皮帶助卷機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)及仿真含SW三維.zip
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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計(jì)
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值理論意義：
通常，對于厚度＞1mm 的帶鋼可利用卷取機(jī)卷筒的鉗口夾住其頭部進(jìn)行卷取， 而對于薄帶鋼（厚度＜1mm），由于帶鋼頭部不易進(jìn)入卷取機(jī)卷筒鉗口，所以采用有鉗口卷筒卷取機(jī)對薄帶鋼進(jìn)行自動引入的可靠性較差，另外，目前的許多彩涂帶鋼板成品卷根據(jù)需求，要在內(nèi)圈增加紙板保護(hù)套筒，根本無法采用帶有鉗口的卷筒，此時(shí)就需要配備助卷機(jī)進(jìn)行輔助卷取。因此，皮帶助卷機(jī)是冷軋及精整線上不可或缺的重要設(shè)備。
應(yīng)用價(jià)值：
卷取機(jī)是將熱軋或冷軋帶鋼卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設(shè)備，冷、熱帶鋼、線材由于產(chǎn)品斷面形狀的特點(diǎn)，在軋制后可立即用卷取機(jī)將鋼材彎曲成卷，從而為增大原材料重量、提高軋制速度、減小軋件頭、尾溫差提供了有力的條件，由此導(dǎo)致了產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量的提高，此外，成卷的軋材便于運(yùn)送，因此卷取機(jī)在整條機(jī)組中起著至關(guān)重要的作用，而皮帶助卷器又是保證卷取機(jī)順利卷取帶鋼的輔助裝置。因此，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
皮帶助卷器是冷軋及精整線上必不可缺的重要設(shè)備，廣泛用于鋼鐵、鋁材、銅材等冶金行業(yè)。在對薄帶鋼進(jìn)行冷軋或精整的生產(chǎn)過程中，需要借助皮帶助卷器將最初的 2~3 圈帶鋼纏繞到卷取機(jī)卷筒上，使其建立起所需的初始張力，然后才可以進(jìn)行張力軋制和卷取，皮帶助卷器已經(jīng)成為生產(chǎn)線上不可或缺的一部分。
自 2002 年我國設(shè)計(jì)的第一臺助卷機(jī)投入使用后，又根據(jù)不同技術(shù)參數(shù)要求，陸續(xù)開發(fā)出一系列小車水平移動式、地面固定擺動式和懸掛擺動式助卷機(jī)。其中既有上卷取式，也有下卷取式，入料角度近 20 余種，有一些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上采用了雙皮帶張緊輥，減小整機(jī)外廓尺寸，使用效果良好。隨著第一臺皮帶助卷機(jī)成功開發(fā)后，由于各用戶生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)條件的不同，對助卷機(jī)的要求必然存在差異，因此，不同參數(shù)要求的皮帶助卷機(jī) （圖紙代號 CD0222、CD0304、CD0305、CD0312、CD0416、
CD0417、CD0455、CD0530、CD0532、CD0543、CD0550、CD0603、CD0605、CD0794、
CD0796、CD0817、CD0834、CD0839、CD0847、CD0850） 陸續(xù)被開發(fā)。這個系列產(chǎn)品已先后為北京機(jī)械自動化研究所、武漢山力板帶技術(shù)工程有限公司、北京星河眾工設(shè)備技術(shù)有限公司、北京鋼鐵研究院新冶工程公司等單位設(shè)計(jì)并總承包的鍍鋅機(jī)組、彩涂機(jī)組配套累計(jì)生產(chǎn)百余臺，部分產(chǎn)品還隨同機(jī)組出口到越南、約旦和烏茲別
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克斯坦，為企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值近 800 多萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
綜上所述，我國在皮帶助卷機(jī)的研究方面取得了重要的進(jìn)展，其使用效果大大改進(jìn)，具體在以下方面：
① 皮帶的使用壽命提高，降低了對皮帶助卷器的維護(hù)成本；
② 軋制效率提高，提高了帶材產(chǎn)量；
③ 具有良好的抗油性,可抗多種溶劑,弱酸,弱堿及鹽類；
④ 表面層有良好的耐切割性,可適應(yīng)艱苦的工作環(huán)境；
⑤ 良好的摩擦性,鋼板能更緊密被包覆；
⑥ 輸送帶速度于滾筒速度配合公差精密,可高速運(yùn)行。
但，在科技的推動下,整個社會生產(chǎn)對機(jī)械設(shè)計(jì)制造提出更高要求。在現(xiàn)代化生產(chǎn)模式下,傳統(tǒng)機(jī)械合計(jì)彰顯不適應(yīng)性。立足新時(shí)期,以機(jī)電一體化、智能化、自動化為特征的設(shè)計(jì)備受關(guān)注,成為機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展趨勢和方向。而助卷器存在的主要問題有以下幾方面:
