2800中板热矫直机主传动系统的设计【说明书+CAD】
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2800中板热矫直机主传动系统的设计【说明书+CAD】,2800,中板,矫直,机主,传动系统,设计,说明书,CAD
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破损钢板在热矫直过程中的原理摘要：成型结构钢中最具代表性的一个基本组成就是钢板。桥梁结构的损坏主要表现在这些基础钢板以及它们的一些强的和/或者比较弱的轴的弯曲。这篇文章的目的就是描述钢板热矫直的基于实验和分析的研究以及提出与钢板应用有关的一些工程学标准。我们组织一项实验计划来研究钢板在热矫直中的反应并且分析一些重要的影响该反应的参数。实验中我们将各种钢板加热至300度以上。发现影响矫直的一些基本的因素有V字形热度的角度、加热过程中钢的温度和外部施加的力。加热后的塑性变形直接与这些参数成比例。为了帮助工程师们去预测热矫直中钢板的反应，我们得到一个简单的数学公式。这个公式反映了每V字形热度的平均塑性变形与V字形角、加热温度、外界施加的力、热膨胀系数和屈服应力的关系。这个公式能够很好地和实验数据吻合，而且是第一个包含有加热温度及外部力的大小的简单公式。这一分析方法也会逐渐地扩展到以下几个方面：轧制成型、轴向加载的物质和简单或复合的珩架结构。绪论成型结构钢中最具代表性的一个基本组成就是钢板。桥梁结构的损坏主要表现在这些基础钢板以及它们的一些强的和/或者比较弱的轴的弯曲。这篇文章的目的就是描述钢板热矫直的基于实验和分析的研究以及提出与钢板应用有关的一些工程学标准。这一工作形成了轧制成型中热矫直扩展的基础。几个关于钢板的V字形热度的研究已经实施。V字形热度指的是钢板的强轴的矫直倾向的加热曲线，我们将在以下的部分当中进行详细的描述。这些研究已经尝试着去分析影响V字形热度的参数并且演变出一个基于该数据的初步模型。Nicholls和Weeerth（1972）描述了一个顶角在2460并且有一个6增量、大小为211的V字形热度作用于一个10mm厚的A36钢板上所产生的弯曲度。这个V字形的深度也分为满深度、四分之三深度和二分之一深度不等。除了得出V字形角和它的深度越大产生的弯曲越大这个结果外，他没有做其他的有关这些参数的影响的估算。Roeder(1986)也做了一个关于未损坏的V字形热度钢板的研究。他采用了一些精密的检测设备，如热电偶、接触式高温计和应变仪。另外还有常规的工具，如游标卡尺和钢板标尺。由于这是第一次的尝试着去从实验和分析的角度来量化钢板在热矫直过程中的很大范围的一些参数，所以这项工作是很有意义的。这些参数主要是V字形几何学、样本几何学、加热温度、速度、钢种、控制力、最初的残余应力和淬火。Roeder的关于这些参数结论是基于60度左右的温度得到的。结果这只有很少数的反复的热度利用了同一参数。虽然从这个数据中我们可以得到它们的变化趋势，但是由于数据太少，限制了对结果的量化价值。尽管这样，他的研究却给我们提供了这里所提到的很多实验工作的最初的基础。Roeder的大部分结论是：l 一个实用的和安全的加热上限是650（1200）l 当加热温度保持在大约720（1330）这个相变温度以下时，材料性能上的变化很小l 由V字形热度所产生的塑性变形是直接和V字形角和加热温度成正比的l 由V字形热度所产生的塑性变形是直接和在加热过程中的V角的开口端集中的控制力成正比的l 淬火是很有效的并且可能增加V字形热度的变形，但是加热温度必须在相变温度以下【尽管一些试验员认为只有在加热温度低于700或者370才能进行淬火】l 塑性变形主要产生在V字形热度区域以内l 塑性变形对钢板的几何形状很敏感的。