膜式壁焊接生产线—扁钢板焊前整形机设计（含上料）-钢板裁剪机设计【5张PDF图纸+CAD制图+文档】
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本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 膜式壁焊接生产线膜式壁焊接生产线扁钢板焊前整形机（含上料）扁钢板焊前整形机（含上料）扁钢精整生产线控制系统设计摘摘 要要本文设计了一种利用PLC实现精密扁钢精整。介绍了扁钢精整的生产工艺和控制要求，并阐述了该控制系统的硬件组成和软件实现。精密扁钢精整装备是用于锅炉膜式水冷壁制造的关键设备之一，用于对退火后的扁钢原材料进行尺寸精整、矫平、矫直，使之尺寸和形状达到焊前要求。扁钢在精整过程中，易产生尺寸精度不高、长度方向存在竹节型缺陷等问题，因此有效控制扁钢的精整过程可提高精密扁钢的生产质量、保障电站锅炉膜式水冷壁的焊接质量。随着电子技术的发展，可编程逻辑控制器（PLC）由于其较高的灵敏度和可靠性等原因而广泛应用于机械、化工、轻工等领域。因此，我们采用先进的PLC控制，使故障率大为降低，提高了系统的可靠性，实现了精整量与传动速度的匹配、加工参数的任意设定、定长切断和计数、自动下料等功能，实现了扁钢精整生产线控制。 关键词：关键词：扁钢 PLC 精整 定长 剪切 - I -The design of finishing flat steel production line control system AbstractA kind of automatic control system that uses PLC to achieve Precision flat steel finishing is designed in this paper. It introduces the production process and control requirements of flat steel finishing, and describes hardware components and software to achieve of this control system. The precision flat steel finishing equipment is one of key equipment that is used to manufacture membrane water wall, and used to finishing size, hand-ping, straightening to flat steel raw materials after annealing, so as to make Size and shape meet the requirements of welding. In the finishing process, flat steel is easy to produce the problems that dimensional accuracy is not high, and the length direction exists defect such as bamboo-type. So effective control of flat steel finishing process can improve the precision flat steel production quality, and ensure welding - II -quality of power boiler membrane water wall.With the development of electronic technology, programmable logic controller(PLC) are widely used in machinery, chemical industry, light industry and other fields because of its high sensitivity and reliability. So we adopt advanced PLC to control the flat steel finishing production line, and in this way it can greatly reduce the failure rate , improve system reliability, and realize some functions that include matching of finishing and transmission speed, any setting of processing parameters, cut according to a certain length, counting and automatic feeding. Finally, Control of flat steel finishing production line is realized.Key words: flat steel PLC finishing fixed-length shear 目目 录录摘 要.IIABSTRACT.III1 绪论 .21.1 研究背景.21.1.1 扁钢精整生产线的市场需求 .21.1.2 扁钢精整生产线的技术需求 .31.2 扁钢精整生产线的研究现状.41.2.1 国外相关技术发展现状 .41.2.2 国内同类工作研究现状 .51.3 研究内容.71.3.1 本文研究的主要内容 .71.3.2 课题主要解决的技术关键问题和创新点 .7- III -1.4 研究目的与意义.81.5 研究方案.91.6 本章小结.92 扁钢精整生产过程和控制要求 .102.1 扁钢精整生产工艺.102.2 扁钢精整生产线主要设备简介.102.2.1 扁钢卷料架 .102.2.2 扁钢精整矫直矫平机 .112.2.3 工作原理 .112.2.4 结构分析.112.2.5 液压扁钢切断机 .112.2.6 扁钢辊道料架 .112.3 扁钢精整生产线功能分析.122.4 扁钢精整生产线的总体设计方案.122.5 主要技术指标.132.6 本章小结 .143 矫直机的组成部分及作用 .143.1 扁钢精整矫平矫直机的组成.143.2.1 矫直轮的作用 .153.2.2 传动轴的作用 .153.2.4 扁钢托轮的作用 .183.2.5 机座的作用 .183.4 本章小结.184.3 上下矫直轮的尺寸确定.224.4 本章小结.235 矫直机重要部件的校核 .235.1 连接上下矫直轮的螺钉和销的校核：.235.1.1 螺钉的校核 .235.1.2 销的校核 .245.2 传动轴的校核.255.2.1 传动轴 I 的校核 .25- IV -5.2.2 传动轴 II 的校核 .255.3 锥齿轮的校核.265.3.1 锥齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核 .265.3.2 锥齿轮齿面接触疲劳强度的校核 .285.3.3 链轮选择.285.3.4 键的选择与校核.305.3.5 轴承校核.305.4 本章小结.316 总结 .32参考文献 .35致 谢 .361 1 绪论绪论1.11.1 研究背景研究背景精密扁钢精整装备是用于锅炉膜式水冷壁制造的关键设备之一，用于对退火后的扁钢原材料进行尺寸精整、矫平、矫直，使之尺寸和形状达到焊前要求1。