联合烫剪机设计

1 目录目录 联合烫剪机设计联合烫剪机设计 3 摘要摘要 3 ABSTRACT 4 THE HEAD METAL CLIPPER DESIGN 4 1 绪论绪论 5 1 1 课题选择的背景和目的 5 1 2 烫剪机国内外发展现状 6 1 3 烫剪机的现状 7 1 3 1 烫剪机在车间布置和作用 7 1 3 2 烫剪机的类型和特点烫剪机的类型和特点 7 1 3 3 烫剪机研究的内容和方法 8 2 方案的选择与评述方案的选择与评述 10 2 1 方案选择 10 2 2 方案评述 10 3 电机的选择电机的选择 12 3 1 剪切力的计算 12 3 2 剪切机的扭矩计算 12 3 3 剪切时 转股稳定运转转速 H n 13 3 4 电机型式及电机容量的选择 13 4 主要零件的强度计算主要零件的强度计算 16 4 1 减速机的计算 16 4 1 1 减速机的传动比分配 16 4 1 2 减速机齿轮设计 16 4 1 3 齿轮轴的设计计算 24 4 2 剪刃的设计 29 4 2 1 材料的选择 29 4 2 2 剪刃的结构设计 29 4 3 转股轴承的选择及校核 30 4 4 侧隙调整机构的设计 31 4 5 电动机的起动力矩的验算 32 4 5 1 系统飞轮力矩的计算 32 4 5 2 起动时间的计算 33 4 5 3 起动转角的校核 33 5 润滑方法的选择润滑方法的选择 37 2 5 1 减速机润滑方法及润滑油的选择 37 5 2 烫剪机的润滑 37 6 试车方法和对控制的要求试车方法和对控制的要求 38 6 1 试车要求 38 6 2 对控制系统的要求 38 7 设备可靠性与经济评价设备可靠性与经济评价 39 7 1 机械设备的有效度 39 7 2 投资回收期 39 专题专题 电动机选择与探讨电动机选择与探讨 41 1 三相异步电动机的旋转原理 42 2 同步电动机在结构上大致有两种 43 3 电机固有步距角 44 4 步进电机的一些特点 45 5 电动机的润滑 46 结论结论 47 致谢致谢 48 参考文献参考文献 49 附录附录 外文翻译外文翻译 50 MODELING AND OPTIMIZATION FOR A 20 H COLD ROLLING MILL 50 1 FORCE TORQUE AND POWER 51 2 MATERIAL YIELD STRESS ADAPTION 52 3 FRICTION REPRESENTATION 52 4 ELASTIC MILL STAND BEHAVIOR 53 5 SUMMARY 54 建模与优化为 20 H 的冷连轧 55 3 联合烫剪机设计联合烫剪机设计 摘要摘要 联合烫剪机是 1700 热连轧机的单体设备 它的用途是联合 切尾 出现卡钢事故时 将轧件剪断 处理卡钢事故 有时也可剪切定尺 检查轧件的质量 本溪钢铁公司 1700 热连轧厂的联合烫剪机是为满足生产要求制造的 本设计就是 改造联合 切尾烫剪机及其主传动系统 重新选择主电机 新设计的减速机利用原剪 切机的底座 采用双电机 把剪切机构的曲柄摇杆式改成转鼓式 减少了动力矩 提 高了剪切质量 设计中 进行剪切力的计算 选择主电机的容量 进行轴 齿轮的设计计算 进 行剪切机构的改进设计 取得较好的效果 有一定的经济效益 该联合烫剪应用 1700 连轧厂 联合和切尾 以及事故处理也可作为 1700 横切机 构设计参考 关键词 剪切机 转股 联合 切尾 4 Abstract The Head Metal Clipper Design The head metal clipper is 1 700 hot companies rolling mills monomer equipment Its use is cuts away the forehead cuts away the tail When it appear catches the steel and iron accident It cuts by the rolling part processing catches the steel and iron the matter Sometimes also may cut the size which assigns inspects is rolled over the part the quality The Benxi iron and steel company 1 700 heat continuously roll over the manufacturing plant to cut away the forehead clipper are for satisfy the production request manufacture This design is the transformation cuts away the forehead cuts away the rear part clipper and its the main transmission system Rechooses the main electrical machinery the new design decelerates the machine use originally to cut the machine the foundation uses the double electrical machinery cuts