的虚拟样机技术建模和运动 动力学分析 3 连轧机直齿圆锥齿轮机构误差对传动系统的动态特性 特别是振动与噪声 的影响 由于制造误差 安装误差以及磨损 运动副间隙等方面的原因 实际锥齿轮总是存在着误 2 宁夏大学硕i 学位论文第一章绪论 差 这种误差对传动系统的精度 动态特性 特别是振动与噪声 和载荷分布均匀性 接触精 度 有直接的影响 直齿圆锥齿轮存在着如下缺点 对安装误差及变形很敏感 容易产生偏载 现象 采用自调机构的主要目的之一 就是要机构能够按照所受作用力的不同情况 可在自由 度范围内能自行占据与实际制造和装配误差相应的位置 实现均载的目的 没有过约束的机构 才是静定系统 自调机构是没有过约束的机构 其核心是自由度 或约束 配置的设计及其工 程实现的设计 由于各种误差的存在 理论上不影响机械顺畅运动的机构过约束将会出现约束不确定的状 况 该过约束将可能成为实约束 而与原设计约束要求产生矛盾 因而成为 障碍 并对机械 的工作性能造成一系列有害影响 特别是载荷分布不均匀和振动 机架垂直 水平方向异常振 动对电工圆铝杆的尺寸精度和表面质量有影响 要消除过约束的不利影响 就应考虑采用无过 约束的自调机构 4 国内外有关机构精确度和过约束自调机构的研究现状 2 0 世纪3 0 年代以来 对零件制造误差大小和分布规律的研究引起了人们对研究机构精确 度的兴趣 1 9 4 6 年 苏联入h i 勃鲁也维奇发表了 机构精确度 的著作 但关于空间连杆 机构精确度的问题 直到6 0 年代才开始研究 随着人造卫星和机器人等迅速发展 空间机构的 精确度越来越引起人们的重视 关于这方面的研究 在双万向联轴节和空间四杆机构中己取得 很大的成果 而对于包括五杆以上的连杆机构 凸轮机构 齿轮机构等一般空间机构 目前尚 待建立普遍适用的误差分析方法 并考虑各种工况的多目标优化综合 进而考虑动力误差的综 合 八十年代以来 随着高速 高可靠性 节能高效及自动化 智能化机构的发展需要 对闭 链机构中的过约束以及自调机械进行更加深入系统的研究 文献e 6 在比较系统地总结前人研 究成果的基础上 提出了能准确分析过约束类型和数量的 回路自由度法 以及运动链中的 自 由度替代法 首次明确地把无过约束机构称为 自调机构 文献 7 通过对机构约束特性 的研究 提出了对加工误差不敏感的 结构最优机构 的设计原则 文献 8 分析了虚约束对 机器工作能力和可靠性的影响 提出了 最优结构的机构 综合准则 这些研究 把自调机构 的结构理论和工程实用设计向前推进了一大步 1 3 本课题的背景和主要研究内容 近十年来 我国电线电缆工艺装备发生了巨大的变化 但是专用设备制造业目前还存在一 些问题还不能满足线缆产品发展的要求 随着国内铝合金产品的迅速发展 特别是当前推 1 高 导电率 高强度等综合性能的铝合金 改造完善铝的连铸连轧提高电工圆铝杆质量十分必要 青铜峡铝业集团先后投资安装了4 条国内相关专业厂家设计制造的电 r 圆铝杆连铸连轧机 组 电工圆铝杆产品市场十分广阔 成为公司的主要利润增长点 本课题研究的是东方电上生 产的u l z 1 5 0 0 2 5 5 1 4 型铝镁硅连铸连轧机组 研究连轧机在生产过程中影响生产连续 性和成品率的轧件发生堆料与拉断问题 影响电工圆铝杆质量的垂直振动因素 提出对连轧机 设备的改进方案 提高电工圆铝杆的产品质量 增强企业的竞争力 3 宁夏大学硕十学位论文 第一章绪论 本论文主要研究内容包括 l 运用机械系统自动动力学分析软件a d a m s 对连轧机轧辊 系进行运动学和动力学仿真分析 2 引用机构精度学主要思想和主要内容分析连铸连轧机组传 动系统的传动精度 3 运用机构自调自适应理论分析研究连轧机异常振动对设备的影响 4 宁夏大学硕十学位论文第 二章屯t 网铝杆的生产t 艺 设铒及质量影响闻素分析 第二章电工圆铝杆的生产工艺 设备及质量影响因素分析 2 1 