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- 内容简介：
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I前前 言言这个设计说明书，将材料力学、理论力学、机械原理、机械设计等机械方面的理论综合运用，并结合生产实践的知识，去分析冷床的结构，以便解决冷床总布置中的问题，本设计根据一般设计步骤展开的，同时具有其自身独有的特点进行的创新设计。通过计算和绘图，使我更进一步地学会了如何查阅运用标准、规范、手册、图册以及查阅其他与之有关的专业资料及文献，同时使我更进一步地掌握了AutoCAD计算机辅助设计的使用方法，同时在本次设计中，给我提供了一个对我所设计的内容有了一个更深层次的理解和创新设计的平台。该工作得到了张立仁导师大力帮助和细心指导。这些都培养了个人的机械设计基本技能，随着计算机应用技术的发展和日益扩大，计算机越来越成为人们完成设计、计算、绘图必备工具，这对日后工作的自动化和信息化提供了一定的依据。本次设计过程，既是对大学专业基础理学习的运用和突破，又是为下一步的学习和工作奠定了坚实的基础，值得认真对待！通过设计这次钢坯步进式翻转冷床总布置设计，我将运用自己所学的专业知识，经过查询有关技术资料，分析和解决设计中遇到的问题，从而能使我们进一步巩固所学的理论基础知识，提高我们对专业知识的综合应用能力；同时增强了我们对钢铁行业的现状和未来发展的认识，为我们今后选择自己所从事的行业提供帮助。在设计中我还粗略了解了整个冷床所需要的设备，包括电器设备和液压设备，从而拓宽了我们对相关专业的知识储备，同时增强了自己分析问题和解决问题能力，这将有利于我们毕业后迅速地适应自己所从事的工作，在实际生产中更好地运用自己所学，学以致用。在设计说明书的编写过程中，力求完整、准确，由于时间短促、实践经验不足等原因，难免存在错漏，望各位读者批评指正IIII 目目 录录前 言.I摘要.1ABSTRACT.21.绪论.31.1连铸技术的发展与展望.31.2冷床概述.51.3冷床的主要类型.71.4.步进式冷床的结构.91.4.1冷床的结构.91.4.2.冷床的组成以及性能结构参数.102. 翻转冷床传动机构的选择.112.1 传动形式的研究 .112.2 传动运动机构的选择 .112.2.1 电动单轴三偏心连杆式翻转冷床.112.2.2 液压双轴双动齿条式翻钢冷床.122.2.3 液压双轴单动齿条式翻钢冷床.133 齿板的齿形设计与冷床总体布局.14 3.1 V型翻转冷床的简介和优点.143.2 V型齿板参数 .153.2.1 齿距t的确定.153.2.2 V齿几何参数的确定.163.3 动、静齿条齿形设计 .173.4 翻转冷床总体布置 .174. 冷床本体结构的设计和校核.184.1 轮子的设计和校核 .194.1.1 轮子及轴承的选择.194.1.2 销轴的设计选择.204.2 液压缸的选择 .244.3 空心轴的设计和校核 .285 钢结构的焊接.325.1本设计中的焊接概述.325.2焊接知识.346.安装与试车要求.37III6.1安装及验收要求.376.2试车要求.386.3 维护要点 .38外文资料.38中文翻译.42结束语.46参考文献.47致 谢.4811 摘要摘要 随着我国经济的不断发展，在制造业、建筑业、交通运输业等各个行业和领域中，它们对钢铁的需求量也日益增长。这就要求我国钢铁厂对钢铁的冶炼质量和数量达到一个更高的水平。为此，本设计的主要内容是设计翻转冷床总体布置，通过翻转冷床能使连铸坯或初轧坯在移送过程中快速均匀地冷却并自行矫直，本文从运动轨迹出发，探讨齿条齿形和运动机构相互间的关系及其主要几何参数的确定，着重论述了液压双轴单动齿条式翻转冷床的设计过程，并着要提及电动单轴三偏心连杆式翻转冷床、液压双轴双动齿条式翻转冷床。在设计过程中，首先根据钢坯的尺寸参数来确定动齿条和静齿条的齿形参数，然后确定结构简单、传动可靠的液压传动系统，接着对所需要的各零部件结构、尺寸进行设计，通过对传动系统进行受力分析和理论计算，对整个系统中的零部件进行强度校核、刚度校核，对整个系统做可靠性分析。同时选择合理的液压缸以及液压系统的工作情况，使整个系统在运行时达到节能的效果，既节省了一次性投资，又降低了运行费用。关键词关键词：翻转冷床；齿条齿形；运动机构；运动轨迹。Abstract2Along with the continuously develop of the our country economy, in each professions, such as manufacturing industry,building industry and the transportation industry.etc. and the realm, their demand to steel also increases increasingly.This smelting mass and quantity that wills beg the our country steel and iron works to the steel attains a higher level.For this, the main design contents of this design are the overall layout of turnover cooling bed,by means of the turnover cooling bed makes continuously cast billets or bloomed billets cool down quickly and equally during conveying and self-straighten during cooling process.From the point of view of kinematics trace,the relationship between profile of racks and moving mechanism is studied and the main geometric parameters are determined.Main topic is the design process of the turnover cooling bed of hydraulic double-shaft single-movement,and the turnover cooling bed of electric single shaft three-eccentric tie-rod type and hydraulic double-shaft double-movement rack type are briefly mentioned.In the design process, according to the size of the billet parameters to determine the dynamic and static rack tooth-type parameters, then determines hydraulic transmission system, which has the simple structure and reliable drive, then design the structure and sizes of the required components, Through the analysis of stress transmission system and theoretical calculation,do the intensity and stiffness checking of the parts of the system, and the reliability analysis.While choosing reasonable hydraulic cylinder and hydraulic system Working conditions,the whole system in operation has energy-saving effect, and reduce the one-time investment operation cost.Keywords:turnover cooling bed;rack profile;moving mechanism;kinematics trace.1.1.绪论绪论31.11.1连铸技术的发展与展望连铸技术的发展与展望 连续铸钢是把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。自19世纪中期H.Bessemer提出这种连续浇注的设想以来， 由于其工艺特点同传统模铸相比具有很多明显的优越性，因而在短短的一百多年的时间里获得了令人瞩目的发展。从上个世纪50年代连铸技术应用于钢铁工业以来，经过30年的发展，到上个世纪80年代，连铸技术已经进入了安全成熟的全盛时期。新世纪以来，钢铁工业面临一系列激烈挑战，包括符合环境保护。