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附錄1
燕 山 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
課題名稱:
1500熱鋸機(jī)主結(jié)構(gòu)設(shè)計
學(xué)院(系):
機(jī)械工程學(xué)院
年級專業(yè):
06級軋鋼一班
學(xué)生姓名:
劉 超
指導(dǎo)教師:
李學(xué)通
完成日期:
2010年3月7日
一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài),說明選題的依據(jù)和意義:
鋸切機(jī)主要用于鋼鐵生產(chǎn)部門,主要用來鋸切各種復(fù)雜斷面形狀。根據(jù)工作方式和結(jié)構(gòu)形式,鋸切機(jī)械可以分為兩類:1)鋸機(jī)。用于(停放著的)單根或整根束軋件的切頭、切尾或定尺寸長度。鋸切常溫軋件的鋸機(jī)稱為冷鋸機(jī),鋸切高溫軋件的鋸機(jī)稱為熱鋸機(jī)。2)飛鋸機(jī)。用于將運(yùn)行中的軋件切頭、切尾或切成定尺寸長度。飛鋸機(jī)也可分為冷飛鋸機(jī)和熱飛鋸機(jī)。
早期的熱鋸機(jī)是固定式的,既無橫移機(jī)構(gòu)也無送進(jìn)機(jī)構(gòu)。例如我國某中型軋鋼廠的固定式熱鋸機(jī),其鋸片直徑為1500毫米,產(chǎn)量達(dá)40萬噸/年以上,而設(shè)備總重最只有5噸。所以,固定式熱鋸機(jī)逐漸被移動式執(zhí)鋸機(jī)所取代。
有關(guān)熱鋸機(jī)的研究,已經(jīng)有了較長久的發(fā)展。從基本鋸切理論入手,針對不同的鋸切對象和使用環(huán)境,利用現(xiàn)代設(shè)計理論和技術(shù)成果,通過對鋸片設(shè)計、制造和熱處理等方面的全面研究,在鋸片設(shè)計和質(zhì)量控制等方面取得多項(xiàng)突破,并且鋸片的 高強(qiáng)度、高剛度、長壽化、不同型鋼鋸切斷面的無(?。┟?、小變形等等方面形成系列專有技術(shù)。鋸機(jī)的主要機(jī)構(gòu)有三部分:(1)鋸片傳動機(jī)構(gòu)(鋸切機(jī)構(gòu)):常用的方法對兩種,電動機(jī)直接傳動或用—確皮帶間接傳動(2)鋸片送進(jìn)機(jī)構(gòu):一般采用被切軋件不動,鋸片向軋件進(jìn)給。(3)調(diào)整定尺的鋸機(jī)橫移機(jī)構(gòu):一船采用電動機(jī)或液壓缸短行程)驅(qū)動,使鋸機(jī)在軌道上沿軋件軸向移動,改變鋸機(jī)與軋機(jī)之間的距離。
1.根據(jù)鋸片的送進(jìn)方式,熱鋸機(jī)主要有以下幾種類型:
(1)擺式熱鋸機(jī)(圖—1)。這種鋸占地面積小,但因?yàn)槭菙[動進(jìn)鋸,故鋸行程有限,但剛度差、振動大,現(xiàn)在已不再制造。
(2)氣功送料固定鋸。這種早期的固定鋸目前仍有使用,它只有鋸切機(jī)構(gòu),鋸片不能送進(jìn),借助氣功撥爪將軋件撥向鋸片實(shí)現(xiàn)鋸切。
(3)杠桿式熱鋸機(jī)(圖—2)。具有間接傳動的鋸切機(jī)構(gòu)和杠桿擺動的送進(jìn)機(jī)構(gòu)(可手動,也可電動或液動)。用于鋸切小型鋼材和取樣。
(4)滑座式熱鋸機(jī)(圖—3)。它具有完善的三部分傳動系統(tǒng),即直接傳動的鋸切機(jī)構(gòu)、齒輪6、齒條5傳動的裝有鋸片7的上滑臺4,可沿裝于下滑座3上的滑動導(dǎo)軌或滾輪向軌道方向移動送進(jìn)機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)(圖中未示出)。該鋸與擺式鋸、杠桿式鋸比較,滑座式鋸鋸片橫向振動小、高效率、行程大而工藝性能好,并且結(jié)構(gòu)比較完善,得到廣泛使用。
(5) 四連桿式熱鋸機(jī)(圖—4)是一種比較新式的鋸切機(jī),主要由四桿機(jī)構(gòu)、鋸片回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)等組成。它的鋸片送進(jìn)方式是采用四這桿式送進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的,由于送進(jìn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),保證據(jù)片基本水平送進(jìn),因而有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠的優(yōu)點(diǎn)。
2.四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)特征:
四連桿式熱鋸機(jī)得名于其鋸片送進(jìn)方式是采用了四連桿機(jī)構(gòu)(見圖—4)。鋸片是由電動機(jī)8直接傳動的,它們固定在鋸架5的端部。電動機(jī)外面裝有水簾降溫。鋸片軸的軸承采用稀油循環(huán)潤滑,正軸承座通水冷卻。送進(jìn)機(jī)構(gòu)的電動機(jī)12裝在鋸座10上,經(jīng)減速機(jī)2、安全聯(lián)地器1帶動曲柄4擺動,從面帶動鋸架5前后移動,實(shí)現(xiàn)送進(jìn)運(yùn)動。合理地選擇曲柄和搖桿尺寸,可以保證鋸片基水上是水平移功。鋸機(jī)沿軌道的橫移是由橫移電動機(jī)13.經(jīng)二級蝸輪蝸桿橫移減速機(jī)3帶動行走輪9在軌道上滾動實(shí)現(xiàn)的。
