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摘要
摘要
熱鋸機(jī)是軋鋼機(jī)械中一個(gè)不可缺少的部分。從分析不同鋸切機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)入手，參考借鑒了國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合中國(guó)國(guó)情和實(shí)際的工作情況，我設(shè)計(jì)了1500四連桿熱鋸機(jī)。
本說(shuō)明書(shū)對(duì)熱鋸機(jī)的作用、分類(lèi)、結(jié)構(gòu)、原理以及在大型冶金企業(yè)中的應(yīng)用作了較為詳細(xì)的闡述，對(duì)熱鋸機(jī)的工藝特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了比較全面的闡述，對(duì)熱鋸機(jī)的動(dòng)作也有比較合理的設(shè)計(jì)安排，對(duì)熱鋸機(jī)的尺寸及強(qiáng)度作了比較精確的計(jì)算和校核，確保了熱鋸機(jī)的合理性及準(zhǔn)確性。
最后翻譯了軋鋼專(zhuān)業(yè)機(jī)關(guān)的外文資料，完成了本次設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 熱鋸機(jī)，移動(dòng)式，四連桿
I
目錄
Abstract
The hot sawing machine takes an important part in the rolling trade.Beginning of the advantages on the four-pole-hot-sheer sawing machine,using the experience of mainland and abroad for reference, thinking ofour Chinese real status and real work conditions, a 1200 shift-modefour-pole-hot-sheer sawing machine is designed.
In this design course, there are more thorough expound to the hotsawing machine function, classify, structure, principle, employing in theheavy rolling mill. And there have had more comprehensive expound tothe hot sawing machine's technology property and structure characteristic,and more rational design and arrangement to the hot sawing machine'smotion. And also, more accurate calculate and chek to the hot sawing machinedimension and strength have been made. All these ensure the design reasonable andaccuracy.
In the end, I translated the foreign language material related to the task and finished thedesign.
Keywords the hot sawing machine, shift-mode, four bar
I
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 鋸切機(jī)的分類(lèi) 1
1.2 熱鋸機(jī)的分類(lèi)及用途 1
1.3 四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 4
1.4 四連桿機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.5 選題的目的及意義 7
第2章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)的技術(shù)參數(shù) 8
第3章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)組成及各部分工作原理 10
3.1四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 10
3.2 熱鋸機(jī)各部分的特點(diǎn)、位置及作用 10
3.2.1鋸座部分 10
3.2.2 鋸架部分 10
3.2.3 搖桿部分 11
3.2.4 鋸片軸部分 11
3.2.5 進(jìn)鋸部分 11
3.2.6 安全聯(lián)軸器部分 11
3.2.7 軌道部分 12
3.2.8 鋸片軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng) 12
3.2.9干油潤(rùn)滑部分 12
3.3 熱鋸機(jī)的安裝、調(diào)整和試運(yùn)行 12
3.4 熱鋸機(jī)的操作規(guī)程 13
3.5四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 14
第4章 熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)、力能參數(shù)選擇與確定 15
4.1 鋸切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) 15
4.1.1 鋸片直徑D的選擇 15
4.1.2 鋸片距中心軌道高H 15
4.1.3 鋸片厚度δ的選擇 16
4.1.4 距片最大行程L 16
4.2 鋸齒形狀和鋸片材料 16
4.2.1 鋸齒齒形 16
4.2.2 鋸齒熱處理 18
4.2.3 鋸齒冷卻 18
4.3 鋸切機(jī)的力能參數(shù) 18
4.3.1 鋸片的圓周速度 18
4.3.2 鋸片的進(jìn)鋸速度 19
4.3.3 鋸切力的計(jì)算 19
第5章 熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析 23
5.1 結(jié)構(gòu)分析 23
5.2 送進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 23
5.2.1 初步判定曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 23
5.2.2 該連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的解析法 24
第6章 電機(jī)的選擇 28
6.1 選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題 28
6.2 進(jìn)鋸電機(jī)的選擇 28
6.3 鋸片電機(jī)的選擇 29
6.4 進(jìn)鋸電機(jī)容量的計(jì)算 29
6.4.1 總傳動(dòng)比的確定 30
6.4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 30
6.4.3 高速時(shí)電機(jī)功率的計(jì)算 32
6.4.4 低速時(shí)電機(jī)功率的計(jì)算 32
6.4.4.1 M等效的計(jì)算 32
6.4.4.2 Md的計(jì)算 32
6.4.4.3 M的計(jì)算 32
6.4.4.4 轉(zhuǎn)換的電機(jī)功率 33
第7章 鋸片軸部分的設(shè)計(jì) 34
7.1 鋸片軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
7.2 受力分析 35
7.2.1 XZ平面受力 35
7.2.2 YZ平面受力 36
7.2.3 彎矩 36
7.2.4 合成彎矩計(jì)算 37
7.2.5 扭矩的計(jì)算 37
7.3 軸的強(qiáng)度校核 38
7.3.1 軸的疲勞強(qiáng)度校核 38
7.3.2 鋸片軸的靜強(qiáng)度計(jì)算校核 39
7.3.3 鋸片軸的彎曲剛度校核 40
第8章 軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇與校核 41
8.1 軸承類(lèi)型的選擇 41
8.2 軸承的校核 41
8.2.1 軸承壽命的計(jì)算 41
