鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計(jì)-總體方案設(shè)計(jì)及總體裝配

第一章引言1.1概述手動火焰清理設(shè)備一直是鋼鐵企業(yè)的常用設(shè)備。這項(xiàng)艱苦的工作經(jīng)常是在高溫，高粉塵及噪聲污染的惡劣環(huán)境中進(jìn)行的。為了改善手工作業(yè)環(huán)境以及由于手工作業(yè)帶來的低效率，高成本等問題，如今鋼鐵行業(yè)逐漸重視對鋼坯清理的機(jī)械作業(yè)的研發(fā)。所謂鋼坯火焰清理就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的工序。該工序能有效提高鋼材的軋制質(zhì)量，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)鋼材提供了必要的保證。鋼坯火焰清理按工作溫度分為熱鋼坯火焰清理和冷鋼坯火焰清理；鋼坯火焰清理按操作方式分為手工作業(yè)和機(jī)械作業(yè)方式。其中實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)的裝置稱火焰清理機(jī)，他是通過專門燒嘴將氧氣和煉焦煤氣進(jìn)行混合，燃燒火焰預(yù)熱連鑄鋼坯，然后利用高壓純氧流與鋼坯表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，對鋼坯火焰清理機(jī)需要采取機(jī)械作業(yè)方式，冷鋼坯火焰清理機(jī)即可采用手工作業(yè)方式，又可采用機(jī)械作業(yè)方式。冷鋼坯火焰清理即可采用手工作業(yè)方式，又可采用計(jì)息作業(yè)方式，但由于我國目前非常缺乏專門的火焰清理機(jī)的設(shè)計(jì)、制造研發(fā)能力，國內(nèi)鋼坯火焰清理主要采用手工作業(yè)冷鋼坯清理方式。鋼坯火焰清理機(jī)的發(fā)展概況鋼坯火焰清理技術(shù)起源于美國，成熟于韓國，是全球冶金行業(yè)率先進(jìn)行批量化檢驗(yàn)板坯皮下缺陷的先進(jìn)手段，目前正風(fēng)靡于世界冶金業(yè)。而隨著我國鋼鐵工業(yè)對鋼種質(zhì)量的需求進(jìn)一步提高，鋼坯的火焰表面清理技術(shù)顯得越來越重要，實(shí)踐證明利用火焰清理鋼坯缺陷，能有效地提高鋼材的軋制質(zhì)量。近幾年來國內(nèi)高度重視鋼坯火焰清理技術(shù)在國內(nèi)冶金業(yè)的應(yīng)用，如2006年寶鋼分公司煉鋼廠4號連鑄機(jī)工程配套改造項(xiàng)目：二煉剛火焰清理機(jī)技改工程熱負(fù)荷試車一次成功，順利投入運(yùn)行。改造后，二煉鋼火焰清理機(jī)清理鑄坯的最大寬度可從1450毫米增至1750毫米，年清理能力也將由60萬噸擴(kuò)大到120萬噸。又如2010年遷鋼公司板坯火焰清理機(jī)熱試成功，設(shè)計(jì)年處理板坯190萬噸，為該公司低成本生產(chǎn)高端高效產(chǎn)品，尤其是高品質(zhì)汽車板、加點(diǎn)板提供了技術(shù)保證，遷鋼成為國內(nèi)繼寶鋼之后第二家投入火焰清理機(jī)的企業(yè)。但該板坯火焰清理機(jī)主體設(shè)備均由日本KBK公司和美國L-TEC公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制作。可見，國外鋼坯火焰清理技術(shù)現(xiàn)處于極度保密的狀態(tài)，國內(nèi)需要花費(fèi)巨大的外匯來進(jìn)口國外的鋼坯火焰清理機(jī)的整機(jī)和關(guān)鍵核心部件，而且維修服務(wù)費(fèi)用昂貴?；谖覈壳盎鹧媲謇頇C(jī)研發(fā)十分落后的局面，注定我國民族冶金企業(yè)必須走自主創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，通過對鋼坯火焰清理機(jī)研發(fā)中的整體方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、制造與裝配等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行校企聯(lián)合公關(guān)，我國才能夠較快較全面掌握鋼坯火焰清理技術(shù)，為我國冶金企業(yè)長期發(fā)展注入強(qiáng)勁的活力。