the organization the crank rocker type to alter to the rotor drum type reduced the kinetic moment enhanced has cut the quality In the design carries on the shearing force the computation the choice main electrical machinery capacity carries on the axis the gear design calculation carries on cuts the organization the improvement design obtains a better effect has the certain economic efficiency Should cut away the forehead to fly cuts should be used in 1700 continuously roll over the manufacturing plant cuts away the forehead and cuts away the rear part as well as the accident processes also may take 1 700 lateral shears organizations design reference Key words the cutting machine the rotor drum type cuts away the forehead cuts away the tail 5 1 绪论绪论 1 1 课题选择的背景和目的课题选择的背景和目的 钢材的生产在国民经济中占有重要地位 用轧制的方法生产钢材 具有生产率高 品种多 生产过程连续性强 易于机械化 自动化等优点 随着轧制工艺和设备的不 断发展 以及国民经济各个部门对钢材品种要求的不断增长 轧制刚才的品种范围也 在日益扩大 应该指出 性能参数相同的轧钢机采用不同的布置型式时 轧钢车间产 品 产量和轧钢工艺就不同 因此 轧钢机标称方法还不能全面反映各种轧钢车间的 技术特征 还应考虑轧钢机布置型式 轧钢机布置型式可分为单机架式 多机架顺列 式 横列式 连续式 半连续式 串列往复式 布棋式等 为了进一步提高生产率 出现了连续式布置 此时各架工作机座沿轧制线依次排列 使轧件能同时在几个工作 机座中连续轧制 在连续轧制时为了不使轧件在工作机座间拉断时产生很大的活套 各工作机座的轧制速度应符合 秒流量相等 的原则 连续布置的主要优点是单位产 量投资少 轧制速度高 有较高的机械化和自动化水平 连续式布置的主要缺点是总 投资大 建设周期教长 改变轧制规格时 轧机调整不方便 因此 有些热轧钢板车 间采用半连轧和 3 4 连轧布置型式 精轧机采用连续式 粗轧采用非连续式 随着带钢热连轧机的发展 产品精度会不断提高 除了提高轧机刚性外 还用厚 度自动控制 采用电动 液压压下装置 为了提高带钢向厚度公差和改善板型 在现 代轧机上装有液压弯辊装置 1700 热连轧机组为了使粗轧后的轧件有更好的头尾形状 该热轧线上装有一台联 合 切尾的烫剪机 该烫剪机作用是切掉轧件的 舌头 和 燕尾 出现卡钢事故时 将轧件剪断 处理卡钢事故 有时也用剪切定尺 检查轧件的质量 烫剪机使用中存在的问题 烫剪机采用发电机组供电调整困难 剪切机构的运动 不见偏心套 连杆惯性太大 电气控制部分难以实现 轧件速度和检测仪器不可靠 曲柄轴承进水等问题 由于烫剪机不能正常使用 致使黑头进精轧机组造成冲击符合 大 轧件的 舌头 和 燕尾 很大 有时造成过钢和卷取卡钢事故 影响产品成材 率 加大废品数量 本设计的目的就是对联合烫剪机进行改进设计 保证烫剪正常剪 切 这样可以引进厚度控制系统使板卷卷取整齐 提高带卷质量 以满足市场对带钢 的要求 6 1 2 烫剪机国内外发展现状烫剪机国内外发展现状 要使烫剪适应轧机生产的要求和提高自动化水平 除不断改进烫剪性能外 在烫剪 区还需增设有关设备与装置 如图 1 1 所示 联合烫剪区的设备布置简图要求剪切的长度小于 2 3 的距离 相 应的剪切部位长度应给定 否则料头不能及时进入收集装置切掉头尾不规则区域不残 存 铲头 和 鱼尾 1 探测器 2 联合烫剪 3 破鳞夹角辊 4 测量装置 5 脉冲发生器 6 9 10 测速发电机 7 主令控制器 8 自整角机 图 1 1 联合烫剪机区设备布置简图 测量装置 4 位于剪前辊道的辊缝中 靠轧件和辊系表面的摩擦力带动测速发电机 6 测定轧件的速度 热金属探测器 1 位于轧件的正上方 在 A B C 三处宽度差进 行扫描 以 A B 两处宽度差选择联合部位 B C 两处宽度差选择切尾部位 使剪切 部位既满足轧件的要求 又尽可能减少金属消耗 脉冲发生器 5 是为防止被切掉部分过长而设置的 它装在测量装置中 用脉冲数 指示带钢通过的长度 烫剪机将以脉冲数为根据进行启动剪切 联合烫剪机 2 的测速 发电机 9 和测量装置测速发电机 6 配合控制剪刃的联合速度 与破鳞夹送辊 3 的测速 发电机 10 配合控制切尾速度 使剪刃在切尾时的线速度与第一架精轧机轧件入口速度 相适应 主令控制器 7 用于控制剪刃位置 自整角机 8 把剪刃的实际位置反映给操作 7 台 使操作人员了解设备的运转情况 近年来 