要求的排放物、节能和改善操作者劳动条件的迫切要求，材料性能方面受到其他材料（塑料、玻璃、纸张及有色金属）的竞争，在生产效率方面受到投资和运行成本的限制等。为了适应市场的变化而形成了新世纪连铸技术发展的最新方向，主要包括三个方面，即近终型浇铸、高质量钢浇铸和高效连铸，三个课题之间相互联系，在发展过程中逐渐发展为优质、高效和经济三者艰苦的生产技术体系。近终型浇铸是当代世界钢铁技术的一次大变革，是当前具有较强竞争力的短流程钢厂采用的主要工艺，力求浇铸尽可能接近最终的铸坯，以便是近一步减少中间加工工序，节省能源、减少贮存和缩短生产时间。其与传统工艺相比，流程短，效率高，建设投资小，生产成本低，受到世界钢铁界得高度重视。另一个课题，即连铸高质量钢，主要包括铸坯得清洁性、表面质量和内部质量保证，以满足产品对质量不断提高得要求，同时也有效减少了成型加工过程，这是连铸技术向高水平发展的标志。高效连铸技术，就是连铸机实现高拉速、高作业率、高连浇炉数及低拉漏率，生产高温无表面缺陷得连铸坯技术。其中以高拉速连铸得主要技术为主导和重点，因许多相关技术都围绕展开，如高效结晶技术，高质量保护渣技术，铸坯连续矫正技术以及结晶器振动方式研究等。而结晶器振动得完善是其中最主要得技术措施之一，实践证明结晶器振动方式以及振动参数对于提高拉速、改善铸坯表面质量有严重得影响。本文将着重讨论步进式冷床冷却装置。连铸机型由最初的旋转双辊式发展为立式、立弯式、弧形、椭圆形、水平式，直至现在的薄板坯连铸等进终形连铸。中国是研究、应用连铸技术较早的国家之一。20世纪50年代中期开始探索性的4工作，1956年在当时重工业部钢铁综合研究所建成了80圆坯半连铸试验装置。1957年在上海钢铁公司中心实验室建成一台高架式方坯连铸机。安装在重钢三厂的这台立式连铸机，在设计中有许多新的构思。如结晶器强迫下降、弹簧上升的震动方式、500t大型飞箭、简单可靠的拉辊油压系统、连铸坯链式提升机以及轨道式步进冷床机构等都具有独创性。1960年在唐钢建成一机一流、配合5t转炉，浇注断面150X150的方坯连铸机，后改为一机两流断面为140X140的方坯。连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个非常引人注目的动向，连铸之所以发展迅速，主要是它与传统的钢锭摸浇注相比具有较大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方面。 （1）简化生产工序 由于连铸可以省去初轧开坯工序，不仅节约了均热炉加热的能耗，而且也缩短了从钢水到成坯的周期时间。近年来连铸的主要发展之一是浇注接近成品断面尺寸铸坯的趋势，这将更会简化轧钢的工序。 （2）提高金属的收得率采用钢锭摸浇铸从钢水到成坯的收得率大约是84%-88%，而连铸约为95%-96%,因此采用连铸工艺可节约金属7%-12%，这是一个相当可观的数字。日本钢铁工业在世界上之所以有竞争力，其重要原因之一就是在钢铁工业中大规模采用连铸。从1985年起日本在全国的连铸比已超过90%。对于成本昂贵的特殊钢、不锈钢，采用连铸法进行浇铸，其经济价值就更大。中国的武汉钢铁公司第二炼铁厂采用连铸代替模铸后，每吨钢坯成本降低约170元，按年产量800X104t计算，每年可收益约13.5亿元。由此可见，提高金属收得率，简化生产工序将会获得可观的经济效益。 （3）节约能量消耗 据有关资料介绍，生产1t连铸坯比模铸开坯节约627-1046kj,相当于21.4-35.7kg标准煤，再加上提高成材率所节约的能耗，节能超过了100kg标准煤。按中国目前能耗水平测算，每1t连铸坯综合节约为130kg标准煤。 （4）改善劳动条件，易于实现自动化 连铸的机械化和自动化程度比较高，连铸过程已实现计算机自动控制，使操作工人5从笨重的体力劳动解放出来。今年来，随着科学技术的发展，自动化水平的提高，电子计算机也应用于连铸生产的控制，除浇钢开浇操作外，全部由计算机控制。例如中国宝钢的板坯连铸机，其整个生产系统采用5台PFU-1500型计算机进行在线控制，具有切割长度计算，压缩浇铸控制、电磁搅拌设定、结晶器在线调宽、质量管理、二冷水控制、过程数据手机、铸坯跟踪、精整作业线选择、火焰清理、铸坯打印标号和称重以及各种报表打印等31项标准的控制功能。 （5）铸坯质量好 由于连铸冷却速度快，连续拉坯、浇铸条件可控、稳定，因此铸坯内部组织均匀、致密、偏折少、性能也稳定。用连铸坯轧成的板材，横向性能优于模铸，深冲性能也好，其他性能指标也优于模铸。近年来采用连铸已能生产表面无缺陷的铸坯，直接热送轧成钢材。 连续铸钢是一项系统工程，涉及炼钢、轧钢、耐火材料、能源、备品备件、生产组织管理等一系列的工序。多年的生产实践证明：只有树立“连铸为中心，炼钢为基础，设备为保证”的思想，才能较好地掌握现代连铸技术。连铸工艺的采用，改变了传统的工艺要求、操作习惯和时间节奏。这就要求操作者和技术人员加强学习，更新知识，以适应连铸新技术的发展，做好技术培训工作。 1.21.2冷床概述冷床概述随着钢铁生产的飞速发展，特别是高速线材、棒材和管材的发展。对钢坯质量的要求也越来越高，冷床是提高坯材质量重要的一环。钢坯翻转冷床是80年代具有国际水平的高效、高质、低消耗、新型结构冷床。冷床作为钢管、棒材生产工艺线上的一个必备设备，是生产过程中不可缺少的重要环节。其主要作用是承载高温轧件的冷却、矫直。目前，常用冷床的形式主要有：推杆式、链条式和步进式。推杆式及链条式冷床结构简单,造价低，在一些单位仍在使用，但由于其在使用中存在很多缺陷，因此一些单位相继对其进行改造。冷床改造的方向主要是步进式，因为步进式冷床有许多优点，能克服推杆式及链条式冷床存在的缺点，满足生产工艺的要求，提高产品质量，因此，步进式冷床设备是现代冷床的发展趋势。6 步进式齿条冷床是现今棒材连轧生产线中重要设备之一主要功能为接收、传递以及冷却轧件。 由于一套步进式冷床机构复杂、设备吨位大因此制造、安装难度较大，如何建造好一条步进式冷床，如何把握制造和安装的度，是一个冶金设备制造者需要经常思考的问题，如果不能对步进式冷床的设计理念、工作原理、使用情况很好的理解就会在制造、安装时处处为难。而把握和掌握步进式冷床的设计和工作原理，对冷床系统的制造安装就会拿捏的恰到好处。进式冷床是轧件冷却和传输的冶金设备，轧件经步进式冷床后，由多度的高温降到了近100度，步进式冷床在轧件的冷却、成形上起着主要作用。其设计与制造质量直接决定轧件的成形质量。一套步进式冷床是一个系统工程，此种设备不仅零件繁多而复杂，单输入辊子就有点164个，而且冷床本体装配起来占地面积很广，立体效果很强，是步进式冷床设备中标志性的一个大部件。一套60万吨的棒材轧钢线设备冷床区虽然只有七百多吨，但装配起来后占地面积达到12m*120m，着实为制造和安装带来不少困难。钢坯翻转式冷床是八十年代国外应用于轧钢生产的高效、高质、低消耗新型结构冷床。目前,我国各初轧厂和中型开坯车间以及小方坯连铸机现行装备的钢坯冷床均为移钢式或挤压式钢坯冷床,冷床冷却能力低,钢坯冷却后弯曲度大,冷床结构笨重,占地面积大,而且不能冷却圆坯。目前，国际上小型型钢、棒材生产连续化 、自动化、机械化、高效率方向发展。而我国现有的小型型钢、棒材生产线有很多条，但其主要设备都相当陈旧、落后，与国际先进技术相比有很大差距。针对这一现状，认真消化、吸收国内、外先进技术的基础上 步进式冷床作为新一代冷床被采用以来，由于其运行平稳、冷却后钢材表面质量好，使其得到了广泛应用。目前使用的U-V型翻转式步进冷床较好地解决了坯材的冷却质量问题，并能达到更高的标准，而且可以冷却多品种、多规格的坯材，为中型车间的发展和冶金企业的增产高效和节能降耗提供了一个广阔的发展前景。铸坯翻转冷床位于连铸机出坯系统中，是连铸机的一个重要设备，其结构复杂7，设备吨位重，运行轨迹精度要求高。经过浇注、成型、剪切而成的定尺高温铸坯（包括方坯、圆坯），通过翻转冷床，能使其尽快地、均匀地冷却下来，并在冷却过程中铸坯不产生弯曲变形，而且通过齿形相互作用，起到一定的矫直作用。对于生产长定尺的方坯及圆坯连铸机而言，由于长定尺方坯、圆坯在出坯过程中，需经过辊道运行、翻转装置倾翻、移钢机推动等，极易产生弯曲变形，这样的成品铸坯不能进入下道工序（如轧钢机组）。所以，在出坯系统中，翻转冷床是不可缺少的设备。实践证明，其作用及效果是明显的。冷床作为轧钢生产线上的重要设备，是连接高温加工与冷加工的关键环节，调节了连个区域的加工效率不均，起到了缓冲作用。但从另一方面说，与轧机，飞剪等加工设备相比，由于冷床设备吨位大，占地面积广，所以制造安装难度较高。由于国外一直对中国实行高端技术封锁，我国在技术尖端领域发展较缓慢。不过近些年，为加快现代化建设，国家大力发展制造业，鼓励各种资本投入到重工业。加强知识产权保护，增大教育投入，重视高端人才培养。使我国在现代制造业领域得到迅猛发展。钢材生产线的设备，绝大部分可以实现自主生产，虽然在加工水平，制造精度，产品质量还与国外有一点差距，但这种差距正在逐步缩小。1.31.3冷床的主要类型冷床的主要类型冷床是轧钢车间的主要设备，其作用在于将800以上的轧件冷却到150到100以下，同时使扎件按既定方向和既定速度运行，在运输过程中应保证扎件不弯曲或向制定的方向弯曲。