定尺剪切機(jī)畢業(yè)實習(xí)調(diào)研報告

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計實習(xí)調(diào)研報告題 目：定尺剪切機(jī)學(xué)生姓名： 學(xué) 號：0604103436專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級：機(jī)06-4班指導(dǎo)教師： 目錄引言.1文獻(xiàn)綜述.1 1、國外剪切機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.1 2、國內(nèi)剪切機(jī)的介紹.2 3、飛剪機(jī)的定尺控制系統(tǒng).3技術(shù)方案介紹.5 1、plc控制方案在定尺剪切機(jī)中的應(yīng)用.5 2、飛剪機(jī)的優(yōu)化設(shè)計.6 3、飛剪機(jī)上刀架有限元分析.8實習(xí)調(diào)研心得.11參考文獻(xiàn).12引言通過這幾個星期的在網(wǎng)上查閱資料和實習(xí)調(diào)研，我了解到，近年來我國連鑄技術(shù)取得了很大進(jìn)展，2003年上半年統(tǒng)計，國內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)(占全國產(chǎn)鋼量85%以上)連鑄比為9636%，超過國外897o

2、%的平均水平。其中，特殊鋼、合金鋼連鑄比也有一定的提高。為了提高連鑄機(jī)作業(yè)率并改善鑄坯質(zhì)量，各鋼廠都在不斷改進(jìn)連鑄技術(shù)。剪切是鋼板生產(chǎn)個過程不可缺少的一道重要工序，剪切機(jī)的剪切質(zhì)量直接影響鋼板質(zhì)量，因此提高剪切機(jī)的剪切精度和剪切質(zhì)量對軋鋼企業(yè)的發(fā)展有很重要的作用。目前的剪切機(jī)一般以飛剪為主，主要是用來剪切定尺、切頭切尾、切取試樣以及處理事故等。我國雖然在飛剪的設(shè)計方面也作了不斷的努力，但由于技術(shù)上的原因，到目前為止，我國各軋鋼企業(yè)中還沒有一套完全自主設(shè)計研制的較為理想的飛剪設(shè)備，國內(nèi)軋鋼企業(yè)中所使用的飛剪設(shè)備幾乎都是從國外引進(jìn)的。倘若我國能自行設(shè)計并制造一套較為理想的飛剪設(shè)備，那么不僅可以降低

3、軋鋼的生產(chǎn)成本，而且也是在重大裝備開發(fā)研制上的重大突破。文獻(xiàn)綜述眾所周知, 飛剪機(jī)是中小型軋鋼生產(chǎn)線上不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備之一, 也是機(jī)電氣液一體化配套技術(shù)難度較高的設(shè)備飛剪機(jī)的合理選型、運行速度、剪切精度、自動化程度、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, 也就是說直接影響著軋鋼廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。而定尺剪切機(jī)屬于飛剪機(jī)的一種。1、目前國外飛剪機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r：目前國外多采用兩種比較先進(jìn)的飛剪機(jī)型, 一是采用離合器制動器, 我們稱作“ 連續(xù)起?！?制飛剪, 另一種是電機(jī)直接起停制飛剪, 兩種飛剪各有其優(yōu)點亦有其不足之處。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 電控元器件

4、水平的提高。起停制飛剪將逐步代表著飛剪機(jī)的發(fā)展趨勢。箱式結(jié)構(gòu)剛性較好，所占空間小，所需抽風(fēng)機(jī)容量小。檢修和處理事故還算方便。連續(xù)一一起停制飛剪機(jī), 整機(jī)分為傳動裝置和剪切裝置兩大部分。傳動裝置部分是由直流電機(jī)帶動, 配置有飛輪連續(xù)高速運轉(zhuǎn)而剪切裝置一般情況下是靜止不轉(zhuǎn)的。兩部分之間由一對快速響應(yīng)的離合器制動器相連接和控制。當(dāng)需要剪切時, 則制動器打開, 離合器合上, 傳動裝置通過離合器帶動剪切裝置運動并剪切剪切完后離合器脫開制動器合上, 將剪切裝置制動停止到某一確定的待切位置上。傳動裝置仍連續(xù)運轉(zhuǎn)。這種機(jī)型傳動部分的轉(zhuǎn)動慣量很大, 剪切部分的轉(zhuǎn)動慣量很小。因此可以通過離合器制動器控制實現(xiàn)在小慣

