鋼卷開(kāi)平機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、摘 要 開(kāi)平機(jī)是對(duì)金屬棒材、管材、線材等進(jìn)行矯直的設(shè)備。本課題首先對(duì)開(kāi)平機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)作了簡(jiǎn)單的介紹，接著闡述了開(kāi)平機(jī)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)組成和理論計(jì)算；然后在開(kāi)平機(jī)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)此次設(shè)計(jì)的目的，進(jìn)行鋼板開(kāi)平機(jī)的設(shè)計(jì)，再對(duì)開(kāi)平機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)組成所需類型、尺寸進(jìn)行計(jì)算和校核；接著用PLC設(shè)計(jì)整個(gè)開(kāi)平機(jī)的控制方案，最后進(jìn)行總結(jié)和展望。本次設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括以下內(nèi)容：矯直機(jī)類型，矯直原理，矯直機(jī)結(jié)構(gòu)的確定，矯直機(jī)基本力能參數(shù)計(jì)算、力能參數(shù)計(jì)算、電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算、工作輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核。 關(guān)鍵詞：開(kāi)平機(jī)，九輥矯直，板材，工作輥，PLC控制 ABSTRACT Straightening

2、 machine is a equipment, which straighten metal bar, pipe workpiece, wire and so on. First the article introduces briefly the research status and development trend of the straightening machine, then describes the design principles , structural composition and theoretical calculations of the straight

3、ening machine; Then on the basis of the principle of shearing machine, according to the purpose of the design, design the straightening machine for steel plate, then calculate and check machine structure composed and size of the desired type. Then use the PLC to design the control program of the str

4、aightening machine.At last,summary and outlook. It includes the following: the type of straightening machine, the theory of straightening machine and the structure of straightening machine, the calculation of straightening machine’s basic parameters, the structural design and the checking of the wor

5、k roll. Key words: straightening machine, nine roller straightening, plates, the work roll, PLC control  目 錄 1 緒論-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1.1選題背景及其意義----------------------------------------------------

6、-------1 1.2文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)）---------------------------------------2 1.3研究?jī)?nèi)容-----------------------------------------------------------------------------------6 1.4課題設(shè)計(jì)要求----------------------------------------------------------------------------7 2鋼板開(kāi)平機(jī)的總體設(shè)計(jì)-----------------------------------

7、-----------------------------------9 2.1鋼板開(kāi)平機(jī)的相關(guān)參數(shù)----------------------------------------------------------------------------------9 2.2開(kāi)平機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)----------------------------------------------------------------------------------10 3開(kāi)平機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算-------------------------------------------------------

8、-----------17 3.1 開(kāi)平機(jī)基本參數(shù)的確定----------------------------------------------------------------------17 3.2 輥式開(kāi)平機(jī)的力能參數(shù)確定---------------------------------------------------------------------19 3.3工作輥強(qiáng)度計(jì)算----------------------------------------------------------------------22 3.4輥?zhàn)虞S承校核---------------

9、--------------------------------------------------------------24 4 開(kāi)平機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------27 4.1 PLC基礎(chǔ)-------------------------------------------------------------------------------27 4.2 開(kāi)平機(jī)的PLC控制方案------------------------------------

10、--------------------------------27 4.3 開(kāi)平機(jī)的PLC控制I/O端口分配表-----------------------------------------------------27 4.4 開(kāi)平機(jī)的PLC控制接線圖----------------------------------------------------------------28 4.5 開(kāi)平機(jī)的PLC控制梯形圖----------------------------------------------------------------29 5 結(jié)論--------------

11、---------------------------------------------------------------------------31 參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------------------------------32 致謝---------------------------------------------------------------------------------------------34 34 / 38文檔可自由編輯打印

12、 1 緒論 1.1選題背景及其意義 1.1.1應(yīng)用背景 在板帶材的軋制生產(chǎn)中，由于軋件溫度不均，變形不均及軋后冷卻不均、運(yùn)輸和其他因素的影響，致使軋制出來(lái)的產(chǎn)品常出現(xiàn)波浪彎和瓢曲等缺陷。為此軋后鋼材必須經(jīng)過(guò)矯正，以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶的使用要求。 矯直技術(shù)屬于金屬加工學(xué)科的一個(gè)分支，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日用金屬加工業(yè)，儀器儀表制造業(yè)，汽車、船舶和飛機(jī)制造業(yè)，石油化工業(yè)，冶金工業(yè)，建筑材料業(yè)，機(jī)械裝備制造業(yè)，以及精密加工制造業(yè)。矯直技術(shù)在廣度和深度方面的巨大發(fā)展迫切要求矯直理論能進(jìn)一步解決一些疑難問(wèn)題，推動(dòng)開(kāi)發(fā)新技術(shù)和研制新設(shè)備。尤其在黨的十六大之后，要求用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，矯直

13、技術(shù)也要跟上時(shí)代。首先要在矯直機(jī)設(shè)計(jì)、制造、矯直過(guò)程分析、矯直參數(shù)設(shè)定及矯直質(zhì)量預(yù)測(cè)等方面搞好軟件開(kāi)發(fā)；其次要進(jìn)行數(shù)字化矯直設(shè)備的研制，使矯直技術(shù)走上現(xiàn)代化的道路，不斷豐富金屬矯直學(xué)的內(nèi)容。 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)成品的質(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。不過(guò)理論滯后于實(shí)踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負(fù)轉(zhuǎn)矩的破壞作用在20世紀(jì)下半葉才得以解決，但其破壞作用的機(jī)理直到20世紀(jì)80年代末才被闡明。另外，就矯直理論的總體來(lái)看，仍然處于粗糙階段，首先就是其基本參數(shù)的確定還要依靠許多經(jīng)驗(yàn)算法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

14、，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度等；其次是許多技術(shù)現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺、矯直噪聲、斜輥矯直特性、斜輥輥形特性、拉彎變形匹配特性等都缺乏理論闡述；再次是理論的概括性不夠，一套公式不僅不能包括各種斷面型材，甚至不能包括同類斷面而尺寸和材質(zhì)不同的工件，如彎距和矯直曲率等都缺少通用表達(dá)式。 1.1.2 設(shè)計(jì)意義 由于運(yùn)輸方便，包裝簡(jiǎn)單等原因，大部分的鋼材生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的板材都是卷的形式，而鋼板在實(shí)際使用的過(guò)程中希望是平板形式。 基于上述情況，本課題提出設(shè)計(jì)一種鋼板開(kāi)平機(jī)，目的在于將卷狀的金屬板材整形成平板形式，方便后續(xù)鋼板的加工。該課題的研究對(duì)于提高學(xué)生的工程能力，拓展生存空間有著非常

