膜式壁焊接生產(chǎn)線—扁鋼板焊前整形機設(shè)計（含上料）-鋼板裁剪機設(shè)計

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It introduces the production process and control requirements of flat steel finishing, and describes hardware components and software to achieve of this control system. The precision flat steel finishing equipment is one of key equipment that is used to manufacture membrane water wall, and used to finishing size, hand-ping, straightening to flat steel raw materials after annealing, so as to make Size and shape meet the requirements of welding. In the finishing process, flat steel is easy to produce the problems that dimensional accuracy is not high, and the length direction exists defect such as bamboo-type. So effective control of flat steel finishing process can improve the precision flat steel production quality, and ensure welding - II -quality of power boiler membrane water wall.With the development of electronic technology, programmable logic controller(PLC) are widely used in machinery, chemical industry, light industry and other fields because of its high sensitivity and reliability. So we adopt advanced PLC to control the flat steel finishing production line, and in this way it can greatly reduce the failure rate , improve system reliability, and realize some functions that include matching of finishing and transmission speed, any setting of processing parameters, cut according to a certain length, counting and automatic feeding. Finally, Control of flat steel finishing production line is realized.Key words: flat steel PLC finishing fixed-length shear 目目 錄錄摘 要.IIABSTRACT.III1 緒論 .21.1 研究背景.21.1.1 扁鋼精整生產(chǎn)線的市場需求 .21.1.2 扁鋼精整生產(chǎn)線的技術(shù)需求 .31.2 扁鋼精整生產(chǎn)線的研究現(xiàn)狀.41.2.1 國外相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .41.2.2 國內(nèi)同類工作研究現(xiàn)狀 .51.3 研究內(nèi)容.71.3.1 本文研究的主要內(nèi)容 .71.3.2 課題主要解決的技術(shù)關(guān)鍵問題和創(chuàng)新點 .7- III -1.4 研究目的與意義.81.5 研究方案.91.6 本章小結(jié).92 扁鋼精整生產(chǎn)過程和控制要求 .102.1 扁鋼精整生產(chǎn)工藝.102.2 扁鋼精整生產(chǎn)線主要設(shè)備簡介.102.2.1 扁鋼卷料架 .102.2.2 扁鋼精整矯直矯平機 .112.2.3 工作原理 .112.2.4 結(jié)構(gòu)分析.112.2.5 液壓扁鋼切斷機 .112.2.6 扁鋼輥道料架 .112.3 扁鋼精整生產(chǎn)線功能分析.122.4 扁鋼精整生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案.122.5 主要技術(shù)指標.132.6 本章小結(jié) .143 矯直機的組成部分及作用 .143.1 扁鋼精整矯平矯直機的組成.143.2.1 矯直輪的作用 .153.2.2 傳動軸的作用 .153.2.4 扁鋼托輪的作用 .183.2.5 機座的作用 .183.4 本章小結(jié).184.3 上下矯直輪的尺寸確定.224.4 本章小結(jié).235 矯直機重要部件的校核 .235.1 連接上下矯直輪的螺釘和銷的校核：.235.1.1 螺釘?shù)男：?.235.1.2 銷的校核 .245.2 傳動軸的校核.255.2.1 傳動軸 I 的校核 .25- IV -5.2.2 傳動軸 II 的校核 .255.3 錐齒輪的校核.265.3.1 錐齒輪齒根彎曲疲勞強度的校核 .265.3.2 錐齒輪齒面接觸疲勞強度的校核 .285.3.3 鏈輪選擇.285.3.4 鍵的選擇與校核.305.3.5 軸承校核.305.4 本章小結(jié).316 總結(jié) .32參考文獻 .35致 謝 .361 1 緒論緒論1.11.1 研究背景研究背景精密扁鋼精整裝備是用于鍋爐膜式水冷壁制造的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于對退火后的扁鋼原材料進行尺寸精整、矯平、矯直，使之尺寸和形狀達到焊前要求1。扁鋼在精整過程中，易產(chǎn)生尺寸精度不高、長度方向存在竹節(jié)型缺陷等問題，因此有效控制扁鋼的精整過程可提高精密扁鋼的生產(chǎn)質(zhì)量、保障電站鍋爐膜式水冷壁的焊接質(zhì)量。1.1.1 扁鋼精整生產(chǎn)線的市場需求精密扁鋼精整生產(chǎn)線主要用于鍋爐行業(yè)膜式水冷壁的生產(chǎn)。采用膜式水冷壁技術(shù)生產(chǎn)的鍋爐具有傳熱效率高，密封性好，節(jié)能，污染小，爐墻重量輕等特點2。而且隨著科技的發(fā)展和社會對環(huán)保要求的不斷提高，膜式水冷壁也將在工業(yè)鍋爐中得到大力推廣3。膜式水冷壁管屏是鍋爐爐墻的重要結(jié)構(gòu)件和主要受壓部件，其作用是通過膜式水冷壁構(gòu)成鍋爐的爐膛，在鍋爐中具有舉足輕重的地位4。隨著- 1 -科技的不斷發(fā)展，社會對鍋爐性能和環(huán)保要求的不斷提高，膜式水冷壁技術(shù)已由原來僅在35T/H以上鍋爐使用，正逐步發(fā)展到在10T/H30T/H間的工業(yè)鍋爐中使用。