1500四連桿熱鋸機(jī)設(shè)計(jì)【含6張圖紙】

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一、課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：鋸切機(jī)主要用于鋼鐵生產(chǎn)部門(mén)，主要用來(lái)鋸切各種復(fù)雜斷面形狀。根據(jù)工作方式和結(jié)構(gòu)形式，鋸切機(jī)械可以分為兩類(lèi)：1）鋸機(jī)。用于（停放著的）單根或整根束軋件的切頭、切尾或定尺寸長(zhǎng)度。鋸切常溫軋件的鋸機(jī)稱(chēng)為冷鋸機(jī)，鋸切高溫軋件的鋸機(jī)稱(chēng)為熱鋸機(jī)。2）飛鋸機(jī)。用于將運(yùn)行中的軋件切頭、切尾或切成定尺寸長(zhǎng)度。飛鋸機(jī)也可分為冷飛鋸機(jī)和熱飛鋸機(jī)。早期的熱鋸機(jī)是固定式的，既無(wú)橫移機(jī)構(gòu)也無(wú)送進(jìn)機(jī)構(gòu)。例如我國(guó)某中型軋鋼廠的固定式熱鋸機(jī)，其鋸片直徑為1500毫米，產(chǎn)量達(dá)40萬(wàn)噸年以上，而設(shè)備總重最只有5噸。所以，固定式熱鋸機(jī)逐漸被移動(dòng)式執(zhí)鋸機(jī)所取代。有關(guān)熱鋸機(jī)的研究，已經(jīng)有了較長(zhǎng)久的發(fā)展。從基本鋸切理論入手，針對(duì)不同的鋸切對(duì)象和使用環(huán)境，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和技術(shù)成果，通過(guò)對(duì)鋸片設(shè)計(jì)、制造和熱處理等方面的全面研究，在鋸片設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制等方面取得多項(xiàng)突破，并且鋸片的 高強(qiáng)度、高剛度、長(zhǎng)壽化、不同型鋼鋸切斷面的無(wú)（?。┟獭⑿∽冃蔚鹊确矫嫘纬上盗袑?zhuān)有技術(shù)。鋸機(jī)的主要機(jī)構(gòu)有三部分：(1)鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(鋸切機(jī)構(gòu))：常用的方法對(duì)兩種，電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)或用確皮帶間接傳動(dòng)(2)鋸片送進(jìn)機(jī)構(gòu)：一般采用被切軋件不動(dòng)，鋸片向軋件進(jìn)給。(3)調(diào)整定尺的鋸機(jī)橫移機(jī)構(gòu)：一船采用電動(dòng)機(jī)或液壓缸短行程)驅(qū)動(dòng)，使鋸機(jī)在軌道上沿軋件軸向移動(dòng)，改變鋸機(jī)與軋機(jī)之間的距離。1.根據(jù)鋸片的送進(jìn)方式，熱鋸機(jī)主要有以下幾種類(lèi)型：(1)擺式熱鋸機(jī)(圖1)。這種鋸占地面積小，但因?yàn)槭菙[動(dòng)進(jìn)鋸，故鋸行程有限，但剛度差、振動(dòng)大，現(xiàn)在已不再制造。(2)氣功送料固定鋸。這種早期的固定鋸目前仍有使用，它只有鋸切機(jī)構(gòu)，鋸片不能送進(jìn)，借助氣功撥爪將軋件撥向鋸片實(shí)現(xiàn)鋸切。(3)杠桿式熱鋸機(jī)(圖2)。具有間接傳動(dòng)的鋸切機(jī)構(gòu)和杠桿擺動(dòng)的送進(jìn)機(jī)構(gòu)(可手動(dòng)，也可電動(dòng)或液動(dòng))。用于鋸切小型鋼材和取樣。(4)滑座式熱鋸機(jī)(圖3)。它具有完善的三部分傳動(dòng)系統(tǒng)，即直接傳動(dòng)的鋸切機(jī)構(gòu)、齒輪6、齒條5傳動(dòng)的裝有鋸片7的上滑臺(tái)4，可沿裝于下滑座3上的滑動(dòng)導(dǎo)軌或滾輪向軌道方向移動(dòng)送進(jìn)機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)(圖中未示出)。該鋸與擺式鋸、杠桿式鋸比較，滑座式鋸鋸片橫向振動(dòng)小、高效率、行程大而工藝性能好，并且結(jié)構(gòu)比較完善，得到廣泛使用。(5) 四連桿式熱鋸機(jī)（圖4）是一種比較新式的鋸切機(jī)，主要由四桿機(jī)構(gòu)、鋸片回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。它的鋸片送進(jìn)方式是采用四這桿式送進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的，由于送進(jìn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，保證據(jù)片基本水平送進(jìn)，因而有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠的優(yōu)點(diǎn)。2四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)特征：四連桿式熱鋸機(jī)得名于其鋸片送進(jìn)方式是采用了四連桿機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖4)。