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附錄 2
附錄2
燕 山 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述
課題名稱：
1500熱鋸機(jī)主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)院（系）：
機(jī)械工程學(xué)院
年級專業(yè)：
06級軋鋼一班
學(xué)生姓名：
劉 超
指導(dǎo)教師：
李學(xué)通
完成日期：
2010年3月7日
一、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀：
鋸切機(jī)主要用于鋼鐵生產(chǎn)部門，主要用來鋸切各種復(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：1）鋸機(jī)。用于（停放著的）單根或整根束軋件的切頭、切尾或定尺寸長度。鋸切常溫軋件的鋸機(jī)稱為冷鋸機(jī)，鋸切高溫軋件的鋸機(jī)稱為熱鋸機(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度。飛鋸機(jī)也可分為冷飛鋸機(jī)和熱飛鋸機(jī)。
早期的熱鋸機(jī)是固定式的，既無橫移機(jī)構(gòu)也無送進(jìn)機(jī)構(gòu)。例如我國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(shè)計(jì)理論和技術(shù)成果，通過對鋸片設(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、長壽化、不同型鋼鋸切斷面的無（?。┟?、小變形等等方面形成系列專有技術(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)主要有以下幾種類型：
(1)擺式熱鋸機(jī)(圖—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—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—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—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)。
2．四連桿式熱鋸機(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)(見圖—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)類型。
3．四連桿機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
（1）國內(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)，對機(jī)構(gòu)的每一個(gè)位置都要進(jìn)行圖解計(jì)算，勢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，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)例說明如何用這種方法對水平變幅起重機(jī)臂架四連桿機(jī)構(gòu)和自動(dòng)開門機(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)畫程序，通過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)畫輔助設(shè)計(jì)，該方法比類比法的精度高，能避免圖解法和實(shí)驗(yàn)修正法帶來的人為誤差，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。對四連桿機(jī)構(gòu)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(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。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)是近年來發(fā)展起來的一門新的學(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)不僅可以用來進(jìn)行高速運(yùn)算、邏輯判斷，而且可進(jìn)行人機(jī)對話、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)過實(shí)際優(yōu)化尺寸，效果更為理想。2005年，李俊峰對熱鋸機(jī)對進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，用Visual Basic語言開發(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)。
（2）國外研究現(xiàn)狀：
連桿機(jī)構(gòu)在蒸汽機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用，推動(dòng)了對連桿機(jī)構(gòu)特性做全面和科學(xué)的分析。布爾梅斯特沒有僅局限于分析，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創(chuàng)的用解析法研究布爾梅斯特理論的工作，為后來計(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。美國奧本大學(xué)的Simionescu P.A和Beale D.對汽車上的四連桿信號發(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)果為新車導(dǎo)向鉸鏈的設(shè)計(jì)提供了依據(jù) ?，F(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)過實(shí)際檢驗(yàn)取得了很好的效果。法國的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初始搜索點(diǎn)的不足。但優(yōu)化方法也有它的缺點(diǎn)，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(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)尺寸來達(dá)到更好的鋸切精度就成為一個(gè)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(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合國內(nèi)外各種研究成果、專業(yè)資料，以期達(dá)到加深專業(yè)知識的理解、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)。
二、研究主要成果：
四連桿式熱鋸機(jī)的各組成部分得到了有效確定，并已經(jīng)使四連桿熱鋸機(jī)型號系列化。
鋸片基本尺寸及參數(shù)已經(jīng)做了相應(yīng)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
表1：鋸片基本尺寸及參數(shù)（參見ZB40001-85）
外徑
厚度
安裝孔
傳動(dòng)孔
齒數(shù)
基本尺寸
極限偏差
基本尺寸
極限偏差
JS15
基本尺寸
極限偏差
（H8）
分布圓
直徑
傳動(dòng)孔
直徑
粗齒
普通齒
中齒
細(xì)齒
800
3
5
0.24
110
+0.054
0.0
300
20
100
150
200
220
900
4
5(6)
300
+0.081
0.0
400
27
110
176
208
220
1000
120
180
230
320
1200
6(8)
200
210
276
328
0.29
1500
5
8
360
+0.089
0.0
600
220
276
318
350
1800
9(10)
400
38
250
296
378
624
2000
9.5(10)
250
324
—
鋸切機(jī)構(gòu)的參數(shù)及工藝參數(shù)的選取，應(yīng)符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB2094-77（表2）的規(guī)定。
表2：熱鋸機(jī)基本參數(shù)（JB2094-77）
鋸片直徑
鋸片厚度
鋸片行程
鋸軸高度
最大夾盤直徑
/mm
被鋸切軋件
名義
直徑
重磨后最小直徑
最大高度
最大寬度
為最小直徑時(shí)
為名義直徑時(shí)
1000
900
6
800
410
500
120
450
470
1200
1080
7
1000
490
570
160
560
600
1500
1350
8
1200
625
750
200
660
740
1800
1620
9
1400
760
900
260
730
880
2000
1800
10
1500
850
900
350
730
1020
三、發(fā)展趨勢：
隨著鋸切機(jī)能力的提高，必須相應(yīng)提高鋸切機(jī)的生產(chǎn)能力。主要措施有：（1）提高鋸切速度，進(jìn)給速度為30mm/s，返回速度為300mm/s。（2）倍尺鋸切，實(shí)現(xiàn)長達(dá)30m的倍尺切斷。（3）增加新的鋸切機(jī)。（4）鋸切機(jī)布置成二列式。（5）采用長尺冷卻——長尺矯直的生產(chǎn)方式，這樣就改熱鋸機(jī)為冷鋸機(jī)。（6）在新車間，從軋制長度的自動(dòng)測定到定尺給定，成品配尺寸均采用電子計(jì)算機(jī)控制。
最近的傾向是：（1）軋材從開坯機(jī)軋出后把前后舌端切斷。在萬能式軋機(jī)上，為防止生成的軋件卷入軋輥的事故，增調(diào)舌部切斷熱鋸。（2）與縮短軋機(jī)更換輥的時(shí)間相對應(yīng)，快速更換鋸片，提高作業(yè)率。（3）為了不使熱鋸機(jī)的負(fù)荷過重和短尺軋件的切斷和提高成品尺寸精度，最近有設(shè)置冷鋸機(jī)的傾向。
四、存在問題：
當(dāng)前熱鋸機(jī)主要存在問題有：工作噪聲大、故障率高，鋸片強(qiáng)度低、壽命短，且鋸切質(zhì)量不易滿足，生產(chǎn)率不能滿足工廠生產(chǎn)要求。
雖然熱鋸機(jī)的主要矛盾是提高生產(chǎn)率和提高切口質(zhì)量，但是，也應(yīng)使所選擇的基本參數(shù)能使熱鋸機(jī)有較小的鋸切力和鋸切功率。所以，選擇最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)，一方面可以降低熱鋸機(jī)的能耗，減輕設(shè)備重量，提高設(shè)備壽命；另一方面，可以充分發(fā)揮設(shè)備潛力，最大限度地滿足生產(chǎn)需要。然而，迄今為止，在這方面所進(jìn)行的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究資料都比較少。按現(xiàn)有一些文獻(xiàn)所得到的計(jì)算結(jié)果，往往和生產(chǎn)實(shí)際距離較大。因此，加強(qiáng)熱鋸機(jī)力能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析工作極為重要。
五、主要參考文獻(xiàn)：
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