①卷取時(shí)助卷器發(fā)生劇烈振動及噪音;
②助卷器皮帶輥?zhàn)虞S承易燒毀;
③助卷皮帶消耗量過大。
所以，解決以上問題為主要目的。皮帶助卷機(jī)構(gòu)也將向更加模塊化、微型化、綠色環(huán)保型發(fā)展。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
本課題主要通過對帶鋼彎曲力矩進(jìn)行計(jì)算，來確定皮帶張力及皮帶類型，同時(shí)對張緊油缸和擺動油缸進(jìn)行計(jì)算和校核，對支撐懸臂進(jìn)行有限元分析，并針對以往工作過程中常出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和改善，如延長皮帶使用壽命、提高生產(chǎn)效率、提高卷取質(zhì)量和卷取穩(wěn)定性等。
利用 Solidworks 軟件繪制零件圖及裝配圖，仿真模擬皮帶助卷器工作過程。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
助卷機(jī)主要技術(shù)參數(shù)有：鋼帶厚度、鋼帶寬度、卷取機(jī)卷筒直徑、卷取成品最大直徑、入料角度。所以，從以下幾個方面入手設(shè)計(jì)：
1) 皮帶助卷器的運(yùn)動分析
2) 機(jī)架等主要零部件的材料選擇
3) 動力設(shè)計(jì)
4) 帶材彎曲力矩和皮帶張力力矩設(shè)計(jì)
5) 帶材第一圈卷取時(shí)的臨界角
6) 助卷器工作狀態(tài)下帶材允許的張力
7) 皮帶進(jìn)行選取和合理布置
8) 對張緊油缸和擺動油缸進(jìn)行計(jì)算和校核
9) 支撐懸臂進(jìn)行有限元分析
10) 系統(tǒng)的潤滑設(shè)計(jì)
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握皮帶助卷機(jī)的工作原理以及其機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì), 了解現(xiàn)在皮帶助卷機(jī)的發(fā)展趨勢、相關(guān)技術(shù)的對比及市場前景。通過自主設(shè)計(jì)并選擇最合理的方案設(shè)計(jì)能夠得到以下結(jié)果：
(1)皮帶助卷機(jī)工作原理及總體方案設(shè)計(jì)；
(2)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（裝配圖、零件圖）
(3)設(shè)計(jì)說明書；
(4)與皮帶助卷機(jī)相關(guān)的一篇外文翻譯（2000 字以上）。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
a.查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢；
b.制定出皮帶助卷機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)；
c.對皮帶助卷機(jī)構(gòu)的具體部分進(jìn)行理論計(jì)算；
d.進(jìn)行皮帶助卷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);
e.利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：了解題目研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線，查閱有關(guān)文獻(xiàn)。
第 2 周：查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)
第 3 周：閱讀文獻(xiàn)并完成外文文獻(xiàn)翻譯
第 4 周：撰寫文獻(xiàn)綜述并完成開題報(bào)告
第 5 周：主要零件校核計(jì)算，帶材彎曲力矩和皮帶張力力矩計(jì)算第 6 周： 助卷頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
第 7 周： 皮帶進(jìn)行選取和合理布置第 8 周：設(shè)計(jì)產(chǎn)品
第 9 周：二維零件圖繪制
第 10 周：三維圖的繪制、做三維圖的爆炸視圖和動畫演示
第 12 周：撰寫設(shè)計(jì)說明書
第 13 周：提交論文、圖紙、查重報(bào)告
第 14 周：準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
0 引言
卷取機(jī)是將熱軋或冷軋帶鋼卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設(shè)備,冷、熱帶鋼、線材由于產(chǎn)品斷面形狀的特點(diǎn),在軋制后可立即用卷取機(jī)將鋼材彎曲成卷,從而為增大原材料重量、提高軋制速度、減小軋件頭、尾溫差提供了有力的條件,由此導(dǎo)致了產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量的提高此外,成卷的軋材便于運(yùn)送,因此卷取機(jī)在整條機(jī)組中起著至關(guān)重要的作用,而皮帶助卷器又是保證卷取機(jī)順利卷取帶鋼的輔助裝置,一般地,冷軋帶鋼在卷取過程中,帶鋼首先進(jìn)入皮帶助卷器,通過皮帶助卷器的皮帶繞纏到卷取機(jī)卷筒上,形成張力后助卷器退出,帶鋼則進(jìn)行張力卷取。 [3]