它具有行程大、摩擦小、工作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn),而且它的設(shè)備重量也比滑座式熱鋸機(jī)輕,是一個值得推薦的鋸切機(jī)類型。
3.四連桿機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
(1)國內(nèi)現(xiàn)狀:
在熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計和分析中,基本上可以歸納為兩種方法:圖解計算法和解析計算法。圖解計算法具有簡單、明了的特點(diǎn),當(dāng)求解的位置較少時,往往可以滿足要求,當(dāng)欲求解的位置比較多時,對機(jī)構(gòu)的每一個位置都要進(jìn)行圖解計算,勢必需要很大的工作量,降低了設(shè)計工作的效率。六十年代末期以來,隨著計算機(jī)的運(yùn)用和普及,使用計算機(jī)進(jìn)行四連桿機(jī)構(gòu)的輔助設(shè)計得到了很大的發(fā)展。和圖解計算法相比,解析法具有求解精確、可靠的特點(diǎn)。
近幾年圖解法也有了一定的發(fā)展,1997年映峰、屠煥林提出了一種新型簡單的平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動綜合圖解方法, 并用實(shí)例說明如何用這種方法對水平變幅起重機(jī)臂架四連桿機(jī)構(gòu)和自動開門機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)計。 隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,圖解法也和計算機(jī)相結(jié)合發(fā)展,1999年,廣東工業(yè)大學(xué)的李麗娟等編制了熱鋸機(jī)逆向設(shè)計的動畫程序,通過AutoCAD環(huán)境下的逆向設(shè)計方法,實(shí)現(xiàn)了熱鋸機(jī)構(gòu)的動畫輔助設(shè)計,該方法比類比法的精度高,能避免圖解法和實(shí)驗(yàn)修正法帶來的人為誤差,不需要制做模型,費(fèi)用低,是較理想的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計方法。對四連桿機(jī)構(gòu)的解析法的研究是近年來較為活躍的課題。 1997年,韓曉娟等建立了熱鋸機(jī)鋸軸中心的運(yùn)動方程, 將實(shí)際設(shè)備的機(jī)構(gòu)尺寸輸入計算機(jī)進(jìn)行分析,為改進(jìn)熱鋸機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計, 提高切削效率提供了理論依據(jù)。2001年韓雨、劉源等通過實(shí)例,介紹了四連桿式熱鋸機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的解析計算法以及機(jī)構(gòu)運(yùn)行特點(diǎn),利用解析法建立了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方程,從而確定機(jī)構(gòu)上預(yù)定點(diǎn)軌跡與理想直線軌跡的實(shí)際偏差。同年王殿忠、白金蘭等提出了四連桿式熱鋸機(jī)平衡重的計算方法。
解析法的不斷完善為優(yōu)化設(shè)計奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 優(yōu)化設(shè)計是近年來發(fā)展起來的一門新的學(xué)科,也是一項(xiàng)新的技術(shù),它在工程設(shè)計的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用表明,優(yōu)化設(shè)計不僅為工程設(shè)計提供了一種新的科學(xué)設(shè)計方法,使得在解決復(fù)雜設(shè)計問題時,能從眾多的設(shè)計方案中找到盡可能完善的或最合適的設(shè)計方案, 而且采用這種設(shè)計方法能大大提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量,具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著電子計算機(jī)功能的不斷擴(kuò)大,計算機(jī)不僅可以用來進(jìn)行高速運(yùn)算、邏輯判斷,而且可進(jìn)行人機(jī)對話、光筆修改、自動繪圖。結(jié)合優(yōu)化方法的不斷完善,就一定能實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計的自動化和最優(yōu)化。熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計也以解析法為基礎(chǔ),利用計算機(jī)強(qiáng)大的功能,向優(yōu)化設(shè)計的方向發(fā)展。1995年,高滿旭以熱鋸機(jī)鋸軸中心運(yùn)動軌跡逼近直線程度最佳為目標(biāo), 運(yùn)用解析法對熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,建立了單目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,采用懲罰函數(shù)優(yōu)化方法,編制程序?qū)?shí)際的進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,取得了較理想的效果。