扁钢在精整过程中，易产生尺寸精度不高、长度方向存在竹节型缺陷等问题，因此有效控制扁钢的精整过程可提高精密扁钢的生产质量、保障电站锅炉膜式水冷壁的焊接质量。1.1.1 扁钢精整生产线的市场需求精密扁钢精整生产线主要用于锅炉行业膜式水冷壁的生产。采用膜式水冷壁技术生产的锅炉具有传热效率高，密封性好，节能，污染小，炉墙重量轻等特点2。而且随着科技的发展和社会对环保要求的不断提高，膜式水冷壁也将在工业锅炉中得到大力推广3。膜式水冷壁管屏是锅炉炉墙的重要结构件和主要受压部件，其作用是通过膜式水冷壁构成锅炉的炉膛，在锅炉中具有举足轻重的地位4。随着- 1 -科技的不断发展，社会对锅炉性能和环保要求的不断提高，膜式水冷壁技术已由原来仅在35T/H以上锅炉使用，正逐步发展到在10T/H30T/H间的工业锅炉中使用。目前我国每年膜式水冷壁产量在8万吨以上，与之对应的精密扁钢需求在6000吨以上，随着中小锅炉厂大量采用该技术，其产量将不断扩大。 膜式壁制作工艺受设备条件的限制，膜式壁管屏制作过程中存在着很大的浪费现象5。膜式水冷壁由管子和精密扁钢焊接而成（管子与扁钢相间焊接）。在锅炉结构中，膜式水冷壁上联储存蒸汽的汽包，下联作为输水接口的集箱，这就对膜式水冷壁提出了较高的节距要求6。同时在膜式水冷壁的生产过程中，对管屏的弯曲普遍采用管屏压力弯曲机，该机的使用对膜式水冷壁的节距提出更高的要求，一般要求管子的节距误差小于0.3毫米，管屏的宽度误差小于2毫米。而在我国，钢管直径为管子直径的5%，误差很大（以常用的直径为60毫米的管子为例，直径为58.861.2毫米），所以此问题必须通过对不同误差的管子采用宽度尺寸不同的扁钢来解决。在考虑扁钢的宽度尺寸时，还需考虑焊接后焊缝收缩对管子节距的影响。这也将通过调节扁钢尺寸来消除。精密扁钢精整生产线的主要作用是退火后的扁钢通过本生产线的精整、矫平、矫直，使之成为满足焊前要求的尺寸与精度。精密扁钢生产线的市场需求量很大。在锅炉行业中，精密扁钢生产线是采用先进技术的锅炉生产中的关键设备之一，它的性能好坏将直接影响膜式水冷壁的质量，从而影响锅炉的质量和产量，这一点在锅炉行业中已经达到共识。为保证生产，一般锅炉制造企业同时配有多条同类生产线，以防不测。由于精密扁钢的宽度精度较高（80毫米宽的扁钢精整后要求全长宽度误差在0.15毫米以内），每条生产线年产精密扁钢仅为150吨，所以该行业每年需要精密扁钢生产线在20套以上。 1.1.2 扁钢精整生产线的技术需求精密扁钢的要求是扁钢的宽度误差应在0.15毫米以内，外型要求平直。经调研发现，推广精密扁钢生产线的关键是解决所生产的扁钢质量与精度不符合膜式水冷壁生产要求，精整量不适合我国钢管供应状态，生产线的使用可靠性低，寿命短等诸方面的问题。目前由于未很好的解决上述问题，给我国锅炉行业尤其是中小锅炉企业采用膜式水冷壁这一先进技术带来了相当的困难。我国扁钢精整生产线存在的问题如下所述：(1) 扁钢精整工艺与生产线、扁钢精整机的总体布局 就技术而言，锅炉行业现以有多种扁钢生产线在使用，但至今还没有一家扁钢精整机生产厂家能提供全套的生产线，均是用户单位在购买精整机的基础上自行成套，在成套过程中出现的工艺问题很难解决。同时这些生产线所生产的扁钢几乎均存在旁弯和扭曲的现象。究其原因，与扁钢精整工艺、生产线及生产线中的主机总体布局有关。生产线应具有扁钢开卷、精整矫正、切断等功能，主机应具有对扁钢进行精整、矫直、矫平- 2 -的功能。现有主机的总体布局是矫平精整矫直，精整和矫平由同一工作部件完成，在操作中，由于精整量大，顾了精整尺寸，顾不了矫直，反之亦然。容易产生旁弯现象。在精整过程中，由于精整零件的磨损可能不一，扁钢两边因精整产生的应力也可能不同，即容易产生扭曲。 (2) 扁钢的宽度精度 现有生产线中一般还存在所生产的扁钢精度不高，宽度误差大于膜式水冷壁的生产要求，同时长度方向存在竹节型，宽度尺寸不统一等缺陷，对膜式水冷壁的焊接带来了相当大的影响。究其原因是对精密扁钢的生产工艺和相关理论研究不透所至，如在这一方面不加以突破，这些问题很难有较大的改观。 (3) 精整量与我国钢管供应状态 精整量不能满足我国钢管供应状态是现有扁钢精整生产线的通病。根据上述，我国现在供应的钢管直径在 5%的误差以内均为合格品。这要求扁钢精整量应大于 1.2 毫米。而我国现有扁钢精整机绝大多数为模仿国外产品,国外供应锅炉生产用钢管的精度大大高于我国，膜式水冷壁生产所需的扁钢精整量很小，简单的模仿将不适应我国的国情。同时国内现在扁钢精整机生产厂家技术力量薄弱,无力对精整矫正理论进行研究,为打开市场,虚假的扩大本企业产品的生产能力,导致了出现用户感觉产品实际能力达不到设计能力的现象。(4) 使用寿命 国内一些大型和较大锅炉企业大量采用膜式水冷壁技术，而国内现有的作为膜式水冷壁生产的关键设备的扁钢精整生产线使用寿命存在严重的问题，不得不多备数条同类生产线，以防不测。仅以上海锅炉厂为例，现有扁钢精整机的平均寿命为 23 年，几乎每年要更换 12 台扁钢精整机，既浪费了钱财，有影响了生产。设备使用寿命如此之短，其主要现象为一些关键零部件的频繁损坏，其根本原因还是所应用的相关理论不成熟所至。1.21.2 扁钢精整生产线的研究现状扁钢精整生产线的研究现状1.2.1 国外相关技术发展现状扁钢是中厚板的一种，广泛用于锅炉、容器、石油化工等方面，日本中厚板生产技术在世界上处于领先地位。1985年日本住友金属鹿岛厂厚板车间安装了世界第1套复合式矫直设备(也称子母式矫直机)。该矫直机由大辊径厚板矫直机和小辊径薄板矫直机构成，大辊径矫直机主要解决厚板不平度缺陷，小辊径矫直机主要解决薄板的板形不良缺陷7。近10年来，日本、德国主要的冶金厂商先后推出“第三代矫直机”，既开发有等距矫直- 3 -机，同时为了扩大矫直范围（薄板用小辊径小辊距， 厚板用大辊径大辊距），也开发有变辊数、变辊距矫直机，还开发有组合式和伸缩式矫直机，矫直范围从以往的45倍扩大到10倍左右8。日本中厚板轧机均装备了由高响应性的液压AGC系统、Y射线测厚仪等传感器，以及高精度数学模型构成的计算机厚度控制系统。厚度自动控制有三个要点，一是采用弹跳方程等数学模型实现高精度设定；二是采用绝对值AGC控制钢板全长的厚度精度；三是通过道次间、板坯间的实测值与模型计算值的对比实现模型自学习。