入口鋼卷小車車體及其軌道結(jié)構(gòu)設計說明書

1、目 錄1 緒論31.1 選題背景及目的31.2 鋼卷小車的國內(nèi)外發(fā)展狀況41.3 鋼卷小車的工藝過程51.4 鋼卷小車研究的內(nèi)容和方法步驟61.4.1 設計方案選擇及評述61.4.2 鋼卷小車及其軌道的設計內(nèi)容和方法82 升降裝置92.1 液壓缸92.1.1 液壓缸主要參數(shù)的選定92.1.2 液壓缸主要零部件的設計102.2 托架173 車體結(jié)構(gòu)193.1 車體鋼板193.2 聯(lián)接213.2.1 車體框架與車體聯(lián)接螺栓213.2.2 支座與車體框架聯(lián)接螺栓234 行走裝置274.1軸的設計274.2 軸承的選擇與壽命校核計算304.2.1 滾動軸承的選擇依據(jù)304.2.2滾動軸承設計314.3

2、軸承蓋尺寸計算324.4車輪與軌道324.4.1車輪的設計324.4.2 小車軌道的設計344.4.3 小車拖鏈的設計375 鋼卷小車的自動控制395.1 鋼卷的垂直定位395.1.1 鋼卷運輸小車的高度對中405.2 鋼卷的水平定位40參考文獻42結(jié)束語43致謝441 緒論1.1 選題背景及目的鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟基礎產(chǎn)業(yè)，在我國全面建設小康社會的發(fā)展過程中，如何更好地發(fā)揮作用、保持健康發(fā)展，是一個十分重要的課題。保持鋼鐵工業(yè)適度、穩(wěn)步發(fā)展，重點搞好結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高產(chǎn)品競爭力，是今后我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主導方向。鋼卷，又稱卷鋼。鋼材熱壓、冷壓成型為卷狀。為了方便儲存和運輸，方便進行各種加工（例如

3、加工成為鋼板、鋼帶等） 。 成型卷主要是熱軋卷和冷軋卷。熱軋卷是在鋼坯再結(jié)晶前的加工產(chǎn)品。冷軋卷是熱軋卷的后續(xù)加工。鋼卷一般重量是1530t左右。今年，我國熱軋生產(chǎn)產(chǎn)能不斷擴充，已經(jīng)有幾十條熱軋生產(chǎn)線，還有一些項目即將開建或者投產(chǎn)。 鋼卷成卷賣主要針對大客戶，一般用戶沒有開卷設備或者用量有限。因此鋼卷的后續(xù)加工將是很有前途的產(chǎn)業(yè)。當然，目前比較大的鋼廠都有自己的開卷和平整項目。我國的冷軋薄板、鍍鋅板、彩涂板、不銹鋼板、冷軋硅鋼片等關(guān)鍵鋼材品種生產(chǎn)能力嚴重不足，但受資金、技術(shù)等條件的限制以及追求短期效益的影響，近年發(fā)展起來的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品幾乎都是線材、螺紋鋼、窄帶鋼等普通鋼材產(chǎn)品，一方面加劇

4、了鋼鐵工業(yè)布局不合理的矛盾，另一方面也達不到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的目的。如我國鋼材消費的板帶比近年一直維持在4042%左右，但生產(chǎn)的板帶比一直維持在36%左右，雖然板帶產(chǎn)量也有所增加，主要是大型國有企業(yè)挖潛和改擴建實現(xiàn)的，而新發(fā)展起來的企業(yè)對此幾乎沒有貢獻。板材以其高附加值、高科技含量、高質(zhì)量而受到各大鋼鐵公司的追捧，據(jù)統(tǒng)計，目前我國僅熱軋板卷生產(chǎn)能力已經(jīng)達到兩億多噸，其中中厚板生產(chǎn)能力達八千多萬噸。在生產(chǎn)實際中，板材通常成卷供應，俗稱帶鋼卷，具有具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、便于加工、節(jié)省材料等優(yōu)點。按所用材質(zhì)分為普通帶鋼和優(yōu)質(zhì)帶鋼兩類；按加工方法分熱、冷軋兩種。熱軋和冷軋都是鋼板成型的工序

5、，它們對鋼材的組織和性能有很大的影響，板材的軋制主要以熱軋為主，冷軋只用于生產(chǎn)小號型鋼和薄板。熱軋就是在高于合金再結(jié)晶溫度的溫度中使其軟化后用壓輪把材料壓成薄片或鋼坯的橫截面，使材料形變，但材料物理性質(zhì)并無變化。冷軋是對已經(jīng)過熱軋、除麻點除氧化工序的材料在低于合金再結(jié)晶溫度的溫度中用壓輪進一步碾壓材料以讓材料有再結(jié)晶的過程。經(jīng)過反覆的冷壓再結(jié)晶退火冷壓（反覆23次）過程，材料里的金屬發(fā)生分子級別的改變（再結(jié)晶），形成的合金物理性質(zhì)發(fā)生改變。故其表面質(zhì)量好、光潔度高、產(chǎn)品尺寸精度高，產(chǎn)品的性能和組織能滿足一些特殊的使用要求，如電磁性能、深沖性能等。冷軋板帶可用在汽車制造、電氣產(chǎn)品、機車車輛、航空

