机械专业-钢筋矫直切断机的设计【含CAD图纸】
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钢筋矫直切断机的设计摘 要 设计较为全面、系统地研究了冷轧带肋钢筋的矫直理论及矫直及矫直切断机的基本形式、结构、参数和选型方法，确定了钢筋矫直切断机的总体设计方案。设计运用材料力学和弹塑性力学的基本原理，将矫直过程中的钢筋看成一个连续弯曲的梁，对冷轧带肋钢筋的弯曲变形作了详尽的阐述。设计对冷轧带肋钢筋的矫直原理作了进一步的叙述，在此理论的基础上，研究分析了矫直系统参数确定方法。提出了新的辊系配置方案，并针对此种新的辊型配置方案，计算出了矫直系统力学参数及矫直功率。设计设计了一种较为简单实用的剪切机构。设计创造性的在矫直切断机上引入了行程开关，实现钢筋的自动定尺切断，提高了自动化程度。钢筋技术推广的社会和经济效益十分显著，因此高强钢筋得到了广泛应用。欧美等工业发达国家对混凝土结构中钢筋的性能要求较高，多采用可焊钢筋，其实物的质量高于标准规定。盘卷供料的钢筋需经矫直切断后才可使用，目前国内满足矫直性能要求的高强钢筋矫直切断机还很少，市场上急需该类产品。设计在理论分析的基础上，充分联系实际中已有的矫直切断机原理结构，在降低机器成本的基础上，提高了切断效率，并实现了自动化。 关键字： 冷轧带肋钢筋；矫直；行程开关；剪切AbstractThis dissertation comprehensively and systematically investgates straightening technology og cold-rolled ribbed bars,straightening theory of bars,the straightening machines basis type,congigureation,parameter and the method of choosing bars straightening machine type. Utilizing the basis of material mechanics, elastic-plastic mechanics and regarding a bar as a continous bending beam in the peocess of straightightening, bend transform of cold ribbed bars is explained elaborately. Straightening theory of cold-rolled ribbed bars is farther depicted and on the basis of this theory, confirming method of straightening system parameter is researched. The new roller type configuration theme is put forward and straightening system mechanical parameter and straightening power of this new theme is calculated. An simple cutting mechanism is designed.The dissertation draw into the distance-button on the straightening machines, the bars can be cutting in certain size automly, make it more automly.The dissertation on the basis of theory analyse, combine with the straightening machines used, on the basis of lower cost, raise the cutting efficiency, and to be autom.Keywords: Cold rolld ribbed bars; Straightening; Distance-button; Cutting目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1国内外钢筋矫直切断技术的发展状况11.2冷轧带肋钢筋的概述11.2.1钢筋的种类11.2.2冷轧带肋钢筋的表面形式21.3课题的提出和意义2第2章 钢筋矫直理论及金属材料的弹塑性弯曲32.1矫直理论与技术总体概况32.1.1 国内外对矫直理论和技术的研究综述32.1.2矫直基本理论和技术的研究32.1.3对矫直设备和矫直质量的研究42.2对钢筋类金属材料弹塑性弯曲的分析52.2.1概述52.2.2弹塑性弯曲的变形过程62.2.3弹塑性弯曲的弯矩62.2.4强化金属材料弹塑性弯曲的弯矩82.2.5弹塑性弯曲的变形能82.2.6旋转弯曲的变形能102.3本章小结11第3章 矫直装置的选取和分析123.1矫直原理123.1.1反弯矫直、拉伸矫直及拉弯矫直123.1.2旋转矫直123.2冷轧带肋钢筋矫直机矫直系统参数设计163.2.1矫直辊的研究设计163.2.2矫直辊辊系的配置213.2.3 矫直速度223.2.4对矫直质量影响的几个因素233.2.5矫直系统设计计算233.3转毂式斜辊矫直力能参数计算243.4转毂式斜辊矫直机矫直功率计算263.4.1钢筋低频弯曲塑性变形所需功率263.4.2旋转弯曲的塑性变形功率263.4.3矫直辊摩擦功率263.4.4转毂轴承摩擦功率273.5设计计算273.6本章小结29第4章 钢筋矫直切断机的总体方案304.1冷轧带肋钢筋矫直切断机使用范围及特点304.2轧带肋钢筋切断机技术性能指标304.3总体方案及工作原理304.3.1导入装置和压紧装置：314.3.2 矫直装置314.3.3切断机构324.3.4承料机构324.3.5传动系统324.4本章小结32第5章 钢筋矫直切断机剪切机构的分析与研究335.1概述335.1.1生产工艺对切断定尺的精度和生产能力的要求335.2剪切形式的分类335.3设计计算345.4本章小结34第6章 钢筋矫直切断机的承料机构356.1承料机构分析356.2钢筋矫直切断机承料机构的设计356.3本章小结35结论36致谢37参考文献3840 第1章 绪 论 1.1 国内外钢筋矫直切断技术的发展状况 钢筋矫直切断机在建筑行业运用广泛，国内外对钢筋矫直切断机的研究也比较多，国内对于钢筋矫直切断机的需求空间很广，但国内的矫直切断机只能满足一般的需求，对于一些矫直精度较高，切断质量要求也较高的钢筋就无法满足了，需要从国外进口有关设备，总体来说国内的技术还落后于国外。 