毕业设计(论文)-PC轧机换辊小车的设计(含全套CAD图纸) .doc
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1、黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 全套全套 CADCAD 图纸,联系图纸,联系 153893706153893706 摘 要 本文叙述了鞍钢 2150 热轧板带钢生产线精轧机换辊小车的设计情况,辊系小车的 驱动方式原为链条拖动和液压缸驱动的棘轮机构共同作用,步骤烦琐,换辊时间长,改 为动力小车直接驱动后,缩短了换辊时间,提高生产效率。 本文概述了换辊小车的国内外发展情况及其发展方向。主要进行 PC 轧机换辊小 车的设计。利用电机提供动力,使减速器输出轴上的链轮在固定链条上滚动,从而使 小车在轨道上运动。利用液压缸使拉出钩绕销轴转动,进行挂钩或推钩,从而使工作 辊拉出或推进。最终实现换辊工作。在
2、设计过程中进行了换辊小车的传动方案、工作 原理、润滑及环保与经济性分析,重点进行换辊小车的结构设计、工作参数的选择、 电动机的选择及计算,设计中主要零部件的计算及校核。 在参阅相关资料并借鉴前人经验的基础上,通过对换辊小车的设计及分析,各项 技术均满足要求,本设计具有一定的实际应用价值。 关键词:换辊;辊系小车;链条;棘轮机构;动力小车 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II ABSTRACT In this paper, the rolling car design of finishing mill on Anshan steel 2150 hot-rolled strip steel pla
3、te production line was presented. According original designed, roll changing car was moved by a chain system and a ratchet system. The process was too complicated and it spends a lot of time on roller changing. After it was redesigned, roller changing time was shortened and efficiency was highly imp
4、roved. This paper outlines the development of domestic and international situation of the rolling car and its development direction. I mainly designed rolling car for PC main roller mill. It used motor to provide electrical power so that sprocket on the output shaft of reducer can roll on the sprock
5、et fixed chain. So rolling car could move along the orbit. It uses hydraulic cylinders to pull hook around the pin rotation, or push or pull hook, so that pulled out or push in the work roll. Rollers changed work could be eventually realized. In the process of designing a car, the driven scheme desi
6、gn, working principle statement, lubrication and environmental protection and economic analysis have been done. The paper mainly focuses on the structural design of car, the choice of motor and working parameters, the calculation and verification of the main components. On the basis of consulting th
7、e relevant materials and using forefathers experience for reference, through the design and analysis of rolling car, every indicators reaches the demands, this design has a certain value in actual using. KEYWORDS:Roll changing;Car of roll set;Chain;Ratchet system;Driving car 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目 录 摘摘
8、要要I ABSTRACTII 第 1 章 绪论1 1.1 换辊小车的概述1 1.1.1 换辊小车的用途.1 1.1.2 换辊小车的类型.1 1.1.3 换辊小车的动力结构2 1.2 国内外对换辊小车的研究3 1.3 课题的背景及意义.5 1.4 本文主要研究工作.6 第 2 章 总体方案设计与选择.8 2.1 换辊小车的驱动方案设计与选择.8 2.1.1 传动方案设计.8 2.1.2 电机的选择9 2.2 链轮与液压缸的选择.9 2.2.1 链轮的选择9 2.2.2 液压缸的选择.9 2.3 本章小结10 第 3 章 传动系统的设计计算.11 3.1 原始数据11 3.2 换辊小车所需驱动力计