把上述控制用电子计算机自动控制取得了明显的效果 其次 对烫剪的 机械部分进行一些改进 使剪刃剪切间隙和剪刃重叠量得到提高 把运动部件的动平 衡更加科学以降低动载荷 把轴承密封进行改进 防止水进入轴承呢叨叨理想的润滑效果 传动装置设计更 加合理 以减少运动负荷 以便于烫剪的启动和制动 随着烫剪机设计的完善 提高 烫剪机的剪切速度 以适应轧机速度的不断提高 1 3 烫剪机的现状烫剪机的现状 1 3 1 烫剪机在车间布置和作用烫剪机在车间布置和作用 R1 可逆式粗轧机 R2 R3 不可逆式四辊万能轧机 F1 F7 精轧机 图 1 2 联合烫剪区设备布置图 联合烫剪机的作用 剪切轧件的头 尾 以便轧件顺利进行精轧机 提高带钢卷取质量 减少消耗 提高成品率 处理轧制事故 当出现卡钢事故时 用烫剪切断 减少事故损耗 1 3 2 烫剪机的类型和特点烫剪机的类型和特点 用烫剪机来横向剪切运动着的轧件 人们在实践中不断改进与提高使烫剪的性能 8 不断完善 近年来 随着轧机速度的不断提高 提高烫剪的速度已成为人们普遍注意 与研究的问题 各国的烫剪设计研究工作者正在研究各类轧机用的高速烫剪及其生产 过程的全部自动化 用电子计算机控制的烫剪已经用于生产 经过近百年的发展 在 生产中使用的烫剪 其类型很多 目前较常用的烫剪型式有圆盘式烫剪 滚筒式烫剪 曲柄回转杠杆式烫剪 曲柄偏心式烫剪 摆动式烫剪和曲柄偏心摇杆式烫剪等 上述 各类烫剪从剪刃运动轨迹来看基本上有两种 即剪刃做圆周运动和非圆周的复杂运动 轨迹两种 1 圆盘式烫剪 这种烫剪一般用在小型车间 将它安装在冷床前对轧件进行粗剪 或者安装在精 轧机组前对轧件进行联合 以保证精轧机组的轧制过程顺利进行 圆盘式烫剪工作可靠 结构简单并可应用于轧制速度 10m s 以上的场合 在小型 车间得到较广泛的应用 它的缺点是剪切断面倾斜 但对联合影响不大 2 滚筒式烫剪 滚筒式烫剪是应用很广泛的一种烫剪 它安装在连轧机前 后或横切机组上 用 来剪切厚变小于 12 毫米的钢板或小型型钢 由于这种烫剪的刀片做简单的圆周运动 它可以剪切运动速度高达 15m s 以上的轧件 此类烫剪由于在剪切区刀片不是做平行 移动 因而在剪切厚变轧件时 轧件端面不平 故作为成品定尺烫剪以剪切小型型钢 和薄板为宜 3 曲柄回转杠杆式烫剪 这种烫剪用于剪切较大的带材或钢坯 由于刀片垂直轧件 故可使剪切断面较为 平直 在剪切钢板时可以采用斜刀刃 以便减少剪切力 这种烫剪缺点结构复杂 剪 切机构运动质量较多 动力特性不好 刀片运动速度不能太快 4 曲柄偏心式烫剪 这种烫剪用于剪切厚度较大的钢板和钢坯 剪切轧件时刀片垂直轧件 故可使剪 切断面较为平直 剪切时刀片的重叠量也能得到保证 在剪切钢板时可以采用斜刀刃 通过改变偏心轴的偏心量 改变剪刃轨迹半径以调整剪切立尺长度 此类烫剪安 装在连续钢坯轧机后面用于剪切钢坯 也可装在连轧带钢轧机前面用于联合 切尾 1 3 3 烫剪机研究的内容和方法 9 1 进行现场调研 了解烫剪机生产中存在的问题 并通过座谈收集改进方案 收集有 关资料 2 制定合理的设计方案 并画出总图 3 对烫剪控制系统提出合理要求 以保证剪切的尺寸 提高成材率 减少浪费 4 进行轴承的密封设计 防止水汽进入轴承内 以改善润滑性能 提高轴承寿命 5 进行烫剪设计的计算和动载荷分析 以减速系统的 GD2 便于启制动 选择合理的电机类型和容载 10 2 方案的选择与评述方案的选择与评述 2 1 方案选择方案选择 利用原机架 把原剪切机曲柄连杆式改为转鼓形式 剪切速度不变 仍为 0 4 2m s 将原烫剪机二台直流电机容量加大 采用平刃剪切方式 配备一台减速机 从许多厂家使用情况看 转鼓式联合烫剪联合 切尾使用情况比曲柄连杆式要好 传 动图如 2 1 所示 1 剪切机座 2 联轴器 3 减速器 4 联轴器 5 制动器 6 电机 图 2 2 传动系统示意图 注 本方案的工作原理是通过双电机驱动减速器 通过减速器实现转鼓转动 从而带动剪刃剪 切板材 剪刃只适用于平刃剪 不适用斜剪 2 2 方案评述方案评述 1 采用双电机方便启制动 减少启动时间 以便满足剪切要求 2 选用制动器以便快速停机 以便下次剪切 3 减速机的目的减速 以便电机容量减少 同时大齿轮相当于飞轮作用 以便 减少剪切力矩 11 4 剪鼓轮采用双剪刃提高剪切效率 且对称布置 以便剪切鼓轮平衡 5 采用斜齿齿轮使转鼓同步转动 12 3 电机的选择电机的选择 3 1 剪切力的计算剪切力的计算 带钢参数 带钢最大宽度 1550mm 材质 Q235 最大厚度 40mm 剪切温度 1000 轧件运行速度 2m s 剪切力计算 2 236 246 3 1 F btmax K 0 6 P 70 bt 3 2 hbF 2 62000 401150 mm 62000702 1 0 6 P max N3124800 3 2 剪切机的扭矩计算剪切机的扭矩计算 滚筒式联合烫剪总扭矩可按静力学方法计算 最大剪切总扭矩的计算公式为 3 3 SinSAPM maxmax 13 图 3 1 受力简图 式中 上 下滚筒中心矩 970mmAA 剪刃重合量 3mmss 对应最大剪切力的剪切角 3 4 sA hA 1 cos 对应最大剪切力的相对切入深度 0 25 3970 25 0 1 40970 cos 9661 0 2582 0 03 0 97 0 3124800 max M mN 26 784942 3 3 剪切时剪切时 转股稳定运转转速转股稳定运转转速 H n 