6、、精密儀表、食品罐頭等。在熱軋和冷軋帶鋼的工序過程中，成品一般都要經(jīng)過地下卷取機卷取成各種尺寸的鋼卷。當鋼卷在多跨車間內(nèi)作縱向移動時可以用行車，作橫向移動時行車無法辦到，就需用此鋼卷轉(zhuǎn)移專用平車。在國內(nèi)對于卷取后的運輸部分入口鋼卷小車車體及其軌道國內(nèi)一般是引進外國先進設備，對于現(xiàn)有的設備進行相應改進的不多。因此，對其進行研究設計就很有必要。此次設計，就是要實現(xiàn)將這些理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，理論服務與實踐，以達到學以致用。誠然，要對現(xiàn)有生產(chǎn)設備進行改造，就要掌握小車的相關(guān)設備技術(shù)知識和工藝流程。同時，我們要盡可能多的了解相關(guān)專業(yè)知識，這樣才可以設計出更好的設備。在對現(xiàn)有設備有充分了解的基礎上，

7、結(jié)合我們所學的專業(yè)知識，在滿足現(xiàn)場工藝條件下提出自己的改進方案，使設備能夠更好地完成任務，要提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而且畢業(yè)設計是學生綜合運用所學過的基本理論，基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進行的一次基本訓練，其主要目的：（1）培養(yǎng)學生綜合分析的解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，拓寬和深化學過的知識（2）培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。（3）培養(yǎng)學生正確使用技術(shù)資料，國家標準，有關(guān)手冊圖冊等工具書，進行設計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。（4）培養(yǎng)學生進行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，面向工作和工程技

8、術(shù)人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。1.2 鋼卷小車的國內(nèi)外發(fā)展狀況 小車車體的結(jié)構(gòu)主要包括升降裝置，導向裝置，行走裝置等裝置。還有一個不太令人注意的部位是小車軌道。當鋼卷在多跨車間內(nèi)作縱向移動時可以用行車，作橫向移動時行車無法辦到，就需用此鋼卷轉(zhuǎn)移專用平車。在國內(nèi)對于卷取后的運輸部分，入口鋼卷小車國內(nèi)一般是引進外國先進設備，但是仍然有很多需要改進。首先應該解決的是鋼卷運輸車在運輸鋼卷過程中的自動定位。鋼卷小車在運輸鋼卷過程中的各個動作都能自動進行，并且與前后的機械都能有連鎖關(guān)系。有的鋼卷運輸車可以由計算機程序控制，以實現(xiàn)產(chǎn)生過程的自動化。以五機架冷連軋機組進料端鋼卷小車的自動控制為

9、例，鋼卷小車的工作過程是：鋼卷運輸車的托輥停在接卷位置上，在步進梁運輸機的活動梁把鋼卷運來后，車的升降裝置上升到極限位置，并接受鋼卷，拆捆機拆除鋼卷上的捆帶；鋼卷下降到穿帶高度，這時把鋼卷運輸車行走到穿帶位置，剛卷在升降裝置的托輥上轉(zhuǎn)動，探測輥測得鋼卷頭部后，鋼卷停轉(zhuǎn)，進行穿帶。然后鋼卷再下降到開卷機卷筒中心線標高，車行走到開卷機位置，把鋼卷卸到開卷機卷筒上。當升降裝置下降到極限位置時，車開回到后終點，升降裝置上升到接卷位置。而在整個工作過程中，都必須由自動控制裝置進行控制，并且可以由電子計算機按照程序操作。其次，另一個主要解決的問題是小車軌道的設計。小車軌道在小車運行的過程中要承受非常大的載

10、荷，所以為了適應大承載重量，有必要采用一種可以用壓板裝置的普通軌道。小車軌道是用標準的鐵軌，在鐵軌下用支撐架支撐，以增加受力面積，提高軌道的負載能力。另外，如何消除小車軌道的啃軌現(xiàn)象也是一個必須解決的難題。1.3 鋼卷小車的工藝過程鋼卷小車用于將鋼卷從卡倫賽卷取機芯軸上卸下，并根據(jù)生產(chǎn)要求將鋼卷運送到步進梁或檢查臺芯軸上。經(jīng)過檢查臺檢查后的鋼卷，再由鋼卷小車運回到步進梁，最終經(jīng)過稱重、打捆等工序后送剄軋機后庫。由于卷取機芯軸、步進梁、檢查臺芯軸的水平位置和垂直高度各不相同，因此鋼卷小車在這三者之間運動時，鋼卷小車有水平和垂直兩個方向的動作，水平方向的動作由變頻電機驅(qū)動，垂直方向的動作由液壓缸驅(qū)

11、動。鋼卷小車的動作軌跡如圖l.1所示。 圖1.1鋼卷小車的行走路線在小車的動作軌跡中，水平和垂直各有五個需要定位的位置，水平方向是卷取機位置、出卷取機位置、小車下降位置、步迸梁位置、檢查臺位置，垂直方向是：卷取機芯軸位、等待位、檢查臺芯軸位、行走位、最低位。當鋼卷小車不運送鋼卷時，停在卡倫賽卷取機芯軸下方的最低位。當接到接卷指令時，小車首先上升到等待位，等待接卷。待卷取機芯軸完全停止后，繼續(xù)上升接觸到鋼卷，隨后保持這一高度。當卷取機芯軸完全收縮后，小車承托鋼卷以保持的高度沿水平方向運動到水平出卷取機位置(此位置不再影響到卷取機和套筒小車的動作)。接下來，有卷小車沿水平和垂直兩個方向同時運動到小

