毕业设计(论文)-280T摆式飞剪设计(含全套CAD图纸) .doc
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1、洛阳大学机电工程学院毕业设计全套CAD图纸,联系153893706第1章 飞剪机的发展1.1 国内外飞剪机的发展状况众所周知,飞剪机是中小型轧钢和连铸生产线上不可缺少的关键设备之一,也是机电气液一体化配套技术难度较高的设备。飞剪机的合理选型、运行速度、剪切精度、自动化程度、操作维护及设备寿命等均直接影响着轧材成品的产量大小,成材率和定尺率的高低,也就是说直接影响着轧钢厂的生产效率和经济效益。1.1.1 国外飞剪机的发展情况目前国外多采用两种比较先进的飞剪机型,一是采用离合器制动器,我们称作“连续 起停”制飞剪,另一种是电机直接起停制飞剪,两种飞剪各有其优点亦有其不足之处。随着科学技术的不断发展
2、,电控元器件水平的提高。起停制飞剪将逐步代表着飞剪机的发展趋势。连续 起停制飞剪机,整机分为传动装置和剪切装置两大部分。传动装置部分是由直流电机带动,配置有飞轮连续高速运转;而剪切装置一般情况下是静止不转的。两部分之间由一对快速响应的离合器制动器相连接和控制。当需要剪切时,则制动器打开,离合器合上,传动装置通过离合器带动剪切装置运动并剪切;剪切完后离合器脱开制动器合上,将剪切装置制动停止到某一确定的待切位置上。传动装置仍连续运转。这种机型传动部分的转动惯量很大,剪切部分的转动惯量很小。因此可以通过离合器制动器控制实现在小惯量下起动、制动,而在大惯量下进行剪切。可以充分利用动力矩,提高速度,降低
3、能耗。起停制飞剪机,采用低惯量大扭矩直流电机,整机直接起动、剪切、制动,完成剪机的三个基本动作过程飞剪的传动部分和剪切部分做成一体,整个传动系统的转动惯量都很低,以便于实现整个传动系统频繁的起动制动。这种飞剪一般处于静止状态,剪切时, 电机直接拖动传动装置和剪切装置迅速起动剪切,而后立即制动而且有些要求电机可反向爬行转动将剪头准确地复位于某一待切位置因此,这种飞剪结构简单,维护保养方便,控制环节少,剪切精度较高。连续 起停制飞剪与起停制飞剪相比较,前者适合高速频繁起动,后者结构简单,剪切精度高,并且在电控技术及元件过关的情况下,速度亦可达到或超过前者,因而更有发展前途。1.1.2 国内飞剪发展
4、情况从建国初期50年代至70年代, 国内飞剪机大都受东欧、苏联等社会主义国家影响,飞剪机大致可分为连续制和起停制二大类,例如:鞍钢一初轧100100方连续制飞剪机,首钢300小型5050方起停制飞剪;2525连续制飞剪机,济钢小型厂捷克产l1吨连续制飞剪机等等连续制飞剪机,大多采用空切机构和匀速机构,实现定尺剪切工作时电机拖动传动系统连续运转,剪切机构做连续地空切动作当需要剪切时,调整空切机构的位置,令剪切机构完成剪切动作,而后再恢复空切动作,因此这种飞剪设置了空切机构、倍尺机构等装置。不可避免地带来设备庞大、结构复杂等问题,而且定尺长度是确定的,不可任意调整,限制了定尺规格的变化范围。由于剪
5、切机构复杂庞大,转动惯量也大,影响了剪切速度的提高。许多钢厂在后来的设备改造中都将其简化改成摆槽式的飞剪,如首钢2525连续制飞剪即是如此,但这样改动后,剪切误差很大常常定尺误差达l2m,这是非常不利的。80年代中期,我国在开放政策影响下集中引进了一批国外先进技术和设备,包括一些国外70年代水平的二手设备。其中较具代表性的先进飞剪技术是安阳260小型厂从意大利Danieli公司引进的CV30飞剪机,它是采用离合器制动器控制的连续 起停制飞剪机。最大剪切速度达20ms,剪切精度士80ram (v一1 7ms)。在冶金部对引进技术消化吸收的精神指导下,我院自85年以来确立了部级飞剪机科研项目,在吸
