1700清洗机组步进梁结构设计.doc

安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 I 页 1700 清洗机组步进梁结构设计 摘要 近年来 冷轧带钢生产技术的发展主要是通过以下几个方面来提高自动化 程度 以及改进轧机结构和生产工艺等 其中包括增加钢卷重量 提高机组和 轧机的速度 不断采用新工艺 新设备等工艺改进 我国冷轧宽带钢得生产始 于1960年 首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机 70年代投产了我国第一套 1700mm连续式无机架冷轧机 到2000年我国已建成8套冷连轧机 6套单机架可 逆冷轧机 主要生产碳素冷轧板卷 并建成11套多辊冷轧机 生产电工钢及不锈 钢冷轧板卷 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 步进梁主要应用在冷轧各组的进出料运输和过跨运输 该结构具有行走 升降 等功能 设计结构紧凑 操作稳定 自动化程度高等优点 聞創沟燴鐺險爱氇 谴净 关键词 冷轧机 液压 轴承 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 II 页 1700 cleaning crew walking beam structure design Abstract In recent years the development of cold rolled strip production technology mainly through the following aspects to enhance the degree of automation and improved mill structure and production technologies Including increased coil weight increase the speed of rolling mill unit and continuously adopt new technology new equipment process improvement China s production of cold rolled wide strip was started in 1960 first established 1700mm Single Reversing Cold Rolling Mill 70 years of our first set put into continuous no rack 1700mm cold rolling mill by 2000 China has completed eight sets of cold rolling mill 6 sets of single stand cold rolling mill the main production of carbon cold rolled coils and built 11 sets of multi roll cold rolling mill production of electrical steel and stainless steel cold rolled coils残骛 楼諍锩瀨濟溆塹籟 Walking beam is mainly used in cold and out of each group had cross feed transport and transport The structure of walking lifting and other functions design compact structure stable operation automatization酽锕极額閉镇桧猪訣锥 Key words Cold hydraulic bearings are 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 III 页 目 录 1 序言 1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 1 1 中国钢铁工业的发展概况 1謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 1 2 冷轧带钢生产技术的发展 2厦礴恳蹒骈時盡继價骚 1 3 我国冷轧板的发展概况 3茕桢广鳓鯡选块网羈泪 1 4 我国冷轧板的生产 3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 1 5 冷轧工艺过程 4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 1 6 液压传动与控制 4預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 1 7 上料及运输设备 4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦 1 8 钢卷接受及运送装置 5铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 2 方案的选择 6擁締凤袜备訊顎轮烂蔷 2 1 选用方案 6贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 2 2 2 入口步进梁设备用途 7坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 2 2 3 入口步进梁原理及结构说明 7蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 3 步进梁的设计 9買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 3 1 主要技术参数 9綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 3 2 活动梁的校核 9驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 3 2 1 活动梁受力概述 9猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 3 2 2 活动梁受力分布图 10锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 3 2 3 活动梁各处剪力 弯矩计算 11構氽頑黉碩饨荠龈话骛 3 2 4 活动梁的强度校核计算 