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附錄1
燕 山 大 學
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題名稱：
1500熱鋸機主結構設計
學院（系）：
機械工程學院
年級專業(yè)：
06級軋鋼一班
學生姓名：
劉 超
指導教師：
李學通
完成日期：
2010年3月7日
一、 綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義：
鋸切機主要用于鋼鐵生產部門，主要用來鋸切各種復雜斷面形狀。根據工作方式和結構形式，鋸切機械可以分為兩類：1）鋸機。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稱為冷鋸機，鋸切高溫軋件的鋸機稱為熱鋸機。2）飛鋸機。用于將運行中的軋件切頭、切尾或切成定尺寸長度。飛鋸機也可分為冷飛鋸機和熱飛鋸機。
早期的熱鋸機是固定式的，既無橫移機構也無送進機構。例如我國某中型軋鋼廠的固定式熱鋸機，其鋸片直徑為1500毫米，產量達40萬噸／年以上，而設備總重最只有5噸。所以，固定式熱鋸機逐漸被移動式執(zhí)鋸機所取代。
有關熱鋸機的研究，已經有了較長久的發(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)代設計理論和技術成果，通過對鋸片設計、制造和熱處理等方面的全面研究，在鋸片設計和質量控制等方面取得多項突破，并且鋸片的 高強度、高剛度、長壽化、不同型鋼鋸切斷面的無（?。┟獭⑿∽冃蔚鹊确矫嫘纬上盗袑Ｓ屑夹g。鋸機的主要機構有三部分：(1)鋸片傳動機構(鋸切機構)：常用的方法對兩種，電動機直接傳動或用—確皮帶間接傳動(2)鋸片送進機構：一般采用被切軋件不動，鋸片向軋件進給。(3)調整定尺的鋸機橫移機構：一船采用電動機或液壓缸短行程)驅動，使鋸機在軌道上沿軋件軸向移動，改變鋸機與軋機之間的距離。
1.根據鋸片的送進方式，熱鋸機主要有以下幾種類型：
(1)擺式熱鋸機(圖—1)。這種鋸占地面積小，但因為是擺動進鋸，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，它只有鋸切機構，鋸片不能送進，借助氣功撥爪將軋件撥向鋸片實現(xiàn)鋸切。
(3)杠桿式熱鋸機(圖—2)。具有間接傳動的鋸切機構和杠桿擺動的送進機構(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(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構、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上的滑動導軌或滾輪向軌道方向移動送進機構和橫移機構(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，并且結構比較完善，得到廣泛使用。
(5) 四連桿式熱鋸機（圖—4）是一種比較新式的鋸切機，主要由四桿機構、鋸片回轉機構、驅動機構等組成。它的鋸片送進方式是采用四這桿式送進機構進行的，由于送進機構的特點，保證據片基本水平送進，因而有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠的優(yōu)點。
2．四連桿式熱鋸機的結構特征：
四連桿式熱鋸機得名于其鋸片送進方式是采用了四連桿機構(見圖—4)。鋸片是由電動機8直接傳動的，它們固定在鋸架5的端部。電動機外面裝有水簾降溫。鋸片軸的軸承采用稀油循環(huán)潤滑，正軸承座通水冷卻。送進機構的電動機12裝在鋸座10上，經減速機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，實現(xiàn)送進運動。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。鋸機沿軌道的橫移是由橫移電動機13．經二級蝸輪蝸桿橫移減速機3帶動行走輪9在軌道上滾動實現(xiàn)的。
它具有行程大、摩擦小、工作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點，而且它的設備重量也比滑座式熱鋸機輕，是一個值得推薦的鋸切機類型。
3．四連桿機構的國內外研究現(xiàn)狀。
（1）國內現(xiàn)狀：