由于冷轧带肋钢筋需要经矫直切断后才可使用，但目前对于冷轧带肋钢筋矫直的理论研究还不是很完善，冷轧带肋钢筋矫直的无划伤问题一直没有得到很好的解决，冷轧带肋钢筋矫直机的系统参数设计也主要是依据普通圆钢筋矫直机的有关参数。 国内的机器最缺少的技术就是矫直技术了，而这一方面国际上有些国家发展的较好，如前苏联，德国和日本在这方面起步较早。国内有关技术人员也在矫直理论和技术的研究方面作出了很大的努力，其中有部分成果的水平居领先地位，如列入1998河北省企业技术开发第二批计划的GTK6/12数控冷轧带肋钢筋矫直切断机已经解决了有关技术上的难题其水平已达到国内领先地位，它在提高矫直质量、保证矫直后钢筋表面无划伤的基础上，采用了数控技术，提高了自动化程度，实现了自动定长切断、记数(钢筋长度、单根重量、总重、钢筋总数)及自动停车等功能。1.2 冷轧带肋钢筋的概述1.2.1 钢筋的种类建筑上常用的钢筋分为热轧钢筋，冷拉钢筋，热处理钢筋，钢丝和钢绞线等许多类。在常温下对钢筋进行加工称为“冷加工”。用冷加工方法可以使热轧钢筋的强度得以提高，是节约钢材行之有效的方法之一。常用的冷加工方法有冷拉和冷拔两种，近十年来，又发展了冷轧和冷轧扭等方法。冷轧带肋钢筋是采用强度较低，塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆棚条钢筋为母材，经冷轧或冷拔工艺减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形的钢筋。鉴于目前国内生产的冷轧带肋钢筋的母材品种较多，冷轧加工工艺也不尽相同，冷轧带肋钢筋的强度差异较大，国际冷轧带肋钢筋将冷轧带肋钢筋分为LL550、LL650、和LL800三个级别。在本课题中所设计的钢筋基本性能。LL550级钢筋强度较低，主要用以替代钢筋混凝土结构中的小直径热轧I级光圆钢筋，做钢筋混凝土机构中的受力钢筋、架立钢筋、分布钢筋。LL550级钢筋宜用Q215热轧圆盘防金轧制，钢筋的公称直径有八种规格。冷轧带肋钢筋是近三十多年国外发展的一个新钢种，具有抗拉强度高和延伸率好的特性，与普通热轧线材比较，可节约金属材料3040%以上，并使钢筋混凝土强度和预应力混凝土构件强度提高，节约水泥。1.2.2 冷轧带肋钢筋的表面形式我国生产的冷轧戴了钢筋大部分为三面带有月牙形横肋，钢筋的外形如图1-1示。横肋沿钢筋横截面周圈上分布，且其中必须有一面的方向与另两面反向。肋中心线与钢筋纵轴夹角B为4060。肋两侧面与钢筋表面斜角a不得小于45。肋间隙总和应不大于公称周长的20%。相对肋面积f按下式计算： (1-1)式中 F一个肋的纵向截面积： B肋与钢筋轴线的夹角；D钢筋公称直径；C肋的间距。在生产实际中，除三面冷轧带肋钢筋外，还有少数厂家生产两面带肋的冷轧钢筋，有的生产表面有压痕的冷轧带肋钢筋。个别厂家还生产表面带阴螺纹的冷轧钢筋，以减少肋造成的应力集中现象。 由图1-2可知，冷轧带肋钢筋均无物理屈服点的硬钢，则条件屈服强度采用，图中所示，其曲线表现一段较长的非弹性过程，说明弹性和塑性关系比较优化，综合力学性能较好。LL550级冷轧带肋钢筋的曲强比在0.9左右。JGJ95-95编制组根据LL550，LL650和LL800级三种强度级别，测得冷轧带肋钢筋的弹性模量变化范1.8881.984x，钢筋的弹性模量E= 课题的提出和意义我们所设计的该种钢筋切断机在参考国内已有机型的基础上加以改进，减低了成本，在矫直技术上又加以改进，增加了行程开关使其可以自动定长切断，承料槽也加以改进，使得钢筋可以自动落下，上面研究重点即课题研究内容：针对冷轧带肋钢筋，提出新的系统参数设计，提高矫直质量、保证矫直后钢筋表面无划伤。针对新的辊系配置方案，确定力学模型，精确矫直功率计算。提高效率，使得矫直速度达到36m/min,提高了效率，但提高矫直速度的同时又要保证矫直质量。定尺切断，在36m/min的条件下进行切断，且达到切断误差小于5mm。采用行程开关提高自动化程度。实现自动定长剪切，钢筋可以自动落料。第2章 钢筋矫直理论及金属材料的弹塑性弯曲2.1 矫直理论与技术总体概况冷轧带肋钢筋具备十分显著的社会效益和经济效益，因此将得到广泛应用。但是由于冷轧带肋钢筋直径较细和受加工方法的限制，一般都是成卷供货。在使用过程中，除采用长线台座先张法生产预应力空心板等构件不存在矫直外，采用短线法生产预应力构件以及做非预应力钢筋用时，一般多需要经过矫直处理后方可以使用，否则混凝土构件中的曲折钢筋将会影响构件受力性能。因此，钢筋矫直是钢筋加工中的一项重要工序。钢筋矫直切断机能自动矫直和定尺切断钢筋，并可清除钢筋表面的氧化皮和污迹。同时要求矫直后钢筋表面无划伤、无扭转、强度不受损失、切断长度准确。因此，对冷轧带肋钢筋采用的精整技术矫直工艺和技术的研究，其作用就愈为突出。 对矫直技术和理论的研究，目的在于正确的分析和描述矫直过程中呈现的一系列现象，寻求和实际相吻合的规律；确定矫直参数见的相互关系，用以指导生产；研制和开发新型、高效、高精度的矫直设备，使钢材产品的质量和精度不断得到提高。国外对矫直理论和技术的研究起步较早，具有相当的广泛性，取得了许多研究成果。许多成果已应用于实际生产中，产生了巨大的经济效益。矫直技术发达的国家，如前苏联、德国、英国和日本等，从四十年代起，生产的矫直设备就形成了系列产品，在矫直理论、工艺和设备的研究方面也作了大量的工作，并取得了一批较有影响的成果。国内有关的技术人员在矫直理论和技术的研究方面亦作出了很大的努力，使矫直理论和技术的研究工作得到了广泛的重视，并取得了不少令人属目的研究成果。其中部分成果的水平居领先地位。随各行业对矫直设备的种类、数量日益增加的需要，我国目前已形成了自行设计和生产板带线型管材的矫直设备的能力，设备的精度和控制水平也不断提高。在引进和吸收国外先进的矫直设备和技术的基础上，更加高效，高精度的矫直设备相续问世，不断的推动矫直理论和技术的研究工作向前发展。2.1.1 国内外对矫直理论和技术的研究综述新的矫直设备的出现及矫直技术的新发展，必然在很多方面引起对矫直理论和技术的深入研究。目前，国内外有关这方面的研究工作抓哟集中在以下几个新型矫直设备的研制、开发和改进；产品矫直精度的提高。2.1.2 矫直基本理论和技术的研究 在矫直基本理论和技术的研究方面，国外发展的较早。二十世纪六十年代，前苏联的一些研究人员就发表了全面系统的论述和分析管材的矫直理论、矫直工艺以及介绍管材矫直机的基本型式和结构的文献近些年来，国内外的科技人员对矫直参数问题作了很多研究。