目前我國每年膜式水冷壁產(chǎn)量在8萬噸以上，與之對應的精密扁鋼需求在6000噸以上，隨著中小鍋爐廠大量采用該技術(shù)，其產(chǎn)量將不斷擴大。 膜式壁制作工藝受設(shè)備條件的限制，膜式壁管屏制作過程中存在著很大的浪費現(xiàn)象5。膜式水冷壁由管子和精密扁鋼焊接而成（管子與扁鋼相間焊接）。在鍋爐結(jié)構(gòu)中，膜式水冷壁上聯(lián)儲存蒸汽的汽包，下聯(lián)作為輸水接口的集箱，這就對膜式水冷壁提出了較高的節(jié)距要求6。同時在膜式水冷壁的生產(chǎn)過程中，對管屏的彎曲普遍采用管屏壓力彎曲機，該機的使用對膜式水冷壁的節(jié)距提出更高的要求，一般要求管子的節(jié)距誤差小于0.3毫米，管屏的寬度誤差小于2毫米。而在我國，鋼管直徑為管子直徑的5%，誤差很大（以常用的直徑為60毫米的管子為例，直徑為58.861.2毫米），所以此問題必須通過對不同誤差的管子采用寬度尺寸不同的扁鋼來解決。在考慮扁鋼的寬度尺寸時，還需考慮焊接后焊縫收縮對管子節(jié)距的影響。這也將通過調(diào)節(jié)扁鋼尺寸來消除。精密扁鋼精整生產(chǎn)線的主要作用是退火后的扁鋼通過本生產(chǎn)線的精整、矯平、矯直，使之成為滿足焊前要求的尺寸與精度。精密扁鋼生產(chǎn)線的市場需求量很大。在鍋爐行業(yè)中，精密扁鋼生產(chǎn)線是采用先進技術(shù)的鍋爐生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它的性能好壞將直接影響膜式水冷壁的質(zhì)量，從而影響鍋爐的質(zhì)量和產(chǎn)量，這一點在鍋爐行業(yè)中已經(jīng)達到共識。為保證生產(chǎn)，一般鍋爐制造企業(yè)同時配有多條同類生產(chǎn)線，以防不測。由于精密扁鋼的寬度精度較高（80毫米寬的扁鋼精整后要求全長寬度誤差在0.15毫米以內(nèi)），每條生產(chǎn)線年產(chǎn)精密扁鋼僅為150噸，所以該行業(yè)每年需要精密扁鋼生產(chǎn)線在20套以上。 1.1.2 扁鋼精整生產(chǎn)線的技術(shù)需求精密扁鋼的要求是扁鋼的寬度誤差應在0.15毫米以內(nèi)，外型要求平直。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，推廣精密扁鋼生產(chǎn)線的關(guān)鍵是解決所生產(chǎn)的扁鋼質(zhì)量與精度不符合膜式水冷壁生產(chǎn)要求，精整量不適合我國鋼管供應狀態(tài)，生產(chǎn)線的使用可靠性低，壽命短等諸方面的問題。目前由于未很好的解決上述問題，給我國鍋爐行業(yè)尤其是中小鍋爐企業(yè)采用膜式水冷壁這一先進技術(shù)帶來了相當?shù)睦щy。我國扁鋼精整生產(chǎn)線存在的問題如下所述：(1) 扁鋼精整工藝與生產(chǎn)線、扁鋼精整機的總體布局 就技術(shù)而言，鍋爐行業(yè)現(xiàn)以有多種扁鋼生產(chǎn)線在使用，但至今還沒有一家扁鋼精整機生產(chǎn)廠家能提供全套的生產(chǎn)線，均是用戶單位在購買精整機的基礎(chǔ)上自行成套，在成套過程中出現(xiàn)的工藝問題很難解決。同時這些生產(chǎn)線所生產(chǎn)的扁鋼幾乎均存在旁彎和扭曲的現(xiàn)象。究其原因，與扁鋼精整工藝、生產(chǎn)線及生產(chǎn)線中的主機總體布局有關(guān)。生產(chǎn)線應具有扁鋼開卷、精整矯正、切斷等功能，主機應具有對扁鋼進行精整、矯直、矯平- 2 -的功能。現(xiàn)有主機的總體布局是矯平精整矯直，精整和矯平由同一工作部件完成，在操作中，由于精整量大，顧了精整尺寸，顧不了矯直，反之亦然。容易產(chǎn)生旁彎現(xiàn)象。在精整過程中，由于精整零件的磨損可能不一，扁鋼兩邊因精整產(chǎn)生的應力也可能不同，即容易產(chǎn)生扭曲。 (2) 扁鋼的寬度精度 現(xiàn)有生產(chǎn)線中一般還存在所生產(chǎn)的扁鋼精度不高，寬度誤差大于膜式水冷壁的生產(chǎn)要求，同時長度方向存在竹節(jié)型，寬度尺寸不統(tǒng)一等缺陷，對膜式水冷壁的焊接帶來了相當大的影響。究其原因是對精密扁鋼的生產(chǎn)工藝和相關(guān)理論研究不透所至，如在這一方面不加以突破，這些問題很難有較大的改觀。 (3) 精整量與我國鋼管供應狀態(tài) 精整量不能滿足我國鋼管供應狀態(tài)是現(xiàn)有扁鋼精整生產(chǎn)線的通病。根據(jù)上述，我國現(xiàn)在供應的鋼管直徑在 5%的誤差以內(nèi)均為合格品。這要求扁鋼精整量應大于 1.2 毫米。而我國現(xiàn)有扁鋼精整機絕大多數(shù)為模仿國外產(chǎn)品,國外供應鍋爐生產(chǎn)用鋼管的精度大大高于我國，膜式水冷壁生產(chǎn)所需的扁鋼精整量很小，簡單的模仿將不適應我國的國情。同時國內(nèi)現(xiàn)在扁鋼精整機生產(chǎn)廠家技術(shù)力量薄弱,無力對精整矯正理論進行研究,為打開市場,虛假的擴大本企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力,導致了出現(xiàn)用戶感覺產(chǎn)品實際能力達不到設(shè)計能力的現(xiàn)象。(4) 使用壽命 國內(nèi)一些大型和較大鍋爐企業(yè)大量采用膜式水冷壁技術(shù)，而國內(nèi)現(xiàn)有的作為膜式水冷壁生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備的扁鋼精整生產(chǎn)線使用壽命存在嚴重的問題，不得不多備數(shù)條同類生產(chǎn)線，以防不測。僅以上海鍋爐廠為例，現(xiàn)有扁鋼精整機的平均壽命為 23 年，幾乎每年要更換 12 臺扁鋼精整機，既浪費了錢財，有影響了生產(chǎn)。設(shè)備使用壽命如此之短，其主要現(xiàn)象為一些關(guān)鍵零部件的頻繁損壞，其根本原因還是所應用的相關(guān)理論不成熟所至。1.21.2 扁鋼精整生產(chǎn)線的研究現(xiàn)狀扁鋼精整生產(chǎn)線的研究現(xiàn)狀1.2.1 國外相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀扁鋼是中厚板的一種，廣泛用于鍋爐、容器、石油化工等方面，日本中厚板生產(chǎn)技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。1985年日本住友金屬鹿島廠厚板車間安裝了世界第1套復合式矯直設(shè)備(也稱子母式矯直機)。該矯直機由大輥徑厚板矯直機和小輥徑薄板矯直機構(gòu)成，大輥徑矯直機主要解決厚板不平度缺陷，小輥徑矯直機主要解決薄板的板形不良缺陷7。近10年來，日本、德國主要的冶金廠商先后推出“第三代矯直機”，既開發(fā)有等距矯直- 3 -機，同時為了擴大矯直范圍（薄板用小輥徑小輥距， 厚板用大輥徑大輥距），也開發(fā)有變輥數(shù)、變輥距矯直機，還開發(fā)有組合式和伸縮式矯直機，矯直范圍從以往的45倍擴大到10倍左右8。日本中厚板軋機均裝備了由高響應性的液壓AGC系統(tǒng)、Y射線測厚儀等傳感器，以及高精度數(shù)學模型構(gòu)成的計算機厚度控制系統(tǒng)。