12、車下降位置。如果該鋼卷需運送到步進梁，則小車沿水平方向運動到步進梁位卸卷，否則沿水平方向運動到檢查臺芯軸下，再上升到檢查臺芯軸位卸卷。最后空載小車分別從步進梁位置或檢查臺位置下降到最低位，沿水平方向回到卷取機芯軸下方。1.4 鋼卷小車研究的內(nèi)容和方法步驟1.4.1 設計方案選擇及評述方案一：單液壓缸驅(qū)動、雙導桿導向、槽型托板i型托卷裝置鋼卷小車；簡圖如下：圖1.2方案一1車輪 2車體 3托架 4導桿 5滑套 6油缸優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，受力情況好，容易拆裝和維修。缺點：導向構(gòu)件如導向桿、導向套精度高，難于加工。方案二：單液壓缸驅(qū)動、箱行框架外導輪導向、槽型托板i型托卷裝置鋼卷小車，簡圖如下：圖

13、1.3方案二1車輪 2導輪 3油缸 4箱形框架5箱形框條 6托架 7車體優(yōu)點：受力情況好，導向好，潤滑條件好，易操作。缺點：結(jié)構(gòu)較復雜，不容易拆裝和維修。方案三：雙液壓缸驅(qū)、箱行框架外導輪導向、槽型托板c型托卷裝置鋼卷小車，簡圖如下：圖1.4方案三1車輪 2車體 3油缸 4箱形框架5導輪 6箱形框條 7托架優(yōu)點：雙缸在框架兩側(cè)，易裝拆、維修，缸徑小。缺點：外行較大，結(jié)構(gòu)比較復雜，要求兩缸同步，成本比較高。綜合分析上述三個方案，結(jié)合設計要求，最終選擇方案二作為最優(yōu)方案，即采用鋼卷小車升降裝置為單液牙缸驅(qū)動、滾動導輪導向；行走裝置為電機驅(qū)動、鏈傳動。1.4.2 鋼卷小車及其軌道的設計內(nèi)容和方法1、

14、通過開學前幾周到工廠實習，了解鋼卷小車的主要結(jié)構(gòu)形式，查閱相關(guān)資料對鋼卷小車的發(fā)展用途等有一定的了解。2、制定鋼卷小車的整體設計方案，并合理的選擇合適的方案，最后對該方案進行評述，確定該方案的主要優(yōu)缺點。3、進行大體的設計計算，合理的定出相關(guān)的尺寸，并保證機件的強度和剛度以及穩(wěn)定性。4、畫出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計算機繪圖。5、確定如何進行鋼卷小車的自動控制以及鋼卷小車的液壓系統(tǒng)。6、對鋼卷小車的軌道進行理論設計，找出合理的軌道設計方案。7、小結(jié)，對設計的內(nèi)容進行總結(jié)。2 升降裝置2.1 液壓缸 根據(jù)鋼卷小車運送鋼卷要求（與吊車聯(lián)合運輸），按表選擇雙作用單活塞桿液壓缸，根據(jù)小車結(jié)構(gòu)要求

15、（能承受較大的沖擊負荷和惡劣的外界環(huán)境條件，用于重型機械、冶金機械），選擇液壓缸的安裝方式為尾部法蘭聯(lián)接。 圖2.1 液壓缸簡圖2.1.1 液壓缸主要參數(shù)的選定由7p17-262表17-6-5 選擇安裝方式代號為iso6022國際標準液壓缸類型工作壓力/mpaiso6022單活塞桿25額定工作壓力液壓系統(tǒng)額定工作壓力=25mpa；（1）缸筒內(nèi)徑 理論作用力：由7表17-6-8 知, 取。；= ，取，則缸筒內(nèi)徑為：，按液壓缸內(nèi)徑系列（）選擇液壓缸內(nèi)徑為160mm。其中液壓缸的機械效率，一般取0.90.95液壓缸的容積效率，活塞密封為彈性材料時取為1，為金屬環(huán)時取為0.98。液壓缸的作用力效率。依

16、經(jīng)驗取為0.98液壓缸的總效率理論作用力（推力） 供油壓力 mpa負載率，一般取0.5-0.7活塞桿的實際作用力 n（2）活塞桿直徑：根據(jù)7壓力按表選取速比=2，所以活塞桿直徑d可以根據(jù)7表17-6-16選取：d=110mm；（3）行程：活塞的最大允許行程由7表17-6-4知 ；根據(jù)運動要求，本著簡化工藝和降低成本的理念，按液壓缸氣缸行程系列（）選定液壓缸行程為1000mm。2.1.2 液壓缸主要零部件的設計（1）缸筒結(jié)構(gòu)：考慮到額定工作壓力和安裝條件等因素，選擇法蘭螺釘聯(lián)接；（2）缸筒壁厚：根據(jù)額定壓力和缸筒內(nèi)徑由7表17-6-9選f型，得缸筒外徑，故壁厚。（3）油口：根據(jù)25mpa系列（i

17、so8137）選擇油口螺紋直徑m422，光孔直徑25mm。圖2.2油口螺紋孔（4）缸頭法蘭厚度計算：螺釘法蘭聯(lián)接；其中-法蘭厚度；-法蘭受力總和；n-試驗壓力；mpa ；-螺釘孔分布圓直徑；mm ，一般比缸筒外徑要大x；-密封環(huán)平均直徑；mm-法蘭材料許用應力;mpa 材料選用45，查717-6-7表得 ;,n取為3，取；取；x取為10,故；所以： ；圓整?。?圖2.3缸頭法蘭（5） 缸筒底部厚度計算： 選用缸筒材料為45號鋼，則=238mpa;；筒底厚；筒內(nèi)最大工作壓力（試驗壓力）；計算厚度外直徑（缸筒內(nèi)徑）；螺釘選用和缸蓋螺釘一至，直徑；考慮到沉頭螺釘尺寸，底部厚度，取缸筒底部厚度；(6)

