滾筒式飛剪機(jī)開題報(bào)告
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1、姓 名 學(xué) 號(hào) 畢業(yè)時(shí)間 學(xué)科專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 研究方向 重型機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 論文題目 滾筒式飛剪機(jī)剪切力能參數(shù)研究 一、立題依據(jù)(包括研究目的、意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)) 1.目的和意義: 橫向剪切運(yùn)動(dòng)的軋件的剪切機(jī)叫飛剪。飛剪與一般剪切機(jī)一樣,主要是用來剪切定尺、切頭、切尾、切取試樣以及處理事故等。由于飛剪是在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行剪切,因而飛剪的結(jié)構(gòu)、調(diào)整及控制比一般剪切機(jī)要復(fù)雜,對(duì)設(shè)計(jì)和制造的要求也很高。飛剪通常安裝在連續(xù)式軋機(jī)的軋制線上和連續(xù)式獨(dú)立加工機(jī)組的作業(yè)線上。 飛剪有以下幾個(gè)基本要求: 1) 剪刃在剪切軋件時(shí)要隨著運(yùn)動(dòng)著的軋件
2、一起運(yùn)動(dòng),即剪刃應(yīng)該同時(shí)完成剪切和移動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作,且剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)分速度應(yīng)該與軋件運(yùn)動(dòng)速度相等或者大些。因?yàn)?,在剪切軋件時(shí),如果剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度小于軋件運(yùn)動(dòng)速度,則剪刃將阻礙軋件的運(yùn)動(dòng),會(huì)使軋件彎曲,甚至產(chǎn)生纏刀事故。反之,如果剪刃瞬時(shí)速度比軋件運(yùn)動(dòng)速度大太多,則在軋件中將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,這會(huì)影響軋件的剪切質(zhì)量和增加飛剪的沖擊負(fù)荷; 2)上、下剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡,至少有一個(gè)必須為封閉曲線,以保證剪刃返回時(shí)不阻礙軋件繼續(xù)運(yùn)動(dòng); 3)剪切過程中,上、下剪刃最好做平面運(yùn)動(dòng),使剪切斷面垂直于軋件軸線; 4)滿足軋機(jī)或機(jī)組生產(chǎn)率的要求及剪切同步性的要求。 自從上世紀(jì)70年代以來
3、,電機(jī)、電力電子、計(jì)算機(jī)控制、變頻控制以及其他相關(guān)技術(shù)得到較快發(fā)展,特別是交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。隨著第三代稀土材料釹、鐵、硼的出現(xiàn),在20世紀(jì)90年代我國(guó)推出了大功率永磁交流伺服電機(jī),它和數(shù)字化重載機(jī)組成新型飛剪機(jī)。飛剪機(jī)是剪切工藝、連續(xù)式軋鋼生產(chǎn)線上不可缺少關(guān)鍵設(shè)備,隨著現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)產(chǎn)量和鋼材品種不斷增加,同時(shí)要求軋鋼生產(chǎn)向高速、連續(xù)化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,飛剪機(jī)設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量要求更高。如在軋件運(yùn)動(dòng)實(shí)施剪切時(shí)運(yùn)動(dòng)特性的反應(yīng)靈敏性、動(dòng)作的準(zhǔn)確性以及工作穩(wěn)定可靠性等高要求。 通過對(duì)飛剪機(jī)的研究設(shè)計(jì),大幅度提高飛剪機(jī)的智能化水平、可靠性和使用水平, 大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu),對(duì)增加產(chǎn)量,降低能耗
