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矯正扁軋制品現(xiàn)代化設備的自動化
Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov,
A. I. Titarenko, V. A. Perekhodchenko,
and I. L. Sinel’nikov
Severstal公司于2003年8月[1, 2, 3]在其2800和5000輾軋器上成功完成引進新的線內矯直機（PSMs）。此機器的主要設計特點如下：
每臺機器配備液壓暫緩機制（以改善機器調整的動力和準確度，更加可靠地維持恒定差距）;
每臺機器擁有借助液壓缸來單獨調整每個工作輥的機制（這就通過提供對一個曲率改變的控制拓寬了矯直的范圍）；
每一工作輥由其自身的可調驅動提供（以消除軸與軸之間堅硬的動力約束）；
輥的PSM系統(tǒng)附著在暗盒中（以方便維修和降低輥更換費用）；
PSM具有可調整機器從十輥矯直計劃到五輥矯直計劃的系統(tǒng)，也就是雙倍的輥間距離（這就拓寬了機器可提供的板厚范圍）。
因此，新的矯直機是包括一個有由數(shù)字和模擬信號控制的大范圍液壓和電力驅動組件構成的先進多功能系統(tǒng)機制。整個復雜的PSM機制可以被劃分為以下兩個功能組：主要功能組，包括直接參與矯直運作的機制（阻跌機制，單獨調整輥的機制，調整不同矯直過程的組件，從頂部輥到各支線的機制，主驅動器）；輔助功能組，（包括暗盒更換機制，軸鎖機制，輥冷卻系統(tǒng)設備）。雖然PSM用于盤大數(shù)目的機制，但運用現(xiàn)代化的液壓及電力驅動使得在PSM及其元件上操作的主輔運作都能實現(xiàn)完全的自動化。
以下是對最重要的板矯直機器機制的特點和自動化控制系統(tǒng)的描述。同時討論下這些機制的運作機制。單片矯直機器功能的液壓阻跌機制（HHMs）主要是以下兩個機制：調整機制；通過此機制維持特殊位置。每一機制對應的控制系統(tǒng)和一定效率標準都需滿足一定要求。在調整機制中，液壓阻跌機制控制系統(tǒng)必須完成以下職能：
與液壓缸同步運動并保持偏差角度在規(guī)定范圍內；
為調整一個新板的尺寸而加速；
維持機制安置的高精度；
在維持機制的運作時控制系統(tǒng)需滿足以下條件：
穩(wěn)固頂部暗盒與頂部支線輥的高精度協(xié)調；
減少當設備發(fā)生偏差時將其返回至規(guī)定坐標所需的時間（比如因矯直一塊板而用的力）；
需要同步化。在Severstal的第三制板車間的板矯直機器運作的經(jīng)驗中顯示大多在調整機器中的問題因素都是應用液壓缸時力量的不均勻造成的。PSM中大量的運作部分的不對稱分配是引起這一不均勻的原因（特別是軸配置重量的影響）。服務系統(tǒng)閥的“電力零點”及其關聯(lián)的“液壓零點”也是一個作用因素。液壓缸的體積越小，后者的作用就越為顯著。因此，支線的頂部輥的HHM是使零點漂移的最敏感的系統(tǒng)。
還有其他影響阻跌機制動力，同時性與同步性的因素：
雖然偏差不大，但是由于不同配件的尺寸偏差使液壓缸上部件產(chǎn)生摩擦力的不同。
液壓供應渠道的“彈跳”特性與慣性表征指數(shù)的不同（由于從服務閥引向液壓缸的管道長度不同產(chǎn)生）。
因此，由于PSM沒有配備汽缸同步運作機制裝置，發(fā)射相同規(guī)模信號至服務閥輸入端就不可避免產(chǎn)生不同的速度使機制造成嚴重損壞。
為減少和消失以上所提因素造成的地影響，我們?yōu)樽璧鴻C制的電力同步化開發(fā)了算法。
暗盒頂部的HHM由四個阻跌缸與四個平衡缸組成，這一設計可以確保機器的移動調整被設定到矯直縫要求的尺寸（與板的厚度一致 ）并且使矯直縫在存在或不存在外罩負載的情況下在受矯直力量作用時都能維持特別的精度。阻跌機制的汽缸系統(tǒng)是按照僅有一個內腔被用作工作腔的方式設計的。而第二腔則與充電渠道相連。頂部暗盒在阻跌汽缸克服平衡壓力的時候下跌。暗盒的上升也只有平衡缸的動作來實現(xiàn)。這一安排消除了設備位置放置之間的縫隙。
而輥支線上的HHM則由兩個氣壓缸構成。當輥將下跌和將進入桿腔將上升時高壓液體就涌進活塞腔。
控制原理。為控制阻跌機制的液壓缸提供單獨的回路（圖1）。從服務閥輸入端發(fā)送的控制信號（Xctl）由比例整數(shù)控制器（PI）形成（為提高系統(tǒng)的靈敏度，我們選擇使用“0”部分重疊閥門）。從控制器（誤差信號Xerr）發(fā)送至輸入端的信號則是由位置控制點信號（Xcpt）與反饋信號（Xf.b）的差異形成的。而后者的信號接收于給定液壓缸的線更換儀器（G）。
HHM頂部暗盒的測試儀建為平衡液壓缸（HCs）。經(jīng)過一定的系數(shù)允許，液壓缸以其移動可以被看作與缸桿更換回應相同的方式進行安裝。支線的HHM頂部暗盒的測試儀直接與阻跌缸合并。整部控制器僅在在最終調整步驟與規(guī)定協(xié)調穩(wěn)定時才激活。當更換超過某個一定的最低限度值時，PI控制器的功能將被比例控制器（P）的轉換功能W(s) = k所代替。因此，Xctl(t) = kXerr(t).