但是多数的敏感度都可以归结于加热速度和加热流程上的不同这篇文章里的研究可以扩展至Roder的工作并且包含足够的用来定量这些和一些其它的结论的反复的数据。关于热矫直的文献最近几十年就有了，1989年前就在一些文章中出现了有关它的评论。但是，整个过程的工程学量化已经缺少了。极少数技术人员目前还是用一些基于他们多年的经验的方法来指导他们进行维修。对于缺少这些经验的工程人员来说，他们就需要一套解析程序来决定他们怎么在一项特殊修理中将热矫直过程做好。由于经济上的原因，这些解析工具必须相当的快速、便于使用，并且能够适应不同的V字形几何、加热温度范围、外加负载和支持抑制。目前，存在着两个极端：（1）一些极度简单的模型（Holt 1965,1971;Moberg 1979）,这些模型并不能计算出温度范围或者内在、外在的控制力对系统的影响；(2)全面的计算机模型（Chin 1962;Burbank 1968;Weerth 1971;Horton 1973;Roder 1985,1986,1987）,这些模型是基于弹塑性有限元素或者有限条压力分析和一个相似的热量分析的。但是前者太简单以至于不能够精确估算过程中的表现；后者需要一个相当长的计算机计算过程，这样也不是实用的办公设计工具。结果，我们还是需要一个分析模型，这种模型不仅实用，而且能够提供全面的有关所有重要的精确的预先表现的结论。一个没有包含在比较简单的公式中的重要的考虑就是外在、内在的控制力的影响。外在力是用来产生弯曲活动从而将工件拉直。在加热过程中能够在V角的开口端产生压缩的外在力可以增加限制从而增加每一热度所产生的变形。被Holt和Moberg引用的领域中的应用涉及到控制力的使用。因为在大多数情况中，材料的单独的抑制将会比完美的紧闭少，这似乎说明在被修理的结构上的实际的与预料的活动之间的相互关系，就像Holt和Moberg所提到的那样，最初是外在力的影响的结果。一个改善了的模型应该百含有内在、外在力的影响。这篇文章的目的就是量化影响钢板热矫直的参数，并且设计一个简单有效的程序来预测热矫直过程中变形了的钢板的反应。我们所选的方法必须首先就能够分析热矫直过程中可以产生重大影响的所有参数。这个阶段的完成就需要我们对早先的研究所获得的试验数据进行研究，并且进行一项更进一步的试验过程，从中获得另外的数据。当我们将这两者的数据结合起来后，一个用来预测钢板的反应的分析程序就产生了。实验计划结果的评估V角研究者认为其中一个影响钢板塑性变形的最基本的参数就是V角（Holt 1971; Roder 11986; Avent 1989）。数据显示出了塑性变形和V角之间的近乎线性的关系。正是因为这个，大多数的数据必须和V角一起作为纵坐标，而塑性变形作为横坐标。这样第一个最小二次方曲线就出现了。随后的图形就说明了这些变量之间的一致的比例关系。V角深度以前的研究者（Holt 1971; Roder 1985）已经得出这样的结论：塑性变形和深度比是成比例的，这个深度比就是指的V角深度与钢板宽度W的比。对Roder 在6507（12007）6807（61507）范围内的测试数据的再次研究对于V角深度的影响无关紧要。由于数据稀少，不论是深度比是0.75还是0.67，都不会导致一贯发生的塑性变形。为了进一步评估这一现象，我们又组织了一连串的实验，深度比分别为0.5、0.75和1，V角从207变到607。对于其中每一个情况，我们都用了至少3中温度作用于最初平直的钢板上，并且将结果求平均值。结果显示在图2中，对三种深度比、三种V角和2个增加了的比率进行了对比。增量比率反映了控制力常常在V字形热度区域产生一个大小相当于钢板最大弯曲功率25%或者50%的瞬间力。就像在图2中看到的那样，深度比75%和100%轨迹相近。