2 244 3 5 2 cos2 60 R n H H 式中 轧件运行速度 H sm H 2 剪刃圆弧半径 RmmR485 开始剪切角 2 3 6 R hsR 2 2 cos 2 9557 0 9557 0 48514 3 2 1000260 H n min 226 41r 3 4 电机型式及电机容量的选择电机型式及电机容量的选择 由于直流电机有优良的调速性能 调速范围大 平滑 方便 过载能力大 可实现 14 频繁的快速起动 制动和反转 这些特点满足联合烫剪机的要求 选用直流电机 ZD2 系列中型直流电动机 初选电机容量 3 7 9550 2 max h n M N 9550 2626 492 26 784942 KW 2 1694 电机采用起动工作制 每次剪切要求的加速时间非常短 电动机功率几乎完全由烫剪 运动质量的加速条件决定的 剪切力对电动机功率实际上影响不大 该剪切机为便于起 制动 选双电机驱动 初步选 ZD 173 18 N 630KW n 400 1000 r min 两台 其性能 参数见表 3 1 15 表表 3 1 电机性能参数电机性能参数 电 压 伏 电 流 安 转 速 r min 工作 过载 倍数 k 切断 过载 倍数 效 率 飞轮转 距 GD2 kg m2 重 量 N 6001030400 10002 52 750 9376595000 187 45 350 220 220 1680 2050 1540 2840 51 GFEDCbBAl 42 300 1660 25 630 54 khhhH 图 3 2 电机结构尺寸 单位 mm 16 4 主要零件的强度计算主要零件的强度计算 4 1 减速机的计算减速机的计算 4 1 1 减速机的传动比分配减速机的传动比分配 电机功率为 630kw 额定转数为 400rpm 其传动比为 9 635 每年 300 工作日 三班制 每班 8 小时 实际按 3 小时 寿命 10 年 减速机采用双电机驱动 其齿轮排列形式如下 图 4 1 传动示意图 分配原则 按齿面接触强度相等 减速器具有最小的外行尺寸和较有利润滑条件 的原则 经查表并比较 取高速级传动比435 2 1 i 低速级传动比975 3 2 i 4 1 2 减速机齿轮设计减速机齿轮设计 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 17 1 按所设计的传动方案 选用斜齿圆柱齿轮传动 2 选用 8 级精度 GB10095 88 3 材料选择 小齿轮材料选用 34CrNi3Mo 整体调质处理 强度极限 803 6MPa b 屈服极限 686 MPa 弯曲疲劳极限 343 MPa 齿面硬度 HB320 大齿轮选用 s limF 40CrMn2Mo 调质处理 齿面硬度 HB290 强度极限 862 4MPa 屈服极限 686 b s MPa 弯曲疲劳极限 274 4 MPa 接触疲劳极限均为 820 MPa limF 4 选小齿轮齿数 大齿轮齿数 24 1 z58 44242 435uzz 12 5 选取螺旋角 初选螺旋角 14 2 按齿面接触强度设计 即 4 1 3 2 1 1 12 H EH ad t t ZZ u uTK d 1 确定公式内的各计算数值 试选 Kt 1 6 由图选取区域系数 2 453 ZH 由图查得 则 78 0 1 a 87 0 2 a 65 1 21 aaa 由表选取齿宽系数 1 1 d 由表查得材料的弹性影响系数 MPa 188 9 ZE 计算小齿轮传递的转矩 4 2 0 0 3 0 1055 9 n P T 9 55 400 10630 3 15041 mN 计算应力循环次数 4 3 jLhnN 11 60 1530082140060 18 9 10728 1 4 4 uNN 12 957 3 10728 1 9 8 1037 4 查取弯曲疲劳寿命系数 由图查得 90 0 1 FN K95 0 2 FN K 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 得 4 5 S K FEFN H 11 1 1 8209 0 MPa738 S K FEFN H 22 2 1 82095 0 MPa779 许用接触应力 4 6 2 21HHH 2 779738 MPa 5 758 2 计算 计算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 1t d 3 2 4 1 5 758 9 188453 2 2 3 12 3 65 1 1 10 1 15046 12 t d mm27 396 计算圆周速度 4 7 100060 11 nd v t 19 100060 40027 396 sm 30 8 计算齿宽 b 及模数 nt m 4 8 tdd b 1 27 3961 mm27 396 4 9 1 1 cos z d m t nt 24 14cos27 396 mm16 4 10 nt mh25 2 1625 2 mm36 36 27 396 hb mm11 计算纵向重合度 4 11 tgz d1 318 0 14241 1318 0 tg 0932 2 计算载荷系数 K 已知使用系数 1 A K 根据 v 8 3m s 8 级精度 查得动载系数 由表查得的计算公式 28 1 V K H K 故 4 12 bK ddH 3 22 1023 0 6 01 18 0 12 