由于型钢产品形状相差悬殊，因此型钢车间的冷床形式是多种多样的。按照型钢车间冷床结构形式，冷床大致有以下几大分类。1）往复多爪式冷床床面由若干固定的导轨（钢轨、滑轨）组成，移钢设备为一个带多组划爪的整体式或单体式滑车，用钢丝绳来回拖动。这种冷床结构简单，牢固可靠，易于维修，但其利用系数低，滑车车轮和托辊的消耗量大，轧间在横移过程中容易发生弯曲现象，而且噪声也大，这种冷床主要用于开坯和大中型型钢轧钢车间。2）链式冷床链式冷床的本体一般由固定的冷却台架以及链式拉钢机两部分组成。链式拉钢机由板式滚子链组成，因受链条张紧条件的限制，通常是不可逆的，其主动轮应安8装在轧件横移方向的前端。有的是链条设在冷床里面，链带上安有划爪来带动型材前进；有的是链条在冷床上，链条托着型材前进。这种冷床结构紧凑，维修方便，没有噪声；缺点是链条处于高温条件下工作，链条容易变形，需要为其配备专门的冷却设备。这种冷床适于所有断面的型钢；对于矫直机后检查台架链式冷床是一种很好的结果形式。 3）步进冷床步进冷床又称齿条式冷床，本体由两组齿条组成，一组齿条是固定的（静齿条），另一组齿条可以做平面升降往复运动（动齿条）。两组齿条的齿形交替排列，冷床不工作时，静齿条高于动齿条的齿面。当启动电动机后，偏心轮转动，使安装在前后两组动梁上的动齿条做升降往复移动。随着动齿条的移动就能把静齿条上的型材一次横移一个齿距，型材在冷床本体的运动中不断横移，并逐渐冷却下来。这种冷床适宜于冷却过程中容易产生弯曲和扭转的小型钢材生产。为了保证轧件均匀的冷却，在某些锯齿形冷床上，其静齿条和动齿条并不与冷床长度方向平行，一般都便宜一个不大的角度（2）。这样轧件没前进一步，与齿面接触的部位沿轧件长度方向变化一次，即沿轧件全长的接触点能够周期性的变化。这对于高合金钢和某些特殊型材是必要的。4）翻转式冷床目前比较先进的翻转式冷床，主要由两齿梁和偏心轴组成。两齿梁的齿形不同，齿梁1为V形，齿梁2为U形。当偏心轴A转动时，偏心AB使梁上下运动，偏心AK及AZ使两齿梁左右运动。在此运动中，型钢得意翻转。翻转式冷床具有节能，冷却时间短，冷却型钢直和无损伤等特点，主要应用与方刚（坯）和圆钢（坯）的冷却。5）摇摆式冷床摇摆式冷床主要部件是摇摆杆，每当摇摆杆摆动一次，钢材在冷床上移动一个齿距。随之摆动杆的反复摆动。钢材就在冷床上不断前进。摆动式冷床的优点是刚才在冷床上移动时能白痴直线，与齿条冷床相比，其结构简单，造价低，制造方便。缺点是有时会损伤钢材表面。6）辊式冷床辊式冷床由多组细长辊子组成。辊子轴线与轧件运行方向成一定角度，使轧件在其上一面作横移运动，一面相应的转动，这样轧件不仅冷却均匀而且不发生弯曲和扭转。此类冷床的造价较高，用于要求较高的小型型钢生产。9链式和步进式冷床的设备造价比多爪式冷床高，但轧件在横移过程中不会产生与床面滑道摩擦，而产生表面擦伤等缺陷，并且散热性好，冷却能力高，因此获得广泛应用，绳轮滑爪式冷床已被逐渐淘汰。翻转冷床又大体可分为两类：方坯翻转冷床和圆坯翻转冷床（从目前最新发展看，将会出现方坯、圆坯翻转冷床）。从目前国内现状看，方坯翻转冷床主要是机械传动，而圆坯翻转冷床主要是液压传动。其中，方坯翻转冷床的机械传动又可分为单传动和双传动。单传动是指铸坯的横移与升降是由一套传动系统，通过双偏心传动轴来实现的，而双传动是指铸坯的横移与升降有两套传动系统配合完成的。圆坯翻转冷床的传动主要是通过两套液压系统配合完成的。1.4.1.4.步进式冷床的结构步进式冷床的结构1.4.1冷床的结构大多数热轧机，包括开坯机和各种成材轧机，在轧制后均应经过冷却、精整、清理的工序，以保证轧出半成品或成品的质量。冷床就是用于实现该工序的设备。冷床虽然是连铸车间后部工序的一个辅助设备，但在许多情况下，它的结构、主要参数却直接影响到轧机的产量和质量。 冷床的基本结构由三部分组成： （1）冷床床体。它是钢坯件在其上进行冷却的台架。 （2）进料机构。它是将坯件由冷床的输入辊道送入冷床床体的的机构。 （3）送出机构。它是将坯件由冷床床体送至冷床输出辊道的机构。在某些冷床上，进料机构和冷床床体中的横移坯件的机构合为一体，送出机构合冷床床体中横移坯件的机构合为一体，也有进料机构、送出机构合冷床床体合为一体的。冷床的主要参数是冷床的面积，确切地说，是冷床床体台架的面积。它决定了轧件在冷床上的冷却能力。冷床的床体面积由冷床床体宽度和冷床床体的长度确定。1.冷床床体宽度 冷床床体宽度是指冷床在坯件长度方向上的尺寸。它与需要冷却的各种坯件的长度有关。冷床床体的宽度以其中最长的坯件为依据而确定。2.冷床床体的长度 冷床床体的长度是指冷床在坯件移动方向上尺寸。10 翻转冷床的传动装置由两组液压缸，传动轴以及连杆和斜滑轨等组成。一组齿条固定不动，一组齿条支承在一组拉杆上，此组拉杆由一组油缸驱动，此组拉杆架在另一组拉杆上，两组拉杆装上车轮可以相对滚动，这另一组拉杆由另一组油缸驱动，这组拉杆架在斜滑轨上。 一根坯子在冷床上的冷却时间取决于下列因素： 1)钢材的品种规格、钢种; 2)钢材的终轧温度； 3）钢材的温降规律； 4）钢材进入冷床时的温度； 5）钢材离开冷床时的温度。 冷床应有足够的面积，以便在最高的轧机产量条件下能使轧件冷却到所需要的温度。可以看到，目前某些轧钢车间的冷床，由于冷床的面积过小而直接影响到轧机的产量和轧件的质量。1.4.2.冷床的组成以及性能结构参数 1）设备特点： 液压驱动 定板固定不动，翻转动作主要靠活动齿板完成，使得油缸数量减少，设备结构更加简化 冷床出口动板推钢至铸坯收集床：推钢推力直接借助于液压翻转冷床动板的动力，无需单独设推钢机 2）主要结构组成： 升降油缸（带底座） 2套 平移油缸（带底座） 2套 活动齿板及其支架 16套 固定齿板及其支架 16套 活动齿板纵向移动构件 8套11 移动框架 4套 倾斜支座 16个 转轴 4个 3）主要技术参数 输送铸坯断面： 150150 铸坯长度： 12m 固定齿板齿数： 50齿 铸坯翻转一齿时间： 30s(可调) 铸坯连续翻转冷却总时间： 30min（不含停留时间） 翻转冷床出口铸坯温度： 550C（入口温度800C）2.2. 翻转冷床传动机构的选择翻转冷床传动机构的选择2.12.1 传动形式的研究传动形式的研究 单传动形式是指铸坯的横移和升降由一个传动系统带动双偏心轴来实现动作。其优点是：只需要一套传动系统，一套双偏心机构，其运行准确，轨迹为双椭圆。而且不需要信号装置进行控制，电动按一个方向运转，减速装置磨损均匀。但是单传动形式存在加工装配精度要求高、维修困难等缺点，而且由于整个床身铸坯的重量及冷床动齿面本身的自重都由一套偏心传动机构承受，所以，其外形尺寸和承受的扭转力矩都是很大的。双传动形式是指由两套传动系统分别动作，通过偏心套来实现铸坯的横移和升降，其轨迹为矩形。两套传动系统装置通过主令控制器发出信号和角度值，通过控制两套传动机构旋转来实现铸坯的横移和升降动作要求。其优点是：结构简单，易加工，易装配，维修也比较方便。其缺点为：两套传动装置频繁启动、制动，这对电机、制动器、主令控制器等控制设备提出了更高的要求，而且横移传动装置中，电动机只转动一定的角度，这使减速装置中的齿轮磨损不均匀，使用寿命短。由于双传动铸坯翻转冷床存在上述的缺点，如果其配套件（电机、制动器等）的各项性能能够得到保证，采用这样的形式还是可行的。但是，从发展的趋势来看，有被单传动形式或液压传动形式取代的可能性。圆坯冷床中的液压传动机构，对液压缸的动作及控制要求较高，从目前国内情况来看，液压系统主要还需引12进。但是，随着国内液压技术的不断发展，翻转冷床液压传动系统完全实现国产化只是一个时间问题。2.22.2 传动运动机构的选择传动运动机构的选择2.2.1 电动单轴三偏心连杆式翻转冷床 如图1所示，电动机经减速器传动装有三个偏心轮的长轴，与V、U形齿条相连的偏心轮偏心距均为e1,与三角形摆架机构相连的偏心距为e2。当传动主轴顺时针转时，V齿向右水平运动，U齿向左水平运动。同时因三角形摆架绕O1、O2支点右摆，使V齿向下运动，U齿向上运动，两种运动合成的结果使V、U齿上的任一点（A1、A2）都在各自作椭圆运动轨迹。这种冷床运行速度很慢，传动主轴转速一般5 r/min,允许正、反转运行，可实现正、反步进翻钢的要求，当V、U齿按顺时针方向作椭圆运动一周时，就可实现正向步进一步和翻钢90，而当V、U齿按逆时针运动一周时，就可实现反向不进一步和翻钢90图 2.1 电动单轴三偏心连杆式翻转冷床的运动机构2.2.2 液压双轴双动齿条式翻钢冷床这种冷床采用液压缸传动，大大简化了电动机传动的结构复杂性，减轻了设备重量，也有利于维护检修。当然至关重要的是要求液压系统的可靠性，其齿条运动轨迹特点是V形齿作平行四边形的运动轨迹，而形齿只作上下运动轨迹，借助液压13缸、曲柄连杆的传动使两者默契协调运动，从而实现了钢坯的步进和翻转，必须指出，这种冷床不能实现反向步进和翻转。运动机构及步进翻钢过程见图：图 2.2 运动机构图 2.3 步进翻钢过程2.2.3 液压双轴单动齿条式翻钢冷床这种翻转冷床也是采用液压缸传动的，所不同的是有动齿条、静齿条之分。液压缸按设定程序工作使动齿条作升降和水平移动，每一个循环周期完成一个矩形轨迹。当动齿条升起并水平移动1.5个齿的距离后，钢坯就实现一次翻转90并移送一个齿的步进，这种冷床也不能实现反向步进和翻钢。