皮带助卷机构的三维设计及仿真含SW三维.zip
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皮带助卷机构的三维设计及仿真含SW三维.zip,皮带,机构,三维设计,仿真,SW,三维
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SW文件比较大充值下载后请联系Q1459919609或Q1969043202领取附录 1：外文翻译带式包装机卷取过程计算模型的开发摘要本研究介绍了卷带机的卷绕机构，以研究卷绕成功的平衡力。通过建立有限元（FE）模型，通过套管上的皮带包裹物将条带缠绕 2 至 3 圈而不缠绕张力 T， 然后将 T 施加至靠近压紧辊的条带的相对侧，并且将包裹物同时从条形线圈中取出。另外，对应于有限元模型的分析模型由厚和薄圆柱定理定义以量化卷绕机构。对这些变量如何相互影响，转换成压力 P N/m2和 P 是否分别检查皮带包装物 E N/m2的弹性，卷取机张力 T N/m2和摩擦系数用于计算带状线圈何时解开。例如，当 E 为低于1 109对应于( , = ,0.877)时，带卷被解开。最后，根据 E 将最外面的套筒r,o, N / m2上的径向应力与先前的带槽接头的卷绕方法进行比较，以了解这些方法为什么不同。基于这些结果，本文提出了卷绕标准以避免包装机的卷绕失败。关键词：接触压力径向应力接触层径向变形静摩擦力带卷由一根芯轴，夹送辊，带槽接头，皮带包装机和电动机卷绕而成，其卷取量和类型由钢铁行业的客户或工程需求决定。卷绕方法可以根据钢带的端部如何与转子连接来分类，但由于卷绕张力 T 的压力积聚，卷材的内部通常比卷材的外部承受更大的压力。如果卷取层超过其极限，则线圈的套筒和内部将首先变形。即使卷绕过程使用沟槽接头将带材的端部直接固定在转子上，已经对套管进行了应力分布，不锈钢的残余应力，线圈塌陷，和卷取张力控制的研究，但卷绕过程使用皮带包装在之前已经研究过。由于该项目需要使用有限元方法计算带钢卷材的滑动，并且计算模型很难定义橡胶和接触层的非线性行为，因此经验手册在实际卷取操作中非常有效。为了详细了解卷取机构，本文建立了卷取过程的有限元（FE）模型和分析模型，该卷取过程使用一种称为条带头端定位在自由张紧卷轴上的带式包装并且已经进行了研究，并给出了物理方法通过比较压力和应力分布。有限元模型包括几个卷取阶段：（1）用卷绕包装纸卷取带材上的带材而不卷取张力 T，（2）在没有带包装纸的情况下在带材的相对侧上施加 T，以及（3）旋转套筒和通过使用两种模型，建议根据皮带包皮 E 的弹性和套筒最外侧的摩擦力比较来分配压力， 以解释带状线圈如何结合。最后，比较了与皮带缠绕物缠绕并且与沟槽接合处缠绕以显示应力分布趋势的套筒上的径向应力。卷绕过程由套筒，条带和皮带包装（图 1）组成。该过程分为三个阶段。首先，将带材缠绕在套筒上，并从带包装物压缩。条带是自由的，没有卷绕张力 T。通常，套筒转动两到三圈以在接触层之间产生摩擦力。在这个模型中，套筒旋转了大约 2.125 圈。接触层之间可以施加的摩擦随着旋转次数的增加而增加。当套筒停止时，将 T 施加到带材的相对侧，并且将带材包装物同时从带材卷材移除。由于去除了皮带包装，接触层之间的接触压力瞬间下降，但是 T 抓住了带状线圈并且停止了压降。最后，套筒和带状线圈由马达带 T 旋转。在此阶段，由于带状层压导致接触压力增加。图 1用皮带包装机卷取过程基于卷绕机制，我们使用 ABAQUS 建立有限元（FE）模型（图 2）。在第一卷取阶段，钢带以套筒的角速度1盘绕，并且所有部件由于使用摩擦系数的接触定义而彼此接触。在第二卷取阶段，将 T 施加到带的右侧，并且套筒停止， 助卷机被移除，并且转动 2.125 转的套筒和带卷以3旋转。该模型由许多元素和节点组成，因此为了给出物理意义，应该选择特定元素和节点。在本文中，选择套筒的最里面和最外面以及皮带包皮来分析接触压力 P，径向位移和径向应力之间的关系。图 2FE 多卷绕过程的动态模型通过与有限元模型进行比较，开发了一种分析模型来量化卷绕过程。该分析模型基于前面的定理，并且在 MATLAB 中定义了两个工程问题：（1）套筒旋转两次时的 P 分布和（2）第三卷绕阶段的摩擦比较。在应用 T 之前，带材的端部，套筒，带材卷材和带式包装材料相互压缩（图3），螺旋形带材的变形难以量化，因此我们假定带材的变形线圈并将变形与 FE结果进行比较以验证它。