机械毕业设计697钢坯火焰清理机设计Word下载.docx

机械毕业设计697钢坯火焰清理机设计Word下载.docx

《机械毕业设计697钢坯火焰清理机设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计697钢坯火焰清理机设计Word下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1.1概述

所谓钢坯火焰清理（searfingofbillet）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两种方式。

其中实现机械作业的装置称火焰清理机。

它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，然后利用高压的纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯的一个顶面、一个底面和两个侧面的表面缺陷进行火焰清理作业。

热钢坯火焰清理需要采取机械作业的方式。

冷钢坯火焰清理既可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。

但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清机的设计、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火焰清理方式。

1.2钢坯火焰清理机的重要性

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本文主要研究的内容

火焰清理机是清除钢坯上、下表面氧化层和表层下裂纹缺陷的重要设备，是轧制加工质量的前期必要保障，因此，为满足火焰清理工序要求和项目技术指标要求，钢坯火焰清理机应具有如下功能：

1、钢坯柔性支承与定位功能

2、钢坯自动夹紧与转动翻板功能

3、氧化皮和裂纹自动去除功能

4、废屑自动排除功能

第二章火焰清理装置龙门架机座设计

2.1电动机的选择

电动机的功率，应该根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。

选择时应注意一下两点：

1、如果电动机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏。

甚至电动机被烧毁。

2、如果电动机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。

要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：

P=F*V/1000（P=计算功率KW,F=所需拉力N，工作机线速度M/S）

对于恒定负载连续工作方式，可按下式计算所需电动机功率：

P1（kw）:

P=P/n1n2

式中n1为生产机械的效率；

n2为电动机的效率，即传动效率。

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=4。

齿数z=32。

选用XB1-32型号通用谐波减速器，减速比为40。

电机选用法兰克生产型号为20的交流伺服电机，最大静转矩为22.5Nm。

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=Wμd／2i

T=T末n末/ni=T末μi→

T=Mμgd/2i=5000*0.15*9.8*128/（2*40）=11.76N*m

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=o.15，d=22mm，i=40代入后。

T=11.76N*m，小于22.5Nm（查表得到），这说明电机选择是合理的。

2.2齿轮齿条的设计

2.2.1原理说明：

齿轮齿条机构,就是完成直线运动和转动相互转化的机构。

其各部分功用及相互关系如下：

a.齿条——也称作直线齿轮，它与小齿轮相互啮合。

b.小齿轮——与齿条相互啮合，依靠齿条的直线驱动，齿轮的输出轴做回转运动。

c.直进与回转的关系——齿条的移动量与齿条的转角，无论在任何位置都保持一定，所以这是等值直进回转交换机构。

当齿条的移动量与齿轮圆周相等时，齿条驱动一次，齿轮转动一周。

计算参数

分度圆直径：

d=mz

齿顶高：

ha=ha*m

齿顶高系数:

ha*

正常齿：

ha*＝1

短齿制：

ha*＝0.8

齿根高：

hf=（ha*+c*）m

顶隙系数:

c*

c*＝0.25

c*＝0.3

全齿高：

h=ha+hf=（2ha*+c*）m

齿顶圆直径：

da=d+2ha=（z+2ha*）m

齿根圆直径：

df=d-2hf=（z-2ha*-2c*）m

基圆直径：

db=dcosα=mzcosα

法向齿距：

pn=pb=πdb/z=πmcosα=pcosα统一用pb表示

标准齿轮：

m、α、ha*、c*取标准值，

且e=s的齿轮。

备注：

齿轮齿条不同齿顶高度系数：

2.2.2主要部件设计说明

1、啮合齿轮的数据确定

设模数m=4，z=32，α=20º

，计算如下：

d=m×

z=4×

32=128

da=d+2ha=128+2×

1×

4=136

df=d-2hf=128-2×

1.25×

4=116

2、齿条的设计

，其宽选择20+10，计算如下：

B=φd=128*0.4=50

P=πm=3.14*4=12.56

e=P/2=6.28

2.3钢轨的选择

钢轨是轨道的主要部件，用于引导机车车辆行驶，并将所承受的荷载转移。

同时，为车轮的滚动提供阻力最小的接触面。

钢轨的工作条件十分复杂。

车轮施加于钢轨上的作用力，其大小、方面和位置都具有很大的随机性。

这引起都有和机车车辆与轨道的相互作用有关。

除轮载外，气候及其他因素对钢轨受力也有影响，例如，轨温的变化可以使钢轨内部产生很大的温度力，特别是无缝线路上。

钢轨是作为一根支承在连续弹性基础或点支承上的无限长梁进行工作的。

它主要承受轮载作用下的弯曲应力，但是也必须有能力承担轮轨接触点上的接触应力，以及轨腰与轨头或轨底连接处可能产生的局部应力和温度变化作用下的温度应力。

在轮载和温度力的作用下，钢轨产生复杂的变形：

压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等。

为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨除必须充分发挥上述诸功能外，还应保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。

