钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计【三维SW】

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1、熟悉和掌握火焰清理机清理机氧化皮、裂纹的清理 2、熟悉和理解火焰清理机的各部位参数 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 熟悉课题及基础资料 第一周 2 调研及收集资料 第二周 3 方案设计与讨论 第三～四周 4 初步方案可行性论述 第五～八周 5 CAD软件的学习 第九周 6 CAD制图 第十周 7 撰写说明书 第十一周 8 英文文献翻译，答辩 第十二周 四、应收集的资料及主要参考文献 ［1］吴宗泽、罗胜国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社,2006.5 ［2］濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2002. ［3］罗学科.数控机床[M].北京:中央广播电视大学出版社,2008. ［4］胡宗武等. 非标准机械设备设计手册[M].北京:机械工业出版社,2005. ［5］杨贺来.数控机床[M].北京:清华大学出版社,2009. ［6］关慧贞、冯辛安，机械制造装备设计[M]，北京：机械工业出版社，2010.3 ［7］秦大同．机械传动科学与技术[M]．北京：清华大学出版社，2003． ［8］齿轮手册编委会．齿轮手册[M]．北京：机械工业出版社，1990. ［9］付则绍．新型蜗杆传动[M]．北京：石油工业出版社，1992. ［10］方建军，刘仕良.机械动态仿真与工程分析[M].北京:化学工业出版社,2004 ［11］邓星钟.机电传动控制[M].武汉:华中科技大学出版社,2007. ［12］罗迎社.材料力学[M].武汉:武汉理工大学出版社,2000 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目：钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 学 院：兴湘学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号：2007964227 姓 名：朱宏球 指导教师：胡自化 (教授) 完成日期： 2011年6月6号 湘 潭 大 学 兴湘学院 本科毕业设计开题报告 题 目 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 姓 名 朱宏球 学号 2007964227 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 兴湘学院机械一班 指导教师 胡自化 职称 教授 填写时间 2011年6月7 日 2011年6月 说 明 1．根据湘潭大学《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字。 5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明： (1) 课题性质：可填写A．工程设计；B．论文；C. 工程技术研究；E.其它。 (2) 课题来源：可填写A．自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B．企、事业单位委托课题；C．校级基金课题；D．自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于10篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四，表格所留空不够可增页。 本科毕业设计(论文)开题报告 学生姓名 朱宏球 学 号 20079664227 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 胡自化 职 称 教授 所在系 机电系 课题来源 科研 课题性质 工程技术研究 课题名称 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。冷钢坯火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。 钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如2006年宝钢分公司炼钢厂4号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从1450毫米增至1750毫米，年清理能力也将由60万吨扩大到120万吨。又如2010年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯190万吨，为该公司低成本生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本KBK公司和美国L-TEC公司联合设计制作。可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且维修服务费用昂贵。 基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此，钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值 二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 三、主要特色及工作进度 主要特色： 利用计算机辅助设计技术，基于UG、等软件对理论设计的进行参数化建模，动态仿真。 工作进度： 收集查阅了有关超环面行星蜗杆传动设计资料，现已经对它的传动比计算，传动中各传动轮齿数与喉径螺旋升角的关系，传动的装配关系，行星蜗轮与中心蜗杆之间的力关系以及廓面方程有了足够的理解，现已能过对其进行设计分析，并制定了设计提纲方案和计划。 四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） ［1］吴宗泽、罗胜国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社,2006.5 ［2］濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2002. ［3］罗学科.数控机床[M].北京:中央广播电视大学出版社,2008. ［4］胡宗武等. 非标准机械设备设计手册[M].北京:机械工业出版社,2005. ［5］杨贺来.数控机床[M].北京:清华大学出版社,2009. ［6］关慧贞、冯辛安，机械制造装备设计[M]，北京：机械工业出版社，2010.3 ［7］秦大同．机械传动科学与技术[M]．北京：清华大学出版社，2003． ［8］齿轮手册编委会．齿轮手册[M]．