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青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目： 鋼板校平機(jī)設(shè)計(jì)
要求完成時(shí)間： 2011-6-18
論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容（需明確列出研究的問(wèn)題）：
課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)1450軋鋼生產(chǎn)線配套的熱軋鋼板校平機(jī)。所設(shè)計(jì)的校平機(jī)應(yīng)滿足以下要求：(1)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)較平，校平速度1.25m/s；(2)帶支承輥，且可以單獨(dú)調(diào)整；(3)具有過(guò)載保護(hù)功能。需解決的問(wèn)題有：
(1) 總體方案設(shè)計(jì)；
(2) 校平系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
(3) 輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
(4) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求：
說(shuō)明書(shū)要求內(nèi)容充實(shí)，文字?jǐn)⑹鰲l理清楚、重點(diǎn)突出。專業(yè)術(shù)語(yǔ)、計(jì)量單位、圖表格式、文字書(shū)寫(xiě)以及引用文獻(xiàn)，均應(yīng)按正式出版物要求來(lái)表述。說(shuō)明書(shū)應(yīng)按要求格式打印，篇幅在8000字左右。
設(shè)計(jì)計(jì)算方法正確，數(shù)據(jù)來(lái)源可靠。相關(guān)分析計(jì)算要完整、結(jié)果正確。圖表資料要完整、正確。
要求用CAD繪制出總裝圖和零件圖，繪圖應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院
本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
題目： 鋼板校平機(jī)設(shè)計(jì)
姓名： 學(xué)號(hào)：
年級(jí)： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師：姓名 呂寶君 職稱 副教授
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院教務(wù)部
二0一0年十一月八日
說(shuō) 明
一、開(kāi)題報(bào)告前的準(zhǔn)備
1．確定畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目。
2．與指導(dǎo)教師一起討論，制定畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的工作計(jì)劃。
3、根據(jù)計(jì)劃需要查閱、收集資料并確定撰寫(xiě)提綱，提綱一般有以下幾部分構(gòu)成：
⑴ 論文(設(shè)計(jì))的目的與意義。
⑵ 國(guó)內(nèi)外同類論文(設(shè)計(jì))的概況綜述。
⑶ 論文(設(shè)計(jì))的主要內(nèi)容。
⑷ 論文(設(shè)計(jì))方法。
⑸ 論文(設(shè)計(jì))實(shí)施計(jì)劃。
二、開(kāi)題報(bào)告
1．開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行，并按規(guī)定時(shí)間完成。
2．本報(bào)告一式三份，學(xué)生本人、指導(dǎo)教師、所在系各一份。
三、注意事項(xiàng)
1．開(kāi)題報(bào)告應(yīng)由學(xué)生在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成。
2、無(wú)開(kāi)題報(bào)告的畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))不的參加評(píng)審。
3、本表要用計(jì)算機(jī)填寫(xiě)，A4紙張打印，簽字要手寫(xiě)。
一、選題依據(jù)(擬開(kāi)展研究項(xiàng)目的研究目的、意義等)
課題涉及到與1450軋鋼生產(chǎn)線配套的熱軋鋼板校平機(jī)，要求完成熱軋鋼板校平機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
隨著我國(guó)板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各廠家日益認(rèn)識(shí)到板形在生產(chǎn)與市場(chǎng)銷(xiāo)售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見(jiàn)的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、校平、冷卻過(guò)程中形成。這些變形如果得不到及時(shí)有效的矯正，將嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量。
對(duì)于薄板，平行多輥校平機(jī)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。這種校平機(jī)克服了普通壓力校平機(jī)斷續(xù)工作的特點(diǎn)，成倍地提高了校平效率，使校平工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達(dá)到很高地校平精度。
二、文獻(xiàn)綜述內(nèi)容(在充分收集研究主題相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出問(wèn)題，找到研究主題的切入點(diǎn)，附主要參考文獻(xiàn))
隨著我國(guó)板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各廠家日益認(rèn)識(shí)到板形在生產(chǎn)與市場(chǎng)銷(xiāo)售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見(jiàn)的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、矯直、冷卻過(guò)程中形成，往往是由于溫度、輥形、壓下、冷卻水溫、水壓等因素不合適造成的。
隨著民用消費(fèi)類產(chǎn)品需求不斷增加，市場(chǎng)對(duì)薄板需求也大幅度提升，而薄板往往加工成卷板，這樣便于材料運(yùn)輸。購(gòu)買(mǎi)卷材替代板材作為原材料，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)卷料按照要求進(jìn)行加工不僅能夠降低原材料的成本，還能提高利用率。而卷板材生產(chǎn)和運(yùn)輸時(shí)易產(chǎn)生彎曲、翹曲、扭曲、波浪形屈曲，這些變形如果得不到及時(shí)有效的矯正，將嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的提高，尤其是本身作為工具的高精密儀器和刀具，它們對(duì)用材平整度要求更加苛刻。
板材在軋制、熱處理、冷卻及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的這些缺陷，在冶金加工廠中常用矯直機(jī)加以糾正。矯直在冷軋、熱軋等軋制過(guò)程中已成為一道必不可少的工藝。矯直機(jī)除能糾正軋件的型位缺陷以外，還有破鱗、抗皺和改善軋件產(chǎn)品機(jī)械性能的作用。隨著用戶對(duì)軋件，特別是對(duì)冷軋板、熱軋板的品質(zhì)要求越來(lái)越高，因此就如何提高矯直機(jī)本身的機(jī)械性能、加工精度及延長(zhǎng)維修周期、降低生產(chǎn)成本也成為冶金機(jī)械研究的內(nèi)容。
對(duì)于薄板，平行多輥矯直機(jī)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。這種矯直機(jī)克服了普通壓力矯直機(jī)斷續(xù)工作的特點(diǎn)，成倍地提高了矯直效率，使矯直工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達(dá)到很高地矯直精度。
平行多輥薄板矯直機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展很不平衡，國(guó)內(nèi)基本上還停留在傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)及機(jī)械傳動(dòng)方式，位置精度只有±0.5mm，而國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)電液自動(dòng)控制，位置精度已經(jīng)達(dá)到0.1mm，且有良好的人機(jī)界面，便于現(xiàn)場(chǎng)工程師操作。
在中國(guó)銷(xiāo)售高精度薄板矯直機(jī)的公司主要有三家，瑞士海莫樂(lè)公司、臺(tái)灣雙郁機(jī)械公司和美國(guó)的IOWA精密工業(yè)公司，后兩家公司的矯直機(jī)都作為卷板材加工流水線工序設(shè)備，而瑞士海莫樂(lè)公司作為專業(yè)矯直機(jī)制造公司，性能最好。它采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制矯直機(jī)的輥縫，公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑玻璃、精密儀器儀表和工具等領(lǐng)域。這三家的矯直機(jī)都能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)，而且海莫樂(lè)公司矯直機(jī)能自動(dòng)感應(yīng)壓應(yīng)力，采用雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了智能化，但價(jià)格不扉。
由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所機(jī)器人工程中心開(kāi)發(fā)的開(kāi)卷、矯平剪切、堆垛生產(chǎn)線中，矯平機(jī)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，但矯直機(jī)的間隙調(diào)整由標(biāo)尺指示，并沒(méi)有采用閉環(huán)控制，所以位置控制精度僅有±0.5mm。國(guó)營(yíng)西北機(jī)器廠、富地機(jī)械、山東省淄博市桓臺(tái)齊光鍛壓機(jī)床廠及無(wú)錫梅里精品機(jī)械等廠家生產(chǎn)的鋼板校平機(jī)，前后輥縫間距全部采用手動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)，位置精度僅依靠蝸輪控制。所以產(chǎn)品的矯直精度不高，不能應(yīng)用在精矯工序。
由湖北重型集團(tuán)有限公司同華中理工大學(xué)威奇數(shù)控公司合作開(kāi)發(fā)的輥式板材矯直機(jī)系列，經(jīng)過(guò)多年的完善和發(fā)展，在理論上和實(shí)踐上形成了較成熟的體系。結(jié)構(gòu)上，采用機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的方案，并重點(diǎn)加入了液壓墊這一專利技術(shù)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊，精度高，噪聲低，控制方便，不僅提供了良好的交互環(huán)境。而且在實(shí)時(shí)性和預(yù)警上也對(duì)液壓、機(jī)械和電氣各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全面管理。整套控制系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)和PLC組成，矯直精度也達(dá)到了0.1mm。
參考文獻(xiàn)
[1] 崔甫. 校平技術(shù)與校平原理. 北京：冶金工業(yè)出版社, 2005
[2] 李茂基. 軋鋼機(jī)械. 北京：冶金工業(yè)出版社，1998：287-289
[3] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000：379-380
[4] 葉恒. 液壓校平機(jī)控制系統(tǒng)的研究：[碩士學(xué)位論文].杭州：浙江大學(xué)，2004
[5] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
[6] 王章忠. 機(jī)械工程材料. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006：132-137
[7] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京: 高等教育出版社，2001：310-318
[8] 李士軍. 機(jī)械維護(hù)修理與安裝. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：91-98
[9] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004
[10] 王鳳岐，張連洪，邵宏宇. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.天津大學(xué)出版社，2004
[11] 劉延俊. 液壓與氣壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[12] 栗林. 輥式校平機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn). 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006