图 3套筒和带状线圈旋转 2 圈的示意图最初，即使带状线圈实际上卷绕在有限元模型中的套筒上，带状线圈也会受到带状包层的压缩，因此带状线圈的厚度较薄且带状线圈的长度较短。尽管开发了 FE 和分析模型来比较第二卷取阶段结束时的物理现象，但应该修改分析模型的初始条件。即使 FE 模型实时复制卷绕过程，分析模型也会显示我们想要调查的结果。如果假定条形线圈初始层叠在套筒上，则分析模型的条形线圈的长度将比第二卷绕阶段结束时的 FE 的长度长得多。这一事实表明，带状线圈应具有不同的初始半径来复制卷绕机构（图 4）。带状线圈结构在套管和皮带包皮之间的外部和内部压力下与薄壁圆筒相同，因此我们将线圈 1 定义为线圈 1 r,，线圈1 的最内半径。在这个问题中，我们有五个未知数- P,，r,，r,， r，r,和五个边界条件的代数方程（方程1到5）。带状线圈很薄，因此假 设它在相同的弹性应变下变形，而与半径无关。用 5 个代数方程和 5 个未知数，用不同的线圈 1 求解代数方程，并且通过 MATLAB 循环重复选择最佳拟合 线圈 1。图 4分析模型的图表（1）套筒最里面的径向变形为零：1 (2 , 2 ,),), = (,22,1 + vsleeveEsleeve(Pi,sleeve Po,sleeve) r2 r2+(Esleevei,sleeve(r2r2)ri,sleeveo,sleeve) = 0o,sleeve（2）皮带外包装的径向变形为零：i,sleeve1 (2 , 2 ,),), = (,22,1 + (, ,) 2 2+(,(22),) = 0,（3 到 5）接触层之间的每个边界半径应该是相同的（r,= r,1 =r0,1 r,2 = r）：r,2,r, + r, r,coil,renew = 0 r, r,2, = 0r,2, r, ur, = 0ri,coil1 = r, + 1，r,1 = r,1 + ，r,2 = r,coil1，r,coil2 = r,2 + t，其中u,i m和u,o m是最内层和最外层的径向位移，是泊松比，E N /2是弹性，ri m和ro m是半径最内侧和最外侧分别是P N / 2和P N / 2 分别是最内侧和最外侧的压力，t m是条的厚度， N / 2 ， N / 2 和 N / 2分别为径向，圆周和纵向应力，和分别为径向，圆周和纵向应变。除E外，所有设计变量和操作条件都是固定的。分析模型包含这些变量部分是因为它涵盖了特定时刻的工程问题。我们进行参数分析来量化卷绕过程。首先，将 FE 模拟为在不同的E处进行模拟，然后获得P,，P,，P,，P,以比较分析模型中的那些以量化卷绕期间的压力分布。所有的结果都是在套管和带状线圈转动两圈而没有 T 时获得的，并且通过观察线圈松开时的压力分布如何变化来检查。当卷绕过程成功时，我们使用有限元模型对带钢进行卷绕，并使用足够的E。线圈内部的接触压力应该检查，以防止在卷绕过程之后将芯轴从套筒内部移除后其大的变形。当 T 太高或带卷过多时会发生这种变形。我们预计套筒最外侧的径向应力, 会随着 E 带的增加而增加。我们根据E 检查力,，将这些值与带沟槽接头的卷绕过程进行比较，并分析卷绕方式如何影响应力分布。滑动区和无滑动区分别定义为表示具有 2.125 转的带状线圈是否完全结合， 尽管在卷绕过程中接触层总是滑动。套筒的内部和外部压力以及皮带包皮分布根据E而变化（图 5）。 ln（P）与 ln（E）之间的关系大部分是线性的，当 ln（E） P, P, P,，当 ln（E）22.7 时， P,P, P, P,。然而，这种趋势并不重要，因为无论这些压力变化如何E都足够大。在 ln（E）20.50 时，卷绕过程由于带卷滑移而失败。为了避免卷绕失败，带包装应该提供足够的压力，其对应于 ln（E） 20.5，即E = 20.5 = 8 108 Pa。图 5 压力 vs E。1 区：滑动区域（卷绕失败）； 2 区：防滑区（卷绕成功）P,/P,随E变化（图 6）。 在E 2.5GPa 时，P,/P,不断减小，而P,/P,的最大值 ，1PaE2.5GPa 时，P,/P,成功卷绕的成功率约为 87.7。在此间隔中，带钢卷的最内层滑动几圈，直到通过额外的卷取提供足够的压力。这一观察结果意味着，如果不需要带钢卷的最内层， 那么卷取过程可以在P,0.877P,的情况下运行。 