北京：机械工业出版社，1990. ［9］付则绍．新型蜗杆传动[M]．北京：石油工业出版社，1992. ［10］方建军，刘仕良.机械动态仿真与工程分析[M].北京:化学工业出版社,2004 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 系意见 系主任签名： 年 月 日 院意见 教学院长签名： 年 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2007964227 姓名： 朱宏球 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张 论文（设计）题目：钢坯火焰清理机的氧化皮、裂纹清理装置设计 内容提要： 火焰清理机利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除。在钠坯生产中， 它是保证钢坯质量的重要工序。火焰清理是一种生产率高、成本低的表面清理方法。 目前国内几个大型钢厂的厚板车间都采用了这一型式，而且几乎都是以前从国外引进 的设备，或者是仿制 国内已有的资料来看，都未给出一种切实可行的设计方法。 笔者从机械优化设计的角度对其进行了分析，得到了一些有益的结论。本文正是根据这 些结论，在既保证设计参数最优又能简化设计方法这前提下，给出了这种火焰清理机构 参数的确定方法。实践证明：这种设计方法是可行的．得到的结果也是令人满意的，对 于火焰清理机的设计具有一定的参考价值。 指导教师评语 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 目 录 摘要···································································································1 Abstract·························································································2 第一章 引言·····················································································3 1.1 概述···························································································3 1.2 火焰清理机的发展概况·····························································3 1.3 火焰清理机的特点····································································3 1.4 火焰清理机清理装置的主要结构和功能···································4 第二章 门式车架改造······································································5 2.1 误差校验·······················································································5 2.2 强度校核·······················································································6 第三章 升降系统及溜板改造····························································8 3.1 丝杠选取·······················································································8 3.1.1 计算额定动载荷Ca’······························································8 3.1.2 根据额定动载荷选择滚珠丝杠副的相应参数···························9 3.1.3 验算稳定性·········································································9 3.1.4 验算刚度············································································9 3.1.5 验算效率···········································································10 3.2 传动系统改造及分析·······································································10 3.2.1纵横向齿轮箱设计及分析························································10 3.2.2减速机选取···········································································10 第四章 课题总结与望···································································12 第五章 参考文献···········································································13 致谢······························································································.14 附录一：英文翻译·········································································15 附录二: 英文翻译原文·································································21 湘潭大学兴湘学院 毕业设计评阅表 学号 2007964227 姓名 朱宏球 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2011年6月 日 摘 要 钢坯清理厂目前所用的设备为老式的清理机，它是上世纪九十年代产品，设备老化，维修困难，加工零件精度低，加工范围小，功能已很难适应新的工艺及船用工件，所以改造时主要从以上几方面考虑。