引言 线材俗称 盘条 或 盘元 线材轧制是指热轧最小直径为5 m m 圆形或其他简单断面形状 的成卷钢材及铜材 铝材的工艺过程 最早出现的活套式线材轧机是1 8 3 8 年建成的二列式轧机 第一列为一架三辊粗轧机 第二列为五架精轧机 此后 经历了平立辊连续式 多列式 半连 续式以及适合于生产合金钢线材的小活套无张力多列式等形式线材轧机 到1 9 6 6 年 美国设计 建造了摩根式4 5 0 无扭整体机座的高速线材轧机 成为高速线材轧机的主要形式 7 0 年代世界 上已有4 5 0 无扭线材轧机约1 0 0 套相类似的还有其他传动形式的4 5 0 无扭轧机和三辊式y 型轧 机 y 型轧机由三个盘式轧辊组成孔型 每个盘辊成1 2 0 0 各架交替呈 y 配置 这种轧机适合 于生产高精度的合金钢和有色金属线材 本论文研究的是生产直径为芦9 5 m m 铝或铝合金盘元的三辊式y 型轧机 本章包括铝或铝 合金盘元产品质量要求 连铸连轧生产工艺 设备组成 以及连轧中常见的质量问题几个方面 2 2 电工圆铝杆产品质量要求 1 用途 电工圆铝杆适用于拉制电线电缆导电线芯用圆铝线 型铝线和其他电工用铝导线 2 使用特性 圆铝杆型号和规格的选择 应根据铝线的最终拉制尺寸 所需要的性能和实际的拉线工艺 3 型号 电工圆铝杆的型号如表2 2 1 型号状态代号名称 lo 电工软圊铝杆 l 2h 2 h 2 状态电工硬圆铝杆 l 4h 4 h 4 状态电工硬圆铝杆 6h 6 h 6 状态电工硬圆铝杆 表2 2 i 4 规格 圆铝杆的规格用标称直径表示 应符合表2 2 2 规定 5 材料 圆铝杆应采用符合 电工用铝锭 标准规定 6 偏差 圆铝杆标称直径的偏差和圆铝杆垂直于轴线的同截面上测得的最大和最小直径之差 f 值 应符合表2 2 2 规定 5 宁夏大学硕十学位论文 第二章电t 网铝杆的生产t 艺 设备及质量影响冈素分析 iii i i 标称直径偏差 f 值不大于 9 09 51 0 0 1 0 5 0 51 o 1 1 01 1 5 1 2 0 1 2 5 1 4 o1 5 0 1 6 0 0 61 2 1 7 o2 0 o o 7 1 4 表2 2 2 单位 n l l n 7 机械性能 圆铝杆的机械性能应符合表2 2 3 规定 8 电性能 圆铝杆的电性能应符合表2 2 3 规定 抗拉强度拉断伸长率 电阻率q r a m 2 m2 0 型号 nm m 2不小于不大于 l6 仉8 02 6o 0 2 7 5 5 l 29 0 1 1 01 40 0 2 7 8 5 l 49 5 1 3 01 2 o 0 2 8 0 l l 61 4 5 1 4 78 0 0 2 8 0 1 表2 2 3 9 外观 a 圆铝杆应圆整 尺寸均匀 软硬一致 b 闾铝杆表面应清洁 不应有摺边 错圆 裂纹 夹杂物 扭结等缺陷 及其他对使用有 害的缺陷 允许有轻微的机械擦伤 斑痕 麻坑 起皮或飞边等 c 标称直径小于1 1 0 r a m 的铝杆 经扭转后也不应出现摺边及夹杂缺陷 应不裂 2 3 电工圆铝杆连铸连轧生产工艺 1 连铸连轧 的概念 连铸连轧生产是在连铸机后面配以连轧机组成连铸连轧机组 使连铸机铸出的铸坯不经再 次加热 直接轧制成线材 把 铸 和 轧 直接连成一条生产线的工艺流程 与通常的连铸坯一 冷却 清理 加热 轧制的工艺相比 可以减少铝锭的二次重熔工序和降低铝杆的生产成本 所以 目前铝行业许多企业直接用电解铝液生产电工圆铝杆 2 电工铝盘元生产工艺流程 电解槽铝液一吸入抬包一倒入混合炉一精炼扒渣一连铸机连铸一油压剪剪断一连轧机轧制 一收线装置收线 6 宁夏大学硕卜学何论文第t 章电t 网铝杆的生产t 艺 设备及质量影响圜索分析 曼皇曼 曼苎鼍曼曼曼 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇 曼鼍曼量曼曼曼曼鼍曼鼍皇曼量曼曼 