15、重要的意義，以及為今后鋼板開(kāi)平機(jī)的深入研究做一個(gè)前期的準(zhǔn)備工作，具有重要的社會(huì)意義。 1.2文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)） 矯直技術(shù)歷史悠久，但其產(chǎn)生時(shí)間并未有確切的時(shí)間記載。但從文物發(fā)掘中看到我國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期寶劍的平直度可以使人想象到當(dāng)時(shí)手工矯直和平整技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平。在我國(guó)古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品與工具，小自針錐、大到鐵杵，都要求用矯直技術(shù)來(lái)完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設(shè)備與工具是極簡(jiǎn)單的，如平錘、砧臺(tái)等。對(duì)大型工件的手工矯直常借助高溫加熱進(jìn)行。古代人在矯直及整形的實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯往必須過(guò)正”的哲理，用之于矯直技術(shù)頗有一語(yǔ)道破天機(jī)之功

16、。 現(xiàn)代矯直機(jī)的快速發(fā)展是從18世紀(jì)末的歐洲產(chǎn)業(yè)革命開(kāi)始的。到19世紀(jì)30年代，冶鐵技術(shù)發(fā)展起來(lái)，鋼產(chǎn)量迅速成倍的增長(zhǎng)。到19世紀(jì)末期時(shí)，鋼產(chǎn)量增加了50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也明顯增加。這時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機(jī)械、軋鋼機(jī)械和矯直機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動(dòng)代替蒸汽動(dòng)力為標(biāo)志，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。到1914年英國(guó)發(fā)明了212型五輥式矯直機(jī)，解決了鋼管矯直問(wèn)題，同時(shí)提高了棒材矯直速度。20世紀(jì)20年代，日本已能制造多輥矯直機(jī)。20世紀(jì)30 年代中期，發(fā)明了222型六輥式矯直機(jī)，顯著提高了管材矯直質(zhì)量。20世紀(jì)60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問(wèn)題，美國(guó)薩頓公司研制成功313七輥式矯直

17、機(jī)。 20世紀(jì)30到40年代國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)及板材矯直機(jī)也得到了迅速發(fā)展，而且相繼進(jìn)入到中國(guó)的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。新中國(guó)成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見(jiàn)到德、英、日等國(guó)家制造的矯直機(jī)。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)的矯直機(jī)大量的進(jìn)入到中國(guó)，同時(shí)，世界上隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)進(jìn)步速度加快，矯直機(jī)的品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。20世紀(jì)70年代，我國(guó)改革開(kāi)放以后接觸到大量的國(guó)外設(shè)計(jì)研制成果，同時(shí)也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備。如英國(guó)的布朗克斯矯直機(jī)；德國(guó)的凱瑟琳、德馬克連續(xù)拉彎矯直機(jī)及高精度壓力矯直機(jī)；日本的薄板矯直機(jī)等。與此同時(shí)，我

18、國(guó)科技界一直在努力提高自己的科研設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。從20世紀(jì)50年代起提出的雙曲線輥形設(shè)計(jì)的精確計(jì)算法及文獻(xiàn)提出的矯直曲率方程式到80年代提出的等曲率反彎輥形計(jì)算法。此外，以西安重型機(jī)械研究所為代表的科研單位和以太原重型機(jī)械廠為代表的設(shè)計(jì)制造部門完成了大量的矯直機(jī)設(shè)計(jì)研制工作。進(jìn)入90年代之后，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機(jī)獲得了國(guó)家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省級(jí)部級(jí)科技成果進(jìn)步獎(jiǎng)；有的獲得了國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。如已經(jīng)研制成功的雙向反彎輥形2輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)，平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動(dòng)切料機(jī)等。 1.2.1 矯直機(jī)類型 (1) 壓力矯直機(jī) 軋件在

19、活動(dòng)壓頭和兩個(gè)固定支點(diǎn)間，利用一次反彎的方法進(jìn)行矯直。這種矯直機(jī)用來(lái)矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于φ200～φ300毫米）鋼管或用作輥式矯直機(jī)的補(bǔ)充矯直。壓力矯直機(jī)的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低且操作較繁重。壓力矯直機(jī)有立式（圖1-1a）和臥式（圖1-1b）兩種。 (2) 拉伸矯直機(jī) 拉伸矯直機(jī)也稱張力矯直機(jī)，主要用于矯直厚度小于0.6毫米的薄鋼板和有色金屬板材。 通常，輥式板帶材矯直機(jī)只能有效的矯直軋件的橫向或縱向彎曲（即二元形狀缺陷）。至于板帶材的中間瓢曲和邊緣浪形（三元形狀缺陷）則是由于板材沿長(zhǎng)度的方向各纖維變形量不等造成的。為了矯正這種缺陷，需要使軋件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃苄匝由臁Ｔ谄胀ㄝ伿匠C直機(jī)

20、上雖然能使這種缺陷有所改善，但矯直效果不理想。這時(shí)需要采用拉伸矯直方法。拉伸矯直的主要特點(diǎn)是對(duì)軋件施加超過(guò)材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性變形，從而將軋件矯直。 圖1-1j是矯直單張板材的鉗式拉伸矯直機(jī)。這種設(shè)備生產(chǎn)率低且?jiàn)A鉗夾住的部分要切除，造成的金屬損耗太大。圖1-1k是張力平整組。他能對(duì)成卷帶材進(jìn)行粗矯，也能改善軋件的機(jī)械性能。圖1-1l是連續(xù)拉伸機(jī)組。它由兩個(gè)張力輥組成 。拉伸所需的張力由張力輥對(duì)帶材的摩擦力產(chǎn)生。這種矯直機(jī)主要用于有色金屬。圖1-1m是帶有張力的輥式矯直機(jī)組。這種結(jié)構(gòu)用于連續(xù)矯直高強(qiáng)度薄帶材。但因輥式矯直機(jī)的工作輥很難單獨(dú)調(diào)整，同時(shí)，在張力作用下，工作輥容易竄動(dòng)，