1998年,羅中華利用在高滿旭的運(yùn)動學(xué)分析基礎(chǔ)上,根據(jù)鋸切機(jī)的工作特點(diǎn),要求在工作行程階段鋸軸中心運(yùn)動軌跡在垂直方向波動量盡量小、運(yùn)動速度盡量均勻,利用加權(quán)組合法,建立多目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過實(shí)際優(yōu)化尺寸,效果更為理想。2005年,李俊峰對熱鋸機(jī)對進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,用Visual Basic語言開發(fā)出了熱鋸機(jī)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)通用優(yōu)化分析軟件, 應(yīng)用該軟件對大型廠熱鋸機(jī)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)行了優(yōu)化,得到了優(yōu)化后的理想尺寸,為今后熱鋸機(jī)的改進(jìn)提供了依據(jù)。
(2)國外研究現(xiàn)狀:
連桿機(jī)構(gòu)在蒸汽機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用,推動了對連桿機(jī)構(gòu)特性做全面和科學(xué)的分析。布爾梅斯特沒有僅局限于分析,而是研究了機(jī)構(gòu)綜合的基礎(chǔ)理論,布爾梅斯特理論概括了阿爾特的理論,利希騰黑爾特、海因、基佩爾和切爾庫奇諾夫等均以此為基礎(chǔ)建立并創(chuàng)造了特別適合于實(shí)際設(shè)計工作的簡單的設(shè)計方法。P.洛澤和W.洛澤發(fā)展了布爾梅斯特理論,他們引入了位置族,得到了由此產(chǎn)生的極曲線, 在此基礎(chǔ)上建立了一種新的近似綜合連桿機(jī)構(gòu)的圖解法。
由西克爾和阿爾托包列夫開創(chuàng)的用解析法研究布爾梅斯特理論的工作,為后來計算機(jī)的應(yīng)用創(chuàng)造了前提條件,并且可以得到較高的精度。當(dāng)然,只有借助于圖解數(shù)據(jù)處理,特別是運(yùn)用迭代程序和圖形顯示技術(shù),才能較快地得到有關(guān)解域的概況。 拜爾和蓋羅尼姆斯總結(jié)了連桿機(jī)構(gòu)綜合的幾何理論。 建立在契比雪夫多邊形基礎(chǔ)上并已為勃洛赫、 列維斯基和許多其他蘇聯(lián)學(xué)者所采用的綜合方法雖然對某些特殊的設(shè)計要求可得到最優(yōu)解,但這不是通用的方法。美國奧本大學(xué)的Simionescu P.A和Beale D.對汽車上的四連桿信號發(fā)生器進(jìn)行了機(jī)構(gòu)綜合分析,借助計算機(jī)得到要檢查的設(shè)計尺寸的三維圖表,所提供的數(shù)值結(jié)果為新車導(dǎo)向鉸鏈的設(shè)計提供了依據(jù) ?,F(xiàn)在 ,優(yōu)化方法在機(jī)構(gòu)綜合中得到廣泛的應(yīng)用, 用計算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是比較通用的方法,也是將來的發(fā)展方向。西班牙的Sin,Francisco和 Antonio為了減小設(shè)計尺寸,同時達(dá)到全局最優(yōu)的目標(biāo),將兩種優(yōu)化方法組合在一起,經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)取得了很好的效果。法國的Vasiliu,Adrian和Yannou采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法, 將機(jī)構(gòu)隨機(jī)尺寸運(yùn)動分析產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本輸入計算機(jī),以獲得近似的綜合結(jié)果,克服了優(yōu)化方法速度慢和依賴初始搜索點(diǎn)的不足。但優(yōu)化方法也有它的缺點(diǎn),即對問題不便做定性分析。因此,傳統(tǒng)的綜合方法仍然繼續(xù)得到研究發(fā)展。
四連桿式熱鋸機(jī), 它的設(shè)備重量比滑座式熱鋸機(jī)輕。 它主要由鋸切機(jī)構(gòu)、進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)三部分組成。它的進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)是四連桿機(jī)構(gòu),通過合理的選擇每個桿的尺寸,可以保證鋸片基本上是水平移動。曲柄的下端有與它做成一體的扇型平衡重,以平衡可動系統(tǒng)的重量,降低送進(jìn)電動機(jī)的能耗。四連桿式熱鋸機(jī)具有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn),使用效果較好,多用于大型或軌梁軋鋼車間。從四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)上看,最重要的兩大機(jī)構(gòu)就是鋸切機(jī)構(gòu)和進(jìn)鋸機(jī)構(gòu),因?yàn)檫@兩大機(jī)構(gòu)最復(fù)雜,使用最頻繁,對鋸切棒材的質(zhì)量影響也最大。