當更換的工作輥之間有明顯的差異時，控制點與線更換儀器的反饋信號將達到一個足夠大的值，那么，控制服務閥運作的輸出端信號將達到飽和區(qū)域。在這種情況下，只要誤差超過Xctl 大于飽和區(qū)(Xsat)的邊界值的時候，更多的更換綠規(guī)則和缸的同步運動將不可能。限制誤差---- Xctl不達到飽和的最大誤差----與控制器比例上所得值完全相反k: Xerr < Xsat /k。
通過減小k值來解決所給問題會導致PSM在調整中速度的丟失和矯直運作中控制精度的減小。所以，這一系統(tǒng)的設計是為了保持當存在實質更換時從飽和區(qū)所得控制信號，使控制器輸入端不會送入需要的數(shù)值(Xrq)，而是有相當增加的數(shù)值 (DX)以滿足kDX < Xsat 的條件。
控制點通過與缸運動方向有關的最大落后的回應增加而引起的缸的位置發(fā)生變化使DX總合增加?？刂泣c的調整將繼續(xù)，直到當機制所需值與實際位置小于增加值的時候Xrq – Xf.b < DX。
然后，控制器輸入端的值為Xcpt，它與所需調整值相等Xcpt = Xrq. 這樣調整就完成了。運用分步增加控制點的原理使缸的同步運動與對于幾乎任意理想重復因素的點高精度控制設置得到了實現(xiàn)工作輥單獨調整機制。
通過將液壓缸與V帶驅動相連的方法，板矯直機器的設計使各個工作輥能夠垂直地移動。缸的動力由部分控制與服務閥運作來供應。一個線更換儀器建成從輥位置上獲得反饋信號的一個缸。
因為這些儀器實際上是通過缸桿而非工作輥來傳遞信息，以下的換算傾向于由輥的協(xié)調得到：Xrol = kredXf.b。此處，kred是驅動的傳動裝置比例，Xf.b 是由線更換換能器通過缸桿測量得到的位置。
所以，每個工作輥的位置通過提供反饋回路來加以控制的。圖1是其中一條回路的圖解?？刂菩盘柺峭ㄟ^PI控制器的方式生成的，它成功地實現(xiàn)了在沒有滿意速度的情況下也能調整系統(tǒng)的高精度。
輥的單獨驅動：
上述設計基于帶不同能量供應的自控馬達驅動頻繁地轉換實現(xiàn)。每個單獨的驅動提供多于一個足驅動的優(yōu)點如下：
更大的可靠性，工作輥線速與板的速度差異使機制少了很多負載的組件；
當一個或甚至幾個驅動發(fā)生故障時機器仍能繼續(xù)運作；在這種情況下，輥的回應能從矯直區(qū)域撤去；
輥的線速可以根據(jù)板的實際速度單獨被糾正；此糾正能被作為預備措施（在已測值和已計算值的基礎上）也可以在矯直運作的過程中（通過雇傭人員來獲得頻繁轉化的數(shù)據(jù)）進行。
主驅動繞九個矯直輥和兩個外罩輥轉動。因為PSM被安裝在輾軋線上，也就是說，如果驅動在即使很短的時間內也無法正常運作，那么可能造成不能大批量生產(chǎn)，所以驅動在運作中必須高可靠。 驅動必須要滿足的要求決定機器的運作和設計特性如下：
進行矯直的板必須在矯直輥，外罩輥以及輥轉送器的毗鄰部分建立剛性的動力學連接；
由于在矯直操作中塑性變形，板需要伸長，長度的增加隨著各工作輥長度因彎曲半徑的不同而不同。這種情況導致板速在朝PSM終端移動時不均勻分布的增加；
必須可能使用不同直徑的工作輥（這一點還正在做，比如，因為不均勻的磨損或重磨）；
輥的負載應根據(jù)所選矯直機制來區(qū)分；
反向的矯直也應該可以；
鑒于以上因素與此處討論的板矯直機器實際運作機制問題，以下是建立電力驅動的要求：
速度的規(guī)定在較廣的限制內，包括負荷下的馬達啟動；
在逆向機制中也可運行；
剛性特性 w = ?(M)；
維持規(guī)定速度的高精度；
完全同步操作；
元素基礎：
輥的驅動是由具有短路轉子的異步三相馬達建立起來的。該馬達由德國VEM公司設計。它們在嚴重超載的情況下仍能繼續(xù)可靠地運作?？刂拼笋R達頻率轉換的SIMOVERT是由德國西門子公司制造。其模塊化設計便于維護和修理，其存在的一個內置為處理器座使人們能執(zhí)行大部分牽涉驅動控制運作的功能（ 維持規(guī)定的速度下的高度穩(wěn)定性，重新根據(jù)輥的實際直徑計算旋轉頻率，診斷驅動的狀況，控制驅動運作，在PROFIBUS網(wǎng)絡之間交換信息）。
因為不同時點輥之間不同的分配度，所以不同種能量的馬達被用在系統(tǒng)中。 使用不同的馬達就能顯著地減少電力設備耗費成本并且改善整機的性能。
此機器擁有三種主要運作機制：工作機制（半自動化與自動化），運輸機制，以及暗盒更換機制。
圖2顯示了工作機制實現(xiàn)運作的框圖。在這種半自動化機制中，操作者通過操作臺控制PSM。在這種情況下，操作者可完成如下操作：從數(shù)據(jù)庫中選取矯直機制；糾正已選機制；手動調整機制，這需要操作者指示所需暗盒按鈕位置（為五輥矯直還是十輥矯直）；調整暗盒頂部到底部之間的縫隙；為工作輥設置單獨調整協(xié)調；選擇矯直速度與方向；生成開始調節(jié)機器到一指定機制的命令。
機器自動調整至所選機制。在調整完成后將有信號發(fā)送至控制板以指示機制協(xié)調改變，輥達到其規(guī)定工作速度。工作機制，即板矯直機器根據(jù)由從高級系統(tǒng)通過網(wǎng)絡發(fā)送的基礎數(shù)據(jù)進行調節(jié)。這些數(shù)據(jù)包括以下信息：將被矯直板的厚度；剛的組成（材料屬性信息）；送至PSM入口的板溫。
PSM通過以下步驟調節(jié)：
基于板厚和鋼組成的預備調整，適用于冷軋板（t = 20°C）；
深一層調整基于安裝在與PSM大概相距50m的高溫計獲得的數(shù)據(jù)；