21、因而影響了矯直質(zhì)量。目前，這種結(jié)構(gòu)的矯直機(jī)已被拉伸彎曲矯直機(jī)取代。 (3) 拉彎矯直機(jī) 為了提高軋件矯直質(zhì)量，近年來(lái)拉伸彎曲矯直機(jī)組(圖1-1n)得到較大發(fā)展。拉伸彎曲的基本原理是當(dāng)帶材在小直徑輥?zhàn)由蠌澢鷷r(shí)，同時(shí)施加張力，使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而較平。這種矯直機(jī)組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強(qiáng)度極薄鋼板）。拉伸彎曲機(jī)組也可在酸洗機(jī)組上進(jìn)行機(jī)械破鱗，以提高酸洗速度。 圖1-1 矯直機(jī)的基本類型 (4) 管材、棒材矯直機(jī) 管、棒材矯直的原理也是利

22、用多次反復(fù)彎曲軋件，是軋件矯直 。 圖1-1g是斜輥式矯直機(jī)。這種矯直機(jī)的工作輥具有類似雙曲線的空間曲線的形狀。兩排工作輥軸線相互交叉。管棒材在矯直時(shí)邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，從而獲得對(duì)軸線對(duì)稱的形狀。圖1-1h是“313”型輥式矯直機(jī)。這種矯直機(jī)的設(shè)備重量輕，易于調(diào)整和維修，用于矯直管棒材時(shí)，效果很好。圖1-1i是偏心軸式矯直機(jī)用來(lái)矯直薄壁管。 (5) 輥式矯直機(jī) 在輥式矯直機(jī)上軋件多次反復(fù)彎曲而得到矯直。輥式矯直機(jī)生產(chǎn)率高而且容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，在型鋼車間和板帶材車間獲得廣泛應(yīng)用。 輥式矯直機(jī)的類型很多，在圖1-1中圖c～h列出了幾種主要的類型。圖1-1c是上排每個(gè)工作輥可單獨(dú)調(diào)整的輥式矯直機(jī)。這

23、種調(diào)整方式較靈活，但由于結(jié)構(gòu)配置上的原因，它主要用于輥數(shù)較少、輥距較大的型鋼矯直機(jī)。圖1-1d是整排上工作輥平行調(diào)整的矯直機(jī)。通常，出入口的兩個(gè)上工作輥（也稱導(dǎo)向輥）做成可以單獨(dú)調(diào)整的，以便于軋件的導(dǎo)入和改善矯直質(zhì)量。這種矯直機(jī)廣泛用來(lái)矯直4～12mm以上的中厚板。圖1-1e是整排上工作輥可以傾斜調(diào)整的矯直機(jī)。這種調(diào)整方式使軋件的彎曲變形逐漸減小，符合軋件矯直時(shí)的變形特點(diǎn)。它廣泛用于矯直4毫米以下的薄板。圖1-1f是上排工作輥可以局部?jī)A斜調(diào)整（也稱翼傾調(diào)整）的矯直機(jī)。這種調(diào)整方式可增加軋件大變形彎曲的次數(shù)，用來(lái)矯直薄板。 1.2.2 矯直原理 若軋件具有單值曲率的圓弧，則用三個(gè)輥?zhàn)邮蛊浞?/p>

24、彎至曲率為，且連續(xù)通過(guò)，即可完全矯直。但實(shí)際情況中，軋件的原始曲率沿長(zhǎng)度方向往往是變化的，不僅是多值的，而且彎曲方向也不同，所以僅用三個(gè)輥?zhàn)拥某C直方法是不行的。為了保證矯直質(zhì)量，必須增加矯直輥的數(shù)量。輥式矯直機(jī)一般至少要五個(gè)工作輥。本設(shè)計(jì)方案采用的是上下輥平行排列的矯直方案，即上排輥相對(duì)下排輥平行排列，集體升降，矯直時(shí)所有上排輥?zhàn)拥膲合铝肯嗤?，除首尾輥外，其余各輥?zhàn)犹庈埣澢料嗤那省? 當(dāng)時(shí)，矯直原始曲率為的軋件，若第2輥使變?yōu)?，?輥使變?yōu)?，由于彈性變形不足和殘余?yīng)力的影響，后面的輥?zhàn)幼饔貌淮?，軋件的殘余曲率?huì)接近于。為了提高矯直精度，較徹底的消除殘余曲率，必須。 圖1-2 上

25、下輥平行排列矯直原理圖 如圖1-2所示，軋件的原始曲率為。通過(guò)第2輥?zhàn)雍螅優(yōu)?，殘余曲率為—，通過(guò)第3輥?zhàn)雍?，變?yōu)楹妥優(yōu)?，殘余曲率為—；通過(guò)第4輥?zhàn)雍?，變?yōu)?，殘余曲率為—；依次類推，殘余曲率范圍逐漸縮小，經(jīng)若干輥?zhàn)雍?，殘余曲率趨于定值。若矯直機(jī)的出口輥的壓下可單獨(dú)調(diào)整，則可完全消除該定值的殘余曲率，即軋件得到完全矯直。實(shí)際上輥數(shù)是有限的，只能達(dá)到限定的矯直精度，若是軋件反復(fù)通過(guò)矯直機(jī)，則起到增加輥數(shù)的作用，即可提高矯直精度。 1.3 研究?jī)?nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容包括根據(jù)現(xiàn)有鋼板開(kāi)平機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，完成對(duì)鋼板開(kāi)平機(jī)的設(shè)計(jì)方案的選定，矯直力、矯直力矩的計(jì)算以及矯直機(jī)主電機(jī)功率的計(jì)算，對(duì)主要零

26、部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)所選軸承進(jìn)行壽命計(jì)算。完成矯直機(jī)的主要零部件、總體設(shè)計(jì)圖紙。 要解決的主要問(wèn)題：通過(guò)方案設(shè)計(jì)矯直機(jī)主體結(jié)構(gòu)，包括升降系統(tǒng)，上輥?zhàn)?，下輥?zhàn)樱瑺恳佔(zhàn)右约皞鲃?dòng)系統(tǒng)等并闡述矯直機(jī)結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，介紹工藝過(guò)程。 1.4 課題設(shè)計(jì)要求 1.4.1.開(kāi)平機(jī)結(jié)構(gòu)組成、工作原理的介紹 開(kāi)平機(jī)主體結(jié)構(gòu)由上輥?zhàn)雍拖鹿髯咏M成，上下輥?zhàn)幼饔糜阡摪澹沟糜捎谶\(yùn)輸方便而做成卷狀的鋼板整形成平板形式。 開(kāi)平機(jī)的上部設(shè)計(jì)了一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，由蝸桿與蝸輪互相嚙合組成的交錯(cuò)軸間的齒輪傳動(dòng)