建议的有限元模型和分析模型就线圈松动的条件达成一致，所以即使先前的工作完全依赖于技术经验，它们也可以通过改变设计变量和运行条件应用于卷绕过程。图 6根据E，P,sleeve与P,之间的关系。 区域 1：滑动区域（卷绕失败）; 2 区：部分滑移区（卷绕成功）; 区域 3：防滑区域（卷绕成功 E）如果不允许在接触层之间滑动，T 的切向力总是F。然而，当皮带包装被移除时，尽管接触摩擦较高，但滑动和粘连一起发生。因为该接触压力大于其他接触压力，所以当预测套筒与第一卷绕层的内侧之间的接触时，可以控制带卷的滑动。 当E 随着 0.5 或 150 GPa 变化时， , ,的变化情况不同（图 7）。 为了卷绕钢带，,应该,。其中A,是套筒的曲面面积，E（）是平均值。图 7与不同E的径向应力比较。（a）：E= 0.5GPa;（b）：E= 150GPa;实线：,; 虚线：,利用 4.1 节的分析模型，这个标准可以用来计算合适的 T。例如，通过使用解析模型计算套管和线圈的 P 和之后，可以通过将所有变量代入方程式来计算T。当真实卷取张力T T 时，可以预计卷材的滑动。,在缠绕过程中与皮带包皮或带沟槽接头一起显示，以查看这些应力分布趋势。随着卷材数量的增加，套筒随着皮带包装和沟槽接头线性减少（图 8）。这些线具有不同的数据范围，因为包含不同Ebelt的有限元模型花费很长时间来计算数值解，并且在收敛数值解的步骤之间具有不同的数值迭代增量，但是这些分布不会影响卷绕机构的调查。有时候，,带包皮的套筒高于,，开 始卷绕时带有凹槽接头的套筒， 但这种趋势并没有持续很长时间。在许多,分布中，如果E相对较高，,带包皮的套筒接近,带有 凹槽接头。这些结果意味着我们可以减少,，并且可以通过减少皮带包裹物的压缩来增加线圈的数量。图 8 径向应力分布。线条：卷绕使用皮带包装; 字段圈：卷绕使用沟槽接头，表示增加本文使用有限元卷曲模型和分析模型来研究使用皮带包装机的卷绕系统;它将条形卷材压在套管的最外表面上，然后量化套管和条形卷材之间的滑动机构如何受卷绕操作条件的影响。当皮带包皮的弹性E高于临界值时，皮带包皮的最外表面和套筒的最内表面之间的压力速率随E增加而线性减小。带卷和套筒之间的滑动发生在套筒上的径向应力高于套筒上的实际径向应力时发生。与先前带槽接缝的卷绕过程相比，当带卷不发生塑性变形时，套筒和带卷的应力分布相同或更低。因为应力分布是滑动机构和套筒和带卷的塑性变形的重要决定因素，所以有限元模型和分析模型对于精确地使用带包皮的卷绕过程是有用的。40附录 2：外文原文4146任务书论文(设计)题目：皮带助卷机构的三维设计及仿真工作日期：2017年12月18日 2018年05月25日1.选题依据:皮带助卷器是冷轧及精整线上必不可缺的重要设备，该题目主要是对带钢弯曲力矩和皮带张力进行计算；对张紧油缸和摆动油缸进行型号选取和推力校核；另需要Solid Works软件构建助卷器三维模型，模拟助卷工作过程；借助Solid Works Simulation工具对悬臂支撑轴进行有限元分析，使其满足所需强度和刚度要求。该题目属于机械设计范畴，适合做机制专业本科毕业设计使用。2.论文要求(设计参数):皮带助卷器使带钢产生弯曲的前提是带钢的弯曲力矩必须小于于皮带的张力力矩，对皮带助卷器功能的实现进行机架结构设计，对力矩分析计算及油缸校核，对悬臂轴进行有限元分析，使其满足工作强度和刚度使用要求。1.助卷器结构设计2.带钢弯曲力矩及皮带张力计算3.带钢咬入条件和助卷退出条件分析4.张紧油缸、摆动油缸的选取和校核5.悬臂轴的有限元分析6. 用Solidworks软件构建皮带助卷器三维模型，其中必须有一个系统的3D设计图，并作爆炸视图和动画演示。7.绘制或者生成主要零部件的二维工程图。8.撰写设计说明书，字数不少于6000字。3.个人工作重点:1.确定皮带张力及皮带类型，同时对张紧油缸和摆动油缸进行计算和校核。2.对支撑悬臂进行有限元分析，并针对实际工作过程中常出现的问题进行分析和改善，如延长皮带使用寿命、提高生产效率、提高卷取质量和卷取稳定性等。 3.利用Solidworks软件绘制零件图及装配图，仿真模拟皮带助卷器工作过程。4.时间安排及应完成的工作:第1周：一：了解题目研究的主要内容和理论意义及应用价值，查阅有关文献。 第2周：二：查阅文献、阅读文献，了解研究的内容及实现的技术路线第3周：三：撰写文献综述并完成开题报告第4周：四 ：修改开题报告及文献综述准备开题答辩。