18、缸蓋聯(lián)接計算：缸筒法蘭聯(lián)接螺釘，8個螺釘均布在法蘭上；缸筒端部鐓粗；選用螺栓性能等級為級（螺栓材料抗拉強度，屈服強度為，且）；故屈服強度；許用應力：由5表5-10取安全系數(shù)為1.5；則；許用切應力，許用拉應力；取預警力為f；單個螺栓承受最大拉力：；由以上計算知 ；故 ；計算螺栓直徑：由5公式（5-28）知；故；取；由12表11-15選用內(nèi)六角圓柱螺釘m16x50；由5p86頁知由于螺栓有預緊力，會產(chǎn)生剪力，故與孔壁擠壓面的最小高度，設計時應使，故法蘭厚度；故修正取法蘭厚度為40mm；螺紋處拉應力：；螺紋處剪應力：合成應力其中：k-擰緊螺紋的系數(shù)，不變載荷取k=1.25-1.5；變載荷取k=2.

19、5-4；取k=1.35；-螺紋聯(lián)接摩擦因數(shù)，=平均取=0.12；f-缸筒端部承受的最大推力；nz螺栓或拉桿的數(shù)量；代入數(shù)據(jù)得：；故；故滿足條件；而對于缸筒，初選的45鋼許用應力，重新選用抗拉極限為1000mpa,屈服極限為850mpa的27simn合金鋼作為缸筒材料。此時許用應力 ；考慮螺釘?shù)某量壮叽绾统量拙嚯x邊緣距離最好大于螺釘?shù)陌霃?；取法蘭直徑為； 圖2.4缸頭法蘭（7）導向結(jié)構(gòu)：端蓋式加導向環(huán)；如圖圖2.5導向結(jié)構(gòu) 1-非金屬材料導向環(huán)；2-組合式密封；3-防塵圈；（8）最小導向長度的確定 導向長度過短，將使缸因配合間隙引起的初試撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設計必須保證

20、缸有一定的最小導向長度，一般缸的最小導向長度應滿足： ；導向套滑動面的長度a，在缸徑大于80mm時，取；d缸筒內(nèi)徑，ms最大工作行程，md活塞桿直徑，m活塞寬度；，取；取mm；（9）液壓缸長度l的確定：；??；則；（10）活塞與活塞桿的聯(lián)接：卡環(huán)型，如圖圖2.6活塞與活塞桿的聯(lián)接1-卡環(huán)；2-軸套；3-彈性擋圈；（11）活塞桿與導向套的的密封與防塵：o型密封圈加擋圈（雙），如圖；圖2.7活塞與活塞桿的的密封與防塵2.2 托架假定鋼卷小車運輸?shù)氖桥P卷，選擇i型托架如圖所示：托架的頂面為槽形托板，托住來料鋼卷，中間鋼板聯(lián)接在升降液壓缸的活塞桿頭部，整體托架的升降由液壓缸提供驅(qū)動力。托架的下部與箱行框

21、架相連，框架外側(cè)面各安裝兩塊長條形滾輪導軌，滾輪安裝在車體框架上，與車體框架，箱形框架一起構(gòu)成導向機構(gòu)，起導向作用。最上層鋼板要求高強度、耐磨，其余鋼板材料選擇普通碳素結(jié)構(gòu)鋼q235，焊接后作去應力退火熱處理。 圖2.8托架貼板的設計： 導向框外固定的外貼板用于直接和導向輪摩擦，由于外貼板在工作中只起導向作用，所以其所受壓應力較小，貼板的厚度理論上不用很厚，甚至只要大于2mm，避免導向框與車體直接摩擦就可，但是過薄的貼板在加工時的工藝難度過大，在銑床銑削時會發(fā)生形變，或者材料扭曲。再者，過薄會導致螺釘不能沉頭，所以取與導向輪接觸處厚度為5mm，不接觸處取10mm。3 車體結(jié)構(gòu)3.1 車體鋼板車

22、體鋼板承受著很大的載荷因?qū)蜓b置的需要在車體鋼板的中間開一個350*350的方孔，孔角倒圓角以減少應力集中，鋼板厚度的確定過程如下：假定小車行走的導軌間距；初擬鋼板尺寸、鋼板與車體框架聯(lián)接螺栓布置、驅(qū)動軸與從動軸的間距如圖所示： 圖3.1 車體鋼板車體鋼板的受力簡圖如下：按順時針方向命名受拉螺栓為1,2,3,4,5,6,7,8；將1,2和5,6所受拉力看成作用在長度上的均布載荷： ；為負載率；則有：；圖3.2 車體鋼板的受力簡圖 ；由上圖知最大彎矩在鋼板中間產(chǎn)生： ；時取得最大值；初選鋼板材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，厚度在之間，查5表15-1得；對于框形來說：； 圖3.3 鋼板中間剖面圖所以鋼板最小

23、厚度；最終選定車體鋼板材料為-a，厚度為mm3.2 聯(lián)接3.2.1 車體框架與車體聯(lián)接螺栓車體框架與車體鋼板通過支座用螺栓聯(lián)接在一起，螺栓組的布置如圖：初選螺栓材料性能等級為88級，則；單個螺栓強度計算：初算螺栓直徑：查機械設計手冊2表5-1-51有計算公式： 圖3.4 車體框架與車體鋼板螺栓組的布置 單個螺栓承受最大軸向力 -總的理論作用力-實際作用力-載荷系數(shù)，0.5-0.7，取0.7-螺栓組中螺栓個數(shù)許用拉應力：所以有；連接件受力較大：取d=20mm,即選定車體框架與車體鋼板的聯(lián)接螺栓為8個一組的內(nèi)六角圓柱頭螺栓，螺栓材料性能等級88級；3.2.2 支座與車體框架聯(lián)接螺栓因為該螺栓組主要