厚度自動控制有三個要點，一是采用彈跳方程等數(shù)學模型實現(xiàn)高精度設(shè)定；二是采用絕對值A(chǔ)GC控制鋼板全長的厚度精度；三是通過道次間、板坯間的實測值與模型計算值的對比實現(xiàn)模型自學習。為了保證鋼板的平直度，需嚴格控制各道次的板凸度。日本的中厚板軋機除配備必要的輥型和實施設(shè)計合理的軋制規(guī)程外，還具備WRB、WRS等控制手段。此外，日本還在軟件、傳感器方面做了大量的改進工作。例如，開發(fā)了軋件三維變形的高精度板凸度模型，緊鄰軋機出口安裝了平直度檢測儀等。目前，日本中厚板板凸度平均可以控制到0.O5毫米以下。為減少切頭、切尾、切邊量，日本各中厚板廠都開發(fā)了平面形狀控制技術(shù)，鋼板軋后盡可能接近矩形。JFE水島廠開發(fā)的MAS軋制方法，可定量地預測軋后鋼板的平面形狀，在成形軋制或展寬軋制的最后一個道次，將鋼板縱向斷面軋成設(shè)定形狀，從而保證軋后鋼板最接近于矩形9。此外，國際知名的冶金設(shè)備供應商(德國的MDS、SMS-Demag和日本的MHI等)紛紛推出第三代矯直機, 高剛度、全液壓和自動化功能更強, 對鋼板的矯直效果很好10。對于精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)而言，德國產(chǎn)設(shè)備一般采用四輥矯平，一對精整輥精整，三輥矯正。其中精整輥的夾緊采用搖臂結(jié)構(gòu)，設(shè)備重約 2T，其最大精整量為 1mm，連續(xù)運行壽命約為 1 年。日本產(chǎn)設(shè)備一般采用五輥矯平，六對輥輪精整和矯直共用，精整輥的夾緊采用絲桿矩形導軌結(jié)構(gòu)，設(shè)備重量為 2.5T，最大精整量為 1.2mm。此類設(shè)備由于精整輥輪精整和矯直共用，其可控性較差。以上兩種形式的精密扁鋼精整設(shè)備國內(nèi)均有引進，由于我國生產(chǎn)的鋼管和扁鋼的允許誤差較大，這些設(shè)備的性能參數(shù)以及剛度、強度均不能滿足國內(nèi)生產(chǎn)的需要。1.2.2 國內(nèi)同類工作研究現(xiàn)狀首先，對于我國的中厚板生產(chǎn)技術(shù)來說雖然我國各種中厚板都能生產(chǎn)，但從生產(chǎn)技術(shù)、鋼板質(zhì)量、消耗指標及產(chǎn)品創(chuàng)新等方面看，與日本、美國、德國及俄羅斯相比，尚有一定差距11。精密扁鋼精整裝備是用于鍋爐膜式水冷壁制造的關(guān)鍵設(shè)備之一，我國膜式水冷壁技術(shù)在電站鍋爐中使用已有多年，優(yōu)點很多，但由于裝備投資很大（一些大型企業(yè)均采用國外進口設(shè)備），對國內(nèi)原材料的適應性不好，嚴重的制約了該項技術(shù)在工業(yè)鍋爐中的使用，使得我國工業(yè)鍋爐的發(fā)展大大落后于發(fā)達國家。與此同時，工業(yè)鍋爐也成為我國的一個重大的能源消耗點和嚴重的污染源，與我國現(xiàn)代化建設(shè)十分不配。- 4 -我國從“七五”期間開始引進和消化國外自動化水平較高的焊接生產(chǎn)技術(shù)和相關(guān)裝備，但是對精密扁鋼的生產(chǎn)技術(shù)研究一直沒有予以重視，精密扁鋼的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)裝備技術(shù)一直比較薄弱。目前我國使用的精密扁鋼生產(chǎn)設(shè)備基本上是簡單仿制日本三菱和德國巴巴克公司的產(chǎn)品，僅在國外技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了部分改進，基本沒有從扁鋼精整機理上進行深入研究。由于國外鋼管產(chǎn)品的尺寸精度與國產(chǎn)鋼管相比有很大不同，在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，這些仿制設(shè)備在用于制造與國產(chǎn)鋼管配套焊接的精密扁鋼時，其主要技術(shù)參數(shù)往往不能滿足實際生產(chǎn)要求，并且同時存在設(shè)備設(shè)計剛度、強度不足，精整后扁鋼尺寸精度不高，設(shè)備可操控性差，使用壽命短等缺陷，不符合我國國情。上述情況表明，我國自行開發(fā)的精密扁鋼生產(chǎn)設(shè)備仍存在一系列技術(shù)問題，我國精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)與膜式水冷壁焊接生產(chǎn)技術(shù)裝備仍未形成良好配套。在控制方面，楊書儀等人利用PLC和力控軟件開發(fā)了一個自動生產(chǎn)線的監(jiān)控系統(tǒng)。該鋼板彈簧自動剪切生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度較高、運行穩(wěn)定、性能可靠、維護方便，利用組態(tài)軟件開發(fā)的上位機監(jiān)控程序界面友好、操作方便、實用性強12。羅偉，肖曉明等人用實驗證明，在軋鋼機系統(tǒng)的控制中，模糊控制在對象參數(shù)變化時，具有較強的抗干擾能力，能夠?qū)ζ溥M行較好的控制，有較好的應用價值，用PLC作控制器核心，使控制器編程更簡單靈活，操作方便，實用性強13。但對于扁鋼精整生產(chǎn)線的控制均未能達到很好的效果。鍋爐行業(yè)現(xiàn)已有多類扁鋼精整裝備在使用，但至今為止還沒有一家扁鋼精整裝備生產(chǎn)廠家能提供全套的生產(chǎn)線，在成套過程中出現(xiàn)的工藝問題很難解決 1 。一條完整扁鋼精整生產(chǎn)線應具有扁鋼開卷、精整、矯平、矯直、切斷等功能。現(xiàn)有國產(chǎn)設(shè)備大多是將精整和矯平由同一工作部件完成，在使用中，由于精整量大，精整尺寸得到控制，則矯直效果受到明顯不利影響，反之亦然，故容易產(chǎn)生旁彎現(xiàn)象 2 。在精整過程中，由于精整零件的磨損程度存在差異，扁鋼兩邊產(chǎn)生的應力則可能不同，故容易產(chǎn)生扭曲?，F(xiàn)有扁鋼精密設(shè)備普遍存在精整扁鋼尺寸精度不高、長度方向存在竹節(jié)型等缺陷。分析其原因，主要是在扁鋼精整生產(chǎn)裝備的設(shè)計技術(shù)方面存在問題，沒有對精密扁鋼的整形機理和相關(guān)精整矯正計算理論進行深入的研究，如在這一方面不加以突破，這些問題很難有實質(zhì)性的進展 3 ?，F(xiàn)有扁鋼精整生產(chǎn)裝備的精整量與國產(chǎn)鋼管的技術(shù)指標難以匹配，這已經(jīng)成為現(xiàn)有扁鋼精整生產(chǎn)線的通病。我國國產(chǎn)鋼管的直徑誤差在標稱值的(1)以內(nèi)均為合格品，對于這種類型的鋼管，要求扁鋼精整雖應大于12mm，而現(xiàn)有扁鋼精整裝備絕大多數(shù)達不到這一要求 4 。膜式水冷壁生產(chǎn)技術(shù)包含精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)，管子焊前預處理技術(shù)和膜式水冷壁焊接生產(chǎn)技術(shù)三個環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣。精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)將直接影響所生產(chǎn)的膜式水冷壁的質(zhì)- 5 -量。 