定尺剪畢業(yè)設計論文

1、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題來源</b></p><p>　　近年來，我國中厚鋼板的產(chǎn)量逐年提高，隨之對滾切剪設備的需求也急劇增加，到2010年底全國中厚鋼板軋機將近百套，其年產(chǎn)能力將達到7160萬噸。在新建熱軋生產(chǎn)線、熱處理線及落后生產(chǎn)線擴能的過程中，由于受全球經(jīng)濟危機的影響，企業(yè)

2、對舊線設備進行升級改造，中厚鋼板企業(yè)對滾切剪設備的需求量非常大。另外，隨著板材剪切斷口質(zhì)量要求的不斷提高，對滾切剪設備的剪切質(zhì)量提出了更高要求。</p><p>　　相比傳統(tǒng)斜刃剪，滾切剪是一種先進的中厚鋼板剪切機，不論是在剪切質(zhì)量、剪切速度、還是在能耗和設備的自動化程度方面都存在諸多優(yōu)點。但是我國企業(yè)的滾切剪生產(chǎn)技術大多是引進國外西馬克(SMS)、日本石川島播磨重工業(yè)株式會社（IHI）、達涅力（Danieli）

3、、奧鋼聯(lián)（VAI）等公司的技術。由于外商的技術保護，加之國內(nèi)對滾切剪機構(gòu)學理論的研究很少，缺乏有效的滾切剪機構(gòu)設計方法，對我國滾切剪設備的研究理論支持不足，制約了我國滾切剪設備的自主研發(fā)過程。</p><p>　　基于上述現(xiàn)狀，本文在分析滾切剪剪切工藝特性的基礎上，總結(jié)了與滾切剪機構(gòu)設計相關的工藝特性，關鍵的是上剪刃的純滾運動剪切特性。本文設計滾切剪機構(gòu)將以實現(xiàn)上剪刃的純滾運動為主要目標，其他的工藝特性為輔助設計

4、要求，提出系統(tǒng)有效的滾切剪機構(gòu)設計方法，并用優(yōu)化設計的思想來實現(xiàn)這些設計方法，求解出符合剪切要求的最優(yōu)滾切剪機構(gòu)尺寸，為滾切剪機構(gòu)的系列化、智能化設計提供方法。</p><p>　　1.2 滾切剪國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　用于對軋件進行切頭、切尾或剪切成規(guī)定尺寸的機械成為剪切機。根據(jù)剪切機刀片形狀、配置以及剪切方式等特點，剪切機可分為平行刀片剪切機、斜刀片剪切機、圓盤式剪切機和飛

5、剪機。滾切剪是在斜刀片剪切機的基礎上發(fā)展起來的新型剪切機，其特點是上刀片為圓弧形，能實現(xiàn)軋件的滾動剪切。滾切剪繼承了斜刀片剪切機剪切力小等剪切優(yōu)點，并改善了斜刀片剪切機剪切軋件時上剪刃在板寬方向上切深不一致的缺點。</p><p>　　在1971年，西德摩納.紐曼公司（簡稱MDN）首次研制成功滾切剪，此后該技術裝備在歐洲、美國、韓國、日本等發(fā)達國家的鋼鐵企業(yè)得到迅速推廣。目前，歐美等國在2300-5500mm寬厚

6、板軋機生產(chǎn)線上，逐漸用滾切剪取代了老式的斜刀片剪切機和圓盤式剪切機，滾切剪在軋機生產(chǎn)線上取得了非常好的實際應用效果。此項技術由德國西馬克公司（SMS）和日本石川島播磨重工業(yè)株式會社（IHI）完善成熟，隨后被奧鋼聯(lián)（VAI）、達涅力（Danieli）、三菱日立制鐵株式會社（Mitsubishi2Hitachi）、日本川崎制鐵株式會社（KHI）、俄羅斯NKMZ等公司掌握。</p><p>　　目前滾切剪機構(gòu)分為曲柄連