12輒峄陽檉簖疖網儂號泶 3 3 液压缸工作压力的确定 13尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 IV 页 3 4 步进梁横移液压缸主要技术参数的确定 14识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 3 4 1 液压缸内径 D 和活塞杆 d 的确定 14凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 3 4 2 液压缸流量的计算 15恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 3 4 3 横移液压缸参数的计算 15鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫 3 5 步进梁升降液压缸主要技术参数的确定 16硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 3 5 1 升降液压缸液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 16阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 3 5 2 升降液压缸流量的计算 18氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 3 6 选择液压缸 18釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 3 6 1 使用工况及安装条件 18怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 3 6 2 步进梁横移液压缸的选择 19谚辞調担鈧谄动禪泻類 3 7 液压泵及电机的选择 19嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 3 7 1 确定液压泵的最大工作压力 Pp 19熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 3 7 2 确定液压泵的流量 Qp 20鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 3 7 3 选择电机 20纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 4 润滑 22颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 4 1 润滑剂的种类 22濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 4 2 滚动轴承的润滑方式分类 22銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 4 3 系统轴承的润滑方式 23挤貼綬电麥结鈺贖哓类 5 设备的环保 25赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈 5 1 设备的环境污染 25塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 5 2 污染的应对措施 26裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 结论 28仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 V 页 致谢 29绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧 参考文献 30骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 附 录 31瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉 MODELING AND OPTIMIZATION FOR A 20 H COLD ROLLING MILL31鎦诗涇 艳损楼紲鯗餳類 1 FORCE TORQUE AND POWE 32栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 2 MATERIAL YIELD STRESS ADAPTION 33辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应 3 FRICTION REPRESENTATION 33峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 4 ELASTIC MILL STAND BEHAVIOR 34詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 5 SUMMARY 35则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 20 H 冷轧机的模型化和优化 36胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 1 轧制强度 扭转力矩和动力矩 37鳃躋峽祷紉诵帮废掃減 2 材料屈服强度自适应 37稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜 3 摩擦表示 38陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟 4 机座弹性变形 38沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應 5 总结 39钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 VI 页 1 序言 1 1 中国钢铁工业的发展概况 新中国成立以来 特别是改革开放20多年来 中国的钢铁产量迅速增加 中国百万钢铁大军以百折不挠的精神 锻造出 钢铁大国 的身躯 目前 中国 正在从钢铁大国向钢铁强国迈进 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮 曾几何时 连一根铁钉都要靠外国的轮船运来 因此国人把普通的铁钉称 为 洋钉 作为最先使用铸铁和用生铁炼钢的文明古国 近代以来冶金工业极 度落后 从1880年张之洞兴建汉阳铁厂之始 中国钢铁生产由手工业转向机械 