[13] 楊固川.中厚板變輥距校平機(jī)的結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)外使用概況. 冶金設(shè)備，2002，6(2)：15-18
[14] 王效崗，黃慶學(xué). 新式中厚板矯直機(jī)的技術(shù)特點(diǎn). 山西冶金，2006(2)：25-27
三、研究方案(研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)、研究方法、技術(shù)路線、擬解決的問(wèn)題、特色或創(chuàng)新點(diǎn)等)
研究?jī)?nèi)容：
設(shè)計(jì)與1450軋鋼生產(chǎn)線配套的熱軋鋼板校平機(jī)。
研究目標(biāo)：
所設(shè)計(jì)校平裝置應(yīng)滿足以下要求：
(1)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)較平，校平速度1.25m/s；
(2)帶支撐輥，且可以單獨(dú)調(diào)整；
(3)具有過(guò)載保護(hù)功能。
研究方法：
通過(guò)閱讀有關(guān)文獻(xiàn)、資料和市場(chǎng)調(diào)查，了解現(xiàn)階段的鋼板矯直技術(shù)及矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，掌握矯直機(jī)的矯直原理，參照現(xiàn)有矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)，在充分分析現(xiàn)有矯直機(jī)所存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出解決措施，完成課題的設(shè)計(jì)任務(wù)。
技術(shù)路線：
調(diào)查研究→確定總體方案→設(shè)計(jì)校平系統(tǒng)→設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)→零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擬解決的問(wèn)題：
(1)輥?zhàn)邮芰Σ痪?，容易斷輥?
(2)校平精度低。
特色與創(chuàng)新點(diǎn)：
(1)采用異輥距取代同輥距使各輥受力均勻；
(2)采用液壓壓下取代機(jī)械壓下；
(3)支承輥分為三排，設(shè)置彎曲工作輥以提高校平精度。
四、進(jìn)程計(jì)劃(各研究環(huán)節(jié)的安排、實(shí)施進(jìn)度、完成程度等)
2010.11.10～2011.1.10： 調(diào)查研究，分析資料，并進(jìn)行方案論證
2011.1.11～2011.3.20： 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2011.3.21～2011.4.30： 校平系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2011.5.1～2011.5.31： 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2011.6.1～2011.6.18： 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
2011.6.19～2011.6.20： 準(zhǔn)備答辯
五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
六、學(xué)科組意見(jiàn)
組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
七、系意見(jiàn)
主任簽字： 年 月 日
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）立題表
立題題目
鋼板校平機(jī)設(shè)計(jì)
題目來(lái)源
來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際 □來(lái)源于科研項(xiàng)目 □其他
題目性質(zhì)
□基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 □應(yīng)用基礎(chǔ)研究 □其他
題目完成形式
□畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)
申請(qǐng)立題教師
呂寶君
職稱
副教授
從事專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造
立題說(shuō)明：
課題涉及與1450軋鋼生產(chǎn)線配套的熱軋鋼板校平機(jī)，要求完成熱軋鋼板校平機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
隨著我國(guó)板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各廠家日益認(rèn)識(shí)到板形在生產(chǎn)與市場(chǎng)銷(xiāo)售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見(jiàn)的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、校平、冷卻過(guò)程中形成。這些變形如果得不到及時(shí)有效的矯正，將嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量。
對(duì)于薄板，平行多輥校平機(jī)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。這種校平機(jī)克服了普通壓力校平機(jī)斷續(xù)工作的特點(diǎn)，成倍地提高了校平效率，使校平工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達(dá)到很高地校平精度。
教研室意見(jiàn)
教研室主任簽名： 年 月 日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）領(lǐng)導(dǎo)工作小組意見(jiàn)：
主任簽名： 年 月 日
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院
本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題 目： 鋼板校平機(jī)設(shè)計(jì)
姓 名：
系 別： 工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師： 呂寶君
2011年6月18日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明
本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。
論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū)
本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。
論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日
指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日
目 錄
摘 要……………………………………………………………………………………………………..…. I
Abstract………………………………………………………………………………………………………. II
1 緒 論………………………………………………………………………………..……..……1
1.1 平行輥式校平機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀………………………………………………………..……1
1.2 鋼板校平機(jī)研究的內(nèi)容和意義……………………………………………………..……1
2 校平機(jī)總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….…3
2.1 反彎校平的基本原理………………………………………………………….………..…3
2.2 校平機(jī)的工作原理和壓下方案選擇…………………………………………….…..……4
3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………….……8
3.1傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算…………………………………………………………………………8
3.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 …………………………………………………………….………8
3.1.2 力能參數(shù) …………………………………………………………………………...…9
3.2 減速機(jī)、齒輪座、電機(jī)和萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的選擇計(jì)算…………………………………..…14
4 校平裝置設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………18
4.1 液壓壓下系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….18
4.1.1液壓壓下系統(tǒng)的組成…………………………………………………………………..…… ……18
4.1.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理……………………………………………….…………………... ….…18
4.1.3液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計(jì)算………………………………………………………………...……20
4.2 輥?zhàn)硬牧线x擇及強(qiáng)度校核…………………………………………………………….…22
4.2.1輥?zhàn)硬牧线x擇………………………………………………………………………..…22
4.2.2輥?zhàn)訌?qiáng)度校核……………………………………………………………..…….…………….. .…23
4.3軸承的選擇及潤(rùn)滑………………………………………………………......................…26
4.3.1軸承的選擇…………………………………………………………….....................…26
4.3.2軸承的潤(rùn)滑……………………………………………………………………..........................…27
5 結(jié)論…………………………………………………………………………..……….... .....………………29
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….……………. .............................. . ..30
致謝……………………………………………………………………………..……...... …………..... . . …31
鋼板校平機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
針對(duì)鋼板校平機(jī)的使用要求，本課題完成了鋼板校平機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的校平機(jī)采用了異輥距輥系技術(shù)、彎輥技術(shù)、液壓壓下加壓方式。異輥距輥系技術(shù)的應(yīng)用縮短了空校區(qū)，從而使補(bǔ)校工作明顯減輕；彎輥技術(shù)的應(yīng)用使校平機(jī)在工作時(shí)可使校平工作輥產(chǎn)生一定量的曲率以抵消機(jī)架的彈跳，并可有效改善板材的橫向板形；液壓壓下加壓方式實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整，提高了鋼板的校平質(zhì)量，使校平機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，并可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。
關(guān)鍵詞：鋼板；校平裝置；異輥距輥系；彎輥技術(shù)；液壓壓下
II
Steel Leveling Machine Design
Abstract
According to the use of steel leveling machine, this task completed steel leveling machine design. The steel leveling machine adopts the roll of technology, from roll bending roll technology, hydraulic press pressure mode. Different from the roll system technology roll application shortened empty campus, thereby significantly reduce continuation school for work, Bending roll technology application makes leveling machine work can make leveling work roll produce a certain amount of curvature to offset the frame, and can effectively improve the bounce of the lateral plate shape, Under the pressure of hydraulic pressure means to realize the dynamic roll gap adjustment and improve the quality of steel, leveling leveling machine working more smoothly, and can achieve overload protection.