7、桿式和液壓缸驅(qū)動連桿式兩種，其中曲柄連桿式又可分為雙軸雙偏心式和單軸雙偏心式兩種；液壓驅(qū)動連桿式分為液壓缸直推連桿式和液壓缸齒輪齒條式兩種。4300軋機滾切式定尺剪為雙軸雙偏心式曲柄連桿機構(gòu)。</p><p>　　雙軸雙偏心曲柄連桿式滾切剪機構(gòu)如圖1.1所示，兩臺電動機帶動左右</p><p>　　圖1.1 雙軸雙偏心曲柄連桿式滾切剪機構(gòu)</p><p>　　F

8、ig.1.1 Rolling shear mechanism of double-crank</p><p>　　曲柄回轉(zhuǎn),曲柄再帶動連桿和上刀架運動，上刀架在導向桿的約束下做平面運動，實現(xiàn)滾動剪切。隨著滾切剪技術的進一步發(fā)展，在曲柄連桿式滾切剪機構(gòu)的基礎上又衍生出了液壓缸驅(qū)動連桿式滾切剪機構(gòu)，如圖1.2所示，該種滾切剪機構(gòu)由左右兩個液壓缸驅(qū)動，為2自由度機構(gòu)。</p><p>　　圖1.

9、2 液壓缸連桿式滾切剪機構(gòu)</p><p>　　Fig. 1.2 Rolling shear mechanism driven by hydraulic cylinder</p><p>　　日本工業(yè)大學的村川正夫教授介紹了一種液壓缸齒輪齒條滾切剪機構(gòu)。該滾切剪機構(gòu)由液壓缸帶動齒條運動，再由齒條帶動齒輪曲軸回轉(zhuǎn)，曲軸帶動上刀架實現(xiàn)滾切運動。該項技術由于液壓缸驅(qū)動裝置返程時，帶動上剪刃還要

10、進行一次返回剪切，在剪切厚板時容易造成二次剪切，所以比較適用于薄板剪切。</p><p>　　1993年，我國沈陽重型機器廠與德國MDS公司合作為舞陽鋼廠提供的三曲軸滾切式雙邊剪是我國第一臺滾切剪設備，隨后第二重型機器廠與日本IHI公司合作為重鋼五廠提供了國內(nèi)第二臺滾切式雙邊剪。近年來，我國一些重型制造企業(yè)先后通過與外國公司合作制造的方式為我國的舞鋼、首秦、寶鋼、沙鋼、萊鋼、鞍鋼等一大批中厚鋼板軋機生產(chǎn)線配備了滾

11、切剪設備，極大提高了我國中厚鋼板軋鋼的生產(chǎn)能力。與此同時，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一些研究滾切剪機構(gòu)的個人或單位，為我國開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的滾切剪設備提供了理論支持。</p><p>　　太原科技大學的黃慶學、馬立峰等人對單軸雙偏心滾切剪機構(gòu)進行了計算機運動仿真，提出了四個位置精確綜合的單軸雙偏心滾切剪桿件優(yōu)化數(shù)學模型，并對單軸雙偏心非對稱負偏置滾切剪機構(gòu)作了一些探索研究。馬鞍山鋼鐵股份有限公司的孫復森、北京科技大學的楊慧

12、新等人通過對滾切式定尺剪機構(gòu)原理的分析，建立了以曲軸轉(zhuǎn)角為變量的上刀架任意點軌跡方程，通過控制上剪刃動態(tài)最低點的軌跡來實現(xiàn)上剪刃的純滾動，對滾切剪機構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。北京航空航天大學的張小平、太原科技大學的楊剛俊等人采用單因素法分析了滾切剪剪切質(zhì)量和力能參數(shù)的影響因素。北方重工沈陽重型機械集團的李雷生、秦立學等人闡述了滾切剪的特點，并對滾切剪關鍵參數(shù)的確定進行了分析。</p><p>　　綜上所述，目前國內(nèi)滾切剪機