最終調整基于安裝在機器入口處的高溫及獲得的數(shù)據(jù)；
在自動化變種中，當下一塊板將要到達機器的時候，控制機器的毗鄰輥轉送器轉變?yōu)镻SM系統(tǒng)控制。 在這種情況下，板要直到調整完成后才可進入機器工作區(qū)。如果通過機器的一塊板不需要矯直，那么機器將轉入傳輸機制。在這種情況下，頂部橫架以及暗盒被升至一規(guī)定量，輥的速度改變，這樣其速度就與毗鄰的輥轉送器速度一致了。暗盒更換機制用在當輥破損或需要再次研磨工作輥和備用輥時。在這種情況下，操作者可通過控制輔助機制控制運作：軸鎖機制，出輥車，鎖住暗盒底部以及車位置，以及移動車的液壓缸。該機制通過非接觸式傳感器固定于適當位置。
PSM控制系統(tǒng)：
控制板矯直機需要開發(fā)一個強有力的高性能系統(tǒng)，為其提供理想的控制精度并結合快速的運作。
此控制系統(tǒng)被劃分為兩個層次：基礎層次，更高層次。診斷系統(tǒng)被建立為一個分離的系統(tǒng)。為了控制PSM的水泵站還提供了一個第二控制器?？刂葡到y(tǒng)的基礎層次采用SIMATIC S7工業(yè)程序控制器，而上等層次控制器和診斷控制器則建立在標準的計算機基礎之上。用于更高層次系統(tǒng)的計算機同時也為PSM的控制板服務?？刂破鞯牟煌嘏c一個PROFIBUS網(wǎng)絡的兩環(huán)路相連（圖3）。第一個環(huán)路的功能是與控制器，更高層次計算機，診斷站，水泵站控制器之間的溝通連接。第二個環(huán)路由系統(tǒng)功能元素連接PSM控制器（頻率轉換，線更換儀器，輸入/輸出遙控模塊）。
控制系統(tǒng)的功能依據(jù)下列原則被劃分為基礎層次和更高層次：所有牽涉從安裝在機制上的傳感器接收數(shù)據(jù)，通過自動過程控制系統(tǒng)從將被矯直的板上獲取信息，為執(zhí)行機制（傳動裝置）生成或發(fā)射信號的運作都被指定為基礎層次。歸檔控制點與控制控制板運作的功能被指定為更高層次。以下具體功能則都是由控制板上的基礎層次自動化系統(tǒng)完成的：
從更高層次系統(tǒng)獲得指定矯直參數(shù)（輥速度，頂部橫臂坐標，與橫臂相關聯(lián)的輥的坐標）；
加工參數(shù)，將控制信號的回應發(fā)送給自動器；
從安裝在機制上決定PSM是否正確安裝并準備矯直運作的感應器獲取信息；
從安裝在機制上計算控制行動的反饋傳感器獲取信息；
分析從感應器所讀數(shù)據(jù)確定數(shù)據(jù)的準確性；
與 PSM 的水泵電池站(PBS)進行數(shù)據(jù)交換，并將該站的運作參數(shù)發(fā)射高更高層次顯示；
接收從更高層次系統(tǒng)傳輸來的為機器或PBS進行人工操作的新號；
為作出恰當調整從更高層次系統(tǒng)獲取為數(shù)據(jù)自動糾正的初始數(shù)據(jù)；
更高層次的自動系統(tǒng)功能如下：
在矯直機制上為機制選拔輸入數(shù)據(jù)并將這些信息計入數(shù)據(jù)庫 ；
從回應板數(shù)據(jù)庫手動選擇矯直機制（此由操作者完成）；
基于從更高層次系統(tǒng)所獲信息自動選擇矯直機制；
在矯直與暗盒更換機制內手動控制機器；
基于從感應器所讀信息與限制轉換位置指示機制位置；
指示在PSM工作區(qū)域板的出現(xiàn)；
指示由測溫計所量板的溫度；
視覺指示矯直機制與機器調整的代表；
為診斷而視覺指示機器機制與PBS的狀態(tài)代表；
遠程輸入輸出模塊ET200用來為不受管制的驅動器供電。腔內包括中繼設備，連接它們的驅動器與控制器保持相當距離。使用這一模塊可以顯著縮端連接電纜。
診斷系統(tǒng)：
PSM有大含量的電力與液壓設備-------這些設備與機器本身保持適當?shù)木嚯x而且通常在一個不易接觸到的地方---使得其難于服務機器及鎖定資源問題。為方便PSM的維護以及縮短其維修時間，就有必要簡歷一個先進的診斷系統(tǒng)。這一系統(tǒng)基于安裝在控制站上的一個工業(yè)計算機。它可以診斷PSM的各種機制，也包括其液壓及電力設備。該系統(tǒng)可以對自動轉換器的狀況，感應器馬達的溫度，線更換儀器，本地PROFIBUS網(wǎng)絡終端，馬達流量，速度，旋轉，以及其他設備和參數(shù)進行評估。
此診斷系統(tǒng)也能同時被用在建立PSM運作協(xié)議。它的歸檔包括時點數(shù)據(jù)，錯誤類型，發(fā)生設備錯誤，機制協(xié)調，馬達流量與速度以及其他信息。
為使控制系統(tǒng)更可靠運作，診斷站的軟件與硬件配備與控制系統(tǒng)更高層次的組件響應是相同的。當控制系統(tǒng)運作發(fā)生問題，PSM的控制功能將被轉去計算機的診斷系統(tǒng)。
結論
NKMZ已已與其最初在獨立國家聯(lián)合體（獨聯(lián)體）的合作伙伴成功引進配備現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的板矯直機器。此機器的使用減小并幾乎徹底消除了成品板質量對其操作者技術的依賴。
其控制系統(tǒng)與方便的用戶接口允許沒有受過專業(yè)培訓的人員快速地掌握機器的操作。由于機器機制的準確動作以及使用恰當?shù)目刂婆c特殊的控制算法的精密設備使其位置維持在高準確度，生產(chǎn)高質量產(chǎn)品就得到了保障。
另外，此機器還配備了先進的診斷系統(tǒng)來記錄其重要運作參數(shù)。此系統(tǒng)的有效性方便機器許多復雜組件的維護與維修。
參考文獻