8.2.2 軸承靜負(fù)荷的計(jì)算 43
8.3 鍵的選擇及強(qiáng)度校核 43
8.4 聯(lián)軸器的選擇 44
結(jié)論 47
參考文獻(xiàn) 48
致謝 50
附錄1 開(kāi)題報(bào)告 51
附錄2 文獻(xiàn)綜述 62
附錄3 外文翻譯 73
V
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1 鋸切機(jī)的分類(lèi)
鋸切機(jī)主要用于鋼鐵生產(chǎn)部門(mén)，主要用來(lái)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(lèi)：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(zhǎng)度。鋸切常溫軋件的鋸機(jī)稱(chēng)為冷鋸機(jī)，鋸切高溫軋件的鋸機(jī)稱(chēng)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(zhǎng)度。飛鋸機(jī)也可分為冷飛鋸機(jī)和熱飛鋸機(jī)。[1]
1.2 熱鋸機(jī)的分類(lèi)及用途
早期的熱鋸機(jī)是固定式的，既無(wú)橫移機(jī)構(gòu)也無(wú)送進(jìn)機(jī)構(gòu)。例如我國(guó)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(wàn)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(dòng)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(zhǎng)久的發(fā)展。從基本鋸切理論入手，針對(duì)不同的鋸切對(duì)象和使用環(huán)境，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和技術(shù)成果，通過(guò)對(duì)鋸片設(shè)計(jì)、制造和熱處理等方面的全面研究，在鋸片設(shè)計(jì)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(zhǎng)壽化、不同型鋼鋸切斷面的無(wú)（小）毛刺、小變形等等方面形成系列專(zhuān)有技術(shù)。鋸機(jī)的主要機(jī)構(gòu)有三部分：(1)鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(鋸切機(jī)構(gòu))：常用的方法對(duì)兩種，電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)或用—確皮帶間接傳動(dòng)(2)鋸片送進(jìn)機(jī)構(gòu)：一般采用被切軋件不動(dòng)，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(dòng)機(jī)或液壓缸短行程)驅(qū)動(dòng)，使鋸機(jī)在軌道上沿軋件軸向移動(dòng)，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(lèi)型：
(1)擺式熱鋸機(jī)(圖1—1)。這種鋸占地面積小，但因?yàn)槭菙[動(dòng)進(jìn)鋸，故鋸行程有限，但剛度差、振動(dòng)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1—2)。具有間接傳動(dòng)的鋸切機(jī)構(gòu)和杠桿擺動(dòng)的送進(jìn)機(jī)構(gòu)(可手動(dòng)，也可電動(dòng)或液動(dòng))。用于鋸切小型鋼材和取樣。
(4)滑座式熱鋸機(jī)(圖1—3)。它具有完善的三部分傳動(dòng)系統(tǒng)，即直接傳動(dòng)的鋸切機(jī)構(gòu)、齒輪6、齒條5傳動(dòng)的裝有鋸片7的上滑臺(tái)4，可沿裝于下滑座3上的滑動(dòng)導(dǎo)軌或滾輪向軌道方向移動(dòng)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(dòng)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1—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(dòng)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)。[7]
1.3 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(jiàn)圖1—4）。鋸片是由電動(dòng)機(jī)8直接傳動(dòng)的，它們固定在鋸架5的端部。電動(dòng)機(jī)外面裝有水簾降溫。鋸片軸的軸承采用稀油循環(huán)潤(rùn)滑，正軸承座通水冷卻。送進(jìn)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)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(dòng)曲柄4擺動(dòng)，從面帶動(dòng)鋸架5前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)機(jī)13．經(jīng)二級(jí)蝸輪蝸桿橫移減速機(jī)3帶動(dòng)行走輪9在軌道上滾動(dòng)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(gè)值得推薦的鋸切機(jī)類(lèi)型。
1.4 四連桿機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
（1）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀：
在熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析中，基本上可以歸納為兩種方法:圖解計(jì)算法和解析計(jì)算法。圖解計(jì)算法具有簡(jiǎn)單、明了的特點(diǎn)，當(dāng)求解的位置較少時(shí)，往往可以滿足要求，當(dāng)欲求解的位置比較多時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)位置都要進(jìn)行圖解計(jì)算，勢(shì)必需要很大的工作量，降低了設(shè)計(jì)工作的效率。六十年代末期以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的運(yùn)用和普及，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行四連桿機(jī)構(gòu)的輔助設(shè)計(jì)得到了很大的發(fā)展。和圖解計(jì)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(jiǎn)單的平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合圖解方法， 并用實(shí)例說(shuō)明如何用這種方法對(duì)水平變幅起重機(jī)臂架四連桿機(jī)構(gòu)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖解法也和計(jì)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(jì)的動(dòng)畫(huà)程序，通過(guò)AutoCAD環(huán)境下的逆向設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了熱鋸機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫(huà)輔助設(shè)計(jì)，該方法比類(lèi)比法的精度高，能避免圖解法和實(shí)驗(yàn)修正法帶來(lái)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(jì)方法。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)的解析法的研究是近年來(lái)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(dòng)方程， 將實(shí)際設(shè)備的機(jī)構(gòu)尺寸輸入計(jì)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(jì)， 提高切削效率提供了理論依據(jù)。2001年韓雨、劉源等通過(guò)實(shí)例，介紹了四連桿式熱鋸機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的解析計(jì)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(dòng)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。[6]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(jì)算方法。