第5周：五：皮带助卷器机构总体结构设计，绘制草图第6周：六皮带助卷器设计计算，绘制草图第7周：七：皮带助卷器的校核及皮带跑偏问题的解决 第8周：八：皮带助卷器的三维建模第9周：九：皮带助卷器主要零部件的二维工程图的设计。 第10周：十：悬臂轴的结构设计及校核第11周：十一：悬臂轴的有限元分析及仿真第12周：十二：修改并完成皮带助卷机构的设计总工程图。 第13周：十三：撰写设计说明书第14周：十四：提交论文、图纸、查重报告，准备答辩5.应阅读的基本文献:1.边金生.轧钢机械设备M.北京:冶金工业出版社，2003(12)2. 谢东钢，高林林.我国冷轧板带材生产技术现状及发展方向J.重型机械，2011(4).3. 傅作宝.冷轧薄钢板生产M.第2版.北京:冶金工业出版社，2005.14. 孙剑亭，毛朝晖.皮带助卷器助卷过程分析及设计计算J.一重技术，2014(5)5.陈守东.链式助卷器在冷轧硅钢卷取机上的应用J.中国高新技术企业，2010(4)6.张敏，郑军华，赵立娟.液压传动技术M.北京:科学出版社，2014(3)7.白象忠.材料力学M.北京:中国建材工业出版社，20038.陈玺，刘银娟，尤磊.皮带助卷器的设计与计算J.重型机械，2011 (4)9.符可惠.皮带助卷器的受力计算J.有色金属加工，2005.34(6)10.Barfoot, G. J. Computer modeling of belt conveyor systemsM. National Conference Publication-Institution of Engineers, Australia n 93 pt 8 Sep 22-25 1993.11.孙传力.冷轧助卷机的改造J.现代冶金.2009.37(3):59-60.12.尹京.皮带助卷器的理论计算及结构设计研究J.一重技术，2012(5):9-13.13.成大先.机械设计手册M.第5版.北京:化学工业出版社，2010(1):3-5.14.濮贵良，纪名刚.机械设计M.第8版.北京:高等教育出版社，2006(5):3332-336. 15.陈永当，任慧娟，武欣竹. 基于Solid Works Simulation的有限元分析方法J.CAD/CAM与制造业信息化，2011(9).指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章进度检查表第-4周工作进展情况初步了解所设计的皮带助卷机构的作用，适用场合。与老师进一步讨论设计步骤及开题报告写法，根据题目查阅国内外文献，深入了解皮带助卷机构的发展现状，为开题报告的撰写做准备。2018年01月11日指导教师意见讲解设计题目要求和理论意义及应用价值。讲解开题报告的内容及写作方法，讲解文献资料的查阅及文献综述的写作要求。充分领会选题的内容及意义。指导教师(签字)：XX 2018年01月11日第-1周工作进展情况根据所查文献，初步撰写开题报告，在老师的多次教导之后，完成了开题报告。并进行了开题报告的答辩，提交了开题报告。为后续设计打下基础。2018年01月11日指导教师意见该生工作认真刻苦，开题报告中的工作时间安排合理，技术路线规划切实可行。文献资料查阅比较充，文献综述格式正确，内容详实。该生能较好地完成开题报告，及开题答辩。同意开题。指导教师(签字)：XX 2018年01月11日第 5周工作进展情况本阶段，主要对皮带助卷器机构进行总体结构设计，绘制相关草图，并对皮带助卷器进行设计计算，以及对皮带助卷器的校核及对皮带跑偏问题进行了解决，在老师的指导下，对皮带助卷器进行了初步的三维建模。2018年04月07日指导教师意见工作进度整体合理，但在跑偏问题上设计进度较慢，后续撵上。目前各部分的设计计算基本正确，校核计算较为可信。三维设计工作量很大，一些细节需要进一步完善，需要检查各部分的装配干涉问题及机械配合、高级配合问题。二维图纸需要注全技术要求，后期补上。指导教师(签字)：XX 2018年04月07日第 10周工作进展情况本阶段，完善了零部件的二维图的设计，检查了三维图各部分的装配干涉问题及机械配合、高级配合问题，完善了相关细节。对悬臂轴进行了结构设计并校核，在老师的指导下，对其进行了有限元分析及仿真，修改完成了皮带助卷机的设计总工程图，最后，撰写了的设计说明书。2018年05月10日指导教师意见总体设计进度按要求完成。需要注意几个问题：三维图生成二维图纸过程中，一些不合理的尺寸需要删掉和修改。