Key Words: steel plate；leveling machine；different from the roll system roll；bending roll technology；hydraulic press
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
1 緒 論
1.1 鋼板校平機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
平行多輥薄板校平機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展很不平衡，國(guó)內(nèi)基本上還停留在傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)及機(jī)械傳動(dòng)方式，位置精度只有±0.5mm，而國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)電液自動(dòng)控制，位置精度已經(jīng)達(dá)到0.1mm，且有良好的人機(jī)界面，便于現(xiàn)場(chǎng)工程師操作[1]。
在中國(guó)銷(xiāo)售高精度薄板校平機(jī)的公司主要有三家，瑞士海莫樂(lè)公司、臺(tái)灣雙郁機(jī)械公司和美國(guó)的IOWA精密工業(yè)公司，后兩家公司校平機(jī)都作為卷板材加工流水線工序設(shè)備，而瑞士海莫樂(lè)公司作為專業(yè)校平機(jī)制造公司，性能最好。它采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制校平機(jī)的輥縫，公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑玻璃、精密儀器儀表和工具等領(lǐng)域。這三家的校平機(jī)都能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)，而且海莫樂(lè)公司校平機(jī)能自動(dòng)感應(yīng)壓應(yīng)力，采用雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了智能化，但價(jià)格不扉，一臺(tái)20-30萬(wàn)美金。
國(guó)內(nèi)的情況是：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所機(jī)器人工程中心開(kāi)發(fā)的一套開(kāi)卷、矯平剪切、堆垛生產(chǎn)線技術(shù)中，矯平機(jī)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，但校平機(jī)的間隙調(diào)整由標(biāo)尺指示，并沒(méi)有采用閉環(huán)控制，所以位置控制精度僅有±0.5mm。生產(chǎn)制造公司有國(guó)營(yíng)西北機(jī)器廠、富地機(jī)械、山東省淄博市桓臺(tái)齊光鍛壓機(jī)床廠、無(wú)錫梅里精品機(jī)械和湖北重型機(jī)器集團(tuán)，前后輥縫間距全部采用手動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)，位置精度僅依靠蝸輪控制。所以產(chǎn)品的校平精度不高，不能應(yīng)用在精矯工序。
由湖北重型集團(tuán)有限公司同華中理工大學(xué)威奇數(shù)控公司合作開(kāi)發(fā)的輥式板材校平機(jī)系列，經(jīng)過(guò)多年的完善和發(fā)展，在理論上和實(shí)踐上形成了較成熟的體系。結(jié)構(gòu)上，采用機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的方案，并重點(diǎn)加入了液壓墊這一專利技術(shù)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊，精度高，噪聲低，控制方便，不僅提供了良好的交互環(huán)境。而且在實(shí)時(shí)性和預(yù)警上也對(duì)液壓、機(jī)械和電氣各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全面管理。整套控制系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)和PLC組成，校平精度也達(dá)到了0.1mm[14]。
1.2 平行輥式校平機(jī)研究的內(nèi)容和意義
隨著我國(guó)板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各廠家日益認(rèn)識(shí)到板形在生產(chǎn)與市場(chǎng)銷(xiāo)售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見(jiàn)的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、校平、冷卻過(guò)程中形成，往往是由于溫度、輥形、壓下、冷卻水溫、水壓等因素不合適造成的。若將板帶看作由無(wú)數(shù)條縱向金屬纖維連結(jié)而成的材料，則不良板形材料中內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)，正是因相鄰纖維間存在長(zhǎng)度差之故。由于鄰近纖維間的相互制約，長(zhǎng)纖維受壓應(yīng)力，短纖維受拉應(yīng)力。因此，板帶橫向厚度差與板形有著密切的關(guān)系。橫向厚差大的板帶，一般板形都不好，但因只需幾微米的橫向厚差，即可造成明顯的板形缺陷。因此，有些橫向厚差很小的材料，板形也完全有可能不符合要求。
隨著民用消費(fèi)類產(chǎn)品需求不斷增加，市場(chǎng)對(duì)薄板需求也大幅度提升，同時(shí)對(duì)板材的質(zhì)量要求也在大幅提升。只有有了好的材料，才能加工出好的產(chǎn)品來(lái)。因此這些變形如果得不到及時(shí)有效的矯正，將嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的提高，尤其是本身作為工具的高精密儀器和刀具，它們對(duì)用材平整度要求更加苛刻。
對(duì)于薄板，平行多輥校平機(jī)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。這種校平機(jī)克服了普通壓力校平機(jī)斷續(xù)工作的特點(diǎn)，成倍地提高了校平效率，使校平工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達(dá)到很高地校平精度。本課題研究的也就是平行輥校平機(jī)。