经过与工厂协商，在改造中主要解决这些问题，改装割炬升降装置，进而适应钢坯厂大型钢坯的加工。改造后应达到通用性好，可进行直线及任意曲线的清理，可配置任何形式的割炬。精度高，改造后的数控火焰清理机运行精度、定位精度及转角处精度均要得到保证。清理质量好，清理机运行平稳，定位精度高。自动化程度高，切割全过程自动控制。数控系统功能齐全。 本论文的工作重点是数控火焰清理机机械本体的改造，通过对机械本体的不合理地方重新设计和计算机数字控制技术应用，完成了数控火焰清理机的改造，并且在实际中进行了运行和调试．本论文的工作及贡献 主要有下面几个方面； 1．进行了机械方案设计、计算与分析，其主要内容包括机械本体，传动 系统及加装的自动调高，和割炬升降装置改装等。。 2．对改造后的数控火焰切割机进行了调试和运行，参数设置，诊断分析 以及精度检测。’ 关键词：数控火焰清理机、改造、机械本体、电气控制 加工 ABSTRACT Billet cleaning plant equipment currently used to clean up the old machine, it is the nineties of last century products, equipment aging, maintenance difficulties, low precision machining parts, machining range of small, function has been difficult to adapt to the new technology and marine artifacts, so transformation of the above areas is a major consideration. After consultation with the factory, in the transformation Mainly to solve these problems, the modified torch lifter, and then adapt to large-scale billet steel billet plant processing. After transformation, should reach common good, can be straight and clean up any curves that can be configured to any form of cutting torch. High precision CNC flame transformed cleaning machine running accuracy, positioning accuracy and precision of the corner have to be guaranteed. Clean-up of good quality, clean machine running smoothly, high positioning accuracy. High degree of automation, automatic control of the whole process of cutting. Numerical control system fully functional. Focus of this paper is the numerical control flame cleaning machine mechanical body transformation, by mechanical body to re-design and unreasonable where technology computer numerical control, CNC flame cleaning machine to complete the transformation, and carried out in practice running and debugging . Work and contribution of this paper There are the following aspects; 1. For the mechanical design, calculation and analysis, which mainly include mechanical body, transmission System and the installation of the automatic increase, and other torch lifter conversion. . 2. After the transformation of CNC flame cutting machine debugging and running, parameter settings, diagnostic analysis And the accuracy. ' Key words: CNC flame cleaning machine, transformation, mechanical body, the electrical control processing 引言 1.1概述 所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量。为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。冷钢坯火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。 1.2 火焰清理机的发展概况 钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如2006年宝钢分公司炼钢厂4号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从1450毫米增至1750毫米，年清理能力也将由60万吨扩大到120万吨。又如2010年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯190万吨，为该公司低成本生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本KBK公司和美国L-TEC公司联合设计制作。可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且维修服务费用昂贵。 基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此，钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值 1.3 火焰清理机的特点 .1、能清理厚度大的钢块，最大可达1000mm。