5、量下起動、制動, 而在大慣量下進(jìn)行剪切。可以充分利用動力矩, 提高速度, 降低能耗。起停制飛剪機(jī), 采用低慣量大扭矩直流電機(jī)整機(jī)直接起動、剪切、制動, 完成剪機(jī)的三個基本動作過程。飛剪的傳動部分和剪切部分做成一體, 整個傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量都很低, 以便于實現(xiàn)整個傳動系統(tǒng)頻繁的起動制動。這種飛剪一般處于靜止?fàn)顟B(tài), 剪切時, 電機(jī)直接拖動傳動裝置和剪切裝置迅速起動剪切, 而后立即制動, 而且有些要求電機(jī)可反向爬行轉(zhuǎn)動, 將剪頭準(zhǔn)確地復(fù)位于某一待切位置。因此, 這種飛剪結(jié)構(gòu)簡單, 維護(hù)保養(yǎng)方便, 控制環(huán)節(jié)少, 剪切精度較高。連續(xù)起停制飛剪與起停制飛剪相比較, 前者適合高速頻繁起動, 后者結(jié)構(gòu)簡單,

6、剪切精度高, 并且在電控技術(shù)及元件過關(guān)的情況下, 速度亦可達(dá)到或超過前者, 因而更有發(fā)展前途。2、國內(nèi)飛剪機(jī)的介紹：從建國初期50年代至70年代, 國內(nèi)小型飛剪大都受東歐、蘇聯(lián)等社會主義國家影響, 飛剪機(jī)大致可分為連續(xù)制和起停制二大類, 例如鞍鋼一初軋100100方連續(xù)制飛剪機(jī), 首鋼300小型5050方起停制飛剪；2525連續(xù)制飛剪機(jī)，濟(jì)鋼小型廠捷克產(chǎn)噸連續(xù)制飛剪機(jī)等等。連續(xù)制飛剪機(jī), 大多采用空切機(jī)構(gòu)和勻速機(jī)構(gòu), 實現(xiàn)定尺剪切工作時電機(jī)拖動傳動系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn), 剪切機(jī)構(gòu)做連續(xù)地空切動作, 當(dāng)需要剪切時, 調(diào)整空切機(jī)構(gòu)的位置, 令剪切機(jī)構(gòu)完成剪切動作, 而后再恢復(fù)空切動作, 因此這種飛剪設(shè)置了

7、空切機(jī)構(gòu)、倍尺機(jī)構(gòu)等裝置。不可避免地帶來設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等間題, 而且定尺長度是確定的, 不可任意調(diào)整, 限制了定尺規(guī)格的變化范圍。由于剪切機(jī)構(gòu)復(fù)雜龐大,轉(zhuǎn)動慣量也大, 影響了剪切速度的提高。許多鋼廠在后來的設(shè)備改造中都將其簡化改成擺槽式的飛剪。如首綱2525連續(xù)制飛剪即是如此, 但這樣改動后, 剪切誤差很大, 常常定尺誤差達(dá)12米, 這是非常不利的。80年代中期, 我國在開放政策影響下,集中引進(jìn)了一批國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備, 吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對國內(nèi)大中型軋鋼車間的生產(chǎn)現(xiàn)狀與實際需要,經(jīng)過幾年努力,現(xiàn)已研制出fl和fj兩種機(jī)型的飛剪機(jī)，并已經(jīng)開始向東南亞出口, 取得了卓有成效的工作業(yè)

8、績。我們相信, 隨著國內(nèi)各項技術(shù)的不斷發(fā)展, 經(jīng)過我國專家和科技人員的不懈努力, 小型飛剪技術(shù)和裝備一定能夠達(dá)到國外先進(jìn)技術(shù)水平, 實現(xiàn)替代進(jìn)口滿足國內(nèi)需要之目的。3、飛剪機(jī)的定尺控制系統(tǒng)系統(tǒng)由送料驅(qū)動控制系統(tǒng)、剪切驅(qū)動控制系統(tǒng)、傳動裝置、可編程序控制器plc、人機(jī)界面hmi及檢測編碼器等組成。如圖1所示。飛剪機(jī)的曲拐軸每旋轉(zhuǎn)一周，上下刀片重合一次完成一次剪切。測量輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器測量帶材的送料長度和送進(jìn)速度，飛剪機(jī)曲拐軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器檢測刀刃的位置和回轉(zhuǎn)速度，并把檢測到的這些數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)定尺控制系統(tǒng)。計算機(jī)定尺控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)及預(yù)先設(shè)定的定尺剪切長度和送料速度，控制飛剪機(jī)刀刃的回轉(zhuǎn)速度