实际上，75%的深度比在6中情况之中的一个情况中导致较大一些的塑性变形。当和其它的两个相比较时，50%的深度比产生了一个不稳定的行为。在6个当中的3中情况中，50%的深度比产生了较小的塑性变形。在另外的3中情况中，塑性变形是很相似的。为了进一步分析这种行为，我们将一些钢板毁坏并且再将它们矫直。毁坏程度是很大的，以至于我们要在大多数的钢板上都要施加至少20的热度。因此，更多的令人满意、意义重大的平均塑性变形就从这次测试中得到了。结果显示在图3中，对应一种增量比0.5和两个V角深度比0.75、1.0。再次说明塑性变形的样式和V角深度比没有一个直接的关系。因此，尽管直觉告诉我们，增加V角深度比可以增加塑性变形，但是对于这一结论却没有实验证据。我们可以得到如下结论，0.751.0之间的V角深度比对塑性变形的影响是很小的。但是，0.5的V角深度比可能会减小塑性变形。钢板厚度和宽度研究者一般认为钢板的厚度对塑性变形的影响是可以忽略的。唯一的数据说明钢板厚度必须足够小以便于热量能够平衡地渗透钢板。实际的厚度一般在1925mm（34-1 in.）之间。厚一点的钢板可以两边都进行加热以保证热量在厚度方向上的均衡渗透，或者将钢板稍微倾斜也可以实现。图4表示了不同厚度的钢板的测试结果。每一个长条代表了作用于单独一个钢板的至少3个热度的平均值。这个测试中没有应用控制力。结果说明可能发生在大多数热度情况下的钢板的变化。但是，对于三种不同的V角，并没有钢板厚度上的明显的模式。结果的随意性说明塑性变形不是钢板厚度影响的结果。我们在前面拥有较少参数的测试中也发现了相似的倾向（Roder 1985）。除了钢板的厚度，钢板的三种宽度也进行了研究，示于图5中。塑性变形是三种热度情况下的变形的平均值。我们留心了一个作用在102mm（4-in.）的钢板上的罕见的极低的平均值。但是，却没有发现介于203mm(8-in)和302mm(12-in)宽度之间钢板中的区别。这些测试的结果表明钢板宽度和塑性变形之间并没有一个清楚的关系。Roder(1985)所做的测试同样说明了一个相似的倾向。总起来说，钢板厚度和宽度对塑性变形的影响是很小的。测试结果确确实实说明了热矫直过程中的钢板反应的变化情况。这里所说的波动对变化特征的影响比钢板几何形状对它的影响要显著。从而，钢板几何形状是作为影响塑性变形行为的辅助因素来看待的。温度热矫直中一个最重要的也是很难去控制的参数就是被加热材料厚度方向上的温度。影响温度的因素有火焰口的大小、火焰的强烈程度、加热速度和钢板的厚度。在这个实验中，Roder(1985)让富有经验的操作者加热，并且对其热度进行了仔细的测量。他发现这些操作者，在通过颜色来辨别温度时，通常判断误差大约为567(1007)，而且在很多情况下都有1117(2007)那么大。从而，在温度控制中有相当可观的变化，即使这是很有经验的人做的。为了进一步清楚的定义Roder实验中数据所显示的变形行为，我们在钢板上作用了很多的加热温度来进行研究，从3707到8157，并且有一个567的增量。结果显示在图6中，这里每一个数据点代表了三种热度循环，并且这些点由一条直线连接起来以便于辨认。这里一个很清楚并且有规则的随着温度的增加塑性变形也增加的曲线关系就有了。曲线之所以那么有规律，是因为这些温度的调节是由一个技师来完成的，并且增量的调节也是步调一致的。大多数研究者认为对于除了淬火和调质处理了的高强度钢以外的所有的钢板的最大的加热温度是6507。对于碳钢，更高的温度会导致更大的变形；但是，平面以外的扭曲有可能发生，而且表面损坏如蚀斑在7607-8707时会产生。同时，温度超过7007可能导致分子组成的变化进而可能导致冷却时材料性能上的变化。在这点上的极限安全温度是6507。