Ruppin深入探讨了多辊弯曲矫直过程中轴向拉伸载荷和压下量的关系，并对压下量和矫直效果的关系做了详细的研究，得到了一些有意义的结论；应用旋转矫直机矫直，深入研究了矫直工艺对线材性能的影响，给出了详细的实验数据，指出钢筋矫直后一般表现为延伸率增大，强度降低，矫直后抗拉强度值平均下降5%。德国分析了辊式矫直提高棒、带性能的先决条件和可能性；认为弯曲后的残余应力是弯曲时的应力和卸载应力的集合叠加，最大残余应力发生在介于线材中心和表面的区域，弯曲半径越小，残余应力越大，其研究结果表明，辊式矫直也可以看成弯曲变形，多辊单方向矫直就可以显著降低残余应力，矫直过程中大的弯曲半径对残余应力的消除是有利的。同时许多研究人员对矫直机结构参数也进行了较为深入的研究。结构参数包括矫直辊的倾斜角度、反弯曲率、接触长度、辊身长度及辊型曲线等，而对矫直辊辊型的设计和研究一直是矫直机结构单数研究的中心。资料针对在管棒材矫直机的辊型研究中均假定矫直过程中管棒材是理想圆柱体，而与实际情况中管棒材均呈弯曲状态的情况不相符合的问题，作者由等距曲面的观点出发，研究了管棒材呈弯曲状态时与之接触的辊型曲面，而且讨论了矫直辊的角度调整问题，使得在实际中得到更好的接触状态。文献中/则简化现有的辊型曲线的理论公式，通过引入无量纲的中间变量，使得用参数方程表达的辊型曲线方程式变得便于记忆和求解。文献中对有关问题的简单、直观及实用的处理方法在设计中有较好的借鉴作用。文献5在国内外对辊型研究成果的基础上，对直圆材全接触双曲线辊型的研究成果进行了系统的总结，并提出了高度概括性的意见，找出了更为简明的计算方法和辊型曲线的作图方法。在文献中德国的确定矫直扭矩时，考虑了塑性变形区的长度和旋转弯曲的变形能，使得计算结果的精度得到提高；文献对“313”钢管矫直机的矫直力、矫直功率的计算进行了分析，并引入了叠加原理，对矫直机的设计工作有一定的参考价值。2.1.3 对矫直设备和矫直质量的研究 对于理论的研究就是为了更好的指导实践，所以改进现有的矫直设备，研制和开发新的设备以及不断的提高矫直质量，一直是研究工作者的目标。文献均涉及了这个问题，其中，文献对提高管材的矫直精度的途径进行了探讨和试验。提出了“综合矫直”的理论观点，使多种矫直效果叠加和巩固，进而提高了矫直效果。论述了提高矫直质量的先觉条件和可能性，即增加被矫轧材的塑性变形区的长度。文献各自发表了所研制的管材的新型矫直机，从各个不同的角度使管棒材矫直的精度、生产率和矫直机的适用范围等个方面得到了提高。 在众多的文献中，文献在使矫直理论系统化方面进行了总结。提出了在各种矫直条件下矫直机的力能参数、工艺参数和结构参数的计算和确定方法；同时还介绍了许多现代矫直技术和工艺。2.2 对钢筋类金属材料弹塑性弯曲的分析2.2.1 概述钢筋在矫直机上被矫直,是通过自身的弹塑性弯曲变形来实现的。因此，探究钢筋的矫直原理以及制定矫直方案应从研究金属材料的弹塑性弯曲变形着手。金属材料的弹塑性弯曲变形过程在外力矩作用下的弯曲阶段和外力矩去除后的弹性恢复阶段组成。金属材料在外力矩的作用下弯曲时，除中性层因应力为零不会变形外，其它各层纵向纤维都要发生伸长或缩短的变形。外力矩去除后的变形恢复是个内力释放过程，亦称弹性恢复。图2-1在弯曲方式上，有受弯矩作用的纯弯曲；有受横向载荷作用的梁弯曲；有绕过圆柱体受拉力作用而产生的拉弯；有圆形材料在旋转中受横向载荷作用而产生的旋转弯曲如图2-1所示；有板材在轧制过程中由于变形不均而产生的双向波浪弯曲。前三种弯曲都属于单方向的弯曲，称之为一维弯曲；旋转弯曲与波浪弯曲为二维弯曲；综合弯曲为三维弯曲。 实际上，弯曲变形的应力应变关系不能简化为简单弯曲或压缩的应力应变关系。在金属材料的横截面上，除表层和中性层以外，各层均处于三向应力状态，图2-2所示。图2-2材料横截面上所发生的应力应变关系只与弯曲程度有关。在材料的纵向，应力应变的分布与变化情况随弯曲的类型而异。在纯弯曲的情况下，材料纵向各截面的应力应变都是一样的。在受横向集中载荷压弯的情况下，塑性变形区按抛物线规律沿纵向分布在两个边层之间，如图2-3 所示。塑性变形区按双曲线规律分布在两个边层之间，如图2-3 所示。 图2-3拉弯时，塑性变形区将按一个特殊的曲线规律分布在边层，如图2-3 所示。根据平截面原理，各层纤维的变形协调关系必然是线形的，而且塑性变形必将由最外层纤维开始。由于钢筋的弯曲与矫直过程中曲率半径值比其本身直径大得多，从塑性变形的最外层到最内层，造成的误差是不大的，也就是不计三向应力的影响来处理钢筋的弯曲和矫直问题。2.2.2 弹塑性弯曲的变形过程轧件在矫直机上的弹塑性弯曲的变形过程，实际上是一个横向弯曲过程。弹塑性弯曲 随着外载荷的增加，轧件各层纤维继续产生变形。当所受外力矩达到一定数值后，轧件表层纵向纤维应力超过了材料的屈服极限，靠近表面层一部分区域的纤维层产生塑性变形。外力矩越大，塑性变形区由表层向中性层扩展的深度越大。去除外载荷后，在弹性内力矩作用下，各层纵向纤维的变形可弹性恢复一部分，但无法全部恢复，轧件中将保留残余应变和残余应力。这种弯曲变形称为弹塑性弯曲变形。2.2.3 弹塑性弯曲的弯矩 理想金属材料弹塑性弯曲的弯矩弯矩是引起轧件弯曲变形的外因，任何弯曲状态都是内力与外力平衡的结果。在这里，本文只讨论圆形断面金属材料的弯矩。按图2-6的应力应变模型，求其弹塑性弯矩为 图2-6 将=z/R代入上式，积分后将=R/R代入并整理，得 (2-1)式中 弹区比， = (2-2)其塑弯比为 (2-3)当0时,得最大塑弯比为1.7，则最大弹塑性弯矩为1.7Mt。 为了在以后矫直理论分析的需要，下面对原形弯曲塑性区的分布规律加以明确。按图2-7及内外弯矩的平衡条件可知 (2-4)故 (2-5)这是一条类似立方抛物线的-x曲线，它随L及F值的改变而改变。如使材料中点受力最大，即达到极限弹塑性弯矩时，得 (2-6)将此值代入式(2-2)后，得 (2-7)式(2-3)表示一条在材料中点产生“塑性铰”的塑性区分布规律的曲线，图2-7中的x曲线。图2-7在最大载荷情况下，极限弹塑性弯矩Mt发生在 (2-8)处，即材料中点两侧0.21L范围内为塑性变形区S=0.42L.在这种载荷作用下,塑性区内各截面的塑弯比 的变化规律可由下式 (2-9)看出与x的线形关系,它同图上M-x曲线的Mt以下部分是一致的。圆材的关系，即式(2-1)所代表的曲线，与-x曲线相似而方向反。2.2.4 强化金属材料弹塑性弯曲的弯矩冷轧带肋钢筋为强化金属材料。由于强化金属材料的屈服限不大明显，在塑性区内存在着弹性增强现象；塑性区的范围又较窄，容易出现表面裂纹损伤等原因。要使轧件产生足够的塑性变形，常需适当加大其弯曲程度和增加弯曲次数。这就要求尽量精确的计算其弯曲力矩和其弯矩的最大许可值，以及与此最大许可值相对应的最大弯曲程度，以此来确定其设备能力和工艺方案。