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燕 山 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱： 1780熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 軋鋼-12-3班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 3月16日 (一) 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 1.1 選題的背景及意義 采用軋制成型法來(lái)生產(chǎn)鋼板材，具有生產(chǎn)率高、板厚規(guī)格多、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)。早期，我國(guó)依靠從國(guó)外大規(guī)模引進(jìn)冷軋、熱連軋技術(shù)，隨著國(guó)內(nèi)各高校以剛才生產(chǎn)企業(yè)對(duì)軋制技術(shù)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的豐富，現(xiàn)以成形了一套成熟軋制技術(shù)[1]。 國(guó)外發(fā)展出的無(wú)頭軋制技術(shù)，利用薄板坯連鑄連軋的生產(chǎn)線，將鑄造較長(zhǎng)鑄坯進(jìn)行精軋，且軋后進(jìn)行剪切，在精軋機(jī)組中形成有限的無(wú)頭連軋，適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼[2-3]。德國(guó)開(kāi)發(fā)出基于薄板坯連鑄連軋技術(shù)的無(wú)頭軋制技術(shù)，通過(guò)提高鑄坯的拉速，使連軋機(jī)和連鑄機(jī)的速度得到匹配，實(shí)現(xiàn)板料的連鑄連軋。 現(xiàn)代熱連軋技術(shù)發(fā)展主要集中在對(duì)板形、厚度精度及板料表面質(zhì)量控制等，因此，這對(duì)軋機(jī)設(shè)備性能及質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性有更高要求，對(duì)軋機(jī)系統(tǒng)高精度要求也越來(lái)越高，四輥軋機(jī)作為板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備，對(duì)產(chǎn)品精度起著不可忽視的作用[4]。 現(xiàn)代中厚板軋機(jī)越來(lái)越趨于大型化、精密化、自動(dòng)化，以滿足鋼板控制軋制技術(shù)的要求，能夠生產(chǎn)高強(qiáng)度的合金板。采用熱裝爐時(shí)燃耗已降至0.6109J/t以下，及高剛度(2kN/mm以上)的現(xiàn)代化中厚板軋機(jī)，大大超過(guò)日本和美國(guó)現(xiàn)有中厚板軋機(jī)性能，生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能中厚板創(chuàng)造了有利條件[5-6]。 因此，本課題選擇對(duì)熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，對(duì)提高其工作可靠性因素進(jìn)一步研究。該課題對(duì)提高熱連軋?jiān)O(shè)備的應(yīng)用，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 軋鋼機(jī)械設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著國(guó)內(nèi)鋼材總產(chǎn)量逐年的提高，對(duì)軋鋼設(shè)備的能力也逐漸由向大型化、高速化、連續(xù)化、自動(dòng)化的發(fā)展方向，以滿足鋼材生產(chǎn)能力需求。對(duì)于大型化軋機(jī)設(shè)備，一方面是增加卷重，例如熱連軋卷重可以達(dá)45噸，冷連軋卷重最高可達(dá)60噸，伴隨坯料增重，相應(yīng)的需要提高對(duì)加熱設(shè)備、軋機(jī)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等能力。另一方面，加大軋制速度，提高生產(chǎn)效率，熱連軋速度達(dá)到30米每秒，冷連軋機(jī)達(dá)到41.5米每秒，線材軋制速度甚至更高。自動(dòng)化控制及采用計(jì)算機(jī)技術(shù)在線監(jiān)測(cè)軋機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施輸出檢測(cè)信號(hào)，是目前很多大型鋼企的發(fā)展方向[7-8]。 中小型企業(yè)軋機(jī)設(shè)備也逐漸向新工藝、新結(jié)構(gòu)、高效率、大卷壓下的方向邁進(jìn)。目前，我國(guó)有了一批自行設(shè)計(jì)裝備大型軋鋼機(jī)械設(shè)備，如1150萬(wàn)能板坯初軋機(jī)、2300 冷軋機(jī)、4200 特厚板軋機(jī)等軋輥設(shè)備[9]，同時(shí)，國(guó)內(nèi)還裝備了諸多中小型軋鋼機(jī)械設(shè)備，奠定了我國(guó)軋鋼生產(chǎn)需求。 但是，通過(guò)國(guó)外先進(jìn)軋機(jī)設(shè)備相比，國(guó)內(nèi)軋鋼設(shè)備無(wú)論在高速化、自動(dòng)化、連續(xù)化方面，還是在設(shè)備性能或節(jié)能、環(huán)保方面都還存在加大差距[10]。因此，繼續(xù)有針對(duì)性地將現(xiàn)有的軋鋼設(shè)備進(jìn)一步加以改造與更新，研究新軋鋼工藝與設(shè)備，也是我們現(xiàn)在迫切面臨的問(wèn)題。 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，追求質(zhì)量、品種、效益將是中厚板軋機(jī)今后和發(fā)展的方向，以寬厚板為主，并有很高的強(qiáng)度，加大軋制力和主傳動(dòng)電機(jī)容量。為保證板坯加熱的均勻性，使得軋制的鋼板尺寸和性能均勻一致[11]。以四輥軋機(jī)代替粗軋機(jī)，發(fā)揮四輥精整線軋機(jī)的能力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 圖1.1 典型的軋機(jī)設(shè)備 軋機(jī)設(shè)備的工作原理：軋件通過(guò)兩相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥以壓力進(jìn)行加工，使其產(chǎn)生塑性變形，稱為軋制工藝過(guò)程。軋機(jī)通過(guò)工作輥來(lái)完成這一過(guò)程，工作輥包含有旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。前者靠摩擦力進(jìn)行軋制運(yùn)動(dòng)，由軋機(jī)主傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)；控制軋件的變形程度，由軋機(jī)壓下裝置實(shí)現(xiàn)。因此，軋機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部件是對(duì)其輥系部件的設(shè)計(jì)，保證其運(yùn)行中精確的精度，另一方面，機(jī)架良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，要求輥系在運(yùn)行中剛度滿足要求[12-13]。