鋸片是由電動(dòng)機(jī)8直接傳動(dòng)的，它們固定在鋸架5的端部。電動(dòng)機(jī)外面裝有水簾降溫。鋸片軸的軸承采用稀油循環(huán)潤(rùn)滑，正軸承座通水冷卻。送進(jìn)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)12裝在鋸座10上，經(jīng)減速機(jī)2、安全聯(lián)地器1帶動(dòng)曲柄4擺動(dòng)，從面帶動(dòng)鋸架5前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。合理地選擇曲柄和搖桿尺寸，可以保證鋸片基水上是水平移功。鋸機(jī)沿軌道的橫移是由橫移電動(dòng)機(jī)13經(jīng)二級(jí)蝸輪蝸桿橫移減速機(jī)3帶動(dòng)行走輪9在軌道上滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。它具有行程大、摩擦小、工作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且它的設(shè)備重量也比滑座式熱鋸機(jī)輕，是一個(gè)值得推薦的鋸切機(jī)類(lèi)型。3四連桿機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 （1）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀：在熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析中，基本上可以歸納為兩種方法:圖解計(jì)算法和解析計(jì)算法。圖解計(jì)算法具有簡(jiǎn)單、明了的特點(diǎn)，當(dāng)求解的位置較少時(shí)，往往可以滿(mǎn)足要求，當(dāng)欲求解的位置比較多時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)位置都要進(jìn)行圖解計(jì)算，勢(shì)必需要很大的工作量，降低了設(shè)計(jì)工作的效率。六十年代末期以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的運(yùn)用和普及，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行四連桿機(jī)構(gòu)的輔助設(shè)計(jì)得到了很大的發(fā)展。和圖解計(jì)算法相比，解析法具有求解精確、可靠的特點(diǎn)。 近幾年圖解法也有了一定的發(fā)展，1997年映峰、屠煥林提出了一種新型簡(jiǎn)單的平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合圖解方法， 并用實(shí)例說(shuō)明如何用這種方法對(duì)水平變幅起重機(jī)臂架四連桿機(jī)構(gòu)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖解法也和計(jì)算機(jī)相結(jié)合發(fā)展，1999年，廣東工業(yè)大學(xué)的李麗娟等編制了熱鋸機(jī)逆向設(shè)計(jì)的動(dòng)畫(huà)程序，通過(guò)AutoCAD環(huán)境下的逆向設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了熱鋸機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫(huà)輔助設(shè)計(jì)，該方法比類(lèi)比法的精度高，能避免圖解法和實(shí)驗(yàn)修正法帶來(lái)的人為誤差，不需要制做模型，費(fèi)用低，是較理想的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)的解析法的研究是近年來(lái)較為活躍的課題。 1997年，韓曉娟等建立了熱鋸機(jī)鋸軸中心的運(yùn)動(dòng)方程， 將實(shí)際設(shè)備的機(jī)構(gòu)尺寸輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，為改進(jìn)熱鋸機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 提高切削效率提供了理論依據(jù)。2001年韓雨、劉源等通過(guò)實(shí)例，介紹了四連桿式熱鋸機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的解析計(jì)算法以及機(jī)構(gòu)運(yùn)行特點(diǎn)，利用解析法建立了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程，從而確定機(jī)構(gòu)上預(yù)定點(diǎn)軌跡與理想直線軌跡的實(shí)際偏差。同年王殿忠、白金蘭等提出了四連桿式熱鋸機(jī)平衡重的計(jì)算方法。 