27、，形成升降的形式，使得上輥?zhàn)雍拖螺佔(zhàn)娱g的距離可以控制，來(lái)對(duì)不同厚度的鋼板進(jìn)行輥?zhàn)泳嚯x的調(diào)整。 開(kāi)平機(jī)的入口處設(shè)計(jì)了一個(gè)送料裝置，將鋼板送入開(kāi)平機(jī)中。 開(kāi)平機(jī)的出口處設(shè)計(jì)了一對(duì)牽引輥?zhàn)?，?duì)鋼板形成引導(dǎo)。 1.4.2.開(kāi)平機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) 對(duì)開(kāi)平機(jī)整體結(jié)構(gòu)參數(shù)（輥徑和輥距、輥數(shù)、輥身長(zhǎng)度L等）進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì)和選用，并用Autocad二維繪圖軟件進(jìn)行最終整體組成結(jié)構(gòu)的繪制。 1.4.3.開(kāi)平機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算 根據(jù)矯直材料、矯直厚度、矯直寬度和矯直速度進(jìn)行矯直工藝的初步制定。對(duì)矯直機(jī)的力能參數(shù)（矯直力、矯直力矩和矯直功率等）進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。 1.4.4.開(kāi)平機(jī)剛度、強(qiáng)度的校核 根據(jù)已選定

28、的零件材料和計(jì)算出來(lái)的力能參數(shù)對(duì)各部分結(jié)構(gòu)部件（機(jī)架、矯直輥、矯直輥軸承）的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行最終的校核。 1.4.5.電動(dòng)機(jī)的選擇 首先介紹并闡述了電動(dòng)機(jī)選擇的基本方法，然后根據(jù)計(jì)算出來(lái)的矯直功率以及矯直機(jī)的工作制度對(duì)矯直機(jī)各部分所使用的電機(jī)進(jìn)行正確的選擇，選用三相交流異步電機(jī)。 1.4.6.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本鋼卷開(kāi)平機(jī)擬采用可編程序控制器PLC對(duì)開(kāi)平機(jī)進(jìn)行控制。首先選取PLC型號(hào)，然后根據(jù)開(kāi)平機(jī)的工作流程繪制PLC控制原理圖，編制出PLC程序，最后畫出梯形圖。 控制部分：選擇三菱PLC程序編寫，確定PLC型號(hào)，進(jìn)而分配I/O點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)作順序分析畫出流程圖，然后通過(guò)PL

29、C編程的知識(shí)，編寫出梯形圖和控制原理圖。 1.4.7.預(yù)期能達(dá)到的目標(biāo) 通過(guò)本次課題的畢業(yè)設(shè)計(jì)將自己四年中所學(xué)到機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、材料力學(xué)、液壓傳動(dòng)、PLC控制技術(shù)等等知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)自己的努力以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和糾正，設(shè)計(jì)出要求的鋼卷開(kāi)平機(jī)。 2 鋼板開(kāi)平機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 鋼板開(kāi)平機(jī)的相關(guān)參數(shù) 本矯直機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為： 矯直材料Q235； 鋼板厚度H=3—16mm； 最大板寬B=2100mm； 矯直溫度400—600℃； 矯直速度

30、0.4—1.35m/s； 矯直輥輥距280mm；輥徑250mm；輥身長(zhǎng)2350mm；5個(gè)上輥，4個(gè)下輥； 升降裝置采用一臺(tái)40kw、1455r/min的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)； 矯直輥?zhàn)与姍C(jī)一臺(tái)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)：200kw、額定轉(zhuǎn)速為1490r/min。 牽引輥?zhàn)与姍C(jī)一臺(tái)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)：200kw。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在本方案中，設(shè)計(jì)計(jì)算了矯直機(jī)的基本力能參數(shù)，如輥距，輥徑等；工作輥的結(jié)構(gòu)與裝配方案，并對(duì)其進(jìn)行了校核；升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 通過(guò)方案設(shè)計(jì)矯直機(jī)主體結(jié)構(gòu)，包括升降系統(tǒng)，上輥?zhàn)?，下輥?zhàn)樱瑺恳佔(zhàn)右约皞鲃?dòng)系統(tǒng)等并闡述矯直機(jī)結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，如圖2-1所示。

31、 圖2-1 鋼卷開(kāi)平機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 2.2 開(kāi)平機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu) 2.2.1 上下輥?zhàn)?（用于矯直鋼板） 按工作輥的調(diào)整方法和排列方式不同，工作輥的結(jié)構(gòu)有以下幾種基本形式： 1）每個(gè)上輥可單獨(dú)調(diào)整高度的。如圖2-2a，每個(gè)上輥都具有單獨(dú)的軸承座和壓下調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證任意調(diào)整高度。此外通常還可以移動(dòng)機(jī)架的上部分相對(duì)下部分進(jìn)行集體調(diào)整。能夠得到較高的矯直精度。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在實(shí)際中一般輥數(shù)較少。 2）上排輥?zhàn)蛹w平行調(diào)整高度。如圖2-2b，上排輥?zhàn)庸潭ㄔ谝粋€(gè)平行升降的橫梁上，只能集體上下平行調(diào)整，所以輥?zhàn)拥膲合铝肯嗤?，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但這

32、種調(diào)整方式只能用較小的（甚至是最小的）有效彎曲變形，才能得到較高的矯直精度，否則將出現(xiàn)較大的殘余曲率。為解決上述缺點(diǎn)，通常出入口上輥為單獨(dú)調(diào)整的。這種結(jié)構(gòu)方案廣泛應(yīng)用于中厚板的矯直。 3）上排輥?zhàn)蛹w傾斜調(diào)整。如圖2-2c，上排輥?zhàn)影惭b在一個(gè)可傾斜調(diào)整的橫梁上，由入口至出口軋件彎曲逐漸減小，可以實(shí)現(xiàn)大變形，小變形倆種矯直方案，能得到較高的矯直速度，調(diào)整也很方便，所以應(yīng)用廣泛。 圖2-2 板材輥式矯直機(jī)上輥調(diào)整方案 a-每個(gè)上輥單獨(dú)調(diào)整；b-上輥集體平行調(diào)整；c-上輥集體傾斜調(diào)整 圖2-3 混合排列的輥式矯直機(jī) a-入口平行、出口傾斜；b-中間平行、倆端傾斜 4）