化生产 然而旧中国外扰内乱使得钢铁工业停滞不前 生产能力低下 直到 1949年 我国钢产量只有15 8万吨 尚不足现在一天的产量 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘 新中国成立后 中国的钢铁工业迅速崛起 进入了一个崭新的历史时期 特别是改革开放的20多年间 我国钢铁工业迎来了飞速发展的 黄金季节 从 上世纪50年代恢复时期鞍钢 三大工程 的建设 到上世纪80年代上海宝钢 天 津钢管公司等具有世界先进水平的现代化大型钢铁企业的建成投产 我国年钢 产量从新中国成立之初的十几万吨 到1996年至今连年突破1亿吨大关 由世界 产钢排名第26位跃居世界首位 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚 但是 由于钢铁工业规模分散 产品档次低 技术含量不高 竞争力并不 强 我国1亿吨钢分散在1000多家企业生产 年产500万吨以上的冶金企业仅有4 家 每年国内无法生产 需要进口的钢材总量高达1000万吨 在摘取 钢铁大国 桂冠的同时 我国开始了向钢铁强国迈进的步伐 钢铁工业在 利用国内外两种 资源和资金 开发国内外两个市场 的战略方针指导下 发展道路逐步由外延式 发展转向内涵式发展 由过去主要为规模扩张转到优化工业装备和产品结构 提高质量 降低成本 增强竞争力上来 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减 九五 以来 以宝钢为代表的现代化钢铁企业 在不断引进 消化和吸收 当今国际钢铁前沿技术 管理经验的同时 锐意进取 不断创新 开发了大量 拥有自主知识产权的产品 技术 并填补了多项国内空白 已跻身世界先进钢 铁企业行列 高起点 大规模的技术改造 使目前我国钢铁工业达到世界先进 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 2 页 水平的装备提高到20 左右 达到国内先进水平的装备提高到50 以上 麸肃鹏镟 轿騍镣缚縟糶 1 2 冷轧带钢生产技术的发展 近年来 冷轧带钢生产技术的发展主要是通过以下几个方面来提高自动化 程度 以及改进轧机结构和生产工艺等 1 增加钢卷重量 增加钢卷重量是提高设备生产能力的有效方法 因为冷 轧带钢是以钢卷方式生产的 每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前 都必须 经过拆捆 开卷 穿带 然后加速到正常速度工作 在每一卷终了时又需要有 减速 剪切 卷取及卸卷的过程 占用较多的生产时间 钢卷重量增大后 可 相应地增加作业的时间 而且由于每卷带钢长度的增加 带钢在稳定速度下轧 制的时间也相应增加 机组的速度才能真正得到提高 带钢的质量也才能得以 改善 然而 钢卷重量也不可无限制地增加 它受到开卷机 卷取机等机械设 备的结构与强度的限制 也受到电动机调速范围的限制 而且卷重太大还会给 车间内钢卷的运输和存放带来困难 目前 冷轧带卷的重量已达40吨 个别的 达到60吨 以带钢单位宽度计算的卷重达到30公斤 毫米至36公斤 毫米 納畴鳗吶 鄖禎銣腻鰲锬 2 提高机组和轧机的速度 以五机架轧机为例 五十年代大都在20米 秒 左右 六十年代以来已逐步提高到30米 秒左右 最高轧制速度达37 5米 秒 六 机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40米 秒 但是 轧制速度的进一步提高 会受到工艺润滑材料与方式的限制 其他作业线 如单机架平整机组 双机架 平整机组 各剪切机组 连续热镀锌机组 酸洗机组 电镀锡机组等 的机组 速度也都相应提高 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙 3 为提高冷轧带钢的厚度精确度 在冷轧机上采用了全液压压下装置 以 便增加轧机压下装置的反应速度 并采用了带钢厚度自动控制装置 对于高速 高产量的带钢冷连轧机 实现了计算机控制 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹 4 在带钢冷连轧机上 广泛采用液压弯辊装置来改善板型 5 在生产操作自动化方面 普遍采用各种形式的极限开关 光电管等 对 每个动作实行自动程序控制 实现了钢卷对中 带钢边缘纠偏 机组中带钢速 度的自动调整 剪切钢板的自动分类等自动化操作和控制 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 3 页 6 1971年以来 出现了全连续式冷连轧机 这种轧机只要第一次引料穿带 后 就可实现连续轧制 此时 后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊 接在一起 为了保证带钢能够连续轧制 在连轧机入口端设置了活套装置 在 冷连轧机组出口端设置了分卷用的飞剪机 并设置了两台卷取机 以便交替地 卷取带钢 全连续式冷连轧机即使在换辊时 带钢依然停留在轧机内 换辊一 结束 轧机可立即进行轧制 采用全连续式冷连轧机 可以提高生产率 30 50 产品质量和收得率也都得到提高 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸 7 不断采用新工艺 新设备 例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸 洗 HC轧机和异步轧制等 以简化冷轧工艺过程 提高冷轧带钢的精确度和节 省能量 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺 3 我国冷轧板的发展概况 我国冷轧宽带钢得生产始于1960年 首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机 以后陆续投产了1200mm单机可逆式轧机 MKW1400mm偏八辊轧机 1150mm 二十辊轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等 70年代投产了我国第一套 1700mm连续式无机架冷轧机 1988年建成了2030mm无机架连续冷轧机 到 2000年我国已建成8套冷连轧机 6套单机架可逆冷轧机 主要生产碳素冷轧板 卷 并建成11套多辊冷轧机 生产电工钢及不锈钢冷轧板卷 夹覡闾辁駁档驀迁锬減 4 我国冷轧板的生产 冷轧坯料在轧制前必须经过连续酸洗机组清除氧化铁皮 以保证带钢表面光 洁 顺利地实现冷轧及其后的表面处理 酸洗之后即可轧制 但是由于冷轧的工艺 特点 轧到一定厚度必须进行退火使钢软化 但是轧制过程中 带钢表面有润滑油 而 油脂在退火炉中会挥发 挥发物残留在带钢表面上形成的黑斑又很难除去 