因此，鋼坯火焰清理機(jī)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目具有十分深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價值鋼坯火焰清理機(jī)開發(fā)的理由和目的*產(chǎn)品質(zhì)量方面的要求*日益高漲的作業(yè)費(fèi)用*改善人工清理時嚴(yán)酷的工作環(huán)境*排除人工清理產(chǎn)生的不穩(wěn)定性*保證高質(zhì)量和高附加值*克服在其他表面處理作業(yè)時被限制的能力鋼坯火焰清理機(jī)的具體技術(shù)指標(biāo)：工作溫度0°C—50°C 相對適度 <90%工作電源380V±10%/3相/50HZ鋼坯臨界尺寸（長*寬*高）最小=200*1850*2000最大=300*2280*4000一次清理深度0.8mm—.2mm清理速度6m/min—9m/min清理軌跡要求具有三軸兩聯(lián)動數(shù)控插補(bǔ)具有鋼坯自動翻板功能燒嘴能自動點(diǎn)火與熄滅，且高度能手動可調(diào)具有機(jī)械擋屑、自動排屑功能導(dǎo)軌帶自動防屑塵的防護(hù)罩圖表1-1技術(shù)指標(biāo)本文主要研究的內(nèi)容對鋼坯火焰清理機(jī)進(jìn)行總體功能分析，確定總體方案以及翻板裝置的仿真模擬第二章整體布局2.1鋼坯火焰清理機(jī)工作原理和功能火焰清理機(jī)往往是安裝在初軋機(jī)和大剪機(jī)之間的生產(chǎn)線上，是對連鑄板坯、方坯或鋼錠鋼表面缺陷，通過利用氧氣-燃?xì)膺M(jìn)行熱化學(xué)的氧化反應(yīng)，對其進(jìn)行表面缺陷處理的設(shè)備?；鹧媲謇頇C(jī)除了可以去除材料表面的瑕疵外，還可以通過火焰燒嘴噴出的氣流力量，把因加熱后產(chǎn)生的脫碳層、殘余的氧化層渣滓或其他不純物質(zhì)吹走，提高鋼坯表面的質(zhì)量和成材率。按設(shè)計(jì)要求，該裝置由鋼坯輸送裝置、氧化皮和裂紋自動清理裝置、鋼坯翻板裝置、廢屑自動排除裝置等部分所組成。鋼坯先用吊具吊放于預(yù)制工作區(qū)，然后由輥道輸送到第一清理位，安裝在第一清理位的清理機(jī)啟動作業(yè)，完成上表面的清理。上表面清理后輥道動力啟動，把鋼坯運(yùn)送到翻板機(jī)構(gòu)位，翻板機(jī)構(gòu)啟動對鋼坯的翻板，鋼坯被翻轉(zhuǎn)180°后右邊的輥道動力啟動，把鋼坯輸送到第二清理位，進(jìn)行下表面的清理，整個清理工作完成后，由輥?zhàn)舆\(yùn)輸輥道輸送出來，進(jìn)行冷卻、堆碼等。整個鋼坯清理機(jī)流程示意圖、三維安裝示意圖見下文。2.2流程示意如圖：圖2-1平面布局示意圖1一清理位1 2—清理位2 3—送入輥道4—送出輥道 5—翻板機(jī)構(gòu)和清理區(qū) 6—預(yù)制工作區(qū)2.3安裝示意圖：圖2-2鋼坯火焰清理機(jī)總安裝示意圖2.4火焰清理機(jī)作業(yè)流程圖圖2-3火焰清理機(jī)作業(yè)流程示意圖第三章各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析3.1鋼坯翻板裝置設(shè)計(jì)1.1鋼翻板裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種（1）齒輪傳動雙臂翻板機(jī)荷啟動的目的，兩翻臂都要在低于水平位置下方5度時啟動，而翻板時翻轉(zhuǎn)臂的交接點(diǎn)在A點(diǎn)位置，即送鋼側(cè)的翻臂要走過100度，而接鋼側(cè)要走過90度。鋼板在翻轉(zhuǎn)的過程中，過了中間垂直位置后，鋼板是以送鋼臂的初速度開始并以變加速度進(jìn)行翻板，其翻轉(zhuǎn)的角加速度是隨著鋼板翻轉(zhuǎn)的角度增加而加大的，它一定是以某個速度翻轉(zhuǎn)到接鋼板的翻臂上，所以會產(chǎn)生噪聲和沖擊，整個翻板過程電機(jī)要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)。（2）雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)如圖：