6、收国外先进技术的基础上,针对国内中小型轧钢车间的生产现状与实际需要,经过几年努力,现已研制出FL和FJ两种机型的飞剪机这两种机型均属连续 起停工作制飞剪。初步形成系列(见表1),在全国十几家钢厂推广了20多台套。已投产的有十三家,并已经开始向东南亚出口,取得了卓有成效的工作业绩(见表2) 另外大连重型机器厂、武汉钢铁学院、首钢机械厂等单位,也都做过这方面的研制或消化工作,取得了可喜的进展。我们相信,随着国内各项技术的不断发展,经过我国专家和科技人员的不懈努力,小型飞剪技术和装备一定能够达到国外先进技术水平,实现替代进口满足国内需要之目的。1.2飞剪机的用途及工艺要求 飞剪机(flying sh
7、ears)是在轧件运动过程中,剪刃产生相对运动而将轧件或铸坯剪断的设备。飞剪机装设在轧制或连铸作业线上,用来横向剪切轧件或连铸坯的头、尾或将其剪切成一定的定尺长度。由于近年来连铸机的不断发展,连铸的拉坯速度不断提高,拉坯速度已经达到5m/min以上,为了适应铸坯速度的增长,要求剪切机的剪切速度也必须相应地提高。同时,出于剪切品种、规格和定尺长度范围的扩大,因而飞剪机的型式和结构使得到相应地发展。 为了保证一台飞剪机能正常工作,它必须能充分满足生产的需要,这就要求飞剪机的设计必须保证下述生产工艺要求:1.飞剪机的生产率必须与连铸机的生产率相协调,并能保证连铸机生产率的充分发挥;2剪切时,剪刃在铸
8、坯运动方向的外速度Vx 应与铸坯运动速度VU保持一定关系,对尺剪切要求VxVU ,以保证在剪切过程中铸件不被弯曲和被拉断; 3. 由于钢坯品种不同,要求产品尺寸长度也不相同,而对一种成品厚度有时也要求几种不同的长度规格。因此,一台飞剪机必须能够调节被剪钢坯的长度在生产品种要求的范围之内,并且要求最佳剪切; 4尽可能的避免金属材料的消耗; 5必须保证能够剪切不同的材质、端面、厚度等要求; 6剪切的铸坯应符合质量标准。1.3飞剪的基本运动方程式钢坯剪切的长度L是钢坯在两次顺序剪切时间间隔t内所走过的距离S0的函数: Lf(S0) (1-1)或者,是送料辊两次顺序送料时间t内转动的角度的函数: (1
9、-2) 在使用上此方程具有非常简单的形式: ,m (1-3) 式中送料辊的直径 这个方程式是飞剪的基本运动方程的一般形式。以后当把飞剪在不同具体工作情况下的数值代入后,将会变得稍微复杂一些。如果送料辊以严格不变的转速n0旋转,则在相应的值代入后得到: ,m (1-4)即钢坯在飞剪上剪切的长度等于送料辊的周长乘以送料辊在两次顺序剪切的时间间隔t内所转过的距离。将钢坯的进给速度代入式1-4中得到: Lt,m (1-5)如果两次顺序剪切的时间间隔t以刀片每分钟的转速n和刀片在两次顺序剪切所完成的整周转数K值来表示,则方程1-5可得到如下形式: , m (1-6)在把送料辊的转速n0代入就得到: ,m