运动机构及步进翻钢过程见图：14图 2.4 运动机构图 2.5 步进翻钢过程综上所述，根据以上三种传动方式的翻转冷床的优缺点和实现形式的可靠性，本人选择液压双轴单动齿条式翻转冷床来进行设计和研究。首先这种翻转冷床可以实现钢坯在移送过程中不断翻转90的要求，其传动方式结构简单，便于制造和安装，可行性强，其动力采用液压缸传动，运动平稳可靠；钢坯实现一个完整的步进，动齿条需要完成上升、前进、下降、后退4个动作，其运动轨迹为矩形，这更容易实现自动控制。3 3 齿板的齿形设计与冷床总体布局齿板的齿形设计与冷床总体布局3.13.1 V V型翻转冷床的简介和优点型翻转冷床的简介和优点 15V型翻转冷床由V型齿条组成，采用偏心集体传动，在冷床主传动轴上同时配置了四套齿条组进退连杆装置，每套齿轮组都是分别由定齿板和动齿板构成。动齿板的上升与前进运动，结合动齿板将钢坯向前推进一个步距，它们每运转一个周期，不仅将钢坯向前推进一个步距，同时还将钢坯翻转90。在冷床运动过程中，随着摇臂的摆动，移动齿板的齿条上升，固定齿板的齿条保持不动，但是最终冷床上的钢坯并不被抬起，而仅绕其重心翻转，冷床两种齿条在运动中相互平衡，所消耗的功率仅用于克服带负载后轴承的摩察力，因而传动功率较小。该冷床可适应多种共用性好，运动方式灵活，既可冷却方坯，又可冷却圆坯，也适合断面的矩形钢坯，同时可以实现正反转。3.23.2 V V型齿板参数型齿板参数 一般U型齿条的齿形为U型，V型齿条的齿形为三角形，它们的齿距相同,用t表示。V型齿条的前倾面倾角称为齿形前角，用表示，齿条后倾面后倾角称为齿形后角，2用表示。本设计中的冷床只涉及V形齿条。1图 3.1 V型齿板齿形3.2.1 齿距t的确定 考虑钢坯在冷床上运送过程中部相互干涉，同时又要充分利用冷床面积且能保持坯16料间的较佳距离，因此 2 min2 maxLtL 式中-最大方坯边长maxL取平均值：t= 1.71，可取t=（1.6-22max2LmaxL1.8）范围内的一个圆整数。maxL因=180mm，即取t=300mmmaxL3.2.2 V齿几何参数的确定（1）的选取1考虑钢坯进齿槽时能顺利地下滑槽底，且坯料重心偏左而不致因冲击齿面产生响声，则451tan1摩擦角=1642-19181tan式中 -钢坯与齿面的滑动摩擦因数，对于热钢坯=0.30-0.35。取平均：=3051-329，即可在305内选取，所以取114521=25。1（2）的选取 2为了能平稳地输送和翻转铸坯，要求： (接近45)50402则为减少因方坯翻转面对齿条冲击造成的振动，且能保证移动齿条上升和平移过程中，能够顺利地上下料，所以取=46。2（3）S1、h的计算由 h=S1tan1 h=（t-S1） tan2得 S1=212tantantant =46tan35tan46tan30017 =193式中，齿距300t则 h=S1tan13.33.3 动、静齿条齿形设计动、静齿条齿形设计借鉴V翻转冷床齿形设计理论，根据设计要求钢坯的尺寸，本人设计的翻转冷床的固定齿板和移动齿板齿形如图所示：移动齿板齿形图固定齿板齿形图GHtc1ha1a2HGhtc1s1图 3.2 固定齿板和移动齿板齿形 根据方坯尺寸L=180mm,齿板厚度均为32，上面可以计算得到t=300mm，槽深h=90mm，所以得到固定齿板齿形参数是=25,=46。计算得S1=193mm，初步取H=40012, 。由上述的冷床的步进翻转原理可知钢坯在齿板上的运作原理，故将固定211C齿板与移动齿板的齿形交错布置即可，所以移动齿板的齿形参数与固定齿板的齿形参数相同，只是布置方式相反。齿板材质为19Mn钢及Q345-B钢板结构下料，在设备使用中，要求十几排齿条精确定位、对齐，而且负载运行中部发生错位现象。关于齿条的加工问题，一般来说齿条上的齿形都是要求机械加工的，同一种尺形的齿条要求齿形完全一致，这是翻转冷床设计、制造中非常重要的一点；如果不一致，铸坯在齿条上翻转，会发生冷床和铸坯相互别劲，一方面使铸坯产生弯曲，另一方面，使床身及传动机构受到非常大的外力作用，可能损坏设备。现在，由于数控模型切割技术的成熟应用大大节省了成本，而且可以保证同一种齿条的齿形完全一致。3.43.4 翻转冷床总体布置翻转冷床总体布置18 冷床本体的一些基本参数说明：冷床宽度B是指冷床在钢坯长度方向上的尺寸，冷床长度L是以冷床输入辊道与冷床输出辊道的中心线之间的距离，冷床最大承载重量指冷床床面布满钢坯时所有钢坯重量之和的最大值。 翻转冷床本体是由固定齿条、固定齿条支撑、动齿条、动齿条支撑、移动梁、动齿条升降装置和水平移动装置等组成。根据所给的钢坯尺寸150mm150mm12000mm，但考虑到其他冷却其他钢坯的情况，应留有一定的余量，所以按180mm180mm12000mm尺寸设计。翻转冷床采用双面送料，每排沿宽度方向共有8排固定齿条和8排移动齿条，每排齿条都是由两根齿条焊接而成,长度方向上共有4个固定齿条支撑和4个移动齿条支撑，在其中部通过连杆与动齿条水平移动装置和升降移动装置铰链。下面就其中一排作介绍，每条齿板有47个齿沟，齿板长两端齿间距离15240mm，固定齿板数8对，齿板间距1350、1300、1750；移动齿板数8对，齿板间距1300mm、1350mm和1950。水平移动和上下移动均采用液压缸驱动，使其作用在空心轴上，通过空心轴来拉动两排齿条做同步运动。空心轴与油缸通过销轴连接。4.4. 冷床本体结构的设计和校核冷床本体结构的设计和校核 首先对翻转冷床双排上料中的其中一排进行受力分析，根据钢坯尺为: 180mm180mm12000mm 钢坯密度为7.8t/，单根钢坯的重量: 3mm=7.80.180.1812t=3.033t 当整排冷床都布满钢坯时，冷床承受的最大钢坯重量: G1=493.033t=148.6t 固定齿条支撑沿冷床长度方向共有4排，沿宽度方向上共有4列，动齿条共有4列，纵向移动构件8个，移动框架4个，横梁8个，所以动齿条自重: W1=83t=24t 横梁自重: W2=85t=40t 纵向移动构件自重: 19W3=85t=40t 移动框架自重: W4=415t=60t 水平移动轮子共有16个，升降运动轮子共有16个；所有这些构件的重量都作用在轮子上，水平移动轮子承受的最大重量: =G1+W1+W2+W3=252.6t G平均每个轮子承受的重量: =/16=16t pG升降运动轮子承受的最大重量: =+W4=312.6t， GG平均每个轮子承受的重量: =/16=19.5t。pG 由于翻转冷床上的所有零部件的重力都作用在轮子上，所以轮子的设计和校核是冷床结构的核心，其他的部件都是钢结构连接，受力不大，其强度都可以满足要求。下面主要介绍轮子的设计与校核，其次通过受力分析，计算出所需要的液压力，从而选择能够满足要求的液压缸，由于液压缸的作用力都要通过空心轴来传递到翻转冷床的传动部件上，从而实现冷床上所有动齿条的运动，所以要通过液压缸推力来设计和校核空心轴的结构和尺寸。4.14.1 轮子的设计和校核轮子的设计和校核4.1.1 轮子及轴承的选择20 图4.1 轮子设计结构 根据轮子承受载荷的情况，设计轮子的机构如图所示，左边轮子设有导轨，起导向左右，右边轮子没有导轨，如果两边的轮子都设有导轨，当系统受到冲击或外载荷的原因，使纵向移动构件发生横向移动时，由于双边限制而过定位，容易发生卡死现象，故采用一边加导向板，一边不加导向板。首先介绍一下其中一个轮子的结构，两边为移动框架的两板，轮子内有滚动轴承，通过销轴连接，两边的法兰用来固定滚动轴承，并用螺栓固定在轮子上，这样结构显得紧凑，作用在轮子上的力都传递到滚动轴承上。 首先对其升降作用的轮子进行校核，该轮子转速不高，选择圆柱滚子轴承NUP2318（92618），尺寸为90mm190mm64mm，圆柱滚子轴承一般只用来承受径向负荷，与相同尺寸的深沟球轴承相比，有较大的径向负荷能力，极限转速接近深沟球轴承。通过分析整个轮子的受力情况，其受到垂直向下的压力，还有移动方向的拉力Fp，选择这种轴承正好符合其主要受到径向载荷的情况。滚动轴承只受到径向载荷P=，设计其预期计算寿命为： p=5000h hL则轴承应具有的基本额定动载荷 ： C=P=2.8N=320KN 66010hnL5103660 5 500010 而该轴承的基本额定负载=395KN，所以满足要求。0C由于圆柱滚子轴承室标准件，而轴承装在轮子内部，所以轮子的外径应定为190mm，轮宽定为64。 4.1.2 销轴的设计选择 现在对销轴进行选择，目前轴类零件使用的材料众多，普通碳钢有20钢，35钢，45钢；合金材料常用的有40Gr,35GrMo,考虑到本设计销轴载重较大，选用碳素合金Q345-B。销轴上为了便于固定，设有板件装置，主要承受来自螺栓的压力，同时要传递销轴的销圆周切向力，考虑到上述因素，板件的材料选用Q235-21A,这种钢性能优良，应用广泛，而且具有良好的焊接性，可以方便的和焊件连接在一起。 销轴装轴承的一段定为90，往前一段定为85，往后一段定为105.图4.2销轴结构图 工作中销轴主要受到剪切力和挤压力的作用，需要对销轴的剪切强度进行计算，在满足剪切强度的基础上，再计算销轴的挤压强度和弯曲强度。 (1)销轴强度校核 1) 剪切强度的计算 根据工作状况，可得出销轴承受力最大情况如图所示L1L1L2P3P1P2 图4.3销轴受力其中:kNPP1918.9105.19321则 kNpp6.9521销轴两端各承受一半的拉力，由于销轴左端的直径为85mm，右端的直径为105mm，所以左端截面变化处为危险截面，销轴的剪力图如图所示：220mmkN95.695.6图4.4销轴剪力图2) 计算剪切应力根据剪力图可知，销轴的最大剪切剪切应力为95.6kN,剪切应力可根据以下公式计算：adFQ3042式中，为最大剪切力，d为销轴直径。FQ根据机械手册得Q345-B的最大抗拉强度为：MPa,许用剪切应力为：620p a4 .25148. 16206 . 0则 所以，销轴符合剪切强度要求。3）挤压强度的计算销轴的挤压强度可按以下公式计算： dbFp式中，F为压力 d为销轴直径 b为与销轴自润滑轴承的接触长度 由上面计算可得，kFFQ6 .95 =17.5MPa64856 .95p 查机械手册可得，许用应力为：23 MPap58648. 14 . 1620 即 p p 所以销轴符合挤压强度。3)弯曲强度计算 销轴的弯曲强度为： WMc 有剪力图和弯矩公式可得销轴弯矩图：LP130XYNm图4.5销轴弯矩图 弯矩为M=LPz 抗弯截面系数为： dW3 带入公式可得： MPac5 .21 查机械手册得Q345-B弯曲许用应力为： MPac41948. 1620 即 c c所以销轴符合弯曲强度要求。本设计中销轴较多，校核都同理如上。现在对其水平移动的轮子进行校核，通过受力分析，其受到水平方向的拉力和垂直方向的压力，水平拉力：=0.21610N=3.2N F2p31041024由于其拉力和压力均小于起升降作用的作用力，所以该轮子结构也满足要求。4.24.2 液压缸的选择液压缸的选择 液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。在设计液压缸时，必须注意以下几点： (1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的稳定性 (2)考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。 (3)正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定位。只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩。定位件须设置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。 (4)液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便。 (5)在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺寸。 (6)要保证密封可靠，防尘良好。液压缸可靠的密封是其正常工作的重要因素。如泄漏严重，不仅降低液压缸的工作效率，甚至会使其不能正常工作(如满足不了负载力和运动速度要求等)。良好的防尘措施，有助于提高液压缸的工作寿命。 首先对起水平移动的液压缸进行选择，根据设计翻转冷床的运动情况，对其机构简25化如图4.6所示，纵向移动构件受到压力、支持力和摩擦力f，其中压力和摩擦pNF力为一对平衡力，摩擦力： f= =3.2N NFp410本设计初步将以A为顶点的两摇臂之间的夹角定为63.4。冷床布置在移缸机后面，用来传递并冷冷却钢坯，根据冷床的整体框架尺寸，将CD两点间的距离定为1222.由力矩平衡，对A点取矩，液压缸推力为F，得到F=2.34N，当D点水平移 410动220mm时，经过计算，得到液压缸推杆需要伸长470mm，故选择液压缸活塞杆的行程470mm。图4.6 水平移动简化此冷床采用耳环式液压缸，将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴链接在一起，使液压缸能在某个平面内自由摆动。尾部的耳环预埋在地上的底座通过销轴相连接，头部的耳环连接在传动轴上。1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。根据负载和工作压力的大小确定D：26以无杆腔作工作腔时以有杆腔作工作腔时式中：为缸工作腔的工作压力，可根据冷床类型或负载的大小来确定；Fmax为最p1大作用负载。本设计中确定，2.34104N。MPap161Fmax代入式中可得缸筒直径的范围值。液压缸工作压力MPap7推荐活塞杆直径d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D由上表可得活塞直径。现在对进行升降运动的液压缸计算，其在翻转冷床中的机构运动简图简化如图4.7所示， 图4.7升降运动简化机构 对轮子受力分析，轮子受到重力、支持力、摩擦力及液压缸推力产pNFfF27生的拉力，倾斜板的倾角为20， 受力平衡如图4.8所示：fFpp20F 图4.8轮子受力分析图,10105395.1105.19FN，FNf由受力平衡条件得：20sin pFf解之得： =1.04105N F为了实现钢坯平移，动齿条至少需要上升285mm，即轮子上升285mm，从D1移动到D2，此时液压缸推杆作用点从B1到B2，通过计算，液压缸推杆伸长565mm。1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。根据负载和工作压力的大小确定D：以无杆腔作工作腔时以有杆腔作工作腔时28式中：为缸工作腔的工作压力，可根据冷床类型或负载的大小来确定；Fmax为最p1大作用负载。本设计中确定，1.04105N。MPap161Fmax代入式中可得缸筒内径的范围值。液压缸工作压力MPap7推荐活塞杆直径d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D由上表可得活塞杆直径。确定系统工作压力：系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻，是液压的发展方向，但要注意治漏、噪声控制和可靠性问题的妥协处理，根据冷床的工作情况和受力，初选系统工作压力为16Mpa，则选择水平移动液压缸的活塞直径为160mm，活塞杆直径为110mm；升降液压缸的活塞直径选择220mm，活塞杆直径为160mm。液压工作介质的选择：根据液压系统的工作环境，选工作介质为水-68#抗磨液压油，产品代号VG68#，本产品低温性、粘温性和对橡胶适应性好，它的难燃性好，适用于冶金和煤矿等行业的中中压液压系统，使用温度为50到80之间。该冷床采用液压传动控制，与其他传动方式相比，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧凑，运动件的惯性小，能够频繁迅速换向，传动工作平稳，系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载，与电器配合，容易实现动作和操作自动化。4.34.3 空心轴的设计和校核空心轴的设计和校核 本设计中轴的用途主要是用来传递转矩，不用承载较大的力，轴上也不安装其他零件，所以用光轴就可以，同是为了减小轴的质量，应做成空心的，空心轴内外径比值为0.8-0.9,以保证工作需要，同时可以节省材料。轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较好，因此，重要29的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。对于制造结构形状复杂的曲轴等，则采用球磨铸铁和高强度铸铁，因其具有良好的工艺性能，而易于得到所需要的的结构和形状。轴的材料选择时应主要考虑如下因素：（1）轴的强度、刚度和耐磨性要求。（2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求。（3）轴的材料来源和经济性等。一般来说，轴的常用材料为优质碳钢35,45,50正火或调质处理，对于一般的轴采取普通碳钢如Q235，Q275，重要的轴采用合金40Cr,35SiMn调质，表面淬火处理。 轴的工作能力计算指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算，为了保证轴具有足够的承载能力，要根据轴的工作要求对轴进行强度计算，以防止轴的断裂和塑形变形。对刚度要求高和受力较大的细长轴，应进行刚度计算，以防止产生过大的弹性变形。对高速轴应进行振动稳定性计算，以防止产生共振。 本设计中的空心轴装在连杆机构的吊耳中，由四个轴支架支撑。轴上的两个摆杆一个通过销轴与液压缸相连，另一个摆杆则通过销轴与连接移动构件的连杆相连。它的结构以及连接形式如图所示：图4.9空心轴的机构形式30图4.10空心轴的连接形式选择空心轴的材料为45钢， G=80Gpa，=60Mpa，=1.5/m 根据受力分析，空心轴受到液压缸推力产生在空心轴上的扭矩T，故需对空心轴的强度、刚度进行校核。首先对实现水平移动的空心轴进行校核，其受扭矩：液压缸推力对空心轴的力矩可分为水平力矩和垂直力矩，水平力矩为：106N9 . 