圖3-2雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)特點(diǎn)：該翻板機(jī)由一臺交流電動機(jī)驅(qū)動，由互相連接的兩套四桿機(jī)構(gòu)組成。主動驅(qū)動為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，而翻板為雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)由中間長軸和一個成直角的拐作為中間連接。整個傳動系統(tǒng)是在減速器的低速軸兩端各裝一個有一定偏角的曲柄al、a2,由它們分別帶動兩套四桿機(jī)構(gòu)，用連桿b與兩根翻板中間長軸相連。該翻板機(jī)最大的特點(diǎn)就是有一個鋼板的接送過程。優(yōu)點(diǎn)：解決沖擊發(fā)出噪聲并對鋼板表面有可能有一定的損傷，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低（3）液壓翻板機(jī)隨著計(jì)算機(jī)和液壓伺服技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓技術(shù)由于有獨(dú)特的優(yōu)良特性而廣泛地運(yùn)用于冶金設(shè)備中，從而產(chǎn)生了一種新型翻板機(jī)——液壓翻板機(jī)。如圖：

圖3-3液壓翻板機(jī)優(yōu)點(diǎn)：同步長軸上加上角度檢測裝置，對翻板的角度信號進(jìn)行處理，再通過伺服系統(tǒng)，對翻板過程就能實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制。因此液壓翻板機(jī)具有比機(jī)械翻板機(jī)更加平穩(wěn)的翻板過程，從而實(shí)現(xiàn)無噪聲化生產(chǎn)。缺點(diǎn)：該結(jié)構(gòu)需要的控制水平要求高，且采用液壓系統(tǒng)，成本高，投資大1.2翻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體采用方案通過上述幾種類型翻板機(jī)構(gòu)的分析，可以看出齒輪翻板機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠但是沖擊大、對噪聲大對環(huán)境的影響大。而且由于翻板過程中的沖擊會對鋼板產(chǎn)生表面損傷，而液壓翻板機(jī)得翻板過程平穩(wěn)，但是控制水平要去高，投資較大，所以本課題設(shè)計(jì)翻板結(jié)構(gòu)部分選用上述雙臂曲軸搖桿式翻板機(jī)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)如圖所示：

鋼坯火焰清理機(jī)就是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除。3.2.1外形結(jié)構(gòu)分析常見的數(shù)控火焰清理裝置外形結(jié)構(gòu)有懸臂式和龍門式兩種方案方案1懸臂式（如圖）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的敞開性，占用場地少，成本低缺點(diǎn)：懸臂式結(jié)構(gòu)，當(dāng)伸臂跨距太長時，由于火焰槍作業(yè)時有上下左右的行走，安裝在伸臂端，只有一側(cè)支撐，顯得結(jié)構(gòu)很單薄，且平穩(wěn)性不好，不利于長期穩(wěn)定的作業(yè)。懸臂式結(jié)構(gòu)，單邊驅(qū)動，只能固定在某一位置，不可挪動，隨著使用年限增加，誤差也會隨著增加，無改造價值