從技術(shù)角度看，國外在三個環(huán)節(jié)都具有相當?shù)膬?yōu)勢，均有成熟的技術(shù)與裝備 5 。我國在“七五”期間開始以焊接生產(chǎn)技術(shù)為主引進相關(guān)技術(shù)與裝備，忽視了精密扁鋼的生產(chǎn)技術(shù)。多年來國內(nèi)的技術(shù)人員也把相對較多的精力放在焊接技術(shù)的研究上，精密扁鋼的生產(chǎn)技術(shù)與裝備幾乎無人研究。目前我國使用的有關(guān)設(shè)備基本上是簡單的模仿日本三菱和德國巴巴克的產(chǎn)品 6 。諸不知國外的原料供應狀態(tài)較國內(nèi)好的多，模仿的設(shè)備不適合國情，以至目前我國的精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)與膜式水冷壁焊接生產(chǎn)技術(shù)嚴重不配套，至今還無專業(yè)生產(chǎn)裝備的廠家從根本上掌握精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)，從而有能力提供成套的性能價格比高的成套相關(guān)設(shè)備。 從經(jīng)濟角度看，由于大型電站鍋爐的競爭小于工業(yè)鍋爐，相對利潤率較高，我國的大型電站鍋爐廠家的效益普遍好于工業(yè)鍋爐廠，所以對精密扁鋼生產(chǎn)主機的使用壽命短，每臺裝備的使用壽命僅 23 年，此項設(shè)備更新費用每年為 1015 萬元還是可以接受。但對競爭更加激烈，經(jīng)濟實力較弱的工業(yè)鍋爐生產(chǎn)廠家，就無力承擔了 7 。膜式水冷壁技術(shù)在工業(yè)鍋爐中的應用是大勢所趨，尤其是在我國進入WTO以后，采用先進技術(shù)生產(chǎn)的國外產(chǎn)品進入，將極大的影響工業(yè)鍋爐領(lǐng)域的市場格局 8 。國內(nèi)生產(chǎn)廠家要在市場上爭得一席之位，必須采用如膜式水冷壁這樣的先進生產(chǎn)技術(shù)。我國地域遼闊，工業(yè)鍋爐使用范圍廣大，該項技術(shù)的應用前景十分寶貴看好 9 。目前，國內(nèi)扁鋼精整生產(chǎn)線的自動化程度還不高，大多處于半自動半手工水平，與國外全自動相比，還有很大差距。1.31.3 研究內(nèi)容研究內(nèi)容1.3.1 本文研究的主要內(nèi)容精密扁鋼精整裝備足用于鍋爐膜式水冷壁制造的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于對退火后的扁鋼原材料進行尺寸精整、矯平和矯直，使之尺寸和形狀達到焊前要求 10 。確保膜式水冷壁制造質(zhì)量的關(guān)鍵之一在于保證膜式水冷壁鋼管問的節(jié)距精度 11 。在膜式水冷壁鋼管節(jié)距固定的前提下，必須通過扁鋼寬度尺寸的變化來調(diào)整扁鋼與鋼管之間的間隙。由此可見扁鋼寬度尺寸的精度直接影響膜式水冷壁的整體質(zhì)量 12 。在鍋爐結(jié)構(gòu)中，膜式水冷壁上聯(lián)儲存蒸汽的汽包，下聯(lián)作為輸水接口的集箱，與兩者的連接通過焊接而成，這就對膜式水冷壁提出了較高的節(jié)距要求。同時在膜式水冷壁的生產(chǎn)過程中，對管屏的彎曲普遍采用管屏壓力彎曲機，該機的使用對膜式水冷壁的節(jié)距提出更高的要求，一般要求管子的節(jié)距誤差小于 0.3 毫米，管屏的寬度誤差小于 2 毫米。而在我國，鋼管直徑為管子直徑的 5%，誤差很大（以常用的直徑為 60 毫米的管子為- 6 -例，直徑為 58.861.2 毫米） ，所以此問題必須通過對不同誤差的管子采用寬度尺寸不同的扁鋼來解決。在考慮扁鋼的寬度尺寸時，還需考慮焊接后焊縫收縮對管子節(jié)距的影響。這也將通過調(diào)節(jié)扁鋼尺寸來消除。精密扁鋼精整生產(chǎn)線的主要作用是退火后的扁鋼通過本生產(chǎn)線的精整、矯平、矯直，使之成為滿足焊前要求的尺寸與精度。精密扁鋼生產(chǎn)線的市場需求量很大。在鍋爐行業(yè)中，精密扁鋼生產(chǎn)線是采用先進技術(shù)的鍋爐生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，它的性能好壞將直接影響膜式水冷壁的質(zhì)量，從而影響鍋爐的質(zhì)量和產(chǎn)量，這一點在鍋爐行業(yè)中已經(jīng)達到共識。為保證生產(chǎn)，一般鍋爐制造企業(yè)同時配有多條同類生產(chǎn)線，以防不測 13 。由于精密扁鋼的寬度精度較高（80毫米寬的扁鋼精整后要求全長寬度誤差在0.15毫米以內(nèi)），每條生產(chǎn)線年產(chǎn)精密扁鋼僅為150噸，所以該行業(yè)每年需要精密扁鋼生產(chǎn)線在20套以上。 1.3.2 課題主要解決的技術(shù)關(guān)鍵問題和創(chuàng)新點技術(shù)關(guān)鍵問題：(1) 精整量與傳動速度的匹配(2) 加工參數(shù)的設(shè)定(3) 定長切斷和計數(shù)(4) 自動下料創(chuàng)新點：(1) 通過對扁鋼精整生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的改造，掌握精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化的生產(chǎn)線總體方案。(2)采用最新精密扁鋼生產(chǎn)理論對設(shè)備進行優(yōu)化設(shè)計，基于PLC對控制系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)適合我國國情的精密扁鋼生產(chǎn)技術(shù)與裝備的成套供應。 1.41.4 研究目的研究目的與意義與意義 通過對扁鋼精整生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的改造，提高扁鋼軋制效率，降低勞動力，提高經(jīng)濟效益。通過設(shè)計剪切控制系統(tǒng)，提高扁鋼精度。解決現(xiàn)有鋼板長度定尺的低自動化程度和低剪切精度的問題。實現(xiàn)精整量與傳動速度的匹配、加工參數(shù)的任意設(shè)定，從而可以使一條生產(chǎn)線可以生產(chǎn)多種類型扁鋼。進而為鍋爐行業(yè)提供適合我國國情的性能價格比高的精密扁鋼生產(chǎn)成套技術(shù)與裝備，促進膜式水冷壁技術(shù)在工業(yè)鍋爐中的使用，從而降低能源的消耗及保護環(huán)境。就技術(shù)而言，鍋爐行業(yè)現(xiàn)以有多種扁鋼生產(chǎn)線在使用，但至今還沒有一家扁鋼精整機生產(chǎn)廠家能提供全套的生產(chǎn)線，均是用戶單位在購買精整機的基礎(chǔ)上自行成套，在成套過程中出現(xiàn)的工藝問題很難解決。同時這些生產(chǎn)線所生產(chǎn)的- 7 -扁鋼幾乎均存在旁彎和扭曲的現(xiàn)象。究其原因，與扁鋼精整工藝、生產(chǎn)線及生產(chǎn)線中的主機總體布局有關(guān)。生產(chǎn)線應具有扁鋼開卷、精整矯正、切斷等功能，主機應具有對扁鋼進行精整、矯直、矯平的功能?，F(xiàn)有主機的總體布局是矯平精整矯直，精整和矯平由同一工作部件完成，在操作中，由于精整量大，顧了精整尺寸，顧不了矯直，反之亦然。