9、，實現(xiàn)定尺剪切和同步剪切。從圖1中可見，送料單元由送料驅(qū)動系統(tǒng)控制，負(fù)責(zé)平穩(wěn)無打滑的送進(jìn)帶材；剪切單元由剪切伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制， 它根據(jù)設(shè)定的定尺長度和送進(jìn)速度驅(qū)動飛剪機(jī)刀刃對帶材進(jìn)行定尺剪切。伺服驅(qū)動系統(tǒng)所需的控制參數(shù)如定尺長度和送進(jìn)速度等由人機(jī)界面輸入，帶材的實際送進(jìn)速度和位置由測長編碼器反饋到剪切伺服驅(qū)動系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的定尺長度和送進(jìn)速度自動生成驅(qū)動飛剪機(jī)刀刃運動的數(shù)值指令，并與對飛剪機(jī)和連續(xù)送進(jìn)的帶材檢測到的曲拐軸轉(zhuǎn)速、送進(jìn)速度和送進(jìn)長度的數(shù)值信號進(jìn)行比較。當(dāng)送進(jìn)長度達(dá)到一定值時，飛剪機(jī)刀刃進(jìn)行加速或減速，在準(zhǔn)確定位于剪切位置時刀刃的水平分速度與帶材送進(jìn)速度同步并進(jìn)行剪切。完成剪切后

10、飛剪機(jī)進(jìn)行減速或加速回到基準(zhǔn)點。定尺測量根據(jù)編碼器信號的來源可以分為被動式測量和主動式測量兩種。被動式測量是由安裝在測量輪上的測長編碼器反饋帶材的速度和位置。測量輪直徑要求盡可能精確，測量輪需要進(jìn)行動平衡。被動式測量的優(yōu)點是測量輪由帶材帶動旋轉(zhuǎn)，檢測的數(shù)據(jù)為帶材實際的送進(jìn)速度和位置，沒有帶材打滑引起的誤差；其缺點是測量輪受帶材運動及設(shè)備本身振動的影響，信號的波動較大。主動式測量是由送料電機(jī)軸端的編碼器反饋帶材的送進(jìn)速度和位置。為了提高編碼器測量的精度，要求盡可能減小傳動系統(tǒng)的間隙，應(yīng)采用小側(cè)隙的精密行星齒輪減速機(jī)并與電機(jī)直聯(lián)。主動式測量的優(yōu)點是不受帶材運動及設(shè)備本身振動的影響，信號平穩(wěn)，波動小

11、；其缺點是當(dāng)帶材與送料輥之間打滑時，編碼器的反饋信號不能準(zhǔn)確反映帶材實際送進(jìn)的速度和位置。編碼器信號的波動和檢測盼誤差，最終會導(dǎo)致帶材定尺剪切長度的超差。因此，合理的確定編碼器信號來源方式，對飛剪線的精度至關(guān)重要。主要是根據(jù)帶材的表面狀況來決定，對于板面無油的帶材如不銹鋼、彩涂板、鍍鋅板等可采用主動式測量；對于板面有油的酸洗板等可采用被動式測量。技術(shù)方案介紹1、plc控制方案在定尺剪切機(jī)中的應(yīng)用飛剪機(jī)是棒材生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，其工作是否正常將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成材率為了保證正確切頭和切任意定尺的準(zhǔn)確性，必須首先建立精確的速度跟蹤算法及其動態(tài)修正模型 連續(xù)型偏心式飛剪機(jī)由帶剪刃的鼓輪和偏

12、心機(jī)構(gòu)組成，鼓輪和偏心機(jī)構(gòu)各由一套數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)拖動飛剪機(jī)處于精軋機(jī)和給料輥的后部，如圖1所示系統(tǒng)工作時，軋件以速度 依次通過精軋機(jī)、給料輥和飛剪機(jī)為保證可靠剪切，必須使鼓輪和偏心機(jī)構(gòu)同時到達(dá)剪切位置，且誤差小于6。，同時要保證軋機(jī)給料輥和飛剪機(jī)鼓輪的線速度一致飛剪機(jī)工藝要求為剪切速度27 ms，圓鋼或螺紋鋼的剪切斷面直徑l225 mm，定尺范圍230 m，剪切誤差小于200mm，可連續(xù)切頭和切定尺飛剪機(jī)鼓輪傳動系統(tǒng)通過西門子6ra23系列l(wèi)200a5o0v直流調(diào)速器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示 速度反饋信號可由光電碼盤直接獲得速度給定信號n 可根據(jù)精軋機(jī)的速度經(jīng)計算后得到