24、承受橫向載荷，故選擇鉸制孔螺栓（b級），材料性能等級為88級。圖3.5 支座與車體框架螺栓組的布置螺栓實際受力為；由7表5-1-51知： 剪應力 ；正應力；r橫向載荷，n（單個螺栓）d螺栓剪切面的直徑，mm計算對象的接觸厚度（或長度），mmm剪切面的數(shù)量螺栓的許用剪應力，mpa計算對象的許用擠壓應力，mpa由7表5-1-59知：對鋼材料的；由5表510知：；許用剪應力許用正應力由兩式知：；接觸長度由設計知為：；綜合??；強度足夠，所以最終選定車體框架與支座聯(lián)接的承受橫向載荷的螺栓為8個一組的鉸制孔螺栓（b級），材料性能等級為88級。螺栓公稱直徑20mm。3.3車體框架3.3.1導向裝置車體框架滾

25、動導輪通過支座安裝在車體框架上，共有三組，每組八個，分別布置在車體框架的四個角上，如圖所示：圖3.6導向裝置1-箱形框架 2-導軌 3-滾動導輪4-支座 5-車體框架每個滾動導輪內(nèi)裝有兩個滾柱軸承，為了便于加工框架和裝卸滾動導輪，要求滾動導輪的摩擦阻力較小，且滾輪 內(nèi)的潤滑條件比滑板導向時要好。有四塊鋼板焊接而成外側(cè)各有一加強筋板，鋼板選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼q235，等強度焊接。內(nèi)側(cè)安裝有三組共24個滾動導輪來導向，底部通過支座固定的底板用來安裝升降液壓缸。3.3.2車體框架 圖3.7 車體框架4 行走裝置4.1軸的設計 具體設計如下：圖4.1軸的設計初算方鋼邊長a,取軸的材料為45號鋼（經(jīng)過正火

26、回火處理），由5查表151得經(jīng)過正火回火處理的，；軸的受力分析，剪力圖，彎矩圖如下： 圖4.2 軸的受力分析 f取為車總重量的一半（?。?；l取為0.8m；由對稱性知:；由圖知在方剛中部處取得最大彎矩；對正方形材料；故有；若為圓軸則；由于需要安裝軸承、集中力受力點在車輪里，考慮軸肩，取；初步確定軸承安裝尺寸為80mm，轉(zhuǎn)到下面設計軸承和端蓋，考慮平穩(wěn)性要求軸承受力點與車輪中線在一條線上；經(jīng)過軸承的選擇和軸承蓋以及軸承尺寸的綜合得出實際受力；危險截面為和處；在處：；對圓形材料 ；故有；故滿足條件；同理在處；故滿足條件；當其為0時，m取得最大值；時，；故； ；滿足條件；由對稱性知條件滿足。軸的受力段

27、尺寸圖如下： 圖4.3軸的實際受力放置軸承段具體長度由設計尺寸確定。4.2 軸承的選擇與壽命校核計算4.2.1 滾動軸承的選擇依據(jù) 載荷的大小、方向和性質(zhì) 球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當滾動軸承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；當滾動軸承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當滾動軸承受純徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時尤為適合。允許轉(zhuǎn)速

28、 因軸承的類型不同有很大的差異。一般情況下，摩擦小、發(fā)熱量少的軸承，適于高轉(zhuǎn)速。設計時應力求滾動軸承在低于其極限轉(zhuǎn)速的條件下工作。剛性 軸承承受負荷時，軸承套圈和滾動體接觸處就會產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過軸承的預緊來提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設計中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。調(diào)心性能和安裝誤軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時常因軸產(chǎn)生撈度和熱膨脹等原因，使軸承承受過大的載荷，引起早期的損壞。自動調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷，因而是適合此類用途的軸承。安裝和拆卸 圓錐滾子軸承、滾針軸承和圓

29、錐滾子軸承等，屬于內(nèi)外圈可分離的軸承類型（即所謂分離型軸承），安裝拆卸方便。市場性 即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場上不一定有銷售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。因而，應清楚使用的軸承是否易購得。4.2.2滾動軸承設計 分析車輪軸受力知，此軸僅受徑向載荷，由于軸徑較大，車輪厚度較大，且負載較重，要求平穩(wěn)性較高，為了使軸承直徑不至于過大；初選軸承為成對安裝角接觸球軸承，兩個同型號的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，作為一個支承整體對稱安裝在同一支點上時，可以承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷。故；軸承軸向載荷為；，查表得：當時，按5表13-5，得，；載荷系數(shù)由表13-6知，?。挥?公式（13-8a

30、）知：當量動載荷，又，故由以上計算知，計算?。磺筝S承應有的基本額定動載荷，預期工作壽命為2400h；由壽命計算可按雙列軸承進行，由16知：計算當量動載荷時按雙列軸承選取系數(shù)x、y的值其基本額定動載荷s和額定靜載荷s按下式計算：，；按12表12-7選軸承代號為nu216e型的圓柱棍子軸承，;；滿足條件；4.3軸承蓋尺寸計算由12 p133頁知，當d=140mm，；?。粍t由知：；取； 故；故；，由密封尺寸確定；?。籱由結(jié)構(gòu)確定；取；4.4車輪與軌道4.4.1車輪的設計車輪的最大輪壓： ；式中為小車自重，小車重量估取為5t，為鋼卷重量，鋼卷重30t，故，載荷率 車輪工作級別為重，由7表8-1-101