容易產(chǎn)生旁彎現(xiàn)象。在精整過程中，由于精整零件的磨損可能不一，扁鋼兩邊因精整產(chǎn)生的應力也可能不同，即容易產(chǎn)生扭曲?，F(xiàn)有生產(chǎn)線中一般還存在所生產(chǎn)的扁鋼精度不高，寬度誤差大于膜式水冷壁的生產(chǎn)要求，同時長度方向存在竹節(jié)型，寬度尺寸不統(tǒng)一等缺陷，對膜式水冷壁的焊接帶來了相當大的影響。究其原因是對精密扁鋼的生產(chǎn)工藝和相關(guān)理論研究不透所至，如在這一方面不加以突破，這些問題很難有較大的改觀。 精整量不能滿足我國鋼管供應狀態(tài)是現(xiàn)有扁鋼精整生產(chǎn)線的通病。根據(jù)上述，我國現(xiàn)在供應的鋼管直徑在 5%的誤差以內(nèi)均為合格品。這要求扁鋼精整量應大于 1.2 毫米。而我國現(xiàn)有扁鋼精整機絕大多數(shù)為模仿國外產(chǎn)品，國外供應鍋爐生產(chǎn)用鋼管的精度大大高于我國，膜式水冷壁生產(chǎn)所需的扁鋼精整量很小，簡單的模仿將不適應我國的國情。同時國內(nèi)現(xiàn)在扁鋼精整機生產(chǎn)廠家技術(shù)力量薄弱，無力對精整矯正理論進行研究，為打開市場，虛假的擴大本企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，導致了出現(xiàn)用戶感覺產(chǎn)品實際能力達不到設(shè)計能力的現(xiàn)象。 國內(nèi)一些大型和較大鍋爐企業(yè)大量采用膜式水冷壁技術(shù)，而國內(nèi)現(xiàn)有的作為膜式水冷壁生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備的扁鋼精整生產(chǎn)線使用壽命存在嚴重的問題，不得不多備數(shù)條同類生產(chǎn)線，以防不測。僅以上海鍋爐廠為例，現(xiàn)有扁鋼精整機的平均壽命為23年，幾乎每年要更換12 臺扁鋼精整機，既浪費了錢財，有影響了生產(chǎn)。設(shè)備使用壽命如此之短，其主要現(xiàn)象為一些關(guān)鍵零部件的頻繁損壞，其根本原因還是所應用的相關(guān)理論不成熟所至。優(yōu)化扁鋼精整生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的作用：(1) 通過對控制系統(tǒng)的改造，提高扁鋼軋制效率，降低勞動力，提高經(jīng)濟效益。(2) 通過設(shè)計剪切控制系統(tǒng)，提高扁鋼精度。解決現(xiàn)有鋼板長度定尺的低自動化程度和低剪切精度的問題。(3) 實現(xiàn)精整量與傳動速度的匹配、加工參數(shù)的任意設(shè)定。可是使一條生產(chǎn)線可以生產(chǎn)多種類型扁鋼。本項目的研究成功，將有效控制扁鋼的精整過程，提高精密扁鋼的生產(chǎn)質(zhì)量、保障電站鍋爐膜式水冷壁的焊接質(zhì)量。進而為鍋爐行業(yè)提供適合我國國情的性能價格比高的精密扁鋼生產(chǎn)成套技術(shù)與裝備，促進膜式水冷壁技術(shù)在工業(yè)鍋爐中的使用，從而對降低能源的消耗及保護環(huán)境起到積極的推動作用，具有明顯的現(xiàn)實意義。- 8 -1.51.5 研究方案研究方案本課題是在對現(xiàn)有扁鋼精整、剪切生產(chǎn)工藝進行全面了解的基礎(chǔ)上，對扁鋼精整、剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進行設(shè)計。實現(xiàn)精整量與傳動速度的匹配、加工參數(shù)的任意設(shè)定、定長切斷和計數(shù)、自動下料等功能，并把其整合到膜式壁焊接生產(chǎn)線的計算機控制系統(tǒng)中（組態(tài)軟件） 。本課題的所需的硬件條件（扁鋼精整生產(chǎn)工藝）和軟件條件（控制電路設(shè)計軟件 AutoCAD Electrical 2006 和編程軟件（CX-programmer）已具備。主要研究方法如下：(1) 分析評估控制任務，即分析被控對象的控制過程和控制要求，選擇合適的控制裝備，經(jīng)過比較分析，選擇PLC作為控制裝置。并介紹了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和基本內(nèi)容。(2) 系統(tǒng)硬件設(shè)計：包括確定控制系統(tǒng)組成，PLC選型和I/O分配，其他電氣元件選型，設(shè)計控制系統(tǒng)原理圖和布線圖，設(shè)計操作面板。(3) 系統(tǒng)軟件設(shè)計：從梯形圖直觀的角度考慮，選擇梯形圖進行程序編寫。程序編好后調(diào)試程序，以確保程序的準確性。(4) 利用工業(yè)組態(tài)軟件對扁鋼精整生產(chǎn)線進行實時監(jiān)控。1.61.6 本章小結(jié)本章小結(jié)本章介紹了扁鋼精整生產(chǎn)線的市場需求和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況，以及有效控制扁鋼精整過程的重要意義，說明了本課題的可行性與重要性。并簡要的介紹了課題的研究內(nèi)容與研究目的。給出了研究方案。本文的二、三、四章就是在該研究方案與技術(shù)路線指導下完成的。2 2 扁鋼精整生產(chǎn)過程和控制要求扁鋼精整生產(chǎn)過程和控制要求2.12.1 扁鋼精整生產(chǎn)工藝扁鋼精整生產(chǎn)工藝用于精密扁鋼生產(chǎn)的坯料采用經(jīng)開剪、冷拔和退火后的各種鋼卷料。開卷后會形成波浪形的彎曲，因此需對其進行初步矯平；為保證扁鋼具有較高的寬度精度，還應對其進行精整操作；為保證扁鋼的形位精度，隨后對其進行矯平和矯直；最后根據(jù)長度要求，進行定長切斷。其工藝流程為：初步矯平、精整、矯平、矯直、測長和切斷。具體工藝過程見圖2-1。- 9 -圖 2-1 生產(chǎn)工藝流程圖2.22.2 扁鋼精整生產(chǎn)線主要設(shè)備簡介扁鋼精整生產(chǎn)線主要設(shè)備簡介本生產(chǎn)線由扁鋼開卷機、扁鋼精整矯直矯平機、液壓扁鋼切斷機、扁鋼輥道料架、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。各設(shè)備情況介紹如下：2.2.1 扁鋼卷料架生產(chǎn)線所使用的扁鋼原料采用卷料形式供應。扁鋼開卷機的主要作用是安放扁鋼原料。扁鋼開卷機為無動力驅(qū)動形式，結(jié)構(gòu)上由扁鋼架、主軸和機座等零件組成，工作時，扁鋼原料放在扁鋼架上，扁鋼架通過螺釘保證扁鋼原料在扁鋼開卷機不會任意滑出。扁鋼架與主軸聯(lián)接，通過軸承支撐在機座上。在扁鋼精整時，精整所產(chǎn)生的拉力驅(qū)動扁鋼原料和主軸一起繞著主軸中心旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)扁鋼原料的開卷。2.2.2 扁鋼精整矯直矯平機扁鋼精整矯直矯平機是本生產(chǎn)線的主要設(shè)備，具有扁鋼精整、矯直、矯平和定長功能。2.2.3 工作原理扁鋼精整機的工作原理是將冷態(tài)扁鋼毛壞用兩組上下交錯布置的校平輪對厚度方向進行預校平和最終校平；用一對相對布置的精整輪對其寬度方向進行擠壓，使寬度被壓縮而達到預期的參數(shù)，其壓縮量可調(diào)；用五支交錯布置的投直輪對其寬度方向進行校直。