四連桿飛剪機設(shè)計與分析 開題報告
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- 四連桿飛剪機設(shè)計與分析 開題報告1.本課題的目的及意義，國內(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)于四連桿飛剪機的設(shè)計與分析，顧名思義，四連桿飛剪機其剪切機構(gòu)其實就是一個四連桿機構(gòu)。四連桿剪切機構(gòu)的主要優(yōu)點是：動平衡性能好，剪切狀態(tài)良好，這些特點使得這類飛剪生產(chǎn)效率比較高，加工質(zhì)量也相對比較好，而且它可以用于剪切相對較厚的軋件。由于以上這些優(yōu)點，四連桿曲柄飛剪廣泛地運用于現(xiàn)代的鋼鐵行業(yè)中，它與軋機共同組成軋制線，對軋制后的軋件進行切頭切尾的加工。因此，對飛剪機基本結(jié)構(gòu)、運動學、仿真優(yōu)化以及有限元分析進行深入的研究,以提高飛剪機的剪切性能,對飛剪機的整機設(shè)計具有特別重要的意義。
同時，在軋制線上廣泛地采用飛剪機有利于使軋鋼生產(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、運行速度、剪切精度、自動化程度、操作維護及設(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,也就是說直接影響著軋鋼廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
圖一 軋鋼生產(chǎn)線工藝流程圖
圖二 軋鋼精整線機組典型布置
1.矯正機 2.測速輥 3.夾送輥 4.主電機 5.飛剪機
由此可見,自主創(chuàng)新設(shè)計與開發(fā)我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的飛剪設(shè)備有著重要的“社會——技術(shù)——經(jīng)濟”意義。那么，在生產(chǎn)過程中飛剪機的使用也就變得尤其重要。
飛剪機的正常使用必需具備三個必要條件：
1.剪切軋件時刀刃的水平分速度必須與軋件同步；
2.飛剪機應(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。
為了滿足以上三項基本要求,飛剪機的結(jié)構(gòu)通常都十分復(fù)雜。
要正確設(shè)計一臺工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良的飛剪機,必須解決兩方面的問題：
1.對飛剪的結(jié)構(gòu)和工作原理有深刻的理解,熟悉各種飛剪的優(yōu)點與不足,以便在設(shè)計中采用正確的結(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)驗公式來計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)計需要。
隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展,利用有限元方法來模擬、仿真工件的剪切過程,可以為飛剪機的設(shè)計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)計更加高效、方便。
二、本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
世界上第一臺飛剪機問世于十九世紀末。當時正處于蒸汽機時代，所以第一臺飛剪機是由蒸汽機所帶動，取名為愛德瓦爾茲飛剪。眾所周知，蒸汽機的發(fā)生系統(tǒng)非常復(fù)雜。正是因為這個原因，使得愛德瓦爾茲飛剪的驅(qū)動裝置非常的龐大，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。后來隨著電機的誕生及發(fā)展，美國出現(xiàn)了電動式帶曲柄和偏心軸的飛剪，它最大的優(yōu)點是淘汰了龐大的蒸汽驅(qū)動機構(gòu)，取而代之的是電動驅(qū)動，這樣的進步，大大地縮減了飛剪的結(jié)構(gòu)，但是當時限制飛剪的運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行速度的限制，人們費盡心思提高飛剪的運行速度。后來，美國又發(fā)明了一臺名叫摩爾根式的電動飛剪，這臺飛剪的特點是機械機構(gòu)（如傳動機構(gòu)）得到了最大程度的簡化，從而減小了重量，降低了慣性力，提高了飛剪的運行速度。隨后，德國、日本、意大利等國家都致力于研究提高飛剪的運行速度，都對飛剪結(jié)構(gòu)進行創(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，國內(nèi)很多專家學者也一直對飛剪機的結(jié)構(gòu)、性能等方面進行著深入的研究。
“基于UG的飛剪機關(guān)鍵零件有限元分析”一文中，把有限元分析貫徹于整個設(shè)計過程的始終，主要目的是對剪切機構(gòu)中受力較大的部分進行強度和剛度校核，相對于傳統(tǒng)的理論校核方法，有限元法可以省去大量的繪圖和計算工作，而且因為優(yōu)化設(shè)計過程本身就是不斷修改結(jié)構(gòu)尺寸以達到最終的優(yōu)化目的，有限元方法可以做到隨時修改結(jié)構(gòu)尺寸隨時進行強度和剛度校核，從而縮短了設(shè)計周期。通過剪切機構(gòu)關(guān)鍵零件的有限元分析，能較為真實的反映構(gòu)件的受力情況，為飛剪機的動態(tài)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計打下新的基礎(chǔ)。這樣不僅能飛剪機結(jié)構(gòu)、還能優(yōu)化飛剪機材料和工藝，能實現(xiàn)飛剪機結(jié)構(gòu)、材料和工藝的創(chuàng)新設(shè)計。
“四連桿曲柄飛剪機剪切力測試與分析”一文中，通過對四連桿曲柄飛剪機剪切力的測試與分析,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),確保飛剪機安全運行,掌握飛剪機的最大生產(chǎn)能力,正確評估飛剪機的工作狀態(tài)提供了重要依據(jù)。
“新型曲柄式飛剪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析”一文中，探討了三曲柄對稱式飛剪機剪切機構(gòu)的運動軌跡和結(jié)構(gòu)原理，通過飛剪機結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計飛剪機提供了理論依據(jù)。通過上下刀架剪切合力的計算，可以根據(jù)電機功率合理地選擇電機，不會導(dǎo)致選擇功率過大的電機而增加成本，或選擇功率小的電機而影響剪切質(zhì)量。由飛剪機剪切重合度的大小與曲柄角速度、剪切長度的關(guān)系，可以根據(jù)板材剪切長度的需要，通過控制曲柄轉(zhuǎn)速ω，靈活地調(diào)整剪切時剪刃重合度的大小。驗證結(jié)果表明，理論計算準確，為構(gòu)建新機構(gòu)或改善現(xiàn)有飛剪機構(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)四連桿飛剪機的各種研究中，主要都是著重研究四連桿飛剪機的剪切結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動分析、剪切力分析、有限元分析等方向。通過這些研究對改善現(xiàn)有飛剪機的工作性能提供了有效的理論依據(jù)，同時對飛剪機的部分零部件進行強度和剛度校核，相對于傳統(tǒng)的理論校核方法，可以省去大量的繪圖和計算工作，從而縮短了設(shè)計周期。這些研究不僅能改善飛剪機結(jié)構(gòu)、還能優(yōu)化飛剪機材料和工藝，能實現(xiàn)飛剪機結(jié)構(gòu)、材料和工藝的創(chuàng)新設(shè)計。閱讀這些文獻能在本次的畢業(yè)設(shè)計中起到很大的的參考作用。
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