对于淬火、调质处理的钢，热矫直过程可以进行，但是对于A514和A709(等级在100和100W)温度必须控制在5937,对于A709(等级为70W)温度为5667，以保证调质温度不会超过所需的温度并且不会影响材料的性能。允许的能被热矫直的淬火、调质钢和Shanafelt和Horn（1984）所建议的正好相反；但是，文章中并没有提及反作用。为了控制加热温度，对于不同厚度的钢板，我们要采取不同的加热速度和火焰口的大小、类型。但是只要温度很快达到合适的水平，收缩影响还是相似的。这个结论已经被两个实验证明了，在这两个实验中，我们选择了不同的钢板，也用了不同强烈程度的火焰。其一，我们用了低强度的火焰缓慢地增加到6507,另一个中，火焰强度很大同时快速地增大到最高温度。两种情况下地变形很相似。控制力控制力这个术语既可以是外在的力，也可以是内在的力。这些力如果能被合理的利用，可以促进矫直过程。但是，不能被合理地理解，控制力会扰乱甚至是阻碍矫直过程。热矫直地基本理论就是产生塑性变形导致厚度方向上的扩充，然后就是冷却阶段的纵向弹性收缩。尽管操作者已经意识到在矫直过程中的控制力的重要性，但是很少有研究者去量化它的影响。我们组织了一连串的测试用来估计这个参数。实验当中，我们在一块钢板上作用了一个控制力，最后这个控制力在强轴方向上产生了一个倾向于减小V角的瞬间力。这个瞬间力是没有量纲的，它只是在V角处产生了这个瞬间力的比率。这个测试包含有从0到50%变化的控制比，其中有四个不同的V角而且V角延伸至要么四分之三钢板厚度要么整个钢板厚度。结果显示在图7和8中。从这个数据中我们得出如下的结论：塑性变形的变化和控制比的变化成比例的，合适的外在负载会很大程度上促进热矫直过程。Roder(1985)也研究了不同的控制力的影响，也发现了相似的表现。但是数据点的数量很有限。图7和8中显示的结果是基于无形变的钢板在不同的数据点上进行了三到四次的加热得出的。任何一个确定的参数的总的数据点大约都是6或者更少。尽管这数据说明了基本参数所所引起的变化倾向，但是数据太少以致于不能够包含令人满意的价值。为了弥补这个缺陷，我们做了另外一组实验，这实验是用了最初是被损坏了的同样6mm厚的钢板，然后进行加热一直到矫直完成。这两个钢板被加热至热度为20到100。表格一中给出了这个实验中各个参数和塑性变形的概要情况。加热温度是6507。其中的一些结果被划分在图9中用以说明控制力的影响。平均是三种情况下的平均数。平均数的95%的置信区间也示于图9中,它提供了热矫直中典型的分散的测验数据。我们再一次发现塑性变形和控制力时成比例的。我们没有发现其中一个很有趣的现象，那就是最初的几次加热导致了相当大的塑性变形，特别是第一次加热。这些最初的加热过后，塑性变形就一致变得比较小，并且后来的加热中再也没有显示出什么有意义的变化。这种现象要归因于在损坏过程中产生的最初的残余应力。这个结果的含义就是理论公式应该建立在有相当多的实验数据的基础上，而不是只有几个数据。这里所提到的所有的数据中，序列中所有热度的平均值都应用到了。就像预料中的那样，当3个或多个热度的平均值作用于平直钢板上，10个或者更多的热度的平均值作用于损坏了的钢板上时候，二者每一热度所发生的变化是很相似的。第二种类型的有可能施加到钢板的外部控制力就是轴向控制力。同样也进行了一连串的测试，这个测试是对于每一V角我们都在钢板上施加了轴向的迭加负载。这个负载产生了一个138MP的轴向应力或者说是相当于公称屈服应力56%的实际应力。这些结果表示在图8中，以便于和弯曲控制力产生的结果相比较。应用轴向载荷并不是一个很有效增加塑性
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