在鋸切機(jī)構(gòu)中,圓鋸片直接與軋件接觸,它是最容易磨損的零件,更換也最為頻繁,它的好壞直接影響鋸切的質(zhì)量,對鋸片的深入研究就顯得至關(guān)重要。在四連桿進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)中,在規(guī)定的鋸切行程內(nèi),保證鋸切精度的關(guān)鍵問題是保證鋸軸中心的軌跡為一近似直線, 同時要求鋸軸中心水平方向的速度盡量均勻,垂直方向的速度波動量盡量小,這就要求四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸要盡量合理。因此,如何選擇最佳的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸來達(dá)到更好的鋸切精度就成為一個必須研究的課題。
本課題研究的主要目的在于,通過對四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行設(shè)計,并結(jié)合國內(nèi)外各種研究成果、專業(yè)資料,以期達(dá)到加深專業(yè)知識的理解、熟悉整體機(jī)械設(shè)計工序,鍛煉自身,從而為走上工作崗位打下基礎(chǔ)。
二、 研究的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題:
本設(shè)計主要通過深入了解熱鋸機(jī)的工作原理,掌握四連桿式熱鋸機(jī)的機(jī)構(gòu)和功能,從而解決四連桿式熱鋸機(jī)的規(guī)格、各項(xiàng)參數(shù)的分析與確定等問題,并依此進(jìn)行運(yùn)動分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計,計算鋸切功率。使用CAD完成總裝圖的繪制,并繪制出相關(guān)零件圖,完成φ1500四連桿式熱鋸機(jī)設(shè)計。
三、研究步驟、方法及措施:
研究步驟主要分為以下幾個部分:查閱相關(guān)資料,了解四連桿式熱鋸機(jī)技術(shù)性能;根據(jù)選擇原則確定熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)參數(shù),進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)動分析;對機(jī)身各部分零件,如鋸片、軸承進(jìn)行具體設(shè)計;強(qiáng)度校核。
研究方法:參考相關(guān)資料,完成φ1500熱鋸機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的計算與確定,利用所得數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、運(yùn)動分析,確定結(jié)構(gòu)組成件尺寸。再根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式等校核機(jī)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求。最終利用所得尺寸通過CAD繪制總裝圖和零件圖。
四、研究工作進(jìn)度:
第1周
根據(jù)設(shè)計內(nèi)容搜集資料,完成開題報告和文獻(xiàn)綜述。
第2周
消化圖紙資料,了解四連桿式熱鋸機(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理。
第3周
進(jìn)行力能參數(shù)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)計算。
第4周
完成各項(xiàng)參數(shù)的計算,準(zhǔn)備第一節(jié)點(diǎn)考核ppt內(nèi)容。
第5周
確定具體設(shè)計方案,開始繪制機(jī)構(gòu)草圖。
第6周
草圖繪制完成,審核通過后使用CAD進(jìn)行電子圖繪制。
第7周
完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計同時開始編寫設(shè)計說明書。
第8周
進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和部件設(shè)計,繪制零件圖。
第9周
進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和部件設(shè)計。繪制零件圖
第10周
完成設(shè)計的2/3,準(zhǔn)備第二次節(jié)點(diǎn)考核ppt內(nèi)容。
第11周
完成各零件圖的繪制。
第12周
檢查圖紙中的錯誤并更正,校核各項(xiàng)參數(shù)。
第13周
編寫和完成設(shè)計說明書和翻譯外文資料。
第14周
編寫設(shè)計說明書和翻譯外文資料。
第15周
完成設(shè)計說明書和外文資料翻譯。
第16周
畢業(yè)設(shè)計工作審查,完成全部設(shè)計內(nèi)容,準(zhǔn)備答辯。
第17周
畢業(yè)答辯。
五、主要參考文獻(xiàn):
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六、導(dǎo)師意見:(宋體,小四號)
指導(dǎo)教師(簽字)
年 月 日
七、審核意見:
審查結(jié)果: 1、通過; 2、完善后通過; 3、未通過
負(fù)責(zé)人(簽字):
年 月 日