1. V. G. Smirnov, Yu. N. Belobrov, A. I. Titarenko, and I. A. Evginenko, “Machine for hot- and cold-straightening of
plates of materials with a high yield point,” Improving Processes and Equipment for Metal-Shaping in Metallurgy
and Machine-Building. Proc., Kramatorsk (2000), pp. 429–433.
2. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, NKMZ Straightening Machines for Modern Rolled-Product
Manufacturing [in Russian], Metallurg, Moscow (2001).
3. Yu. N. Belobrov, V. G. Smirnov, and A. I. Titarenko, Plate-Straightening Machines. UA Patent No. 53416,
7V21D1/02.
4. G. F. Zaitsev, V. I. Kostyuk, and P. I. Chinaev, Principles of Automatic Control and Regulation [in Russian],
Tekhnika, Kiev (1977).
重慶科技學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
院 （系） 機械學院 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化
學生姓名 劉川 學號
指導教師 陳祥偉 職稱 高級工程師
題目：Φ20～Φ90高精度棒材矯直機設計
（任務起止日期 2008年2 月23 日至 2008年6月15 日）
教 研 室 主 任 年 月 日
院 長（系主任） 年 月 日
設計（論文）的主要內容：
（一）設計參數(shù)：
1. 矯直棒材規(guī)格：Ф20—Ф90
2. 矯直棒材材料：合結鋼、不銹鋼（бs=1200N/mm2）
3.棒材原始曲率：≦0.4%（mm/m）
4.矯直后直度：0.05%（mm/m）
5.棒材原始表面：Ra3.2
6.棒材矯直后表面：Ra0.8
7.最大矯直速度：3~30m/min
8.最大矯直力：300KN
9.采用液壓過載保護
10.采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻
11.自動上下料
（二）整機設計、潤滑系統(tǒng)選型設計、整機設備安裝與維護方案制定
設計（論文）任務要求：
滾光矯直機力能參數(shù)計算與結構設計、潤滑系統(tǒng)選型設計。具體要求如下：
1.進行相關資料查閱，完成文獻綜述，英文資料翻譯，完成開題報告
2.進行總體方案論證及選型，主要理論參數(shù)計算與優(yōu)化
3.采用計算機繪圖完成總機裝配圖、輥系裝配圖
4.完成15000字左右的設計說明書
5.答辯
主要參考文獻（由指導教師指定）：
[1]崔甫．矯之技術與矯直原理：冶金工業(yè)出版社，2005年4月（第二版）
[2] 濮良貴．機械設計：高等教育出版社，2001年6月（第七版）
[3] 劉鴻文．材料力學 ： 高等教育出版社，2004年1月（第四版）
[4] 劉建臣． AutoCAD2004中文版 ：國防工業(yè)出版社，2004年1月
[5] 鄒家祥．軋鋼機械：冶金工業(yè)出版社，2000年2月（第三版）
[6] 王章忠．機械工程材料：機械工業(yè)出版社，2006年1月（第一版）
[7] 李坤．機械維護與安裝：化學工業(yè)出版社，2004年2月
[8] 劉延?。簤号c氣壓傳動 ：機械工業(yè)出版社，2007年2月（第二版）
[9] 王春行．液壓控制系統(tǒng)：機械工業(yè)出版社，2007年8月（第一版）
[10] 羅振才．冶金機械設計方法：冶金工業(yè)出版社，1993年4月
[11] 唐金松．簡明機械設計手冊：上海科技出版社，1992年6月
[12] 摩檫摩損與潤滑 ：石油工業(yè)出版社
[13] 石洪衛(wèi)．冶金管理雜志 ：冶金管理雜志出版社，2008年1月
[14] 汪學瑤．特殊鋼雜志：特殊鋼雜志出版社，2008年2月
[15] 李茂基.軋鋼機械[M]北京：冶金工業(yè)出版社，1998年
同組設計者及分工：
無
注：該任務書由指導教師填寫，在畢業(yè)設計開始前一周下達給學生，一式二份，專業(yè)教研室、每個學生各一份。其中教研室的一份待學生做完畢業(yè)設計（論文）后作為附件裝入學生畢業(yè)設計（論文）資料中。
學生完成畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表
序號
畢業(yè)設計（論文）工作任務
工 作 進 度 安 排 （周）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
資料查閱，學習有關知識，完成文獻綜述報告
2
完成外文譯文、撰寫開題報告
3
進行調研，開展設計方案論證
4
進行設計理論參數(shù)計算與選擇
5
進行結構初步設計與主要參數(shù)驗證
6
確定設計結構，繪制圖紙