31、選擇車輪：當運行速度（）,車輪直徑d=350mm，軌道為及其以上規(guī)格，其許用輪壓為101kn,故可用。輪轉(zhuǎn)速；由9知等效靜載荷系數(shù)，等效起升載荷由9按公式（2-53）計算；計算輪壓：；為等效起升載荷和小車自重的和，故；由12知=1,故。根據(jù)點接觸情況計算接觸疲勞應力：，式中r為軌頂弧形半徑，由11表3-8-15得r=30cm；車輪材料一般選為，由10表5-4查得；故疲勞條件滿足；車輪踏面形狀與軌道的匹配依據(jù)為7表8-1-107；車輪強度計算：按點接觸進行接觸力的強度校核式中，；由10表5-4查得，故疲勞條件滿足。4.4.2 小車軌道的設計4.4.2.1 小車軌道的安裝方式鋼卷小車設計中一個不太

32、令人注意的部位是小車軌道，小車軌道在小車運行的過程中要承受非常大的載荷，所以為了適應大承載重量，有必要采用一種可以用壓板裝置的普通軌道。小車軌道是用標準的鐵軌，在鐵軌下用支撐架支撐，以增加受力面積，提高軌道的負載能力。如果軌道被直接捍到支撐梁，由于軌道表面是軋出來的，并沒有經(jīng)過機加工， 軌道底面可能不平， 就有可能出問題。采用壓板方法，從技術(shù)上講更完美， 因為讓軌道裝在彈性墊上面， 彈性墊可以吸收相當程度的應力， 就不會將這應力傳遞到支撐梁上如果彈性墊同 軟鼻子”壓板(壓板同軌底接觸部分覆上硫化橡膠)一起使用，當小車在固定點上運行時，軌道吸收局部應力的能力更大用壓板夾緊軌道可以承受更大荷載，具

33、備吸收應力的性能，但經(jīng)過一段時間后夾緊螺栓會變松，會產(chǎn)生對中問題。固定系緊螺栓的方法要隨支撐梁的設計而變化，可以用普通螺栓或螺栓擰到或焊接到支撐架。在防止由振動而使螺母梧動方面柱螺栓更可靠， 但如遇剪切斷裂時，更換是困難的。圖4.4 小車軌道安裝1軌道 2壓板 3主梁上蓋板這種夾緊方式盡管采用了輔助夾緊措施，但壓板下面的軌道仍難以與主粱上蓋板完壘貼臺， 存在著可以松動的間隙。當小車運行時， 小車的輪壓使軌道底面與上蓋板緊密貼合， 軌道與主粱一同下?lián)?。在離開輪壓作用點的區(qū)段， 由于軌道的剛性比支撐梁的剛性小， 兩者變形有差異， 所以軌遭對壓板有向上的作用力。在小車通過以后， 軌道與壓板恢復原狀，

34、如此不斷反復， 壓板終于會因疲勞超越極限向上彎曲， 對軌道不產(chǎn)生壓力， 軌道由于松動錯位， 小車運行將出現(xiàn)啃遭現(xiàn)象。小車運行啃遭使軌道磨損， 要更換軌道和壓板。在更換軌道過程中， 主粱要承受兩次熱效應， 一次是將原有的壓板從主粱上蓋板上割下來， 便于取下舊軌道； 另一次是在安裝新軌道時要把新壓板重新焊到支撐梁上蓋板上。逸兩次施焊過程一般都是在車間倉促進行的， 操作難以規(guī)范化， 有可能促使主粱上拱度消失， 影響鋼卷小車的正常工作。 軌道結(jié)構(gòu)尺寸由7表3-1-69或表3-1-70或表3-1-71確定，我選用型號為的重軌。 圖4.5 軌道簡圖圖4.6 改進后的小車軌道安裝 1軌道 2.壓板 3主粱上

35、蓋板 4墊板 5.螺栓 6 .螺母 7墊圈圖4.6的小車軌道夾裝方法是對上述方法的改進， 它是用一塊墊板與一塊活動壓板相組臺代替原用的整塊壓板。在軌遭調(diào)整對位以后，先將墊板焊在主粱上蓋板上， 然后利用螺拴將壓板壓住軌道。以后如需調(diào)整或更換小車軌道， 只要栓開螺栓就能方便地完成調(diào)整或更換工作。采用這種夾裝方法不便于調(diào)整或更換小車軌遭， 而且可以避免主梁承受兩次熱效應影響， 對于減少主粱上拱度的消失有一定的效果。4.4.2.2 小車軌道的啃軌現(xiàn)象1.啃軌卸卷小車在使用中，存在的主要問題是小車輪啃軌現(xiàn)象，從而產(chǎn)生一系列不良后果： 1)在軌道的側(cè)面有明顯的摩擦痕跡，嚴重的啃軌還會使軌道上產(chǎn)生毛剌、溝痕

36、、表面脫落等現(xiàn)象。2)車輪的輪緣有磨損減薄現(xiàn)象、輪緣根部有較大的磨損圓弧。3)卸卷小車在起動、制動時出現(xiàn)明顯的走偏或扭擺,并伴有啃軌時發(fā)出的異常聲響。4)卸卷小車行駛到某一區(qū)域時有明顯的扭動，并伴有不正常的摩擦聲。此時車輪輪緣與軌道邊緣的間隙發(fā)生明顯的變化。5)卸卷小車運行阻力變大，運行驅(qū)動電機發(fā)熱甚至燒壞。6)嚴重啃軌時卸卷小車在行駛過程中會發(fā)生脫軌事故。卸卷小車啃軌現(xiàn)象表現(xiàn)形式多種多樣：有時只有一個車輪啃軌；有時幾個車輪同時啃軌；有時往返運行時車輪同側(cè)啃軌；有時分別啃磨軌道兩側(cè)。2.產(chǎn)生啃軌的原因：（1）軌道的安裝缺陷造成的啃軌1)軌道的水平彎曲過大或軌道的局部變形過大2)軌道安裝呈現(xiàn)八字