當(dāng)今世界上先進(jìn)校平機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，板材校平機(jī)正向重型化、全液壓、自動(dòng)化過(guò)渡。
平行輥校平機(jī)在板材加工方面應(yīng)用廣泛，但從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀可以看出，高精度的液壓多輥薄板校平機(jī)(位置精度0.15mm以下)國(guó)內(nèi)還相當(dāng)缺乏。因此，本課題的研究具有十分重要的意義。
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2 校平機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 反彎校平的基本原理
在壓力校平機(jī)、輥式校平機(jī)、斜輥式校平機(jī)和拉伸校平機(jī)中，軋件都是經(jīng)過(guò)反向彎曲后校平的，而軋件的彎曲狀態(tài)可以用曲率表示，在軋件的彈塑性彎曲變形過(guò)程則可以用曲率的變化來(lái)說(shuō)明。
軋件在校平過(guò)程中的曲率變化：
1）原始曲率 軋件在校平前的曲率稱為原始曲率，以表示。（圖2.1a）。r0是軋件的原始曲率半徑。彎曲的方向用正負(fù)號(hào)表示，如+表示彎曲凸度向上的曲率，-則表示彎曲凸度向下的曲率，而軋件的平直段用=0表示。
2）反彎曲率 軋件在外力矩M作用下強(qiáng)制反彎的曲率稱為反彎曲率，以表示。在壓力校平機(jī)和輥式校平機(jī)上，反彎曲率是通過(guò)校平機(jī)的壓頭或輥?zhàn)拥膲合聛?lái)獲得的。反彎曲率大小的選擇是決定軋件能否被校平的關(guān)鍵。
圖2.1 彈塑性彎曲時(shí)的曲率變化
a-彎曲階段；b-彈復(fù)階段
3）總變形曲率 它是軋件彎曲變形的變化量，是原始曲率與反彎曲率的代數(shù)和，以表示，即：
=+
使用上式時(shí)，應(yīng)將曲率的正負(fù)號(hào)代入。原始曲率與反彎曲率方向相同時(shí)符號(hào)相反；方向相反時(shí)符號(hào)相同。
4）彈復(fù)曲率 它是當(dāng)外力矩去除后，軋件在變形內(nèi)力形成的彈復(fù)力矩My作用下彈性恢復(fù)的曲率變化量，以表示。
5）殘余曲率 它是軋件經(jīng)過(guò)彈復(fù)后所具有的曲率（圖2.1b），以表示。如軋件被校平，則=0，如軋件未被校平，在輥式校平機(jī)上，前一輥的殘余曲率將是下一輥的原始曲率，即，式中i指輥數(shù)。
殘余曲率是反彎曲率與彈復(fù)曲率的代數(shù)差：=- ，顯然欲使軋件校平，則必須使殘余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反彎校平時(shí)（壓力校平機(jī)）選擇反彎曲率的基本原則。
2.2 校平機(jī)的工作原理和壓下方案選擇
平行輥校平機(jī)屬于連續(xù)性反復(fù)彎曲的校平設(shè)備，這種校平機(jī)克服了壓力校平機(jī)斷續(xù)工作的缺點(diǎn)，使校平效率成倍提高，使校平工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線。
金屬材料在較大的彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著減小，甚至?xí)呌谝恢?。隨著壓彎程度的減小其彈復(fù)后的殘留彎曲必然會(huì)一致趨近于零值而達(dá)到校平目的。因此平行輥校平機(jī)必須具備兩個(gè)顯著的特征：第一，具有相當(dāng)數(shù)量的交錯(cuò)布置的校平輥以實(shí)現(xiàn)多次的反復(fù)彎曲；第二，壓彎量可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)校平所需要的壓彎方案[7]。
下面以5輥校平法用圖形表示如圖2.2所示：
圖2.2 5輥校平法
平行多輥校平機(jī)的壓下方案有三種，①最小壓彎遞減方式，即校平機(jī)每個(gè)輥的壓下量都可單獨(dú)調(diào)整的假想方案。校平機(jī)上各個(gè)輥?zhàn)臃磸澢实倪x擇原則是：只消除軋件在前一輥產(chǎn)生的最大殘余曲率，使之變直。②最小殘差遞減方式，即使具有不同原始曲率的軋件經(jīng)過(guò)較少次數(shù)劇烈的大變形反彎，以迅速消除其原始曲率的不均勻度，然后按校平單值曲率的辦法加以校平的方案。③線性遞減方式。其中最常用的是線性遞減方式，薄板校平多采用這種方案，也是本文討論的方式。這種方式的特點(diǎn)是：從第二輥(第一個(gè)上輥)到最后第二輥(最后一個(gè)上輥)的壓彎量按線性遞減，最后第二棍的壓彎曲率一般為彈性極限曲率，前面第二輥的壓彎曲率則不受?chē)?yán)格限制。由于這種壓下方式多用于薄板材校平，故第二輥壓下曲率都較大。工業(yè)生產(chǎn)中采用這種方案的多輥校平機(jī)的輥數(shù)一般都較多，有11、13、17、19、21、23輥等，同時(shí)輥徑要盡量小，這樣使板材得到較大的變形，變形愈大愈有利于消除波浪彎[1]。
2.3 輥系方案的確定
平行輥校平機(jī)發(fā)展歷史較長(zhǎng)，輥系結(jié)構(gòu)形式很多，且主要與用途和校平質(zhì)量有關(guān)。這里介紹幾種典型輥系，如圖2.3所示。
圖2.3 典型輥系
輥系a是上輥組平行升降的輥系，主要用于熱校平厚板、粗矯板材和在展卷機(jī)后平整帶材等工作；輥系b有所改進(jìn)，兩端輥單獨(dú)調(diào)整，有利于中間各輥加大壓下，也有利于兩端輥的咬入及提高校平質(zhì)量，主要用于熱校平板材。輥系c是一種靈活性較大的多用途輥系，上輥可以調(diào)成平行升降、單向傾斜和雙向傾斜等形式。第一個(gè)用途同圖a,第二個(gè)同圖d，第三個(gè)用途為可以進(jìn)行反復(fù)及雙向咬入的校平。輥系d是按線形遞減壓下的板材校平輥系。輥系e是型材校平的常用輥系，各上輥單獨(dú)調(diào)整可以采用各種壓下方案。輥系f是校平板材的輥系，帶有支撐背輥，它有兩個(gè)作用：一，校平寬板時(shí)輥?zhàn)犹L(zhǎng)，剛度不夠，用支撐輥來(lái)保持工作輥的剛度；二，校平薄板時(shí)要消除波浪需要用支撐輥來(lái)改變工作輥的凸度。這種輥系也稱為四重式校平輥系。輥系g比前一種增加一排中間輥，由于支撐輥多為盤(pán)形，長(zhǎng)期工作中使工作輥表面被壓出痕跡，這時(shí)若校平工件的表面要求光亮，而輥面壓痕很可能在工件表面上留下條狀暗影甚至印痕。故用中間輥隔離上述壓痕的傳遞。這種輥系也稱為六重式校平輥系[8]。
