四連桿飛剪機(jī)設(shè)計(jì)與分析 開(kāi)題報(bào)告
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- 四連桿飛剪機(jī)設(shè)計(jì)與分析 開(kāi)題報(bào)告1.本課題的目的及意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
一、本課題的目的及意義
本課題是關(guān)于四連桿飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)與分析，顧名思義，四連桿飛剪機(jī)其剪切機(jī)構(gòu)其實(shí)就是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。四連桿剪切機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)平衡性能好，剪切狀態(tài)良好，這些特點(diǎn)使得這類飛剪生產(chǎn)效率比較高，加工質(zhì)量也相對(duì)比較好，而且它可以用于剪切相對(duì)較厚的軋件。由于以上這些優(yōu)點(diǎn)，四連桿曲柄飛剪廣泛地運(yùn)用于現(xiàn)代的鋼鐵行業(yè)中，它與軋機(jī)共同組成軋制線，對(duì)軋制后的軋件進(jìn)行切頭切尾的加工。因此，對(duì)飛剪機(jī)基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、仿真優(yōu)化以及有限元分析進(jìn)行深入的研究,以提高飛剪機(jī)的剪切性能,對(duì)飛剪機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)具有特別重要的意義。
同時(shí)，在軋制線上廣泛地采用飛剪機(jī)有利于使軋鋼生產(chǎn)迅速向高速化、連續(xù)化方向發(fā)展。因此，飛剪機(jī)是軋鋼生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，它的合理選型、運(yùn)行速度、剪切精度、自動(dòng)化程度、操作維護(hù)及設(shè)備壽命等均直接影響著軋材成品的產(chǎn)量大小、成材率和定尺率的高低,也就是說(shuō)直接影響著軋鋼廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
圖一 軋鋼生產(chǎn)線工藝流程圖
圖二 軋鋼精整線機(jī)組典型布置
1.矯正機(jī) 2.測(cè)速輥 3.夾送輥 4.主電機(jī) 5.飛剪機(jī)
由此可見(jiàn),自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的飛剪設(shè)備有著重要的“社會(huì)——技術(shù)——經(jīng)濟(jì)”意義。那么，在生產(chǎn)過(guò)程中飛剪機(jī)的使用也就變得尤其重要。
飛剪機(jī)的正常使用必需具備三個(gè)必要條件：
1.剪切軋件時(shí)刀刃的水平分速度必須與軋件同步；
2.飛剪機(jī)應(yīng)能滿足不同用戶的定尺要求；
3.剪切速度必須與生產(chǎn)線上其它設(shè)備匹配。
為了滿足以上三項(xiàng)基本要求,飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)通常都十分復(fù)雜。
要正確設(shè)計(jì)一臺(tái)工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良的飛剪機(jī),必須解決兩方面的問(wèn)題：
1.對(duì)飛剪的結(jié)構(gòu)和工作原理有深刻的理解,熟悉各種飛剪的優(yōu)點(diǎn)與不足,以便在設(shè)計(jì)中采用正確的結(jié)構(gòu)形式；
2.了解要剪切的工件所需要的剪切力、剪切功,以便確定飛剪的剪切能力。要確定飛剪的剪切能力,以往主要依靠經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算材料的最大剪切抗力,存在著較大的誤差,而且獲得的力能參數(shù)不足以滿足設(shè)計(jì)需要。
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,利用有限元方法來(lái)模擬、仿真工件的剪切過(guò)程,可以為飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)提供可靠的力能參數(shù)以及工藝參數(shù)參考依據(jù),使飛剪的設(shè)計(jì)更加高效、方便。
二、本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
世界上第一臺(tái)飛剪機(jī)問(wèn)世于十九世紀(jì)末。當(dāng)時(shí)正處于蒸汽機(jī)時(shí)代，所以第一臺(tái)飛剪機(jī)是由蒸汽機(jī)所帶動(dòng)，取名為愛(ài)德瓦爾茲飛剪。眾所周知，蒸汽機(jī)的發(fā)生系統(tǒng)非常復(fù)雜。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，使得愛(ài)德瓦爾茲飛剪的驅(qū)動(dòng)裝置非常的龐大，重量很重，最終導(dǎo)致了慣性力特別大，從而限制了該類飛剪的廣泛應(yīng)用。后來(lái)隨著電機(jī)的誕生及發(fā)展，美國(guó)出現(xiàn)了電動(dòng)式帶曲柄和偏心軸的飛剪，它最大的優(yōu)點(diǎn)是淘汰了龐大的蒸汽驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，取而代之的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這樣的進(jìn)步，大大地縮減了飛剪的結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)時(shí)限制飛剪的運(yùn)行速度的最主要因素還是龐大的慣性力。由于整條生產(chǎn)線的速度都受到飛剪運(yùn)行速度的限制，人們費(fèi)盡心思提高飛剪的運(yùn)行速度。