10、 (1-7)而当用速比为i的减速器来达到此速度时,要满足同步要求,则: ,m (1-8)由以上的方程可以得到:当钢坯的进给速度不变时,钢坯在飞剪上的剪切长度L仅与两次顺序剪切的时间间隔t有关。无论是刀片剪刃的速度v,还是送料辊滚筒的半径r,都对钢坯的长度没有影响。式1-6表明:当在钢坯的进给速度与单位时间内的剪切次数之间保持一定比例时,在连续运转的飞剪机上剪切时,可以得到精确的定尺长度。为了能够保持这个比例,通常飞剪以一定的速度将铸坯送入飞剪的专用辊。按照式1-7,如果刀片转数n与送料辊的转数n0以一定的比例同步,则可以达到所要求的铸坯定长精确度。在很大程度上,送料辊的结构与传动取决与飞剪的工
11、作条件。在大多数情况下,飞剪上装有装用的送料辊,以保证一定的铸坯进给速度。这些辊通常有飞剪的主传动来带动,并且在大多数情况下是用减速器来实现同步的。减速器和飞剪联系起来并能在很大范围内调整速比。在此情况下,铸坯的定尺长度L,按照式1-8,由送料辊到飞剪的速比值i决定,此传动比等于送料辊转数n0与刀片转数n之比: 式中 Z和Z0飞剪与送料辊的齿数。可以利用连铸机的出坯辊道的一部分作为送料辊。第2章 摆式飞剪的方案选择2.1 切割设备简介连铸机的切割设备是在拉坯的过程中将铸坯切割成定尺长度或倍尺长度。铸坯的切割设备一般分为两类:火焰切割设备和机械剪切设备。2.1.1 火焰切割设备火焰切割机是用氧气
12、和燃烧气体产生的火焰把切缝处的金属熔化,然后以高压切割氧把熔化的金属吹掉,从而把铸坯切断。来切割铸坯的。可燃气体有乙炔、丙烷、天然气和焦炉煤气等。 在实际生产中多用乙炔作可燃气体,故火焰切割也可叫气-乙炔切割。当切割不锈钢或某些高合金铸坯时,由于这些钢种含有易氧化的合金元素,如Cr、Ni、Mo等,因此还需在火焰中喷射铝粉、铁粉和镁粉等以助燃烧。氧乙炔切割装置通常由切割机、同步机构、 返回机构、供电、供水、供乙炔的管道系统及闸门等组成。2.1.1.1 切割小车及其行走机构 火焰切割装置为了实现与铸坯同步运动,一般都制成门式小车结构(图2-1)。小车横路铸坯期小车横跨铸坯输送辊道并在两侧的轨道上走
13、行。当切割较大断面的铸坯时,小车车体要通水冷却。切割时小车与铸坯作同步运动,切割完毕后就迅速返回。为此小车由同步机构和返回机构两部分组成。图2-1 门式小车结构1-割炬;2-同步夹持器; 3-侧边定位器;4-软管道;5-铸坯;6-定尺机构;7-升降辊;8-轨道;9-切割小车;l0-切头收集车 (1)同步机构夹钳式同步机构见图2-2。它是一种比较简单可靠的同步方式,应用最多。是用一套气动夹钳机构来实现的。压缩空气的压力为0.2940.686 MPa。但要注意密封部件的选择,用活塞环较好。夹钳的钳口要镶上耐热铸铁或高铝铸铁衬板。在一机多流或铸坯断面变化较频繁时,可以采用钩式同步机构(见图2-3)。
14、它是一个由电磁铁控制升降的钩式挡板,切坯时挡板落下,借助于铸坯端部顶着钩式挡板把小车带动一起同步前进。切割完毕,抬起挡板,小车快速返回原处。调整挡板的长度可以改变切坯的定尺长度L。 图2-21-气缸;2-车体;3-夹钳;4-铸坯;5-钳口可调的夹钳同步机构见图2-4。它适用于板坯连铸机。其夹钳的两股距离,可以用螺丝杆调节以适应宽度不同的板坯。开动夹紧气缸,使夹头夹住铸坯作同步运动,并开始切坯,切断铸坯后,松开夹紧气虹,使切割小车迅速回到原始位置。骑坐式同步机构见图2-5。这种同步机构的特点是在切坯时使切割小车直接骑坐在连铸坯上,实现二者的同步。(2) 返回机构常见的返回机构有两种:电动式返回机