由塑弯比强化法则，即强化材料的塑弯比等于理想塑弯比减去强化系数与理想塑弯比的乘积，再加上强化系数与弹区比的比值。得圆形断面塑弯比为 (2-10)其强化弯矩为 (2-11)由式(2-5) (2-12)式中 边层应力比； 边层最大应力。代入(2-4)中，求出 (2-13)2.2.5 弹塑性弯曲的变形能 一次弯曲的变形能材料弯曲时外力作功的一部分用于弹性变形；另一部分用于塑性变形；还有一小部分变成热量而散失。为了计算矫直功率，需要把它们分开计算出来，首先讨论的是前两种变形所需之能量。其中 弹性变形能。E塑性变形能，即 对于多次弯曲，第二次弯曲的屈服点稍有降低，其余各次弯曲的屈服点基本一致，可以认为矫直过程中的反复弯曲所需之弯矩和变形功基本不受弯曲次数的影响，而只与弯曲程度有关。 强化金属材料的弯曲变形能图2-5如前所述，则在考虑强化金属材料的一维弯曲变形能时，只需求出一次弯曲变形能即可。对于圆形断面材料，按图2-8和图2-9，先写出弹性变形能积分式 (2-15); (2-16) ; 图2-9可得 (2-17)塑性变形能的积分式为 (2-18)积分得 (2-19)总变形能为弹性变形能和塑性变形能之和，当弯曲次数为n时，式2-10乘以n即可。 2.2.6 旋转弯曲的变形能 理想金属旋转弯曲的变形能图2-10 旋转弯曲的弹塑性变形常发生在轴类零件的超负荷工作中及圆材旋转矫直过程中。因此，在这里仍采用旋转弯曲这一概念。为了分析上的方便，取单位长度圆材，求出其在弹塑性弯曲状态下，转毂旋转一周时所需能量。按图2-10所示的圆形断面瞬时应力应变模型，转毂旋转一周后，在断面上形成弹塑性变形的环形区，其宽度在Rt与R两个半径区。而塑性变形能可由下面的积分式求出 (2-20)代入上式，积分整理得 (2-21)压弯之后的总的变形能为 (2-22)2.3 本章小结本章运用材料力学和弹塑性力学的基本原理，应用弹区比系数，强化系数，推导计算了强化金属材料的弹塑性弯曲的弯矩。运用变形能概念，详述了理想金属材料和强化金属材料的一次弯曲和多次弯曲过程，及其旋转弯曲过程，并计算了相应的变形能公式，为以后的矫直力功率的计算打下了理论基础，为阐述矫直原理作了很好的理论铺垫。第3章 矫直装置的选取和分析3.1 矫直原理可用于盘条料矫直的方法有反弯矫直、拉伸矫直、拉弯矫直及旋转矫直等。3.1.1 反弯矫直、拉伸矫直及拉弯矫直反弯矫直是发展最早的矫直方法，它是直观地将弯曲的金属条料，根据原始的弯曲程度不同，加以不同程度的反向弯曲，达到矫直的目的。为适应大量生产的要求，常采用一种连续式多辊递减压下的反弯矫直方法。该方法比较适合于板材的一维弯曲矫直。拉伸矫直法是不管轧材原始弯曲形态如何，只要拉伸变形超过金属的屈服极限，并达到一定程度，使各条纵向纤维的弹复能力趋于一致。这样在弹复后，轧材即被矫直。拉伸矫直是全断面同时被拉伸，容易拉裂或拉断轧材，如果在拉伸的同时加上反复的弯曲，则各断面将在不同时间内，两侧都受到较大的拉伸变形，从而取得很好的矫直效果，这就是拉伸矫直。拉伸和拉弯矫直虽然动力消耗小，但矫直设备纵向长度太长，不宜和剪切机配合使用。并且比较适合薄板矫直，对于盘条料，断面常为圆形，由于在全圆周各个方向上抗弯能力的一致性，造成了圆材弯曲方向的随机不定，所以采用平面性多辊反弯矫直法对圆材进行矫直，很难达到满意的矫直下效果。从以上的分析可看出，反弯矫直、拉伸矫直和拉弯矫直方法都不太适合盘条料的高效矫直。3.1.2 旋转矫直鉴于单纯的反弯矫直存在上述问题，针对具有圆断面或类圆断面的棒材，如果棒材能一面旋转，一面进行反弯矫直，正好可以得到全圆周性的矫直效果。圆材轴向纤维在经受了较大的弹塑性变形后，弹复能力逐渐趋于一致，这种变形的反复次数越多，弹复能力越接近一致，矫直质量越好。在旋转矫直中最常见的方法是多斜辊矫直，在一般斜辊矫直机中，被矫直钢筋一边旋转，一边进行反弯矫直，在螺旋前进过程中各断面受到多次弹塑性弯曲，最终消除各方向的弯曲，得到全周性的矫直效果。据图3-1得出一般斜辊矫直机 子与钢筋的转速，分别如下： (3-1) 式中 v矫直速度； D辊子转动直径； d钢筋公称直径；由式(3-2)可看出，当d值减少而其它条件不变时，nd值会增大。另一方面，为保证一定的生产率(以重量计)，nd值将进一步增大，产生很大的离心力，由此在导向装置上将产生很大的冲击、振动和噪音。另外，钢筋长度较长时容易产生甩尾现象，有时可能造成人身事故。当超过一定数值时，钢筋加剧振动，撞击设备，产生擦伤和扭曲现象。显然，这种旋转矫直方法，也不适合于盘条料的边开卷边矫直的生产要求。所以，当矫直直径小的盘料钢筋时，采用转毂式矫直机。图3-1 斜辊矫直时钢筋与矫直辊的关系转毂矫直也是一种旋转矫直方法，但该矫直方法是利用转毂的旋转代替圆材的旋转，可达到同样的矫直目的。而且由于圆材不旋转，因此很适合于边开卷边矫直的盘料。 孔模式转毂矫直法 如图3-2所示为转毂矫直法中的一种孔模式转毂矫直装置的简图。它是发展最早的一种转毂矫直装置。由于孔模随转毂旋转，由此圆材的弯曲变成了全圆周性的旋转弯曲，它属于高频弯曲。但由于孔模没有送料作用，故在转毂前后要装设送料和拉料辊子，转毂矫直机所用的孔模按等间距配置在转毂内，其交错的偏心量可调，孔模的形状可作成圆孔形或开口形，如图3-2所示。两端孔模起定位作用，中间孔模起反弯作用，孔模常采用偶数个，以减少偏心量。拉料辊与送料辊同时工作，因此两者常采用一个电机带动。1-送料辊 2-转毂 3-孔模 4-拉料辊图3-2 孔模式转毂矫直机简图但孔模式转毂矫直本身有许多缺点：摩擦损失大孔模的消耗大圆材表面容易损伤头部送料困难因转动摩擦力很大，盘料尾部常随转毂转动，得不到矫直，造成损耗大送料受阻时，孔模将把条材磨细，甚至磨断。采用斜辊代替孔模，即斜辊式转毂矫直，会显著地克服上述缺点。因而又发展了斜辊式转毂矫直方法。 斜辊式转毂矫直法 转毂内装有多个倾斜布置的矫直辊，与钢筋保持相适应的角度，构成多个弯曲单元。矫直过程中，斜辊随转毂高速公转的同时，斜辊绕本身轴线自转，钢筋从矫直辊所形成的孔形中通过(钢筋被拉动而不转动)，在前进过程中钢筋各断面受到多次弹塑性弯曲，最终消除各方向的弯曲，得到全周性的矫直效果。圆材轴向纤维经受较大的弹塑性变形后，弹复能力逐渐趋于一致。各条轴向纤维在全长范围上都经过数次以上的由小到大，再由大到小的拉压变形。在此过程中，即使由于原始状态不同而经受的变形量互有差异，但只要变形是足够的，弹复能力就必将是接近的。这种变形反复次数越多，弹复能力越接近一致，矫直质量越好。该方法用斜辊代替孔模，以克服上述孔模式矫直的缺点。同时斜辊还有送料作用，使牵引辊消耗的功率减少很多甚至仅起导向作用，其矫直原理和斜辊矫直机一样。