1 27 3961023 0 1 1 1 16 01 18 0 12 1 322 50 1 查得 故载荷系数 45 1 F K4 1 FH KK 20 4 13 HHVA KKKKK 50 1 4 128 1 1 69 2 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 即 4 14 3 1 1 t t KKdd 3 6 1 02 2 27 396 mm20 471 计算模数 n m 4 15 1 1cos z d mn 20 14cos20 471 mm05 21 3 按齿根弯曲强度设计 即 4 16 3 2 1 2 1 cos2 F SF ad n YY z YKT m A 确定计算参数 计算载荷系数 4 17 FFVA KKKKK 45 1 4 128 1 1 60 2 根据纵向重合度 由图查得螺旋角影响系数 903 1 88 0 B Y 计算当量齿数 4 18 3 1 1 cos z zV 14cos 24 3 21 27 26 3 2 0 cos z zV 14cos 59 3 59 64 查取齿形系数 由表查得 592 2 1 F Y278 2 2 F Y 查取应力校正系数 由表查得 596 1 1 S Y738 1 2 S Y 查取弯曲疲劳强度极限 由 图查得 小齿轮MPa 大齿轮MPa 343 1 FE 4 271 2 FE 由 图 10 18 查得 弯曲疲劳极限寿命系数 85 0 88 0 21 FNFN KK 计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数 由式 10 12 得 4 1 S 4 19 S K FEFN F 11 1 4 1 34388 0 6 215 S K FEFN F 22 2 4 1 4 27185 0 78 164 计算大 小齿轮的并加以比较 F SF YY 6 215 596 1592 2 1 11 F SF YY 019188 0 78 164 738 1278 2 2 22 F SF YY 22 020427 0 大齿轮的数值大 B 设计计算 3 2 2 4 33 1 201 25 5 cos97 010229203 2 2 n m mm62 15 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲强度计算 n m 的法面模数 取 已可满足弯曲强度 但为了同时满足接触疲劳强度 需mmmn20 按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数 于是由 mmd20 471 1 4 20 n m d z cos 1 1 16 14cos20 471 mm86 22 取 则 23 1 zmmuzz5623435 2 12 4 几何尺寸的计算 计算中心距 4 21 cos2 21n mzz a 14cos2 235923 mm32 809 将中心距圆整为 810mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 4 22 a mzz n 2 arccos 21 8102 235623 arccos 45 31 12 因 值改变不多 故参数 等不必修正 a K H Z 23 计算大 小齿轮分度圆直径 4 23 cos 1 1 n mz d 45 31 12 cos 2023 mm65 471 cos 2 2 n mz d 45 31 12cos 2056 mm55 4306 其他齿轮计算略 齿轮结构如下所示 调质处理材料 34 031 MNCZ r 调质处理材料 34 033 MNCZ r 图 4 2 齿轮 1 图 4 3 齿轮 2 022 40 MMCZ nr 材料 024 40 MMCZ nr 材料 1204 365 300 145 2623 862 480 145 24 图 4 4 齿轮 3 图 4 5 齿轮 4 4 1 3 齿轮轴的设计计算齿轮轴的设计计算 1 力能参数的计算 轴 III 传递的功率 齿承 13 PP 99 0 993 0 2630 kw58 51285 轴 III 的转数 635 9 1 3 n n 635 9 400 rpm224 41 2 材料的选用 选取轴的材料为 40Cr 合金钢 调制处理 其机械性能为 表表 4 1 性能参数性能参数 HB b s 1 H 0 1 286 241 686490333 2245117 668 6 单位 MPa 3 轴结构的初步设计 取 112 于是得 0 A 4 24 3 0min n P Ad 3 224 41 58 1285 112 28 453 拟定轴上零件的装配方案如图 4 3 1 根据轴向定位的要求确定轴的直径和长度 25 初步选用联轴器 选用齿轮联轴器 CLZ19 d 460mm L 485mm 故mmd460 轴承的选择 因 所以只能选用双列滚锥轴承 拟选用 351996 尺寸mmd460 min 额定动负荷为 故 180650480 TDdkN 8 1430mmd480 III 图 4 6 轴 III 装配示意图 故 207 0 1 VIV ddmmdv490 207 0 1 490 IV d mm 6 558 故 mmd560 IV mmd560 VI 轴向尺寸的确定 轴承宽 齿轮宽 齿轮与箱壁之间的距离为 联轴器 半 mm180mm700mm45 