其工作流程是：預校平一精整一校直一后校平。2.2.4 結(jié)構(gòu)分析扁鋼精整矯直矯平機由扁鋼導向裝置、送進裝置、精整裝置、矯平裝置矯直裝置和- 10 -測量裝置組成。其中導向裝置對需進行加工的扁鋼原料進行導向；送進裝置的結(jié)構(gòu)形式似五輥矯平機，其中兩下輥為主動輥，工作時，一方面對原料扁鋼進行初步的矯平，同時向扁鋼原料提供向前運動的驅(qū)動力，使其能順利進入精整裝置；精整裝置由兩對不同尺寸的扁鋼精整輪組成，每對精整輪中有一只為主動輪，其主要作用在于對扁鋼進行精整。精整完的扁鋼在矯平裝置上矯平，此矯平裝置為五輥無動力矯平裝置。經(jīng)矯平后的扁鋼，在矯直裝置進行矯直。矯直裝置也為五輥矯直的結(jié)構(gòu)，其中兩只矯平輥為主動輥。矯直后的扁鋼經(jīng)過測量裝置，測量裝置中裝有光電脈沖編碼器，通過機械旋轉(zhuǎn)和光電的轉(zhuǎn)換，脈沖編碼器向控制系統(tǒng)發(fā)出扁鋼行走的長度信號，以便生產(chǎn)線中扁鋼定長功能的實現(xiàn)。2.2.5 液壓扁鋼切斷機液壓扁鋼切斷機的主要功能是根據(jù)需要，對精整矯平矯直后的扁鋼進行切斷。為保證扁鋼切口端的質(zhì)量，本設(shè)備采用平剪的形式。設(shè)備中共有兩只液壓油缸和與之相對應的兩副滑板。其中小油缸和其對應滑板的主要作用是扁鋼在進行切斷前的夾緊。小油缸上升時，扁鋼夾緊；下降時，扁鋼松開。大油缸和其對應滑板的主要作用是切斷。兩把平剪刀一把安裝在設(shè)備的上橫梁上，為定刀；另一把則安裝在大油缸對應的滑板上。在扁鋼夾緊以后，大油缸推動對應的滑板帶動平剪刀上行，直至切斷扁鋼為止。2.2.6 扁鋼輥道料架扁鋼輥道料架的功能是對切斷以后的扁鋼進行輸送和翻出。由扁鋼強送裝置，輥道和翻出裝置等組成。切斷后的扁鋼由扁鋼強送裝置送出切斷機，再由扁鋼翻出裝置將其從輥道上翻出（翻入料架）。2.32.3 扁鋼精整生產(chǎn)線功能分析扁鋼精整生產(chǎn)線功能分析該扁鋼精整生產(chǎn)線具有自動進行扁鋼開卷、精整、矯平、矯直、表面處理、定長切斷、扁鋼輸出等功能。2.42.4 扁鋼精整生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案扁鋼精整生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案結(jié)合精密扁鋼的生產(chǎn)工藝, 分析生產(chǎn)線的功能需求，我們提出生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案如下:(1) 精整: 可以通過輥輪或冷拔技術(shù)來實現(xiàn)，此處考慮到結(jié)構(gòu)的連貫性和粗糙度因素選用輥輪。- 11 -(2) 矯平矯直: 根據(jù)矯正理論可知，隨著矯正輥的增加，矯正質(zhì)量有所提高，但是消耗的功率將急劇增加，同時設(shè)備的體積也將增加。所以，兼顧矯正質(zhì)量和功率的消耗，選用五輥非驅(qū)動矯正。(3) 定長: 如果采用可調(diào)機械定長裝置，驅(qū)動系統(tǒng)就需采用液壓馬達，會造成機械定長裝置的成本較高。又由于液壓馬達的使用壽命較低，所以此處采用光電編碼發(fā)訊、普通電機驅(qū)動、并通過交流變頻器和可編程控制器實現(xiàn)工作速度的調(diào)整和扁鋼切斷長度的控制。(4) 去銹: 由于扁鋼事先經(jīng)過退火處理，表面油污已經(jīng)去除，在精整過程中，氧化皮受壓后會自動剝落，所以可以省去去銹裝置14。(5) 切斷: 如果采用金屬切削的方案，則加工速度將受到限制，這不符合自動化生產(chǎn)線的要求，同時輔助工作時間增加，刀具的位置調(diào)試較困難。而液壓沖剪加工速度快，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，所以此處采用液壓沖剪的方案。精密扁鋼精整生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案如圖 2-2 所示： 1-扁鋼坯料卷料架；2-扁鋼精整矯平矯直定長機；3-液壓扁鋼切斷機圖 2-2 精密扁鋼精整生產(chǎn)線的總體設(shè)計方案2.52.5 主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標扁鋼來料規(guī)格： 寬度： 12.7100 毫米 - 12 -厚度： 35 毫米 長度：8000 毫米來料寬度公差： -0.+0.毫米 材質(zhì)： Q235或20號鍋爐鋼 供料狀態(tài)：卷料供應、冷拔扁鋼應經(jīng)正火處理后進入生產(chǎn)線。 扁鋼精整生產(chǎn)線技術(shù)規(guī)格：最大精整能力： .5毫米 精整后的寬度精度： -0.1+0.1毫米 生產(chǎn)速度： 40006000毫米/分鐘 功能：自動進行扁鋼開卷、精整、矯平、矯直、表面處理、定長切斷的功能。2.62.6 本章小結(jié)本章小結(jié) 為解決矯直輥的修復問題，我們在保證連接剛度的前提下，提出將目前國內(nèi)外普遍采用的整體式設(shè)計改進成為分體式設(shè)計方案，這樣既便于矯直輥輥的修復，又可有效降低維修和使用成本。- 13 -3 3 矯直機的組成部分及作用矯直機的組成部分及作用3.13.1 扁鋼精整矯平矯直機的組成扁鋼精整矯平矯直機的組成 圖 3.1 扁鋼精整矯平矯直定長機圖如圖 3.1 所示就是扁鋼精整矯平矯直定長機，它主要由扁鋼初步矯平裝置、扁鋼精整裝置、扁鋼矯平裝置、扁鋼矯直裝置和扁鋼長度測量裝置等組成。3.2.1 矯直輪的作用 圖 3.3 矯直輥圖（由上矯直輪和下矯直輪組成）- 14 -矯直輪是矯直機的最核心部分，主要負責對未加工扁鋼的矯直工作，因此，矯直輪的工藝直接影響矯直機對扁鋼的矯直結(jié)果。3.2.2 傳動軸的作用 a 傳動軸 I b 傳動軸 II 圖 3.4 傳動軸結(jié)構(gòu)圖軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45 鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸和質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。必須指出：在一般工作溫度下（低于 200 攝氏度） ，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應當注意，在既定條件下，有時也可選擇強度較低的鋼材，而用適當增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。- 15 -各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強化處理，對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。通過比較分析，我們選用軸的材料為 40Cr。扁鋼矯直機中主要有兩根軸，即傳動軸 I（如圖 3.4a）和傳動軸 II（如圖 3.4b） ，動力先由傳動軸 I 獲得，然后通過連接兩根軸的裝置將動力傳至傳動軸 II。軸是組成機器的主要零件之一，一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞，因此，傳動軸的作用就是支承回轉(zhuǎn)零件，傳遞從動力源傳來的動力，以及帶動軸上部件正常運轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)對扁鋼的矯直工作。