解析法的不斷完善為優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 優(yōu)化設(shè)計(jì)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的學(xué)科，也是一項(xiàng)新的技術(shù)，它在工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅為工程設(shè)計(jì)提供了一種新的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使得在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，能從眾多的設(shè)計(jì)方案中找到盡可能完善的或最合適的設(shè)計(jì)方案， 而且采用這種設(shè)計(jì)方法能大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著電子計(jì)算機(jī)功能的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)不僅可以用來(lái)進(jìn)行高速運(yùn)算、邏輯判斷，而且可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、光筆修改、自動(dòng)繪圖。結(jié)合優(yōu)化方法的不斷完善，就一定能實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和最優(yōu)化。熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也以解析法為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，向優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。1995年，高滿(mǎn)旭以熱鋸機(jī)鋸軸中心運(yùn)動(dòng)軌跡逼近直線程度最佳為目標(biāo)， 運(yùn)用解析法對(duì)熱鋸機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了單目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，采用懲罰函數(shù)優(yōu)化方法，編制程序?qū)?shí)際的進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較理想的效果。1998年，羅中華利用在高滿(mǎn)旭的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析基礎(chǔ)上，根據(jù)鋸切機(jī)的工作特點(diǎn)，要求在工作行程階段鋸軸中心運(yùn)動(dòng)軌跡在垂直方向波動(dòng)量盡量小、運(yùn)動(dòng)速度盡量均勻，利用加權(quán)組合法，建立多目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)實(shí)際優(yōu)化尺寸，效果更為理想。2005年，李俊峰對(duì)熱鋸機(jī)對(duì)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，用Visual Basic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出了熱鋸機(jī)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)通用優(yōu)化分析軟件， 應(yīng)用該軟件對(duì)大型廠熱鋸機(jī)進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)行了優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的理想尺寸，為今后熱鋸機(jī)的改進(jìn)提供了依據(jù)。（2）國(guó)外研究現(xiàn)狀：連桿機(jī)構(gòu)在蒸汽機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用，推動(dòng)了對(duì)連桿機(jī)構(gòu)特性做全面和科學(xué)的分析。布爾梅斯特沒(méi)有僅局限于分析，而是研究了機(jī)構(gòu)綜合的基礎(chǔ)理論，布爾梅斯特理論概括了阿爾特的理論，利希騰黑爾特、海因、基佩爾和切爾庫(kù)奇諾夫等均以此為基礎(chǔ)建立并創(chuàng)造了特別適合于實(shí)際設(shè)計(jì)工作的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。P.洛澤和W.洛澤發(fā)展了布爾梅斯特理論，他們引入了位置族，得到了由此產(chǎn)生的極曲線， 在此基礎(chǔ)上建立了一種新的近似綜合連桿機(jī)構(gòu)的圖解法。 由西克爾和阿爾托包列夫開(kāi)創(chuàng)的用解析法研究布爾梅斯特理論的工作，為后來(lái)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用創(chuàng)造了前提條件，并且可以得到較高的精度。