除這些典型輥系外，近代新研制設(shè)計(jì)了不少性能更好的輥系。不過(guò)它們都是在已有的輥系基礎(chǔ)上的改進(jìn)。如圖2.4所示的異輥距輥系，特點(diǎn)就是加大了入口側(cè)的輥距，以減少入口側(cè)各輥的壓力，尤其可以減少第3輥的斷軸事故。同時(shí)還追求等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。隨著校平力的逐漸減小，向著出口側(cè)逐步也減小了輥距尺寸。它由于空矯區(qū)（不產(chǎn)生校平彎矩的區(qū)間）比較短，可以明顯的減輕補(bǔ)矯工作。即用縮短兩端輥間距的辦法使工件頭尾經(jīng)歷正負(fù)兩次短距離的反彎，可以使空矯區(qū)成倍縮短?？粘C區(qū)的縮短將會(huì)使校平質(zhì)量提高及補(bǔ)矯工作減輕。同時(shí)各輥校平力也有了很大的改善。
圖2.4 9輥式異輥距校平輥系
以上分析比較可以看出，輥系f比較適合校平薄板材，故選擇這種輥系。另外可以適當(dāng)縮短兩端的輥距，以減小空矯區(qū)。同時(shí)設(shè)計(jì)成異輥距類型，使性能更好。
3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
3.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
1、輥數(shù)的確定
選擇輥數(shù)的原則是在保證校平質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量少。對(duì)于薄板校平機(jī)，由于b/h比值很大，原始彎曲曲率較大，以及瓢曲和浪形的二維形狀缺陷嚴(yán)重，應(yīng)減小輥距以增加板材的彈塑性彎曲變形，但由于輥距不能選的過(guò)小，故要增加輥數(shù)。在表11-3[1]中確定輥數(shù)。為此需計(jì)算校平機(jī)最大負(fù)荷特性：
（3-1）
——鋼板屈服極限，
——鋼板最大寬度，
——鋼板最大厚度
設(shè)計(jì)任務(wù)要求，校平機(jī)典型鋼種為，經(jīng)查詢，知其，現(xiàn)??；另外鋼板規(guī)格為，取；，取。故，由表11-3得知輥數(shù)取13。又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)知輥數(shù)取11即可。
2、輥徑、輥距與輥長(zhǎng)的確定
圖3-12[2]知校平最佳區(qū)域中，單位厚度輥徑值滿足。因?yàn)?，故，又因?yàn)椋?，故，所以可以取輥徑。支撐輥輥徑應(yīng)取大一些，取為。
使用滾動(dòng)軸承時(shí)，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過(guò)大，近似地選擇。另外，只要條件允許，輥頸直徑和輥身的過(guò)渡圓角均應(yīng)選大一些。
根據(jù)公式和可以確定工作輥輥頸直徑和輥頸長(zhǎng)度，輥距 （其中，壓彎量單獨(dú)調(diào)節(jié)時(shí)取較大值，集體調(diào)節(jié)時(shí)取較小值，為輥?zhàn)幼畲笾睆剑?。所?
再?gòu)谋?1-3[2]中由知輥距比較合適。下面根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及已有變輥距校平機(jī)做參考，確定各處輥距如圖3.1所示：
圖3.1 本校平輥系各輥距大小
輥長(zhǎng)
（時(shí)，；時(shí)，）
3、支撐輥的確定
前面已經(jīng)確定支撐輥直徑為。下面確定支撐輥的布置方式和相關(guān)尺寸：
由于上面所設(shè)置的輥距較小，同時(shí)工作輥輥徑與輥身比值處于中間，既不大也不小，故這里考慮采用垂直布置方案。為了調(diào)整工作輥的撓度，有效地消除板帶的局部瓢曲或單、雙邊浪形。這里采用多段支撐輥校平方案。其各段支撐輥可以單獨(dú)調(diào)整壓下，沿工作輥長(zhǎng)度方向可使帶材產(chǎn)生不同的變形，以消除板帶邊緣或中部的板形缺陷。具體布置形式如圖3.2所示。
與工作輥一樣，我們可以得到支撐輥輥頸直徑為和輥頸長(zhǎng)度
3.1.2 力能參數(shù)
1、確定壓彎量并計(jì)算校平力
1）壓彎量
圖3.2 支撐輥布置圖
a—消除雙邊浪形 b—消除中間瓢曲 c—消除單邊浪形
前面已經(jīng)確定壓彎方案選擇線性遞減壓彎方案，現(xiàn)首先確定入口及出口處的壓彎量：
已知校平機(jī)為類型。工件尺寸為，代表鋼種為，取其。
該方案中規(guī)定變形大致范圍為。包含和，工件通過(guò)第二輥后，方向趨同，但是中包含最大和最小的彎曲狀態(tài)，而最小的，要使這個(gè)在反彎之后也獲得一種與其他相差不多的彈復(fù)能力，就必須采用加大的。由于，故取。假設(shè)鋼板原始的彎曲最大為，則第二輥后的彈復(fù)曲率比為
其殘留曲率比為
這個(gè)，需用彈塑性撓度計(jì)算法。由公式1-165知
其中
所以
出口壓彎撓度
所以入口壓彎量為，出口為
由于輥數(shù)為11，那么上輥組的傾斜度為：
所以
由，，， 得表3.1如下：
表3.1 各輥?zhàn)訅簭澚?
圖3.3為第2到第10輥每個(gè)輥?zhàn)拥膲簭澚?，從這個(gè)圖中明顯地看出壓下方式為線性遞減壓下：
圖3.3 線性遞減壓下
2）校平力
查圖3-14[2]得
根據(jù)公式和
得各個(gè)輥?zhàn)犹幍膹澗貫椋?
按連續(xù)梁的三彎矩方程式計(jì)算后（其中前面已經(jīng)給出計(jì)算式子）求出校平力為：
2、軸承壓力計(jì)算
校平輥所承受的校平力直接作用于軸承上。機(jī)架結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)。如圖3.4所示為輥?zhàn)虞S承受力分析圖：
圖3.4 校平輥軸承受力圖
那么
軸承受力總和為
取，那么各個(gè)輥?zhàn)觾啥说妮S承受力大小可以計(jì)算如下：
所以
3、校平輥轉(zhuǎn)矩計(jì)算
校平輥在校平力作用下所需克服的阻力包括軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動(dòng)摩擦阻力及工件的塑性變形阻力。下面分別求這兩個(gè)力
1） 軸承摩擦阻力
前面已經(jīng)確定機(jī)架結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，那么根據(jù)下面公式[2]即可求得該摩擦阻力：
其中為工件與輥面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，板材為；高溫板材為；為軸承摩擦系數(shù)，尼龍軸承；青銅軸承；滾動(dòng)軸承。為軸頸直徑。
2）工件塑性變形阻力：
其中是第輥處的轉(zhuǎn)矩，是第輥處的校平變形能
這里
其中可由下式子計(jì)算：
將代替代入得
從而根據(jù)上面給出的公式求得每個(gè)輥?zhàn)犹幍男Ｆ阶冃文転?