炼钢厂产生的钢坯钢块大小不等，清理钢坯的方法也有很多种，例如人工清理劳动强度大、效率低，国产的人工清理工具——直简式手动清理机在质量及效率上对大厚度的钢坯块还不能胜任，钢坯液压清理效率虽高，但设备庞大，投资亦大，且对大件的钢坯国内外均无法采用手工清理，所以本文所论及的自动火焰清理机是目前国内解决大厚度钢坯清理的唯一途径。 2、功能多。火焰清理机能在铁轨上沿清理坑横向走形及横向清理，清理割喷嘴在伸臂的头部，能和伸臂同时纵向移动进行纵向清理，清理割炬还能根据钢坯工件大小上下移动。而国内现有的连铸火焰清理机只能横向清理和纵向运行。 清理方式也可根据需要进行电动或手动的切换。 清理速度可根据工件大小进行调速。采用交流电动机，通过变频控制方法达到清理速度能调节的目的 3、国产化。本火焰清理机以引进设备作为基础，在满足其结构功能的前提下，所有配件全部国产化。例如清理割炬，点火枪、电动机、各类减速机等标准件、力矩限制联轴器、能源控制系统中的各种仪表及阀门等。 1.4火焰清理机清理装置的主要结构和功能 1横向驱动装置。电机通过摆线针轮减速机和涡轮减速机驱动车轮，使整台小车带动清理炬横向走形或横向清理，电动机通过变频控制可调节横向走形速度，即横向清理速度。做做离合器手柄，可选择电动或手动横向走形方式。手动时用手柄通过锥齿轮‘、减速机、链条驱动替代电机驱动车轮。根据钢坯厚度的需要，清理机速度最慢可达到30mm/min。传动装置减速比很大，i≈3450. 2向驱动装置是驱动伸臂的装置，伸臂是由驱动轴，从动轴及导向轮支撑的。电动机经过减速机、齿轮和离合器此轮驱动传动轴，使伸臂移动。也可操作离合器手柄用手动方式驱动链轮传动驱动轴使伸臂作纵向移动 3臂及割炬上下移动装置。伸臂的头部有驱动部分有驱动部分能夹持清理炬，并通过涡轮蜗杆及齿轮齿条传动装置使清理炬上线移动。伸臂的候补装有清理炬上线移动用的电机，经过减速机和力矩限制连轴器及长轴传给伸臂头部的清理炬上线驱动装置。上下移动距离视钢坯厚度而定，一般清理炬喷嘴到被清理的钢坯的距离为50mm~80mm 4理机距离和点火枪。清理喷嘴通过预热焦炉煤气，预热氧气在喷处混合，形成混合气体火焰，清理用的氧气通过喷嘴中心喷出进行清理，管体及喷嘴均通水冷却。为了能使清理炬点火，还装置了点火枪，点火枪装在割炬的管体上，通入的焦炉煤气在混合部吸入空气，混合气体从点火枪烧嘴喷出明火，可以点燃清理机的火焰。 第二章 门式车架改造 门式车架要在原有的基础上改单边驱动为双边驱动，要在导轨上加装齿轮齿条，车架右端加装驱动箱，主副基座中各装有驱动大车架运行的齿轮箱和电机，电机中装有编码器以保证两齿轮箱的同步运行。两个纵向及横向驱动齿轮均采用行星减速齿轮以保证运行精度。主副基座中各装有两个大滚轮，在前后、左右位置，用以支撑大车架并实现切割机的纵向运动。导向滚轮各装在装有操纵台的主基座中，这样可以保证大车架沿纵向导轨运行时精度。调整调整螺母，可以改变外滚轮与导轨的接触点。并且内滚轮安装在偏心轴上，故可进行调整。这样，一旦导轨或导向滚轮发生摩损，可自动补偿，故保证了良好的导向精度 大车架构成数控切割机的整体，它由前后横梁、中间支撑及主副基座组成，为门式结构，各部分均采用焊接结构。大车架的前后横梁采用矩形钢材通过焊接而成形，中间支撑把前后横梁连接在一起，使整体结构具有很好的刚性，这样可以保证切割机在装有重力冲打部件时不会产生大的弹性变形。而且也可以使单割炬及三割炬溜板在沿横向导轨运行时，不会由于重心的改变而影响精度，从而保证数控切割机的精度。前后横梁用螺栓与左副基座连接固定在一起，使整个大车架具有高的稳定性。 2.1 误差校验 齿条具有加工容易、寿命长、传动精度高等特点，所以本机纵横向运动采 用的齿条传动系统未动，只在纵向导轨处又加装了一对，啮合齿轮参数为模数m=l。齿数z=22。原减速器拆掉，选德国行星减速器，减速比为32。电机最大静转矩为3．8Nm。割炬纵横向电机的负荷是不同的，纵向电机负荷大，其最大静转矩T近似计算为： 。 T=Wμ d／2i 其中W为切割机总重量，μ为纵向导轨滑动静摩擦系数，d为啮合齿轮直径 (mm)，i为减速比。将W=5000kg，μ=0.15，d=22mm，i=32代入后。T=25．8kgmm，远小于320kgmm(查表得到)，这说明电机选择是合理的。 机械部分均选用标准件可降低设备成本，但该运动执行机构的实际脉冲 当量为： =πmZ／360i． 其中代入各数据计算可得=5．99×10-3mm，它与机床数控系统中所提 供的脉冲当量为0.01近似，但有误差+4．01％。 2.2 强度校核 由于在机械本体改造时，原有的门式结构大车架的横梁上要加装从动溜 板、并在横梁两端加装2个钢带箱等部件，并改单边驱动为双边驱动，就要 在车架右边加装驱动件。改装前的车架由于采用单边驱动系统，当使用年限 超过十年以后，部件有些老化，经过校核，就发现当载荷力超过675000N时， 整个车架的强度就会不足。主驱动部件采用电机驱动，从动部件跟着主驱动 部件在导轨面上运动。 个 最大扭转切应力τmax=，其中T是扭矩，Wp是抗扭截面系数， 对于大车架，T=Fr×L，Fr=fN=O.2×629×103=125．8×103(N) 横粱L=6m，则T=Fr×L=125.8×103×6=754．8X103(Nm) 横梁截面Wp=hb2，其中是系数，查表取=O．263，b×h=O．25mX0．7m max=754．8×103/(0.263×0．252×O.7)=65．6Mmn/m2 而许用扭转应力[]=70．5MN/m2，虽未超出，但已很接近，所以强度不足。但经过改造后，车架均匀受力，横梁受力简图如下，横梁主要受升降系统静载荷力Po，若加装两个从动溜板，受静载荷力P1，P2，两端加装钢带箱，正作用在两个支点上，所以可以忽略。 由静力平衡条件计算支反力计算支反力Ra，Rb，己知，Po=6000N，P1= P2=2000N，则Ra×L=(L—L2)×P＋(L—L0)×Po+(L-L1)×P1， RA×6=(6-3．4)×2000+(6-3)×6000+(6—2．6)×2000，RA=5000N 同理RB×L=L2×P2＋L0×P0＋L1×P1代入后艮=5000N 以梁的左端为坐标原点，选坐标系如图3．4(b)，画出剪力图Q-X图， 计算过程如下： A点：Q=RA=5000N l点：Q= RA –P1=5000—2000=3000N 0点：Q=RA－P1－P0=5000-2000-6000=-3000N 2点：Q=RA－P1－P0－P2=5000-2000-6000-2000=-5000N B点：Q=RA－P1－P0－P2+RB=0 弯矩M(X)=Q(X)X，作出弯矩图如图3．4(c)，计算过程如下： A点：M=0 1点：M=RA·Ll=13000Nm 0点：M= RA·Lo－P1(L0－L1)=14200Nm 2点：M= RA·L2,-P1(L2一L1)一P0(L2-L0)=13000Nm B点：M=O 综上所述，得出最大剪力Qmax=5000N，最大弯矩Mmax=14200Nm 强度校核：最大剪应力max= =42．8KN／m' 最大正应力max==14200/(O.25×0.72/6)=695．5KN／m2 已知许用[]=70．