图3-3所示为多辊式转毂矫直机简图，也可以采用二辊式转毂矫直方法，这种矫直机的牵引辊只需考虑承受一定的压紧力，以保证圆材不随转毂转动。1- 钢筋 2-转毂 3-矫直辊 图3-3多辊式转毂矫直机简图采用斜辊式转毂矫直机矫直的优点是：钢筋在矫直过程中不旋转，没有甩尾现象，钢筋表面不受损伤，特别适合带肋钢筋的矫直。由于采用复合辊系，钢筋在全长范围内都获得了矫直，矫直精度高。同时也克服了二辊框架矫直机速度低、侧导板磨损严重和咬入困难的缺点。结构简单，既可矫直直定尺料，也可矫直盘卷料。但若用它矫直粗钢筋时，由于转毂的离心力与其半径的立方成正比，则旋转速度将受到限制而不宜采用，故仅适合于矫直直径较小的钢筋。冷轧带肋钢筋的截面最近似于圆形。因此，在本设计中采用斜辊式转毂矫直法。 斜辊式转毂矫直矫直原理 转毂式斜辊矫直采用交变弯曲小变形矫直方案，基本原则是，进入辊的棒材，经过反弯和弹复后，其最大原始曲率应完全消除。其优点是在原始曲率值较大时，能较快地消除原始曲率的差值，而在原始曲率值较小时，可以节省功率。下面分析转毂式斜辊矫直过程中钢筋所受的变形情况。参见图4-5，在其弯矩图中，M-x的关系为 (3-3)在x=lt处， M= Mt=Flt/2 ；S代表弹塑性变形区长度。S以外部分为弹性变形区，这一区间的长度用表示，两端对称。图中c为弹性边界曲线， 关系式为： (3-4)此式表明，在塑性区内值随着x的减少而迅速减少，即塑性变形迅速深入，直到钢筋中心处，钢筋通过矫直辊的过程恰好是塑性区由小变大，再由大变小的变化过程，因此周围每条轴向纤维的变形将是不一致的。但是随着前进中转毂旋转次数的增加，可以明显减少这种不一致性。图3-4 多斜辊矫直的弯曲矩与塑性变形区在S区内，当高频转数达到4以上时，钢筋矫直效果有明显提高，但提高高频转速受到各方面的限制，如转毂在高频转速中因偏心而产生很大的离心力，产生振动和噪音；钢筋尾部容易产生甩尾现象，造成事故等。增加矫直辊辊数相当于增加低频弯曲次数，加长塑性区，假设采用5个矫直辊，等于把S区扩大3倍，若在每个矫直辊下的S区内的高频转数为4，则相当于在S区内转毂旋转12次，也等于增加了钢筋的高频弯曲次数，而且在各个矫直辊下钢筋变形不同步性，进一步保证钢筋的矫直质量。由此可以得出对斜辊矫直理论的几点概括：斜辊矫直不是依靠压下量的递减，而是依靠钢筋在转毂内前进过程中所受弹塑性弯曲的由小到大，再由大到小的连续变化，使得钢筋变直。斜辊矫直主要依靠足够的接触区长度及在接触区一定的高频弯曲次数，而不是单单依靠矫直辊数目的增加。不过增加矫直辊数目对提高矫直速度的影响更为重要。斜辊矫直的压下量不需采用大变形方案。同时注意在转瞽式斜辊矫直过程中，后面矫直辊的压下量应比前面矫直辊的压下量小些。增设压紧辊和正确设计辊型对斜辊矫直矫直质量有重要影响。斜辊矫直中矫直辊的倾斜角度不仅对于接触条件及高频弯曲次数有直接影响，也对于保证钢筋各个断面的变形在各矫直辊下不发生同步性的重复有决定作用。3.2 冷轧带肋钢筋矫直机矫直系统参数设计在本设计中，采用1-1-2 (3/3)辊系方案，曲线辊与钢筋保持相适应的角度，六个斜辊随转毂高速旋转，同时斜辊绕本身轴线转动，使得在矫直过程中，辊子与钢筋之间的摩擦形式由滑动变为滚动，大大减少了两者之间的摩擦损耗。被矫的冷轧带肋钢筋在辊间前进过程中，钢筋轴向各条纤维都经受一次以上的由小到大，再由大到小的拉压变形，从而得到圆周性的矫直效果，最终达到一定的矫直精度。且能塑性变形反复的次数越多，矫直精度越好。其结构简图如图4-6所示：图 3-5辊系配置示意图3.2.1 矫直辊的研究设计 辊形的设计 钢筋的矫直质量，很大程度上决定于辊形的设计。合理的矫直工艺对辊形的要求是，尽量增加钢筋与辊子接触区的长度，增大接触面积，并且在接触区内尽量使弯曲率一致。按照这一思想，在直钢筋的条件下导出理论辊形曲线公式，尽管有不同的表达形式，但均代表同一条曲线。在实际矫直过程中，由于斜辊的压下量，使钢筋产生一定程度的反向弯曲，形成带有一定曲率的钢筋与辊子接触。因此实际辊形与理论辊形曲线相比必然有一定的误差。理论辊形曲线Rx的表达式为： (3-5)式中 X从辊腰到所取截面(垂直于辊子轴线)的距离(mm)； Rx距辊腰 处的辊形半径(mm)； Ro矫直辊辊腰半径(mm)； r被矫钢筋的最大半径(mm)； a矫直辊倾角(。)； 矫直辊对钢筋的包角。 在实际设计中，值与理想假设有所不同，假定为，则求的近似辊形 ： (3-6)光圆钢筋矫直时，辊子同钢筋的接触点E只能在B和D点之间，且假设点E为点B和点D的中点。剖面线处为冷轧带肋钢筋正截面图。当与光圆钢筋同一公称直径d的冷轧带肋钢筋被矫直时，考虑到冷轧带肋钢筋的表面形状，为保证矫直后的钢筋无划伤，矫直辊面应与钢筋的最大截面相接触，在A-A截面中，截面形状不规则，以最小椭圆包络截面。冷轧带肋钢筋外径r1大于公称半径r，辊子上点B和点D发生变化。钢筋外径接触点E发生变化，靠近D点，而不是取点B和点D中间，设定E点所对应的中心角 为： (3-7)式中、 分别为B、D两点所对应的中心角。角度由公式(3-8)确定 (3-8)而角度由下述方法求出。椭圆方程为： (3-9）将B点的横坐标代入式(3-9），求得B点的纵坐标为由此可以求出角度的正切值：得设定取 1.081.13即得 (3-11) 将式(3-10)和式(3-11)代入式(3-7)，最后取得： 将公式（3-11）代入公式(3-7)即可看出，任一位置X处的矫直辊半径与r和有关，可以表示为即矫直辊辊形与基准钢筋半径r、矫直辊辊腰半径、矫直辊倾角等原始参数有关。 基准钢筋半径r的选取 本文认为，应以矫直钢筋平均直径的偏大值来设计直辊，首先是因为以矫直机矫直范围中的之间钢材为基准设计矫直辊，当用于矫直可矫钢筋范围中的最大和最小钢筋时，矫直机调整幅度小；矫直辊与被矫钢筋接触线上各点的相对滑动速度也就越小，矫直辊的磨损也就灰愈均匀，钢筋表面产生划伤的可能性就会愈小。即图3-6 矫直辊辊形比较 辊腰直径与辊距的设计 在选定基准钢筋半径r后，就应根据实际需要选择矫直速度，而矫直速度与矫直辊辊腰直径及矫直辊倾角有关，所以 的选择应考虑其对矫直速度的影响。此外矫直辊辊腰半径 的选择还应考虑矫直稳定性和矫直辊的磨损均匀性。在其它参数相同的情况下， 越大，矫直辊辊形越平缓见图(3-8)，矫直辊磨损就越均匀，也不易在被矫直钢筋表面产生划伤等矫直缺陷，但辊形越平缓，矫直辊对被矫钢筋的约束能力就越弱，矫直时钢筋易偏离矫直中心线，矫直稳定性就越差。此外，在矫直辊旋转角速度一定的情况下，越大，矫直速度也就越大，产量也就越高。反之，则情况相反。同时， 在斜辊矫直中，由于钢筋与矫直辊的接触线较长，从而不必按斜辊接触强度来计算辊径。