mm485 680mm L70mm L 170mm L 250mm L 475mm L VIVIIIIII mm300LVI 4 计算各力 NFt542690 3 8 4 4 25 cos nt r tgF F 8 34cos 20542690 tg N82 198017 26 4 26 tgFF ta 8 34542690 tg N36 38604 水平面支反力 2 21 t NHNH F FF 2 542690 N271345 垂直面支反力 182 198017 21 NVNV FF 2049 0 49 0 49 0 1 raNV FMF 3 2 dF M a a 2 554 236 38604 a MP724 49297 123 联立解得 NFNF NVNV 525 150269 295 47748 21 5 绘制齿轮轴的受力简图 如图所示 计算弯矩 水平面弯矩 H M 49 0 1H NH FM 27134549 0 mN 05 132959 垂直面弯矩 V M 49 0 1V1 NV FM 295 4774849 0 mN 62 23396 49 0 22V NV FM 252 15026949 0 27 mN 20 73632 合成总弯矩 M 4 27 2 1 2 1VH MMM 总 图 4 4 轴的载荷分布图 M T 的单位为 N m 4 27 2 1 2 1VH MMM 总 22 62 2339605 132929 28 mN 86 135001 2 2 2 2VH MMM 总 22 20 7363205 132929 mN 103 153130 扭矩 mNT 12 6744550 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时 通常是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 即危险截面的强度 取 a 0 6 轴的计算应力为 4 28 W TM ca 2 2 1 总 3 22 49 0 1 0 12 6685506 0 1377537 a MP 4 35 W TM ca 2 2 2 总 3 22 48 0 1 0 12 6685506 0 5 110937 a MP 5 37 均小于 所以符合强度要求 21 caca 1 其他轴的示意如下 I 轴 图 4 8 轴 I 示意图 II 轴 29 图 4 9 II 轴示意图 4 2 剪刃的设计剪刃的设计 4 2 1 材料的选择材料的选择 剪刃材料要求具有高硬度 高耐磨性 高热硬性 因此 选用合金钢 SiCrW24 该钢具有较高强度和高硬度 但塑性较低 较适用于做剪切机刀片 该钢含碳 0 45 0 35 含锰小于 40 含硅 0 80 1 10 含 Cr1 00 1 30 含 W2 00 2 50 选用淬火热处理 淬火介质用油 淬火温度为 860 900 淬火 后硬度为 HRC53 交货状态 HB217 179 4 2 2 剪刃的结构设计剪刃的结构设计 为使剪后的轧件顺 利进入精轧机组 改善轧件头尾质量 剪刃设计成圆弧形状 垂直投影 使剪切掉头尾的轧件具有如图所示的形状 图 4 10 剪刃示意图 4 3 转股轴承的选择及校核转股轴承的选择及校核 选用 10779 600 其尺寸为 其额定静负荷为 991000kg 380800600 TDd 30 kgFF aa 21 34 5 12 18 167377 11 YP 76 170976 22 YP 18 167377 21 5034 1 1 P Fa 33 0 03 0 e 查 对于左端轴承 0 2 1 2 01 YY 故当量动载荷 1e P 4 29 ae FYPP 111 21 50341 218 167377 kg021 177949 当量静载荷 4 30 a FYPP 0101 21 50340 218 167377 kgCkg99100061 177445 0 4 31 n P C L e h 60 10 6 1 1 226 4160 10 02 177949 402500 6 333 3 h 为小时 h6141 每年工作小时数 故左端轴承可工作两年 h270033300 对于右端轴承 31 76 170967 21 5034 2 2 P Fa 33 0 0294 0 e 查0 2 1 2 01 YY 故 2e P ae FYPP 122 21 50341 276 170967 kg 6 181539 a FYPP 0201 21 50340 276 170967 kgCkg99100018 181036 0 n P C L e h 60 10 6 1 1 226 4160 10 6 181539 402500 6 333 3 h 4 5745 故左端轴承可工作两年 因此轴承的寿命够用 4 4 侧隙调整机构的设计侧隙调整机构的设计 为便于剪刃侧隙的调整 该剪切机安装了一套侧隙调整装置 如下图所示 止推轴承内座圆通过端盖 6 与轴套固定在滚筒轴承压盖 2 的端部 外座圈则由一 个带螺杆的轴承套 3 和端盖 11 固定 轴套 3 装在夹筒 1 内 带内螺纹的轴环 4 拧在夹 筒 1 的外螺纹上 并通过轴承套 3 的螺杆将其固定 为消除轴环 4 与夹筒 1 螺纹配合 间隙 在轴环的端面有 4 个锁紧螺钉 8 由于上下滚筒通过斜齿同步齿轮来传动 当一个斜齿轮作轴向移动时 显然与之 32 相啮合的另一个滚筒旋转一个角度 改变了剪刃之间的侧间隙 