7
整理設計資料，撰寫說明書
8
整理提交設計圖紙、設計說明書
9
準備答辯
10
答辯
說明：1.此表由指導教師填寫；
2.此表每個畢業(yè)學生一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)；
3.進度安排計劃請用藍或黑色橫條線在相應位置標出，進度安排實施請用紅色橫條線在相應位置標出。
畢業(yè)設計（論文）階段工作情況檢查表
時間
第一階段（完成開題報告時）
第二階段
第三階段（參加畢業(yè)答辯一周前）
內容
組織紀律
完成任務情況
組織紀律
完成任務情況
組織紀律
完成任務情況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期 年 月 日
簽字 日期 年 月 日
簽字 日期 年 月 日
說明：1.此表每個畢業(yè)學生一份，由指導教師根據(jù)學生具體執(zhí)行情況如實填寫；
2.對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。
重慶科技學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計題目Φ20～Φ90高精度棒材矯直機設計
學生姓名 劉 川 學 號 2004440118
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
院 (系) 機 械 工 程 學 院
指導教師 陳 祥 偉
年 月 日
開題報告填寫要求
1.開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作開始后2周內完成，經(jīng)指導教師簽署意見及教研室審查后生效；
2.開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)址上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3.學生查閱資料的參考文獻理工類不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辭典、手冊）；
4.“本課題的目的及意義，國內外研究現(xiàn)狀分析”至少1000字，其余內容至少1000字。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
1.本課題的目的及意義，國內外研究現(xiàn)狀分析
(1)棒材矯直機設計的目的和意義
金屬棒材在軋制、加熱、運輸?shù)雀鞣N加工過程中常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形或內部殘余應力；目前冶金市場上對金屬棒材的成品精度要求也越來越高，因此軋制矯直設備在工廠中應用越來越普遍，對矯直設備的自動控制要求也越來越高。
（2）棒材矯直機國內外研究現(xiàn)狀分析
長期以來，壓力矯直機因彎曲由人工檢測，壓彎量人為設定不夠準確，全過程都靠手工操作，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定等缺點，一直作為一種補充矯直設備來使用。壓力矯直必須檢測工件的原始彎曲，測量彎曲量、確定最佳矯直點、設定壓彎量。由于缺少可靠的檢測手段和認識上的一些人為因素，以前這些工作只能靠人工來完成。因此以前的壓力矯直機有以下缺點：彎曲人工檢測、壓彎量人工設定不夠準確，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定，降低了生產(chǎn)效率。
隨著機械工業(yè)和國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)的發(fā)展和技術進步,對鋼材產(chǎn)品質量的要求越來越高。矯直是軋制生產(chǎn)中不可缺少的重要工序,對于軋件來講,矯直主要用于解決軋件的彎曲、歪扭等塑性變形或內部殘余應力。矯直機的結構參數(shù)和力能參數(shù)是設計和使用矯直機的主要依據(jù),參數(shù)的合理與否,直接影響矯直機的使用性能。相對一定的矯直條件和矯直精度要求,存在著最少彎曲次數(shù)允許值,雖然增加彎曲次數(shù)可提高矯直精度,但機體的尺寸、重量、加工、維護及能耗等都相應有所增加,因此有必要確定矯直軋件所需的最佳彎曲次數(shù)。
國際上運用計算機、液壓控制技術，實現(xiàn)了壓力矯直的自動化、智能化，使壓力矯直機得以融入連鑄或鍛造生產(chǎn)線，成為在線設備。使生產(chǎn)效率得到了大大的提高。
二輥矯直機是斜輥矯直機的一種, 但其工作原理在斜輥矯直機中獨具特點,如圖1 所示： 在多斜輥矯直機出現(xiàn)前后,人們創(chuàng)造出了二斜輥矯直機,它的矯直功能來自于輥形的凹凸變化，它是以矯直短圓材的獨特性能而受到重視,并填補了這種矯直機的空白， 它又以能矯直圓材兩端和能壓光圓材表面( 輥子斜角很小時)而得到不斷發(fā)展。
圖1二輥矯直機示意圖
二輥棒材矯直機由于矯直精度高、造價低，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應用?，F(xiàn)在在我國國內中信重型機械公司洛陽礦山廠、無錫西漳液壓機械廠等很多廠家。而國外如英國的布朗克斯公司、維柯公司及羅伯運（R0一BETSON)公司；法國的I)MS公司及艾梯巴爾(ErllBAR)公司：德國的索林堅(sOLINGEN)公司和斯蘭特(sIAN7、)公司；美國的薩頓(sL~TION)公司；日本的川副機械公司；前蘇聯(lián)的基洛夫機床廣等?？梢陨a(chǎn)這種斜二輥輥矯直機。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