13、，以保證飛剪機(jī)鼓輪的線速度與精軋機(jī)的線速度一致現(xiàn)采用兩個光電碼盤分別作為精軋機(jī)和鼓輪的速度檢測器，用mt法計算速度其測速原理如圖3所示采用plc和直流調(diào)速器對傳統(tǒng)的連續(xù)型飛剪機(jī)進(jìn)行全數(shù)字改造，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為了保證實時計算的準(zhǔn)確性，要求plc有足夠快的響應(yīng)時間，尤其是其高速計數(shù)器應(yīng)有足夠高的計數(shù)頻率為此我們選擇了西門子s7300型plc，經(jīng)理論分析和實踐驗證，完全滿足控制要求。2、飛剪機(jī)的優(yōu)化設(shè)計飛剪機(jī)是軋鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，它的任務(wù)是將運行著的軋件按工藝要求的尺寸橫向剪斷。飛剪機(jī)的剪切過程是指從剪刃接觸鋼坯到鋼坯被剪斷的過程，剪切過程是否合理影響著剪切產(chǎn)品的質(zhì)量，圖1所示為目前

14、常用的偏心擺式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)簡圖，這是一個兩自由度的七桿機(jī)構(gòu)，桿fk以及桿ca為刀架桿，在刀架桿末端k點和a點安裝剪刃，通過曲柄1和曲柄6帶動剪刃運動，剪刃k和a的運動軌跡如圖2所示。鋼坯從圖示方向進(jìn)入剪刃剪切區(qū)域，通過剪刃的相對運動將運動著的軋件橫向剪斷。飛剪機(jī)的兩個剪刃不僅要有剪切動作(剪切刀刃的相對移動)，而且還要有水平方向的運動。優(yōu)化設(shè)計方法能夠有效地進(jìn)行飛剪機(jī)剪切過程的優(yōu)化設(shè)計，并且采用基本桿組子程序構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)能夠較好的實現(xiàn)優(yōu)化程序的模塊化和可維護(hù)性。設(shè)計實例的優(yōu)化結(jié)果表明：該優(yōu)化方法使剪刃水平速度和刀架桿位置角均滿足了剪切要求；提高了飛剪機(jī)的剪切性能和剪切質(zhì)量，是一

15、種有效的機(jī)構(gòu)尺寸綜合設(shè)計方法。3、飛剪機(jī)上刀架有限元分析飛剪機(jī)是重要的冶金設(shè)備之一，定尺、同步及滿足高生產(chǎn)率是生產(chǎn)工藝對飛剪機(jī)的基本要求，因而飛剪機(jī)機(jī)構(gòu)都十分復(fù)雜。ihir636擺式飛剪是我國某大型鋼鐵公司熱軋帶鋼廠最早引進(jìn)的飛剪機(jī)，為滿足產(chǎn)品規(guī)格多樣化和高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)的需要，本文根據(jù)實際測試結(jié)果，對上刀架進(jìn)行了有限元計算，探討了飛剪機(jī)力能參數(shù)，并對強(qiáng)度裕量進(jìn)行了評估。3、1上刀架有限元分析上刀架是飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的重要部件，直接承受剪切力。同為冷剪，ihir636擺式飛剪自引進(jìn)至今一直運轉(zhuǎn)良好；而冷軋帶鋼廠同時引進(jìn)的飛剪機(jī)，由于刀架開焊，上刀架上梁斷裂等原因，被淘汰、更換到第三代引進(jìn)產(chǎn)品。對上