5MN/m2，[]=141MN/m2，所以强度校核合格。 第三章 升降系统及溜板改造 割炬升降系统的丝杠要更换，手动调高要改为自动调高系统，即可保证 在切割钢板时，钢板表面到割嘴之间的距离恒定，以保证切割质量，由于所切割的钢板表面不会完全与水平面平行，而且钢板表面可能是弯曲的，对于不同厚度的钢板，钢板表面到割嘴之间的距离是不同的，因此为了保证切割质量，须改为自动调高。割炬自动调高系统分为：电容式、弧压式、机械式三种。电容式主要用于火焰和小型等离子系统、弧压式主要用于较大型和水下等离子系统、机械式主要用于直线三割炬。本系统选择电容自动调高系统，它的传感电极被固定在支架上，传感电极可沿割炬轴线方向上下手动调整，支架安装在割炬上，电容自动调高工作以前，应根据所切割钢板的厚度调整好割嘴到钢板表面之间的距离，传感电极为环形电极，当对工件进行切割时，环形电极与其割炬割嘴四周的间隙应尽可能均匀。 前横梁上装有横向运动导轨及驱动齿条，在前横梁左右端还加装有钢带装置，为了克服钢带自身重量，前横梁中间部分装有支撑钢带用的滚轮，钢带位于前横梁前端。当驱动溜板通过齿轮齿条驱动沿横梁导轨运行时，其他从动溜板通过对钢带的不同夹紧方式实现镜向及同向运动。 驱动电气柜装在后横梁上，此外中央集气管路及软管、电缆的支架也安装在后横梁上，各种软管及电缆线被放置在后横梁上的保护槽中。 3.1丝杠选取 已知平均工作载荷Fm=2800N，丝杠工作长度L=O．3m，平均转速na=120r／min，使用寿命La’=14400h，丝杠材料CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC。 3.1.1 计算额定动载荷Ca’(单位N) Ca’=KPKBKm 查表Kp=1.2，KH =1.0，KA =1．1(数控切割机的精度等级取E级) Ca’=1．2×1.O×1.1×2800X×≈17352(N) 3.1.2 根据额定动载荷选择滚珠丝杠副的相应参数 依据Ca≥Ca’的原则，选择汉江机床厂的滚珠丝杠副FC1B-25×5-5-E2 规格尺寸为Ca=17456N；Do=25m；p=5mm；v=3o2’；db=3．175mm 计算其余参数：螺纹滚道半径R=O．52db=O.52×3.175=1.651mm 偏心距e=(R一)sin45o=0.707×(1.651一)=0.0449mm=4．49x10-2m 丝杠内径dl=Do+2e--2R=25+2×4.49×10-2-2×1.651=21.79mm 3.1.3 验算稳定性 临界载荷Fer=（取μ=1） (3—1) 式3-1中：丝杠材料弹性模量E=206X×109P．(丝杠材料为钢) 丝杠危险截面的轴惯性矩Ia==1.106×10-8m4 Fer=（π2×206×109×1.106×10-8）/（1×0.3）2≈374775N S==134，[s]=2·5～4，所以S>[s]，因此丝杠工作安全 3.1.4 验算刚度 导程的等米变形量△L=±± (3—2) 式3—2中：丝杠截面积A=≈0.37×l0－3 m2 丝杠切变模量G=83．3×109Po(查表) 转矩T=Fm(w+)(摩擦系数取0.0025，=8’40”) T=2800×25/2×10-3 ×tan(302+8’40”)----1．94N·m 丝杠的极惯性矩Jc= 2.212×10-8m4 △L=+≈.7.58×10 查表数控机床取E级精度，任意300m内导程公差为15μm，每米公差 为50×10-6>△L，所以刚度验算合格 3.1.4 验算效率 ==95.4％>90％符合要求。 3.2 传动系统改造及分析 传动系统包括：纵向齿轮箱、横向齿轮箱、单割炬升降齿轮箱等． 3.2.1 纵横向齿轮箱设计及分析 纵横向齿轮箱均采用行星减速齿轮以保证运行精度。由于采用结构小巧的行星减速齿轮箱，故纵横向驱动部件结构紧凑，效率高，体积小，结构简单，可承受较大的轴向及径向载荷．驱动电机安装在行星减速齿轮箱的适配板上。驱动齿轮安装在行星减速齿轮箱的输出轴上，驱动齿轮与齿条啮合后便可由电机通过减速齿轮箱最终经输出齿轮实现纵横向运行。 纵横向齿轮箱与箱体及横向溜板的固定。纵向齿轮箱通过压缩弹簧与箱体连接。横向齿轮箱是通过蝶形弹簧与横向溜板拉紧。这样，纵横向齿轮箱输出齿轮与齿条的啮合可保证无间隙，并可自动补偿齿轮齿条磨损产生的间隙，从而保证整机运行精度。 3.2.2 减速机选取 根据反向间隙等精度标准选择减速机的类型为PLE80-32： 适配电动机的的额定输出扭矩乘上减速机减速比后得出减速机输出扭矩，该扭矩应小于或等于减速机额定输出扭矩，则本机额定输出扭矩为120Nm；即1．3Nm×32=41．6Nm<120Nm。 电机的最高输入转速要小于减速机的最大输入转速，本机选最大输入速 度60OOr/min；即5000r/min<6000r/min。 本机选最大径向和轴向力950N和1200N，重量为2．6kg，转动惯量为0.39kgcmz，额定输入速度4500r/min，最大输入速度4500r/min，满载效率94％。3．3系统分析 刚度及抗振性分析 数控机床要在高速和重负荷条件下工作，为了满足数控机床加工的高生产率、高速度、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应具有更高的静刚度、动刚度和抗振性。 截面惯性矩本机床的重点受力部位为门式车架横梁和基座，如门式车架横梁的截面惯性抗弯矩相对值可取3333／4.17(cm4)，截面惯性抗扭矩相对值可取680/0.43(cm4．)；静态时抗弯刚度相对值0.85，单位重力刚度相对值0．75，抗弯刚度相对值17，单位重力剐度相对值14．6；动态时抗弯刚度相对值2．8～3．0，抗扭刚度相对值11．7。 强迫振动机床强迫振动的振源有高速运动部件的动态不平衡力、 往复运动件的换向冲击力等，机床结构抵抗强迫振动的能力，可用动刚度Kd或动柔度Sd来表征，如式3-3，机床结构的动态刚度可以通过激振试验来确定，并且绘制成复平面上的幅相图 本设计确定改造后的火焰清理机的机械部分，包括机械本体，传动系统及加装的自动调高，自动点火和割炬升降装置。机械部分大部分未动，只对一些必需件进行改造。机械部分是实现加工的本体，并会直接影响到工件的加工精度。本系统选用的德国NEUGART行星减速器在输出扭矩、噪音、效率、径向和轴向受力、寿命和反向间隙等多项关键指标均处于领先地位，同时齿轮齿条、滚珠丝杠等部件的选择亦使整机水平有所提高。 第四章 课题总结与展望 本文设计的自动火焰清理机是用氧气和符合要求的可燃气体火焰废喷射钢坯表面去除氧化皮的设备。经过几个月的集体努力，获得了一些成果和结论。我们求得了曲柄连杆翻版机构中各个杆件载荷和直径的大小、曲柄翻转过程角度的变化。辊道传送得出了齿轮机构传动具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。清理机中得出刮板可以自由地绕销轴做顺时针旋转而使下端抬起，从而将切屑留在原地，使得切屑只可以向排屑机前面排出。整体时间和空间上，各部分装配到一起去的时候应该注意相互之间怎样配合。 随着我国制造业的发展，钢坯的作用越来越大。