33、平行和傾斜混合排列的矯直機(jī)。如圖2-3，一種是入口段為平行排列，出口段為傾斜排列，增加了入口段軋件的大變形過(guò)程，可提高矯直質(zhì)量。另一種是中間為平行排列，倆端為傾斜排列，它不僅能提高矯直質(zhì)量，而且可改善咬入條件和作用于可逆矯直。 2.2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng) (1) 機(jī)列布置 機(jī)列布置是指電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)座的總體安排。他取決于車間內(nèi)與之聯(lián)系的設(shè)備布置情況、安置該矯直機(jī)的面積亦即傳動(dòng)裝置的布置形式等。圖2-4是幾種典型的機(jī)列布置示意圖。 圖2-4a是機(jī)列布置中最簡(jiǎn)單的一種，扭矩由電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)合減速機(jī)傳到工作輥。由于減速機(jī)與齒輪座放在一個(gè)箱體內(nèi)，機(jī)列布置較緊湊，占地面積小，重量輕，潤(rùn)滑集中。

34、但是，聯(lián)合減速機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，比較不容易加工制造和維修。 圖2-4b是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)傳到齒輪座，齒輪座再通過(guò)幾根輸出軸傳動(dòng)工作輥的布置形式。這種布置方式中的減速機(jī)與齒輪座的結(jié)構(gòu)均較簡(jiǎn)單，但機(jī)列長(zhǎng)度較長(zhǎng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率超過(guò)60～80千瓦時(shí)，通常采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這樣不僅可以使減速機(jī)負(fù)荷均勻，而且可縮短機(jī)列長(zhǎng)度。一般情況，這種布置方式的機(jī)列總寬均不超過(guò)工作機(jī)座的寬度，故適于在連續(xù)機(jī)組中布置。 圖2-4d除具有圖b、c的優(yōu)點(diǎn)外，還有機(jī)列總長(zhǎng)度較短的優(yōu)點(diǎn)，只是這種布置形式需要使用較為復(fù)雜的傘齒輪減速機(jī)。 圖2-4 幾種典型的機(jī)列布置示意圖 圖2-4e與圖2-4d相似，但是采用了球面蝸輪減速機(jī)

35、。一般只在齒輪座必需采用兩根相距較遠(yuǎn)的輸入軸時(shí)，才使用這種布置形式。圖2-4e與圖2-4d所示的機(jī)列其寬度很大，只是在機(jī)列長(zhǎng)度受限制時(shí)，才采用。 (2) 主傳動(dòng)系統(tǒng) 主傳動(dòng)系統(tǒng)包括減速機(jī)、齒輪座和萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)等。 1）減速機(jī)。在矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中，減速機(jī)除有減速作用外，還有均衡分配傳動(dòng)扭矩的作用，因此也稱減速分配器。它有三種主要形式：圓柱齒輪型、圓柱-圓錐齒輪型和蝸輪型。在這種形式中，每種又可分為單支（指單根輸出軸）、雙支、三支和四支等幾種結(jié)構(gòu)。 在輥數(shù)大于7的矯直機(jī)上，不易使用單支減速分配器。這是因?yàn)閭鬟f的總扭矩大，齒輪座的齒輪尺寸也大，使齒輪座輸出軸的間距很難與矯直機(jī)輥間距相適應(yīng)

36、。因此，在輥式鋼板矯直機(jī)上，大多使用多支的減速分配器，這樣也可使齒輪座的載荷均勻。 由于矯直機(jī)的第三輥（或第二輥）受的矯直扭矩最大，因此，對(duì)該輥要盡可能由減速機(jī)的一根輸出軸經(jīng)齒輪座直接傳動(dòng)，以減輕齒輪座的負(fù)荷。優(yōu)勢(shì)，為適應(yīng)矯直機(jī)在連續(xù)機(jī)組中的安裝，將矯直機(jī)設(shè)計(jì)成可以雙向進(jìn)料的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，矯直機(jī)另一端的第三輥（或第二輥）也由減速機(jī)的一根輸出軸傳動(dòng)。在這種情況下，減速機(jī)中心距總和應(yīng)等于齒輪座兩邊第三軸或第二軸之間的距離。這一值受齒輪座最大中心距的限制。 齒輪座最大中心距是按照矯直輥?zhàn)畲笾行木嗪腿f(wàn)向接軸的長(zhǎng)度以及接軸傾角不超過(guò)6°的條件確定的。在綜合考慮上述因素后，選定減速機(jī)中心距，然

37、后對(duì)減速機(jī)、齒輪座的齒輪和軸進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)。如計(jì)算結(jié)果不能滿足，則考慮增加減速機(jī)支數(shù)。在某些情況下，也可將直接傳動(dòng)第三輥改為傳動(dòng)鄰近的輥，以改變齒輪座的負(fù)荷分配情況。 圓柱齒輪減速機(jī)的制造和安裝較為簡(jiǎn)單，因此在矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。在制造能力許可下，也可使用聯(lián)合減速機(jī)。將減速機(jī)和齒輪座連成一個(gè)整體，可減少傳動(dòng)件，且結(jié)構(gòu)緊湊，能減小機(jī)列總長(zhǎng)度。 2）齒輪座 一般情況，為防止鋼板在工作輥間打滑，輥式鋼板矯直機(jī)所有的工作輥都是驅(qū)動(dòng)的。齒輪座的作用是將減速機(jī)傳來(lái)的扭矩分配給各個(gè)矯直輥。 齒輪座輸入軸數(shù)目與減速機(jī)的支數(shù)相同。每根輸入軸帶動(dòng)一組齒輪。在輸入軸數(shù)量較多時(shí)，各組齒輪之間互

38、不聯(lián)結(jié)，以避免功率傳遞路線閉合，惡化齒輪嚙合條件。 按照齒輪的嚙合列數(shù)，可分為單列齒輪座和多列齒輪座。單列齒輪座的制造、安裝簡(jiǎn)單，各齒輪軸和軸承可以通用且齒輪軸的剛性高。一般在工作輥距小于50毫米時(shí)，一采用這種形式。與單列齒輪座比較，多列齒輪座的總中心距小，因?yàn)槊繉?duì)齒輪的齒寬是根據(jù)傳遞的扭矩確定的，同時(shí)，齒輪避免了重復(fù)嚙合，因而可適當(dāng)減小中心距。多列齒輪座的齒輪軸剛性較低。為保證齒輪軸的剛度，通常只在輥距大于50毫米時(shí)才采用這種結(jié)構(gòu)。 由于在矯直機(jī)的功率中，軸承摩擦損耗占得比重較大，所以齒輪座、減速機(jī)和矯直機(jī)本體一般均采用滾動(dòng)軸承。 3）萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié) 由于齒輪座的總中心距大于矯直機(jī)的總