因此 在退火之前 应洗刷干净带钢表面的油脂 即脱脂工序 脱脂之后的带钢 在保护 气体中进行退火 退火后的带钢表面光亮 进一步轧制或平整时 就不必酸洗 退 火之后的带钢必须进行平整 以获得平整光洁的表面 均匀的厚度 并使性能得到 调整 平整之后 可根据定货要求对带钢进行剪切 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝 普通薄钢板一般采用厚度为115 6 mm 的热轧带钢作为冷轧坯料 主要工 序有酸洗 冷轧 脱脂 退火 平整 剪切 横切 纵切 如果生产镀层板 还有 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 4 页 电镀锡 热涂锡 热涂锌等镀层或涂层工序 冷轧的生产工艺流程是 热轧板卷 原料 酸洗 冷轧 脱脂 退火 平整 剪切 成品交货 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠 1 5 冷轧工艺过程 下图为工艺流程图 表1 1 薄板 镀锌板和涂塑料板的生产 1 热轧带钢仓库 2 连续酸洗 3 连轧机组 4 可逆式轧机 5 重卷机 6 脱脂 7 罩式退火 8 平整机 9 预处理 10 涂塑料或漆 11 电镀锌 12 后步处理 13 连续退火炉 14 热镀锌 15 矫直 16 重卷机和切边机 17 横剪机和重剪机 18 平整机 19 二次冷轧机 20 带卷预处理 21 电镀锌 22 横剪机 23 热镀锡緦徑 铫膾龋轿级镗挢廟 表1 2 镀锌板得生产 1 6 液压传动与控制 液压技术近几年发展的速度是非常迅猛的 尤其在电子技术 微机控制日 益发展的今天 液压技术已迅速渗入到各个学科领域 确切地说 液压 是电子 和机械技术之间的一种技术 把 传动 和 控制 结合起来是液压技术发展的必 然结果 冷轧厂的步进梁 就是应用水平和横移液压缸传动带卷的 通过自动 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 5 页 控制 来达到运送带卷的目的 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼 1 7 上料及运输设备 在带卷生产车间里往往要完成带卷运输 翻卷 回转及称量等动作 构成 连续化作业过程 着就是带卷运输设备 除此之外 还有带卷装入悬臂开卷机 卷筒上 或双圆柱开卷机的圆柱头上的上料设备 以及把带卷从卷取机卷筒上 卸下来的卸卷设备 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮 运输机基本上分为两大类 用来运输卧卷的运输机和用来运输立卷的运输 机 这两者在结构上无原则差别 但其链条小车上支撑架的形式不同 镞锊过润启 婭澗骆讕瀘 悬臂式开卷机的精轧机组 多半采用垂直上料 在这种情况下 设有移动 式上料升降台 这种上料设备 不仅用于上卷 有时还可以用来卸卷 由车间 吊车将带卷吊至固定架上 运送小车由水平液压缸带动 将运送小车拉到固定 台架下面 此时运送小车上的垂直液压缸动作 使运送小车上的升降托架升起 托起带卷 将带卷升至开卷机卷筒中心线的标高 然后 依靠水平液压缸动作 移动运送小车 将带卷放入开卷机卷筒上 完成上卷动作 为了保证精整机组 连续正常生产 常储运两卷 因此 要求设有双联运送小车的上料装置 榿贰轲 誊壟该槛鲻垲赛 1 8 钢卷接受及运送装置 在轧机入口侧接受酸洗过的热轧钢卷并将钢卷运送到开卷机前和在出口侧 把钢卷运出轧制线 一般都采用链式运输机或步进梁运输机 步进梁运输机采 用液压操作 具有工作平稳可靠 结构简单等特点 是一种用途广泛 经济性 高的大钢卷运输设备 防范应用于冷轧各机组的进出料运输和过跨运输 步进 梁的动作通过液压缸实现 步进梁运输机只能抬起带卷 前移 再放下来 也 就是说 它只能步进工作 它把带卷一步一步地往前移送 它抬起放在固定梁 上的带卷 按一定的步距往前移 然后把带卷重新放在两侧的固定梁上 通过 液压缸动作 实现升降和走行 步进梁可以分为互相连接的若干个段 通过分 段有可能填补带卷放置不均而形成的空缺位置 有空缺位置时 可以使一段梁 升起 另一段梁下降 步进梁可以在两台链式运输机之间转运带卷 还可以进 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 6 页 行横向运输 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑 步进梁运输机比链式运输机优越之处是 能把与运输方向相同的卧放带卷 直接转送至带卷小车或另移个装置上 而不需设置卸卷装置 步进梁运输机的 另一优点是地坑浅 地基较平 步进梁运输机供送带卷的方向与机组中心线相 垂直 这种供卷方式特别使用于较厚的带钢 在酸洗进料段使用效果很好 台 板的结构形式有鞍座式 平板式 弧板式和槽形几种 以适应立式或卧式钢卷 的运输 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲 2 方案的选择 2 1 选用方案 此设计方案拟采用液压传动 因为这种方案有如下优点 1 液压传动与机械 电力和气动相比较 在输出同等功率的条件下 其结 构紧凑 体积小 重量轻 同容积下承载能力强 并可与电 气 机联合应用 充分发挥各自的优点 实现复杂的自动工作循环 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭 2 动作灵敏 气动 制动迅速 运动平稳 可以快速无冲击的换向和变速 3 液压系统有卸荷 减压 增压和保压等装置和回路 很容易实现自动控 制的力 4 液压传动的装置的控制 调节比较简单 操作比较方便 易于实现过载 保护 工作安全可靠 另外由于工作介质为油液 相对欲动的表面能自动润滑 减少了磨损 延长了使用寿命 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙 5 液压元件大部分已标准化 系列化 通用化 因此便于设计 制造和推 广 有利于组织成批和大量生产 提高质量 降低成本 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄 而其它传动方案在动作的灵敏性 响应速度 启动制动速度以及实现复杂 自动工作循环上都有一定的差距 所以采用液压传动方案 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞 链传动有如下缺点 1 瞬时传动比是变化的 不适用于传动比要求为常数的场合 2 工作时有冲击和噪声 仅适用于平行轴向的传动 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 