在熱鋸機四連桿機構的設計和分析中，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，當求解的位置較少時，往往可以滿足要求，當欲求解的位置比較多時，對機構的每一個位置都要進行圖解計算，勢必需要很大的工作量，降低了設計工作的效率。六十年代末期以來，隨著計算機的運用和普及，使用計算機進行四連桿機構的輔助設計得到了很大的發(fā)展。和圖解計算法相比，解析法具有求解精確、可靠的特點。
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構的運動綜合圖解方法， 并用實例說明如何用這種方法對水平變幅起重機臂架四連桿機構和自動開門機構進行合理化設計。 隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，圖解法也和計算機相結合發(fā)展，1999年，廣東工業(yè)大學的李麗娟等編制了熱鋸機逆向設計的動畫程序，通過AutoCAD環(huán)境下的逆向設計方法，實現(xiàn)了熱鋸機構的動畫輔助設計，該方法比類比法的精度高，能避免圖解法和實驗修正法帶來的人為誤差，不需要制做模型，費用低，是較理想的四桿機構設計方法。對四連桿機構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鋸軸中心的運動方程， 將實際設備的機構尺寸輸入計算機進行分析，為改進熱鋸機連桿機構的設計， 提高切削效率提供了理論依據。2001年韓雨、劉源等通過實例，介紹了四連桿式熱鋸機四桿機構的解析計算法以及機構運行特點，利用解析法建立了機構的運動方程，從而確定機構上預定點軌跡與理想直線軌跡的實際偏差。同年王殿忠、白金蘭等提出了四連桿式熱鋸機平衡重的計算方法。
解析法的不斷完善為優(yōu)化設計奠定了堅實的基礎。 優(yōu)化設計是近年來發(fā)展起來的一門新的學科，也是一項新的技術，它在工程設計的各個領域得到了廣泛的應用。實際應用表明，優(yōu)化設計不僅為工程設計提供了一種新的科學設計方法，使得在解決復雜設計問題時，能從眾多的設計方案中找到盡可能完善的或最合適的設計方案， 而且采用這種設計方法能大大提高設計效率和設計質量，具有較明顯的經濟效益和社會效益。隨著電子計算機功能的不斷擴大，計算機不僅可以用來進行高速運算、邏輯判斷，而且可進行人機對話、光筆修改、自動繪圖。結合優(yōu)化方法的不斷完善，就一定能實現(xiàn)工程設計的自動化和最優(yōu)化。熱鋸機四連桿機構的設計也以解析法為基礎，利用計算機強大的功能，向優(yōu)化設計的方向發(fā)展。1995年，高滿旭以熱鋸機鋸軸中心運動軌跡逼近直線程度最佳為目標， 運用解析法對熱鋸機四連桿機構進行運動學分析，建立了單目標函數的數學模型，采用懲罰函數優(yōu)化方法，編制程序對實際的進鋸機構進行了優(yōu)化，取得了較理想的效果。1998年，羅中華利用在高滿旭的運動學分析基礎上，根據鋸切機的工作特點，要求在工作行程階段鋸軸中心運動軌跡在垂直方向波動量盡量小、運動速度盡量均勻，利用加權組合法，建立多目標函數的數學模型，經過實際優(yōu)化尺寸，效果更為理想。2005年，李俊峰對熱鋸機對進鋸機構進行了優(yōu)化，用Visual Basic語言開發(fā)出了熱鋸機進鋸機構通用優(yōu)化分析軟件， 應用該軟件對大型廠熱鋸機進鋸機構行了優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的理想尺寸，為今后熱鋸機的改進提供了依據。
（2）國外研究現(xiàn)狀：
連桿機構在蒸汽機技術中的應用，推動了對連桿機構特性做全面和科學的分析。布爾梅斯特沒有僅局限于分析，而是研究了機構綜合的基礎理論，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建立并創(chuàng)造了特別適合于實際設計工作的簡單的設計方法。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，得到了由此產生的極曲線， 在此基礎上建立了一種新的近似綜合連桿機構的圖解法。