一i m 皇 皇 3 电工铝盘元生产工艺参数 本课题研究的连铸连轧生产线技术规范如下表2 2 1 型号u l z 一1 5 0 0 2 5 5 1 4 型铝镁硅合金连铸连轧生产线 用途本机组采用连铸连轧的工艺方法生产电工用普铝 铝合金杆成品杆径咖9 5 熔铝炉 保温炉 五轮式连铸机 油压剪切机 校直机 培频加热器 连 主要组成 收线 连铸机出杆直径 中9 5 m m 结晶轮直径 中1 5 0 0 r a m 生产能力 2 7 4tth 水平 垂直辊机架各1 y 型 铸锭截面积 2 0 8 缅啦2 型式 动机架各6 出锭速度8 1 2 m m i n 机架数 1 4 z 2 5 24 k w 轧辊名义尺 铸机电机 2 5 5 m l 0 0 0r e i n 寸 成豳收线终轧速度v 4 6 m s 由1 5 0 0 m 轧机电机功 收线直径 z 4 3 5 5 3 23 5 5 k w6 0 0r m i 2 3 0 0 m率 全数字式 西门子 直流调翊 连轧机控制方式 人机界面 表2 2 1连铸连轧生产线技术规范 2 4 电工圆铝杆连铸连轧生产设备 1 连铸连轧机组设备组成 本课题研究的连铸连轧机组生产线由混合炉 五轮式连铸机 油压剪切装置 连轧机 收 线装置等部分组成 2 连铸连轧机组设备结构 a 五轮式连铸机 五轮式连铸机由结晶轮 压紧轮 张紧轮 导轮 浇注系统 冷却系统 刚带的吹干 上 油装置 剔锭器 引桥等部分组成 b 液压剪切装置 液压剪切装置由剪刀 起吊葫芦 液压系统组成 7 十壁人学 j t 学位论女第章电t 圆 杆的生产i 艺 设蔷压质量蟛响州幂分析 c 连轧机 连轧部分由轧机及其油润滑系统和乳液润滑系统组成 轧机的喂料采川主动嗤料 轧制部分 采用2 副口2 5 5 两辊式机架 平立各一副 采用1 2 副口2 5 5 y 型机架 分上f 传动 变替 布置 主传动用3 5 5 k w 直流电机通过齿形连轴节传递给土传动牙箱 动力从1 2 号机架出轴下 方的输八轴输入 分别向两边传递 牙箱茫有1 4 档i b 轴 分别安装安全齿形连轴节 并传递给 并机架 每副机架前后分别装有进出导甲 奇数机架入口采用滑动导卫 偶数机架入口采用滚 动导卫 滚动导轮的形状与前一道次出来的三角形轧件相一致t 井留有适当间隙a 机架与机架 之问装有堆料自动停下装置 油润滑系统 油箱中的油通过油泵经过滤器到齿轮箱后侧进油总管对齿轮进行喷溅润滑 对滚动轴承进 行循环润滑 乳渡润楫系统 乳渡经过离心泵 过滤器 扳式热交换器分别进入装在齿轮箱上面的两根总管 对机桨齿 轮及轴承 对轧辊和导卫进行润滑 收线装置 收线装置由冷却装置 操作平台 夹送装置 引桥 环形摆线装置 贮线装置 小车等部 分组成 2 5 三辊y 型连轧机 明 本课题的土要研究对象就是三辊y 趟轧机 如l 兰i2 5i 下面对三辊y 型轧机做一详细说 目2 5i 辊y 型连缱式轧机结构横型 宁夏大学硕十学佗论文第二市电t 网铝杆的牛产t 艺 设备硬质毋影响陆l 素分析 y 型轧机由三个盘式轧辊组成孔型 每个盘辊成1 2 0 各架交替呈 y 配置 这种轧机适 合于生产高精度的合金钢和有色金属线材 三辊y 型连轧机又称y 型三辊式无扭机组 中心距 仅为4 0 5 5 5 0 咖 每台y 型小轧机有三个互成1 2 0 布置的盘形轧辊 构成轧机孔型 三个 辊轴呈等边三角形 轧辊呈y 型 故称y 型轧机 三个轧辊由主动轴通过伞齿轮传动 使用的 孔型系统是弧三角形和圆形交替的孔型系统 轧件在轧制过程中既不旋转也不扭曲 通过合理 的孔型设计可把张力控制在微小的范围 一套孔型系统能适应不同钢种和有色金属 适应性很 广 轧件表面质量好 同时由于轧辊切槽深入度小 沿轧辊弧面的各点线速度差值小 能够减 轻孔槽磨损 提高了轧材质量 这也是这种轧机的优点 这主要是由于轧件在三角孔型中变形 时 处于三面压缩状态 