当要调整剪刃侧向间 隙时 首先松开锁紧螺钉 8 转动轴 环 4 由于夹筒 1 固定在剪切机机架 上 因而轴环 4 就相对夹筒 1 作轴向 移动 并通过轴承套 3 端盖 11 及止推 轴承与滚筒轴承压盖 2 带动滚筒及其 轴承内座圈一起做轴向移动来实现剪 刃侧隙的调整 下滚筒允许轴向移动 量为毫米 侧间隙调整后还要使 15 刀片圆弧对齐 这是将刀片固定螺丝 松开开后 轴向移动刀片来达到 用 上述机构只能调整一对剪刃的侧间隙 不能保证同时将两对剪刃侧间隙调整到要求的 数值 由于一对剪刃的侧间隙调好后 就不允许滚筒有轴向运动 因而另一对剪刃侧 间隙只能加垫片的办法调整 此烫剪同步传动齿轮没有装设副齿 齿轮不能在无侧间隙下工作 因而传动不够 平稳 4 5 电动机的起动力矩的验算电动机的起动力矩的验算 4 5 1 系统飞轮力矩的计算系统飞轮力矩的计算 电机的飞轮力矩 2 236 246 2 02 m765kgGD 双 电 机 2765 GD 02 2 m1530kg 系统飞轮的转矩 2 2 1 mkg 1600GD 总飞轮转矩 2 1 2 0 2 GDGDGD 16001530 33 2 3130mkg 4 5 2 起动时间的计算起动时间的计算 电机空载力矩 mNM kon 22 26 0 系统空载力矩 n nn kon i dG M 2 1 mN 78 82 总空载力矩 4 32 konkonkon MMM 10 78 8222 26 mN 109 电机平均起动力矩 4 33 er er p n N kM 9550 8 0 7 0 400 6302 95505 28 0 mN 60165 起动时间 4 34 2 38 2 konp er MM nGD t 10960165 2 38 4003130 s535 0 4 5 3 起动转角的校核起动转角的校核 4 35 180 230 t nH tnH 3 535 0226 413 17 66 t 34 即转股经过的角度即可达到 41 226r min 17 66 允许起动转角 20 180 式中 剪刃的初转角 取 0 70 0 最大开始剪切角 取 2 124 17 2 70124 17180 y 876 92 电机满足起动要求 y 图 5 1 起动转角示意图 剪切后的角速度 2 4 36 J MA P 2 3 2 12 式中 剪切时剪股稳定转速 1 4 37 30 1 H n 30 226 4114 3 1 s135 4 35 J 系统的转动惯量 4 38 2 4 1 GDJ 3130 4 1 2 5 782mkg mNMP 60165 剪切角 3 4 39 970 8 01 403970 arccos 终 637 8 637 8 124 17 3 484 8 剪切力 A 4 40 ahFA 单位剪切力 表 8 4 a 288 P 2 34mmmmNa 1000 34 40155040 A mN 84320 5 782 29 57 478 8 6016584320 2 315 4 2 2 1 s 65 2 RV 2min 2 47 0 65 2 m s 285 1 终 23 36 m s 满足要求 4 0 min V 37 5 润滑方法的选择润滑方法的选择 5 1 减速机润滑方法及润滑油的选择减速机润滑方法及润滑油的选择 由于两齿轮半径差过大 因此采用喷油润滑 如按高速级选用齿轮润滑油 齿轮圆周 速度m s 按手册推荐选用时 运动粘度为 5ncst 的润滑 907 9 148 1 259 17 1 R 50 油 如按低速级选用齿轮润滑油 齿轮圆周速度 按手册推荐选 sm 39 5 2 5 2 315 4 2 用 50ncst 的润滑油 但考虑到减速机负载很大 而且为起动工作制 故选用高粘度润滑油 选用 24 号汽缸油 轴承的润滑采用飞溅润滑 即把传动零件飞溅到箱盖上的油汇集到箱体剖分面上的 油沟中 然后流进轴承中进行润滑 5 2 烫剪机的润滑烫剪机的润滑 烫剪机传动齿轮的圆周速度 速度低载荷大 故选用 sm 093 2 2 97 0 315 4 2 24 号汽缸油 油池润滑 转股轴承采用干油润滑 干油选用 4 号钙基润滑脂 代号为 ZG 4 GB501 65 油池内润滑油使用期为 6 个月 6 个月更换一次 如没有 24 号汽缸油 可用蓖麻油代替汽缸油 38 6 试车方法和对控制的要求试车方法和对控制的要求 6 1 试车要求试车要求 1 试车前应详细检查 不得有卡住现象 剪刃间隙应满足 0 1 0 3mm 2 试车前按图纸进行润滑 不得有漏油现象 3 试车时应从低速开始试车 试车速度分别以 0 5m s 1 m s 1 5 m s 2 m s 2 4 m s 五种速度 指剪切速度 进行试车 试车时 要对剪刃在起动 加速 制动和行车各 阶段中的速度和剪刃位置进行测定 不得有异常现象 试车正常可交付使用 4 试车前要把安装 检查工具和影响试车的构件拿开 试车后要清扫现场 5 试车次数不少于 10 次 6 2 对控制系统的要求对控制系统的要求 1 主传动系统安装保护措施由电流控制 2 系统制动由电机反接制动和制动器制动共同作用 3 要剪切后在 内制动 正好使剪刃停在起动位置 70 39 7 设备可靠性与经济评价设备可靠性与经济评价 7 1 机械设备的有效度机械设备的有效度 对于可维修设备 由于发生故障之后 可以修理恢复到正常工作状态 因此 从 开始工作到发生故障即可靠度 