为了保证钢板的平直度，需严格控制各道次的板凸度。日本的中厚板轧机除配备必要的辊型和实施设计合理的轧制规程外，还具备WRB、WRS等控制手段。此外，日本还在软件、传感器方面做了大量的改进工作。例如，开发了轧件三维变形的高精度板凸度模型，紧邻轧机出口安装了平直度检测仪等。目前，日本中厚板板凸度平均可以控制到0.O5毫米以下。为减少切头、切尾、切边量，日本各中厚板厂都开发了平面形状控制技术，钢板轧后尽可能接近矩形。JFE水岛厂开发的MAS轧制方法，可定量地预测轧后钢板的平面形状，在成形轧制或展宽轧制的最后一个道次，将钢板纵向断面轧成设定形状，从而保证轧后钢板最接近于矩形9。此外，国际知名的冶金设备供应商(德国的MDS、SMS-Demag和日本的MHI等)纷纷推出第三代矫直机, 高刚度、全液压和自动化功能更强, 对钢板的矫直效果很好10。对于精密扁钢生产技术而言，德国产设备一般采用四辊矫平，一对精整辊精整，三辊矫正。其中精整辊的夹紧采用摇臂结构，设备重约 2T，其最大精整量为 1mm，连续运行寿命约为 1 年。日本产设备一般采用五辊矫平，六对辊轮精整和矫直共用，精整辊的夹紧采用丝杆矩形导轨结构，设备重量为 2.5T，最大精整量为 1.2mm。此类设备由于精整辊轮精整和矫直共用，其可控性较差。以上两种形式的精密扁钢精整设备国内均有引进，由于我国生产的钢管和扁钢的允许误差较大，这些设备的性能参数以及刚度、强度均不能满足国内生产的需要。1.2.2 国内同类工作研究现状首先，对于我国的中厚板生产技术来说虽然我国各种中厚板都能生产，但从生产技术、钢板质量、消耗指标及产品创新等方面看，与日本、美国、德国及俄罗斯相比，尚有一定差距11。精密扁钢精整装备是用于锅炉膜式水冷壁制造的关键设备之一，我国膜式水冷壁技术在电站锅炉中使用已有多年，优点很多，但由于装备投资很大（一些大型企业均采用国外进口设备），对国内原材料的适应性不好，严重的制约了该项技术在工业锅炉中的使用，使得我国工业锅炉的发展大大落后于发达国家。与此同时，工业锅炉也成为我国的一个重大的能源消耗点和严重的污染源，与我国现代化建设十分不配。- 4 -我国从“七五”期间开始引进和消化国外自动化水平较高的焊接生产技术和相关装备，但是对精密扁钢的生产技术研究一直没有予以重视，精密扁钢的生产工艺和生产装备技术一直比较薄弱。目前我国使用的精密扁钢生产设备基本上是简单仿制日本三菱和德国巴巴克公司的产品，仅在国外技术的基础上进行了部分改进，基本没有从扁钢精整机理上进行深入研究。由于国外钢管产品的尺寸精度与国产钢管相比有很大不同，在实际生产中发现，这些仿制设备在用于制造与国产钢管配套焊接的精密扁钢时，其主要技术参数往往不能满足实际生产要求，并且同时存在设备设计刚度、强度不足，精整后扁钢尺寸精度不高，设备可操控性差，使用寿命短等缺陷，不符合我国国情。上述情况表明，我国自行开发的精密扁钢生产设备仍存在一系列技术问题，我国精密扁钢生产技术与膜式水冷壁焊接生产技术装备仍未形成良好配套。在控制方面，杨书仪等人利用PLC和力控软件开发了一个自动生产线的监控系统。该钢板弹簧自动剪切生产线监控系统自动化程度较高、运行稳定、性能可靠、维护方便，利用组态软件开发的上位机监控程序界面友好、操作方便、实用性强12。罗伟，肖晓明等人用实验证明，在轧钢机系统的控制中，模糊控制在对象参数变化时，具有较强的抗干扰能力，能够对其进行较好的控制，有较好的应用价值，用PLC作控制器核心，使控制器编程更简单灵活，操作方便，实用性强13。但对于扁钢精整生产线的控制均未能达到很好的效果。锅炉行业现已有多类扁钢精整装备在使用，但至今为止还没有一家扁钢精整装备生产厂家能提供全套的生产线，在成套过程中出现的工艺问题很难解决 1 。一条完整扁钢精整生产线应具有扁钢开卷、精整、矫平、矫直、切断等功能。现有国产设备大多是将精整和矫平由同一工作部件完成，在使用中，由于精整量大，精整尺寸得到控制，则矫直效果受到明显不利影响，反之亦然，故容易产生旁弯现象 2 。在精整过程中，由于精整零件的磨损程度存在差异，扁钢两边产生的应力则可能不同，故容易产生扭曲。现有扁钢精密设备普遍存在精整扁钢尺寸精度不高、长度方向存在竹节型等缺陷。分析其原因，主要是在扁钢精整生产装备的设计技术方面存在问题，没有对精密扁钢的整形机理和相关精整矫正计算理论进行深入的研究，如在这一方面不加以突破，这些问题很难有实质性的进展 3 。现有扁钢精整生产装备的精整量与国产钢管的技术指标难以匹配，这已经成为现有扁钢精整生产线的通病。我国国产钢管的直径误差在标称值的(1)以内均为合格品，对于这种类型的钢管，要求扁钢精整虽应大于12mm，而现有扁钢精整装备绝大多数达不到这一要求 4 。膜式水冷壁生产技术包含精密扁钢生产技术，管子焊前预处理技术和膜式水冷壁焊接生产技术三个环节，环环相扣。精密扁钢生产技术将直接影响所生产的膜式水冷壁的质- 5 -量。 从技术角度看，国外在三个环节都具有相当的优势，均有成熟的技术与装备 5 。我国在“七五”期间开始以焊接生产技术为主引进相关技术与装备，忽视了精密扁钢的生产技术。多年来国内的技术人员也把相对较多的精力放在焊接技术的研究上，精密扁钢的生产技术与装备几乎无人研究。目前我国使用的有关设备基本上是简单的模仿日本三菱和德国巴巴克的产品 6 。诸不知国外的原料供应状态较国内好的多，模仿的设备不适合国情，以至目前我国的精密扁钢生产技术与膜式水冷壁焊接生产技术严重不配套，至今还无专业生产装备的厂家从根本上掌握精密扁钢生产技术，从而有能力提供成套的性能价格比高的成套相关设备。 从经济角度看，由于大型电站锅炉的竞争小于工业锅炉，相对利润率较高，我国的大型电站锅炉厂家的效益普遍好于工业锅炉厂，所以对精密扁钢生产主机的使用寿命短，每台装备的使用寿命仅 23 年，此项设备更新费用每年为 1015 万元还是可以接受。但对竞争更加激烈，经济实力较弱的工业锅炉生产厂家，就无力承担了 7 。膜式水冷壁技术在工业锅炉中的应用是大势所趋，尤其是在我国进入WTO以后，采用先进技术生产的国外产品进入，将极大的影响工业锅炉领域的市场格局 8 。国内生产厂家要在市场上争得一席之位，必须采用如膜式水冷壁这样的先进生产技术。我国地域辽阔，工业锅炉使用范围广大，该项技术的应用前景十分宝贵看好 9 。目前，国内扁钢精整生产线的自动化程度还不高，大多处于半自动半手工水平，与国外全自动相比，还有很大差距。1.31.3 研究内容研究内容1.3.1 本文研究的主要内容精密扁钢精整装备足用于锅炉膜式水冷壁制造的关键设备之一，用于对退火后的扁钢原材料进行尺寸精整、矫平和矫直，使之尺寸和形状达到焊前要求 10 。确保膜式水冷壁制造质量的关键之一在于保证膜式水冷壁钢管问的节距精度 11 。在膜式水冷壁钢管节距固定的前提下，必须通过扁钢宽度尺寸的变化来调整扁钢与钢管之间的间隙。由此可见扁钢宽度尺寸的精度直接影响膜式水冷壁的整体质量 12 。在锅炉结构中，膜式水冷壁上联储存蒸汽的汽包，下联作为输水接口的集箱，与两者的连接通过焊接而成，这就对膜式水冷壁提出了较高的节距要求。