六面加工 变形均匀和展宽比较小所致 由于这几个特点 y 型车l 机 广泛应用于有色金属的轧制 2 6 三辊y 型轧机的轧制孔型及孔型系 y 型轧机的孔型系统是由具有不同孔型形状的系数 k 的三角孔型所构成 按用途分为 延伸孔型和精轧孔型两种 延伸孔型的作用是合理利用金属的塑性 使轧件截面积迅速减少 使之接近与成品面积 并在压缩过程中 进一步改善和保证金属材料内部的组织的均匀性 其 特点是道次的延伸系数较大 适合于要求使轧件面积迅速减少至成品面积 而对于轧件最终的 几何形状及尺寸要求不是很严格的加工过程 精轧孔型的作用是利用合理的孔型形状 使得由 延伸孔型轧出的轧件的形状得到规整 最后得到精确尺寸 形状规整的优质成品轧件 其特点 是道次延伸系数小 轧件尺寸精度高 适合于成品轧制 根据孔型的几何形状 延伸孔型基本 上分三种 a 弧三角孔型系统 弧三角孔型系统的特点是轧件在孔型中的宽展余量较大 轧制时不易 产生耳子和压折 变形均匀 道次延伸系数较大 一般为1 2 5 1 5 0 b 平三角孔型系统 平三角孔型系统的特点是轧件与孔型各接触点无速度差 因而其轧辊 磨损小且轧辊易于加工 轧件在导卫中的自由扭转小 轧制稳定 道次延伸系数大 平三角孔 型系统的道次延伸系数一般为 1 2 5 一一1 6 0 c 弧三角一圆孔型系统 弧三角一一园孔型系统的特点是形状比较规整 在轧制过程中问 可以出成品 但其延伸性能较小 一般为 1 2 0 一1 2 5 2 7 连轧工艺 孔型设计基本理论 1 轧制过程 轧制是利用坯料在高温下变形抗力低而塑性高的特点进行的 因此 必须保证入轧时坯料 湿度满足轧制条件 轧制温度过低 则坯料的变形抗力大而塑性低 易出现低温脆裂 同时 轧出的铝盘卷过硬 造成拔丝困难 轧制温度过高 会使坯料内部低熔点组成物熔融 造成过 热 出现高温脆裂 同时 轧辊容易枯铝 造成铝盘卷表面有疤痕 乳液对轧辊起润滑 冷却 和控制辊型的作用 乳液温度过低 润滑作用降低 则轧出的铝盘卷过硬 乳液温度过高 则 9 宁夏大学硕f 学位论文第二审电t 瞑i 铝杆的生产t 艺 设得及质帚影响 大 素分析 皇曼曼 皇曼曼曼皇曼璺曼曼曼曼曼曼鼍皇 鼍i i i 一 o 曼曼鼍曼曼皇曼 曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼 皇曼曼曼 曼 曼曼 曼曼曼曼曼兰蔓鼍曼蔓 对轧辊和轧件的冷却效果较差 使轧件的终轧温度高 势必使铝杆在随后的冷却过程中的再结 晶程度增大 出轧温度是由迸轧温度 乳液的温度 压力及轧制速度来控制的 同时 将轧出 收线后的铝盘卷适当降温 让铝盘卷的冷却时间缩短 这样就可以降低铝杆的再结晶程度 提 高铝杆的抗拉强度 铝坯料经1 4 道次轧制成 9 5 m m 的圆铝杆 2 轧制力 轧制力是在轧制时轧辊加于轧件使之塑性变形的力 但通常把轧件加于轧辊的反作用力的 垂直分量作为轧制力 轧制力在我国习惯称作轧制压力或轧制总压力 如图2 7 1 所示 图2 7 l 轧制力 p r 为轧制力 它垂直于轧辊表面 2 为摩擦力 上尹为变形区水平投影长度 轧制力是确定轧机强度的基础 正确计算和测 定轧制力 对于设计和使用轧机均有很大意义 3 连轧孔型设计原则 连轧孔型设计 一根轧件同时在两架以上的轧机的孔型中轧制成为连轧 要求在同一单位时间内通过的连轧机的任一孔型的金属体积都相等 l l pk 彳l2 匕彳2 一4 c 常数 其中v l v 2 v 广轧件出第l 2 n 机架的出口速度 a l a 2 轧件出第l 2 n 机架的轧件面积 设计连轧机孔型 式2 7 1 如果上式不成立 在机架间会产生拉力或推力 拉力较大时 使金属充不满孔型 轧件断 面尺寸减小 甚至可能拉断轧件 而推力较大时 使孔型过充满产生耳子 折叠等缺陷 严重 时会造成生产或设备事故 由于各机架的轧辊工作直径d 轧辊转速n 