3.3.3 錐齒輪的作用a 主動錐齒輪- 16 - b 從動錐齒輪 圖 3.5 錐齒輪結(jié)構(gòu)圖齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素也很多，下述幾點可供選擇材料時參考：（1）齒輪材料必須滿足工作條件的需要。（2）應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。（3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受打的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。（4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。（5）飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應采用表明硬化處理的高強度合金鋼。（6）金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為 3050HBS 或更多。故我們錐齒輪選用的材料為 38CrMoA1，調(diào)質(zhì) HB250，齒面氮化。如圖 3.5 所示，其中圖 a 為主動錐齒輪，圖 b 為從動錐齒輪。矯直機的傳動軸 I 與傳動軸 II 通過主動錐齒輪和從動錐齒輪相連，因此，錐齒輪的作用是連接傳動軸、傳遞動力并且改變傳動的角度，使兩個垂直的軸能夠保持一定的速率轉(zhuǎn)動。- 17 -3.2.4 扁鋼托輪的作用扁鋼托輪主要是用來固定扁鋼，防止扁鋼在矯直的過程中發(fā)生變形。3.2.5 機座的作用機座是用來固定矯直機的各個組件，使它們能夠在固定的形式下安全并且準確無誤的完成矯直工作。3.43.4 本章小結(jié)本章小結(jié)本章簡單的介紹了扁鋼精整矯平矯直機的組成，并且詳細的介紹了扁鋼矯直機的組成及各組成部分的作用。4 4 矯直輥的設(shè)計矯直輥的設(shè)計根據(jù)所給材料的基本參數(shù)：板材材質(zhì)、規(guī)格、溫度、矯直速度、矯直溫度屈服極限、矯直精度要求、矯直輥的基本布置形式，確定矯直機的輥距輥徑、壓下量及矯直力及功率，用于指導設(shè)計。扁鋼來料規(guī)格 ：寬度： 2080 毫米 厚度： 8 毫米 來料寬度公差： -0. +0. 毫米 材質(zhì)： Q235 或 20 號鍋爐鋼 供料狀態(tài)：卷料供應、冷拔扁鋼應經(jīng)正火處理后進入生產(chǎn)線。 最大精整能力： .5 毫米 精整后的寬度精度： -0.1+0.1 毫米 生產(chǎn)速度： 40006000 毫米 / 分鐘矯直輥的分體式設(shè)計：為解決矯直輥的修復問題，我們在保證連接剛度的前提下，提出將目前國內(nèi)外普遍采用的整體式設(shè)計改進成為分體式設(shè)計方案，這樣既便于矯直輥輥的修復，又可有效降低維修和使用成本。4.14.1 矯直輥材料的選擇矯直輥材料的選擇矯直輥是矯直機的核心部分，其材料的選擇將直接影響到矯直機的矯直性能，矯直機的使用壽命等等。因此，矯直機矯直輪的材料選擇極其重要，矯直輥由于硬度要求高，- 18 -一般由軸承鋼或冷模鋼制成。而且，為了使增長矯直輥的性能和使用壽命，矯直輥要經(jīng)過調(diào)質(zhì)、滲碳、表面淬火的處理。4.24.2 矯直輥基本參數(shù)的確定矯直輥基本參數(shù)的確定（1）輥距 t 的確定：輥距是輥式矯直機的最重要參數(shù)。它決定著矯直板材的厚度范圍，輥徑以及矯直機的結(jié)構(gòu)尺寸，同時影響到傳動功率。在確定輥距時，往往需要對輥距進行校核。確定輥距 t 的原則是:在保證軋件矯直質(zhì)量和輥子強度的前提下，其值盡可能地選擇得小一些。通常輥距 t 滿足下式: （4-1）minttmaxt其中為最小允許輥距，取決于輥子強度條件；為最大允許輥距，取決于軋件mintmaxt的矯直質(zhì)量。1)最小允許輥距：mint最小允許輥距根據(jù)工作輥的接觸強度和扭轉(zhuǎn)強度來確定。mint （4-2） maxPE0.418bR ：輥子表面最大接觸應力；max P ：軋件對輥子最大壓力，它等于最小輥距時作用在第 3 輥上的壓力 P3； （4-3）88P=PM =S3SsttminminE ：工作輥彈性模量；R ：工作輥半徑，它與輥距成一定比例關(guān)系，即，是比例常數(shù)；minR= tb ：軋件與輥子的接觸寬度；：允許接觸應力，其值大約為軋件的屈服點的 2 倍，即=2 s s將以上各值代入得 （4-4）minsSEt0.594b S ：軋件的塑性斷面系數(shù)，對于扁鋼 （4-2maxbhS=45）- 19 -取=0.475 時，最小允許輥距 （4-6）minmaxSEt0.43h查機械工程材料手冊得鍋爐用鋼板 20g，當鋼板厚度為 6mm-16mm 時，屈服點=245MPa。代入得s 5min2.1 10t0.43 8100.7mm2452)最大允許輥距maxt最大允許輥距決定軋件的矯直質(zhì)量。值過大，軋件難以產(chǎn)生必要的彈塑性變maxtmaxt形。計算的出發(fā)點是：平直的（）最小厚度軋件經(jīng)矯直輥反彎時，斷面上塑性maxt010r變形區(qū)域高度應不小于，即。min2h30min2Z1h3的大小表示了軋件彈塑性彎曲變形的程度。的變化范圍是。0Z0Z0h0Z2由此軋件的反彎曲率為1 = （4-1swmin63Eh7）- 20 -圖 4.1 最大允許輥距的確定maxt假設(shè)這一反彎曲率半徑等于矯直輥的半徑(忽略軋件的厚度)，即。 （如圖maxD24.1）對于薄板矯直機與的關(guān)系為=，=0.90.95。maxDmaxtmaxDmaxt這里取=0.95，于是得出2=0.95 （4-maxtmaxt8） 將（4-8）代入（4-7）得，=。minmaxshEt0.3554 2.1 100.351200mm245由此可知。100.7mmt1200mm 取 t=180mm（2）輥徑 D輥徑 D 與輥距 t 之間，通常具有以下比例關(guān)系：中厚板矯直機：D=(0.850.9)t- 21 -薄板矯直機：D=(0.90 一 0.95)t由此可確定矯直輥的直徑 D 在 162mm189mm 之間最合適，取 D=165mm。（3）輥子長度 L輥子長度不宜太長也不宜太短。取輥子長度 L=65mm。（4）輥數(shù) n選擇輥數(shù) n 的原則是在保證矯直質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)最少。這里取輥數(shù) n=5。4.34.3 上下矯直輪的尺寸確定上下矯直輪的尺寸確定 圖 4.2 上矯直輪結(jié)構(gòu)圖 圖 4.3 下矯直輪結(jié)構(gòu)圖上下矯直輪是通過螺釘和銷連接到一起的，它們具有相同尺寸的輥徑 D=165mm。按照分體式的設(shè)計方案，上矯直輥如圖 4.2 所示，下矯直輪如圖 4.3 所示。其中，設(shè)定 A=27mm；B=92mm；C=120mm；D=30mm；E=38mm；F=64mm；G=150mm。