同时在膜式水冷壁的生产过程中，对管屏的弯曲普遍采用管屏压力弯曲机，该机的使用对膜式水冷壁的节距提出更高的要求，一般要求管子的节距误差小于 0.3 毫米，管屏的宽度误差小于 2 毫米。而在我国，钢管直径为管子直径的 5%，误差很大（以常用的直径为 60 毫米的管子为- 6 -例，直径为 58.861.2 毫米） ，所以此问题必须通过对不同误差的管子采用宽度尺寸不同的扁钢来解决。在考虑扁钢的宽度尺寸时，还需考虑焊接后焊缝收缩对管子节距的影响。这也将通过调节扁钢尺寸来消除。精密扁钢精整生产线的主要作用是退火后的扁钢通过本生产线的精整、矫平、矫直，使之成为满足焊前要求的尺寸与精度。精密扁钢生产线的市场需求量很大。在锅炉行业中，精密扁钢生产线是采用先进技术的锅炉生产中的关键设备之一，它的性能好坏将直接影响膜式水冷壁的质量，从而影响锅炉的质量和产量，这一点在锅炉行业中已经达到共识。为保证生产，一般锅炉制造企业同时配有多条同类生产线，以防不测 13 。由于精密扁钢的宽度精度较高（80毫米宽的扁钢精整后要求全长宽度误差在0.15毫米以内），每条生产线年产精密扁钢仅为150吨，所以该行业每年需要精密扁钢生产线在20套以上。 1.3.2 课题主要解决的技术关键问题和创新点技术关键问题：(1) 精整量与传动速度的匹配(2) 加工参数的设定(3) 定长切断和计数(4) 自动下料创新点：(1) 通过对扁钢精整生产线控制系统的改造，掌握精密扁钢生产技术，实现优化的生产线总体方案。(2)采用最新精密扁钢生产理论对设备进行优化设计，基于PLC对控制系统设计，实现适合我国国情的精密扁钢生产技术与装备的成套供应。 1.41.4 研究目的研究目的与意义与意义 通过对扁钢精整生产线控制系统的改造，提高扁钢轧制效率，降低劳动力，提高经济效益。通过设计剪切控制系统，提高扁钢精度。解决现有钢板长度定尺的低自动化程度和低剪切精度的问题。实现精整量与传动速度的匹配、加工参数的任意设定，从而可以使一条生产线可以生产多种类型扁钢。进而为锅炉行业提供适合我国国情的性能价格比高的精密扁钢生产成套技术与装备，促进膜式水冷壁技术在工业锅炉中的使用，从而降低能源的消耗及保护环境。就技术而言，锅炉行业现以有多种扁钢生产线在使用，但至今还没有一家扁钢精整机生产厂家能提供全套的生产线，均是用户单位在购买精整机的基础上自行成套，在成套过程中出现的工艺问题很难解决。同时这些生产线所生产的- 7 -扁钢几乎均存在旁弯和扭曲的现象。究其原因，与扁钢精整工艺、生产线及生产线中的主机总体布局有关。生产线应具有扁钢开卷、精整矫正、切断等功能，主机应具有对扁钢进行精整、矫直、矫平的功能。现有主机的总体布局是矫平精整矫直，精整和矫平由同一工作部件完成，在操作中，由于精整量大，顾了精整尺寸，顾不了矫直，反之亦然。容易产生旁弯现象。在精整过程中，由于精整零件的磨损可能不一，扁钢两边因精整产生的应力也可能不同，即容易产生扭曲。现有生产线中一般还存在所生产的扁钢精度不高，宽度误差大于膜式水冷壁的生产要求，同时长度方向存在竹节型，宽度尺寸不统一等缺陷，对膜式水冷壁的焊接带来了相当大的影响。究其原因是对精密扁钢的生产工艺和相关理论研究不透所至，如在这一方面不加以突破，这些问题很难有较大的改观。 精整量不能满足我国钢管供应状态是现有扁钢精整生产线的通病。根据上述，我国现在供应的钢管直径在 5%的误差以内均为合格品。这要求扁钢精整量应大于 1.2 毫米。而我国现有扁钢精整机绝大多数为模仿国外产品，国外供应锅炉生产用钢管的精度大大高于我国，膜式水冷壁生产所需的扁钢精整量很小，简单的模仿将不适应我国的国情。同时国内现在扁钢精整机生产厂家技术力量薄弱，无力对精整矫正理论进行研究，为打开市场，虚假的扩大本企业产品的生产能力，导致了出现用户感觉产品实际能力达不到设计能力的现象。 国内一些大型和较大锅炉企业大量采用膜式水冷壁技术，而国内现有的作为膜式水冷壁生产的关键设备的扁钢精整生产线使用寿命存在严重的问题，不得不多备数条同类生产线，以防不测。仅以上海锅炉厂为例，现有扁钢精整机的平均寿命为23年，几乎每年要更换12 台扁钢精整机，既浪费了钱财，有影响了生产。设备使用寿命如此之短，其主要现象为一些关键零部件的频繁损坏，其根本原因还是所应用的相关理论不成熟所至。优化扁钢精整生产线控制系统的作用：(1) 通过对控制系统的改造，提高扁钢轧制效率，降低劳动力，提高经济效益。(2) 通过设计剪切控制系统，提高扁钢精度。解决现有钢板长度定尺的低自动化程度和低剪切精度的问题。(3) 实现精整量与传动速度的匹配、加工参数的任意设定。可是使一条生产线可以生产多种类型扁钢。本项目的研究成功，将有效控制扁钢的精整过程，提高精密扁钢的生产质量、保障电站锅炉膜式水冷壁的焊接质量。进而为锅炉行业提供适合我国国情的性能价格比高的精密扁钢生产成套技术与装备，促进膜式水冷壁技术在工业锅炉中的使用，从而对降低能源的消耗及保护环境起到积极的推动作用，具有明显的现实意义。- 8 -1.51.5 研究方案研究方案本课题是在对现有扁钢精整、剪切生产工艺进行全面了解的基础上，对扁钢精整、剪切生产线控制系统进行设计。实现精整量与传动速度的匹配、加工参数的任意设定、定长切断和计数、自动下料等功能，并把其整合到膜式壁焊接生产线的计算机控制系统中（组态软件） 。本课题的所需的硬件条件（扁钢精整生产工艺）和软件条件（控制电路设计软件 AutoCAD Electrical 2006 和编程软件（CX-programmer）已具备。主要研究方法如下：(1) 分析评估控制任务，即分析被控对象的控制过程和控制要求，选择合适的控制装备，经过比较分析，选择PLC作为控制装置。并介绍了PLC控制系统设计的基本原则和基本内容。(2) 系统硬件设计：包括确定控制系统组成，PLC选型和I/O分配，其他电气元件选型，设计控制系统原理图和布线图，设计操作面板。(3) 系统软件设计：从梯形图直观的角度考虑，选择梯形图进行程序编写。程序编好后调试程序，以确保程序的准确性。(4) 利用工业组态软件对扁钢精整生产线进行实时监控。1.61.6 本章小结本章小结本章介绍了扁钢精整生产线的市场需求和国内外相关技术的发展情况，以及有效控制扁钢精整过程的重要意义，说明了本课题的可行性与重要性。并简要的介绍了课题的研究内容与研究目的。给出了研究方案。本文的二、三、四章就是在该研究方案与技术路线指导下完成的。2 2 扁钢精整生产过程和控制要求扁钢精整生产过程和控制要求2.12.1 扁钢精整生产工艺扁钢精整生产工艺用于精密扁钢生产的坯料采用经开剪、冷拔和退火后的各种钢卷料。开卷后会形成波浪形的弯曲，因此需对其进行初步矫平；为保证扁钢具有较高的宽度精度，还应对其进行精整操作；为保证扁钢的形位精度，随后对其进行矫平和矫直；最后根据长度要求，进行定长切断。其工艺流程为：初步矫平、精整、矫平、矫直、测长和切断。具体工艺过程见图2-1。