39、中心距，因此齒輪座輸出軸與矯直輥采用萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接。 矯直機(jī)上常用的萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)除了一般的滑塊式叉頭扁頭型外，在輥徑小于120毫米時(shí)，也采用球型萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)。球型萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)有多種型式。圖2-5是鋼球上帶有十字槽的結(jié)構(gòu)。齒輪座傳動(dòng)端的叉頭6通過(guò)方槽孔，套在齒輪座輸出軸上，叉頭6的另一端通過(guò)帶槽的球2（見(jiàn)圖2-5b）與叉頭5相連接。同樣工作輥端的叉頭1也通過(guò)球2與叉頭3相連。拆卸接軸時(shí)，需將花鍵軸上的柱銷取下，脫開(kāi)接軸將軸折轉(zhuǎn)90°，即可將叉頭從鋼球上取下。 在小輥距矯直機(jī)上也可采用簡(jiǎn)易型鋼球萬(wàn)向接軸（圖2-6）。這種聯(lián)軸節(jié)中采用標(biāo)準(zhǔn)鋼球（GB308—64），它只起定心作用，矯直扭矩是靠

40、兩插頭的側(cè)面直接接觸來(lái)傳遞的。這種聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。拆卸時(shí)，松開(kāi)鋼絲6，去掉夾木7，叉頭3即可沿軸向取下。 在有的矯直機(jī)上還采用滾動(dòng)軸承鉸鏈?zhǔn)饺f(wàn)向聯(lián)軸節(jié)，其允許傾斜角度可達(dá)18°，但結(jié)構(gòu)尺寸較大。 圖2-5 帶槽球形萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié) a-聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)；b-球結(jié)構(gòu) 1-工作輥端叉頭；2-帶槽鋼球；3-接軸叉頭；4-接軸；5-接軸叉頭；6-齒輪座端叉頭 圖2-6 簡(jiǎn)易球形萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié) 1-叉頭Ⅰ；2-鋼球；3-叉頭Ⅱ；4-接軸；5-導(dǎo)向鍵；6-緊固鋼絲；7-夾木 根據(jù)課題的具體情況，選用簡(jiǎn)易球形萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)。 2.2.3 牽引輥?zhàn)? 通過(guò)一對(duì)牽引輥

41、子來(lái)控制鋼板的運(yùn)動(dòng)方向，穩(wěn)定鋼板的前進(jìn)方向。 如圖2-7所示，圖中兩個(gè)牽引輥?zhàn)油ㄟ^(guò)電機(jī)拖動(dòng)，引導(dǎo)鋼板的方向。 圖2-7 牽引輥?zhàn)? 2.2.4升降機(jī)構(gòu) 通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和螺紋間的嚙合實(shí)現(xiàn)控制上下輥?zhàn)娱g的距離，從而適應(yīng)不同鋼板的厚度。 如圖2-8所示，電機(jī)拖動(dòng)蝸桿，蝸桿拖動(dòng)蝸輪，蝸輪拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸底部有螺紋，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)螺紋拖動(dòng)上輥?zhàn)纳仙拖陆怠? 圖2-8 牽引輥?zhàn)? 2.2.5送料機(jī)構(gòu) 平穩(wěn)輸送鋼板到矯直系統(tǒng)中，當(dāng)中加了一個(gè)電感接近開(kāi)關(guān)，來(lái)控制鋼板輸送的張力。 如圖2-9所示，送料平臺(tái)底部有一個(gè)軌道，在裝卸鋼卷的時(shí)

42、候，底部的軌道把左部的支撐座移動(dòng)到導(dǎo)軌的一端，方便裝卸，裝卸完成后再把支撐座還原。中間的電感式傳感器接近開(kāi)關(guān)用來(lái)控制鋼卷輸送的速度。 圖2-9 送料機(jī)構(gòu) 2.2.6左右限位調(diào)節(jié) 在送料機(jī)構(gòu)的末端通過(guò)導(dǎo)軌滑塊實(shí)現(xiàn)鋼板左右方向上的固定。 如圖2-10所示，通過(guò)導(dǎo)軌的左右調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板的限位作用。 圖2-10 左右限位調(diào)節(jié) 2.2.7龍門架構(gòu) 通過(guò)一個(gè)支撐架上的兩對(duì)導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)對(duì)上輥?zhàn)姆€(wěn)定支撐作用。 如圖2-11所示，導(dǎo)軌安裝在一個(gè)類似龍門架的支撐座上，導(dǎo)軌與上輥?zhàn)B接，使得上輥?zhàn)谲壍览锩嫔仙拖陆?，起到穩(wěn)定支撐的作用。 圖2-

43、11 龍門架構(gòu) 3.開(kāi)平機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 開(kāi)平機(jī)基本參數(shù)的確定 3.1.1 輥距t的確定 輥距t的確定對(duì)保證矯直機(jī)的矯直質(zhì)量有重要影響。在矯直軋件時(shí)，其基本條件是軋件應(yīng)產(chǎn)生彈塑性彎曲變形，例如，對(duì)鋼板矯直機(jī)，根據(jù)前面幾個(gè)輥?zhàn)拥姆磸澢时仨殱M足下列條件： （3-1） 顯然，若板材的E已確定，則σs越大或h越小，反彎曲率半徑ρ也應(yīng)越小。與此對(duì)應(yīng)，矯直輥徑D與輥距t也應(yīng)越小。 確定輥距的原則是既要保證軋件矯直質(zhì)量，又要滿足輥?zhàn)拥膹?qiáng)度條件。最小允許輥距

44、受輥?zhàn)訌?qiáng)度條件限制；最大允許輥距取決于軋件矯正質(zhì)量。 根據(jù)公式得最小允許輥距為 ： （3-2） 根據(jù)公式得最大允許輥距為： （3-3） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值輥距取t=280mm 。 3.1.2 輥徑D的確定 由下表可知道工作輥直徑D=(0.85-0.90)t=238～252mm ， 取D=250mm 。 表3—1 輥徑與輥距的比值 矯直機(jī)類型 矯直機(jī)類型 薄板矯直機(jī) 0.9—0.95 厚板矯直機(jī) 0.7—