二维图纸上的技术要求要标注全，部分地方的表达需要改进。三维爆炸视图基本合理，悬臂轴的有限元分析合理可靠。设计说明书格式尚有错误，需要进一步修改。指导教师(签字)：XX 2018年05月12日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求55任务完成按时、圆满完成各项工作任务44过程管理评分合计15 过程管 理评语 该同学工作态度非常认真，刻苦踏实，作风严谨，学习态度端正，能多次主动联系老师，虚心接受指导。 该生能自觉遵守校规校纪，在毕业设计阶段一直在专心做设计，虽然复习考研占据了一定的时间，但是该生在考研结束后能奋起直追，在很短时间内撵上前期稍微滞后的设计任务，很好的完成了各拟定的设计阶段的各项工作。 该生有较强的文献资料检索能力，占有资料较为全面，开题报告的撰写内容详实，格式正确符规范要求，文献综述较为全面，外文翻译正确可信。 中期检查按时达到计划进度的设计任务。整个毕业设计全程基本按照计划圆满完成各阶段的任务。最后的论文设计图纸等按时提交。指导教师签字:XX日期:2018-05-23指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规109指导教师评分合计19 指导教 师评语 该题目来源于生产实际，属于机械设计范畴，符合机械设计制造及其自动化专业培养目标要求，有一定的实践意义，该题目难度、深度适宜，绘图量较大，尤其是基于三维绘图的设计，工作量很饱满。 该生有较强的综合运用知识的能力和较高科研方法运用能力。有较高的中文外文表达能力，文献资料检索能力很强，计算机应用能力尤其是三维绘图能力较强。 该设计文题相符，概念准确，分析计算校核正确合理，结论明确可信。论文结构、格式、图、表等符合基本规范要求。 同意参加答辩指导教师签字:XX日期:2018-05-23评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108评阅人评分合计16 评阅人 评语 在生产成卷成品冷轧带钢时，卷取机扮演了重要角色。以其相关结构设计为题，符合本专业培养目标的要求，具有一定的实际应用价值，难度和工作量适中。XX同学完成了相关结构的设计与计算，绘制了相应的机械结构图，并进行了相关的有限元分析，并完成了三维模型的建立，工作内容较为完整、丰富。设计说明书内容较为完整、层次基本清晰、格式符合基本规范、公式引用及计算合理。提交的设计资料能反映出该生具备较好的知识综合应用能力、文字表达能力和使用工程软件进行设计的能力。评阅人签字：秦力舒评阅人工作单位：机械工程学院日期：null答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX 毕业论文(设计)题目： 皮带助卷机构的三维设计及仿真答辩时间：2018年05月 日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XXXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：本结构有何不足？回 答： 本结构是悬臂轴式的，结构轻巧。问题2：卷后如何切？回 答： 无本设计。问题3：机构的作用？为什么不用齿轮助卷？回 答： 用皮带助卷钢带；考虑到皮带的传动特点，传动比不高，安全。问题4：卷好的钢放在何处？如何保证不跑偏？ 回 答： 在凸棍处；用凸台和机械限位。问题5：钢带规格？最大卷多大？回 答： 厚0.3-2.3mm，宽700-1630mm，能卷2米多，1700毫米。问题6：仿真的软件？仿真结果的可信度？回 答： solidworks;用solidworks验证计算的准确性。记录人： 2018年05月24日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理1010答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据108选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力108答辩委员会评分合计39 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度认真，能遵守各项纪律，表现良好。