需要加工钢坯两面的地方越来越多。钢坯火焰清理机的出现使得工作效率提高几个等级，出现的人身安全事故也成倍的减少。为了满足生产需求我们小组做此设计来解决清理氧化皮问题，这是为了生产力的提高，为了解决实际问题才结的此题目。钢坯火焰清理的需求再将来的钢坯运用中有很大的好处。在不久的将来，此设计所说的方案定会在实习生产中大量的运用。 第五章 参考文献 ［1］吴宗泽、罗胜国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社,2006.5 ［2］濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2002. ［3］罗学科.数控机床[M].北京:中央广播电视大学出版社,2008. ［4］胡宗武等. 非标准机械设备设计手册[M].北京:机械工业出版社,2005. ［5］杨贺来.数控机床[M].北京:清华大学出版社,2009. ［6］关慧贞、冯辛安，机械制造装备设计[M]，北京：机械工业出版社，2010.3 ［7］秦大同．机械传动科学与技术[M]．北京：清华大学出版社，2003． ［8］齿轮手册编委会．齿轮手册[M]．北京：机械工业出版社，1990. ［9］付则绍．新型蜗杆传动[M]．北京：石油工业出版社，1992. 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钢板从钢铁厂经过一系列的中间环节到达切割车间，在这段时间里，钢板表面难免产生一层氧化皮。再者，钢板在轧制过程中也产生一层氧化皮附着在钢板表面。这些氧化皮熔点高，不容易燃烧和熔化，增加了预热时间，降低了切割速度；同时经过加热，氧化皮四处飞溅，极易对割嘴造成堵塞，降低了割嘴的使用寿命。所以，在切割前，很有必要对钢板表面进行除锈预处理。常用的方法是抛丸除锈，之后喷漆防锈。即将细小铁砂用喷丸机喷向钢板表面，靠铁砂对钢板的冲击力除去氧化皮，再喷上阻燃、导电性好的防锈漆。钢板切割之前的除锈喷漆预处理已成为金属结构生产中一个不可缺少的环节。 在实际生产过程中，经常会产生这样或那样的质量问题，一般有如下几种缺陷：边缘缺陷，切割断面缺陷，挂渣、裂纹等。而造成质量事故的原因很多，如果氧气纯度保证正常，设备运行正常，那么造成火焰切割质量缺陷的原因主要表现在如下几个方面：割炬、割嘴、钢材本身质量、钢板材质。 1．上边缘切割质量缺陷 这是由于熔化而造成的质量缺陷。 （1） 上边缘塌边 现象：边缘熔化过快，造成圆角塌边。 原因： ① 切割速度太慢，预热火焰太强； ② 割嘴与工件之间的高度太高或太低；使用的割嘴号太大，火焰中的氧气过剩。 （2）水滴状熔豆串 现象：在切割的上边缘形成一串水滴状的熔豆。 原因： ① 钢板表面锈蚀或有氧化皮； 割嘴与钢板之间的高度太小，预热火焰太强； ③ 割嘴与钢板之间的高度太大。 （3）上边缘塌边并呈现房檐状 现象：在切口上边缘，形成房檐状的凸出塌边。 原因： ① 预热火焰太强； ② 割嘴与钢板之间的高度太低； ③ 切割速度太慢；割嘴与工件之间的高度太大，使用的割嘴号偏大，预热火焰中氧气过剩。 （4）切割断面的上边缘有挂渣 现象：切口上边缘凹陷并有挂渣。 原因： ① 割嘴与工件之间的高度太大，切割氧压力太高； ② 预热火焰太强。 2．切割断面凹凸不平，即平面度差 （1）切割断面上边缘下方，有凹形缺陷现象：在接受切割断面上边缘处有凹陷，同时上边缘有不同程度的熔化塌边。 原因： ① 切割氧压力太高； ② 割嘴与工件之间的高度太大；割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形。 （2）割缝从上向下收缩 现象：割缝上宽下窄。 原因： ① 切割速度太快； ② 割嘴与工件之间的高度太大，割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形。 （3）割缝上窄下宽 现象：割缝上窄下宽，成喇叭状。 原因： ① 切割速度太快，切割氧压力太高； ② 割嘴号偏大，使切割氧流量太大； ③ 割嘴与工件之间的高度太大； （4）切割断面凹陷 现象：在整个切割断面上，尤其中间部位有凹陷。 原因： ① 切割速度太快； ② 使用的割嘴太小，切割压力太低，割嘴堵塞或损坏； ③ 切割氧压力过高，风线受阻变坏。 （5）切割断面呈现出大的波纹形状 现象：切割断面凸凹不平，呈现较大的波纹形状。 原因： ① 切割速度太快； ② 切割氧压力太低，割嘴堵塞或损坏，使风线变坏； ③ 使用的割嘴号太大。 （6）切口垂直方向的角度偏差 现象：切口不垂直，出现斜角。 原因： ① 割炬与工件面不垂直； ② 风线不正。 （7）切口下边缘成圆角 现象：切口下边缘有不同程度的熔化，成圆角状。 原因： ① 割嘴堵塞或者损坏，使风线变坏； ② 切割速度太快，切割氧压力太高。 （8）切口下部凹陷且下边缘成圆角 现象：接近下边缘处凹陷并且下边缘熔化成圆角。 原因： 切割速度太快，割嘴堵塞或者损坏，风线受阻变坏。 3．切割断面的粗糙度缺陷 切割断面的粗糙度直接影响后续工序的加工质量，切断面的粗糙度与割纹的超前量及其深度有关。 （1）切割断面后拖量过大 现象：切割断面割纹向后偏移很大，同时随着偏移量的大小而出现不同程度的凹陷。 原因： ① 切割速度太快； ② 使用的割嘴太小，切割氧流量太小，切割氧压力太低； ③ 割嘴与工件的高度太大。 （2）在切割断面上半部分，出现割纹超前量 现象：在接近上边缘处，形成一定程度的割纹超前量。 原因： ① 割炬与切割方向不垂直，割嘴堵塞或损坏； ② 风线受阻变坏； 现象：在靠近切割断面下边缘处出现割纹超前量太大。 原因： ① 割嘴堵塞或损坏，风线受阻变坏； ② 割炬不垂直或割嘴有问题，使风线不正、倾斜。 4．挂渣 在切割断面上或下边缘产生难以清除的挂渣。 （1）下边缘挂渣 现象：在切割断面的下边缘产生连续的挂渣。 原因： ① 切割速度太快或太慢，使用的割嘴号太小，切割氧压力太低； ② 预热火焰中燃气过剩，钢板表面有氧化皮锈蚀或不干净； ③ 割嘴与工件之间的高度太大，预热火焰太强。 （2）切割断面上产生挂渣 现象：在切割断面上有挂渣，尤其在下半部分有挂渣。 原因： 合金成份含量太高。 5．裂纹 现象：在切割断面上出现可见裂纹，或在切割断面附近的内部出现脉动裂纹，或只是在横断面上可见到裂纹。 原因： 含碳量或含合金成份太高，采用预热切割法时，工件预热温度不够，工件冷却时间太快，材料冷作硬化。 