解析法的不斷完善為優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 優(yōu)化設(shè)計(jì)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的學(xué)科，也是一項(xiàng)新的技術(shù)，它在工程設(shè)計(jì)的各個(gè)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(jì)不僅為工程設(shè)計(jì)提供了一種新的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使得在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，能從眾多的設(shè)計(jì)方案中找到盡可能完善的或最合適的設(shè)計(jì)方案， 而且采用這種設(shè)計(jì)方法能大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著電子計(jì)算機(jī)功能的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)不僅可以用來(lái)進(jìn)行高速運(yùn)算、邏輯判斷，而且可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、光筆修改、自動(dòng)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(jì)的自動(dòng)化和最優(yōu)化。熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也以解析法為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，向優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。1995年，高滿旭以熱鋸機(jī)鋸軸中心運(yùn)動(dòng)軌跡逼近直線程度最佳為目標(biāo)， 運(yùn)用解析法對(duì)熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)軌跡在垂直方向波動(dòng)量盡量小、運(yùn)動(dòng)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(guò)實(shí)際優(yōu)化尺寸，效果更為理想。2005年，李俊峰對(duì)熱鋸機(jī)對(duì)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，用Visual Basic語(yǔ)言開(kāi)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(duì)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)。[3]
（2）國(guó)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(dòng)了對(duì)連桿機(jī)構(gòu)特性做全面和科學(xué)的分析。布爾梅斯特沒(méi)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(kù)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(jì)工作的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)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(kāi)創(chuàng)的用解析法研究布爾梅斯特理論的工作，為后來(lái)計(jì)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(duì)某些特殊的設(shè)計(jì)要求可得到最優(yōu)解，但這不是通用的方法。美國(guó)奧本大學(xué)的Simionescu P.A和Beale D.對(duì)汽車(chē)上的四連桿信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了機(jī)構(gòu)綜合分析，借助計(jì)算機(jī)得到要檢查的設(shè)計(jì)尺寸的三維圖表，所提供的數(shù)值結(jié)果為新車(chē)導(dǎo)向鉸鏈的設(shè)計(jì)提供了依據(jù) 。現(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(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是比較通用的方法，也是將來(lái)的發(fā)展方向。西班牙的Sin,Francisco和 Antonio為了減小設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)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(guò)實(shí)際檢驗(yàn)取得了很好的效果。法國(guó)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(dòng)分析產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本輸入計(jì)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(lài)初始搜索點(diǎn)的不足。但優(yōu)化方法也有它的缺點(diǎn)，即對(duì)問(wèn)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。[16]
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(guò)合理的選擇每個(gè)桿的尺寸，可以保證鋸片基本上是水平移動(dòng)。曲柄的下端有與它做成一體的扇型平衡重，以平衡可動(dòng)系統(tǒng)的重量，降低送進(jìn)電動(dòng)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(chē)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(duì)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(duì)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(wèn)題是保證鋸軸中心的軌跡為一近似直線， 同時(shí)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(dòng)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(lái)達(dá)到更好的鋸切精度就成為一個(gè)必須研究的課題。
1.5 選題的目的及意義
本課題研究的主要目的在于，通過(guò)對(duì)四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種研究成果、專(zhuān)業(yè)資料，以期達(dá)到加深專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解、熟悉整體機(jī)械設(shè)計(jì)工序，鍛煉自身，從而為走上工作崗位打下基礎(chǔ)。
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第2章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)的技術(shù)參數(shù)