- 9 -图 2-1 生产工艺流程图2.22.2 扁钢精整生产线主要设备简介扁钢精整生产线主要设备简介本生产线由扁钢开卷机、扁钢精整矫直矫平机、液压扁钢切断机、扁钢辊道料架、液压系统和控制系统等设备组成。各设备情况介绍如下：2.2.1 扁钢卷料架生产线所使用的扁钢原料采用卷料形式供应。扁钢开卷机的主要作用是安放扁钢原料。扁钢开卷机为无动力驱动形式，结构上由扁钢架、主轴和机座等零件组成，工作时，扁钢原料放在扁钢架上，扁钢架通过螺钉保证扁钢原料在扁钢开卷机不会任意滑出。扁钢架与主轴联接，通过轴承支撑在机座上。在扁钢精整时，精整所产生的拉力驱动扁钢原料和主轴一起绕着主轴中心旋转，从而实现扁钢原料的开卷。2.2.2 扁钢精整矫直矫平机扁钢精整矫直矫平机是本生产线的主要设备，具有扁钢精整、矫直、矫平和定长功能。2.2.3 工作原理扁钢精整机的工作原理是将冷态扁钢毛坏用两组上下交错布置的校平轮对厚度方向进行预校平和最终校平；用一对相对布置的精整轮对其宽度方向进行挤压，使宽度被压缩而达到预期的参数，其压缩量可调；用五支交错布置的投直轮对其宽度方向进行校直。其工作流程是：预校平一精整一校直一后校平。2.2.4 结构分析扁钢精整矫直矫平机由扁钢导向装置、送进装置、精整装置、矫平装置矫直装置和- 10 -测量装置组成。其中导向装置对需进行加工的扁钢原料进行导向；送进装置的结构形式似五辊矫平机，其中两下辊为主动辊，工作时，一方面对原料扁钢进行初步的矫平，同时向扁钢原料提供向前运动的驱动力，使其能顺利进入精整装置；精整装置由两对不同尺寸的扁钢精整轮组成，每对精整轮中有一只为主动轮，其主要作用在于对扁钢进行精整。精整完的扁钢在矫平装置上矫平，此矫平装置为五辊无动力矫平装置。经矫平后的扁钢，在矫直装置进行矫直。矫直装置也为五辊矫直的结构，其中两只矫平辊为主动辊。矫直后的扁钢经过测量装置，测量装置中装有光电脉冲编码器，通过机械旋转和光电的转换，脉冲编码器向控制系统发出扁钢行走的长度信号，以便生产线中扁钢定长功能的实现。2.2.5 液压扁钢切断机液压扁钢切断机的主要功能是根据需要，对精整矫平矫直后的扁钢进行切断。为保证扁钢切口端的质量，本设备采用平剪的形式。设备中共有两只液压油缸和与之相对应的两副滑板。其中小油缸和其对应滑板的主要作用是扁钢在进行切断前的夹紧。小油缸上升时，扁钢夹紧；下降时，扁钢松开。大油缸和其对应滑板的主要作用是切断。两把平剪刀一把安装在设备的上横梁上，为定刀；另一把则安装在大油缸对应的滑板上。在扁钢夹紧以后，大油缸推动对应的滑板带动平剪刀上行，直至切断扁钢为止。2.2.6 扁钢辊道料架扁钢辊道料架的功能是对切断以后的扁钢进行输送和翻出。由扁钢强送装置，辊道和翻出装置等组成。切断后的扁钢由扁钢强送装置送出切断机，再由扁钢翻出装置将其从辊道上翻出（翻入料架）。2.32.3 扁钢精整生产线功能分析扁钢精整生产线功能分析该扁钢精整生产线具有自动进行扁钢开卷、精整、矫平、矫直、表面处理、定长切断、扁钢输出等功能。2.42.4 扁钢精整生产线的总体设计方案扁钢精整生产线的总体设计方案结合精密扁钢的生产工艺, 分析生产线的功能需求，我们提出生产线的总体设计方案如下:(1) 精整: 可以通过辊轮或冷拔技术来实现，此处考虑到结构的连贯性和粗糙度因素选用辊轮。- 11 -(2) 矫平矫直: 根据矫正理论可知，随着矫正辊的增加，矫正质量有所提高，但是消耗的功率将急剧增加，同时设备的体积也将增加。所以，兼顾矫正质量和功率的消耗，选用五辊非驱动矫正。(3) 定长: 如果采用可调机械定长装置，驱动系统就需采用液压马达，会造成机械定长装置的成本较高。又由于液压马达的使用寿命较低，所以此处采用光电编码发讯、普通电机驱动、并通过交流变频器和可编程控制器实现工作速度的调整和扁钢切断长度的控制。(4) 去锈: 由于扁钢事先经过退火处理，表面油污已经去除，在精整过程中，氧化皮受压后会自动剥落，所以可以省去去锈装置14。(5) 切断: 如果采用金属切削的方案，则加工速度将受到限制，这不符合自动化生产线的要求，同时辅助工作时间增加，刀具的位置调试较困难。而液压冲剪加工速度快，且设备结构简单，所以此处采用液压冲剪的方案。精密扁钢精整生产线的总体设计方案如图 2-2 所示： 1-扁钢坯料卷料架；2-扁钢精整矫平矫直定长机；3-液压扁钢切断机图 2-2 精密扁钢精整生产线的总体设计方案2.52.5 主要技术指标主要技术指标扁钢来料规格： 宽度： 12.7100 毫米 - 12 -厚度： 35 毫米 长度：8000 毫米来料宽度公差： -0.+0.毫米 材质： Q235或20号锅炉钢 供料状态：卷料供应、冷拔扁钢应经正火处理后进入生产线。 扁钢精整生产线技术规格：最大精整能力： .5毫米 精整后的宽度精度： -0.1+0.1毫米 生产速度： 40006000毫米/分钟 功能：自动进行扁钢开卷、精整、矫平、矫直、表面处理、定长切断的功能。2.62.6 本章小结本章小结 为解决矫直辊的修复问题，我们在保证连接刚度的前提下，提出将目前国内外普遍采用的整体式设计改进成为分体式设计方案，这样既便于矫直辊辊的修复，又可有效降低维修和使用成本。- 13 -3 3 矫直机的组成部分及作用矫直机的组成部分及作用3.13.1 扁钢精整矫平矫直机的组成扁钢精整矫平矫直机的组成 图 3.1 扁钢精整矫平矫直定长机图如图 3.1 所示就是扁钢精整矫平矫直定长机，它主要由扁钢初步矫平装置、扁钢精整装置、扁钢矫平装置、扁钢矫直装置和扁钢长度测量装置等组成。3.2.1 矫直轮的作用 图 3.3 矫直辊图（由上矫直轮和下矫直轮组成）- 14 -矫直轮是矫直机的最核心部分，主要负责对未加工扁钢的矫直工作，因此，矫直轮的工艺直接影响矫直机对扁钢的矫直结果。3.2.2 传动轴的作用 a 传动轴 I b 传动轴 II 图 3.4 传动轴结构图轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45 钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸和质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。必须指出：在一般工作温度下（低于 200 摄氏度） ，各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。- 15 -各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。通过比较分析，我们选用轴的材料为 40Cr。扁钢矫直机中主要有两根轴，即传动轴 I（如图 3.4a）和传动轴 II（如图 3.4b） ，动力先由传动轴 I 获得，然后通过连接两根轴的装置将动力传至传动轴 II。轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，因此，传动轴的作用就是支承回转零件，传递从动力源传来的动力，以及带动轴上部件正常运转，以实现对扁钢的矫直工作。