當(dāng)然，只有借助于圖解數(shù)據(jù)處理，特別是運(yùn)用迭代程序和圖形顯示技術(shù)，才能較快地得到有關(guān)解域的概況。 拜爾和蓋羅尼姆斯總結(jié)了連桿機(jī)構(gòu)綜合的幾何理論。 建立在契比雪夫多邊形基礎(chǔ)上并已為勃洛赫、 列維斯基和許多其他蘇聯(lián)學(xué)者所采用的綜合方法雖然對(duì)某些特殊的設(shè)計(jì)要求可得到最優(yōu)解，但這不是通用的方法。美國(guó)奧本大學(xué)的Simionescu P.A和Beale D.對(duì)汽車(chē)上的四連桿信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了機(jī)構(gòu)綜合分析，借助計(jì)算機(jī)得到要檢查的設(shè)計(jì)尺寸的三維圖表，所提供的數(shù)值結(jié)果為新車(chē)導(dǎo)向鉸鏈的設(shè)計(jì)提供了依據(jù) ?，F(xiàn)在 ,優(yōu)化方法在機(jī)構(gòu)綜合中得到廣泛的應(yīng)用， 用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是比較通用的方法，也是將來(lái)的發(fā)展方向。西班牙的Sin,Francisco和 Antonio為了減小設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)達(dá)到全局最優(yōu)的目標(biāo)，將兩種優(yōu)化方法組合在一起，經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)取得了很好的效果。法國(guó)的Vasiliu,Adrian和Yannou采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法， 將機(jī)構(gòu)隨機(jī)尺寸運(yùn)動(dòng)分析產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本輸入計(jì)算機(jī)，以獲得近似的綜合結(jié)果，克服了優(yōu)化方法速度慢和依賴(lài)初始搜索點(diǎn)的不足。但優(yōu)化方法也有它的缺點(diǎn)，即對(duì)問(wèn)題不便做定性分析。因此，傳統(tǒng)的綜合方法仍然繼續(xù)得到研究發(fā)展。四連桿式熱鋸機(jī)， 它的設(shè)備重量比滑座式熱鋸機(jī)輕。 它主要由鋸切機(jī)構(gòu)、進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)三部分組成。它的進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)是四連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)合理的選擇每個(gè)桿的尺寸，可以保證鋸片基本上是水平移動(dòng)。曲柄的下端有與它做成一體的扇型平衡重，以平衡可動(dòng)系統(tǒng)的重量，降低送進(jìn)電動(dòng)機(jī)的能耗。四連桿式熱鋸機(jī)具有行程大、摩擦小、平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)，使用效果較好，多用于大型或軌梁軋鋼車(chē)間。從四連桿熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)上看，最重要的兩大機(jī)構(gòu)就是鋸切機(jī)構(gòu)和進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@兩大機(jī)構(gòu)最復(fù)雜，使用最頻繁，對(duì)鋸切棒材的質(zhì)量影響也最大。在鋸切機(jī)構(gòu)中，圓鋸片直接與軋件接觸，它是最容易磨損的零件，更換也最為頻繁，它的好壞直接影響鋸切的質(zhì)量，對(duì)鋸片的深入研究就顯得至關(guān)重要。在四連桿進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)中，在規(guī)定的鋸切行程內(nèi)，保證鋸切精度的關(guān)鍵問(wèn)題是保證鋸軸中心的軌跡為一近似直線， 同時(shí)要求鋸軸中心水平方向的速度盡量均勻，垂直方向的速度波動(dòng)量盡量小，這就要求四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸要盡量合理。因此，如何選擇最佳的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸來(lái)達(dá)到更好的鋸切精度就成為一個(gè)必須研究的課題。本課題研究的主要目的在于，通過(guò)對(duì)四連桿式熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種研究成果、專(zhuān)業(yè)資料，以期達(dá)到加深專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解、熟悉整體機(jī)械設(shè)計(jì)工序，鍛煉自身，從而為走上工作崗位打下基礎(chǔ)。