第2章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)的技術(shù)參數(shù)
本次設(shè)計(jì)的四連桿式熱鋸機(jī)的要求為750攝氏度時(shí)所鋸切型鋼的最大尺寸為 NO.28工字鋼 280×122。鋸切材料為低碳鋼。以下為本次設(shè)計(jì)的四連桿式熱鋸機(jī)的技術(shù)性能：
(1)鋸片直徑：最大直徑為 Φ max =1500mm
最小直徑為 Φ min = 1400mm
(2) 鋸片厚度：δ = 7mm
(3) 鋸片圓周速度：100m / s ～120m / s
(4) 鋸片最大行程：1000mm
(5) 進(jìn)鋸速度范圍：20 ～30mm /s
(6) 退鋸速度范圍：30mm / s
(7) 水幕保護(hù)裝置
(8) 電氣設(shè)備
① 鋸片電機(jī)
型號(hào) JS114 ? 4
功率 115kw
轉(zhuǎn)速 1480r / min
電壓 380v
②進(jìn)鋸電機(jī)
型號(hào) J 02 ? 22 ? 4
功率 125kw
轉(zhuǎn)速 700 /1400r / min
電壓 200 / 400v
③潤(rùn)滑電機(jī)
型號(hào) J 02 ? 22 ? 4
功率 11.5kw
轉(zhuǎn)速 1410r / min
電壓 220v
④行程控制器 LK 4 ? 658/1
⑤瞬時(shí)行程控制開(kāi)關(guān) JLXK ?111
(9) 制動(dòng)裝置夾具的應(yīng)力為98000N
(10) 氣缸的壓力為 P=490N
第3章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)組成及各部分工作原理
第3章 φ1500四連桿式熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)組成及各部分工作原理
3.1四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
(1) 鋸座部分
(2) 鋸架部分
(3) 搖桿部分
(4) 鋸片軸部分
(5) 進(jìn)鋸傳動(dòng)部分
(6) 安全聯(lián)軸器部分
(7) 軌道部分
(8) 干油潤(rùn)滑部分
(9) 水冷卻系統(tǒng)
3.2 熱鋸機(jī)各部分的特點(diǎn)、位置及作用
3.2.1鋸座部分
鋸座部分是由裝在上面的鋸座、曲柄和彈簧緩沖器這些主要部件組成，該部分是熱鋸機(jī)的主要部分，其它各部分都裝在上面。鋸座是整體鑄鋼件結(jié)構(gòu)，在鋸座的前邊有兩個(gè)曲柄的安裝孔。鋸座的后面有兩個(gè)搖桿的安裝孔。當(dāng)然，在鋸座安裝鋸片相反的一側(cè)還有著安裝鋸片軸稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)和進(jìn)鋸電機(jī)的位置。曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)是由進(jìn)鋸電機(jī)推動(dòng)制動(dòng)器，減速器和聯(lián)軸器 傳遞過(guò)來(lái)的。為了平衡可動(dòng)系統(tǒng)的重量，減少電能消耗，曲柄下端有一個(gè)和它做成一體的扇形平衡重錘。在平衡重錘的下方鋸座內(nèi)裝著的便是有兩面帶彈簧的彈簧緩沖器。退職當(dāng)鋸架帶動(dòng)鋸片到達(dá)前后極限位置時(shí)，扇形平衡重錘凸緣內(nèi)側(cè)將靠在緩沖器的擋板上，借助彈簧的彈力起緩沖作用。此外在曲柄的傳動(dòng)軸端裝有指針盤(pán)和平行控制開(kāi)關(guān)來(lái)指示和限制鋸片的行程。
3.2.2 鋸架部分
鋸架部分主要由鋸架、鋸片、罩子、水幕待部分組成。鋸架部分前后和曲柄、搖桿相聯(lián)系。從而通過(guò)曲柄傳遞給鋸架運(yùn)動(dòng)。鋸架又帶動(dòng)鋸片實(shí)現(xiàn)鋸片的進(jìn)給過(guò)程。鋸片罩子覆蓋在鋸片上，其作用是防止鋸切過(guò)程中大量鐵屑的飛濺。同時(shí)對(duì)鋸片本身也有一種防護(hù)作用。在換鋸片時(shí)，可將鋸片罩子向后掀起，放在安裝在鋸架上的托架上，換完后將其放下。水幕就在鋸座的左下方，其作用是為了在鋸切過(guò)程中起冷卻作用，流水流到下面的流槽上進(jìn)而流到地下的水溝中。
3.2.3 搖桿部分
搖桿部分是由搖桿和流槽組成，均采用焊接結(jié)構(gòu)。搖桿是一個(gè)大的板形焊接結(jié)構(gòu)，其兩端分別與鋸座和鋸架相鉸結(jié)。流槽的作用是防止鋸屑和冷卻水向其它部分飛濺及引導(dǎo)作用。
3.2.4 鋸片軸部分
鋸片軸部分是熱鋸機(jī)的核心。它仿于鋸架部分的前端，是通過(guò)齒輪聯(lián)軸器與電機(jī)相接直接傳動(dòng)的。在軋鋼車(chē)間軋制生產(chǎn)過(guò)程中，熱鋸機(jī)是始終準(zhǔn)備鋸切的。故鋸片是長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，在鋸切過(guò)程中為了保證熱鋸機(jī)有足夠的工作能力，除了保證電動(dòng)機(jī)有足夠的容量外，還要有足夠大的轉(zhuǎn)速。因此，鋸片軸兩端軸承采用可以自定位的雙列向心球面滾子軸承?？夸徠妮S承考慮到要受較大的徑向力，工作負(fù)荷比較沉重。故采用兩個(gè)軸承并 作定位端而另一端軸承裝成可移動(dòng)的，來(lái)補(bǔ)償鋸片軸熱 效應(yīng)的影響。為了便于鋸切座拆裝方便和避免鋸架上軸承座的磨損在軸承外圈裝有軸承套和一些零件組成軸部件。為了便于提高軸承的壽命，鋸片軸采用稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)。為了便于更換鋸片，在鋸片的內(nèi)夾盤(pán)和外夾盤(pán)裝于鋸片的懸臂端。
3.2.5 進(jìn)鋸部分
進(jìn)鋸部分主要由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輪的聯(lián)軸器圓柱齒輪減速器和行程控制器等組成，該部分裝在鋸座部分上面。圓柱齒輪減速器與安全聯(lián)軸器相連接。進(jìn)鋸電機(jī)選用直流電機(jī)。目的是為了調(diào)速，以達(dá)到鋸切小斷面時(shí)，以較高的速度進(jìn)鋸平穩(wěn)。使熱鋸機(jī)工作可靠。在鋸切過(guò)程中，其最大工作行程及自動(dòng)返回復(fù)位是通過(guò)行程控制器來(lái)控制實(shí)現(xiàn)工作的。
3.2.6 安全聯(lián)軸器部分
安全聯(lián)軸器部分主要用個(gè)齒軸套，內(nèi)齒軸套、和剪切螺栓組成。該部分安裝在減速器輸出軸和曲柄軸之間起聯(lián)接作用。在傳遞扭矩的同時(shí)，還可以防止因某種原因使鋸切阻力過(guò)大而損壞設(shè)備。
3.2.7 軌道部分
軌道部分改進(jìn)了固定熱鋸機(jī)只能鋸切一種尺度的型鋼缺點(diǎn)，以軌道代替熱鋸機(jī)的底座，可以改變鋸切型鋼的長(zhǎng)度。該部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由電機(jī)、蝸輪——蝸桿減速器、夾軌器和軌道等組成。電機(jī)通過(guò)蝸輪——蝸桿傳動(dòng)，夾軌器用液壓和彈簧驅(qū)動(dòng)，當(dāng)熱鋸機(jī)在軌道上移動(dòng)時(shí)，由液壓缸將其脫離鋼軌，制動(dòng)時(shí)用彈簧將鋼軌壓緊。
3.2.8 鋸片軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)
鋸片軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑電機(jī)、進(jìn)油管、出油管等組成。它位于搖桿的后面的鋸座上。其作用是對(duì)鋸片軸軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。因?yàn)殇徠诟咚傧逻\(yùn)轉(zhuǎn)工作。油便 進(jìn)入油管，然后流回儲(chǔ)油箱。
3.2.9干油潤(rùn)滑部分
干油潤(rùn)滑部分是用于除鋸片軸承之外，其它軸承的潤(rùn)滑。像曲柄和鋸架的鉸接處的軸承，搖桿兩端，冷卻水形成水幕，其作用當(dāng)然是冷卻。冷卻水還可以沖掉飛濺到鋸座下面的鐵屑。保證鋸座清潔。
其工作原理及布置情況見(jiàn)第1章的熱鋸機(jī)系統(tǒng)圖1-4。
3.3 熱鋸機(jī)的安裝、調(diào)整和試運(yùn)行