4、,提高企業(yè)效益具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 傳統(tǒng)飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)通常都十分復(fù)雜。例如自上世紀(jì)七十年代我國(guó)引進(jìn)的施羅曼飛剪為第一代引進(jìn)的飛剪機(jī),是雙曲柄搖桿式飛剪機(jī)。這類飛剪機(jī)都有一個(gè)復(fù)雜的勻速系統(tǒng)和倍尺機(jī)構(gòu)。 隨著電機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,特別是交流變頻技術(shù)、大型伺服電機(jī)制造及控制技術(shù)的發(fā)展,使復(fù)雜的飛剪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)潔。如第二代引進(jìn)的是所謂的翁格爾飛剪機(jī)及第三代引進(jìn)的橋式飛剪,完全取消了以往飛剪機(jī)的勻速機(jī)構(gòu)及倍尺機(jī)構(gòu):利用先進(jìn)的電氣控制技術(shù),簡(jiǎn)單明快地滿足了生產(chǎn)工藝對(duì)飛剪機(jī)的要求。 根據(jù)飛剪機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、機(jī)構(gòu)類型或驅(qū)動(dòng)方式等特點(diǎn)可以將飛剪機(jī)分為(1)鋼坯飛剪機(jī)
5、;(2)型鋼、線材飛剪機(jī);(3)鋼板、帶鋼飛剪機(jī)這三種主要類型。板帶車間的飛剪機(jī)按用途可分為切頭、尾飛剪機(jī)和定尺飛剪機(jī)兩大類。如果按飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)形式的不同,切頭飛剪機(jī)可分為曲柄式飛剪機(jī)和滾筒式飛剪機(jī)兩種;定尺飛剪機(jī)又分為滾筒式飛剪機(jī)、曲柄式飛剪機(jī)、擺式飛剪機(jī)、模式飛剪機(jī)等幾種。 目前應(yīng)用較廣泛的飛剪形式,有圓盤式飛剪、滾筒式飛剪、曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪、曲柄偏心式飛剪、擺動(dòng)式飛剪、曲柄搖桿式飛剪和回轉(zhuǎn)飛剪機(jī)等。圓盤式適用于小型型材和線材的切頭;曲柄式和滾筒式主要用于熱連軋板的切頭切尾。 目前國(guó)外多采用比較先進(jìn)的剪切機(jī)型,一是采用離合器啟動(dòng)和制動(dòng)器制動(dòng),我們稱為“連續(xù)——起?!敝骑w剪機(jī);另外一種是
6、電動(dòng)機(jī)直接“起——?!敝骑w剪機(jī),這兩種飛剪機(jī)各有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展,電控水平的提高,“起——?!敝骑w剪機(jī)將逐步代表飛剪機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。 肖凌俊在其碩士學(xué)位論文[2]以某鋼廠1700熱軋線飛剪機(jī)機(jī)架斷裂事故為研究對(duì)象,采用有限元方法對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)力、變形分析,并用修正的Miner法則Corten—Dolan非線性損傷理論對(duì)機(jī)架進(jìn)行了疲勞壽命估算,最后在此基礎(chǔ)上提出了提高機(jī)架強(qiáng)度及延長(zhǎng)機(jī)架壽命的改進(jìn)方案并對(duì)方案進(jìn)行了評(píng)估。 虞益中在其碩士論文[3]以無錫威華機(jī)械有限公司的飛剪機(jī)為分析模型,詳細(xì)研究曲柄式飛剪的構(gòu)造并作了受力分析,計(jì)算出飛剪機(jī)最大剪切力位置,并對(duì)其進(jìn)行
7、了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析;運(yùn)用Matlab對(duì)剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);建立桿長(zhǎng)尺寸制造誤差對(duì)飛剪剪刃軌跡精度影響的數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用Matlab找出了其影響規(guī)律;用Deform 3D有限元分析軟件對(duì)飛剪剪切過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬;用有限元分析軟件Ansys對(duì)飛剪機(jī)機(jī)架作了應(yīng)力應(yīng)變分析;分析了飛剪機(jī)刀刃的應(yīng)力應(yīng)變情況。 張永虎重新設(shè)計(jì)了滾筒式飛剪機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu);根據(jù)飛剪機(jī)設(shè)計(jì)的目的和要求確定出基本參數(shù)、飛剪機(jī)在剪切時(shí)的剪切力、力矩及剪切功;運(yùn)用機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)飛剪機(jī)的剪切過程進(jìn)行模擬,并對(duì)飛剪機(jī)剪刃的速度和加速度進(jìn)行分析[4]。 楊曉玲在其碩士學(xué)位論文[4]以5~3.52120鋼板橫剪生產(chǎn)線中的回轉(zhuǎn)飛剪