皮帶助卷機(jī)構(gòu)涉及到機(jī)械、液壓、空間運(yùn)動建模等一系列領(lǐng)域，因而研究出高水平、高性能的助卷機(jī)構(gòu)，對機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。而對皮帶助卷機(jī)構(gòu)的研究有很多方法，國內(nèi)外很多學(xué)者對皮帶助卷機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，從不同的角度進(jìn)行分析， 本文就對這些學(xué)者的研究進(jìn)行綜述。
1 皮帶助卷機(jī)構(gòu)的基本原理
助卷器的主要功能是輔助卷筒將帶鋼卷成鋼卷，主要由磁力皮帶裝置、升降裝置、上抱緊裝置、下抱緊裝置、張緊裝置及助卷皮帶組成。在軋制時(shí)，助卷器抬起，助卷皮帶在上、下抱緊裝置和張緊裝置的作用下包住卷筒，做卷取準(zhǔn)備，助卷皮帶為環(huán)形無頭皮帶，可快速更換皮帶，皮帶的張緊采用液壓缸驅(qū)動，油缸活塞腔壓力由電液比例減壓閥來控制，通過對液壓缸壓力的控制來調(diào)整皮帶張力。[5]
具體為，通過平移（或擺動）液壓缸將助卷裝置移動（或擺動）到張力卷取機(jī)卷筒位置，液壓缸驅(qū)動的擺臂機(jī)構(gòu)動作使助卷皮帶環(huán)繞在卷取機(jī)卷筒的圓周表面區(qū)域后，液壓缸或氣缸）驅(qū)動的皮帶張緊機(jī)構(gòu)動作使環(huán)形助卷皮帶的一部分緊緊的貼敷在卷取機(jī)卷筒約 3/4 的圓周表面上至助卷工作狀態(tài)。此時(shí)，卷取機(jī)卷筒轉(zhuǎn)動，借助摩擦力的作用使環(huán)形助卷皮帶沿著卷筒表面做無相對滑動的運(yùn)動。當(dāng)帶鋼板（或鋁板） 頭部以某一特定的角度，通過導(dǎo)料板被引入到卷取機(jī)卷筒與助卷皮帶之間后，助卷皮帶迫使帶鋼緊貼卷筒表面進(jìn)行纏繞，待帶鋼在卷取機(jī)卷筒上纏繞 2～3 圈，卷筒上各圈帶鋼之間的摩擦力達(dá)到張力卷取所需張力時(shí)，助卷裝置完成助卷工作，按著進(jìn)入助卷狀態(tài)的逆向步驟退出至預(yù)備工作狀態(tài)。[1]
2 皮帶助卷機(jī)構(gòu)的應(yīng)用
皮帶助卷機(jī)是鋼鐵冶金行業(yè)中連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組末端張力卷取機(jī)的一種輔助裝置，通常應(yīng)用于將厚度小于 3mm 的帶鋼頭部自動引入張力卷取機(jī)卷筒，利用卷筒上各圈帶鋼之間的摩擦力形成卷取張力，實(shí)現(xiàn)最終的張力卷取?，F(xiàn)在也有皮帶助卷機(jī)應(yīng)用于鋁彩涂板生產(chǎn)線。[1]
一般說來，厚度＞1mm 的帶鋼可利用卷取機(jī)卷筒的鉗口夾住其頭部進(jìn)行卷取，而對于薄帶鋼（厚度＜1mm），由于帶鋼頭部不易進(jìn)入卷取機(jī)卷筒鉗口，所以采用有鉗口卷筒卷取機(jī)對薄帶鋼進(jìn)行自動引入的可靠性較差，另外，目前的許多彩涂帶鋼板成品卷根據(jù)需求，要在內(nèi)圈增加紙板保護(hù)套筒，根本無法采用帶有鉗口的卷筒，此時(shí)就需要配備助卷機(jī)進(jìn)行輔助卷取。[9]
3 國內(nèi)皮帶助卷機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
自 2002 年我國設(shè)計(jì)的第一臺助卷機(jī)投入使用后，又根據(jù)不同技術(shù)參數(shù)要求，陸續(xù)開發(fā)出一系列小車水平移動式、地面固定擺動式和懸掛擺動式助卷機(jī)。[1]其中既有上卷取式，也有下卷取式，入料角度近 20 余種，有一些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上采用了雙皮帶張緊輥，減小整機(jī)外廓尺寸，使用效果良好。隨著第一臺皮帶助卷機(jī)成功開發(fā)后，由于各用戶生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)條件的不同，對助卷機(jī)的要求必然存在差異，因此，不同參數(shù)要求的皮帶助卷機(jī) （圖紙代號 CD0222、CD0304、CD0305、CD0312、CD0416、CD0417、
CD0455、CD0530、CD0532、CD0543、CD0550、CD0603、CD0605、CD0794、CD0796、CD0817、
CD0834、CD0839、CD0847、CD0850） 陸續(xù)被開發(fā)。這個系列產(chǎn)品已先后為北京機(jī)械自動化研究所、武漢山力板帶技術(shù)工程有限公司、北京星河眾工設(shè)備技術(shù)有限公司、北京鋼鐵研究院新冶工程公司等單位設(shè)計(jì)并總承包的鍍鋅機(jī)組、彩涂機(jī)組配套累計(jì)生產(chǎn)百余臺，部分產(chǎn)品還隨同機(jī)組出口到越南、約旦和烏茲別克斯坦，為企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值近 800 多萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。[1]