懸Q0o方案2門式（如圖懸Q0o方案2門式（如圖2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，剛性高，個作業(yè)機(jī)構(gòu)可以再導(dǎo)軌上移動可以采用箱子式焊接技術(shù)，，不變形苣性好，門式結(jié)構(gòu)可以采用雙邊驅(qū)動，整苣某一個位置不能移動。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，橫梁年限長，具有改造價值。圖3-6龍門式3.2.2傳動方案選取機(jī)械傳動部件通常有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動等，其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此可以說，機(jī)械傳動部件實(shí)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器，其目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。機(jī)械傳動部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動類型、傳動方式、傳動剛度以及傳動可靠性對機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)

和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件。如圖（3）所示：圖3-7清理結(jié)構(gòu)三維示意圖機(jī)械傳動部件中的傳動機(jī)構(gòu)及其傳動功能如下圖表基本功能傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的變換動力的變化形式行程方向速度大小形式絲杠螺母△△△齒輪△△△齒輪齒條△△鏈輪鏈條△帶、帶輪△△纜繩、繩輪△△△△△杠桿機(jī)構(gòu)△△△連桿機(jī)構(gòu)△△△凸輪機(jī)構(gòu)△△△△摩擦輪△△△軟軸△間歇機(jī)構(gòu)△蝸輪輪蝸桿△△△萬向聯(lián)軸器△注：△表示有此功能（圖表）從表中可以看出，齒輪齒條傳動既可將直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動，又可將驅(qū)動力或轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動力；帶傳動、蝸輪蝸桿傳動及各類齒輪減速器既可進(jìn)行升速或降速，也可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩大小的變換。絲杠螺母機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)動力形式的變化，主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。3.2.3工作臺沿導(dǎo)軌縱向移動的傳動方案和沿橫梁橫向運(yùn)動方案選定工作臺縱向沿導(dǎo)軌運(yùn)動和沿橫梁橫向運(yùn)動都是只作直線運(yùn)動，而電機(jī)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，動力的形式起到變化。由以上分析，以下為直線傳動的常用方案：方案1電機(jī)f聯(lián)軸器f變速箱f齒輪f齒條方案2伺服電機(jī)f一級齒輪f絲杠f絲杠螺母方案3伺服電機(jī)f聯(lián)軸器f絲杠f絲杠螺母方案1：電機(jī)與絲杠用聯(lián)軸器直接連接可以使傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量減小，減小電機(jī)的負(fù)擔(dān)，采用精密齒輪齒條傳動滿足長行程的需要。方案2，3：采用絲杠—絲杠螺母傳動，精度高，但是長絲杠制造成本極高，安裝上難度大，6m的滾珠絲杠需要定做，價格在8萬左右。3.2.4火焰槍升降結(jié)構(gòu)分析因?yàn)樗^的鋼坯火焰清理機(jī)是利用高溫火焰的氣割和熔除作用將鋼坯表面缺陷燒除的一道工序。所以火焰清理機(jī)的清理裝置可以仿火焰切割機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，火焰清理槍安裝在割炬上?？紤]到成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、自動化等因素，火焰清理裝置的升降結(jié)構(gòu)一般有以下手動和自動兩種方案：方案1、采用手動升降割炬