及轧件在各孔型中的 前滑s 不同 影响连轧机秒流量变化的有a d n 和s 的值 以上四个影响因素中可以看 1 0 宁夏大学硕十学位论文第 章电t 圆铝杆的生产t 艺 设备及质母影响岗素分析 出 在实际生产中想保持各机架的秒流域绝对相等是小可能的 为轧制过程的顺利进行和连轧 机孔型设计的方便 往往忽略前滑 有下式成立 d 1 4 l l d 2 4 2 d n a m c 常数 式2 i 2 进行孔型设计势必造成轧制时轧件在各机架间有一定的张力 但是张力不大 可满足实际轧制 要求 对直流电机单独传动的连轧机 调节各机架的秒流量最有效的方法是改变轧辊转速 而集 体传动的连轧机则不能采用这种方法 只能用调整辊径而调节秒流量 2 8 连轧中常见的问题 1 轧制过程中出现的问题 在铸造出合格铝坯料后 如何提高铝杆质量 取决于轧制这个环节 轧制过程中电工圆铝 杆出现的质量问题有 飞边 错圆 椭圆 公差超值 起皮和分层 裂纹和麻面 划伤等 另 外 y 型三辊连轧机在实际应用中常见的问题还有轧件发生堆料与拉断 总结以往有关影响轧制过程及产品质量的文献研究成果 可以将影响轧制过程及产品质量 的因素主要分为以下两个方面 工艺因素有轧制温度 轧制速度 乳液温度和轧制压力 轧制 张力 设备因素有轧辊质量 磨损 孔型 辊缝以及轧机振动 2 轧机振动 轧机振动是影响轧机生产 安全运行 产品质量的主要因素 生产中如果出现过大的振动 会导致轧机运行性能下降或故障 产品的表面质量急剧下降 出现振纹 轧机振动十分复杂 其 表现形式与轧机运行状态 工艺参数 轧机性能状态等有关 在分析轧机振动产生原因时需要 针对具体情况进行分析 在传动机构中 由于加工精度的限制及运动件相互配合的需要 总会有一 定的间隙存在 所以间隙在传动机构中广泛存在 它一方面增大了系统的稳态误差 降低了控制 精度 另一方面使过度过程的振荡加剧 动态性能交差 如果间隙过大 甚至会引起系统的不稳定 自振 2 9 本章小结 铝或铝合金盘元产品质量要求包括力学性能和电性能 尺寸精度要求 还有表面质量要求 在生产过程中不仅要保证铝或铝合金盘元产品质量要求 还要保障安全生产 生产连续性 生 产出合格的铝盘元产品 这就需要解决y 型三辊连轧机在实际应用中常见的另外一个问题即轧 件发生堆料与拉断 y 型三辊连轧机的堆料与拉断问题普遍存在 若能够解决这个普遍存在的 生产问题 将会提高生产效率和产品合格率 进一步增强企业竞争力 因此在本章中详细总结 研究连铸连轧生产工艺 设备组成 以及连轧中常见的质量问题等几个方面内容 以利于后续 基于a d a 髂的连轧机轧辊系建模 运动学和动力学仿真分析 本章中连轧孔型设计所遵循的设 宁夏大学硕卜学位论文 曼曼曼曼曼 一一m m 一 l n m m 皇曼皇曼 曼鼍笪 曼曼曼曼 曼蔓曼曼曼 曼曼曼皇曼鼍曼曼曼 计原则即连轧机孔型时要求在同一单位时间内通过的连轧机的任一孔型的金属体积都相等 由 于各机架的轧辊工作直径d 轧辊转速n 及轧件在各孔型中的前滑s 不同 影响连轧机秒流 量变化的有a d n 和s 的值 以上四个影响因素中可以看出 在实际生产中想保持各机架 的秒流量绝对相等是不可能的 为轧制过程的顺利进行和连轧机孔型设计的方便 往往忽略前 滑 有下式成立 d m a i n i 2 d 2 4 22 d a n c 常数 连轧孔型设计这一设 计原则后来成为我分析y 型三辊连轧机的堆料与拉断问题以及基于a d a m s 进行连轧机运动学和 动力学仿真分析的一个极有价值的依据 1 2 宁夏大学硕十学位论文第t 章连轧机轧辊系运动仿真分析 第三章连轧机轧辊系运动仿真分析 3 1 引言 机构分析是对已有机构在结构 运动和动力三方面所作的分析 机构分析的目的在于掌握 机构的组成原理 运动性能和动力性能 以便合理地使用现有机构并充分发挥其效能 或为验 证和改进设计提供依据 对机构进行运动分析时 