辊腰直径比辊端直径细，且辊身较长，因此要求辊子有足够的弯曲强度，辊子的两端不仅有可能与压弯的钢筋相接触而且是钢筋在矫直时必须通过的部分，因此，辊端成圆角。矫直辊辊长的选择首先要 保证钢筋与矫直辊之间的接触线达到足够的长度，以满足矫直辊和钢筋的接触长度要求，避免因应力过大而造成压痕、划伤等矫直缺陷；其次，辊长的选择还要与辊距相匹配，以保证机器结构尺寸要求。在统计数据的基础上，用类比法进行了参数的确定。辊腰半径 R0=(2.55)对于转毂式多斜辊矫直机来说，辊距P是矫直机的一个基本结构参数，它主要受结构条件、强度条件和矫直可能性的约束，既影响矫直质量，又决定着矫直机的尺寸。首先，须从矫直机的结构尺寸进行考虑，其次，须对机器受力进行考虑，在矫直弯矩一定的情况下，辊距越大，矩直力越小，机器受力情况越好，矫直辊和机架的强度要求也就越易满足。辊距P越小，矩直力越大，矫直辊受到的扭转应力和辊身接触应力增大，使得辊身表面过早磨损和削落，影响矫直辊寿命，同时也易于擦伤钢筋表面；同时，对矫直可能性进行考虑，钢筋直径d值越小，为实现塑性变形，钢筋在斜辊之间的弯曲半径也应越小。辊距越小，对钢筋可能产生的反弯曲率越大，矫直质量越高，因此，应尽量选择较小的辊距，综合考虑，确定辊距的原则是：既要保证矫直质量又要满足矫直辊的强度要求。辊距 P= (1.24.4)由文献4可知，在弹塑性变形区内，矫直辊应绕基准钢筋旋转2周以上。对于基准钢筋，矫直辊旋转一圈前进的导程为，于是弹塑性变形区长度 应满足： (3-13)由文献5可知： (3-14)将式(4-13)代入式(4-14)，得： (3-15) 矫直辊倾斜角的设计 矫直辊倾角的选择除考虑矫直速度外，还应考虑矫直质量和矫直稳定性。在其它参数相同的情况下，当增大时，辊形变陡(见图3-9)，矫直速度增大，产量增加；转毂旋转一周，钢筋前进的导程也增大，这样钢筋在弹塑性弯曲矫直区中的弯曲矫直次数为 (注：为弹塑性变形区长度)就减少，矫直质量就不易保证，同时，倾角越大，钢筋与矫直辊接触线越短，接触应力就越大，易出现矫直缺陷，但由于辊形变陡，矫直稳定性会变好。反之，则情况相反。由接触区长度准则，倾斜角最大值可由下式得出 (3-16)式中 d矫直钢筋直径(mm) L矫直辊工作部分长度(mm)辊子工作部分长度L： (3-17)式中 辊腰半径(mm)； r钢筋半径(mm)； 矫直辊倾斜角； 理论辊形中距辊腰 处矫直辊的包角。将式(3-17)代入(3-16)中，得： (3-18)理论上= ，矫直辊对钢筋的包容度为28%，满足矫直条件。将数据代入上式，解得由文献给出， (3-19)可以近似地把 代入上式后，倾斜角的最小值可由式(3-20)求出 (3-20)另外从钢筋与双曲线辊形接触后保持直线状态来考虑，钢筋直径d越大，辊子的倾斜角越大。同时考虑到在实际操作中，值越大，两矫直辊在钢筋轴线方向所形成的有效空间越大，进料容易。又因为钢筋理论出口速度v=0.6m/s，钢筋出口速度提高，在冷轧带肋钢筋矫直过程中，为避免划伤，必须保证钢筋肋顶面与矫直辊面接触，而且接触面积尽量大，由GB13788-92，冷轧带肋钢筋三面肋沿钢筋横截面周圈上均匀分布，其中有一面必须与另两面反向，肋中心线和钢筋纵轴线夹角为，则取值为和,取值范围为。但随值增大，钢筋与辊子接触区长度减少，与辊子一次接触的肋面数目减小，钢筋接触应力增大，肋面易被压伤。综合考虑上述因素，取宜取偏大值。3.2.2 矫直辊辊系的配置斜辊矫直主要依靠足够的接触区长度及在接触区内一定的高频弯曲次数，而不单靠辊数的增加。增加辊数等于增加低频弯曲次数，加长塑性区，其对提高矫直速度更为重要。同时。，也增加了钢筋的硬化和矫直功率，而且结构更大。为此，在保证矫直质量的前提下，辊数尽量少些。辊数的多少直接取决于辊系的配置方式，辊系的配置方式对于矫直质量、被矫直钢筋的尺寸和形状精度具有重要的影响。在本设计中，综合1-1和2-2辊系配置的特性，采用了前四个斜辊1-1，后两个斜辊2-2的复合配置方式。图3-10 1-1辊系配置示意图图3-11 2-2辊系配置示意图1-1辊系适用于一般棒材及厚管材的矫直，被矫直钢筋受三次低频弯曲，形成三个塑性弯曲区，若在弹塑性变形区内，每个矫直辊绕钢筋旋转4次，则等于在弹塑性变形区内，矫直辊绕钢筋总共旋转12次，即增加了高频弯曲次数，得到较好的矫直效果，但是钢筋头尾在小于或等于半个辊距的长度内得不到矫直，有时会造成大量的切头损失。2-2辊系中，在矫直辊的对面加上压紧辊，扩大了钢筋塑性变形区，只要保证圆材压紧区，圆材的每层圆周上的纤维将受到一致的变形，即使圆材的原始弯曲较大，在受到相同的较大弯曲之后，各条纤维的塑性变形虽有不同，但弹复能力会基本一致，故能得到明显的矫直效果。同时2-2辊系能消除圆材的甩尾和由此引起的噪音，有利于钢筋两端的矫直，且不易产生表面擦伤，能保护冷轧带肋钢筋的表面质量。成对配置的辊系还可以对管材椭圆度有圆整作用；起到配置的作用，减小转毂的偏心，减轻振动。但随着转毂质量增加，动载荷增大，矫直功率也随之增加。在相同功率条件下，矫直速度降低。为了保证矫直速度本设计中v=36m/min，减少转毂的动载荷，综合前两种辊系的优点，采用1-1-2(3/3)的辊系配置方式，尾部两个矫直辊同时起固端作用，实现了钢筋的全长矫直，能够取得很好的矫直效果。1-矫直辊 2-矫直钢筋 3-转毂图3-12 112(3/3)辊系配置示意图3.2.3 矫直速度钢筋前进的速度，即矫直速度，目前，关于矫直速度的理论与实验研究都不多，有的只是按统计经验来确定矫直速度，在本文中把钢筋看作直材，对于矫直过程中的打滑现象，用系数r来表示。 (3-21)从而钢筋的前进速度为 (3-22) 加入修正系数(取0.920.96)，得图3-13 钢筋与矫直辊的运动关系3.2.4 对矫直质量影响的几个因素 压下量对矫直质量的影响 钢筋的纵向弯曲是应用弹塑性弯曲矫直原理实现矫直的。对于1-1-2(3/3)型转毂式斜辊矫直机来说，由于二、三、四辊的偏移(压下量)；钢筋呈弹塑性弯曲状态，经过多次弹塑性反复弯曲而实现矫直(图4-15)。关于压下量的大小，各国给出的公式各不相同，且差别极大，如文献15建议弹塑性变形高度应达到80%，而文献51则认为弹塑性变形高度达到35%即可实现矫直目的，文献52对矫直所需的轴反弯曲线曲率进行了数值分析和计算，得到的结果与文献51基本相符。实际上压下量的大小应视矫直机的辊距和被矫钢筋的原始弯曲度、材质、规格和辊子磨损情况作相应的调整。在其它参数相同的情况下，辊距越大，钢筋原始弯曲度越大，材料屈服强度越大、直径越小，辊子磨损情况越严重，压下量应取的越大，反之，则情况相反。 矫直速度对矫直质量的影响 以前，人们对矫直速度对矫直质量的影响不够重视，实际上，矫直速度也是影响矫直质量的一个关键因素。矫直速度的大小应与被矫直钢筋的原始弯曲度、规格及材质相适应。