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析得当，解决问题方案实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语言表达准确，结构严谨，条理清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，规范化较好。 具有一定的独立查阅文献资料及外语应用能力，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确。 答辩过程中，能够简明和正确地阐述论文的主要内容，思路清晰，论点基本正确；回答问题准确，有应变力；有较好的语言表达能力。答辩成绩： 39答辩委员会主任：XX2018年05月30日成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分15指导教师评分19评阅人评分16答辩委员会评分39总分89成绩等级B成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX学院审核人签章： XX一、选题依据1、研究领域机械设计2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值理论意义：通常，对于厚度1mm 的带钢可利用卷取机卷筒的钳口夹住其头部进行卷取， 而对于薄带钢（厚度1mm），由于带钢头部不易进入卷取机卷筒钳口，所以采用有钳口卷筒卷取机对薄带钢进行自动引入的可靠性较差，另外，目前的许多彩涂带钢板成品卷根据需求，要在内圈增加纸板保护套筒，根本无法采用带有钳口的卷筒，此时就需要配备助卷机进行辅助卷取。因此，皮带助卷机是冷轧及精整线上不可或缺的重要设备。应用价值：卷取机是将热轧或冷轧带钢卷取成卷筒状的轧钢车间辅助设备，冷、热带钢、线材由于产品断面形状的特点，在轧制后可立即用卷取机将钢材弯曲成卷，从而为增大原材料重量、提高轧制速度、减小轧件头、尾温差提供了有力的条件，由此导致了产品产量与质量的提高，此外，成卷的轧材便于运送，因此卷取机在整条机组中起着至关重要的作用，而皮带助卷器又是保证卷取机顺利卷取带钢的辅助装置。因此，具有很高的应用价值。3、目前研究的概况和发展趋势皮带助卷器是冷轧及精整线上必不可缺的重要设备，广泛用于钢铁、铝材、铜材等冶金行业。在对薄带钢进行冷轧或精整的生产过程中，需要借助皮带助卷器将最初的 23 圈带钢缠绕到卷取机卷筒上，使其建立起所需的初始张力，然后才可以进行张力轧制和卷取，皮带助卷器已经成为生产线上不可或缺的一部分。自 2002 年我国设计的第一台助卷机投入使用后，又根据不同技术参数要求，陆续开发出一系列小车水平移动式、地面固定摆动式和悬挂摆动式助卷机。其中既有上卷取式，也有下卷取式，入料角度近 20 余种，有一些产品在结构上采用了双皮带张紧辊，减小整机外廓尺寸，使用效果良好。随着第一台皮带助卷机成功开发后，由于各用户生产工艺及生产条件的不同，对助卷机的要求必然存在差异，因此，不同参数要求的皮带助卷机 （图纸代号 CD0222、CD0304、CD0305、CD0312、CD0416、CD0417、CD0455、CD0530、CD0532、CD0543、CD0550、CD0603、CD0605、CD0794、CD0796、CD0817、CD0834、CD0839、CD0847、CD0850） 陆续被开发。这个系列产品已先后为北京机械自动化研究所、武汉山力板带技术工程有限公司、北京星河众工设备技术有限公司、北京钢铁研究院新冶工程公司等单位设计并总承包的镀锌机组、彩涂机组配套累计生产百余台，部分产品还随同机组出口到越南、约旦和乌兹别11克斯坦，为企业创造产值近 800 多万元，经济效益可观。综上所述，我国在皮带助卷机的研究方面取得了重要的进展，其使用效果大大改进，具体在以下方面： 皮带的使用寿命提高，降低了对皮带助卷器的维护成本； 轧制效率提高，提高了带材产量； 具有良好的抗油性,可抗多种溶剂,弱酸,弱碱及盐类； 表面层有良好的耐切割性,可适应艰苦的工作环境； 良好的摩擦性,钢板能更紧密被包覆； 输送带速度于滚筒速度配合公差精密,可高速运行。但，在科技的推动下,整个社会生产对机械设计制造提出更高要求。在现代化生产模式下,传统机械合计彰显不适应性。