附录2：英文技术资料及中文翻译 Billet flame cleaning machine oxide skin, crack cleaning device design From steel plate through a series of intermediate link reach incision workshop, during this period, the steel plate surface unavoidably produce a layer of oxide skin. Moreover, steel rolling process also produce in a layer of oxide skin attached to the steel plate surface. These oxide skin melting point, not easy high combustion and melting, increased preheating time, reduced the cutting speed; Meanwhile, after heating, oxide skin around the splash and extremely easily to cut caused jams, reduces the lips mouth using life. Cut So, in is necessary before cutting for steel surface derusting pretreatment. Commonly used method is peen-forming derusting, after painting antirust. Upcoming shot peening machine with tiny iron ore, steel surfaces by soar into the impact of the of the steel iron ore remove oxide skin, spray flame retardant and electric conductivity good antirust paint. Steel cutting the derusting spray-paint preprocessing before production of metal structure has become an indispensable tache. In the actual production process, often have this or that kind of quality problem, generally has the following several defects: edge defects, cutting section defects, hang slag, crack, etc. The causes of the accident caused by quality, if oxygen purity guarantee many normal, in normal operation, then the flame cutting quality defects caused by reason mainly lie in the following aspects: cutting torch, cut the mouth, steel, steel material quality of itself. 1. The upper edge cutting quality defects This is because the quality defect caused by the melting. (1) on edge collapse edge Phenomenon: melting too fast, causing rounded edge collapse edge. Reason: (1) the cutting speed too slow, preheat flame strong; (2) the mouth and workpiece cut between highly too much or too little; The use of mouth number too big, cut the oxygen excess. Flame (2) water droplets shape molten bean string (see chart 9-9) Phenomenon: in cutting the upper edge of the form a string of water droplets form of melting beans. Reason: (1) the steel plate surface corrosion or have oxide skin; (2) the steel mouth and cut between too high too small, preheat flame; (3) the steel mouth and cut between highly too big. (3) the upper edge of the present FangYan shape and collapse edge (see chart 9-10) Phenomenon: in the upper edge of the FangYan incision, forming the bulge (collapse edge. Reason: (1) the preheating flame strong; (2) the steel mouth and cut between highly too low; (3) cutting speed too slow; Cut the height of mouth and between parts, the use of cut too large, too large, the mouth overcapacity. Oxygen in the preheated flame (4) cutting section has hang the upper edge of the slag (see chart 9-11) Phenomenon: cut on the edge sag and hangs slag. Reason: (1) the mouth and workpiece cut between highly too big, cut oxygen pressure is too high; (2) the preheating flame is too strong. 