9、算.11 3.3 电机的选择.12 3.3.1 选择电机的结构形式.12 3.3.2 选择电机的容量12 3.3.3 电机的校核13 3.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比14 3.4.1 传动装置总传动比.14 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 3.4.2 分配减速器的各级传动比.14 3.4.3 各轴的运动和动力参数14 3.5 本章小结15 第 4 章 主要零部件的选择、设计和校核.16 4.1 蜗轮蜗杆的设计与校核.16 4.1.1 选择蜗杆传动类型.16 4.1.2 选择材料.16 4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计.16 4.1.4 蜗杆与蜗轮主要几何尺寸计算.18 4.2
10、 齿轮的设计与校核(一).20 4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数20 4.2.2 按齿面接触强度设计.20 4.2.3 按齿根弯曲强度设计.23 4.2.4. 几何尺寸计算.24 4.3 齿轮的设计与校核(二).25 4.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数25 4.3.2 按齿面接触强度设计.25 4.3.3 按齿根弯曲强度设计.28 4.3.4. 几何尺寸计算.29 4.4 轴的设计及其校核30 4.4.1 选择轴的材料并确定其机械性能.30 4.4.2 轴上的功率4P,转速4n和转矩4T见(3.4.3).30 4.4.3 求作用在齿轮上的力.30 4.4.4 初步确定
11、轴的最小直径.31 4.4.5 轴的结构设计31 4.4.6 求轴上的载荷32 4.4.7 按弯扭合成应力校核轴的强度34 4.4.8 精确校核轴的疲劳强度.35 4.5 滚动轴承的选择及其寿命计算39 4.5.1 滚动轴承的选择.39 4.5.2 滚动轴承的寿命计算.39 4.5.3 滚动轴承装置的设计.41 4.6 联接电机与减速器的联轴器选择41 4.6.1 类型选择.41 4.6.2 载荷计算.42 4.6.3 型号选择.42 4.7 键联接的选择及强度校核43 4.7.1 键联接的功能及结构型式43 4.7.2 键的选择和键联接的强度计算43 4.8 花键联接的选择及强度校核44 4
12、.8.1 花键的选择44 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 4.8.2 校核花键联接的强度.44 4.9 链轮链条的选择45 4.9.1 链条的选择45 4.9.2 链轮的选择45 4.10 液压缸选择.47 4.10.1 供油压力 s p的选择47 4.10.2 计算负载力.47 4.10.3 计算液压缸主要结构参数.48 4.11 本章小结49 第 5 章 润滑方法的选择50 5.1 润滑50 5.1.1 齿轮50 5.1.2 轴承50 5.1.3 减速器.50 5.2 添加剂.50 5.3 润滑方法51 5.4 本章小结51 结 论57 参考文献58 致 谢.60 黑龙江工程学院本科生毕
13、业设计 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 轧辊磨损后,几何尺寸和辊型都将发生变化。为了保证轧材质量,必须及时 更换轧辊。轧制速度的提高,加速了轧辊的磨损,使轧辊的更换次数愈来愈频 繁。一般带钢热连轧机粗轧机工作辊每隔 3-7 天需更换一次,支撑辊每隔 15- 30 天更换一次;精轧机的工作辊大约 3-8 小时需更换一次,支撑辊 7-15 天更 换一次;带钢冷连轧机的工作辊至少每班要更换一次,支撑辊大约 7-15 天更换 一次。缩短换辊时间有利于保证产品质量、减少停机时间、提高轧机作业率、 增加产量和降低成本,因此,近年来换辊装置有了很大发展。 1.1 换辊小车的概述 1.1.1 换辊小车的用途
14、 在轧钢生产中,为了确保轧材的质量要求,当轧辊被磨损、破坏及产品规 格品种更换时,都应及时地通过换辊小车把轧辊更换掉,以满足轧材的质量与 品种规格要求。根据不同的工作条件,换辊小车可以分为多种类型。 1.1.2 换辊小车的类型 板带轧机所采用的工作辊换辊装置种类繁多,其中换辊小车可分为推拉式电 动换辊小车和液压式换辊小车等等。 推拉式电动换辊小车:热连轧精轧机采用的换辊小车由一台直流电动机、经 离合器、减速器及链轮,与固定在两轨道中间铺板上的固定链条相啮合,从而 驱动小车在轨道上前后移动。小车上装有气动锁钩,用来钩挂工作辊轴承座。 并设有导向轮,起侧面导向作用。 液压式换辊小车:v 工作辊组的
15、挂钩和脱钩装置包括换辊液压缸活塞杆前端 的挂钩和换辊车上的脱钩装置两部分。挂钩前,活塞杆带着挂钩处于中间位置。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 横移小车带着新工作辊组横移到换辊位置,推拉机构活塞杆推着挂钩前进,随 动轮与曲臂顶面接触而使挂钩头部抬起。然后,脱钩装置的电液推进器退回, 曲臂下降,挂钩头部下落,构住轴承座上的凸块。脱钩的过程与上述挂钩过程 相反。 1.1.3 换辊小车的动力结构 下面以推拉式换辊小车为例,对换辊小车的结构进行简单的分析。换辊小 车的结构如图 1.1 所示,主要由电机减速器、驱动链轮、固定链条、车轮轨道 及接头等几部分组成。 电机减速器:它是换辊小车的驱动减速装置,