不考虑引起机构运动的外力 机构中构件的 质量 弹性和运动副中的间隙对机构运动的影响 而仅从几何上分析机构的位移 速度和加速度 等运动情况 动力分析用于确定各运动副中的约束反力和主动构件的驱动力或从动构件的阻力 以便对机械结构进行强度计算 动力分析的另一目的是求解机构在已知力作用下的真实运动 本章基于a d a m s 软件分析连轧机轧辊系运动性能 为解决轧件拉断和堵料提供可靠的数据 3 2 虚拟样机技术与a d a m s 软件及接口 1 虚拟样机技术的概念 虚拟样机技术是上世纪8 0 年逐渐兴起 基于计算机技术的一个新概念 从国内外对虚拟样 机技术的研究可以看出 虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段 下面是几种国内有代表性的 对虚拟样机技术的定义论述 a 虚拟样机技术是将c a d 建模技术 计算机支持的协同工作技术 用户界面设计 基于知 识的推理技术 设计过程管理和文档化技术 虚拟现实技术集成起来 形成一个基于计算机 桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法 b 虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发 简称i p p d 是分不开的 i p p d 是一个管理 过程 这个过程将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起 对产品及其制造和支持过 程进行优化 以满足性能和费用目标 i p p d 的核心是虚拟样机 而虚拟样机技术必须依赖i p p d 才能实现 c 虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前 设计师利用计算机技术建立机械系统的 数学模型 进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性 从而修改并 得到最优设计方案的技术 d 虚拟样机是一种计算机模型 它能够反映实际产品的特性 包括外观 空问关系以及运 动学和动力学特性 借助于这项技术 设计师可以在计算机上建立机械系统模型 伴之以三维 可视化处理 模拟在真实环境f 系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统 e 虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式探索虚拟物体功能 对产 品进行几何 功能 制造等许多方面交互的建模与分析 它在c a d 模型的基础上 把虚拟技 术与仿真方法相结合 为产品的研发提供了一个全新的设计方法 在建模和仿真领域比较通用的关于虚拟样机的概念是美国国防部建模和仿真办公室 d m s o 的定义 d m s o 将虚拟样机定义为对一个与物理原型具有功能相似性的系统或者子 1 3 宁夏大学硕十学位论文第三章连轧机轧辊系运动仿真分析 系统模型进行的基于计算机的仿真 而虚拟样机则是使用虚拟样机来代替物理样机 对候选设 计方案的某一方面的特性进行仿真测试和评估的过程 2 a d a m s 的概述 a d a m s 是英文a u t o m a t i cd y n a m i ca n a l y s i so fm e c h a n i c a ls y s t e m s 的缩写 是由美国m d i 公司开发的最优秀的机械系统仿真软件 是目前世界上最具权威性的 使用范围最广泛的机械 系统动力学分析软件 a d a m s 一方面是机械系统动态仿真软件的应用软件 另一方面 又是 机械系统动态方针分析开发工具 其开放的程序结构和多种接口 可以成为特殊行业用户进行 特殊类型机械系统动态仿真分析的二次开发工具平台 a d a