45、0.85 中板矯直機(jī) 0.85—0.90 型鋼矯直機(jī) 0.75—0.90 3.1.3 輥數(shù)n的確定 增加輥數(shù)即增加軋件的反彎次數(shù)，可以提高矯直質(zhì)量但也會(huì)增加軋件的加工硬化和矯直機(jī)的功率。為此，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)盡量少。 對(duì)于板材輥式矯直機(jī)，輥數(shù)n隨著軋件寬厚比(b／h)的增加而增加。因?yàn)檐埣捄癖扔?，它的浪形彎曲亦愈顯著，需要多次的反復(fù)彎曲才能保證矯直質(zhì)量。輥數(shù)與殘余曲率關(guān)系如圖3－2所示。 圖3-1 殘余曲率與輥數(shù)的關(guān)系 從圖3-2中可以看出，7輥輥系完全可以滿足高精度矯直需要，超過(guò)7輥后，對(duì)提高矯直精度的效果緩慢。但實(shí)際上，各輥壓彎量的

46、調(diào)整由于材質(zhì)不勻及尺寸公差會(huì)造成理論與實(shí)際之間有差距。另外，機(jī)架剛度、側(cè)彎、扭曲等對(duì)矯直效果都有影響，為此常用增加輥數(shù)的辦法來(lái)彌補(bǔ)上述的不足，根據(jù)熱矯板材矯直機(jī)的經(jīng)驗(yàn)輥數(shù)(一般板厚4～60mm的寬板輥數(shù)n=9～11)及此次設(shè)計(jì)的要求，取工作輥9輥，上下導(dǎo)輥各1個(gè)，共計(jì)11輥。 3.1.4 輥身L的確定 輥身長(zhǎng)度L取決于軋件最大寬度，根據(jù)公式得： L=bmax+a （3-4） 當(dāng)bmax<200mm時(shí)， a=50mm ； 當(dāng)bmax>200mm時(shí)，a=100～300m

47、m 。 所以 L=2100+250=2350mm 。 3.1.5 矯直速度v 的確定 矯直速度的大小，首先要滿足生產(chǎn)率的要求，要與軋件生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào)，要與所在機(jī)組的速度相一致。 由于矯直速度的上限尚沒(méi)有理論的計(jì)算方法，但人為設(shè)定矯直速度所依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)是可以遵循的。本矯直機(jī)速度取為0.2～1.35m/s。 3.2 輥式開(kāi)平機(jī)的力能參數(shù)確定 3.2.1 作用在開(kāi)平機(jī)輥?zhàn)由系膲毫ΓǔC直力） 作用在矯直機(jī)輥?zhàn)由系膲毫砂凑赵澢鷷r(shí)所需的力矩來(lái)計(jì)算。此時(shí)，將扎件看成是受很多 集中載荷的連續(xù)梁。這些集中載荷就是各輥?zhàn)訉?duì)扎件的壓力，它們?cè)跀?shù)值上等于扎件對(duì)輥?zhàn)拥膲毫Α? （1）扎件彎矩計(jì)算

48、由以上分析可知，欲求得作用在輥?zhàn)由系膲毫?，必須確定在輥?zhàn)犹幵膹澗刂?。而扎件彎矩值決定于扎件彎曲變形量得大小，即決定于扎件原始曲率與壓下?lián)隙惹手汀? 精確計(jì)算出彎矩值是很困難的，通常采用一些假設(shè)條件: 第2、3、4輥?zhàn)犹幵膹澢丶僭O(shè)為純塑性彎曲力矩，即： ==== = ②出口端除最后第9輥以外的3個(gè)輥?zhàn)酉旅娴脑澢乜杉僭O(shè)為純彈性彎矩力矩，即： ==== = ③其余輥?zhàn)樱ǖ?輥?zhàn)雍偷?輥?zhàn)映猓┰澢氐扔谏鲜鰞蓚€(gè)彎曲力矩的平均值，即： 。 各式中，S—塑性斷面系數(shù)， ； W—彈性斷面系數(shù)， 。 （2）矯直力計(jì)算 彎曲力矩確定以

49、后，就可以計(jì)算出作用于扎件的壓力P： 式中，t—工作輥輥距。 用類似的方法可確定最后3個(gè)輥?zhàn)由系膲毫椋? 作用在第四輥到第n-3輥之間各中間輥?zhàn)由系膲毫?，可取和的平均值，即? 當(dāng)矯直輥數(shù)大于6時(shí)，作用在所有輥?zhàn)由系膲毫偤蜑椋? 上述計(jì)算表明，第三根輥?zhàn)由鲜芰ψ畲?，所以?yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3.2.3 電機(jī)功率的確定 1)工作輥?zhàn)拥闹麟姍C(jī)的確定 如果分別考慮各輥?zhàn)酉萝埣乃苄宰冃?，則根據(jù)公式矯正扭矩為：

50、（3-5） a--- 塑性變形曲率折算系數(shù)。對(duì)于單向波浪形的軋件，為4.5～6，根據(jù)塑性變形曲率折算系數(shù)計(jì)算圖選取a值，此處取5，則根據(jù)圖3-3查機(jī)械手冊(cè)得a=6 σs---材料的屈服極限 300MPa ； b--- 鋼板寬度 2100mm ； h--- 鋼板厚度 16mm ； D--- 矯直輥直徑 250mm ； E--- 材料的彈性模量 ； 圖3-2 塑性變形折算系數(shù)a的計(jì)算圖 根據(jù)公式得電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式為： （3-6） 則

51、 --- 矯正扭矩，5.5KN·M ； --- 作用在輥?zhàn)由系膲毫偤?，6720KN ； f--- 輥?zhàn)优c軋件的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼板f =0.0002m如果考慮可能出現(xiàn)的較大的滑動(dòng)摩擦，則對(duì)于鋼板，f =0.0008m；對(duì)于型鋼，f =0.0008～0.0012m； μ--- 輥?zhàn)虞S承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承 μ=0.005；滾針軸承 μ=0.01；滑動(dòng)軸承μ=0.05～0.07 ； D--- 輥?zhàn)又睆剑?50 mm ； d--- 輥?zhàn)虞S承處直徑（滾動(dòng)軸承取中徑 ）150 mm ； ν---矯直速度 0.4 m/s ； η--- 傳動(dòng)效率，η=0

52、.85～0.7（有支承輥時(shí)取較小值） ； 查閱機(jī)械手冊(cè)，選用1臺(tái)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y315L2-4，其基本參數(shù)如下： 額定功率為200千瓦，電流362A，重量為1270kg， 額定轉(zhuǎn)速為1490r/min，總長(zhǎng)度為1340mm，寬度899mm，高度865mm。 2)牽引輥?zhàn)拥闹麟姍C(jī)的確定 牽引輥?zhàn)邮墙o于鋼板一個(gè)牽引力，讓鋼板能有一個(gè)確定的前進(jìn)方向。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，額定功率定為20KW。 查閱機(jī)械手冊(cè)，選用1臺(tái)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y180M-2，其基本參數(shù)如下： 額定功率為22千瓦，電流42.2A， 重量為180kg， 額定轉(zhuǎn)速為2940r/min，總長(zhǎng)度為670m