37、形。軌道安裝不規(guī)范，造成軌距一端大、一端小。在此段軌道上，車輪往返運行時將分別啃磨軌道外側(cè)和內(nèi)側(cè)。3)同一截面兩根軌道相對標高偏差過大。造成較高的一側(cè)軌道外側(cè)被啃,較低的一側(cè)軌道內(nèi)側(cè)被啃。4)兩條軌道的平行度不在標準的范圍內(nèi)。（2）車輪及車輪安裝缺陷造成的啃軌。1)兩主動輪直徑尺寸不相等。2)安裝時4個車輪不在同一平面內(nèi)。3)前后車輪不在同一直線上運行。 總的來說，起重機的操作模式、軌道的安裝精度及車輪的安裝、加工精度被認為是引起啃軌的主要原因。3.啃軌的危害：（1）降低車輪和軌道的使用壽命（2）增大了運行阻力,使電動機和傳動機構(gòu)長期超載運行。（3）起重機運行時噪聲和振動較大。（4）許多卸卷小

38、車因啃軌需要頻繁地更換車輪，這給企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟損失和人力物力的浪費。4.啃軌的消除方法研究：（1）潤滑車輪輪緣及軌道側(cè)面（2）加裝水平輪（3）調(diào)整車輪安裝精度（4）調(diào)整軌道。重新調(diào)整軌道間距使之達到規(guī)定標準，調(diào)整其標高使之達到標準規(guī)定。（5）對于兩主動輪踏面直徑尺寸不相等而造成的啃軌，更換車輪使之直徑尺寸相等。4.4.3 小車拖鏈的設計1.拖鏈的作用是：小車在工作時需要供電，供液壓油。而這些電線和管路在小車往復運行的過程中容易彎折損壞，拖鏈的作用就是保護這些管線，減小其彎折程度，從而其到保護的作用2.拖鏈的基本結(jié)構(gòu)其工作形式就是讓管線隨拖鏈的彎曲半徑彎曲，從而減小管線的彎曲半徑，起到保護

39、的作用。圖4.7所示 圖4.7 拖鏈拖鏈的內(nèi)部如圖所示 圖4.8 拖鏈內(nèi)部一在本設計中設定的拖鏈彎曲半徑是350毫米。拖鏈的最大懸空是5200毫米。3.拖鏈的設計要求當卸卷小車停在卸卷大車遠離線材運輸大鉤的一端時，坦克鏈懸空長 圖4.9 拖鏈內(nèi)部二 度為5200mm。在設計的過程中要考慮拖鏈的剛度問題。不然，使得鏈條中部下?lián)线^大， 當卸卷小車右行時，由于鏈條下?lián)现率规湕l的受力方向改變，在小車向前的作用力、鏈條自重、鏈條變形阻力等的作用下，鏈條受到一向下的彎力作用，又因小車運行速度較快，使得鏈條還受到較大的沖擊力作用。因此，鏈條在彎力和沖擊力的雙作用下，超過了自身的承載能力，致使鏈條中部錯位折壞

40、。 5 鋼卷小車的自動控制 鋼卷運輸車在運輸鋼卷過程中，各個動作都能自動進行，并且與前后的機械都能有連鎖關(guān)系。有的鋼卷運輸車可以由計算機程序控制，以實現(xiàn)產(chǎn)生過程的自動化。以五機架冷連軋機組進料端鋼卷小車的自動控制為例，鋼卷小車的工作過程是：鋼卷運輸車的托輥停在接卷位置上，在步進梁運輸機的活動梁把鋼卷運來后，車的升降裝置上升到極限位置，并接受鋼卷，拆捆機拆除鋼卷上的捆帶；鋼卷下降到穿帶高度，這時把鋼卷運輸車行走到穿帶位置，剛卷在升降裝置的托輥上轉(zhuǎn)動，探測輥測得鋼卷頭部后，鋼卷停轉(zhuǎn)，進行穿帶。然后鋼卷再下降到開卷機卷筒中心線標高，車行走到開卷機位置，把鋼卷卸到開卷機卷筒上，；當升降裝置下降到極限位

41、置時，車開回到后終點，升降裝置上升到接卷位置。整個工作過程中，都由自動控制裝置進行控制，并且可以由電子計算機按照程序操作。5.1 鋼卷的垂直定位當鋼卷運輸車在接卷、拆捆、穿帶、卸卷等位置時，鋼卷中心線的標高是不同的，并且鋼卷具有不同的外徑。鋼卷運輸車采用托輥的升降來適應不同卷徑時鋼卷中心線的標高位置，稱為鋼卷的垂直定位。五機架冷連軋機組進料端的鋼卷內(nèi)徑都是610毫米，垂直定位的方法就是按照鋼卷內(nèi)徑的邊緣定位。鋼卷的垂直定位由裝在運輸線上的光電管控制。鋼卷運輸車的升降裝置的行程由安在車上的行程控制和極限開關(guān)操縱。起升降的速度有兩種：快速和慢速。起速度有液壓系統(tǒng)的換向閥來控制，相互間通過電氣連鎖。