1、安裝前對(duì)各機(jī)中加以清洗，對(duì)于孔管油路等清洗完畢后，用木塞或布堵住防止灰塵進(jìn)入。
2、裝配時(shí)，一切防油密封裝置必須處于良好的狀態(tài)。
3、熱鋸機(jī)應(yīng)按總裝配圖和部件圖進(jìn)行裝配。
4、安全裝配后，按鋸片最大工作行程1200mm 來(lái)調(diào)整瞬時(shí)行程開(kāi)關(guān)的撞塊位置和行程控制器的角度。
5、裝配鋸片時(shí)，應(yīng)注意使用鋸片的定位裝置。使鋸片的內(nèi)外兩側(cè)夾緊程度一致，不允許有應(yīng)力存在，以避免鋸片受力發(fā)生斷裂。
6、試運(yùn)轉(zhuǎn)鋸切
（1）試運(yùn)轉(zhuǎn)之前應(yīng)仔細(xì)檢查各部分的聯(lián)接情況，特別是鋸片的安裝和夾緊，更應(yīng)作嚴(yán)格檢查，以免出現(xiàn)人身傷亡事故。
（2）試運(yùn)轉(zhuǎn)前，各轉(zhuǎn)動(dòng)處應(yīng)注入足夠的潤(rùn)滑油。油箱的油池內(nèi)加上適量的油后方可試車(chē)。
（3）試運(yùn)轉(zhuǎn)前，先空轉(zhuǎn)一周，檢查是否靈活和有無(wú)物體卡信現(xiàn)象。
（4）進(jìn)鋸片試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，起動(dòng)進(jìn)鋸直流電機(jī)，使鋸架前后移動(dòng)30分鐘并檢查鋸片最大工作行程和電氣設(shè)備工作情況。
（5）鋸片軸運(yùn)轉(zhuǎn)
在 n =1480r / min 時(shí)，鋸片軸軸承溫度不得超過(guò)60℃，鋸架應(yīng)無(wú)明顯的振動(dòng)，在起動(dòng)鋸片前5分鐘首先開(kāi)動(dòng)軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑電機(jī)，并檢查路系統(tǒng)，使軸承得到良好潤(rùn)滑。
（6）聯(lián)合試車(chē)
在上述試驗(yàn)完成后，進(jìn)行在鋸片高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)鋸架前后移動(dòng)次數(shù)不得少于5次，觀察運(yùn)行情況。
（7）在試車(chē)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題應(yīng)即時(shí)停車(chē)，修理好后再試車(chē)，注意現(xiàn)場(chǎng)情況安全。
3.4 熱鋸機(jī)的操作規(guī)程
1、在啟動(dòng)鋸片電機(jī)前5分鐘開(kāi)動(dòng)鋸片軸承衡油潤(rùn)滑系統(tǒng)的油泵電機(jī)（潤(rùn)滑電機(jī)）并仔細(xì)檢查油路及給油指示器，當(dāng)油流達(dá)到穩(wěn)定后，再啟動(dòng)鋸片電機(jī)。在轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)數(shù)即 n =1400r / min 時(shí)空轉(zhuǎn)5分鐘后，才可打開(kāi)水冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行冷卻，然后才能開(kāi)始鋸切。
2、在工作時(shí)，經(jīng)常檢查油流情況和軸承升溫進(jìn)入鋸片軸承的油量，用給油指示器進(jìn)行調(diào)整，油量不得過(guò)多，保持在 2～2.5mm / s 之間，軸承溫升不得超過(guò)60℃。
3、及時(shí)更換鋸片電機(jī)，因?yàn)樵谏a(chǎn)中常會(huì)發(fā)生因振動(dòng)過(guò)大而引起電機(jī)軸磨損，不能正常工作現(xiàn)象。
4、及時(shí)更換磨損的鋸片，如鋸片有裂紋時(shí)，立即停車(chē)更換，以免影響鋸切質(zhì)量和出現(xiàn)事故。
5、經(jīng)常檢查各油箱油池的油位。
6、操作時(shí)，應(yīng)注意軋件是否有“彎頭”、“翅頭”現(xiàn)象，以免撞上鋸片使之損壞。
7、鋸片和鋸片軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)，油泵電機(jī)之間應(yīng)有電氣聯(lián)鎖，在油泵電機(jī)未啟動(dòng)之前，鋸片電機(jī)不能啟動(dòng)，當(dāng)油泵電機(jī)因故障停止運(yùn)行的時(shí)候，鋸片電機(jī)也應(yīng)立即斷電、停止鋸切。以免潤(rùn)滑不好。使溫升過(guò)高，嚴(yán)重?fù)p壞電機(jī)軸、鋸片軸。
8、進(jìn)鋸電機(jī)與鋸前軌道電機(jī)之間也應(yīng)有電氣聯(lián)鎖。當(dāng)軌道電機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)，進(jìn)鋸電機(jī)不能啟動(dòng)。以免造成鋸切長(zhǎng)度改變，或因鋸片夾在鋸體中，而使鋸片損壞，造成不必要的事故，因此電機(jī)之間互鎖是必須的。
3.5四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
(1)經(jīng)常檢查鋸片的夾緊情況，以及各聯(lián)軸器螺栓聯(lián)接情況。
(2)經(jīng)常檢查鋸片軸、軸承稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)中的給油指示器是否因生產(chǎn)時(shí)的振動(dòng)而關(guān)閉，以免損壞軸承。
(3)及時(shí)清掃鋸座上及扇形平衡重錘上的鋸屑和污物保持清潔。
(4)在熱鋸機(jī)工作時(shí)，鋸片前后及側(cè)面禁止站人以免發(fā)生事故。
第4章 熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)、力能參數(shù)選擇與確定
第4章 熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)、力能參數(shù)選擇與確定
4.1 鋸切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)
圖4-1 鋸切機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
鋸切機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是鋸片尺寸，即鋸片的直徑和厚度。鋸片直徑應(yīng)
根據(jù)所鋸切軋件最大斷面尺寸（高和寬）來(lái)選擇確定，所以鋸片直徑是表示
鋸切能力大小的主要參數(shù)，而厚度又是另一個(gè)重要的參數(shù)。
4.1.1 鋸片直徑D的選擇
為了使鋸片重磨后能繼續(xù)使用，通常新鋸片的公稱(chēng)直徑比重磨后的 Dmin大5～10% 即：
（4-1）
根據(jù)《軋鋼工藝與設(shè)備》第二分冊(cè)型鋼軋機(jī)P85大中型軋機(jī)車(chē)間常用熱鋸機(jī)系列表可得D=1500mm。
取Dmin=1400mm。
4.1.2 鋸片距中心軌道高H
由于熱鋸機(jī)采用被軋件不動(dòng)，由熱鋸機(jī)向被切件運(yùn)動(dòng)而達(dá)到鋸切目的。為此，H不能太小，否則在熱鋸機(jī)送進(jìn)鋸切過(guò)程時(shí)，被切件被推開(kāi)而不能進(jìn)行鋸切。同時(shí)，當(dāng)鋸片直徑D一定時(shí)，H又不能過(guò)大，否則無(wú)法保證重磨的鋸片直徑最小下緣應(yīng)低于輥道上表面，又要求
（4-2）
為了減小鋸片的軸向振動(dòng)，希望夾盤(pán)直徑d盡可能大些，但d的最大尺寸受所鋸切軋件的最大高度hmax 限制，因?yàn)樵谒竭M(jìn)給時(shí)，必須保證鋸片夾盤(pán)能在軋件上面自由通過(guò)，建議夾盤(pán)距離最高軋件上表面留有空隙 Δ。
一般取 （4-3）
即
取 d=540mm
4.1.3 鋸片厚度δ的選擇
δ過(guò)大將增加鋸切功率損耗，δ過(guò)小將會(huì)降低鋸片強(qiáng)度，并增加鋸切時(shí)，鋸片變形，其大小可由下列經(jīng)驗(yàn)公式求得:
（4-4）
即
取 δ=7mm
4.1.4 距片最大行程L
由被鋸切件的寬度和并排鋸切的最多根數(shù)而定， 熱鋸機(jī)的送進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)保證具有大于L的行程。鋸片在原始位置應(yīng)能使軋件沿輥道自由通過(guò)和便于檢修前輥道，最大進(jìn)給行程應(yīng)當(dāng)能鋸斷最寬的軋件，包括組成鋸切軋件的總寬度，根據(jù)型鋼書(shū)中常用熱鋸機(jī)系列表及用圖解法求得其最佳工作行程為 L =1000mm，這個(gè)L也是任務(wù)書(shū)中所要求達(dá)到的。