13、構(gòu)設計的研究主要有滾切剪機構(gòu)參數(shù)對滾切剪性能的影響分析和滾切剪機構(gòu)尺寸的優(yōu)化。滾切剪機構(gòu)尺寸的優(yōu)化主要以實現(xiàn)滾切剪上剪刃的純滾運動為目標，方法主要有給定上剪刃的幾個位置精確綜合機構(gòu)尺寸參數(shù)和控制上剪刃動態(tài)最低點的軌跡來實現(xiàn)，而前者只能保證在給定位置上上剪刃的精確運動。在其他位置不確定因素很多，由于要實現(xiàn)的上剪刃純滾運動是連續(xù)剪切過程，因此該方法設計出的滾切剪機構(gòu)實現(xiàn)的純滾運動偏差較大；后者通過控制上剪刃動態(tài)最低點的軌跡能夠保證上剪刃的剪

14、切線，從而獲得較好的上下剪刃重疊量，但是不能消除上剪刃的水平滑移，因而也不能完全保證上剪刃的純滾運動。</p><p>　　本文設計滾切剪機構(gòu)的尺寸，將以尋找實現(xiàn)上剪刃純滾運動方法為重點，提出系統(tǒng)有效的滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法，由于很難實現(xiàn)上剪刃精確的純滾運動，設計出的滾切剪機構(gòu)存在由于這種不能精確實現(xiàn)純滾運動帶來的誤差，為了盡量減小誤差，使誤差最小，本文將這些滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法的最終實現(xiàn)歸結(jié)為優(yōu)化設計問題，即

15、尋找符合設計要求的滾切剪機構(gòu)尺寸最優(yōu)解。</p><p>　　1.3 連桿機構(gòu)運動綜合理論優(yōu)化方法的研究現(xiàn)狀</p><p>　　本文中滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法采用優(yōu)化設計的思想來最終求解。優(yōu)化方法也是連桿機構(gòu)運動綜合理論中使用較普遍的一種方法，尤其是近年來發(fā)展起來的基于隨機性的智能優(yōu)化算法，更能有效的求解各種復雜的優(yōu)化問題。</p><p>　　連桿機構(gòu)運動綜合方法

16、可分為直接法和間接法兩大類，前者又可大致分為圖解法和數(shù)值法，數(shù)值法又進一步分為代數(shù)法和優(yōu)化法。應用經(jīng)典運動幾何學理論建立起來的幾何圖解法概念清晰、直觀性強，但作圖過程繁雜，求解精度較低。代數(shù)法需要直接求解非線性方程組，這是其難點，代數(shù)法也是優(yōu)化法的基礎。優(yōu)化法不直接求解非線性方程組，而是以最小偏差為目標函數(shù)，通過優(yōu)化技術獲得較高的求解精度。但傳統(tǒng)優(yōu)化法也存在某些不足，比如對初始點的選擇較敏感、收斂性不穩(wěn)定等。間接法主要利用計算機的海量存

17、儲能力和快速檢索能力來實現(xiàn)連桿機構(gòu)的綜合。</p><p>　　連桿機構(gòu)精確運動綜合中的大多數(shù)問題都可歸結(jié)為非線性方程組的求解問題，由于大多數(shù)非線性方程組沒有準確解，因此下面只討論在沒有準確解時求其非準確解的情況，這時可將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題。</p><p>　　對于非線性方程組，其數(shù)學模型可表示為：</p><p>　　f1(X) = 0</p>

18、<p>　　f2(X) = 0</p><p><b>　　… </b></p><p>　　fm(X) = 0</p><p>　　式中X=[x1,x2,…,xn] ∈R^n為待求的n個未知量。</p><p>　　對于精確運動綜合中的非線性方程組（1.1），若其沒有準確解，則可轉(zhuǎn)化為非線性最

19、小二乘問題：</p><p><b>　　m </b></p><p>　　Min ∑ fi^2(X) (1.2)</p><p>　　X∈R^n i=1</p><p>　　或鞍點規(guī)劃（極大極?。﹩栴}：</p><p>　　Min max｜fi(X)｜

20、 (1.3)</p><p>　　X∈R^n 1≤ i≤ m</p><p>　　對于近似運動綜合，亦通常將其描述為形如式（1.2）或式（1.3）的目標函數(shù)，同時加入約束條件。鞍點規(guī)劃模型（1.3）為不可微函數(shù)，可用極大熵方法近似轉(zhuǎn)化為如下的無約束（或約束）優(yōu)化問題：</p><p><b>　　m</b></p>