- 22 -4.44.4 本章小結(jié)本章小結(jié)本章通過分析確定了矯直輥的材料，并且通過計算去頂了矯直輥的基本參數(shù)以及上下矯直輪的尺寸。5 5 矯直機重要部件的校核矯直機重要部件的校核5.15.1 連接上下矯直輪的螺釘和銷的校核：連接上下矯直輪的螺釘和銷的校核： 圖 5.1 矯直輥結(jié)構(gòu)圖5.1.1 螺釘?shù)男：?選用螺釘?shù)牟牧蠟?45 鋼，規(guī)格為 GB70-85 螺釘 12 40 鋼 8.8 級。如圖 5.1 所示，螺釘與下矯直輪孔壁之間無間隙，故螺釘與下矯直輪的接觸表面受擠壓；在上下矯直輪的連接接合面處，螺釘受剪切。因此，應分別按擠壓強度和剪切強度來條件計算。計算時，假設(shè)螺釘與孔壁表面上的壓力是均勻的。螺釘與孔壁的擠壓強度條件為： （5-1-pp0minFd L1）螺釘?shù)募羟袕姸葪l件為： （5-1- 20Fd42）式中：F ：螺釘所受的工作剪力，N；- 23 -：螺釘剪切面的直徑（可取為螺釘孔的直徑） ，mm；0d：螺釘與孔壁擠壓面的最小高度，mm，設(shè)計時應使；minLminL01.25d：螺釘或孔壁材料的許用應力，Mpa；p：螺釘材料的許用應力，Mpa。 查表得抗拉強度取 800Mpa，屈服強度取 640Mpa，安全系數(shù)=2.5，=1.25。BSSpS螺紋連接件的許用切應力和許用擠壓應力分別按下式確定 p （5-1- sS3） （5-1-sppS 4）代入得=256 Mpa，=512 Mpa。 p取生產(chǎn)速度 5000 毫米/分鐘，算得矯直輪的轉(zhuǎn)速為 9.6 轉(zhuǎn)/分鐘。故取F=8000N、=12mm、=25mm。0dminL代入公式（5-1-1）得=26.6 Mpa；pp代入公式（5-1-2）得= 70.7Mpa。故螺釘?shù)膹姸确弦螅细?5.1.2 銷的校核銷的材料選用 35 鋼，GB119-86 銷 12 60 ，許用切應力=80 Mpa，許用擠壓應力 =120150 Mpa。將 F=8000N、=12mm、=27mm 代入得p0dminL=24.7 Mpa；p0minFd Lp= 70.7Mpa。故銷的強度符合要求，合格。20Fd4 - 24 -5.25.2 傳動軸的校核傳動軸的校核5.2.1 傳動軸 I 的校核如圖 3.1b 所示，傳動軸 I 的危險截面為軸與錐齒輪連接的截面，故主要按與主動錐齒輪連接處的扭轉(zhuǎn)強度條件計算：軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： （5-2-1） TT3TP9550000Tn=W0.2d式中： 扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa；TT： 軸所受的扭矩，N；mm： 軸的抗扭截面系數(shù)，；TW3mmn： 軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P： 軸的傳遞功率，k W；d： 計算截面處軸的直徑；mm；：許用扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa。 T其中，因為電機的功率為 P=7.5KW，故設(shè)矯直機上分得的功率為 1.0KW。轉(zhuǎn)速n=9.6r/min ，d=78mm，并且查表得，40Cr 制成的軸的許用扭轉(zhuǎn)強度=3555 Mpa。 T將各值代入公式（5-2-1）得，=10.5 Mpa。T故，所以校核通過。T T5.2.2 傳動軸 II 的校核如圖 3.1b 所示，傳動軸 II 的危險截面為軸與從動錐齒輪的連接處以及周與矯直輪的連接處，故分別按這兩處進行強度校核。（1）對軸與從動錐齒輪連接處的校核：因為主動錐齒輪和從動錐齒輪具有相同的模數(shù)以及齒數(shù)，故假設(shè)其中 P=1.0KW，轉(zhuǎn)速 n=9.6r/min，d=60mm，并且由于軸的材料相同，故軸的許用扭轉(zhuǎn)強度=3555 TMpa。- 25 -將各值代入公式（5-2-1）得，=23 Mpa。T故，所以校核通過。T T(2)對軸與矯直輪連接處的校核：其中 P=1.0KW，轉(zhuǎn)速 n=9.6r/min，d=64mm，并且軸的許用扭轉(zhuǎn)強度=3555 TMpa。將各值代入公式（5-2-1）得，=19.0 Mpa。T故，所以校核通過。T T因此，軸的扭轉(zhuǎn)強度符合要求，校核通過。5.35.3 錐齒輪的校核錐齒輪的校核5.3.1 錐齒輪齒根彎曲疲勞強度的校核主動錐齒輪的齒制為 GB12369-90，大端端面模數(shù)=8，齒數(shù) Z=22，刀具齒形角em，刀具的齒頂高系數(shù)，切向變位系數(shù)，徑向變位系數(shù) X=0，大端齒20*ah1tX0高17.6。eh 從動錐齒輪的齒制為 GB12369-90，大端端面模數(shù)=8，齒數(shù) Z=22，刀具齒形角em，刀具的齒頂高系數(shù)，切向變位系數(shù)，徑向變位系數(shù) X=0，大端齒20*ah1tX0高17.6。eh 標準直齒圓柱齒輪的齒根危險截面的彎曲應力為 （5-3-tFaF0KFY=bm1）上式中的僅為齒根危險截面處的理論彎曲應力，實際計算式，還應計入齒根危險F0截面處的過渡圓角所引起的應力集中作用以及彎曲應力以外的其他應力對齒根應力的影響，因而得齒根危險截面的彎曲強度條件式為 （5-3-2） tFaSaFF0SaFKFY Y=Y =bm- 26 -因為直齒錐齒輪的彎曲疲勞強度可近似地按平均分度圓處的當量圓柱齒輪進行計算。因而可直接沿用上式 （5-3- tFaSaFFmKFY Y=bm3）化簡得 （5-3-4） tFaSaFFRKFY Y=bm.5（1-0）其中，直齒錐齒輪的載荷系數(shù)同樣為，其中使用系數(shù)查表得AvK=K K K KAK=1，動載荷系數(shù)=1，=1，=1.65。故 K=1.65。、分別為齒形系數(shù)及AKvKHKHKFaYSaY應力校正系數(shù)，查表得=2.72，=1.57。令，稱為錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)，通FaYSaYRbR常取=0.250.35，最常用的值為=1/3。RR引入式 （5-3-21u1Rd25）得 （5-3-6）22R1 R1 Ru1u1bR=d=mz22代入得 b=41.5mm。因為電機的功率為 P=7.5KW，故設(shè)矯直機上分得的功率為 1.0KW。轉(zhuǎn)速=9.6r/min，故12nn=1.0N1T5195.5 10 Pn595.5 101.09.6610mm公式 （5-3-7）11tm1R2T2TFdm.5z1（1-0）代入值的= N。tF41.37 10將各值代入公式（5-3-4）得，= =350 Mpa。F1F2- 27 -彎曲疲勞許用應力公式為： （5-3- FN1FE1F1K=S8） （5-3- FN2FE2F2K=S9）其中彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85、=0.85，彎曲疲勞強度極限=640 FN1KFN2KFE1FE2Mpa。假設(shè)安全系數(shù) S=1。代入得= =527 Mpa。 F1 F2故，校核通過。F1F1F2F25.3.2 錐齒輪齒面接觸疲勞強度的校核直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強度，仍按平均分度圓處