2.本課題的任務、重點內容、實現(xiàn)途徑
設計（論文）的主要內容：
（一）設計參數(shù)：
1. 矯直棒材規(guī)格：Ф20—Ф90
2. 矯直棒材材料：合結鋼、不銹鋼（бs=1200N/mm2）
3.棒材原始曲率：≦0.4%（mm/m）
4.矯直后直度：0.05%（mm/m）
5.棒材原始表面：Ra3.2
6.棒材矯直后表面：Ra0.8
7.最大矯直速度：3~30m/min
8.最大矯直力：300KN
9.采用液壓過載保護
10.采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻
11.自動上下料
（二）整機設計、潤滑系統(tǒng)選型設計、整機設備安裝與維護方案制定
設計（論文）任務要求：
滾光矯直機力能參數(shù)計算與結構設計、潤滑系統(tǒng)選型設計。具體要求如下：
1.進行相關資料查閱，完成文獻綜述，英文資料翻譯，完成開題報告
2.進行總體方案論證及選型，主要理論參數(shù)計算與優(yōu)化
3.采用計算機繪圖完成總機裝配圖、輥系裝配圖
4.完成15000字左右的設計說明書
5.答辯
（三）實現(xiàn)途徑
對于如何實現(xiàn)棒材的直度和滾光表面：
以前人們采用平行輥矯直機矯直管、棒等圓形斷面條材，但是平行輥矯直機在矯直管、棒等圓形斷面條材時存在兩個致命的缺點：
第一：平行輥矯直機只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲。若矯直其他各方位的縱向剖面的彎曲常需要進行多次的變方位的矯三過程；
第二，圓材在矯直過程中容易產(chǎn)生自轉現(xiàn)象，不僅達不到矯直目的，反而要產(chǎn)生嚴重的螺旋形彎曲(俗稱麻花彎)，使產(chǎn)品報廢。
究其原因，前者是圓材彎曲具有全方位的特性，在矯直某一縱向剖面時對與其垂直的縱向剖面無矯直能力，即對側向彎曲不能矯直。后者乃系偏心壓彎條件下輥子對圓材壓力將構成對圓材軸向轉矩，當這種轉矩超過輥面與圓材之間的摩擦轉矩時，圓材便三立生自轉。而自轉一旦產(chǎn)生便將連續(xù)不斷。由自轉形成的螺旋彎曲也將越轉越嚴重。
所以我們這里采用二輥棒材矯直機矯直，工作輥的上輥為凹輥，下輥為凸輥，上下輥均為傳動輥，輥子的角度和高度調整是電動的，輥子兩側有導板，導板用液壓缸打開和鎖緊。利用二輥的弧度、剛度以及兩輥之間的傾角來控制棒材軋件，來達到矯直和滾光的目的。
對于如何實現(xiàn)液壓過載保護及其潤滑：
液壓系統(tǒng)是控制工作輥不可缺少的重要組成部分。它不僅為執(zhí)行元件提供動力，同時也控制各執(zhí)行元件的動作，使各執(zhí)行元件按設定的程序運行。由于液壓系統(tǒng)在國內已很成熟，在此我們采用液壓控制系統(tǒng)來控制工作輥以提高矯直精度，同時利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)過載保護：
1) 主控系統(tǒng)采用插裝式邏輯錐閥控制，并通過功能元件來調節(jié)主閥芯的開啟時間及速度，以滿足大流量、快速、無沖擊、噪音小的要求。為了保證控制閥的質量及其可靠性，先導閥等采用力士樂的產(chǎn)品；
2) 主缸、側缸均有高壓卸荷功能，減小液壓沖擊，保證壓機運行平穩(wěn)，振動小。
3) 為防止壓機工作過程中壓力失控或考慮某些機械零部件的安全性，該系統(tǒng)采用壓力傳感器及溢流閥聯(lián)合使用， 對主、側缸進行限壓保護。
潤滑采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻。
對于如何實現(xiàn)自動上下料：
1． 上料機構：
上料機構由升降式臺架，對齊輥道，步進運輸機組成。
步進運輸機由油缸驅動升降；電機減速機驅動齒輪齒條副平移，電機變頻控制，可以實現(xiàn)棒料的平穩(wěn)、快速、無沖擊運輸?？梢蕴岣咴O備運行的穩(wěn)定性，延長設備使用壽命。
2． 送料小車：
送料小車可以夾持棒料，實現(xiàn)棒料前進、后退、旋轉等動作。配合檢測系統(tǒng)可以對棒料實施三維掃描。棒料夾持采用三爪自動夾盤裝置，旋轉由電機減速機驅動齒輪副帶動卡盤旋轉，小車行走由電機減速機驅動鏈輪鏈條牽動小車運動。
3． 出料系統(tǒng)：
出料系統(tǒng)由步進運輸機、出料輥道組成。步進運輸機與上料機構相同。出料輥采用彈性浮動輥?？梢苑乐钩C直時輥道因承壓而被壓壞。
3. 預計可能遇到的困難，提出解決問題的方法和措施
(1) 預計可能遇到的困難:
1）矯直的軋件可能達不到題目的要求精度問題；
2）液壓傳動系統(tǒng)的設計、高溫惡劣環(huán)境下液壓傳動系統(tǒng)的泄露問題；
3） 參數(shù)的計算過于復雜以及潤滑、自動上下料等問題 。
(2) 提出解決問題的方法和措施
1）可以提高工作輥的剛度、調整工作輥的傾角、調整工作輥的弧度；
2）對液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，合理選擇液壓油，做好密封和日常維護工作，防止或減少液壓油的泄露；