進(jìn)而求得工件塑性變形阻力為
3） 總轉(zhuǎn)矩
上面兩個(gè)阻力求出之后，相加即得總轉(zhuǎn)矩
4、校平功率
為了使校平機(jī)適應(yīng)生產(chǎn)線，速度取生產(chǎn)線速度。又因?yàn)橛兄屋?，校平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率可取為。那么計(jì)算到電機(jī)處的驅(qū)動(dòng)功率為
3.2 減速機(jī)、齒輪座、電機(jī)和萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的選擇計(jì)算
1、減速機(jī)的選擇
主傳動(dòng)系統(tǒng)中，減速機(jī)除有減速作用以外，還有均衡分配傳動(dòng)扭矩的作用，因此也稱為假速分配器。它有三種主要形式：圓柱齒輪型、圓柱—圓錐齒輪型和蝸輪型。這三種形式中每種分為單、雙、三、四支等結(jié)構(gòu)。
在輥數(shù)大于7的校平機(jī)上，不宜使用單支減速分配器。這是因?yàn)閭鬟f的總扭矩大，齒輪座是齒輪尺寸也大，使齒輪座出軸的間距很難與矯正輥間距相適應(yīng)，因此，在輥式鋼板矯正機(jī)上，大多使用多支的減速分配器。這樣也可以使齒齒輪座的載荷均勻。
由于本校平機(jī)中第二輥的校平扭矩最大，因此對(duì)該輥要盡可能由減速機(jī)的一根出軸經(jīng)齒輪座直接傳動(dòng)，以減輕齒輪座的負(fù)荷。為適應(yīng)矯正機(jī)在連續(xù)機(jī)組中的安裝，將矯正機(jī)設(shè)計(jì)成可以雙向進(jìn)料的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，矯正機(jī)另一端的第二輥也又減速機(jī)的出軸直接傳動(dòng)。那樣，減速機(jī)中心距和應(yīng)等于齒輪座兩邊第二軸之間的距離，如圖3.12所示：
3.5 減速分配器和齒輪座示意圖
值受齒輪座最大中心距的限制，是按校平輥?zhàn)畲笾行木嗪腿f(wàn)向連接軸的長(zhǎng)度以及連接軸傾角不超過(guò)60 的條件來(lái)確定的。前面已經(jīng)算得，第一輥和第十一輥中心距為615mm，故這里。
2、電機(jī)的選擇
前面求得驅(qū)動(dòng)功率為。綜合考慮機(jī)械負(fù)載特性（恒功率），斷續(xù)周期工作制，無(wú)調(diào)速要求，有過(guò)載能力。
工作條件：冶金用，所以灰塵和渣子較多，溫度較高等工作條件，選擇負(fù)荷率為 0.8。那么
選YIR系列起重及冶金用三相異步電機(jī)：（重型%=40%）
從表16—1—83中查得，型號(hào)： 機(jī)座號(hào)：315M，,
3、聯(lián)軸器的選擇
萬(wàn)向聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)距：
式中 ——萬(wàn)向聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)距（N·m）
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的疲勞轉(zhuǎn)距（N·m）
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)距（N·m）
——驅(qū)動(dòng)功率KW
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速 r/min
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的壽命修正系數(shù)
——萬(wàn)向聯(lián)軸器的兩折角修正系數(shù)
——載荷修正系數(shù)載荷均勻；工作平穩(wěn)時(shí)；載荷不均勻時(shí)；中等沖擊較大沖擊載荷和頻繁正反轉(zhuǎn)時(shí)特大沖擊載荷和頻繁正反轉(zhuǎn)時(shí)，。
這里（減速器效率為80%），（與工作輥一致）。查圖5—2—4得（取折角為60）；。
那么
從表5—2—15中選?。?
SWP·180·A型×1000（1250，1400，1600，1800）。JB/T3241—1991
其相關(guān)參數(shù)如下：回轉(zhuǎn)直徑，，，1250，1400，1600，1800等。伸縮量
4、減速器的選擇
，考慮工作環(huán)境及傳動(dòng)比大小，經(jīng)濟(jì)等方面的因素來(lái)選取。
1）減速器的計(jì)算功率
由 。
式中 ——計(jì)算功率KW
——載荷功率 KW
——減速器公稱輸入功率
——工況系數(shù)
——啟動(dòng)系數(shù)
——可靠度系數(shù)
這里 =72KW，查表15—2—8～15—2—10得=1，=1，=1.56，
那么
按接近公稱轉(zhuǎn)速750r/min，查表15—2—4，初選ZDY160， ,,。
2）校核熱平衡許用功率
查表15—2—11～15—2～13得 （）。
按式15—2—3計(jì)算得 熱平衡許用功率：
查表15—2—7，對(duì)于ZDY160型，，盤(pán)狀水管冷卻時(shí)，。因此，可選定ZDY160—2.8—Ⅰ型減速器，采用油池潤(rùn)滑，盤(pán)狀水管冷卻調(diào)管油。
4校平裝置設(shè)計(jì)
4.1 液壓壓下系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1.1 液壓壓下系統(tǒng)的組成
平行多輥校平機(jī)的發(fā)展歷史較長(zhǎng)，輥系結(jié)構(gòu)形式很多。線性遞減壓下的板材校平機(jī)的輥系結(jié)構(gòu)是：所有上輥都固定在上輥驅(qū)動(dòng)平板上或者上輥連接裝置上，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)平板來(lái)控制壓下量。其結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。
圖4.1 線性遞減法輥系結(jié)構(gòu)
從上圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)主要部件就是上下排輥。前后輥縫要可調(diào)，且排輥?zhàn)陨硪D(zhuǎn)動(dòng)。
液壓壓下系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由空間分立的三個(gè)部分組成：以PLC為核心的電氣控制柜、以泵和閥為主體的液壓柜、以液壓缸、馬達(dá)和上下排輥為主體的機(jī)械結(jié)構(gòu)。電氣柜有電源、電氣保護(hù)元件、PLC、放大器（6個(gè)伺服閥放大器），面板（配置觸摸屏、開(kāi)關(guān)、按扭、指示燈）等；液壓柜下部為油箱，上部為泵組和閥組；機(jī)械部分的上部安裝液壓缸（缸體上有壓力傳感器），六個(gè)位移傳感器安裝在上下兩部分之間。
4.1.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)是決定板材校平效果的關(guān)鍵部分，采用閉環(huán)控制。圖形如圖3.7所示。
系統(tǒng)采用三位四通O型電液伺服閥控制液壓缸的一端。伺服閥對(duì)液壓缸下腔供油，下腔壓力增大，上校平輥驅(qū)動(dòng)平板下移，輥縫減小，伺服閥卸荷，液壓缸下腔壓力減小，平板上移，輥縫增大。位移傳感器檢測(cè)到平板的位移信號(hào)的變化，可以反饋給系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)伺服閥的控制來(lái)調(diào)節(jié)輸入到液壓缸下腔的壓力油的流量，最終使輥縫維持在恒定值。液壓缸上腔的壓力由背壓閥提供，可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。大流量泵對(duì)液壓缸下腔供油，小流量泵對(duì)液壓缸上腔供油。
圖4.2 液壓控制系統(tǒng)原理圖
由于支撐輥有三排，故設(shè)置6個(gè)液壓缸來(lái)控制，每排有2個(gè)液壓缸來(lái)控制其壓下量。而每個(gè)液壓缸分別由一個(gè)獨(dú)立的伺服閥控制。這樣就能夠滿足校平機(jī)對(duì)鋼板中心浪形和邊浪的平整。
工作參數(shù)設(shè)定在觸摸屏上，從而實(shí)現(xiàn)平板壓下量的設(shè)定，進(jìn)行精確校平。電氣控制部分是以帶觸摸屏的 PLC為核心的自動(dòng)化控制設(shè)備，有良好的人機(jī)界面。框圖如3.8所示
機(jī)器啟動(dòng)后，首先在觸摸屏上將前后輥縫及輥?zhàn)虞S向上的壓下量設(shè)定。校平過(guò)程中的輥縫和速度等參數(shù)可以在顯示屏上顯示出來(lái)，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，指示燈報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)控制壓下油缸卸荷，以松開(kāi)輥?zhàn)印?