二、研究主要成果： 四連桿式熱鋸機(jī)的各組成部分得到了有效確定，并已經(jīng)使四連桿熱鋸機(jī)型號(hào)系列化。鋸片基本尺寸及參數(shù)已經(jīng)做了相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。表1：鋸片基本尺寸及參數(shù)（參見(jiàn)ZB40001-85）外徑厚度安裝孔傳動(dòng)孔齒數(shù)基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差JS15基本尺寸極限偏差（H8）分布圓直徑傳動(dòng)孔直徑粗齒普通齒中齒細(xì)齒800350.24110+0.0540.03002010015020022090045(6)300+0.0810.040027110176208220100012018023032012006(8)2002102763280.29150058360+0.0890.060022027631835018009(10)4003825029637862420009.5(10)250324鋸切機(jī)構(gòu)的參數(shù)及工藝參數(shù)的選取，應(yīng)符合專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB2094-77（表2）的規(guī)定。表2：熱鋸機(jī)基本參數(shù)（JB2094-77）鋸片直徑鋸片厚度鋸片行程鋸軸高度最大夾盤(pán)直徑/mm被鋸切軋件名義直徑重磨后最小直徑最大高度最大寬度為最小直徑時(shí)為名義直徑時(shí)10009006800410500120450470120010807100049057016056060015001350812006257502006607401800162091400760900260730880200018001015008509003507301020三、發(fā)展趨勢(shì)：隨著鋸切機(jī)能力的提高，必須相應(yīng)提高鋸切機(jī)的生產(chǎn)能力。主要措施有：（1）提高鋸切速度，進(jìn)給速度為30mm/s，返回速度為300mm/s。（2）倍尺鋸切，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)30m的倍尺切斷。（3）增加新的鋸切機(jī)。（4）鋸切機(jī)布置成二列式。（5）采用長(zhǎng)尺冷卻長(zhǎng)尺矯直的生產(chǎn)方式，這樣就改熱鋸機(jī)為冷鋸機(jī)。（6）在新車(chē)間，從軋制長(zhǎng)度的自動(dòng)測(cè)定到定尺給定，成品配尺寸均采用電子計(jì)算機(jī)控制。 最近的傾向是：（1）軋材從開(kāi)坯機(jī)軋出后把前后舌端切斷。在萬(wàn)能式軋機(jī)上，為防止生成的軋件卷入軋輥的事故，增調(diào)舌部切斷熱鋸。（2）與縮短軋機(jī)更換輥的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，快速更換鋸片，提高作業(yè)率。（3）為了不使熱鋸機(jī)的負(fù)荷過(guò)重和短尺軋件的切斷和提高成品尺寸精度，最近有設(shè)置冷鋸機(jī)的傾向。四、存在問(wèn)題：當(dāng)前熱鋸機(jī)主要存在問(wèn)題有：工作噪聲大、故障率高，鋸片強(qiáng)度低、壽命短，且鋸切質(zhì)量不易滿(mǎn)足，生產(chǎn)率不能滿(mǎn)足工廠生產(chǎn)要求。雖然熱鋸機(jī)的主要矛盾是提高生產(chǎn)率和提高切口質(zhì)量，但是，也應(yīng)使所選擇的基本參數(shù)能使熱鋸機(jī)有較小的鋸切力和鋸切功率。所以，選擇最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)，一方面可以降低熱鋸機(jī)的能耗，減輕設(shè)備重量，提高設(shè)備壽命；另一方面，可以充分發(fā)揮設(shè)備潛力，最大限度地滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。然而，迄今為止，在這方面所進(jìn)行的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究資料都比較少。按現(xiàn)有一些文獻(xiàn)所得到的計(jì)算結(jié)果，往往和生產(chǎn)實(shí)際距離較大。因此，加強(qiáng)熱鋸機(jī)力能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析工作極為重要。五、主要參考文獻(xiàn)：1.鄒家祥軋鋼機(jī)械（第3版）北京：冶金工業(yè)出版社，2007，3333452.韓雨，劉源四連桿式熱鋸機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的軌跡解析計(jì)算北滿(mǎn)特殊鋼股份有限公司機(jī)械工程師2001,58（02）：58593李俊峰熱鋸機(jī)鋸片的分析研究及進(jìn)鋸機(jī)構(gòu)的優(yōu)化(四連桿熱鋸機(jī))吉林：東北大學(xué)20044韓曉娟，龔景安 1500 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