3.3.3 锥齿轮的作用a 主动锥齿轮- 16 - b 从动锥齿轮 图 3.5 锥齿轮结构图齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：（1）齿轮材料必须满足工作条件的需要。（2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。（3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受打的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。（4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。（5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表明硬化处理的高强度合金钢。（6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为 3050HBS 或更多。故我们锥齿轮选用的材料为 38CrMoA1，调质 HB250，齿面氮化。如图 3.5 所示，其中图 a 为主动锥齿轮，图 b 为从动锥齿轮。矫直机的传动轴 I 与传动轴 II 通过主动锥齿轮和从动锥齿轮相连，因此，锥齿轮的作用是连接传动轴、传递动力并且改变传动的角度，使两个垂直的轴能够保持一定的速率转动。- 17 -3.2.4 扁钢托轮的作用扁钢托轮主要是用来固定扁钢，防止扁钢在矫直的过程中发生变形。3.2.5 机座的作用机座是用来固定矫直机的各个组件，使它们能够在固定的形式下安全并且准确无误的完成矫直工作。3.43.4 本章小结本章小结本章简单的介绍了扁钢精整矫平矫直机的组成，并且详细的介绍了扁钢矫直机的组成及各组成部分的作用。4 4 矫直辊的设计矫直辊的设计根据所给材料的基本参数：板材材质、规格、温度、矫直速度、矫直温度屈服极限、矫直精度要求、矫直辊的基本布置形式，确定矫直机的辊距辊径、压下量及矫直力及功率，用于指导设计。扁钢来料规格 ：宽度： 2080 毫米 厚度： 8 毫米 来料宽度公差： -0. +0. 毫米 材质： Q235 或 20 号锅炉钢 供料状态：卷料供应、冷拔扁钢应经正火处理后进入生产线。 最大精整能力： .5 毫米 精整后的宽度精度： -0.1+0.1 毫米 生产速度： 40006000 毫米 / 分钟矫直辊的分体式设计：为解决矫直辊的修复问题，我们在保证连接刚度的前提下，提出将目前国内外普遍采用的整体式设计改进成为分体式设计方案，这样既便于矫直辊辊的修复，又可有效降低维修和使用成本。4.14.1 矫直辊材料的选择矫直辊材料的选择矫直辊是矫直机的核心部分，其材料的选择将直接影响到矫直机的矫直性能，矫直机的使用寿命等等。因此，矫直机矫直轮的材料选择极其重要，矫直辊由于硬度要求高，- 18 -一般由轴承钢或冷模钢制成。而且，为了使增长矫直辊的性能和使用寿命，矫直辊要经过调质、渗碳、表面淬火的处理。4.24.2 矫直辊基本参数的确定矫直辊基本参数的确定（1）辊距 t 的确定：辊距是辊式矫直机的最重要参数。它决定着矫直板材的厚度范围，辊径以及矫直机的结构尺寸，同时影响到传动功率。在确定辊距时，往往需要对辊距进行校核。确定辊距 t 的原则是:在保证轧件矫直质量和辊子强度的前提下，其值尽可能地选择得小一些。通常辊距 t 满足下式: （4-1）minttmaxt其中为最小允许辊距，取决于辊子强度条件；为最大允许辊距，取决于轧件mintmaxt的矫直质量。1)最小允许辊距：mint最小允许辊距根据工作辊的接触强度和扭转强度来确定。mint （4-2） maxPE0.418bR ：辊子表面最大接触应力；max P ：轧件对辊子最大压力，它等于最小辊距时作用在第 3 辊上的压力 P3； （4-3）88P=PM =S3SsttminminE ：工作辊弹性模量；R ：工作辊半径，它与辊距成一定比例关系，即，是比例常数；minR= tb ：轧件与辊子的接触宽度；：允许接触应力，其值大约为轧件的屈服点的 2 倍，即=2 s s将以上各值代入得 （4-4）minsSEt0.594b S ：轧件的塑性断面系数，对于扁钢 （4-2maxbhS=45）- 19 -取=0.475 时，最小允许辊距 （4-6）minmaxSEt0.43h查机械工程材料手册得锅炉用钢板 20g，当钢板厚度为 6mm-16mm 时，屈服点=245MPa。代入得s 5min2.1 10t0.43 8100.7mm2452)最大允许辊距maxt最大允许辊距决定轧件的矫直质量。值过大，轧件难以产生必要的弹塑性变maxtmaxt形。计算的出发点是：平直的（）最小厚度轧件经矫直辊反弯时，断面上塑性maxt010r变形区域高度应不小于，即。min2h30min2Z1h3的大小表示了轧件弹塑性弯曲变形的程度。的变化范围是。0Z0Z0h0Z2由此轧件的反弯曲率为1 = （4-1swmin63Eh7）- 20 -图 4.1 最大允许辊距的确定maxt假设这一反弯曲率半径等于矫直辊的半径(忽略轧件的厚度)，即。 （如图maxD24.1）对于薄板矫直机与的关系为=，=0.90.95。maxDmaxtmaxDmaxt这里取=0.95，于是得出2=0.95 （4-maxtmaxt8） 将（4-8）代入（4-7）得，=。minmaxshEt0.3554 2.1 100.351200mm245由此可知。100.7mmt1200mm 取 t=180mm（2）辊径 D辊径 D 与辊距 t 之间，通常具有以下比例关系：中厚板矫直机：D=(0.850.9)t- 21 -薄板矫直机：D=(0.90 一 0.95)t由此可确定矫直辊的直径 D 在 162mm189mm 之间最合适，取 D=165mm。（3）辊子长度 L辊子长度不宜太长也不宜太短。取辊子长度 L=65mm。（4）辊数 n选择辊数 n 的原则是在保证矫直质量的前提下，使辊数最少。这里取辊数 n=5。4.34.3 上下矫直轮的尺寸确定上下矫直轮的尺寸确定 图 4.2 上矫直轮结构图 图 4.3 下矫直轮结构图上下矫直轮是通过螺钉和销连接到一起的，它们具有相同尺寸的辊径 D=165mm。按照分体式的设计方案，上矫直辊如图 4.2 所示，下矫直轮如图 4.3 所示。其中，设定 A=27mm；B=92mm；C=120mm；D=30mm；E=38mm；F=64mm；G=150mm。- 22 -4.44.4 本章小结本章小结本章通过分析确定了矫直辊的材料，并且通过计算去顶了矫直辊的基本参数以及上下矫直轮的尺寸。5 5 矫直机重要部件的校核矫直机重要部件的校核5.15.1 连接上下矫直轮的螺钉和销的校核：连接上下矫直轮的螺钉和销的校核： 图 5.1 矫直辊结构图5.1.1 螺钉的校核 选用螺钉的材料为 45 钢，规格为 GB70-85 螺钉 12 40 钢 8.8 级。如图 5.1 所示，螺钉与下矫直轮孔壁之间无间隙，故螺钉与下矫直轮的接触表面受挤压；在上下矫直轮的连接接合面处，螺钉受剪切。