钢筋的原始弯曲度大、直径大、材料屈服强度高时应采用较低的矫直速度进行矫直，反之，则情况相反。在其它参数相同的情况下，采用高速矫直，矫直质量不好，而采用低速矫直时就可获得较好的矫直效果，这主要与材料的性能有关，应使矫直速度低于材料的变形速率，确保材料发生弹塑性变形，因此，在保证产量的前提下最好采用低速矫直。3.2.5 矫直系统设计计算在我所设计的冷轧带肋钢筋矫直切割机设计过程中所取参数如下：采用1-1-1(3/3)的辊系配置方式，基准钢筋直径,辊腰直径=(12.525)mm，取=20m，辊子全长=(50100)mm，取=90mm,矫直辊倾角，辊距取P=280mm。实践证明，矫直效果良好。3.3 转毂式斜辊矫直力能参数计算一般来说，如图3-14所示在矫直辊上，除作用有垂直压力F（更确切的说，是垂直于通过矫直辊轴线，并平行于钢筋轴线的平面力)外，还作用有力图使矫直辊在 角平面转动的力偶M，切向力T和轴向力S，角 为钢筋与矫直辊的最大接触角。当把矫直辊受到的压力视为总压力的垂直分力时，所做的计算已达到工程计算所允许的精度，即其它分力的影响可以考虑不计。 图3-14 矫直辊受力示意图 矫直力是原始曲率和钢筋直径等参数的函数，转瞽式斜辊矫直机由于辊系配置方式不同，受力状态和钢筋变形状态都不尽相同，也就有不同的矫直力表达式。因此在力学计算时，必须结合各个辊系的特点来进行，做到具体问题具体分析。对于1-1辊系(图3-15)，将矫直力作为集中力考虑，力的作用点分别为各个矫直辊辊腰部分图3-15 11辊系受力模型在本设计中，由于采用了1-1-2(3/3)的辊系配置方式，考虑到第5，6辊起固端和导向作用，在第五辊力作用点处发生弹塑性弯曲，钢筋在辊系中产生4次弯曲。矫直辊受力点之间称为接触区，在接触区内钢筋的弯曲曲率认为是相等的，但实际中接触区中间的曲率要比两端的大，因此两端的压力不可能集中作用于一点，而可能是由外向内迅速递减的压力，因此一种简化的考虑，按图3-16的受力模型进行简化，矫直辊受力为集中力。图3-16 112(3/3)辊系受力模型对于直径为d的冷轧带肋钢筋，矫直辊的平均直径为 ，辊身长度为l，接触区长度为j。一般情况下，l与j的近似关系为： （3-23）第一个矫直辊所受力 (3-24)由三弯矩方程可求得 (3-25)对于转毂式斜辊轿直机压下量既不需过大，也不需有严格的递减规律，因此 的取值不必保持差别。即 (3-26)同理，对于第三个矫直辊 (3-27)而对于底四、五、六矫直辊的受力 (3-28) (3-29) (3-30)得1-1-2 (3/3)配置的辊系，其合力为(3-31)3.4 转式斜辊矫直机矫直功率计算转式斜辊矫直机矫直功率可分为克服塑性变形所需功率与克服摩擦所需功率两部分组成。克服塑性变形所需功率包括两部分：钢筋低频弯曲塑性变形所需功率、旋转弯曲的塑性变形功率；克服摩擦所需功率包括两部分：矫直辊摩擦功率、转毂轴承摩擦功率。下面分别加以说明计算。 3.4.1 钢筋低频弯曲塑性变形所需功率由于矫直辊的交错布置及矫直辊均有一定的压下量使得钢筋在前进过程中要受多次的反弯。矫直辊的数量I越多，反弯次数越多，这个弯曲次数属于低频弯曲次数。同时矫直辊随转毂旋转而转动，钢筋的弯曲变成全圆周性的旋转弯曲，它属于高频弯曲。钢筋低频弯曲塑性变形所需功率Ns为 (3-32)式中矫直钢筋的前进速度。3.4.2 旋转弯曲的塑性变形功率转式斜辊矫直机的矫直辊做的较细，而矫直辊的倾斜角较大，矫直辊与被矫直钢筋的接触长度较短，则在功率计算时，不考虑其等效接触区，按式(3-33)计算其功率。 (3-33)3.4.3 矫直辊摩擦功率矫直辊与钢筋之间主要是滚动摩擦，同时矫直辊两端轴承也存在摩擦损耗，摩擦功率等于两种摩擦功率之和，如式(3-34)所示： (3-34)式中 辊子与钢筋之间的滚动摩擦系数； 辊子轴承摩擦系数； 矫直辊转速； 辊子轴头直径； 辊子直径。3.4.4 转轴承摩擦功率一般来说，球轴承比滚子轴承的摩擦力矩小，摩擦功率小，在本设计中同时考虑到转速较高、轴向载荷较大，转毂轴承进口一端采用深沟球轴承，出口端采用成对的角接触球轴承配置方案。转毂轴承摩擦功率由(3-35)求得： (3-35)式中 P皮带张力； Q转毂自重； 转毂轴头直径；转毂轴承摩擦系数。转毂驱动总功率为 (3-36)3.5 设计计算本设计题为冷轧带肋钢筋矫直切断机，力学系统设计参数以 10mm为设计计算基准。冷轧带肋钢筋的力学性能见第一章绪论部分，其它参数见矫直系统设计部分，矫直速度（即矫直钢筋前进速度）=0.6m/s，钢筋的强化系数=0.01，弹塑比取，。由式(2-5）及(2-8）得钢筋塑弯比=1.69 (3-37)冷轧带肋钢筋的弹性极限弯矩为 (3-38)接触区的理论长度，由式(3-30)求出 (3-39)由公式(3-31)得垂直矫直力的总和力为将相应数据代入公式(2-10)得低频弯曲的塑性变形能为 (3-40)将相应数据代入式(2-13)得高频弯曲的塑性变形能为 (3-41)将相应数据代入公式(3-32)得钢筋低频弯曲塑性变形所需功率本设计中，矫直速度为 =0.6m/s，则所需转毂转速n=1140r/min，将相应数据代入公式(3-24)，得旋转弯曲的塑性变形功率 (3-42)辊子与钢筋之间的滚动摩擦系数=0.0002m；辊子轴承摩擦系数 =0.002 ； 辊子轴头直径 =0.015m。将其它所有相应数据代入式(3-34)，得矫直辊摩擦功率本设计中，同时考虑到转速较高、轴向载荷较大，转毂轴承进口一端 深沟球轴承，出口端采用成对的角接触球轴承配置方案。皮带张力P=0.9kN；转毂自重Q=0.5 Kn；转毂轴头直径=0.065m；转毂轴承摩擦系数=0.0025。将其它相应数据代入公式(3-25)，转毂轴承摩擦功率为皮带传动功率=0.9，得转毂驱动总功率为即矫直电机功率取5.5kw.在矫直功率中旋转弯曲的塑性变形功率所占的比重最大，而与矫直辊系配套参数、钢筋本身特性及转速有关。3.6 本章小结本章首先阐述了冷轧带肋钢筋的矫直原理，并对冷轧带肋钢筋矫直切断机的矫直系统进行了分析研究，提出了系统的参数确定的方法；提出了新的矫直辊系配置方案，并针对所提出的矫直辊系，建立了相应的力学模型，推导计算了钢筋矫直切断机的矫直功率，并对矫直功率的各个影响因素作了定性的分析。第4章 钢筋矫直切断机的总体方案4.1 冷轧带肋钢筋矫直切断机使用范围及特点本机器主要适用于建筑工程，道路桥梁，水利电力工程，混凝土预制构件，冶金和机械行业的领域。对冷轧带肋钢筋矫直切断机的要求是，自动化程度高，可实现定尺切断，并自动落料。容易调整，操作安全、方便、灵活，坚固耐用，矫直精度高，能够保证矫直后的表面质量，表面无肉眼可见的划痕。并能矫直切断光圆钢筋及管棒材，适用范围广泛。