21、<p>　　Min Φp(X)= 1/p㏑∑exp(p)｜fi(X)｜ (1.4)</p><p>　　X∈R^n i=1</p><p>　　式中，p>0，且充分大。</p><p>　　優(yōu)化模型（1.2）、（1.4）均為連續(xù)可微函數(shù)，其主要解法有NR法、最速下降法、共軛梯度法及變尺度法等數(shù)值

22、迭代法。特別的，對于模型（1.2），其最有名算法為阻尼最小二乘法。但這類算法的收斂性跟初始點選擇有關，容易陷入局部極值區(qū)域，難以獲得全局最優(yōu)解。</p><p>　　文獻對連桿機構(gòu)運動綜合理論研究進展進行了系統(tǒng)的綜述。K.H.Hunt與H.Nolle較早應用傳統(tǒng)優(yōu)化方法綜合鉸鏈四桿軌跡發(fā)生機構(gòu)。胡新生，伍饒宇和宗志堅等給出了連桿機構(gòu)函數(shù)綜合的離散極大極小模型（1.3），并轉(zhuǎn)化為極大熵優(yōu)化模型（1.4），應用非單調(diào)

23、曲線搜索算法求解該問題。文獻提出了簡單曲線的自適應擬合方法和法向誤差的統(tǒng)一評價模型，給出了平面與球面四桿機構(gòu)近似運動綜合的鞍點規(guī)劃模型（1.3），進而轉(zhuǎn)化為極大熵優(yōu)化模型（1.4），并應用遺傳算法和BFGS局部搜索相結(jié)合的方法求解該問題。</p><p>　　近年來發(fā)展起來的基于隨機性的智能算法是求解優(yōu)化問題的有效方法，如模擬退火算法（Simulated Annealing Algorithm, SAA）、遺傳算

24、法（Genetic Algorithm, GA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ArtificiaNeural Net, ANN）、人工免疫算法（ArtificialImmune Algorithm, AIA）、蟻群算法（AntColony Optimization, ACO）、粒子群算法（ParticleSwarm Optimization, PSO）等。這類算法不需導數(shù)信息，不受函數(shù)多峰、不連續(xù)、不可微等特性的影響，收斂性與初始點的選擇無關。因此對

25、于非光滑的鞍點規(guī)劃模型（1.3），可直接應用這些方法求解，不必構(gòu)造可微函數(shù)（如極大熵函數(shù)）來逼近之。由于工程問題越來越復雜，數(shù)學模型很難保證連續(xù)可微，應用上述的智能算法來求解復雜的工程問題是目前發(fā)展的趨勢，這也是智能算法興起的重要原因。</p><p>　　J.A.Cabrera, A.Simon 和 M.Prado給出了應用遺傳算法優(yōu)化綜合連桿機構(gòu)的一般算法。周洪和鄒慧君以機架桿方向結(jié)構(gòu)誤差或從動桿桿長結(jié)構(gòu)誤差

26、為目標函數(shù)，并應用改進遺傳算法進行軌跡發(fā)生機構(gòu)的方法，并應用遺傳算法求解該綜合問題。林曉輝，黃衛(wèi)和林曉通提出了一種能以較大概率搜索到全局最優(yōu)解的遺傳退火耦合算法，并將該算法用于平面連桿變幅機構(gòu)的軌跡優(yōu)化綜合。</p><p>　　陳科、謝守振和趙韓利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡與模擬退火算法相結(jié)合的方法，構(gòu)造了優(yōu)化設計問題的人工神經(jīng)網(wǎng)絡。應用構(gòu)造的神經(jīng)網(wǎng)絡綜合給定運動規(guī)律的鉸鏈四桿機構(gòu)，取得了較滿意的結(jié)果。Xiao Renbi