因此，应分别按挤压强度和剪切强度来条件计算。计算时，假设螺钉与孔壁表面上的压力是均匀的。螺钉与孔壁的挤压强度条件为： （5-1-pp0minFd L1）螺钉的剪切强度条件为： （5-1- 20Fd42）式中：F ：螺钉所受的工作剪力，N；- 23 -：螺钉剪切面的直径（可取为螺钉孔的直径） ，mm；0d：螺钉与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使；minLminL01.25d：螺钉或孔壁材料的许用应力，Mpa；p：螺钉材料的许用应力，Mpa。 查表得抗拉强度取 800Mpa，屈服强度取 640Mpa，安全系数=2.5，=1.25。BSSpS螺纹连接件的许用切应力和许用挤压应力分别按下式确定 p （5-1- sS3） （5-1-sppS 4）代入得=256 Mpa，=512 Mpa。 p取生产速度 5000 毫米/分钟，算得矫直轮的转速为 9.6 转/分钟。故取F=8000N、=12mm、=25mm。0dminL代入公式（5-1-1）得=26.6 Mpa；pp代入公式（5-1-2）得= 70.7Mpa。故螺钉的强度符合要求，合格 5.1.2 销的校核销的材料选用 35 钢，GB119-86 销 12 60 ，许用切应力=80 Mpa，许用挤压应力 =120150 Mpa。将 F=8000N、=12mm、=27mm 代入得p0dminL=24.7 Mpa；p0minFd Lp= 70.7Mpa。故销的强度符合要求，合格。20Fd4 - 24 -5.25.2 传动轴的校核传动轴的校核5.2.1 传动轴 I 的校核如图 3.1b 所示，传动轴 I 的危险截面为轴与锥齿轮连接的截面，故主要按与主动锥齿轮连接处的扭转强度条件计算：轴的扭转强度条件为： （5-2-1） TT3TP9550000Tn=W0.2d式中： 扭转切应力，Mpa；TT： 轴所受的扭矩，N；mm： 轴的抗扭截面系数，；TW3mmn： 轴的转速，r/min；P： 轴的传递功率，k W；d： 计算截面处轴的直径；mm；：许用扭转切应力，Mpa。 T其中，因为电机的功率为 P=7.5KW，故设矫直机上分得的功率为 1.0KW。转速n=9.6r/min ，d=78mm，并且查表得，40Cr 制成的轴的许用扭转强度=3555 Mpa。 T将各值代入公式（5-2-1）得，=10.5 Mpa。T故，所以校核通过。T T5.2.2 传动轴 II 的校核如图 3.1b 所示，传动轴 II 的危险截面为轴与从动锥齿轮的连接处以及周与矫直轮的连接处，故分别按这两处进行强度校核。（1）对轴与从动锥齿轮连接处的校核：因为主动锥齿轮和从动锥齿轮具有相同的模数以及齿数，故假设其中 P=1.0KW，转速 n=9.6r/min，d=60mm，并且由于轴的材料相同，故轴的许用扭转强度=3555 TMpa。- 25 -将各值代入公式（5-2-1）得，=23 Mpa。T故，所以校核通过。T T(2)对轴与矫直轮连接处的校核：其中 P=1.0KW，转速 n=9.6r/min，d=64mm，并且轴的许用扭转强度=3555 TMpa。将各值代入公式（5-2-1）得，=19.0 Mpa。T故，所以校核通过。T T因此，轴的扭转强度符合要求，校核通过。5.35.3 锥齿轮的校核锥齿轮的校核5.3.1 锥齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核主动锥齿轮的齿制为 GB12369-90，大端端面模数=8，齿数 Z=22，刀具齿形角em，刀具的齿顶高系数，切向变位系数，径向变位系数 X=0，大端齿20*ah1tX0高17.6。eh 从动锥齿轮的齿制为 GB12369-90，大端端面模数=8，齿数 Z=22，刀具齿形角em，刀具的齿顶高系数，切向变位系数，径向变位系数 X=0，大端齿20*ah1tX0高17.6。eh 标准直齿圆柱齿轮的齿根危险截面的弯曲应力为 （5-3-tFaF0KFY=bm1）上式中的仅为齿根危险截面处的理论弯曲应力，实际计算式，还应计入齿根危险F0截面处的过渡圆角所引起的应力集中作用以及弯曲应力以外的其他应力对齿根应力的影响，因而得齿根危险截面的弯曲强度条件式为 （5-3-2） tFaSaFF0SaFKFY Y=Y =bm- 26 -因为直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可近似地按平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算。因而可直接沿用上式 （5-3- tFaSaFFmKFY Y=bm3）化简得 （5-3-4） tFaSaFFRKFY Y=bm.5（1-0）其中，直齿锥齿轮的载荷系数同样为，其中使用系数查表得AvK=K K K KAK=1，动载荷系数=1，=1，=1.65。故 K=1.65。、分别为齿形系数及AKvKHKHKFaYSaY应力校正系数，查表得=2.72，=1.57。令，称为锥齿轮传动的齿宽系数，通FaYSaYRbR常取=0.250.35，最常用的值为=1/3。RR引入式 （5-3-21u1Rd25）得 （5-3-6）22R1 R1 Ru1u1bR=d=mz22代入得 b=41.5mm。因为电机的功率为 P=7.5KW，故设矫直机上分得的功率为 1.0KW。转速=9.6r/min，故12nn=1.0N1T5195.5 10 Pn595.5 101.09.6610mm公式 （5-3-7）11tm1R2T2TFdm.5z1（1-0）代入值的= N。tF41.37 10将各值代入公式（5-3-4）得，= =350 Mpa。F1F2- 27 -弯曲疲劳许用应力公式为： （5-3- FN1FE1F1K=S8） （5-3- FN2FE2F2K=S9）其中弯曲疲劳寿命系数=0.85、=0.85，弯曲疲劳强度极限=640 FN1KFN2KFE1FE2Mpa。假设安全系数 S=1。代入得= =527 Mpa。 F1 F2故，校核通过。F1F1F2F25.3.2 锥齿轮齿面接触疲劳强度的校核直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度，仍按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算，工作齿宽即为锥齿轮的齿宽 b。齿面接触疲劳强度的校核计算公式为： （5-3-10）1HEHH23RR14KTZ Z(1-0.5) d u对于=20 的直齿锥齿轮，=2.5， 于是式（5-3-10）化简可得：HZ （5-3-11）1HEH23RR1KT5Z(1-0.5) d u查表得弹性影响系数=189.8 。另外EZ12MpaK=1.65，=1/3，176mm，u=1。=1.0N。代入公式（5-3-11）得R1d 1T610mm=1089 Mpa。