4.2 鋸齒形狀和鋸片材料
4.2.1 鋸齒齒形
合理的齒形應(yīng)滿足下列條件，鋸齒強(qiáng)度好，鋸切能耗小，使用壽命長(zhǎng)，
噪音低，制造和重磨方便，而且成本較經(jīng)濟(jì)。常用熱鋸機(jī)齒形如圖4-2所示：
圖4-2 熱鋸機(jī)齒形圖
鋸齒齒形的主要參數(shù)為齒前角γ，齒距t，齒后角γ，齒頂角θ，齒高 h，齒根圓角半徑r等。常用齒形有狼牙形，鼠牙形和等腰三角形三種。根據(jù)不同的工作需要。工作條件中以及工作對(duì)象分別采用。為了比較上述三種齒形的工作性能，經(jīng)工業(yè)性實(shí)驗(yàn)研究分析，得出以下結(jié)果：
當(dāng)齒距 t '和齒高h(yuǎn)相同時(shí)，等腰三角形齒形的齒根強(qiáng)度較好，制造及修齒比較方便，切屑很少，在齒尖外形成屑流瘤，但是鋸切能耗大，噪聲也大。狼牙形齒形的鋸切能耗小制造和修齒比較方便，噪聲也比較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明了齒前角γ =0的鼠形齒最好，其次γ =?10的鼠牙形齒和齒高h(yuǎn)≈1/3t '的狼牙齒鋸切能力和噪聲也比較好。[4]
4.2.2 鋸齒熱處理
鋸片材料由65Mn制成，齒類(lèi)一般采用高頻感應(yīng)加熱或接觸電加熱法進(jìn)行淬火，齒尖硬度HCR =56～63，鋸片整體板面強(qiáng)度為HCR =29～37。
4.2.3 鋸齒冷卻
鋸切時(shí)，鋸齒部分迅速升高，故必須進(jìn)行強(qiáng)力冷卻，以免齒尖退火。 此外，有時(shí)切屑粘在齒形或齒槽中，繼續(xù)鋸切將降低齒形的鋒利程度或使切屑?jí)簩?shí)在齒槽中形成“塞齒”現(xiàn)象。這兩種情況將導(dǎo)致鋸切阻力迅速增大，從而損壞鋸齒和鋸片以至中斷生產(chǎn)。為此采用較大流量的高壓水進(jìn)行冷卻，這是提高鋸齒和鋸片壽命的一種有效措施。
4.3 鋸切機(jī)的力能參數(shù)
4.3.1 鋸片的圓周速度
為了提高生產(chǎn)率和減少鋸片的軸向振動(dòng)，鋸片的圓周速度應(yīng)盡量大些，但是鋸盤(pán)的圓周速度越大則離心力引起的鋸片內(nèi)的拉應(yīng)力也越大，可能導(dǎo)致鋸片破裂。因此鋸片的圓周速度受到鋸片材料強(qiáng)度的限制，應(yīng)根據(jù)鋸片材料的許用應(yīng)力[σ]求解鋸片的最大圓周速度。根據(jù)彈性力學(xué)，鋸片內(nèi)孔處最危險(xiǎn)其最大切向拉應(yīng)力為：
（4-5）
式中 σT max——鋸片內(nèi)孔處的拉應(yīng)力
ρ ——鋸片材料密度 0.078
v ——圓周速度
當(dāng) v 以 m / s 計(jì)算時(shí)，則得：
(4-6)
(4-7)
其中，鋸片材料的許用應(yīng)力[σ ]= 172～358Mp a 代入上式后可得：
（4-8）
考慮安全因素，實(shí)際使用的圓周速度一般為：ν= 100～120m / s 。這里取 ν =100m/s。
4.3.2 鋸片的進(jìn)鋸速度
鋸片的進(jìn)給速度取決于生產(chǎn)率和軋件高度，可按式 μ = F / h 確定。
式中 F——鋸切機(jī)的生產(chǎn)率即每分鐘所切去斷面面積
為了提高鋸切機(jī)的生產(chǎn)率，進(jìn)給速度N應(yīng)隨鋸片電機(jī)負(fù)荷的變化做相應(yīng)的自動(dòng)速。在鋸片尚未接觸軋件的一段時(shí)間內(nèi)，要求進(jìn)鋸速度到適當(dāng)大的速度。即快速進(jìn)給，一量鋸片接觸上軋件，便要求進(jìn)給速度變到適當(dāng)小，返回行程為空載，要求高速返回。節(jié)約時(shí)間縮短鋸切周期，故：
μ = 20～30mm / s (4-9)
取μ=20mm/s
μ除了要和軋件斷面尺寸相適應(yīng)（大斷面應(yīng)采用的進(jìn)鋸速度 μ?。┻€要和鋸片的圓周速度相適應(yīng)。因?yàn)?v 過(guò)低，μ過(guò)高，切削厚度增加，鋸切阻力也相應(yīng)增加；反之，如果 v 過(guò)高，μ過(guò)低，則切前厚度減小，鋸切阻力減小，鋸片電機(jī)消耗在空載時(shí)的功率增多，能耗大。同時(shí)，因切削的金屬厚度太薄，鋸屑易形成粉末，將使鋸齒，尤其是齒尖部分迅速磨損。
4.3.3 鋸切力的計(jì)算
在熱鋸機(jī)鋸切軋件過(guò)程中，鋼材的品種材質(zhì)，鋸切時(shí)金屬材料的溫度（軋件的鋸切溫度），鋸切速度（鋸片的圓周速度），鋸片的公稱(chēng)直徑D和厚度δ。鋸齒的形狀，鋸片軸軸心的高度，鋸切時(shí)鋸片和軋件接觸的角度，生產(chǎn)率，夾盤(pán)的直徑等等，都對(duì)熱鋸機(jī)的力能參數(shù)產(chǎn)生影響。因此，在計(jì)算鋸切力時(shí)必須考慮這些因素的影響。
在鋸切過(guò)程中，被鋸切軋件作用在鋸片上的力有正壓力和圓周力?，F(xiàn)按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
1、據(jù)切時(shí)的圓周力T：
（4-10）
式中 δ ——鋸口寬度，相當(dāng)于鋸片厚度即δ =7mm；
μ ——進(jìn)給速度；
h ——被鋸切軋件斷面高度 mm ；
v ——鋸片圓周速度 m / s ；
p ——鋸切軋件時(shí)的單位鋸切力 Mpa
單位鋸切力受很多因素的影響，例如：被鋸切軋件的機(jī)械性能，鋸切溫度,鋸齒開(kāi)頭鋸切速度，鋸片厚度，被軋件高度及摩擦損耗等等。根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式確定：
當(dāng)鋸切溫度為 700 ~ 750 C 時(shí)
p = (46 ++0.28δ)σb （4-11）
σb ——相應(yīng)溫度下軋件抗拉強(qiáng)度
由不同溫度時(shí)的軋件抗拉強(qiáng)度σb表，見(jiàn)《型鋼軋機(jī)》P87查表7-10得
σb =220Mpa,其中δ為鋸片厚度，
δ =7mm 代入上式
p =(4.6 + +0.28×7)×220 =1443.2Mpa
則有
2、正壓力R：
對(duì)于熱軋件R一般取 (8～15)TN，取 R=15T=9028.8N
3、進(jìn)鋸阻力Sx：
4、Sy的計(jì)算：
5、作用在鋸片上的合力：
6、鋸片上的傳動(dòng)功率：
作用在鋸齒上的鋸切力，實(shí)際上就是鋸片受的圓周力，鋸切功率受到鋸切力大小的影響，而鋸切力又受到軋件的機(jī)械性能，鋸切切溫度，以及摩擦損耗等等各方面的影響。因此，在計(jì)算鋸切功率N的時(shí)候，必須考慮這些原因，鋸片的傳動(dòng)功率由三部分組成：
（4-13）
式中 N1——消耗于鋸齒，使軋件產(chǎn)生塑性變形和形成鋸屑的功率。
N2——鋸切過(guò)程中，鋸片振動(dòng)，使其兩側(cè)面與被鋸軋件接觸產(chǎn)生摩擦損耗的功率。
N3——其它因素所消耗的功率，如鋸屑甩出所消耗的功率，及空氣阻力等。
（1）N1的計(jì)算：
由于鋸切工字鋼，最大鋸切面積不超過(guò)計(jì)算的4 /10 ，故：
（4-14）
T =pδ Nh /1000
F = Nh (4-15)
∴ N 1 =pδ Nh /10 ?0.4
式中 F——鋸切生產(chǎn)率 F=7000
δ——鋸口寬度 δ=7 mm
p ——單位鋸切力 p =1443.2Mpa，
代入上式：N1=16.16kw。
（2）N2的計(jì)算：
（4-16）
式中 μ’ ——軋件與鋸片側(cè)面摩擦系數(shù)
v ——鋸片圓周速度
Q ——軋件對(duì)鋸片側(cè)面的垂直壓力 Q = f / c
f ——鋸片振動(dòng)擺值 mm ，由鋸片直徑和生產(chǎn)率而定
c ——鋸片柔度 mm / N (見(jiàn)《型鋼》表 7-11)
∴ N2 = μ 'Qv /1000 =0.6×775.2×100 /1000 =46.5kw
（3）N3的計(jì)算：
（4-17）
計(jì)算時(shí)K取0.3
則求得總功率：。
第5章 熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析
第5章 熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析
5.1 結(jié)構(gòu)分析
因?yàn)楸句徢袡C(jī)是一種四連桿式熱鋸機(jī)，其中鋸片軸是屬于安裝在四連桿的連桿上的一點(diǎn)位置，且必須保證鋸片在整個(gè)行程上近似保持一條直線即必須保證連桿近似做直線運(yùn)動(dòng)。其基本尺寸選取如圖5-1所示：