5365291SinFT垂直力矩为：=1.9107N 29tan36529cos1FT则空心轴受到的总的力矩为: T1=2.49Nmm 710为了设计轴的直径，根据强度条件，按式子有 。 TWp对空心轴，由 ，得： TD431116 31116TD带入数据得： 2171D 根据刚度条件，按式子得： GTIp18031对于空心轴，由得： 424421180132GTD 4422118032GTD带入数据得：272.92D要使轴既满足强度条件又满足刚度条件，需取其中的较大尺寸，则取空心轴的外径为D1=273，上式中取内外径之比取为，则轴的内径为：86. 0，圆整为235。78.23486. 02731d轴的外径D1=273mm，内径d1=235mm，=d1/D1=0.86，抗弯截面系数： 3843431108 . 111627314. 3116mmDWp依据强度条件进行校核：MPaTWp85.1386. 01273161049. 2437 既符合强度条件，所以空心轴符合要求。 对于升降运动空心轴进行设计校核。其受到液压缸垂直分力和水平分力所给的力矩。水平力力矩：N72101 . 636tan52136cosFT垂直力力矩：52136sin2FTNmm7102 . 3总的力矩为：NmmT72103 . 9为了设计轴的直径，根据强度条件，按式子有 。 TWp对空心轴，由 ，得： TD431116 31116TD带入数据得： 1981D32 根据刚度条件，按式子得： GTIp180对于空心轴，由得： 424421180132GTD 4422118032GTD带入数据得：N4 .4562D要使轴既满足强度条件又满足刚度条件，需取其中的较大尺寸，则取空心轴的外径为D2=457，上式中取内外径之比取为，则轴的内径为：94. 0，圆整为407。8 .40689. 04572d轴的外径D1=457mm，内径d1=407mm，=d1/D1=0.89，抗弯截面系数： 36434311044. 611645714. 3116mDWp依据强度条件进行校核：MPaTWp4.1489.0145716103.9437 既符合强度条件，所以空心轴符合要求。5 5 钢结构的焊接钢结构的焊接5.15.1本设计中的焊接概述本设计中的焊接概述 由于在整个冷床中很多零部件都采用钢结构焊接，如支撑架、基础底座、销轴、连杆以及传动空心轴等，所以钢结构的焊接质量对整个冷床的正常运行起着非常重要的作用。因此有必要对钢结构及其焊接工艺做必要的说明。目前钢结构已在国民经济各部门获得非常广泛的应用，不仅在传统的工业部门，而且还用于工程机械、重型机械等方面，钢结构如此广泛的应用，原因在于钢结构与其他材料制成的结构相比，具有一下特点，首先其强度高、重量轻，塑性和韧性好，对作用在结构上的动力载荷适应性强；再有，钢材的内部组织均匀，各个方向的物理力学性能基本相同，制造简单、方便，钢结构采用焊接方法连接易做到紧密不渗透，密封性好。下面是一个基础底座的钢结构图，都是由钢板焊接而成，如图所示，其焊缝质量评定等33级 角焊缝为CK级，对接焊缝为CS级，焊接接头缺陷为三级，采用牌号为E43的焊条进行连续焊缝焊接。 图 5.1 基础底座结构为了保证钢结构质量，应合理选择焊缝尺寸和布置焊缝的位置，焊缝尺寸过大不但增加了焊接工作量，对焊件输入的热量也多，而且也增加了焊接变形，所以在满足强度和工艺要求的前提下，尽可能的减少焊缝长度尺寸和焊缝数量，对联系焊缝在保证工件不相互窜动的前提下，可采用局部点固焊缝，设计焊缝时，尽量设计在构件截面中心轴的附近和对称于中心轴的位置，使产生的焊接变形尽可能的相互抵消。如工字梁其截面是对称的，焊缝也对称于工字梁截面的中心轴，焊接时只要焊接顺序选用合理，焊接变形就可以得到有效地控制。合理选择焊缝的截面和坡口形式，开坡口和不开坡口的T形和十字接头，当强度相等时，开坡口填充的金属要少于不开坡口的，这对减少焊接变形是有利的。对于厚板开坡口焊缝的经济意义更大，因为角焊缝的尺寸与焊角尺寸的平方成正比，用开口坡来代替不开坡口的角焊缝，可节省大量人力和物力，开坡口的对接焊缝，不同的坡口形式所需的焊缝金属相差很大，选择填充焊缝金属少的坡口，有利于减小焊接变形。所以，要做到在保证焊缝承载能力的前提下，设计时应尽量采用焊缝截面尺寸小的焊缝，但要防止因焊缝尺寸过小，热量输入少，焊缝冷却速度快易造成裂纹、气孔、夹杂等缺陷。因此，应根据板厚、焊接方法、焊接工艺等合理的选择焊缝尺寸。34钢结构中应尽量减少焊缝数量，减少不必要的焊缝。为防止薄板产生波浪变形，可适当采用筋板增加钢结构的刚度。5.25.2焊接知识焊接知识焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。焊接过程主要包括： 1） 预热 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35和45钢的预热温度为150250含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250400。若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150200mm。2 ）焊条条件 许可时优先选用碱性焊条。3） 坡口形式 将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。4） 工艺参数 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。5） 热处理 35焊后应在200-350下保温2-6小时，进一步减缓冷却速度，增加塑性、韧性，并减小淬硬倾向，消除接头内的扩散氢。焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下(动载荷或冲击载荷)工作的焊件更应如此。焊后消除应力的回火温度为600650，保温1-2h,然后随炉冷却。若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。焊接工艺基础知识 焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。1）熔焊 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。2）压焊 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合36金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。 3）钎焊 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。注意事项： 另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。37厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法38。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。6.6.安装与试车要求安装与试车要求6.16.1安装及验收要求安装及验收要求1） 翻转冷床安装、调试及验收应按YBJ201-83冶金机械设备安装工程施工及验收规范通用规定中的有关要求进行，整机应在制造厂进行预安装，先检查各零部件的尺寸是否达到设计图纸所规定的制造精度和尺寸公差，检验各外购标准件的质量是否符合国家规定的制造精度和尺寸公差，检验各外购标准件的质量是否符合国家及行业规定;2） 安装各个倾斜底座以及左右支柱，调整后各排倾斜底座轨面中心线与冷床中心线的平行度为0.15/1000，间距偏差不大于1mm；各个底座、支柱的底部安装面标高-1.595m，偏差0.5mm;3） 安装定齿板、动齿板支架，并将各块定齿板、动齿板安装于相应的支架上，调整定位后各齿板与冷床中心线的平行度为0.15/1000，同齿形的齿板在同一位置的齿形偏差不大于1mm；6.26.2试车要求试车要求1） 试车前要进行压力实验：液压配管和油缸在18MPa压力下保压30分钟，各密封及焊缝处不允许有渗漏现象；2） 试运行前后应仔细检查设备各运行部件是否注满或涂上了足够的润滑剂3） 空载试运转应反复进行（不少于3次），确保各部件运行平稳，无卡阻现象，动齿板的升降和平移运行应平稳有序，速度适中； 394） 冷态负载试运转应在空载试运转进行。6.36.3 维护要点维护要点1)首要是液压系统的维护，主要还是油缸的保护和降温，液压管路的维护。2)利用停产间隙调整床体，减少不必要的运动阻力。3)正确调整齿条的升降和平移距离，尽量取最低值，减少其冲击。4)注意对各润滑点的巡检。特别是车轮，润滑不到位要马上处理，不可带病工作。