8、為研究對(duì)象,通過設(shè)計(jì)計(jì)算、分析和力學(xué)分析,比較全面地研究分析了該飛剪的各方面性能參數(shù),其中包括:飛剪傳動(dòng)系統(tǒng)的GD2計(jì)算、剪切角計(jì)算、剪切力剪切功計(jì)算、電機(jī)剪切制度的選擇、飛剪的剪切機(jī)構(gòu)力學(xué)分析、有限元建模分析等;并通過一系列計(jì)算得出飛剪的剪切力剪切功大小、傳動(dòng)系統(tǒng)與剪切機(jī)構(gòu)的受力變形原因及分布規(guī)律等。 劉曉磊在碩士學(xué)位論文[6]對(duì)飛剪機(jī)能否剪切定尺長(zhǎng)(400~600mm)的板材的可行性進(jìn)行分析;基于ADAMS對(duì)飛剪進(jìn)行建模與仿真;根據(jù)數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)果,提出飛剪定尺剪切的控制策略。 房樹鋒在其碩士論文[7]研究了寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠主設(shè)備-曲柄式飛剪的構(gòu)造,分析了其工作原理、機(jī)械設(shè)
9、計(jì)的要點(diǎn),并對(duì)其剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。并用DEFORM有限元分析軟件對(duì)飛剪剪切板材的加工過程進(jìn)行了有限元模擬。討論了相關(guān)的彈塑性、剛塑性理論和材料斷裂準(zhǔn)則,并對(duì)不同的工藝參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了不同工藝參數(shù)對(duì)剪切過程的影響。 意大利達(dá)涅利(Danieli)公司于1988年[8]研制的飛剪剪切速度達(dá)到100m/s,飛剪入口裝有單通道鋼板傳送進(jìn)給裝置,實(shí)現(xiàn)了鋼板的高速傳送,并在需要剪切時(shí)將鋼板送入剪切區(qū),可以有效地避免非剪切狀態(tài)時(shí)由于剪刃的連續(xù)高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生誤剪切;雙通道導(dǎo)向分離裝置安裝在飛剪出口側(cè),通過與入口傳送進(jìn)給裝置的配合,實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板的有效控制,但由于飛剪為連續(xù)式運(yùn)轉(zhuǎn),不利
10、于節(jié)能。為此,達(dá)涅利公司于1993年和1999年進(jìn)行了兩次改進(jìn)[9,10],剪切速度達(dá)到了120m/s,但剪切精度比較低。 王海峰在其碩士論文[13]對(duì)加拿大KELK公司飛剪優(yōu)化剪切系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中存在的故障現(xiàn)象進(jìn)行了全面分析,重點(diǎn)對(duì)導(dǎo)致剪切偏差的多種原因進(jìn)行研究,提出了通過增加一級(jí)計(jì)算機(jī)參與跟蹤、監(jiān)控等手段來判斷、切換剪切方式的程序修改理念,以及取得的徹底消除剪切偏差的效果評(píng)價(jià)。 楊咸啟,師忠秀等根據(jù)機(jī)構(gòu)彈性動(dòng)力學(xué)理論和誤差分布的思想,對(duì)飛剪機(jī)的連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)變形建立了理論模型,對(duì)于給定的機(jī)構(gòu)軌跡進(jìn)行了四桿機(jī)構(gòu)模擬。在此基礎(chǔ)上,對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行了KED分析,模擬分析出了機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的軌跡
11、點(diǎn)變形和變化規(guī)律。同時(shí)分析了機(jī)構(gòu)參數(shù)出現(xiàn)誤差后引起軌跡的誤差分布[14]。 燕山大學(xué)王海儒[15]等人將雙偏心擺式飛剪機(jī)簡(jiǎn)化為二自由度平面六桿機(jī)構(gòu),運(yùn)用復(fù)數(shù)向量法建立了飛剪的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型:在此基礎(chǔ)上,針對(duì)飛剪的同步剪切及定尺精度要求,研究了兩主動(dòng)曲柄的控制對(duì)策。 主要參考文獻(xiàn): [1] 黃慶學(xué).軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007. [2] 肖凌俊.1700熱軋機(jī)組切頭飛剪機(jī)架斷裂事故分析[D].武漢:武漢科技大學(xué),2010. [3] 虞益中.對(duì)稱式曲柄飛剪機(jī)的設(shè)計(jì)研究[D].無錫:江南大學(xué),2009. [4] 張永虎.鋼板定長(zhǎng)剪切系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D].沈