圖5-1 四連桿的尺寸示意圖
5.2 送進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析
5.2.1 初步判定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
由上面給定的尺寸，我們可以將其做如下設(shè)定：
L1=950mm，L2=2700mm，L3=2300mm
圖5-2 四連桿的尺寸參數(shù)圖
根據(jù)行程S=1000mm，求曲柄和搖桿的轉(zhuǎn)角分別為63.5°和25.11°。
（5-1）
（5-2）
則 （5-3）
則 （5-4）
則 （5-5）
由上可知，該機(jī)構(gòu)是原動(dòng)件a為最小的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。[12]
5.2.2 該連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的解析法
1、鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的位置解如圖5-3
在下面所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件以速度ω 轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)角為φ 1，
連桿2的轉(zhuǎn)角為φ 2 ；搖桿3的轉(zhuǎn)角為φ 3，M為連桿上一點(diǎn)。
已知各桿長(zhǎng)為 a、b、c、d 及φ 和θ，首先確定各桿轉(zhuǎn)角位置。
圖5-3 鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的位置圖解
如圖5-3所示可得該機(jī)構(gòu)的向量方程為：
（5-6）
令BD=L，其幅角為φ 則：
（5-7）
取上式兩邊的實(shí)部和虛部的平方和得：
（5-8）
再取(5-7)式虛部對(duì)實(shí)部之比得：
（5-9）
將（5-7）代入（5-6）得：
（5-10）
取上式兩邊的實(shí)部和虛部的平方和得：
則 （5-11）
改變（5-10）的形式
再取各邊實(shí)部虛部平方和：
則
因?yàn)檎麄€(gè)四連桿的連桿是做近似直線運(yùn)動(dòng)（在一個(gè)行程范圍內(nèi)），所以可將φ 2 作φ m 看待。
2、連桿的搖桿的角速度ω2 、ω3：
對(duì)于(5-6)式就時(shí)間求導(dǎo)得：
（5-12）
(5-12)式兩邊同乘ω、，展開(kāi)取實(shí)部和實(shí)部相等，可求得連桿的角速度ω2 即：
（5-13）
（5-13）式兩邊同時(shí)除以，得：
（5-14）
將上式寫(xiě)成三角式得：
由復(fù)數(shù)運(yùn)算法則得：
（5-15）
因?yàn)檫B桿在其行程范圍內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)
∴可看為ω3=ω2
求連桿和搖桿的角加速度ε 2 和ε 3
將(5-12)式兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)：
（5-16）
上式兩邊同時(shí)乘以，展開(kāi)后取實(shí)部得：
（5-17）
上式兩邊同時(shí)乘以，展開(kāi)后取實(shí)部得：
（5-18）
同樣可以認(rèn)為ε 2 =ε 3。
求連桿上M點(diǎn)位置，如前圖所示，連接AM令A(yù)M=R，則
（5-19）
M點(diǎn)的位置可由矢徑R和幅角φ m 確定。下面求R的大小幅角φ m 。將(5-19)式兩邊均展成三角式，分別取虛部和實(shí)部等可得：
將(5-19)右邊展成三角式，可得R大小為：
（5-20）
又可求得：
求得φ2 后，R 和φm 均可求出，M 位置可確定。至于 M 點(diǎn)的角速度和角加速度由上面分析，可以認(rèn)為ωm = ω2 ，εm = ε2 。[12]
第6章 電機(jī)的選擇
第6章 電機(jī)的選擇
6.1 選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題
1、根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求來(lái)選擇電機(jī)類(lèi)型。
2、根據(jù)負(fù)載、扭矩、速度變化范圍和起動(dòng)頻繁程度的要求考慮電機(jī)的溫升限制。過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。選擇電動(dòng)機(jī)的容量，并確定電機(jī)冷卻通風(fēng)方式。所選擇電機(jī)容量負(fù)荷率一般取 0.8 ~ 0.9。過(guò)大的備用容量會(huì)使電機(jī)效率降低。對(duì)感應(yīng)電機(jī)其功率因數(shù)將變化，并使電機(jī)最大扭矩校核強(qiáng)度的機(jī)械造價(jià)提高。
3、根據(jù)使用場(chǎng)所和環(huán)境條件和溫度、濕度、安全、雨水、瓦斯以及腐蝕和易爆，易燃?xì)怏w等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。
4、根據(jù)企業(yè)用電電網(wǎng)電壓的標(biāo)準(zhǔn)和功率因素的要求，確定電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。
6.2 進(jìn)鋸電機(jī)的選擇
1、進(jìn)鋸電機(jī)類(lèi)型的選擇
我們知道在進(jìn)鋸、鋸切和退鋸的三個(gè)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)所承受的負(fù)載量不斷變化的，這就要求要防止進(jìn)鋸速度過(guò)高，而對(duì)鋸片造成大的沖擊，即進(jìn)鋸電機(jī)的轉(zhuǎn)速是可調(diào)的并且其功率也應(yīng)當(dāng)是變化的?；谝陨蟽牲c(diǎn)，我選擇了ZZY系列起重及冶金用直流他激式電機(jī)。
2、外殼結(jié)構(gòu)形式及選擇
該電機(jī)同鋸片電機(jī)的環(huán)境一樣，因在空氣中經(jīng)常在較多灰塵，且可能有水滴飛濺等，應(yīng)采用密封式電機(jī)。
3、電機(jī)電壓及轉(zhuǎn)速的選擇。
根據(jù)生產(chǎn)時(shí)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)數(shù)和對(duì)電器傳動(dòng)調(diào)整。系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的性能要求，以及機(jī)械的復(fù)雜程度。選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。
除此以外，選擇電機(jī)必須符合節(jié)能的要求，考慮運(yùn)行可靠性，設(shè)備的供貨情況，備品、備件的通用性，安裝檢修的難易，經(jīng)及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用，及生產(chǎn)過(guò)程中前后期電機(jī)容量變化關(guān)系等因素。
6.3 鋸片電機(jī)的選擇
1、鋸片電機(jī)類(lèi)型的選擇
由于工作條件所限，我們知道，本熱鋸機(jī)的鋸片電機(jī)它要求負(fù)載基本平穩(wěn)。對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)無(wú)特殊要求且要求是長(zhǎng)期運(yùn)行，我們選擇了JS系列三相鼠籠型異步電機(jī)作為鋸片軸電機(jī)。
2、外殼結(jié)構(gòu)型式及選擇
該熱鋸機(jī)所處的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，空氣中有較多灰塵且可能有水滴飛濺等情
況，所以我們采用了封閉式電機(jī)。
3、電機(jī)電壓和轉(zhuǎn)數(shù)的選擇
根據(jù)使用要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，我們選擇電機(jī)電壓為 380v 查表10-26（見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》）選擇轉(zhuǎn)速 n = 1480r / min。
4、電機(jī)容量的計(jì)算