圖4.3 電氣控制原理
位置控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)直線位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)液壓缸對(duì)應(yīng)位置的上下排輥的間距，位置量轉(zhuǎn)化成電流，輸入PLC的A/D模塊，經(jīng)過(guò)比較分析，PLC計(jì)算出控制量，經(jīng)D/A模塊輸出控制電壓，經(jīng)放大器放大后轉(zhuǎn)化成電流，輸入到比例控制閥，控制其流量，從而改變壓下量。
PLC、觸摸屏、旋轉(zhuǎn)編碼器、位移傳感器等可以進(jìn)行適當(dāng)選擇。
4.1.3液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計(jì)算
1、液壓缸的計(jì)算
每個(gè)驅(qū)動(dòng)平板由兩個(gè)液壓缸來(lái)控制其壓下量，為分析方便，將其分成兩部分，忽略彼此之間的耦合。和液壓缸相連的驅(qū)動(dòng)平板的二分之一部分的受力如下3.9：
4.4 缸體受力情況
平衡方程：
為作用在平板上的外負(fù)載；為平板和與缸體固定的管道總質(zhì)量的一半。
各參數(shù)的確定：
1）系統(tǒng)供油壓力：考慮到液壓元件及伺服閥的額定壓力系列，并考慮到可靠性與維護(hù)，取
2）負(fù)載壓力：為保證伺服閥閥口上有足夠的壓降，以確保其控制能力，取
3）壓下缸行程：根據(jù)板坯厚度、成品厚度及故障狀態(tài)的過(guò)鋼要求等，確定
4）液壓缸背壓：取
5）上、下腔面積和
由上面平衡方程得 壓下力
令面積比得
由于（其中2為載荷系數(shù)），并取得
從而得缸體直徑為，參考液壓缸直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取
令，那么，同樣選取
從而，
2、 伺服閥參數(shù)的確定
1） 負(fù)載流量
由壓下速度，可求出伺服閥的負(fù)載流量
2） 伺服閥的選擇及其參數(shù)
選用莫格（MOOG）D791系列伺服閥，主要參數(shù)如下：
額定流量 （單邊）
額定供油壓力
滯環(huán)
分辨率
3） 伺服閥的工作流量
閥口實(shí)際壓降
式中，液壓站至管路總壓降，伺服閥油油管路壓降，額定負(fù)載壓力。將這些參數(shù)代入上面的式子中，得
于是伺服閥的工作流量：
4） 實(shí)際壓下速度的校驗(yàn)
由，可得實(shí)際壓下速度
可滿足靜態(tài)要求。
3、液壓泵的選擇
可選擇一種壓力補(bǔ)償型變量葉片泵，它可根據(jù)外負(fù)載（泵出口壓力）的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的排量。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：零件少、可靠性高、容積效率和總效率高、耐久度好
4、液壓缸間的同步控制策略
為了得到滿意的校平效果，必須控制上下排輥的平行度，也就是控制液壓缸之間的同步度。由于控制出口端或者入口端的三個(gè)液壓缸分別由各自的伺服閥控制，因此，這三個(gè)缸之間的同步誤差必須控制在一定范圍內(nèi)。
選擇主/輔控制單邊校正方案的串聯(lián)結(jié)構(gòu)[8]。其方案圖如3.10
圖4.5 串聯(lián)結(jié)構(gòu)
其中1表示主液壓缸，2、3表示輔助液壓缸。因?yàn)殡娨核欧y輸入正電壓時(shí)，液壓缸下移，輥縫變小，所以對(duì)于2、3來(lái)說(shuō)，在加法器中對(duì)同步誤差反饋部分的疊加應(yīng)該是減號(hào)。
這種結(jié)構(gòu)以主缸1為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)整輔缸2、3來(lái)使三者之間同步。主缸1以理想位移為輸入信號(hào)，輔缸2、3以主缸的實(shí)際位移輸出為輸入信號(hào)，也就是輔缸來(lái)跟蹤主缸，輔缸與主缸之間的時(shí)間位置偏差反饋給輔缸，調(diào)整后使二者同步。
4.2 輥?zhàn)硬牧线x擇及強(qiáng)度校核
4.2.1輥?zhàn)硬牧线x擇
參考文獻(xiàn)[6]，可以知道校平輥材料的要求一般如下：
1、為了保證校平輥有足夠的耐磨性、表面硬度和使用壽命，盡量不要用含Mn的材料，因?yàn)?，Mn和Fe所形成的碳化物，質(zhì)點(diǎn)太硬，形成麻點(diǎn)。另外工作輥的硬度都應(yīng)達(dá)到Hs=7O以上。
2、工作輥和支承輥的硬度差不能小，否則，支承軸對(duì)工作輥表面產(chǎn)生磨損，從而直接影響鋼板的表面質(zhì)量。從表四可看出硬度差為Hs=10較為合適。
3、工作輥硬化層深度為10mm為最佳。
另外，影響淬硬性和淬透性的主要元素是C、Cr、Mo、Ni。C含量降低使得其淬火時(shí)不易發(fā)生開(kāi)裂；Cr含量的提高可以增大材料的耐磨性；適量加入Mo，可以提高淬透性和輥?zhàn)拥拇阌矊雍穸龋籒i可以提高淬透性，但是會(huì)增大回火脆性。另外，假如適量的V，可以細(xì)化晶粒，形成少量的含V的碳化物，提高耐磨性和回火穩(wěn)定性[7]。
綜合分析以上的因素，最終確定選擇工作輥和支撐輥均選擇35CrMoV。要求其經(jīng)過(guò)表面淬火后的表面硬度為,支撐輥為。其余部位的調(diào)質(zhì)硬度為。經(jīng)查詢[6]，得到35CrMoV的組成情況為：C ，Mn ,Cr ,Mo ,V ；；力學(xué)性能為：
選擇完材料后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行熱處理，其大致工藝如下：
1、預(yù)先熱處理——等溫球化退火：消除鍛造應(yīng)力、細(xì)化晶粒、降低硬度、便于機(jī)械加工等。
2、調(diào)質(zhì)處理：改善心部組織，保證心部有良好的綜合機(jī)械性能，為最終表面淬火做好組織和性能準(zhǔn)備。
3、輥身表面感應(yīng)加熱淬火：隨著感應(yīng)器間隙的增大，硬化層深度增加；隨著感應(yīng)器移動(dòng)速度的加快，硬化層的深度減小。故要適當(dāng)調(diào)節(jié)間隙和深度。保證表面硬度。然后進(jìn)行低于回火溫度的除應(yīng)力回火。
4.2.2 輥?zhàn)訌?qiáng)度校核
前面已確定工作輥直徑為，長(zhǎng)度為1700，支撐輥直徑為。使用滾動(dòng)軸承時(shí)，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過(guò)大，近似地選擇。另外。只要條件允許，軸徑直徑和軸身的過(guò)度圓角均應(yīng)選大一些。
根據(jù)公式：， [3]得
工作輥： ，，
支撐輥： ，，
1）彎曲強(qiáng)度
對(duì)支撐輥來(lái)說(shuō)，只需計(jì)算輥身中部和輥徑斷面的彎曲應(yīng)力，其彎曲力矩和應(yīng)力分布如下圖3.11：
4.6 支撐輥彎曲力矩和應(yīng)力分布圖
由于第2輥彎矩最大、第8輥的軋制力最大，故驗(yàn)證該輥對(duì)應(yīng)的支撐輥的強(qiáng)度。在輥徑斷面1—1和2—2斷面上的彎曲應(yīng)力均應(yīng)滿足強(qiáng)度條件，即：
式中： ——軋制壓力；
，——該處的斷面直徑；
——斷面1-1和2-2到支反力處的距離；
——許用彎曲應(yīng)力；
第二輥：
現(xiàn)已知：，，
.（經(jīng)插值法算得）
那么：
輥身中部3-3斷面處彎矩最大，
那么
第8輥：其余參數(shù)一樣。
材料的彎曲疲勞極限，取安全系數(shù)S=1.8，那么。很明顯上述彎曲應(yīng)力都小于極限彎曲應(yīng)力，故合適。
對(duì)于工作輥，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ，
式中： ——最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，——扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。另外還要考慮應(yīng)力集中系數(shù)，故：
第二輥
由于有彎輥裝置，還要考慮彎曲應(yīng)力，
按第四強(qiáng)度理論：
同樣第8輥： ，也適合。
2）接觸強(qiáng)度
參照文獻(xiàn)[3]式子（3—11）得（平均載荷）。
式中： ——均布載荷，——輥?zhàn)影霃?，——彈性摸量?