立足新时期,以机电一体化、智能化、自动化为特征的设计备受关注,成为机械制造行业的发展趋势和方向。而助卷器存在的主要问题有以下几方面:卷取时助卷器发生剧烈振动及噪音;助卷器皮带辊子轴承易烧毁;助卷皮带消耗量过大。所以，解决以上问题为主要目的。皮带助卷机构也将向更加模块化、微型化、绿色环保型发展。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题本课题主要通过对带钢弯曲力矩进行计算，来确定皮带张力及皮带类型，同时对张紧油缸和摆动油缸进行计算和校核，对支撑悬臂进行有限元分析，并针对以往工作过程中常出现的问题进行分析和改善，如延长皮带使用寿命、提高生产效率、提高卷取质量和卷取稳定性等。利用 Solidworks 软件绘制零件图及装配图，仿真模拟皮带助卷器工作过程。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）助卷机主要技术参数有：钢带厚度、钢带宽度、卷取机卷筒直径、卷取成品最大直径、入料角度。所以，从以下几个方面入手设计：1) 皮带助卷器的运动分析2) 机架等主要零部件的材料选择3) 动力设计4) 带材弯曲力矩和皮带张力力矩设计5) 带材第一圈卷取时的临界角6) 助卷器工作状态下带材允许的张力7) 皮带进行选取和合理布置8) 对张紧油缸和摆动油缸进行计算和校核9) 支撑悬臂进行有限元分析10) 系统的润滑设计3.本论文（设计）预期取得的成果通过学习及查阅有关资料掌握皮带助卷机的工作原理以及其机构的设计, 了解现在皮带助卷机的发展趋势、相关技术的对比及市场前景。通过自主设计并选择最合理的方案设计能够得到以下结果：(1)皮带助卷机工作原理及总体方案设计；(2)主要部件的结构设计（装配图、零件图）(3)设计说明书；(4)与皮带助卷机相关的一篇外文翻译（2000 字以上）。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；a.查阅资料，了解做研究课题的研究意义、研究概况和发展趋势；b.制定出皮带助卷机构的总体方案设计；c.对皮带助卷机构的具体部分进行理论计算；d.进行皮带助卷机构的结构设计;e.利用计算机辅助设计。2.论文（设计）进度计划第 1 周：了解题目研究的主要内容和技术路线，查阅有关文献。第 2 周：查阅文献、阅读文献第 3 周：阅读文献并完成外文文献翻译第 4 周：撰写文献综述并完成开题报告第 5 周：主要零件校核计算，带材弯曲力矩和皮带张力力矩计算第 6 周： 助卷头进行优化设计第 7 周： 皮带进行选取和合理布置第 8 周：设计产品第 9 周：二维零件图绘制第 10 周：三维图的绘制、做三维图的爆炸视图和动画演示第 12 周：撰写设计说明书第 13 周：提交论文、图纸、查重报告第 14 周：准备答辩四、需要阅读的参考文献 1 王丛平. 皮带助卷机的设计应用J. 设备管理与维修.2011 2周国盈.带钢卷取设备W. 冶金工业出版.1982 . 3孙铭.赵惠玲P.中国发明专利，CN205362273U.2016-07-06 4莫军晓,李卫东P.中国发明专利，CN203370863U.2014-01-01 5严肃,陈孟涛,程茂,段斌修. 冷轧薄板卷取机助卷皮带受力分析及优化J. 武钢技术.2012 6尹京.皮带助卷器的理论计算及结构设计研究J.设计与计算.2012 7符可惠.皮带助卷器的受力计算J.有色金属加工.2005 8谭添.卷取机助卷系统动态研究及助卷支臂有限元分析D.天津：南开大学，2015 9黄宁海. 宝钢热轧卷取机计算机系统的改造D.辽宁：东北大学，2007 10孙传力.冷轧助卷机的改造J.现代冶金.2009.37(3):59-60. 11刘应.卷取机助卷辊支臂有限元分析D.湖北：武汉科技大学，2012 12 赵志良,张微,姚林.四机架冷连轧机皮带助卷器的改造J.鞍钢技术.1996. (1):54-57. 13 杨天和, 聂现秋. 冷轧厂连退线皮带助卷器皮带断裂原因浅析J. 解决方案.2012 14 孙天健,胡俊.皮带助卷器液压回路原理设计及故障诊断J.机床与液压.2017 15李红薇.转盘式双卷筒卷取机结构设计和计算D.重庆：重庆大学，2008 16 何勇,张均湖,黄立宇,陈斌,苏志样.三冷轧酸轧卷取机皮带助卷器改造.中国(唐山)绿色钢铁高峰论坛.2012 17李俊丰.皮带助卷器的技术改造J.