3）對于參數(shù)設計采用計算機輔助建立數(shù)學模型、采用高質量潤滑油和運用液壓系統(tǒng)控制運輸機，出料軌道。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
4.完成本課題所需的工作條件（如工具書、計算機、實驗、調研等）及解決辦法
（一）工具書
[1]崔甫．矯之技術與矯直原理：冶金工業(yè)出版社，2005年4月（第二版）
[2] 濮良貴．機械設計：高等教育出版社，2001年6月（第七版）
[3] 劉鴻文．材料力學 ： 高等教育出版社，2004年1月（第四版）
[4] 劉建臣． AutoCAD2004中文版 ：國防工業(yè)出版社，2004年1月
[5] 鄒家祥．軋鋼機械：冶金工業(yè)出版社，2000年2月（第三版）
[6] 王章忠．機械工程材料：機械工業(yè)出版社，2006年1月（第一版）
[7] 李坤．機械維護與安裝：化學工業(yè)出版社，2004年2月
[8] 劉延?。簤号c氣壓傳動 ：機械工業(yè)出版社，2007年2月（第二版）
[9] 王春行．液壓控制系統(tǒng)：機械工業(yè)出版社，2007年8月（第一版）
[10] 羅振才．冶金機械設計方法：冶金工業(yè)出版社，1993年4月
[11] 唐金松．簡明機械設計手冊：上?？萍汲霭嫔纾?992年6月
[12]．摩檫摩損與潤滑 ：石油工業(yè)出版社
[13] 石洪衛(wèi)．冶金管理雜志 ：冶金管理雜志出版社，2008年1月
[14] 汪學瑤．特殊鋼雜志：特殊鋼雜志出版社，2008年2月
[15] 李茂基.軋鋼機械[M]北京：冶金工業(yè)出版社，1998
（二）解決方法：
1.計算機：運用計算機畫CAD圖、處理一些相關文獻資料以及計算一些相關數(shù)。
2.工具書：首先是老師為我提供了很多關于軋鋼機械、矯直與矯直原理等方面的書籍。在此之外，還可以通過在學校圖書館以及通過網(wǎng)絡搜索出相關的資料，豐富自己的理論知識。為自己的課題研究提供所需要的信息。
5.進度計劃（或工作方案分析）
2月24日—3月07日：查閱相關資料，確定設計思路，完成開題報告和文獻綜述。
3月08日—3月14日：完成相關文獻的外文翻譯。
3月15日—3月31日：完成本次課題研究的相關設計計算。
4月01日—4月30日：完成所要求的零件圖、裝配圖。
5月01日—5月31日：進一步完善本次課題的其他工作，準備答辯。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
指導教師意見：（對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計結果的預測）
指導教師簽名
年 月 日
教研室審查意見：
教研室負責人簽名
年 月 日
重慶科技學院學生畢業(yè)設計（論文）
文 獻 綜 述
題目 Φ20 ～ Φ90 高 精 度
棒 材 矯 直 機
學生姓名 劉川 學號 2004440118
院（系） 機 械 工 程 學 院
指導教師簽字
學生成績（百分制）
教 務 處 制
文獻綜述要求
1.文獻綜述是要求學生對所進行的課題搜集大量情報資料后綜合分析而寫出的一種學術論文。其特點“綜”是要求對文獻資料進行綜合分析、歸納整理，使材料更加精練明確、更有邏輯層次；“述”就是要求對綜合整理后的文獻進行比較專門的、全面的、深入的、系統(tǒng)的描述和評價。
2.文獻綜述中引用的中外文資料，內容必須與課題或專業(yè)方向緊密相關，理工類不得少于10篇，其它不少于12篇。
3.文獻綜述不少于2000字，按規(guī)定格式用鋼筆工整書寫。其所附注釋、參考文獻格式要求同正文。
文獻綜述的評閱
評閱要求：應根據(jù)學?！拔墨I綜述要求”，對學生的文獻綜述內容的相關性、閱讀數(shù)量以及綜述的文字表述情況等作具體的評價。
指導教師的評語：
指導教師簽名
年 月 日
文獻綜述
摘要：本文對鋼材矯直工藝及工作原理，斜輥矯直機的工作原理、特點、結構等進行了介紹，同時對二輥棒材矯直機力能參數(shù)的計算進行了分析，提出了本次設計二輥棒材矯直機的基本思路。
關鍵詞：棒材 矯直工藝 二輥棒材矯直機 矯直力能參數(shù)
前言
金屬棒材在軋制、加熱、運輸?shù)雀鞣N加工過程中常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形或內部殘余應力；目前冶金市場上對金屬棒材的成品精度要求也越來越高，因此軋制矯直設備在工廠中應用越來越普遍，對矯直設備的自動控制要求也越來越高。
在多輥棒材矯直機中，其矯直輥由多個輥子組成；設備在矯直過程中由于其棒材的彎曲程度不同；設備的矯直輥要頻繁地進行壓下及轉角的調整(以下簡稱調整)。在國內大多數(shù)同類設備中，其調整靠工人依據(jù)設備上的標尺，手動控制進行。對于多輥設備調整起來就非常的麻煩，所需時間較長，為了提高生產(chǎn)率，必須提高設備的自動化程度，輥系的自動調整成為必然趨勢。
隨著液壓控制技術的發(fā)展，運用三維掃描檢測技術、跟隨式檢測機構、壓力矯直專家系統(tǒng)等專有技術，實現(xiàn)了壓力矯直的自動化、智能化，使壓力矯直機得以融入連鑄或鍛造生產(chǎn)線，成為在線設備。使生產(chǎn)效率有了很大的提高。
矯直原理及矯直機分類
根據(jù)結構特點和工作原理的不同，矯直機可以分為壓力矯直機、輥式矯直機、斜輥矯直機、拉伸矯直機和拉彎矯直機等幾種基本類型。
壓力矯直機 ：