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，為后來計算機的應用創(chuàng)造了前提條件，并且可以得到較高的精度。當然，只有借助于圖解數據處理，特別是運用迭代程序和圖形顯示技術，才能較快地得到有關解域的概況。 拜爾和蓋羅尼姆斯總結了連桿機構綜合的幾何理論。 建立在契比雪夫多邊形基礎上并已為勃洛赫、 列維斯基和許多其他蘇聯(lián)學者所采用的綜合方法雖然對某些特殊的設計要求可得到最優(yōu)解，但這不是通用的方法。美國奧本大學的Simionescu P.A和Beale D.對汽車上的四連桿信號發(fā)生器進行了機構綜合分析，借助計算機得到要檢查的設計尺寸的三維圖表，所提供的數值結果為新車導向鉸鏈的設計提供了依據 ?，F(xiàn)在 ,優(yōu)化方法在機構綜合中得到廣泛的應用， 用計算機進行機構的優(yōu)化設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為了減小設計尺寸，同時達到全局最優(yōu)的目標，將兩種優(yōu)化方法組合在一起，經過實際檢驗取得了很好的效果。法國的Vasiliu,Adrian和Yannou采用神經網絡的辦法， 將機構隨機尺寸運動分析產生的大量數據作為訓練樣本輸入計算機，以獲得近似的綜合結果，克服了優(yōu)化方法速度慢和依賴初始搜索點的不足。但優(yōu)化方法也有它的缺點，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， 它的設備重量比滑座式熱鋸機輕。 它主要由鋸切機構、進鋸機構和橫移機構三部分組成。它的進鋸機構是四連桿機構，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，降低送進電動機的能耗。四連桿式熱鋸機具有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠等優(yōu)點，使用效果較好，多用于大型或軌梁軋鋼車間。從四連桿熱鋸機的結構上看，最重要的兩大機構就是鋸切機構和進鋸機構，因為這兩大機構最復雜，使用最頻繁，對鋸切棒材的質量影響也最大。在鋸切機構中，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量，對鋸片的深入研究就顯得至關重要。在四連桿進鋸機構中，在規(guī)定的鋸切行程內，保證鋸切精度的關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，這就要求四連桿機構的尺寸要盡量合理。因此，如何選擇最佳的四連桿機構尺寸來達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的結構、工藝等進行設計，并結合國內外各種研究成果、專業(yè)資料，以期達到加深專業(yè)知識的理解、熟悉整體機械設計工序，鍛煉自身，從而為走上工作崗位打下基礎。
二、 研究的基本內容，擬解決的主要問題：
本設計主要通過深入了解熱鋸機的工作原理，掌握四連桿式熱鋸機的機構和功能，從而解決四連桿式熱鋸機的規(guī)格、各項參數的分析與確定等問題，并依此進行運動分析和機構設計，計算鋸切功率。使用CAD完成總裝圖的繪制，并繪制出相關零件圖，完成φ1500四連桿式熱鋸機設計。
三、研究步驟、方法及措施：
研究步驟主要分為以下幾個部分：查閱相關資料，了解四連桿式熱鋸機技術性能；根據選擇原則確定熱鋸機結構參數和力學參數，進行結構設計和運動分析；對機身各部分零件，如鋸片、軸承進行具體設計；強度校核。
研究方法：參考相關資料，完成φ1500熱鋸機各項參數的計算與確定，利用所得數據進行結構、運動分析，確定結構組成件尺寸。再根據相關經驗公式等校核機構強度是否滿足設計要求。最終利用所得尺寸通過CAD繪制總裝圖和零件圖。
四、研究工作進度：
第1周
根據設計內容搜集資料，完成開題報告和文獻綜述。
第2周
消化圖紙資料，了解四連桿式熱鋸機的機構特點及其工作原理。
第3周
進行力能參數、工藝參數、結構參數計算。
第4周
完成各項參數的計算，準備第一節(jié)點考核ppt內容。
第5周
確定具體設計方案，開始繪制機構草圖。
第6周
草圖繪制完成，審核通過后使用CAD進行電子圖繪制。
第7周
完成整體結構設計同時開始編寫設計說明書。
第8周
進行系統(tǒng)設計和部件設計，繪制零件圖。
第9周
進行系統(tǒng)設計和部件設計。繪制零件圖
第10周
完成設計的2/3,準備第二次節(jié)點考核ppt內容。
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，校核各項參數。
第13周
編寫和完成設計說明書和翻譯外文資料。
第14周
編寫設計說明書和翻譯外文資料。
第15周
完成設計說明書和外文資料翻譯。
第16周
畢業(yè)設計工作審查，完成全部設計內容，準備答辯。
第17周
畢業(yè)答辯。
五、主要參考文獻：
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六、導師意見：（宋體，小四號）
指導教師（簽字）
年 月 日
七、審核意見：
審查結果： 1、通過； 2、完善后通過； 3、未通過
負責人（簽字）：
年 月 日