15、构和重锤式返回机构。2.1.1.2 割炬及其传动机构 割炬的工作原理是先把铸坯预热到熔点,再用高速氧气流把熔化的金属吹去,形成切缝。根据预热氧气及预热燃气混合位置的不问,可以分为以下几种型式(图2-6)。 a 体内混合式 预热氧气和燃气在割炬体内混合(图2-6a)。 b 嘴内混合式(图2-6b)。c 外混式 预热氧气和燃气在喷嘴外混合(图2-6c)。 图2-51-提升架;2-活动横梁;3-切割小车;4-卷扬机;5-小车驱动系统;6-铸坯 前两种割炬的火焰内有短的白色焰心,只有接近铸坯时(10mm以内)才能进行切割。外混式割炬的白色焰心为长线状,在喷嘴距铸坯50100mm时即可进行切割。此外,外
16、混式割炬还有如下特点:1)因预热氧和燃气是在空气中混合,不会回火、灭火,比较安全可靠,长时间工作不会过热。2)喷嘴到铸坯表面的允许距离范围较大,切割时割炬可以平行运动,也可以摆动。 3)切缝较小,金属损耗少。 由于有以上优点,外混式割炬应用较多。外混式矩形割炬的外形及喷嘴切面见图2-7。 为了实现割枪的平移运动,可以采用齿条运动,也可以采用丝杠传动或链传动等。有的工厂也采用液压传动,其运动平稳,操作方便,但管路较多。由于切割速度要随铸坯的温度和厚度而变化,所以应采用直流调速电机驱动。割枪的升降运动一般是气动的,也可以是电动的。2.1.1.3 自动定尺装置为把铸坯切割成规定的定尺长度,在切割系统
17、中设有定尺装置。在新的连铸机上,定尺机构是由过程控制计算机控制的。2.1.1.4 切割区的输送辊道为了防止切坯时把辊道烧坏,在火焰切割区内的输送辊道必须采用相应的保护措施。常用的措施是在切割区内采用能升降的辊道,如图2-8 所示。在切割区的每个辊子都用液压缸推动,能够上下移动。 图2-8 a-往复运动情况;b-往复运动辊道往复移动的辊道见图2-8。它能使割炬永远是在两个辊子之间进行切坯。当割炬运行到一个辊子附近时,则临时停止切割,利用液压缸把辊道迅速拉回,使辊子避开割炬,再重新开始切割。这种输送辊道设备比较简单,维修费用也较低。火焰切割装置的优点是设备轻,加工制造容易;切缝质量好。且不受铸坯温
18、度和断面大小的限制;设备的外形尺寸较小。对多流连铸机尤为适合。目前,铸坯厚度在200mm以上的几乎都采用火焰切割。缺点是金属损失大。约为铸坯质量的11.5;切割速度较慢;在切割时产生氧化铁、废气和热量的传递需要必要的运渣设备和通风装置;当切割短定尺时需要增加二次切割;消耗大量的氧和燃气。2.1.2 机械剪切设备铸坯的机械剪切方式由机械剪来完成。机械剪按其动力来源分为电动机和液压机两大类型。按剪切机与铸坯同步运动的方式来划分,则有摆动式和平行移动式两种类型。按其剪刀片运动的方向来划分,有上切式与下切式两种方式。按所切铸坯的运动方向来划分,则有卧式与立式两种类型。用直角刀片作对角剪切时,有时把剪切
19、机做成45倾斜式。摆动式剪切机是驱动端支架在固定支架的轴承上,剪切端能绕支承轴线摆动。由于摆动半径远大于摆动弧线,其摆动弧线接近于一小段直线。这是应用较多的型式。液压剪的主体设备比较简单但液压站及其控制系统比较复杂。电动剪切设备较重,但操纵和维护比较简便,运行可靠,故应用较多。平行移动的剪切机是把剪切机装在小车上,切割时实现与铸坯同步运动。其优点是剪切机的高度较低。上切式剪切机的下刀片是不动的,由上刀片向下运动实现剪切。其主轴上只有一个曲轴或偏心轴销,结构较简单。但切坯时对输送辊道产生很大的压力。所以须在其后装一段可以升降的辊道。下切式剪切机的主轴上有两对曲柄或偏心轴销,剪切时先使上刀片压在铸
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