7 页 3 制造成本高 安装要求精确 需要适当的润滑和张紧措施 齿轮传动有如下缺点 1 需要专门的制造工具与设备 2 再高速运行时 需求较高的制造及安装精度 否则传动的噪声和振动较 大 3 不宜用于两轴间距较大的场合 否则要增加惰轮 使机构结构复杂 根据上述原因 步进梁需要安全稳定的运送坯料 就必须选择液压传动 采用双液压缸互锁的方式 达到运送的目的 所以最后确定选用液压传动方案 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺 2 2 1 入口步进梁设备组成 步进梁结构简图如图 2 1 所示 图 2 1 步进梁结构示意图 1 钢坯 2 小车液压缸 3 走行车轮 4 活动梁 5 液压缸支座 6 横移液压缸 7 升降液压缸 8 连杆 2 2 2 入口步进梁设备用途 接受上一组设备送来的钢卷 通过升降液压缸和横移液压缸互锁动作 使 钢卷沿钢卷运输方向完成一定的步距 达到既协调与其它设备工作又运输钢卷 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 8 页 的目的 本设备运动为 矩形 运动 即按照 上升 前进 下降 后退 的 顺序循环工作 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽 2 2 3 入口步进梁原理及结构说明 1 由于步进梁必须完成 矩形 运动 因此配备了升降液压缸和横移液压缸 为保证升降和横移的确定性 升降液压缸和横移液压缸采用互锁 浹繢腻叢着駕骠構 砀湊 2 固定梁采用倒 门 形结构 这样可满足活动梁运动 所有钢卷台放置钢 卷处均在支架中心 为了适应活动梁车轮运动 固定梁上安装有钢轨梁和止推 轨道 固定梁所有零部件考虑倒装拆方便 均用螺栓连接 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝 3 活动梁升降运动采用液压缸驱动曲柄连杆机构来实现 这种结构可做到 无负载时力臂较小 有负载时力臂大 满足不同工况对驱动转矩的要求 同时 可使钢卷抬升或下降配合横移液压缸来实现 驱动点设置在活动梁下部 这样 可节约占地面积 同时合理地布置液压缸支座位置 使活动梁带负载上升后前 进时 横移液压缸所发出的水平力最大 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵 4 液压缸的行程为满行程 这样可减轻液压缸重量与造价 同时由于液压 缸购买要求两端带缓冲 可有效防止启动 停止时的冲击 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐 5 框架轴承座采用剖分结构 方便制造与装配 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 9 页 3 步进梁的设计 3 1 主要技术参数 工作压力 16MPa 带卷重量 28T 动梁步进行程 2500mm 动梁提升高度 166mm 小车自重 2T 钢卷直径 0900 02100mm 钢卷宽度 700 1380mm 活动梁重量 8 25T 3 2 活动梁的校核 3 2 1 活动梁受力概述 活动梁受到上面的五个带卷的重力 又受到下面摆臂的支撑力 当升降液压 缸运作后 摆臂垂直于活动梁 此时所行成的平衡状态 即是下图所示的分布 然后根据平衡方程 可以求得静定梁再载荷作用下得支座反力 于是作用于梁 上的外力皆为已知量 进一步就可以研究各横截面上的内力 以梁的平放方向 为 X 轴 以垂直它的方向为 Y 轴 F1 F2 F3 F4和 F5 为作用于梁上得载荷 F6 和 F7为支座反力 在 F2和 F6中间假想一截面 使梁分成两部分 并以左段为研 究对象 由于原来的梁处于平衡状态 所以梁的左段仍应处于平衡状态 作用 于左段上的力 除了 F6 和 F7外 在截面还有右段对它作用的内力 把这些力 投影于 Y 轴 其总和应等于零 这样就求出那个与横截面相切得内力 即剪 力 FS 它是与横截面相切得分布内力系的合力 若把左段上的所有外力和内力 对截面得形心取矩 其力矩总和应等于零 这样就得到以各内力偶矩 M 即为 横截面得弯矩 进而求得此梁的强度和刚度 然后再和材料所能承受的最大刚 度和强度进行校核 从而得到活动梁的校核全过程 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 10 页 3 2 2 活动梁受力分布图 图 3 1 受力剪力弯矩图 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 11 页 3 2 3 活动梁各处剪力 弯矩计算 由已知可得到各段的数据 L1 750mm L2 1900mm L3 600mm L4 2500mm L5 2500mm L6 225mm L7 2275mm L8 1115mm薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫 由已知可得到各处的压力 F1 G卷 G车 28 1000g 2 1000g 3 105N F2 F3 F4 F5 28 1000g 2 8 105N 根据上页剪力图 由静力平衡方程 MB 0 MA 0 求得支反力为 55 5 7 2 8 10 600310056008100 3 101900 7 4 10 N 5825 F F6 F1 F2 F3 F4 F5 F7 4 2 8 105 3 105 7 4 105 6 8 105N 如剪力图所示 根据各卷重量和支撑力可求得各点剪力 FS1 3 105N Fs2 F6 F1 6 8 105 3 105 3 8 105N Fs3 F6 F1 F2 6 8 105 3 105 2 8 105 1 105 N Fs4 F3 Fs3 2 8 105 1 105 1 8 105N Fs5 F7 F5 7 4 105 2 8 105 4 6 105N Fs6 2 8 105N 根据剪力和各点距离 求得各点的弯矩 M1 F1L2 3 105 1900 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 12 页 5 7 108Nmm M2 F6L3 F1 L2 L3 6 8 105 600 3 105 1900 600 3 42 108Nmm M3 F1 L2 L3 L4 F2L4 F6 L3 L4 3 105 1900 600 2500 2 8 105 2500 6 8 105 600 2500 齡践砚语蜗铸转絹攤濼 1 58 108Nmm M4 F6 L3 L4 L5 F1 L2 L3 L4 L5 F2 L4 L5 F3L5 6 8 105 600 2500 2500 3 105 1900 