后來(lái)，美國(guó)又發(fā)明了一臺(tái)名叫摩爾根式的電動(dòng)飛剪，這臺(tái)飛剪的特點(diǎn)是機(jī)械機(jī)構(gòu)（如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）得到了最大程度的簡(jiǎn)化，從而減小了重量，降低了慣性力，提高了飛剪的運(yùn)行速度。隨后，德國(guó)、日本、意大利等國(guó)家都致力于研究提高飛剪的運(yùn)行速度，都對(duì)飛剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新和改造，使得飛剪的性能和結(jié)構(gòu)日益在完善。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多專家學(xué)者也一直對(duì)飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能等方面進(jìn)行著深入的研究。
“基于UG的飛剪機(jī)關(guān)鍵零件有限元分析”一文中，把有限元分析貫徹于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的始終，主要目的是對(duì)剪切機(jī)構(gòu)中受力較大的部分進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，相對(duì)于傳統(tǒng)的理論校核方法，有限元法可以省去大量的繪圖和計(jì)算工作，而且因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程本身就是不斷修改結(jié)構(gòu)尺寸以達(dá)到最終的優(yōu)化目的，有限元方法可以做到隨時(shí)修改結(jié)構(gòu)尺寸隨時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，從而縮短了設(shè)計(jì)周期。通過(guò)剪切機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零件的有限元分析，能較為真實(shí)的反映構(gòu)件的受力情況，為飛剪機(jī)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)打下新的基礎(chǔ)。這樣不僅能飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)、還能優(yōu)化飛剪機(jī)材料和工藝，能實(shí)現(xiàn)飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)、材料和工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
“四連桿曲柄飛剪機(jī)剪切力測(cè)試與分析”一文中，通過(guò)對(duì)四連桿曲柄飛剪機(jī)剪切力的測(cè)試與分析,弄清了剪切力與工藝參數(shù)之間的定量關(guān)系,為合理安排生產(chǎn),確保飛剪機(jī)安全運(yùn)行,掌握飛剪機(jī)的最大生產(chǎn)能力,正確評(píng)估飛剪機(jī)的工作狀態(tài)提供了重要依據(jù)。
“新型曲柄式飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與受力分析”一文中，探討了三曲柄對(duì)稱式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和結(jié)構(gòu)原理，通過(guò)飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以得出下剪刃夾角與中心距的關(guān)系，從而推算出最大剪切力位置，為正確設(shè)計(jì)飛剪機(jī)提供了理論依據(jù)。通過(guò)上下刀架剪切合力的計(jì)算，可以根據(jù)電機(jī)功率合理地選擇電機(jī)，不會(huì)導(dǎo)致選擇功率過(guò)大的電機(jī)而增加成本，或選擇功率小的電機(jī)而影響剪切質(zhì)量。由飛剪機(jī)剪切重合度的大小與曲柄角速度、剪切長(zhǎng)度的關(guān)系，可以根據(jù)板材剪切長(zhǎng)度的需要，通過(guò)控制曲柄轉(zhuǎn)速ω，靈活地調(diào)整剪切時(shí)剪刃重合度的大小。驗(yàn)證結(jié)果表明，理論計(jì)算準(zhǔn)確，為構(gòu)建新機(jī)構(gòu)或改善現(xiàn)有飛剪機(jī)構(gòu)的工作性能提供了有效的理論依據(jù)。
綜上所述，在目前的有關(guān)四連桿飛剪機(jī)的各種研究中，主要都是著重研究四連桿飛剪機(jī)的剪切結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析、剪切力分析、有限元分析等方向。通過(guò)這些研究對(duì)改善現(xiàn)有飛剪機(jī)的工作性能提供了有效的理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)飛剪機(jī)的部分零部件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，相對(duì)于傳統(tǒng)的理論校核方法，可以省去大量的繪圖和計(jì)算工作，從而縮短了設(shè)計(jì)周期。這些研究不僅能改善飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)、還能優(yōu)化飛剪機(jī)材料和工藝，能實(shí)現(xiàn)飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)、材料和工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。閱讀這些文獻(xiàn)能在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中起到很大的的參考作用。
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