外文资料外文资料 Cooling bed, the design of the lifting chain The first step on the cooling bed, made a brief overview of the cooling bed status and development. Cooling bed, the quality of steel products as an important part of modern industrial production plays a vital role. Then introduced the cooling bed classification, including reciprocating multi-claw type cooling bed, chain cooling bed, walking beam cooling bed, flip the cooling bed, swing-type cooling bed, roller-type cooling bed, as well as a variety of cooling bed features . Deepen their understanding of the factory. Cooling bed, lifting chain, this general-purpose machinery design as a graduate design topics, to develop an independent ability to solve practical engineering problems, have learned the basic theory and professional knowledge of the integrated use of this graduation project is also our design, computing and graphics capabilities have been fully training.1.1 cooling bed applications Cooling bed, metallurgy rolling steel industry, rolling products (rebar, round bar, pipe, etc.), effectively cooling the work surface. Main purposes: cooling bed equipment is mainly used for rolling steel plates online slow natural cooling. Profile production line, cooling bed with pre-curved profiles also prevent profiles in the natural cooling process of the entire quality ranging from lead to irregular bending.40 The walking beam cooling bed is one of the critical equipment in todays bar rolling production line, the main function is to receive, transfer and cooling rolling.1.2 development trend of the cooling bed Cooling bed rolling production line equipment, a key link to connect the high-temperature processing and cold, regulate even a region of uneven processing efficiency has played a buffer role. On the other hand, compared with the mill, flying shear, and other processing equipment, large tonnage cooling bed equipment, a wide area, manufacture and installation more difficult. In the entire production line design, manufacture, installation, and so on all aspects of China is still a wide gap with foreign outstanding enterprises. Drawing regard for absorbing foreign drawings, and independent production. In the independent intellectual property rights is weak. Due to the design drawings as a reference of foreign technology, coupled with the shortage of time. Therefore, in the specific production and manufacturing, prone to all kinds of unexpected problems in specific aspects of the installation process. There is sufficient accumulation of multi-technology and practical experience in foreign countries in this regard. Japans Mitsubishi, Nippon Steel, Siemens VAI, the United States iron this and so are the technology leader in this regard. Foreign countries has been high-end technology blockade against China, China in the field of cutting-edge development is relatively slow. However, in recent years, in order to speed up the modernization of the country vigorously develop the manufacturing sector, and encourage all kinds of capital into heavy industry. Strengthen intellectual property protection, and increasing investment in education, emphasis on high-end talent cultivation. Chinas rapid development in the field of modern manufacturing. Steel production line equipment, the vast majority of independent production, although the level of processing, manufacturing precision and product quality is a little gap with foreign countries, but this gap is gradually narrowing.1.3 cooling bed classification Cooling bed is rolling shop, as long as the equipment, its role is more than 800 rolling 41cooled to below 150 C to 100 C, while making the tie pieces set the direction and established speed run during transport shall ensure that the tie pieces bend or to develop the direction of bending. Significant differences between the shape of the steel products, steel workshop of the cooling bed form is varied. Cooling bed structure in accordance with the steel shop, cooling bed the following classification.