600 2500 2500 2 8 105 2500 2500 2 8 105 2500 5 42 108Nmm M5 F5L7 2 8 105 2275 6 37 108Nmm 3 2 4 活动梁的强度校核计算 梁的横截面示意图如下 图 3 2 梁得横截面示意图 利用下面公式 2 Z Iy dA 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 13 页 11Z SA y dA 333 93 400 400360 60 360 2 6 49 10 mm 3 Z I 22 62 400 400360 6 08 10 mm 2 Z S 3 1 07 10 mm Z Z I S 5 6 maxmax max 3 4 6 10 7 165 10 Pa 1 07 60 10 SZ Z FS I b 由材料力学书 154 页公式 5 13 可知 max 100MPa 所以此梁满足应力强度条件 经校核合格 由横截面求得面积 A 400 80 720 60 32000 43200 75200mm2 V AL A L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 75200 750 1900 600 2500 2500 225 2275 1115 892000000 8 92 108mm3 0 892m3 q V 7850 0 892 7002 2kg 1 178 1 178 7002 28250kg 8 25TQq 由上可知梁的总质量为 8 25T 3 3 液压缸工作压力的确定 液压缸工作压力主要是根据载荷大小和液压设备的类型而定 对于不同用 途的液压设备 由于工作条件的不同 通常采用的压力范围也不同 参照下表 步进梁属于中型机械 故选取工作压力 P1为 16MPa绅薮疮颧訝标販繯轅赛 下表为液压设备常用的工作压力 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 14 页 表 3 1 液压设备常用的工作压力 机 床 机械类型 磨床 组合 机床 龙门 刨床 拉床 中小型 工程机械 建筑机械 液压机 大中型挖掘 机重型机械 工作压力 MPa0 8 2 03 52 8 8 10 10 18 20 32 由机械手册执行元件背压力表查得回油路较复杂的工程机械的背压力为 1 2 3 本系统选取液压缸回油腔压力 P2 2MPa 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛 3 4 步进梁横移液压缸主要技术参数的确定 3 4 1 液压缸内径 D 和活塞杆 d 的确定 步进梁横移液压缸示意图如图所示 图 3 3 横移液压缸的简易图 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 按工作压力的关系 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 15 页 表 3 2 工作压力表 工作压力 MPa 5 0 5 0 7 0 7 0 d D 0 5 0 55 0 6 20 70 0 7 由表可以看出系统的工作压力为 16MPa 7MPa 所以选取 d D 0 7 利用下公式求 1 4 2 21 pp F D cm 式中 F 工作循环中最大的外载荷 cm 液压缸的机械效率 一般取 0 9 0 97 杆径比 d D 3 4 2 液压缸流量的计算 液压缸的流量与缸径和活塞运动有关 当液压缸供油量 Q 不变时 除去在 行程开始时有个一个加速区和在行程结束钱有一个减速区外 活塞在行程的中 间大多保持恒定运动速度 vm 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵 液压缸的流量为 Q cv mA v Q 式中 cv 液压缸的容积效率 受活塞和活塞杆密封圈以及行程末端缓冲机构所能承受的动能限制 活塞 运度不宜过大 3 4 3 横移液压缸参数的计算 由上面所选 工作压力为 16MPa 故选择杆径比 0 7 背压为 2MPa 横 移液压缸在拖动带卷横移时角度近乎水平且同时水平拖动 5 个带卷 还有梁的 重量 8 25 105N 故负载鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键 F N 0 1 3 105 2 8 105 4 8 25 105 2 245 105N 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 16 页 式中 摩擦因数 由电子版 机械设计手册 常用材料的摩擦因数 查得有润滑的钢 钢的摩擦因数为 0 1撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞 所以液压缸内径为 5 662 4 2 245 10 0 141m 141mm 3 14 0 95 16 102 10 1 0 7 D 活塞杆 d 0 7D 0 7 141 98 7mm 查电子版机械设计手册液压缸的主要参数 将所求值圆整可得 D 160mm d 125mm 横移液压缸流量的计算 2 3 0 12 3 14 0 16 60 10144 69L min 4 m cv v A Q 3 5 步进梁升降液压缸主要技术参数的确定 3 5 1 升降液压缸液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 图 3 4 升降液压缸的简易图 由步进梁概述及装配图可知活动梁升降运动采用液压缸驱动曲柄连杆机构 来实现 曲柄连杆机构简图如下 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 17 页 图 3 5 曲柄连杆简图 对曲柄连杆机构进行受力分析 示意图如 图 3 6 受力分析示意图 由简图可知 10 80 120AmmOPmmOA 由以上条件可得 mmOPOAAP14480120 2222 3 56 80 120 arctanarctan OP OA OPA 故可推出 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 18 页 3 663 5610BAP mmPABAPPB86 131 3 66sin144sin 由理论力学平面力系分析的相关知识可知若要求力 F 需将此机构上的所有力 对 P 点取矩 该机构作用活塞杆驱动力 F 和 G 又因为活动梁由两部分连杆 机构支撑 故踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄 6 555 101225 1 2 1025 8 4108 2103 G 对 P 