16、刀架進(jìn)行有限元分析的目的有兩個，一是驗證剪切力計算修正公式的準(zhǔn)確性，二是對該飛剪的強(qiáng)度進(jìn)行裕量評估。3、2上刀架有限元模型如圖4b所示，上刀架是焊接結(jié)構(gòu)件，組元材料均為25mn鋼。前面板、頂后板、底面板、后面板、內(nèi)、外側(cè)面板及刀片座焊接構(gòu)成上刀架上梁。而后面板、水平板及內(nèi)、外側(cè)面板互相焊接構(gòu)成兩側(cè)立柱。上梁與立柱內(nèi)用拐角筋板聯(lián)結(jié)，上梁內(nèi)焊接縱、橫筋板，各焊縫交錯。側(cè)面板、后面板與端蓋構(gòu)成主軸軸承座。圖5是上刀架有限元模型，采用三維塊單元，單元總數(shù)為162449個，節(jié)點總數(shù)為98703個。3、3外載荷與約束剪切力用公式(4)計算，按集中載荷作用于刀刃，作用部位隨剪切過程而變；連桿7作用力根據(jù)測試

17、值按集中載荷作用于上刀架鉸點；因水平速度不同步而產(chǎn)生的鋼板對刀刃拉力，取帶材延伸率為5進(jìn)行近似計算；上刀架上各部位的慣性力由加速度測試值計算；忽略上下刀架滑道之間的相互作用力。約束施加在主軸軸承座上。如此，剪切鋼板厚度為4mm，板寬為1130mm，強(qiáng)度極限為b=630mpa，主軸轉(zhuǎn)速112rpm 時，計pl= 81650n，k1=1.65，k2 =2.8，鋼板拉力=7385n，連桿力=138360n，p=377223n。而剪切鋼板厚度為6.5mm，板寬為1125mm時，計pl=215600n，k =165,k2=22，鋼板拉力=12000n，連桿力=224800n，p=782628n。3、4有

18、限元計算結(jié)果有限元計算是用線性靜力學(xué)的方法進(jìn)行的。計算表明，當(dāng)剪力即將結(jié)束時上刀架應(yīng)力水平最高。板厚為65mm時的上刀架有限元計算應(yīng)力分布見圖5。剪切鋼板厚度為4mm時，測點1的計算應(yīng)力與實測應(yīng)力1 (mpa)分別為l777與1837，計算應(yīng)力與實測應(yīng)力之比相對誤差為327。測點2的計算應(yīng)力與實測應(yīng)力2(mpa)分別為835與891，計算應(yīng)力與實測應(yīng)力之比相對誤差為629。剪切鋼板厚度為65mm時，測點1的計算應(yīng)力與實測應(yīng)力1(mpa)分別為3125與3647，計算應(yīng)力與實測應(yīng)力之比相對誤差為1431。而測點2的計算應(yīng)力與實測應(yīng)力2(mpa)分別為1358與12-45，計算應(yīng)力與實測應(yīng)力之比相

19、對誤差為908。計算誤差均小于15。這說明外載荷計算與約束施加合理，有限元模型基本正確。因此，飛剪機(jī)力能參數(shù)計算時，必須考慮剪切時的沖擊力。實習(xí)調(diào)研心得回顧整個實習(xí)調(diào)研過程，我收獲了碩碩果實，這些果實不在是書本中的枯燥的知識，取而代之的是我的社交能力和我設(shè)計的定尺飛剪機(jī)的工作原理。在此，這是我自己的調(diào)研心得。1、關(guān)于現(xiàn)場實習(xí)雖然去包鋼實習(xí)了短短幾天，但是收獲確實很多很多，畢業(yè)實習(xí)調(diào)研是畢業(yè)設(shè)計的準(zhǔn)備階段，也是重要的實踐環(huán)節(jié)，我在實習(xí)調(diào)研期間就根據(jù)自己設(shè)計的飛剪機(jī)來到薄板廠，深入現(xiàn)場調(diào)查研究。上學(xué)期軋鋼機(jī)械學(xué)到的飛剪機(jī)在腦海里雖有映象，但是我連它的大體框架結(jié)構(gòu)都沒弄明白，去現(xiàn)場一看，很直觀的就明白了其中的原理和結(jié)構(gòu)，實習(xí)和學(xué)習(xí)真是不一樣的感覺。書本學(xué)習(xí)的過程，我總體感覺是很枯燥，沒興趣，以我設(shè)計的飛剪機(jī)來說，在沒實習(xí)之前，對它根本不了解，只是知道剪切設(shè)備上有這么個裝置，對它的特點只是機(jī)械的記憶，經(jīng)過現(xiàn)場這么一看，立刻就明白這個設(shè)備是怎么回事。所以，現(xiàn)場實習(xí)才能感覺到學(xué)有所得，學(xué)有所用。2、關(guān)于資料的查閱對于查閱的資料，在調(diào)查的方向上主要是和