12、陽(yáng):沈陽(yáng)理工大學(xué),2008. [5] 楊曉玲.回轉(zhuǎn)飛剪的性能研究[D].沈陽(yáng):沈陽(yáng)理工大學(xué),2007. [6] 劉曉磊.離心式飛剪機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)分析[D].沈陽(yáng):東北大學(xué),2009. [7] 房樹鋒.曲柄式飛剪設(shè)計(jì)及其剪切過程的有限元仿真[D].上海:上海交通大學(xué),2007. [8]Alfredo,Poloni.Very high speed flying shears[P].United States Patent:4966060。 10-30-1990. [9]Poloni,Alfredo.High—speed flying shears and method empl
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16、究?jī)?nèi)容(說明課題的具體研究?jī)?nèi)容、獨(dú)創(chuàng)及新穎之處、重點(diǎn)解決的問題、預(yù)期的研究成果) 本課題的研究?jī)?nèi)容分為以下幾部分: 1.滾筒式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)尺度綜合及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 利用現(xiàn)有的剪切理論對(duì)滾筒直徑,偏心距等參數(shù)進(jìn)行選擇、計(jì)算及優(yōu)化,對(duì)滾筒式飛剪機(jī)的螺旋剪刃的螺旋線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。 2.滾筒式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)學(xué)(運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué))研究 主要對(duì)剪切機(jī)的剪切位置、剪切速度、加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)進(jìn)行研究。 3.剪切力能參數(shù)及傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 利用現(xiàn)有的剪切理論對(duì)飛剪機(jī)的參數(shù)進(jìn)行選擇、計(jì)算及優(yōu)化,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的類型進(jìn)行選擇和分析,選擇合適的電機(jī)功率等。 4.對(duì)滾筒式飛剪機(jī)定尺剪切控制策
17、略及模型進(jìn)行研究。 5.建立實(shí)用性強(qiáng),界面友好的滾筒式飛剪機(jī)設(shè)計(jì)軟件。 獨(dú)創(chuàng)及新穎之處: 目前從事飛剪專項(xiàng)研究的機(jī)構(gòu)較少,飛剪的結(jié)構(gòu)、調(diào)整及控制比一般剪切機(jī)要復(fù)雜,對(duì)設(shè)計(jì)和制造的要求也很高,有關(guān)的很多問題急需解決。 1. 剪切位置和傳動(dòng)系統(tǒng)功率最小的目標(biāo)綜合; 2. 編制機(jī)構(gòu)尺度、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析和剪切力能參數(shù)計(jì)算于一體的工程化 設(shè)計(jì)軟件,為滾筒式飛剪機(jī)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 重點(diǎn)解決的問題: 滾筒式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和剪切力能參數(shù)的優(yōu)化。 預(yù)期的研究成果: 1.編制滾筒式飛剪機(jī)設(shè)計(jì)軟件; 2.發(fā)表論文2至3篇(中文核心以上); 3.爭(zhēng)取申報(bào)專利一項(xiàng); 4.進(jìn)行1
18、780mm飛剪機(jī)初步設(shè)計(jì),完成滾筒式飛剪機(jī)的資料儲(chǔ)備; 5.完成碩士學(xué)位論文一篇。 三、研究進(jìn)展計(jì)劃(包括論文的起止時(shí)間、各階段具體內(nèi)容,研究方法、技術(shù)方案、實(shí)驗(yàn)方法和步驟及其可行性、可能出現(xiàn)的技術(shù)問題及解決方法) 進(jìn)展計(jì)劃表: 本課題的研究主要在2010年9月到2012年5月之間進(jìn)行,其主要工作分為四個(gè)階段進(jìn)行: 2010.9~2011.3 收集相關(guān)資料、論文調(diào)研、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。 2011.3~2011.4 撰寫開題報(bào)告、論文開題 2011.4~2011.6 利用手頭現(xiàn)有的資料進(jìn)行滾筒式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)尺度綜合及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,主要對(duì)滾筒直徑,偏心距等參數(shù)進(jìn)行選擇