点取矩可得下式 80101225 18086 131 6 GFOPGPBF 可求得 F 6 81 105N 已知升降液压缸的工作压力 P1 16MPa 故 265 4 10161081 6 DPAF 可求得 D 0 233m 233mm 查电子版机械设计手册液压缸的主要参数 将所求值圆整可得 D 250mm d 180mm 3 5 2 升降液压缸流量的计算 2 3 0 045 3 14 0 25 60 10132 47L min 4 m cv v A Q 3 6 选择液压缸 3 6 1 使用工况及安装条件 1 工作中由剧烈冲击时 液压缸的缸筒 端盖不能用脆性材料 故选用 无缝钢管 2 排气阀需装在液压缸液空腔的最高点 以便排除空气 3 采用长行程液压缸时 需综合考虑选用足够刚度的活塞杆和安装中隔 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 19 页 圈 4 当工作环境污染严重 有较多的灰尘 砂 水分等杂质时 需采用活 塞杆防护 套 5 安装方式与负载导向 安装方式与负载导向直接影响活塞杆的弯曲稳 定性 a 耳环安装 作用力处在一平面内 b 耳轴安装 作用力处在一平面内 通常较多采用的是前端耳轴和中间 耳轴 后端耳轴只用于小型短行程液压缸上 因它的支撑长度较大 影响活塞 弯曲稳定性 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞 c 法兰安装 作用力支承中心处在同一轴线上 法兰与支承座的连接应 使法兰面承受作用力 而不应使固定螺钉承受拉力 譽諶掺铒锭试监鄺儕泻 d 底座安装 前端底座需用定位螺钉或定位销 后端底座则用较松螺孔 以允许液压缸受热时 缸筒能伸缩 俦聹执償閏号燴鈿膽賾 e 负载安装 液压缸活塞不应承受侧面负载力 否则 必然使活塞杆直 径过大 导向套长度过长 因此通常对负载加装导向装置 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜 3 6 2 步进梁横移液压缸的选择 见下表 表 3 3 液压缸型号 型号 活塞杆直径 mm 推力 N 拉力 N 最大行程 mm HSG F 140 100E 4 8 2 1 1250 125 608210 286510 2640 3 7 液压泵及电机的选择 3 7 1 确定液压泵的最大工作压力 Pp PpPp 1 式中 P1 液压缸最高压力 MPa P 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失 P 可按经验数 据选取 管路简单 流速不大 取 P 0 1 1 MPa 管路复杂 进口有调 速阀的系统取骥擯帜褸饜兗椏長绛粤 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 20 页 P 1 2 MPa 本系统初选 P 2MPa 得 MPaPp18216 3 7 2 确定液压泵的流量 Qp 多个液压执行元件同时动作的系统 其液压泵的最大流量要大于同时动作 的执行元件所需的最大流量 并考虑系统的泄漏 即癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵 max QKQp 式中 K 系统的泄漏系数 一般取 1 1 1 3 大流量取小值 小流量 取大值 本系统 K 1 2 max Q 同时动作的液压执行元件的最大流量 对于工作过程节流调 速的系统 还须加上溢流阀的最小溢流量 一般取 0 5 10 4m3 s 本系统三个缸 不是同时动作 选取流量最大的横移液压缸估算液压泵的流量 即 max Q 144 69L min鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐 得 min 159 15969 1441 1 max LQKQp 本液压系统选用二个液压泵 一台工作 一台备用 在一台出现故障时 可以启动备用泵 以保证系统正常工作 从而避免较大的损失 又由以上计算 出的泵的流量选取柱塞泵 该泵具有精度高 密封性好 工作压力高等特点 技术参数如下榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴 表 3 4 泵的参数表 型号 排量 mL r 额定压力 MPa 额定转速 r min 驱动功率 KW 160MCY14 1B 160 32 1000 94 5 3 7 3 选择电机 电机驱动液压泵工作 根据液压泵的驱动功率进行选择 选择 Y3 系列三 相异步电机 Y3 系列是在 Y 系列 Y2 系列基础上采用新材料 新工艺设计的 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 21 页 该系列电动机采用优质的冷轧硅钢片作为导磁材料 具有设计新颖 造型美观 噪声低 转矩高 起动性能好 结构紧凑 使用维护方便等特点 具体选择型 号见下表逊输吴贝义鲽國鳩犹騸 Y3 型电机的主要技术参数 表 3 5 电机参数表 型号 额定功率 KW 满载时 电压 v 转数 r min 电流 A 效率 Y3 315S 2 110 380 2975 193 5 94 5 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 22 页 4 润滑 4 1 润滑剂的种类 润滑的目的就是为了减少工作表面的摩擦及由此造成的能量损失 减少工 作表面的磨损及发热 提高其寿命 保持机器的工作精度及提高机器的工作效 率 此外 润滑剂还有冲洗污物 防止表面腐蚀的功能 幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉 润滑剂的分类 润滑剂按其物理状态可分为液体润滑剂 半固体润滑剂 固体润滑剂和气 体润滑剂等四类 液体润滑剂 其作用是润滑工作表面 以达到减少工作阻力 提高效率和 延长机器寿命 同时还能起到冲洗 冷却摩擦面 缓冲减振 防锈 排污等作 用 誦终决懷区馱倆侧澩赜 半固体润滑剂 主要是指各种润滑脂 它是润滑油和稠化剂的稳定混合物 其特点密封简单 不经常更换 对减少高速电机自动装置及不易加油的设备的 摩擦意义重大 润滑脂受温度影响不大 对载荷性质 运动速度的变化有较大 的适用范围 在垂直面上不易流失 其缺点是流动性差 导热系数小 不能做 循环润滑剂 因其产生的摩擦阻力较大 故机械效率低 医涤侣綃噲睞齒办銩凛 固体润滑剂 是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质 如石墨 二 硫化钼 聚四氟乙烯等 其优点是可在高温 高压 高真空 高辐射 低温等 恶劣的工作环境中工作 舻当为遙头韪鳍哕晕糞 气体润滑剂 任何气体都可以作为气体润滑剂 其中用的最多的是空气 