(1) reciprocating claw-type cooling bed Bed by a number of fixed guideway (rail, slide), the shift of steel equipment with a program claw as a whole or single pulley rope back and forth dragging. Cooling bed structure is simple, solid and reliable, easy to maintain, but its low utilization factor, consumption of the pulley wheel and roller rolling in the traverse process prone to bending phenomenon, and the noise, this cooling bed mainly used for cogging and medium-sized steel rolling workshop.(2) chain cooling bed Chain cold bed of the body is generally a fixed cooling stand and chain pull steel machine part. Chain pull steel machine roller chain plate due to the constraints of the chain tensioner is usually irreversible, driving wheel should be installed in front of the rolling Traversing direction. Some chain located in the cooling bed inside the chain to bring security program claw to boost the profile forward; some chains in the cooling bed, the chain holding the profile forward. The cooling bed structure is compact, easy maintenance, no noise; drawback is the chain in high temperature conditions, the chain is easily deformed, the need to equip them with specialized cooling equipment. This cold bed suitable for all sections of steel; straightening machine and check the bench chain cold bed is a good results in the form.(3)stepping cooling bed Stepping cooling bed, also known as the rack type cooling bed, the body formed by two racks, a set of rack is fixed (static rack), another set of rack can be done to the plane down reciprocating motion (moving rack). The two sets of rack tooth alternately arranged in the cooling bed is not working, static rack above the moving rack tooth surface. When 42you start your motor, the eccentric wheel rotation, so that the lift reciprocating installed in both front and rear dynamic beam moving rack. With the move rack mobile will be able to traverse the profiles on the static rack once a pitch, traverse profiles in the cooling bed, the movement of the body, and gradually cooled down. This cold bed suitable for the cooling process and prone to bending and torsion of small steel production. In the some serrated cold bed in order to ensure uniform rolling of cooling, static rack and move the rack is not parallel with the direction of the cooling bed length, generally a small angle (2 ). Not before rolling further, the parts in contact with the tooth surface along the length of the rolling direction changes in time, full-length along the rolling point of contact to cyclical changes. This is necessary for high-alloy steel and special profiles.(4)Turn the cooling bed More advanced flip-type cooling bed, composed of two teeth beam and the eccentric shaft. Beam, two teeth of different tooth gear beam 1 is V-shaped teeth beam 2 is U-shaped. When the eccentric rotation of the axis A, eccentricity AB so that the beam up and down movement, eccentric AK, AZ, about two teeth beam movement. In this movement, proud steel flip. The flip-type cooling bed with energy saving, short cooling time, cooling steel, straight and without injury, main applications and Vincent Fang (blank) (blank) and round bar cooling.(5)swing-type cooling bed The swing-type cooling bed the main components of the swing lever whenever the swing rod swing steel in a cold bed to move a pitch. Along with the swing lever repeatedly swing. Steel in a cold bed to continue moving forward. The swing of the advantages of the cooling bed is just an idiot straight line in the cooling bed moved, compared with the rack cooling bed, its simple structure, low cost, easy fabrication. The disadvantage is that sometimes damage the steel surface.(6) roller-type cooling bed The roller cooling bed by a group of slender roller. The axis of the roller and rolling run direction at a certain angle, the rolling traverse movement on side, side of the rotation, such rolling not only to cool evenly and do not bend
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