m s 与先进的c a d 的软件 u g p r o e s o l i d w o r k s 以及c a e 软件 a n s y s 可以通过计算机图形交换保持数据的一致性 利用a d a m s 软件建立参数化模型可以进行设计研究 试验设计和优化设计 为系统参数优化 提供了一种高效开发工具 a d a m s 软件的特点如下 利用交互式图形环境和零件库 约束库 力库建立机械系统三 维参数化模型 分析类型包括运动学 静力学和准静力学分析 以及线形和非线形动力学分析 包含刚体和柔性体分析 具有先进的数值分析技术和强有力的求解器 使求解快速 准确 具 有组装分析和动态显示不同模型或同一个模型在某一个过程变化的能力 提供多种 虚拟样机 方案 具有一个强大的函数库供用户自定义力和运动发生器 具有开放式结构 允许用户集成 自己的子程序 自动输出位移 速度 加速度和反作用力曲线 仿真结果显示为动画和曲线图 形 可预测机械系统的性能运动范围 碰撞 包装 峰值载荷以及计算有限元的输入载荷 支 持同大多数c a d f e a 和控制设计软件包之间的双向通信 3 a d k m s 厂v i e w 建模仿真步骤 a 建造模型 建模包含三部分工作 创建零件 有两种途径 通过a d a m s v i e w 的零件库来创建各种简单的运动单元 零件 j l j l a d a m s e x c h a n g e 引入复杂的c a d 形体 会影响运行速度 给模型施加约束和运动 给模型旋加各种作用力 b 测试模型 定义测量量 对模型进行初步仿真 通过仿真结果检验模型中各个零件 约束和力是否正 确 c 校验模型 导入实际实验测试数据 与虚拟仿真的结果进行比较 d 模型的细化 经过初步仿真确定了模型的基本运动后 可以在模型中加入更复杂的单元 如在运动副上 加入摩擦 用线性方程或一般方程定义控制系统 加入柔性连接件等等 使模型与真实系统更 加近似 e 模型的重新描述 为方便设计 可以加入各种参数对模型进行描述 当用户对模型进行了更改 这些参数自 1 4 宁夏大学硕十学位论文第i 章连轧机轧辊系运动仿真分析 动发生变化 使相关改动自动执行 优化模型 对模型进行参数分析 优化设计 g 定制用户自己的环境 用户可以定制菜单 对话框 或利用宏使许多重复工作可以自动进行 3 3 轧机轧辊系建模和运动学仿真分析 3 3 1s o l i d w o r k s 与a d a m s v i e w 之间的数据转化 轧辊系的c a d 模型在s o l i d w o r k s 中创建好后 需要利用a d a m se x c h a n g e 模块把模型文 件导入到a d a m s 软件中 再给这些部件施加约束 力等关系 建立轧辊系仿真模型 两个软 件之间进行数据传递就存在文件传输标准的选择问题 对于不同标准的q 文件 a d a m s 所能接受的信息也不同 即在文件传输的过程中 信息丢失的程度不同 而在进行动力学仿真 时 如果模型的信息丢失严重 仿真就可能失败甚至无法进行 所以根据自己的需求 选用合 适的图形文件标准 显得非常重要 其中有i g e s 格式 s t e p 格式和p a r a s o l i d 格式 3 3 2s o l i d w o r k s 轧机轧辊系模型导入a d a m s s o l i d w o r k s 轧机轧辊系三维模型导入a d a m s 的步骤如下 通过s o l i d w o r k s 的插件 g e a r t r a x 2 0 0 5 分别建立直齿轮 锥齿轮和1 4 个轧辊 以p a r a s o l i d xt 的文件类型保存 保存 后的后缀名为xt 的文件 再导入a d a m s v i e w 软件进行模型装配 在a d a m s 软件中进行轧 机轧辊系几何建模 为了便于研究 对