開題報(bào)告-1780熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析.doc
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燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 課題名稱: 1780熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 學(xué)院(系): 里仁學(xué)院 年級專業(yè): 軋鋼-12-3班 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 完成日期: 3月16日 (一) 綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài),說明選題的依據(jù)和意義 1.1 選題的背景及意義 采用軋制成型法來生產(chǎn)鋼板材,具有生產(chǎn)率高、板厚規(guī)格多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)。早期,我國依靠從國外大規(guī)模引進(jìn)冷軋、熱連軋技術(shù),隨著國內(nèi)各高校以剛才生產(chǎn)企業(yè)對軋制技術(shù)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的豐富,現(xiàn)以成形了一套成熟軋制技術(shù)[1]。 國外發(fā)展出的無頭軋制技術(shù),利用薄板坯連鑄連軋的生產(chǎn)線,將鑄造較長鑄坯進(jìn)行精軋,且軋后進(jìn)行剪切,在精軋機(jī)組中形成有限的無頭連軋,適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼[2-3]。德國開發(fā)出基于薄板坯連鑄連軋技術(shù)的無頭軋制技術(shù),通過提高鑄坯的拉速,使連軋機(jī)和連鑄機(jī)的速度得到匹配,實(shí)現(xiàn)板料的連鑄連軋。 現(xiàn)代熱連軋技術(shù)發(fā)展主要集中在對板形、厚度精度及板料表面質(zhì)量控制等,因此,這對軋機(jī)設(shè)備性能及質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性有更高要求,對軋機(jī)系統(tǒng)高精度要求也越來越高,四輥軋機(jī)作為板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備,對產(chǎn)品精度起著不可忽視的作用[4]。 現(xiàn)代中厚板軋機(jī)越來越趨于大型化、精密化、自動(dòng)化,以滿足鋼板控制軋制技術(shù)的要求,能夠生產(chǎn)高強(qiáng)度的合金板。采用熱裝爐時(shí)燃耗已降至0.6109J/t以下,及高剛度(2kN/mm以上)的現(xiàn)代化中厚板軋機(jī),大大超過日本和美國現(xiàn)有中厚板軋機(jī)性能,生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能中厚板創(chuàng)造了有利條件[5-6]。 因此,本課題選擇對熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析,對提高其工作可靠性因素進(jìn)一步研究。該課題對提高熱連軋?jiān)O(shè)備的應(yīng)用,具有深遠(yuǎn)的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 軋鋼機(jī)械設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)鋼材總產(chǎn)量逐年的提高,對軋鋼設(shè)備的能力也逐漸由向大型化、高速化、連續(xù)化、自動(dòng)化的發(fā)展方向,以滿足鋼材生產(chǎn)能力需求。對于大型化軋機(jī)設(shè)備,一方面是增加卷重,例如熱連軋卷重可以達(dá)45噸,冷連軋卷重最高可達(dá)60噸,伴隨坯料增重,相應(yīng)的需要提高對加熱設(shè)備、軋機(jī)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等能力。另一方面,加大軋制速度,提高生產(chǎn)效率,熱連軋速度達(dá)到30米每秒,冷連軋機(jī)達(dá)到41.5米每秒,線材軋制速度甚至更高。自動(dòng)化控制及采用計(jì)算機(jī)技術(shù)在線監(jiān)測軋機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),實(shí)施輸出檢測信號(hào),是目前很多大型鋼企的發(fā)展方向[7-8]。 中小型企業(yè)軋機(jī)設(shè)備也逐漸向新工藝、新結(jié)構(gòu)、高效率、大卷壓下的方向邁進(jìn)。目前,我國有了一批自行設(shè)計(jì)裝備大型軋鋼機(jī)械設(shè)備,如1150萬能板坯初軋機(jī)、2300 冷軋機(jī)、4200 特厚板軋機(jī)等軋輥設(shè)備[9],同時(shí),國內(nèi)還裝備了諸多中小型軋鋼機(jī)械設(shè)備,奠定了我國軋鋼生產(chǎn)需求。 但是,通過國外先進(jìn)軋機(jī)設(shè)備相比,國內(nèi)軋鋼設(shè)備無論在高速化、自動(dòng)化、連續(xù)化方面,還是在設(shè)備性能或節(jié)能、環(huán)保方面都還存在加大差距[10]。因此,繼續(xù)有針對性地將現(xiàn)有的軋鋼設(shè)備進(jìn)一步加以改造與更新,研究新軋鋼工藝與設(shè)備,也是我們現(xiàn)在迫切面臨的問題。 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,追求質(zhì)量、品種、效益將是中厚板軋機(jī)今后和發(fā)展的方向,以寬厚板為主,并有很高的強(qiáng)度,加大軋制力和主傳動(dòng)電機(jī)容量。為保證板坯加熱的均勻性,使得軋制的鋼板尺寸和性能均勻一致[11]。以四輥軋機(jī)代替粗軋機(jī),發(fā)揮四輥精整線軋機(jī)的能力,提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 圖1.1 典型的軋機(jī)設(shè)備 軋機(jī)設(shè)備的工作原理:軋件通過兩相對旋轉(zhuǎn)的軋輥以壓力進(jìn)行加工,使其產(chǎn)生塑性變形,稱為軋制工藝過程。軋機(jī)通過工作輥來完成這一過程,工作輥包含有旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。前者靠摩擦力進(jìn)行軋制運(yùn)動(dòng),由軋機(jī)主傳動(dòng)實(shí)現(xiàn);控制軋件的變形程度,由軋機(jī)壓下裝置實(shí)現(xiàn)。因此,軋機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部件是對其輥系部件的設(shè)計(jì),保證其運(yùn)行中精確的精度,另一方面,機(jī)架良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,要求輥系在運(yùn)行中剛度滿足要求[12-13]。 二、研究的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題 本文研究對象是1780熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件分析,本文研究的主要內(nèi)容如下: (1)通過查閱國內(nèi)外四輥軋機(jī)設(shè)備相關(guān)資料,設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)要求,對四輥軋機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行確定。 