16、它由电机和减速器两部分组 成。电机给换辊小车提供动力,使换辊小车能够在链条轨道上运动。减速器控制 换辊小车的运行速度,使换辊小车按照换辊的要求运动。 驱动链轮:该链轮安装在减速器的输出轴上,通过驱动装置使驱动链轮转 动,使其在固定链条上滚动,从而使换辊小车在轨道上往复运动。 固定链条:此链条固定在两车轮轨道中间的铺板上,驱动链轮在其上面滚动,使 换辊小车按照规定的方向运动。 图 1.1 换辊小车结构简图 车轮轨道:换辊小车上的四个小车轮在此轨道上运动,该轨道承载着小车和 支撑辊的全部重量。 接头:又称气动锁钩。在液压装置的驱动下可以饶着固定轴上下换位,来 推(拉)工作辊轴承座,进行换辊。 推拉
17、式换辊小车的结构简单,安装和维护比较方便。正确的选择固定链轮 及固定链条,能适当延长链轮配合的寿命。因此,推拉式换辊小车得到了比较 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 广泛的应用。 1.2 国内外对换辊小车的研究 目前,随着科学技术的迅猛发展以及考虑到对能源的节省利用、对生产成 本的降低等因素的影响,国内外大部分的钢铁公司也正不断的对换辊小车的技 术性能和结构参数进行改进。使其结构更加合理,安装更加方便,费用更加低 廉。 近几年来,各国政府对钢铁企业给予了高度的重视和基金的资助。目前, 国内对换辊小车所进行的研究仅限于对传统的行进机构的改造,而只有少数的 企业对换辊小车的驱动装置进行根本的改造。
18、莱钢大型型钢生产线粗轧机及其 换辊装置由德国公司设计,经国内转化于 2005 年 9 月投入生产,换辊采用整体 换辊方式。换辊系统的辊系小车驱动装置由两部分组成,一是链式移送装置, 二是液压缸驱动的步进装置。 换辊过程是这样的:新辊系在轧辊跨装配完成后, 通过链式移送装置运送到轧线跨的横移平台上。停车换辊时,首先由液压缸驱 动的步进装置将旧辊系从轧机牌坊中拉出至横移平台,这样横移平台上就有了 一新一旧两套辊系,然后横移平台横移,新旧辊系换位, 使新辊系位于轧机牌 坊的轴向窗口。然后液压缸再动作, 将新辊系一步一步送入轧机。液压缸活塞 杆全程伸缩一次,步进装置前进一个步长,辊系进出轧机一次分别要
19、 8 步完成, 手动操作约需 45 分钟。严重滞后于精轧机的换辊(约 20 分钟) ,这样整条生产 线的轧机换辊时间就不能实现同步,有“短板”存在。实践证明该设计思想落 后,步骤繁琐,该问题成为制约生产的一个瓶颈。分别见图 1 和图 2 所示。 图 1.2 辊系小车驱动装置示意图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 图 1.3 步进装置驱动系统结构示意图 因此需设计一种动力装置来代替现在的链式移送装置,使其能够越过横移 平台,尽量靠近轧机,减少步进小车的动作步数,从而从根本上节省换辊时间。 最终确定采用动力小车形式来直接推动(拉动)系小车由轧辊准备间到横移平 台及轧机牌坊,取消链式输送装置。动力
20、小车上的电机经减速机传动,带动小 车轮轴转动,轮轴上的链轮与固定在地面上的链条相啮合,从而产生一个推力 或拉力,推动或拉动辊系小车运动。横移平台上的两个辊系小车停靠位置也分 别安装上分段链条,与前面安装在地面底板上的链条相连接,这样,动力小车 能够直接到达横移平台上,从而将辊系小车继续向前推进一段距离,减少步进 小车的动作距离,缩短换辊时间。 然而,国外对换辊小车的改造重点是减少人力,提高效率。将原有的动力 驱动改制成液压驱动,并且不断的对液压系统进行改进。1997 年年初,芬兰的 奥托昆普厂对其三套 20 辊轧机中的第一台 20 辊轧机进行改造,包括更新全部液 压设备和机械设备的主要部分。轧
21、机压下、凸度调整和第一中间辊轴向移动全 部轧机执行机构都装备了直接作用的液压缸,使用伺服阀在轧制过程中进行快 速而精确的控制。在传动侧和操作侧,所有的轧辊和支撑辊现在都通过液压缸 定位。第一中间辊轴向移动。第一中间辊轴向移动系统位于轧机的传动侧,见 图 1.4。第一中间辊的调整杆和连轴器(轴承箱)之间的连接是自动的。液压定 位装置允许换辊小车的自动化系统通过小窗口直接装辊或抽辊。不再需要人工 操作。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 图 1.4 第一中间辊轴向移动系统 新的换辊小车用于自动更换工作辊和第一中间辊。它能装载 2 套 4 根 1 套 的第一中间辊和 2 套 6 根 1 套的工作辊。
22、轧机的操作人员的工作只限于将自动 控制系统启动,而不需 要其他的人为操作。液压动力系统和带有所有控制模块 的电气控制箱都安装在小车上,电缆绕在线盘上,因而它成为一个独立的系统 。 1.3 课题的背景及意义 在我国国民经济的发展中钢铁企业的发展起着举足轻重的作用。它的发展 直接关系到冶金企业的发展。因此,近几年来,钢铁企业的发展一直是我国较 关注的事情之一。自 20 世纪初,特别是 20 世纪 50 年代之后冶金工业的飞速发 展,对人类社会产生了深远的影响。现今,冶金行业日益加剧的全球化竞争和 兼并,促使了市场对冶金机械的性能要求越来越高。因此,从钢铁生产流程的 总体高度上考虑如何提高生产率、缩
23、短生产时间、提高钢铁产量和质量成为人 们关注的焦点。换辊小车是用来将工作辊推进或拉出机架的一种冶金机械辅助 设备,它的突出优点是:可大幅度的降低劳动强度;提高人为作业的工作环境; 节省能源消耗;节约人力;降低劳动成本等。换辊小车将给冶金工业带来显著 的经济效益和社会效益。基于换辊小车的上述优点,目前各大钢铁企业及科研 单位院校对换辊小车这一辅助设备也进行了深入的研究和开发。 虽然现在我国冶金业的发展已经日趋成熟,冶金机械也较以前有了较大的 提高。但是与先进水平相比,我国的技术改造能力和创新能力都存在着较大的 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 差距。目前,重点应该是把从国外进口的冶金设备进行国产
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