圖3-8手動升降割炬1-托輥2-橫梁3-導(dǎo)軌4-載體5-橫向調(diào)節(jié)手輪6-割炬7-升降手輪割炬的升降由手動實(shí)現(xiàn)，如圖3-8所示。開條裝置固定在橫梁的托架上，托架的數(shù)量視不同軌距而定。梁安裝在同一水平的托架平面上，梁上置有供數(shù)個載體橫向移動的導(dǎo)軌，載體數(shù)量可根據(jù)需求配置。每個載體上配有一把割炬，并設(shè)有橫向調(diào)節(jié)手輪，該手輪可調(diào)節(jié)載體的位置及載體間的距離，割炬的割嘴與鋼板的距離可通過升降手輪來調(diào)節(jié)。此種割炬升降結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)；但是操作麻煩，一般用于小軌距門式火焰清理機(jī)。方案2、自動升降割炬1-滑座2-橫梁3-橫向調(diào)節(jié)手輪4-升降裝置5-割炬6-升降調(diào)節(jié)手輪圖3-9自動升降割炬割炬的升降由自動實(shí)現(xiàn)，如圖3-9所示。橫梁導(dǎo)軌上配有數(shù)個滑座，其數(shù)量可根據(jù)用戶所需的割炬數(shù)而定?；矫嫔涎b有電動升降裝置，割炬座固定在升降裝置的座上。每個滑座的位置可通過橫向調(diào)節(jié)手輪來設(shè)定；割炬座升降調(diào)節(jié)手輪，用于手動調(diào)節(jié)割炬的高度，割炬的自動化升降由電動升降裝置來實(shí)現(xiàn)。此種升降結(jié)構(gòu)自動化程度高、操作方便。2.5火焰清理裝置總方案由以上分析，確定本次設(shè)計(jì)清理裝置總體機(jī)械設(shè)計(jì)方案：機(jī)架整體采用門式結(jié)構(gòu)方案，由于要清理的鋼板長度最長為4m,所以橫梁跨度超過4000mm，采用雙邊驅(qū)動。橫梁采用箱型結(jié)構(gòu)固定在兩端縱向立柱上，隨立柱在導(dǎo)軌上做縱向進(jìn)給運(yùn)動。其他裝置具體設(shè)計(jì)如下：a、橫向驅(qū)動裝置電機(jī)通過減速器驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪和齒條配合傳動帶動滑塊移動，使整個伸臂帶動氣割炬和橫向氣割熔除，清理鋼坯表面缺陷。電動機(jī)通過變頻控制可調(diào)節(jié)橫向走行速度，即橫向清理速度pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings結(jié)論與展望本文設(shè)計(jì)的自動火焰清理機(jī)是用氧氣和符合要求的可燃?xì)怏w火焰廢噴射鋼坯表面去除氧化皮的設(shè)備。經(jīng)過幾個月的集體努力，獲得了一些成果和結(jié)論。我們求得了曲柄連桿翻版機(jī)構(gòu)中各個桿件載荷和直徑的大小、曲柄翻轉(zhuǎn)過程角度的變化。輥道傳送得出了齒輪機(jī)構(gòu)傳動具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。清理機(jī)中得出刮板可以自由地繞銷軸做順時針旋轉(zhuǎn)而使下端抬起，從而將切屑留在原地，使得切屑只可以向排屑機(jī)前面排出。整體時間和空間上，各部分裝配到一起去的時候應(yīng)該注意相互之間怎樣配合。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，鋼坯的作用越來越大。需要加工鋼坯兩面的地方越來越多。鋼坯火焰清理機(jī)的出現(xiàn)使得工作效率提高幾個等級，出現(xiàn)的人身安全事故也成倍的減少。為了滿足生產(chǎn)需求我們小組做此設(shè)計(jì)來解決清理氧化皮問題，這是為了生產(chǎn)力的提高，為了解決實(shí)際問題才結(jié)的此題目。鋼坯火焰清理的需求再將來的鋼坯運(yùn)用中有很大的好處。在不久的將來，此設(shè)計(jì)所說的方案定會在實(shí)習(xí)生產(chǎn)中大量的運(yùn)用。參考文獻(xiàn)王勇勤.雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及改進(jìn).鞍鋼技術(shù).94年第6期詹庭文.大型火焰切割機(jī)的開發(fā)與設(shè)計(jì).上海冶金設(shè)計(jì).93年