从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度 二者结合起来 就是机械设备的有效度 有效利用率 8 9 7 1 100 MTTRMTBF MTBF A MTBF 平均故障间隔期 h MTTR 平均维修时间 设备工作时间 10000h 可能发生 10 次故障 每次处理故障时间平均 10h 检修时间 400h 10 10000 MTBF h1000 10 1010400 MTTR h50 100 501000 1000 A 95 7 2 投资回收期投资回收期 表表 7 1 有关资料表 万元 有关资料表 万元 时间 年 12345678910 投资20002000 40 年净收益500800100015001800180020002500 累计净 收益 2000 4000 3500 2300 13002002000380058008300 投资回收期 1 当量净现金流量 绝对值上年累计净现金流量的 现正值年份数累计净先进流量开始出 t P 1500 1300 15 年 9 4 行业投资回收期 重型机械 c P 年17 c P 满足要求 tc PP 41 专题专题 电动机选择与探讨电动机选择与探讨 电动机是把电能转换成机械能的设备 在机械 冶金 石油 煤炭 化学 航空 交通 农业以及其他各种工业中 电动机被广泛地应用着 随着工业自动化程度不断 提高 需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件 人造卫星的自动控制系 统中 电机也是不可缺少的 此外在国防 文教 医疗及日常生活中 现代化的家电工 业中 电动机也愈来愈广泛地应用起来 电动机也称为 马达 利用电动机可以把发电机所产生的大量电能 应用构造和 发电机基本上一样 原理却正好相反 电动机是通电于转子线圈以引起运动 而发电 机则是借转子在磁场中之运动产生电流 为了获得强大的磁场起见 不论电动机还是 发电机 都以使用电磁铁为宜 电动机因输入的电流不同 可分为直流电动机与交流 电动机 1 直流电动机 用直流电流来转动的电动机叫直流电动机 因磁场电路 与电枢电路连结之方式不同 又可分为串激电动机 分激电动机 复激电动机 2 交流电动机 用交流电流来转动的电动机叫交流电动机 种类较多 主要有 整 流电动机 使串激直流发电机 作交流电动机用 即成此种电动机 因交流电在磁 场与电枢电路中 同时转向 故力偶矩之方向恒保持不变 该机乃转动不停 此种电 动机因兼可使用交 直流 故又称 通用电动机 吸尘器 缝纫机及其他家用电器等 多用此种电动机 同步电动机 电枢自一极转至次一极 恰与通入电流之转向同 周期的电动机 此种电动机不能自己开动 必须用另一电动机或特殊辅助绕线使到达 适当的频率后 始可接通交流电 倘若负载改变而使转速改变时 转速即与交流电频 率不合 足使其步调紊乱 趋于停止或引起损坏 因限制多 故应用不广 感应电 动机 置转子于转动磁场中 因涡电流的作用 使转子转动的装置 转动磁场并不 是用机械方法造成的 而是以交流电通于数对电磁铁中 使其磁极性质循环改变 可 看作为转动磁场 通常多采用三相感应电动机 具有三对磁极 直流电动机的运动恰 与直流发电机相反 在发电机里 感生电流是由感生电动势形成的 所以它们是同方 向的 在电动机里电流是由外电源供给的感生电动势的方向和电枢电流 I 方向相反 交流电动机中的感应电动机 其强大的感应电流 涡流 产生于转动磁场中 转子上 的铜棒对磁力线的连续切割 依楞次定律 此感应电流有反抗磁场与转子发生相对运 动的效应 故转子乃随磁场而转动 不过此转子转动速度没有磁场变换之速度高 否 42 则磁力线将不能为铜棒所切割 一般电动机主要由两部分组成 固定部分称为定子 旋转部分称为转子 另外还 有端盖 风扇 罩壳 机座 接线盒等 定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑 电动机的定子由定子铁心 定子绕组和机座三部分组成 定子绕组镶嵌在定子铁心中 通过电流时产生感应电动 势 实现电能量转换 机座的作用主要是固定和支撑定子铁心 电动机运行时 因内 部损耗而发生的热量通过铁心传给机座 再由机座表面散发到周围空气中 为了增加 散热面积 一般电动机在机座外表面设计为散热片状 电动机的转子由转子铁心 转子绕组和转轴组成 转子铁心也是作为电动机磁路的一 部分 转子绕组的作用是感应电动势 通过电流而产生电磁转矩 转轴是支撑转子的 重量 传递转矩 输出机械功率的主要部件 直流电机是通电导体在磁场中受力的原理旋转的 直流电机的旋转是磁场不动 导体 运动 1 三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机的旋转原理 当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时 就产生了一个以同步转速 n1 沿 定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场 由于旋转磁场以 n1 转速旋转 转 子导体开始时是静止的 故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势 感应电 动势的方向用右手定则判定 由于导子导体两端被短路环短接 在感应电动势的作用 下 转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流 转