19、、計(jì)算及優(yōu)化,對(duì)滾筒式飛剪機(jī)的螺旋剪刃的螺旋線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。 2011.7~2011.9 滾筒式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)學(xué)(運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué))研究,主要對(duì)剪切機(jī)的剪切位置、剪切速度、加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)進(jìn)行研究。 2011.10~2011.12 剪切力能參數(shù)及傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,利用現(xiàn)有的剪切理論對(duì)飛剪機(jī)的參數(shù)進(jìn)行選擇、計(jì)算及優(yōu)化,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的類型進(jìn)行選擇和分析,選擇合適的電機(jī)功率等;對(duì)滾筒式飛剪機(jī)定尺剪切控制策略及模型進(jìn)行研究;中期檢查。 2012.1~2012.3 編制機(jī)構(gòu)尺度、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析和剪切力能參數(shù)計(jì)算于一體的工程化設(shè)計(jì)軟件。 2011.3~2012.
20、4 撰寫和修改論文、論文打印、封裝、準(zhǔn)備答辯。 2012.5 正式答辯。 研究方法、技術(shù)方案: 對(duì)剪切機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行選擇、計(jì)算和優(yōu)化,建立實(shí)際剪切模型并進(jìn)行簡(jiǎn)化,應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)剪切變形狀態(tài)進(jìn)行模擬;在模型上先選取帶剪刃的兩個(gè)轉(zhuǎn)鼓和鋼板進(jìn)行建模分析,然后逐步完善模型,使其盡量與實(shí)際模型吻合。 實(shí)驗(yàn)方法和步驟及其可行性: 以科大重工為依托,聯(lián)系所研究飛剪的應(yīng)用廠家進(jìn)行試驗(yàn),得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 可能出現(xiàn)的技術(shù)問題及解決方法: 分析結(jié)果可能與試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)不相符合,為此,在試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得后需要適當(dāng)修改 模型重新進(jìn)行計(jì)算。
21、 四、現(xiàn)有條件(包括已經(jīng)做過的有關(guān)研究工作、本單位或外單位可供使用的儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件、已經(jīng)獲得或獲得的經(jīng)費(fèi)) 已經(jīng)做過的有關(guān)研究工作: 本單位或外單位可供使用的儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件: 計(jì)算機(jī)一臺(tái),三維建模軟件Por/E,有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA。 盡管目前關(guān)于飛剪的專著和從事專項(xiàng)研究的很少。但我校重型機(jī)械教育部工程研究中心在剪切機(jī)研究方面已取得豐碩成果,擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單軸雙偏心滾切剪及液壓滾切剪已在國(guó)內(nèi)中板廠投產(chǎn),且使用效果非常好。這將對(duì)我在該項(xiàng)目研究過程中理論方面得到很好的補(bǔ)充。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ): 導(dǎo)師簽名: 年 月 日 考核小組審查意見: 學(xué)科負(fù)責(zé)人: 年 月 日
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