H1H2接触疲劳许用应力的公式为： （5-3-HN1Hlim1H1KS12） （5-3-HN2Hlim2H2KS13）- 28 -其中=0.9，=1300 Mpa，安全系数 S=1。故接触疲劳许用应力HN1KHN2KHlim1Hlim2= =1170 Mpa。H1H2因此，校核通过。H1H1H2H25.3.3 链轮选择在提升装置中，链轮架固定在门架上，链条一端与属具架连，一端固定于外门架，利用液压缸提升物料，当起升油缸升 S 距离 时 ，内门架随之升 S 距离，在链轮作用下，物料随之升高 2S 高度。所以这种起升机构的自由提升高度为 2s 。链轮链条均为标准件，选型为 RS50 系列.如下图 4-5、4-6 示：链轮设计已知条件：1、小链轮齿数 Z=192、链条节距 p=15.8753、链条的滚子外径 d1=10.16分度圆直径mm15.87596.45180180sinsin19pdZp-配用的链条节距Z-链轮齿数齿顶圆最大直径max11.2596.45 1.25 15.875 10.16106.13ddpdd-分度圆直径p-配用的链条节距d1-链条的滚子外径齿顶圆最小直径min11.61.6(1)96.45(1) 15.875 10.16100.8319ddpdZ齿根圆直径196.45 10.1686.29drddd-分度圆直径d1-链条的滚子外径分度圆弦齿高max10.80.8(0.625)0.5(0.625) 15.8750.5 10.165.5119ahpdZ齿侧倒角0.130.13 15.8752abp- 29 -图4-5 链轮结构图图4-6 链条结构图5.3.4 键的选择与校核键的校核键 1 108 L=80 GB1096-79 则强度条件为MPalkdTp5 .33003. 008. 0032. 0/65.1282/2 查表许用挤压应力 MPap110 所以键的强度足够- 30 -5.3.5 轴承校核 根据前面计算的一对轴承的径向载荷大小可知，在输入轴上的轴承径向载荷最大，为371.0N。 由机械设计表13-9查得可靠度为0.99时的寿命修正系数=0.21，由前面齿1a轮计算可知，应力循环次数为，由如下公式计算修正额定寿命71035. 8HL 于是6711106 .39721. 01035. 8aLLH由如下公式计算轴承应具有的基本额定动载荷 于是动载荷为NPLC2 .21329106 .39763/110/1查手册知，所选深沟球轴承的基本额定动载荷为35KN，大于所算的的C=213.2N,故安全。5.45.4 本章小结本章小结本章通过计算，对矫直机的重要部件，如连接上下矫直轮的螺钉和销的校核，传动轴的校核以及锥齿轮的校核。1hnLa LnCLP- 31 -6 6 总结总结精密扁钢精整装备是用于锅炉膜式水冷壁制造的关键设备之一，本课题设计的扁钢精整生产线控制系统，可以有效控制扁钢的精整过程，可提高精密扁钢的生产质量、保障电站锅炉膜式水冷壁的焊接质量，进而为锅炉行业提供适合我国国情的性能价格比高的精密扁钢生产成套技术与装备，促进膜式水冷壁技术在工业锅炉中的使用，从而对降低能源的消耗及保护环境起到积极的推动作用，具有明显的现实意义。转眼间大学的最后一个学期即将结束，经历近四个月的毕业设计就要结束。这是我们大学四年中最后一个也是至关重要的一个环节，回首这段时间过得匆忙而充实。毕业设计是对我们大学四年的一个总结和检验，它要求我们将大学这四年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。这段时间收获真的很多。上学期毕业设计的题目已发到我们的手里，让我们有足够的时间收集资料，思考有关的问题。并且这学期刚开学的时候进行了实习参观，开阔了我们视野，让我们对设计的机器有了总体的把握，建立了有关的设计的概念，并了解有关工程的实际生产过程，为我们的设计提供了理论基础。并且学习通过各种途径收集资料，通过对收集到的资料的整理，发现有关的问题，并思考提出解决的方案，为后来的具体设计打牢基础，提供设计的依据。现在感觉设计的题目不是很难，但是刚开始的时候一点都不会，对所设计的机器没有具体的了解和概念，通过上网查找资料，收集到一些有关的文献。但是网上的资料又跟自己的设计不是很相同，很多厂家有生产混料机的，但是只能看见一小部分结构，感觉设计似乎很困难。但是，通过对整个生产线所要实现的动作，按照所学的机床的知识，- 32 -在老师和同学的帮助下，一点点的完成了毕业设计。在这个学期里，我们不断学习、不断积累学习设计的经验并且不断的提高。毕业设计在上学期已经开始，我们首先完成了外文翻译。这学期刚开学的时候进行了毕业实习，通过毕业实习，我们从最初的开题报告开始做起，进行设计方案的确定；之后进行设计计算、结构设计、绘制装配图、零件图、撰写毕业设计论文和打印等阶段。这次的毕业设计，检验我对这四年来所学的专业知识是否踏实，让我对这四年中所学知识进行了综合，也让我加深了对专业知识的掌握程度，并且还从中学到了一些实际工程经验。在这次设计中，我在老师的指导下顺利完成了本次设计。通过这次毕业设计使我重新认识了机械设计的方法和设计思想。那就是在机械设计的过程必须在吸取前人经验的基础上，大胆改进、大胆创新。自己设计的东西需要经过各种各样的理论和实践的检验，一旦都合格了就可以应用于实际生产中，当然也有失败的时候，但是不能怕失败，因为前人的设计经验就是从不断的失败中慢慢摸索出来的，也就是说创新设计是设计的生命力的源泉。通过这次毕业设计，使我对机械设计有了更深刻的认识。在以前的课程设计中我们大都是对一个机器中的一个小部件进行设计，工作量小、结构简单。通过查阅相关课题的资料和手册基本上就可以解决问题了。而这次毕业设计是对一个大型的机械进行设计，并且一切要按照国家标准和工厂实际生产情况来作要求，这对我们没有实际工作经验的学生来说无疑是一个挑战，更是对机械设计的一次综合考验。但经过我们一个学期的学习与努力，包括查找资料、调研、分析、方案论证、整体设计再到具体设计等等。将对我以后的工作打下坚实的铺垫也会产生深远的影响，使我对机械设计制造的一个过程有了全新的了解和认识。另外在这次毕业设计中几乎用到了大学四年所有的专业课知识，包括机械制图、机械原理、材料成型、公差配合，机械设计，机械制造技术和机电传动控制等等。这次设计使我系统地总结了以前的理论知识，巩固了所学的知识，加深了对那些知识的理解。使我们认识到了所学专业知识在实际生产中的应用方式以及在实际生产的作用。遇到问题时通过与老师沟通，并通过老师的悉心指导，我们又学到了许多课本上学习不到的实践经验，使过去所学的知识得到融会贯通。使我们了解到在实际设计过程中并不是应用某一学科的知识就可以解决问题的，而且应该是将各个学科的内容综合起来多方面考虑，学以致用，也不是单纯的掌握，记住理论性知识就可以解决问题的，而是应该将理论知识灵活地运用到实践中去。另外通过本次设计使我们学会了一些计算
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