这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性能。

机车依靠其动轮与钢轨顶面之间的摩擦作用牵引列车前进，这就要求钢轨顶面粗糙，使车轮与钢轨之间产生足够的摩擦力。

但对车辆来说，摩阻力太大会使行车阻力增加，这就又要求钢轨有一个光滑的滚动表面。

从这一矛盾的主要方面出发，钢轨仍应维持其光滑的表面，必要时，可用向轨面撒砂的方法提高机车动轮与钢轨之间的粘着力。

钢轨依靠本身的刚度抵抗轮载作用下的弹性弯曲，但是为了减轻车轮对钢轨的动力冲击作用，防止机车车辆步行部分及钢轨的折损，又要求钢轨具有必要的弹性。

车轮与钢轨之间接触面积很小，而来自车轮的的压力却十分巨大，为使钢轨不致被压陷或磨耗太快，钢轨应具有足够的硬度。

但硬度太高，钢轨又容易受冲击而折损，因此，要求钢轨具有一定的韧性。

1、钢轨的材质和机械性能

钢轨的材质和机械性能主要取决于钢轨的化学成分、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。

钢轨钢的化学成分除含铁（Fe）外，还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。

碳对钢的性质影响最大。

提高钢的含碳量，其抗拉强度、耐磨性及硬度均迅速增加。

例如，当含碳量从0.35%增加为0.65%，可使平炉钢轨的耐磨性能提高60%。

但含碳量过高，也会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降。

因此，一般含碳量不超过0.82%。

锰可以提高钢的强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物，其含量一般为0.6%～1.0%。

锰含量超过1.2%者称中锰钢，其抗磨性能很高。

硅易与氧化合，故能去除钢中气泡，增加密度，使钢质密实细致。

在碳素钢中，硅含量一般为0.15%~0.30%.提高钢的含硅量也能提高钢轨的耐磨性能。

磷与硫在钢中均属有害成分。

磷过多（超过0.1%），使钢轨具有冷脆性，在冬季严寒地区，易突然断裂。

硫不溶于铁，不论含量多少均生成硫化铁，在985℃时，呈晶态结晶析出。

这种晶体性脆易溶，使金属在800~1200℃时发脆，在钢轨轧制或热加工过程中容易出现大量废品。

所以磷、硫的含量必须严格加以控制。

表中除U71、U74为碳素钢外，其他均为提高锰、硅含量或增加铜含量的中锰、高硅或含铜合金钢。

钢轨钢的物理力学性能包括强度极限σb、屈服极限σs、疲劳极限σr、伸长率δ5、断面收缩率ψ、冲击韧性（落锤试验）αh及硬度等。

这些指标对钢轨的承载能力、磨损、压溃、断裂和其他伤损有很大的影响。

钢轨接头处轮轨冲击力很大，为加强接头处钢轨的抗磨能力，在钢轨两端30~70mm范围内进行轨顶淬火，淬火深度达8-12mm。

为提高钢轨耐磨和抗压性能，还应对钢轨进行全长淬火处理。

它是采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。

综前所述，为适应车间的生产环境以及符合整个龙门架的要求。

选用国产轻轨22。

2、22kg轨道钢参数

标准=GB/T11264-1989

钢轨型号\kg/m=22

截面尺寸\轨高A\mm=93.66

截面尺寸\底宽B\mm=93.66

截面尺寸头宽C\mm=50.8

截面尺寸\头高D\mm=26.98

截面尺寸\腰高E\mm=50

截面尺寸\底高F\mm=6.67

截面尺寸\腰厚t\mm=10.72

截面尺寸S1\mm=63.5

截面尺寸S2\mm=127

截面尺寸φ\mm=24

截面尺寸R\mm=304.7999878

截面尺寸R1\mm=6.35

截面尺寸r\mm=7.94

截面面积\cm^2=28.39

理论重量\kg/m=22.3

重心距离c\cm=4.52

重心距离e\cm=4.85

惯性矩I\cm^4=339

截面系数Z\cm^3=69.6

回转半径I\cm=3.45

结论与展望

本文对火焰清理机龙门架机座的一些关键数据进行了研究，获得了一些成果与结论。

我们求出了电动机的功率选择和齿轮齿条的数据及轨道的选择要求，现已经能够熟练的操作SolidWorks制图软件。

同时我们对机构的尺寸确定、传动角及各角度的验算、电动机的选取都有了一定的掌握。

随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴联动的加工中心。

作为数控机床的主要功能部件，数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。

这样就对数空转台各方面的性能要求越来越高，通过本文的研究分析得出的结论我们有理由相信：

在不久的将来我国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。

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

致谢

我是机械设计制造及其自动化11届的毕业生，毕业前我们顺利地完成了钢坯火焰清理机的毕业设计课题。

面对自己的设计成果，既是激动也是感动，这是因为完成了毕业设计的全过程，在整个过程中学到了不少的东西，受益匪浅。

毕业前，当胡自化教授给我们布置毕业设计任务时，未曾想到，机械毕业设计提出的要求并非所想那么容易，要求我们从一个一无所有开始，并要求我们按企业生产的实际要求，把设备设计计算出来。

全过程式的毕业设计既有难度，又激起了我们的兴趣。

我们尽心尽力地去做，掌握了设计的整个思路、步骤、方法，进一步强化了制造软件的应用，更强化了我们的独立思维能力和整体协调能力。

现在，我们在胡自化教授的帮助下，将自己毕业设计的成品展示出来，表明我们全过程式毕业设计成功和学校培养应用型人才的体现。

实践是检验真理的标准，这话的确意味深长，知识必须通过应用才能体现它内在的价值，这次的毕业设计，我们自己为实现它的价值迈进了一大步。

在此，我们衷心感谢学院能为我们提供这次毕业设计实践机会与条件，同时，感谢胡自化教授的悉心指导。

在整个设计中我们学到很多，提高很多，更培养了我们独立工作能力，增加了对毕业后自己工作能力的信心。

限于经验不足，我们设计中虽仍存在很多不足，但经过这次实践，却使我们明确了今后的努力方向。

附录三：

三维整体装配图

火焰清理机立体图

火焰清理机侧视图

钢坯火焰清理机生产线立体图

钢坯火焰清理机生产线侧视图