图4-1为机器原理图。图4钢筋矫直切断机原理示意图4.2 轧带肋钢筋切断机技术性能指标矫直钢筋抗拉强度：时， 。矫直钢筋直径：定尺切断长度：其中手动：50mm任意长度 机动：1000mm12000mm 切断长度误差： 5mm牵引速度：36m/min4.3 总体方案及工作原理 冷轧带肋钢筋矫直切断机结构主要分为导入装置、矫直装置、承料机构、切断机构，传动系统及行程控制系统，如图4-1所示。4.3.1 导入装置和压紧装置：导入装置引导盘料钢筋进入前压料辊，而后进入矫直装置，托承钢筋后部，限制钢筋在床尾处的大幅度摇摆，并起安全作用。以往的矫直机导入装置为保证工作可靠稳定，采用绝对刚性结构，结构偏笨重，特别是因为刚性大，造成钢筋表面划伤和微观冲击硬化，这一点对于冷轧带肋钢筋的影响尤为明显。在本设计中，加入柔性弹簧，导管通过柔性弹簧弹性浮动支撑在支架上，如图4-2所示。图4-2当钢筋通过导入装置被咬入矫直装置后，对导管产生冲击碰撞，冲击能量经导管传给柔性弹簧并由柔性弹簧吸收；当钢筋离开接触面后，柔性弹簧中的能量自然释放，由于该能量的吸收和释放是在弹簧中完成，能避免钢筋表面产生微观冲击硬化。同时，由于导管弹性浮动的支撑在机架上，钢筋与导管的接触长度增加，从而能够减轻或避免导管对钢筋的划伤。压紧机构在矫直装置前、后各一套。辊轮缘表面上开有沟槽，尺寸与钢筋直径相适应。上轴辊为浮动机构，转动手轮，使上辊轮与下辊轮压紧钢筋，防止在矫直过程中钢筋产生旋转现象。4.3.2 矫直装置可用于盘条料矫直的方法有反弯矫直、拉伸矫直、拉弯矫直及旋转矫直等，在冷轧带肋钢筋矫直中，多采用斜辊式转毂矫直法，其优点主要表现在：钢筋矫直过程中不旋转，没有甩尾现象，钢筋表面不受损伤，特别适合带肋钢筋的矫直。由于采用复合辊系，钢筋在全长范围内都获得了矫直，矫直精度高。结构简单，既可矫直定尺料，也可矫直盘卷料。在本设计中采用斜辊式转毂矫直法，并提出了一种新的矫直辊系配置方案，图4-3所示为多辊式转毂矫直装置简图。图4-34.3.3 切断机构为了满足用户的使用要求，切断机构必须实现定长剪切。一般用机械式定长，即在承料架槽上放置定尺切断装置，切断锤头随着偏心轴的转动上下往复运动，矫直后的钢筋由压辊送入承料架，当其顶撞切断挡块后，传动拉杆使下刀架随之向前运动，上刀架进入锤头的锤击区域，实现对钢筋的定长切断。或加入暂停机构，使得切断钢筋时，钢筋暂时停止运动。4.3.4 承料机构承料架作为钢筋矫直切断机的辅助设备，对钢筋矫直机实现整机功能起着重要作用，要实现承料与落料的功能，做到结构简单、动作快捷，对矫直后的钢筋不划伤。在剪切之前，承料架对矫直的钢筋起承料作用。4.3.5 传动系统 该钢筋矫直切断机主要有两个传动路线：钢筋送料，钢筋切断。当钢筋达到所定尺寸时立即停止，当把钢筋切断后钢筋即自动从承料架上自动落下。 为了完成这个接歇运动在两个传动轴上安装了电磁离合器，使送料和切断分开进行，而主电机一直处于工作状态，具体传动图和电路图如下：M1，M2为电磁离合器，ST为行程开关电路图4.4 本章小结本章主要提出了钢筋矫直切断机的总体设计方案。在已有机型的基础上加以改进，增加了自动定尺装置，对原有的承料槽也加以了改进，使钢筋可以自动落料。第5章 钢筋矫直切断机剪切机构的分析与研究5.1 概述冷轧带肋钢筋通过矫直机构矫直后，经牵引辊和测量轮进入承料槽，根据用户要求需要定尺切断。钢筋的定尺切断要求准确，切断误差小、切口端面平整、无明显压痕。因此，切断结构对钢筋的矫直质量有重要影响。下面着重叙述矫直切断机的切断和定尺部分：5.1.1 生产工艺对切断定尺的精度和生产能力的要求从目前来看,在浇筑工程中使用的冷轧带肋钢筋,对钢筋的长度定尺精度要求一般在20mm左右，当用于建筑用焊网时，纬线的长度定尺精度在3mm，经度的长度定尺精度，一般在10 mm；作为预制构件的预应力钢筋时，由于钢筋长度的参差不齐将影响预制构件的性能。因此，钢筋的长度定尺精度应达到5 mm以内。目前国内矫直切断机的钢筋前进速度为0.40.9m/s ，一般在0.50.7 m/s之间，生产效率相对较低，已经不能满足市场需要，用户对提高矫直切断机生产能力的愿望越来越迫切。要提高生产能力就必须提高钢筋前进速度，而剪切机构的形式制约着钢筋的前进速度。5.2 剪切形式的分类 切断机的剪切方式分类，旋转式剪切，上下移动式剪切，下移式剪切。如图(5-1)所示。定尺剪切讯号的发出大体有三种形式：机械信号，行程开关(接触或非接触式)发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。其他形式的定尺误差在530 mm之间。举例来说：当定尺长度为10 m，前进速度为0.5 m/s ，误差为5 mm就意味着剪切系统的每次切断响应时间的误差不大于0.01 s，当前进速度为1 m/s时，误差为5 mm就意味着剪切系统的每次切断响应时间的误差不大于0.005 s。综合分析以上各种剪切方式，根据本机设计原理决定采用下切式剪切方式，其按刀具的驱动方式又可分为：摆动式，锤击式，液压式三种，在本机中决定采用摆动式 这种设备的剪切机构类似一把铡刀，当钢筋通过固定在机架上的定刀孔进入承料架并触动定长开关后，摩擦刀式离合器动作，带有凸轮的转轴旋转一周，凸轮使带有切刀的摆臂摆动，从而完成一个切断动作。目前所知，国外进口的矫直切断机的剪切机构大都采用这种方式。5.3 设计计算在设计切断形式时主要考虑的是切断的时间及钢筋的长度误差，要保证机器在整个送料切断过程动作连贯，无停滞现象，钢筋的长度误差在5 mm之内。对于该机来说主要是考虑电磁离合器的反应时间，本机所选取的电磁摩擦离合器的具体反应时间为：接通时间0.004s,断开时间0.005s,衔铁吸引时间0.002s所以对于切断长度为钢筋来说，切断时间 t1=60(s)/980(r/min)=0.061(s)送料时间 t2=L/0.6(m/s)反应时间所以总时间为T= L/0.6+0.061+0.012于采用了电磁电磁摩擦离合器顾切断误差主要是由于电磁电磁摩擦离合器的反应时间，所以该机的误差值为0.005s0.6m/s=3mm符合要求。5.4 本章小结本章对矫直切断机现有的剪切机构进行了分类，并作了系统研究分析；在对已有的切断机构的分析讨论后采用了下切式切刀；详述了一个工作循环内，剪切机构的动作过程。第6章 钢筋矫直切断机的承料机构6.1 承料机构分析在钢筋矫直切断过程中，最后的工序是承料和落料，这也是很重要的一道工序，矫直后的钢筋在切断前要在承料架中向前运动，必须避免矫直的钢筋受划伤、变弯。切断后的钢筋能及时落料。承料机构尺寸长(612m)，结构又要避
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