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 本文研究對(duì)象是1780熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件分析，本文研究的主要內(nèi)容如下： （1）通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外四輥軋機(jī)設(shè)備相關(guān)資料，設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)要求，對(duì)四輥軋機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行確定。 1.壓下裝置 2機(jī)架 3工作輥系 4機(jī)座 5連接軸 6支撐輥系 圖1.2 四輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 （2）輥系的設(shè)計(jì)與計(jì)算，主要包含軋輥結(jié)構(gòu)類型、軋輥材料、軋輥尺寸參數(shù)計(jì)算、軋輥軸頭軸承室的設(shè)計(jì)、軸承選型及壽命計(jì)算。 （3）下壓裝置的設(shè)計(jì)，機(jī)架部件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)。 （4）運(yùn)用 Solidworks 三維繪圖軟件建立四輥軋機(jī)的三維實(shí)體模型，在 Solidworks中進(jìn)行裝配軋機(jī)模型，且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉，然后完成四輥軋機(jī)的CAD出圖，包含裝配圖及關(guān)鍵零部件出圖。 （5）將軋輥及機(jī)架三維建模分別導(dǎo)入ansys軟件進(jìn)行有限元分析，模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下，軋輥與機(jī)架的應(yīng)力分布及變形量情況，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化。 三、研究步驟、方法及措施 課題研究的主要步驟及方法： （1）確定課題后，需查閱國(guó)內(nèi)外熱連軋四輥軋機(jī)設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解熱連軋?jiān)O(shè)備的工作原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用情況，現(xiàn)階段此類設(shè)備存在的問(wèn)題，并提出相關(guān)改進(jìn)及優(yōu)化方案，為本課題的開(kāi)展奠定理論基礎(chǔ)。 （2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，參考現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成四輥軋機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。 （3）運(yùn)用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)計(jì)與材料軋制成型工藝基礎(chǔ)知識(shí)，完成對(duì)四輥軋機(jī)的軋輥零件設(shè)計(jì)、軸承選型、壓下裝置設(shè)計(jì)等計(jì)算與校核。 （4）通過(guò)solidworks軟件對(duì)四輥軋機(jī)的各非標(biāo)零件進(jìn)行三維建模，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行選型，然后整體設(shè)備的裝配，且檢查零部件之間是否發(fā)生干涉。 （4）應(yīng)用CAD軟件完成四輥軋機(jī)的工程出圖。 （5）應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行對(duì)軋輥與機(jī)架的進(jìn)行有限元分析，模擬分析其在軋制力矩和軋制力的作用下，其應(yīng)力分布及變形量，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 四、研究工作進(jìn)度 時(shí)間安排 進(jìn)度安排 2月10日~3月15日 收集課題相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告的撰寫； 3月15日~ 3月31日 初步確定四輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，并開(kāi)始熟悉solidworks、ansys及CAD軟件的熟悉使用； 4月01日~4.月10日 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定如輥系、軸承、壓下裝置、機(jī)架等部件，設(shè)計(jì)說(shuō)明書的攥寫 4月11日~4月20日 完成四輥軋機(jī)各零件的三維建模，標(biāo)準(zhǔn)零件的選型，并在solidworks軟件中完成裝配。 4月20日~ 4月30日 完成四輥軋機(jī)的CAD裝配圖及各關(guān)鍵零件的CAD出圖； 5月1日~ 5月10日 用ansys軟件對(duì)軋輥及機(jī)架進(jìn)行有限元分析，并進(jìn)行論文部分的撰寫。 5月11日~5月20日 對(duì)說(shuō)明書進(jìn)行修改完善，圖紙的修改檢查； 5月20日~6月1日 準(zhǔn)備答辯相關(guān)工作準(zhǔn)備 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)第8版. [M].北京：高等教育出版社，2005 [2] 王懷民，四輥熱軋機(jī)的有限元?jiǎng)恿W(xué)分析；2009.3:13-15 [3] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械[M] 北京:冶金工業(yè)出版社，2010:151-172;177-184 [4] 孫占剛，韓志凌等. 軋機(jī)閉式機(jī)架的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].冶金設(shè)備，2014，3:8-11 [5] Turner M J, Clough R W ,Martin H C, Topp L J , Stiffness and defletion analysis of complex structures. Journal of Aeronautical ciences,2006,23:805-824 [6] L Chefneux, J Fischbach and Gouzou, etal. Study and Industrial Control of Chater in Cold Rolling[J]. Iron and Steel Engineer.2014,61(11):l7-26. [7] 鞏云鵬，田萬(wàn)祿，張偉華，黃秋波. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).科學(xué)出版社，2010 [8] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5.卷.[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2012 [9] 劉鴻文. 材料力學(xué)第4版. [M].北京：高等教育出版社，2013 [10] 程靳. 理論力學(xué)第7版. [M].北京：高等教育出版社，2009 [11] Courant R. Variational methods for the solution of problems equilibrium and vibrators. 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