53、m，寬度465mm，高度430mm。 3.3 工作輥強(qiáng)度計(jì)算 工作輥的強(qiáng)度條件是工作輥各處的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力。工作輥的許用應(yīng)力是其材料的強(qiáng)度限除以安全系數(shù)。通常工作輥的安全系數(shù)選取5。 圖3-3 工作輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 矯直輥的材料為55Cr，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 由于工作輥有支承輥，故無(wú)需考慮工作輥的彎曲力矩，而只需考慮其扭轉(zhuǎn)。由于各輥系中的第三個(gè)輥受力最大，當(dāng)?shù)谌仢M足要求時(shí)起于各輥均可以滿足要求，所以只校核第三輥即可。 第三輥扭矩為： 其中， D ——工作輥直徑； ——塑性彎曲力矩；

54、 ——鋼板在相應(yīng)輥?zhàn)酉碌膹澢霃?； 對(duì)于9輥矯直機(jī)， =90h=90×16=1440mm 。 假定倒數(shù)第二個(gè)輥僅實(shí)現(xiàn)彈性彎曲，則其曲率半徑為： 即： 則帶入值得： 則工作輥危險(xiǎn)斷面在輥徑處，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:（工作輥輥徑取250mm）

55、 合成應(yīng)力按第四強(qiáng)度理論計(jì)算： 由計(jì)算結(jié)果可知：矯直輥滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。 3.4輥?zhàn)虞S承校核 矯直機(jī)所有工作輥均采用調(diào)心滾子軸承，且工作輥大徑端的軸承為 23222CC/W33，其內(nèi)徑d= 110，外徑D=200，寬度B=69.8。 壽命計(jì)算： 查機(jī)械手冊(cè)得：基本額定動(dòng)載荷Cr=520kN，基本額定靜載荷Cr0=800kN 圖3-4 軸承受力圖 每個(gè)軸承所受的徑向力為： ----第三輥?zhàn)铀艹C直力 因無(wú)軸向載荷，故 所以徑向當(dāng)量動(dòng)載荷： （3

56、-7） 其中 ----載荷系數(shù)=1.2—1.8, 此處取1.5 ； ----軸承所受徑向力 157.2 KN ； ----軸承所受軸向力 0 KN 。 所以軸承壽命： （3-8） 其中： C---- 基本額定動(dòng)載荷 KN ； n---- 輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速 ； ε----對(duì)于滾子軸承 ； 根據(jù)工廠的實(shí)際情況軸承壽命已滿足要求 。 4 開(kāi)平機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 PLC基礎(chǔ) 本次開(kāi)平機(jī)的控制部分需要控制的對(duì)象有兩個(gè)，利用三

57、相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制原理，選擇PLC進(jìn)行控制，PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便，易于操作。 4.2開(kāi)平機(jī)的PLC控制方案 4.2.1 控制對(duì)象 利用三個(gè)電機(jī)對(duì)上輥?zhàn)蜖恳佔(zhàn)M(jìn)行升降的控制。 上輥?zhàn)姍C(jī)1和電機(jī)2控制上輥?zhàn)纳怠? 牽引輥?zhàn)姍C(jī)控制牽引輥?zhàn)纳怠? 利用了三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)PLC控制原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)PLC控制原理 因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向決定的，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向非常容易，只要將電動(dòng)機(jī)三相供電電源中的任意兩相對(duì)調(diào)，這時(shí)接到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電

58、流相序被改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也被改變，電動(dòng)機(jī)就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。 4.3開(kāi)平機(jī)的PLC控制I/O端口分配表 根據(jù)此開(kāi)平機(jī)PLC控制的要求，設(shè)計(jì)了8個(gè)按鈕和4個(gè)限位開(kāi)關(guān)，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制升降的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)打到最后的控制要求。 圖4-1 PLC控制I/O端口分配表 4.4開(kāi)平機(jī)的PLC控制接線圖 圖4-2 PLC控制接線圖 4.5開(kāi)平機(jī)的PLC控制梯形圖 利用了三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)PLC控制原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。 用基本指令編程。 利用上輥?zhàn)姍C(jī)1和電機(jī)2控制上輥?zhàn)纳怠? 利用牽引輥?zhàn)姍C(jī)控制牽引輥?zhàn)纳怠? 圖4-3 PLC控制梯形圖

59、 5 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的一次綜合的考核，本次設(shè)計(jì)也是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的運(yùn)用，要求我們能夠運(yùn)用四年來(lái)所學(xué)的各種知識(shí)，在指導(dǎo)老師的熱心幫助下，通過(guò)積極的查閱相關(guān)的資料文獻(xiàn)，認(rèn)真的總結(jié)，嚴(yán)肅的對(duì)待，終于完成了本次設(shè)計(jì)工作的要求。通過(guò)自己的努力工作看到一張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙的完成，設(shè)計(jì)說(shuō)明書的最終完成，使我了解到通過(guò)自己的努力完成CAD圖紙的樂(lè)趣。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助，今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí)，努力的提高自己的水平。 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了鋼板開(kāi)平機(jī)的很多相關(guān)知識(shí)。使我也了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了矯直機(jī)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，通過(guò)對(duì)矯

60、直機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)。 此次設(shè)計(jì)的開(kāi)平機(jī)的特點(diǎn)： （1）本次設(shè)計(jì)的是可調(diào)整鋼板矯直厚度的開(kāi)平機(jī)，可對(duì)不同厚度的鋼板進(jìn)行開(kāi)平。 （2）本次設(shè)計(jì)的開(kāi)平機(jī)動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低廉。 （3）本次設(shè)計(jì)使用PLC控制，方便簡(jiǎn)單，便于操作。 但受到學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)能力、時(shí)間方面的制約而不能盡善盡美，因此該開(kāi)平機(jī)在未來(lái)的時(shí)間里可在以下方面進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)： （1） 上輥?zhàn)怯脙蓚€(gè)電機(jī)來(lái)拖動(dòng)，設(shè)計(jì)不夠簡(jiǎn)單，改為一個(gè)電機(jī)加上同步帶傳送效果更好。 （2） 在鋼板輸入口的限位裝置沒(méi)有設(shè)置自動(dòng)裝置，給調(diào)節(jié)帶來(lái)不便，需要增加自動(dòng)控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 

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