2. Cutting section is uneven, namely flatness poor (1) cutting edge on the cross, has sunken shape defects below (see chart 9-12) phenomenon: in accepting the edge cutting sections have cave, meanwhile the upper edge of the different levels of melting collapse edge. Reason: (1) cut oxygen pressure is too high; (2) the mouth and workpiece cut between highly too big; Cut the mouth had sundry jams, make the wind line interference deformation. (2) cut from top down contraction joints (see chart 9-13) Phenomenon: cut to sew up wide below narrow. Reason: (1) cut too fast; (2) the mouth and workpiece cut between highly too big, cut the mouth had sundry jams, make the wind line interference deformation. (3) cut to sew up the narrow below wide (see chart 9-14) Phenomenon: cut with narrow width, sewn into horn shape. Reason: (1) the cutting speed too fast, cutting oxygen pressure is too high; (2), cut too large, the mouth that cutting oxygen flow too big; (3) the mouth and workpiece cut between highly too big; (4) cutting section sag (see chart 9-15) Phenomenon: in the whole cutting section, especially have sunken intermediate place. Reason: (1) cut too fast; (2) the use of mouth is too small, cutting pressure cut is too low, cut congestion or damage; mouth (3) cutting too high, the wind line oxygen pressure thwarted worse. (5) cutting sections show big corrugated shape (see chart 9-16) Phenomenon: cutting section bumpy, appear larger corrugated shape. Reason: (1) cut too fast; (2) the cutting oxygen pressure is too low, the mouth jam or damage, cut to the wind line deteriorate; (3) the mouth, use cut is too big. (6) incision of perpendicular direction Angle deviation (see chart 9-17) Phenomenon: incision not vertical, appear bevel. Reason: (1) the torch with workpiece surface will not cut vertical; (2) the wind line is not right. (7) incision into round the lower edge (see chart 9-18) Phenomenon: incision had different degrees of the lower edge of the melt into round shape. Reason: (1) mouth jam or damage, cut to the wind line deteriorate; (2) the cutting speed too fast, cutting oxygen pressure is too high. (8) incision under the lower sag and into rounded edge (see chart 9-19) Phenomenon: close to lower edge sag under melting into fillet and edge. Reason: Cutting too fast, mouth jam or damage, cut the line go bad. Blocked 3. Cutting sections of roughness defects of cutting section directly influences the follow-up process roughness machining quality, the roughness and cut off the depth and volume of advanced tattoo concerned. (1) after cutting section dragged dimension (FIG 9-20) Phenomenon: cutting section cut grain backward migration is very big, at the same time as the size of the offset and appear different levels of depression. Reason: (1) cut too fast; (2) the use of cut is too small, and cutting oxygen flow mouth too low, cutting oxygen pressure; (3) the height of mouth and workpiece cut is too big. (2) in the first half part, cutting sections appear cut lines leading quantity (see chart 9-21) Phenomenon: the edge in close, forming a certain degree of cut lines leading quantity. Reason: (1) the torch and cutting direction not cut, cut congestion or vertical mouth damage; (2) the wind line thwarted deteriorate; Phenomenon: near the lower edge cutting sections appear cut lines leading quantity too big. Reason: (1) mouth jam or