在前面鋸片功率傳動(dòng)部分中，我們已算得組成鋸片傳動(dòng)功率的三部分：
即：
N1=16.16kw ；N2=46.5kw；N3=18.80kw
N=N1+N2+N3=16.16+46.5+18.80=81.46kw
它就是電機(jī)的計(jì)算容量。
根據(jù)使用要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，我選擇了確定的電機(jī)電壓380伏特，轉(zhuǎn)數(shù)
1400r / min。
6.4 進(jìn)鋸電機(jī)容量的計(jì)算
由現(xiàn)場(chǎng)資料可知桿AB即曲柄AB的質(zhì)量為 MAB = 3500kg ，鋸架的質(zhì)量MBC=5630kg ，搖桿質(zhì)量 MCD=2200kg。
由圖6-1可知 LAB= 950mm ， LBC=2700mm ， L CD =2300 mm。
圖6-1 四連桿尺寸示意圖
6.4.1 總傳動(dòng)比的確定
高速時(shí)，初選電機(jī)1400r / min ，退鋸和進(jìn)鋸時(shí)的轉(zhuǎn)速又知退鋸速度為
0.3m / s 。當(dāng) n=1400r / min 時(shí)，
ω d =1400/ 60× 2π＝ 146.6rad/ s
（6-1）
式中 v ——進(jìn)給速度
α ——曲柄和水平線夾角α在 (50.8°~ 129.2°) 曲柄初始角為50.8°，終止角為105.9°。
∴ωAB= v/( L ABsinα)=0.3/(0.95×sin50.8°)=0.407
i=ωd/ωAB=146.6/0.407=360.2
取i=365。
6.4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
將各桿折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算結(jié)果為：
則
式中——曲柄所折算到電動(dòng)機(jī)軸上等效飛輪轉(zhuǎn)矩
i ——總傳動(dòng)比
IAB ——曲柄AB的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
則
（6-2）
——鋸架所折算到電動(dòng)機(jī)軸上等效飛輪轉(zhuǎn)矩
Gg ——鋸架的重量
則
（6-3）
——搖桿的轉(zhuǎn)速r/min
——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
——搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
則
工作中的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（6-4）
∴推算到電機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力矩
（6-5）
式中 ——電機(jī)軸的飛輪力矩
δ ——考慮到減速機(jī)等的附加飛輪力矩系數(shù)，一般取1.1 ~ 1.25 這里取1.15。
6.4.3 高速時(shí)電機(jī)功率的計(jì)算
（6-6）
取M=M d，即起動(dòng)力矩
（6-7）
nd ——電機(jī)轉(zhuǎn)速
GD2——折算到電機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)飛輪力矩
則
6.4.4 低速時(shí)電機(jī)功率的計(jì)算
在鋸切軋件時(shí)低速進(jìn)鋸。此時(shí)v=0.025m/s。此時(shí)有
（6-8）
式中 M ——折算到電機(jī)軸上的扭轉(zhuǎn)力矩
Md ——起動(dòng)傳動(dòng)部分所需力矩
M等效 ——等效力矩
6.4.4.1 M等效的計(jì)算
又
故
所以 M等效=6653.6/365=18.23kgm
6.4.4.2 Md的計(jì)算
6.4.4.3 M的計(jì)算
M=18.23+10.8=29.0kgm
6.4.4.4 轉(zhuǎn)換的電機(jī)功率
N=Mn/975=29.0×700/975=20.8kw
至于消耗在四連桿上的功率和N相比可以忽略不計(jì)。
電機(jī)的最終選取:
高速時(shí) 1400r/min 32kw
低速時(shí) 700r/min 22kw
事實(shí)上，他激磁直流電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)刻變化，負(fù)載也變化，其功率也在變化。
鋸盤(pán)的傳動(dòng)方式有兩種：一種是直接由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，另一種是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶傳動(dòng)。二者比較，直接傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：必須加設(shè)水幕保護(hù)。用皮帶傳動(dòng)時(shí)，由于皮帶傳動(dòng)損失而使能耗增加，工作不夠可靠，還要有張緊裝置，皮帶消耗大。但皮帶傳動(dòng)也有它的優(yōu)點(diǎn)：滑座寬度尺寸小，受載均勻，電機(jī)不受被鋸切軋件的高溫影響，鋸片直徑和圓周速度受電機(jī)尺寸和轉(zhuǎn)速影響小。
鋸片電機(jī)要求負(fù)載基本平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)制動(dòng)無(wú)特殊要求，且要求長(zhǎng)期運(yùn)行，因此，初步選定：籠型異步電動(dòng)機(jī)。因熱鋸機(jī)所選擇的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，空氣中有較多的灰塵且可能有水滴飛濺、鋸屑飛濺等情況，所以選用封閉式電動(dòng)機(jī)。根據(jù)前面算出的鋸片需傳動(dòng)的功率N =81.46kw，選用Y系列防護(hù)式籠型三組異步電動(dòng)機(jī)中的JS114-4為鋸片電機(jī)。其額定功率為115kw，轉(zhuǎn)速為1480r/min，電壓為380v。由現(xiàn)場(chǎng)資料可知 MAB=3500 kg， LAB =0.95 m；
M BC=5630 kg， LBC=2.7 m； M=CD 2200kg， LCD= 2.3m。
83
第7章 鋸片軸部分的設(shè)計(jì)
第7章 鋸片軸部分的設(shè)計(jì)
7.1 鋸片軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖7-1 鋸片軸的結(jié)構(gòu)尺寸
鋸片軸是熱鋸機(jī)的核心部分，根據(jù)總體設(shè)計(jì)情況以及鋸片軸上所位置上的零部件的安裝情況，鋸片軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖7-1所示。
估算軸徑 d，按設(shè)計(jì)公式，軸的最小軸徑：
（7-1）
式中 p——軸的功率轉(zhuǎn)數(shù) p=115kw
n——軸的轉(zhuǎn)數(shù) n=1480r/min
c——與軸材料有關(guān)系數(shù)，選軸材料為37SiMn2MoV，查得c=102
∴d ≥1023 115/1480 = 43.5mm。
由設(shè)計(jì)決定該軸為階梯軸。
為保證最細(xì)端的彎扭強(qiáng)度初定 d min=80mm，即軸頭直徑為80mm。
7.2 受力分析
圖7-2 軸的受力簡(jiǎn)圖
軸所受扭矩：
圓周力
正壓力 R=15T=9028.8N
7.2.1 XZ平面受力
圖7-3 XZ平面受力圖
因?yàn)?
故
又
故
7.2.2 YZ平面受力
圖7-4 YZ平面受力簡(jiǎn)圖
因?yàn)?
故
又
故
7.2.3 彎矩
彎矩圖如圖所示：
152.75Nm
圖7-5 XZ平面彎矩圖
XZ平面
2257.2Nm
圖7-6 YZ平面彎矩圖
YZ平面
7.2.4 合成彎矩計(jì)算
2262.4Nm
圖7-7 合成彎矩圖
7.2.5 扭矩的計(jì)算
742Nm
圖7-8 扭矩圖
扭矩圖如圖7-8所示：
7.3 軸的強(qiáng)度校核
7.3.1 軸的疲勞強(qiáng)度校核
軸的疲勞強(qiáng)度校核是在軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后進(jìn)行的。目的是校核軸對(duì)疲勞強(qiáng)度破壞的抵抗力。方法是校核危險(xiǎn)截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。
1、判斷危險(xiǎn)截面：
初步