我國在皮帶助卷機(jī)的研究方面取得了重要的進(jìn)展，其使用效果大大改進(jìn)，具體在以下方面：
1) 皮帶的使用壽命提高，降低了對皮帶助卷器的維護(hù)成本；
2) 軋制效率提高，提高了帶材產(chǎn)量；
3) 具有良好的抗油性,可抗多種溶劑,弱酸,弱堿及鹽類；
4) 表面層有良好的耐切割性,可適應(yīng)艱苦的工作環(huán)境；
5) 良好的摩擦性,鋼板能更緊密被包覆；
6) 輸送帶速度于滾筒速度配合公差精密,可高速運(yùn)行。[16]
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已有一些科學(xué)家通過對皮帶助卷器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和間隙、壓力控制值的合理選擇,很好的提高了皮帶的使用壽命,降低了溢出邊和松卷現(xiàn)象,從而降低了成本。通過增設(shè)快速更換缸,便于維護(hù)人員及時(shí)安排檢修。[4]
4 國外皮帶助卷機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,尤其是冶金工業(yè)發(fā)展的迫切需要,新上或改造的高速帶鋼冷連軋機(jī)組日益增多,卷取機(jī)以其高效、連續(xù)的帶鋼卷取方式,已成為帶鋼冷連軋生產(chǎn)線,尤其是全連續(xù)的冷軋帶鋼生產(chǎn)線的首選卷取設(shè)備。轉(zhuǎn)盤式雙卷筒卷取機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊,可節(jié)省設(shè)備安裝空間,節(jié)省機(jī)組投資。國外已經(jīng)將其用于改造項(xiàng)目,可將改造量降至最低。它同時(shí)也可適用于生產(chǎn)線入口段的開卷操作。[18]
美國的助卷機(jī)械生產(chǎn)規(guī)模較大，因而其最大特點(diǎn)就是大型。機(jī)械大批量的生產(chǎn)使得美國的產(chǎn)量和品種位于世界首位，產(chǎn)品也因其自身所具有的精細(xì)、高質(zhì)量等特點(diǎn)遠(yuǎn)銷世界各國。與此同時(shí)，美國大力發(fā)展電子信息技術(shù)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械生產(chǎn)中去，一體化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率也大大提高。[18]
5 皮帶助卷機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢
助卷器近年來，為了提高生產(chǎn)效率，縮短輔助操作時(shí)間，薄帶鋼冷連軋機(jī)組、精整機(jī)組及平整機(jī)組的卷取機(jī)一般不再采用鉗口咬入卷取，而是借助皮帶助卷器將帶材卷繞在套筒上。因此皮帶助卷器已成為冷軋帶鋼生產(chǎn)線上的重要設(shè)備之一。
[6]但國內(nèi)的皮帶助卷器出現(xiàn)溢松邊現(xiàn)象，和松卷現(xiàn)象，損壞率高，成本高。未來，
助卷器將繼續(xù)致力提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率[4]。
a) 而助卷器存在的主要問題有以下幾方面:
b) 卷取時(shí)助卷器發(fā)生劇烈振動及噪音;
c) 皮帶輥?zhàn)虞S承易燒毀;
d) 皮帶消耗量過大。
未來，達(dá)到使帶鋼具有良好力學(xué)性能、工藝性能、成品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低、軋制速度快的目的。[19]
6 結(jié)語
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)首先根據(jù)論文的選題背景,國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，通過對設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,掌握皮帶助卷機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特征及技術(shù)特點(diǎn)。對皮帶助卷機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算,得出在不同工況及負(fù)載變化、參數(shù)變化卷取速度、卷取張力等下, 卷取機(jī)主要參數(shù)。擬定產(chǎn)品鋼卷規(guī)格及主要工藝、設(shè)備參數(shù),使用軟件對皮帶助卷機(jī)主要件進(jìn)行三維實(shí)體建模,然后使用軟件建立有限元模型,對卷取機(jī)主要件進(jìn)行力學(xué)分析。[15]雞兒
進(jìn)而設(shè)計(jì)出一臺與生產(chǎn)實(shí)際相適應(yīng)的、可以解決實(shí)際問題的皮帶助卷機(jī)。盡量做到保證高速度下卷取機(jī)卷取的效果,得到卷得齊,卷得緊,幾乎沒有表面劃傷的高質(zhì)量帶卷
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