它主要用于气体轴承中 4 2 滚动轴承的润滑方式分类 根据使用的润滑剂种类不同 滚动轴承的润滑方式有油润滑 脂润滑和固 体润滑 3 类 1 油润滑 特点 a 适用于高速 高温和重载荷条件 b 设备保养和更换润滑剂方便 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 23 页 c 系统中的摩擦副可同时润滑 d 润滑装置复杂 密封苦难 润滑方法 滴油润滑 油浴润滑 飞溅润滑 压力供油润滑 喷雾润滑 油气润 滑 2 脂润滑 特点 a 适用于低 中速和中等温度条件 b 密封装置简单 c 维修费用低 润滑脂成本较低 d 摩擦较大 散热能力差 润滑方法 填脂法 油杯油抢注脂法 压力供脂法 3 固体润滑 特点 a 适用于油润滑和脂润滑不适用的特殊条件 b 适用温度范围宽 在真空环境能起润滑作用 c 抗辐射 耐腐蚀 不污染环境 d 寿命短 制作工艺复杂 润滑方法 固体粉末润滑 固体润滑剂涂层润滑 覆膜润滑 4 3 系统轴承的润滑方式 脂润滑有如下优点 1 首先是润滑轴承的各部分 减小进口轴承的摩擦和磨损 2 使轴承的滚动接触面经常形成适当的油膜 延长轴承的疲劳寿命 3 通过润滑带走了轴承内部因摩擦或其他原因产生的热量 4 通过润滑可对轴承达到防锈和防尘的作用 脂润滑有预先在密封型轴承中充填润滑脂的密封方式 以及在外壳内部充 填适量润滑脂 每隔一段时间进行补充或更换的充填供脂方式 此外 对有多 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 24 页 处轴承需要润滑的机械 还采用管道连接至各润滑处的集中供脂方式 脂润滑 可做到充填一次润滑脂后长时间不需补充 而且其密封装置的结构也较简单 因此使用广泛 所以此系统的轴承采用脂润滑 鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 25 页 5 设备的环保 5 1 设备的环境污染 人口 资源和环境问题是困扰并威胁当今社会生存和发展的三大问题 因 此世界各国政府和人民都对此给予了高度的重视和关注 因此我们在设计时就 要考虑设备生产过程中对环境的影响 本系统主要的污染就是噪声 振动以及 液压油污染 所以为了保证设备的正常运转和环境的安定和谐 我们需要采取 一定的措施来应对 筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废 振动和噪声的危害 液压系统中的振动和噪声是两种并存的有害现像 从本质上说 它们是同 一个物理现象的两个方面 两者互相依存 共同作用 随着液压传动的运动速 度不断增加和压力不断提高 振动和噪声也势必加剧 振动容易破坏液压元件 损害机械的工作性能 影响到设备的使用寿命 而噪声则可能影响操作者的健 康和情绪 增加操作者的疲劳度 韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊 振动和噪声的来源 造成液压系统中的振动和噪声来源很多 大致有机械系统 液压泵 液压 阀及管路等几方面 机械系统的振动和噪声 机械系统的振动和噪声 主要是由驱动液压泵的机械传动系统引起的 主 要有以下几方面 1 回转体的不平衡 在实际应用中 电机大都通过联轴节驱动液压泵工作 要使这些回转体做到完全的动平衡是非常困难的 如果不平衡力太大 就会在 回转时产生较大的转轴的弯曲振动而产生噪声 涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟 2 安装不当 液压系统常因安装上存在问题 而引起振动和噪声 如系统 管道支承不良及基础的缺陷或液压泵与电机轴不同心 以及联轴节松动 这些 都会引起较大的振动和噪声 钿蘇饌華檻杩鐵样说泻 液压传动中 液压油的泄漏是液压系统的常见故障 由于泄漏的存在 严重影 响了系统设备效能的充分发挥 造成生产被迫中断 影响生产 同时液压油泄漏消 耗 严重影响生产成本 因此 这个问题的解决关系到液压设备的正常应用以及该 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 26 页 厂的生产成本 泄漏及其危害一般而言 液压系统的泄露是指液压油从压力较高 的地方经过缝隙流向压力较低的地方或流向系统之外 泄漏分为内泄漏和外泄 漏2种 内泄漏是指液压系统本体内部从高压部分流向低压部分的泄漏 外泄漏 是指油液漏到系统外面的大气中去 从而造成污染 戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗 5 2 污染的应对措施 一般情况下 振动与噪声相伴产生 振动将导致系统的运行质量 而噪声会 影响人们的身体健康 噪声已经成为一种公害 必需控制系统的振动与噪声在一 定的范围之内 要控制系统的噪声 多数情况下应同时控制系统的振动 系统 的噪声主要有四种 结构噪声 流体噪声 液压噪声及运行噪声 控制噪声一 般可采取五个途径 降低激振力 提高机床及其构件的刚度以增加抗振能力 防止共振 采用减振及隔振的装置与措施 控制噪声的传播 为消除或降低噪 声 首先应找出噪声的声源 尽可能减低声源噪声 对降低振动 提高加工精度 也有利 当无法降低声源噪声或降低声源噪声不经济时 可采用减振 吸声或 控制噪声传播的方法 購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳 液压油污染的因素及治理措施 1 前期管理 前期管理主要指液压系统正式投入使用前的管理工作 包括液压系统的生 产制造 安装调试 运输等过程 在这些过程中 切屑 毛刺 型砂 涂料 焊渣 锈片和灰尘等都有可能 潜伏 在液压系统中 如果不注意清除 势必造 成日后液压系统的污染 因此 为了防止液压系统的前期污染 必须采取如下 的防护措施 主要有 嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪 1 严格检验外购件和加工零件的污染程度 液压阀 泵及过滤器 高压 胶管等在运输和储存过程中所有油口都必须加盖密封 防止污染物侵入 虚龉鐮 宠確嵝誄祷舻鋸 2 液压系统安装前 所有液压元件及零件必须彻底地清洗 特别是细管 盲孔 死角的杂质应清洗干净 经过清洗的零件应用干燥 洁净的气体吹干 以防止清洗液混入液压系统的液压油中 安装前清洁包括机械清理和化学清洗 如果在三氯乙烯中清洗 然后用压缩空气吹干 如果采用酸洗 应进行中和 处理 并冲洗干净 用干净的塑料袋把管密封 待干后方可安装 各元件装配 安阳工学院学院本科生毕业设计 论文 第 27 页 前用煤油洗刷 但禁止用带纤维的织物擦洗 與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢 3 液压油应密闭存放在洁净的场所中 防止高温接触及