42、鋼卷在拆捆位置垂直定位的光電管裝置安裝在步進梁運輸機的前終點，兩個光電管的反光鏡安裝在由液壓缸操縱的轉(zhuǎn)臂上而光電管安裝在鋼卷運輸車的移動底坑的對面。不工作時，轉(zhuǎn)臂是向上垂直放置的，工作時，轉(zhuǎn)臂向下轉(zhuǎn)到水平位置。垂直定位的工作原理如下：在鋼卷運輸車的升降裝置接卷上升到極限位置后，步進梁運輸機的活動梁后退，裝反光鏡a的轉(zhuǎn)臂向下轉(zhuǎn)到水平工作位置，升降裝置托著鋼卷下降。在下降的過程中，當鋼卷擋住光電管a射來的光束，在反光鏡的光亮開始變暗時，電信號控制液壓系統(tǒng)的換向閥，使升降裝置慢速下降；當鋼卷內(nèi)徑的上邊緣位于反光鏡b的中間時，光電管b射來的光束有一半被擋住。反光鏡b處于半暗狀態(tài)，這時，升降裝置停住，鋼

43、卷正好位于拆捆位置。鋼卷在穿帶和拆捆位置的垂直定位也用同樣的原理，但是光電管和反光鏡都是固定安裝在底坑兩邊。升降裝置的行程控制：行程發(fā)送器安裝在支座上，經(jīng)過聯(lián)軸器和軸相連，軸的另一端裝小齒輪，與安裝在升降裝置的齒條相嚙合，支座鉸接在車體上，支座的一邊支撐在彈簧上，彈簧力克服支座上的重量，并使齒輪和齒條嚙合良好。升降裝置升降時，齒條帶動小齒輪，使行程發(fā)送器的軸轉(zhuǎn)動，發(fā)出行程脈沖，實現(xiàn)升降裝置的自動控制。 鋼卷運輸小車的任務是將在取料處準備好的鋼卷運往開卷機。在其運輸過程中，利用光電開關(guān)及光電編碼器來實現(xiàn)帶鋼的高度對中和測量鋼卷外徑，動作過程為： 鋼卷小車1#位接受鋼卷； 鋼卷小車鞍座上升托住鋼卷

44、并上升到上極限位置； 鋼卷小車下降，進行外徑測量及高度對中； 對中完畢，鋼卷小車前進，將鋼卷裝入開卷機卷筒； 上卷完畢，鋼卷小車鞍座下降到下極限位置； 鋼卷小車返回1#位。5.1.1 鋼卷運輸小車的高度對中高度對中過程：鋼卷中心與開卷機卷筒軸線的高度對中在鋼卷小車的原始位置（對中站）進行，當鋼卷小車從取料處運載鋼卷行駛到這個位置時，通過一個光電開關(guān)和小車升降方向上的一個位移傳感器進行高度自動對中。其小車高度對中過程。 高度對中的步驟為：小車先下降使高度對中光柵接通，小車記下這一高度值，通過計算與比較得出小車應該上升的距離，小車上升該距離值，并進行判斷對中是否完成，如果hh1,小車將慢速下降，直

45、到h=h1為止，如果hh1；小車將會慢速上升，直到h=h1。對中完成后將鋼卷送到開卷機。5.2 鋼卷的水平定位鋼卷運輸車帶著鋼卷駛向穿帶、開卷位置和空車返回待卷位置，這個過程由移動行程上的極限開關(guān)控制 ，可以使正常運行的鋼卷運輸車在到達要求位置慢速運行或在到達要求的位置時停止運行。 從工藝流程圖可以看出鋼卷運輸系統(tǒng)，作為鋼卷生產(chǎn)中接收和運輸鋼卷的重要環(huán)節(jié)，操作水平和機械電氣安裝、定位精度直接影響鋼卷運輸?shù)陌踩蜕a(chǎn)效率。在投產(chǎn)以來，由于操作和設備電氣等原因，已多次發(fā)生因系統(tǒng)運輸偏差過大而導致鋼卷脫落，致使鋼卷及機械電氣設備的損壞；同時，由于故障的嚴重性，也給操作人員的操作形成心理壓力；這在一定

46、程度上也影響了生產(chǎn)的順利進行。造成這些問題的主要原因是鋼卷的對中，往往就是鋼卷在對中上不夠精確，造成了鋼卷的脫落，從而也就影響了后面的生產(chǎn)。這也就是本設計需要解決的問題。這些問題都可以通過 controllogix plc解決。 5.3 controllogix plc的簡介 controllogix控制系統(tǒng)看起來像一個可編程序控制器，其系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能品質(zhì)，其特點有： 無縫連接 快速 可組態(tài) 工業(yè)化 集成化 結(jié)構(gòu)緊湊。plc實質(zhì)上是一種工業(yè)控制型計算機，其基本組成見圖5.1所示。 圖5.1 可編程控制器的基本組成 圖5.2控制流程圖參考文獻1 楊美順，現(xiàn)代冷軋機發(fā)展現(xiàn)狀及展望j，上海：中國

47、冶金第83期，2004.2 陳榮，冷軋機自動上卷功能簡介j，鞍山，重工與其起重技術(shù)第17期，2008.3 周國盈.帶鋼卷取設備m. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982. 4 袁康.軋鋼車間設計基礎m冶金工業(yè)出版社，19825 濮良貴.機械設計m. 北京：高等教育出版社，2005.6 板帶車間機械設備設計（上、下冊）m.北京：冶金工業(yè)出版社，19867 成大先.機械設計手冊m. 北京：化學工業(yè)出版社，20028 北京鋼鐵學院.軋鋼車間輔助設備m北京：冶金工業(yè)出版社，19619 陳國璋.起重機計算實例.北京:中國鐵道出版社.1985.12 10 陳道南.起重運輸機械.冶金工業(yè)出版社.1987.1011 陳道南.起重機課程設計.冶金工業(yè)出版社.1983.1112 唐增寶