壓力矯直機是以曲柄連桿機構驅動的活動壓頭使軋件產(chǎn)生一次反向彎曲，將軋件矯直的?！俺C枉必須過正”就是壓力矯直機的基本矯直原理。這種矯直機人工操作繁重、生產(chǎn)效率低，但調整靈活，對于各種局部彎曲狀態(tài)，都具有矯直的可能性，一般只有用來矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于Φ200～Φ300mm）鋼管，或用作輥式矯直機的補充矯直。壓力矯直機有立式和臥式兩種結構。
輥式矯直機：
輥式矯直機具有兩排交錯布置的工作輥，彎曲的軋件通過轉動的工作輥之間，經(jīng)過多次反復彎曲得以矯直。軋件能以較高的速度在運動中進行連續(xù)矯直，生產(chǎn)效率高，且易于實現(xiàn)機械化和流水生產(chǎn)，輥式矯直機在型鋼車間和板帶材車間得到廣泛的應用。輥式矯直機的一類型很多。其中按上排工作輥的調整方式分，基本上可以歸納為三類：單獨調整、平行調整和傾斜調整。
斜輥式矯直機：
斜輥式矯直機用于矯直管材和圓棒材。這種矯直機的工作輥具有類似雙曲線的空間曲線的形狀，兩排工作輥軸線相互交叉，管棒材在矯直時邊旋轉邊前進，也是利用多次反復彎曲軋件，最終消除各方面的彎曲和端面的橢圓度。這類矯直機的設備重量輕，易于調整和維修，矯直管棒材效果好。其中可以按工作輥數(shù)量分類，而本文介紹的二輥矯直機就是其中的一種。
拉伸矯直機：
主要用于矯直厚度小于0.6mm的薄鋼板和有色金屬板材、管材、異型材。對于具有中間瓢曲或邊緣浪形的板帶材，雖有結構復雜的支承輥分段可調的輥式矯直機加以矯直，但矯直效果不理想，這是需采用拉伸矯直方法。拉伸矯直的主要特點是對軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而將軋件矯直。
拉伸彎曲矯直機：
為了提高帶材矯直質量，近年來，拉伸彎曲矯直機組得到較大的發(fā)展。拉伸彎曲矯直的基本原理是在張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時，產(chǎn)生彈塑性延伸，從而三維形狀缺陷得以消除。這種矯直機組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強度極薄帶材），也可以用于酸洗機組進行機械破磷，從而提高酸洗速度。
此外，在有色金屬型材車間尚有扭轉式矯直機，用于矯直型材的扭曲變形。
二輥棒材矯直機
二輥棒材矯直機由于矯直精度高、造價低，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應用。
等曲率輥形的二輥機矯直過程數(shù)學力學模型比較簡明，易于分析。矯直輥是矯直機的關鍵部件，它一方面決定了矯直的精度、效率，另一方面在很大程度上決定了矯直機的結構及機器制造成本 以往的輥型設計雖以矯直過程的力學分析為基礎，但在輥型參效設計中往往采用經(jīng)驗公式，其設計效率較低。
等曲率輥子的輥型參數(shù)設計主要有四個：輥子直徑，輥長，輥子傾角和輥縫曲率。它們對矯直精度的影響關系很復雜，靠經(jīng)驗設計難于求出最優(yōu)值。優(yōu)化設計是一種先進的設計方法，它對提高設計質量有很大的幫助。在文獻中已建立了矯直過程的力學模型和精度的數(shù)學模型，使優(yōu)化設計成為可能。而二輥棒材矯直機的矯直過程以及壓彎方式見圖（1）。
圖1 2輥矯直過程及2種壓彎方式
二輥矯直機是斜輥矯直機的一種, 但其工作原理在斜輥矯直機中獨具特點,如圖2 所示： 在多斜輥矯直機出現(xiàn)前后,人們創(chuàng)造出了二斜輥矯直機,它的矯直功能來自于輥形的凹凸變化，它是以矯直短圓材的獨特性能而受到重視,并填補了這種矯直機的空白， 它又以能矯直圓材兩端和能壓光圓材表面( 輥子斜角很小時)而得到不斷發(fā)展。
圖2 二輥棒材矯直機示意圖
矯直力能參數(shù)
主要參數(shù)計算：
其基本參數(shù)包括矯直力、矯直力矩、輥距t、輥徑D、輥數(shù)n、輥身長度L和矯直速度v0矯直機基本參數(shù)的正確選擇對軋件的矯直質量、設備的結構尺寸和功率消耗等都有重要的影響。
矯直力的計算由于二輥矯直機輥形有單向彎曲與雙向彎曲之分,其矯直力也不同, 而矯直力大小與輥縫的壓彎程度密切相關,由于本機型的輥形設計采用單向反彎曲輥形,因此按單向反彎曲輥形來計算矯直力。 輥形各段長度：輥腰段Sd=t,輥腹段S′d=t,輥胸段Sb=t。
由于等彎曲率區(qū)內的彎矩不變, 它必然由一個外力偶構成工件內部的等彎矩區(qū)。首先從圖3 上力F3來看,在Sb段內它形成的彎矩是線性遞增的。雖然這個彎矩一開始是彈性彎矩,但很快增大為彈塑性彎矩( 彈性段長度可略去不計),新的力偶矩應由F2來形成,而且只在轉半周之后就需形成F2S′d /2的力偶矩,以便在下半周內完成M2的等彎矩彎曲。進入到輥腰Sd段時,由于增大彎矩須達到M1值,故需在M2之外再增加一個力偶矩F2Sd /2 值。這種人為的受力模型是與輥形曲線的曲率變化過程基本一致的,是會接近實際受力狀態(tài)的,于是可以計算圖中的各矯直力：
圖3 二輥矯直機雙向反彎輥受力簡圖
確定傾角θ、輥距t、輥徑D、輥數(shù)n、輥身長度L、矯直速度v0和電機的驅動功率等參數(shù)。
結語
通過研究二輥矯直機的力能參數(shù)，給出了二輥矯直機力能參數(shù)的確定方法。通過計算得出了矯直過程中的各部分力能參數(shù)，為設計二輥矯直機提供了可借鑒的依據(jù)。
參考文獻
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