有色金属加工.2011 18李三江,李亚娜.国外包装机械的现状和发展趋势及国内包装机械的发展策略之我见J.工业技术.2015 19郑祥臣,徐启发,马瑞杰.皮带助卷器故障分析及优化J.冶金设备.2013 20Yonghui Par,Hyunchul Park assessment of Development of Computational Models for Coiling Process with the Belt WrapperJ.Metallurgical and Materials Transactions B, October 2016, Volume 47, Issue 5, pp 26992704 21 K.T. Park, Y.H. Park, K.S. Kim, S.Y. Won, W.K. Hong, M.S. Chun and H.C. Park: Proceeding of Annual conference of the Korean Society of Mechanical Engineers, 2015, vol. 11, pp. 141620 22 B. Anderson, N. Fowkes, R. Hickson and M. McGuiness: Study Report by BlueScope Steel, 2009 附：文献综述文献综述0 引言卷取机是将热轧或冷轧带钢卷取成卷筒状的轧钢车间辅助设备,冷、热带钢、线材由于产品断面形状的特点,在轧制后可立即用卷取机将钢材弯曲成卷,从而为增大原材料重量、提高轧制速度、减小轧件头、尾温差提供了有力的条件,由此导致了产品产量与质量的提高此外,成卷的轧材便于运送,因此卷取机在整条机组中起着至关重要的作用,而皮带助卷器又是保证卷取机顺利卷取带钢的辅助装置,一般地,冷轧带钢在卷取过程中,带钢首先进入皮带助卷器,通过皮带助卷器的皮带绕缠到卷取机卷筒上,形成张力后助卷器退出,带钢则进行张力卷取。 3 皮带助卷机构涉及到机械、液压、空间运动建模等一系列领域，因而研究出高水平、高性能的助卷机构，对机械行业的发展具有重大意义。而对皮带助卷机构的研究有很多方法，国内外很多学者对皮带助卷机构进行了研究，从不同的角度进行分析， 本文就对这些学者的研究进行综述。1 皮带助卷机构的基本原理助卷器的主要功能是辅助卷筒将带钢卷成钢卷，主要由磁力皮带装置、升降装置、上抱紧装置、下抱紧装置、张紧装置及助卷皮带组成。在轧制时，助卷器抬起，助卷皮带在上、下抱紧装置和张紧装置的作用下包住卷筒，做卷取准备，助卷皮带为环形无头皮带，可快速更换皮带，皮带的张紧采用液压缸驱动，油缸活塞腔压力由电液比例减压阀来控制，通过对液压缸压力的控制来调整皮带张力。5具体为，通过平移（或摆动）液压缸将助卷装置移动（或摆动）到张力卷取机卷筒位置，液压缸驱动的摆臂机构动作使助卷皮带环绕在卷取机卷筒的圆周表面区域后，液压缸或气缸）驱动的皮带张紧机构动作使环形助卷皮带的一部分紧紧的贴敷在卷取机卷筒约 3/4 的圆周表面上至助卷工作状态。此时，卷取机卷筒转动，借助摩擦力的作用使环形助卷皮带沿着卷筒表面做无相对滑动的运动。当带钢板（或铝板） 头部以某一特定的角度，通过导料板被引入到卷取机卷筒与助卷皮带之间后，助卷皮带迫使带钢紧贴卷筒表面进行缠绕，待带钢在卷取机卷筒上缠绕 23 圈，卷筒上各圈带钢之间的摩擦力达到张力卷取所需张力时，助卷装置完成助卷工作，按着进入助卷状态的逆向步骤退出至预备工作状态。1 2 皮带助卷机构的应用皮带助卷机是钢铁冶金行业中连续生产机组末端张力卷取机的一种辅助装置，通常应用于将厚度小于 3mm 的带钢头部自动引入张力卷取机卷筒，利用卷筒上各圈带钢之间的摩擦力形成卷取张力，实现最终的张力卷取。现在也有皮带助卷机应用于铝彩涂板生产线。1一般说来，厚度1mm 的带钢可利用卷取机卷筒的钳口夹住其头部进行卷取，而对于薄带钢（厚度1mm），由于带钢头部不易进入卷取机卷筒钳口，所以采用有钳口卷筒卷取机对薄带钢进行自动引入的可靠性较差，另外，目前的许多彩涂带钢板成品卷根据需求，要在内圈增加纸板保护套筒，根本无法采用带有钳口的卷筒，此时就需要配备助卷机进行辅助卷取。9 3 国内皮带助卷机构的发展现状自 2002 年我国设计的第一台助卷机投入使用后，又根据不
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