1.壓下裝置 2機(jī)架 3工作輥系 4機(jī)座 5連接軸 6支撐輥系 圖1.2 四輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 (2)輥系的設(shè)計(jì)與計(jì)算,主要包含軋輥結(jié)構(gòu)類型、軋輥材料、軋輥尺寸參數(shù)計(jì)算、軋輥軸頭軸承室的設(shè)計(jì)、軸承選型及壽命計(jì)算。 (3)下壓裝置的設(shè)計(jì),機(jī)架部件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)。 (4)運(yùn)用 Solidworks 三維繪圖軟件建立四輥軋機(jī)的三維實(shí)體模型,在 Solidworks中進(jìn)行裝配軋機(jī)模型,且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉,然后完成四輥軋機(jī)的CAD出圖,包含裝配圖及關(guān)鍵零部件出圖。 (5)將軋輥及機(jī)架三維建模分別導(dǎo)入ansys軟件進(jìn)行有限元分析,模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下,軋輥與機(jī)架的應(yīng)力分布及變形量情況,并根據(jù)模擬結(jié)果對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化。 三、研究步驟、方法及措施 課題研究的主要步驟及方法: (1)確定課題后,需查閱國內(nèi)外熱連軋四輥軋機(jī)設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)資料,了解熱連軋?jiān)O(shè)備的工作原理,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用情況,現(xiàn)階段此類設(shè)備存在的問題,并提出相關(guān)改進(jìn)及優(yōu)化方案,為本課題的開展奠定理論基礎(chǔ)。 (2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,參考現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),完成四輥軋機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。 (3)運(yùn)用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)計(jì)與材料軋制成型工藝基礎(chǔ)知識(shí),完成對四輥軋機(jī)的軋輥零件設(shè)計(jì)、軸承選型、壓下裝置設(shè)計(jì)等計(jì)算與校核。 (4)通過solidworks軟件對四輥軋機(jī)的各非標(biāo)零件進(jìn)行三維建模,對標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行選型,然后整體設(shè)備的裝配,且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉。 (4)應(yīng)用CAD軟件完成四輥軋機(jī)的工程出圖。 (5)應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行對軋輥與機(jī)架的進(jìn)行有限元分析,模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下,其應(yīng)力分布及變形量,并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 四、研究工作進(jìn)度 時(shí)間安排 進(jìn)度安排 2月10日~3月15日 收集課題相關(guān)文獻(xiàn)資料,完成開題報(bào)告的撰寫; 3月15日~ 3月31日 初步確定四輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)方案,并開始熟悉solidworks、ansys及CAD軟件的熟悉使用; 4月01日~4.月10日 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算,確定如輥系、軸承、壓下裝置、機(jī)架等部件,設(shè)計(jì)說明書的攥寫 4月11日~4月20日 完成四輥軋機(jī)各零件的三維建模,標(biāo)準(zhǔn)零件的選型,并在solidworks軟件中完成裝配。 4月20日~ 4月30日 完成四輥軋機(jī)的CAD裝配圖及各關(guān)鍵零件的CAD出圖; 5月1日~ 5月10日 用ansys軟件對軋輥及機(jī)架進(jìn)行有限元分析,并進(jìn)行論文部分的撰寫。 5月11日~5月20日 對說明書進(jìn)行修改完善,圖紙的修改檢查; 5月20日~6月1日 準(zhǔn)備答辯相關(guān)工作準(zhǔn)備 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴,紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)第8版. [M].北京:高等教育出版社,2005 [2] 王懷民,四輥熱軋機(jī)的有限元?jiǎng)恿W(xué)分析;2009.3:13-15 [3] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械[M] 北京:冶金工業(yè)出版社,2010:151-172;177-184 [4] 孫占剛,韓志凌等. 軋機(jī)閉式機(jī)架的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].冶金設(shè)備,2014,3:8-11 [5] Turner M J, Clough R W ,Martin H C, Topp L J , Stiffness and defletion analysis of complex structures. Journal of Aeronautical ciences,2006,23:805-824 [6] L Chefneux, J Fischbach and Gouzou, etal. Study and Industrial Control of Chater in Cold Rolling[J]. Iron and Steel Engineer.2014,61(11):l7-26. [7] 鞏云鵬,田萬祿,張偉華,黃秋波. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).科學(xué)出版社,2010 [8] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第5.卷.[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2012 [9] 劉鴻文. 材料力學(xué)第4版. [M].北京:高等教育出版社,2013 [10] 程靳. 理論力學(xué)第7版. [M].北京:高等教育出版社,2009 [11] Courant R. Variational methods for the solution of problems equilibrium and vibrators. 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