——接觸區(qū)寬度。
式子（3—13）得
查表3—8得許用接觸應(yīng)力，取安全系數(shù)，
那么 ，經(jīng)驗(yàn)證，接觸強(qiáng)度滿足要求。
4.3 軸承的選擇及潤(rùn)滑
4.3.1軸承的選擇
工作條件：由于校平機(jī)校平輥徑向載荷大，軸向載荷很小，同時(shí)，軸有彎曲變形，還有工作的軸速也不是很高，故選用調(diào)心滾子軸承。我國(guó)北方軸承研究所研制的一種“密集型軸承”，其額定載荷是現(xiàn)有傳統(tǒng)軸承的兩倍以上，故可選用[4]。
參考文獻(xiàn)[10]中表格13—3初選軸承使用壽命 ，又已知其工作溫度600C左右。
1） 支撐輥 ，
轉(zhuǎn)速 ，運(yùn)轉(zhuǎn)條件正常，可靠度為 90%。
徑向當(dāng)量動(dòng)載荷：
軸向力很小，可以略去不計(jì)。故 ，為動(dòng)載荷系數(shù)，由表（13—6）查得：
計(jì)算基本額定動(dòng)載荷：
式中 ，，，（查參考文獻(xiàn)[6]中的表13—4）
那么
按軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇尺寸為“”的密封型軸承，其基本額定載荷約為同類型軸承（22308TN1/W33）的兩倍。
即 ，
，選擇上述密集型軸承2個(gè)進(jìn)行并列，那么
壽命：
滿足要求。
靜載荷：
徑向當(dāng)量載荷：
由 得（為靜強(qiáng)度系數(shù)，?。?
那么 ，滿足要求。
2） 工作輥
由于工作輥基本不承受校平力，故可以按軸承的靜強(qiáng)度進(jìn)行選擇。
由
查表或手冊(cè)，選取尺寸為“”的密集型軸承，其性能相當(dāng)于同類型22208的兩倍以上。
故 ，滿足要求。
4.3.2軸承的潤(rùn)滑
校平機(jī)的潤(rùn)滑采用通用機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑方法進(jìn)行潤(rùn)滑，只有像校平輥、減速器、聯(lián)軸器及軸承等幾個(gè)部分需要專門(mén)的潤(rùn)滑，這零件的潤(rùn)滑在選用潤(rùn)滑劑也有要求，下面進(jìn)行具體介紹：
滾動(dòng)軸承是使用十分廣泛的一種重要支撐部件，屬于高副接觸。由于滾動(dòng)軸承中的滾動(dòng)體與內(nèi)外滾道間的接觸面積十分狹小，接觸區(qū)內(nèi)壓力很高，因而對(duì)油膜的抗壓強(qiáng)度要求很高。在滾動(dòng)軸承的損壞形式中，往往由于潤(rùn)滑不良而引起軸承發(fā)熱、異常的噪聲、滾道燒傷及保持架損壞。因此，必須十分注意選擇滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑劑。
通過(guò)比較潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，如表4.1所示。并且校平機(jī)軸承的工作溫度在60℃以上，承受較大的校平力，有污染。
表4.1 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑油、脂的選擇
影響選擇的因素
潤(rùn)滑油
潤(rùn)滑脂
溫度
當(dāng)油池溫度超過(guò)90℃或軸承溫度超過(guò)200℃時(shí)，可采用特殊的潤(rùn)滑油
當(dāng)溫度超過(guò)120℃時(shí)，要用特殊潤(rùn)滑脂，當(dāng)溫度升高200~220℃時(shí)，再潤(rùn)滑的時(shí)間間隔要縮短
速度因素（值）
值〈 450000~500000
值〈 300000~350000
載荷
各種載荷直到最大
低到中等
軸承形式
各種軸承
不用于不對(duì)稱的球面滾子止推軸承
殼體設(shè)計(jì)
需要較復(fù)雜的密封和供油裝置
較簡(jiǎn)單
長(zhǎng)時(shí)間不維護(hù)
不可以用
可用。根據(jù)操作條件，特別要考慮溫度
集中供給（同時(shí)供給其他零部件）
可用
不可用，不能有效地傳熱，也不能作為液壓介質(zhì)
最低的扭矩?fù)p失
為了獲得最低功率損失，應(yīng)采用有洗泵或油霧裝置的循環(huán)系統(tǒng)
污染條件
可用，但要采用有過(guò)濾裝置的循環(huán)系統(tǒng)
可用，正確設(shè)計(jì)，可防止污染物的侵入
故這里選擇潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。
5 結(jié) 論
本課題設(shè)計(jì)的鋼板校平機(jī)校平裝置，使鋼板校平加工精密度提高，校平裝置設(shè)備壽命增加。本設(shè)計(jì)主要解決了以下的問(wèn)題：
1.設(shè)計(jì)各輥的輥距不相等，加大入口側(cè)的輥距，從而減少入口側(cè)各輥的壓力，特別是減少了入口端第3個(gè)輥的斷軸事故。同時(shí)出口側(cè)隨著校平力的減小，輥距也減小，縮短了空矯區(qū)，從而明顯減輕補(bǔ)矯工作。
2.采用了彎輥技術(shù)，在工作時(shí)可使校平工作輥產(chǎn)生一定量的曲率以抵消機(jī)架的彈跳，并可有效改善板材的橫向板形。
3.采用了液壓壓下取代了機(jī)械壓下，液壓壓下能夠使運(yùn)行更加平穩(wěn)、反應(yīng)快，更重要的是它能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載保護(hù)。當(dāng)輥縫被板材頂起時(shí)，液壓壓下裝置會(huì)相應(yīng)地改變輥縫來(lái)適應(yīng)板材厚度的變化；特別是兩輥發(fā)生粘著時(shí)，液壓缸會(huì)馬上卸載，對(duì)傳動(dòng)等部件實(shí)行及時(shí)保護(hù)。
30
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致 謝
31