27、n, LiuYong和DouGang在連桿曲線分析方法的基礎上，將機構(gòu)軌跡發(fā)生綜合視為多峰優(yōu)化問題，并采用免疫網(wǎng)絡方法求解該模型。周桂紅和左春圣等提出了一種自適應免疫算法，該算法自動調(diào)節(jié)優(yōu)化參數(shù)，應用該算法對起重機的轉(zhuǎn)向梯形函數(shù)發(fā)生機構(gòu)進行了優(yōu)化綜合，優(yōu)化結(jié)果表明該算法在保證全局收斂的同時提高了局部搜索能力。</p><p>　　綜上所述，優(yōu)化方法在連桿機構(gòu)運動綜合理論中使用較為普遍，新發(fā)展起來的智能優(yōu)化算法也被

28、人們應用到連桿機構(gòu)運動綜合問題的求解中，并且不斷提出改進的或新的優(yōu)化算法，在實際問題求解中得到了較滿意的結(jié)果。本文提出的滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法，由于其設計模型是一個非線性約束優(yōu)化問題，目標函數(shù)具有多峰性和不可微性，用基于導數(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以求得全局意義上的最優(yōu)化解，本文采用遺傳算法來求解該優(yōu)化問題。</p><p>　　第2章 滾切剪特性及相關理論</p><p>　　2.1 滾切剪的剪

29、切特性</p><p>　　滾切剪是通過圓弧上剪刃在鋼板上純滾動來剪斷鋼板的。滾切剪的一個工藝循環(huán)中包括兩個工藝動作，滾切動作和非剪切動作，其中關鍵的是滾切動作，指圓弧上剪刃純滾動剪切鋼板的工藝動作；非剪切動作需要保證上下剪刃之間的開口度要求，以順利的讓鋼板移動，實現(xiàn)連續(xù)剪切。</p><p>　　2.1.1 滾動剪切</p><p>　　滾動剪切是指圓弧上剪刃在固

30、定直線下剪刃上純滾運動剪切鋼板，可用圖3的六個分動作表示。</p><p>　　滾動剪切鋼板的優(yōu)點主要有：</p><p>　　上剪刃沒有水平滑移，則剪刃磨損小，剪刃工作壽命長；</p><p>　　剪切鋼板過程中上剪刃沿板材寬度方向上的切深保持不變，則鋼</p><p>　　板斷面不會發(fā)生彎曲變形，鋼板剪切質(zhì)量好。</p>&

31、lt;p>　　另外，根據(jù)剪切鋼板的工藝特點，一般情況下上下剪刃之間有一個很小的重疊量，這是為了剪切時使板材的毛邊能夠清理干凈，重疊量的大小是根據(jù)剪切鋼板的厚度來選擇的。所以實際剪切過程中，上刀刃的剪切線與直線</p><p>　　下剪刃有一個偏移量，即為上下剪刃之間重疊量大小。</p><p>　　2.1.2 開口度要求</p><p>　　滾切結(jié)束后上剪刃抬

32、起，為了使鋼板能順利通過上下剪刃，則上下剪刃間的開口度H大于某一給定設計值的要求稱為設計滾切剪機構(gòu)的開口度要求。雖然滾切剪有較大的開口度，但總行程比斜刃剪的行程大約減小了30%-40%，因此，傳動上剪刃的偏心軸曲柄半徑減小了，傳動力矩也按比例減小了。</p><p>　　2.1.3 剪切力峰值特性</p><p>　　剪切力峰值特性是指上剪刃剛剪切鋼板時，剪切力比較大，出現(xiàn)剪切力曲線峰值的

33、特性。剪切力的峰值特性與剪切角的大小有關，圓弧滾切剪一般</p><p>　　剪刃的圓弧半徑很大，它和鋼板上沿接觸點Q處的切線與直線形下剪刃之間的夾角即是剪刃傾角，也即剪切角。</p><p>　　在鋼板的材質(zhì)、厚度及設備等條件一定的前提下，影響剪切力的因素主要是：圓弧剪刃剪切鋼板時剪切角和剪切過程中剪切變形區(qū)的面積。分析兩者與剪切力之間的關系可知，剪切力與該剪切角成反比，而與該面積成正比

34、。</p><p>　　在剪切初期階段，圓弧剪刃相對鋼板的切入深度較小，剪切角小，此時剪切力較大，導致了在剪切初期出現(xiàn)剪切力峰值現(xiàn)象。隨著圓弧剪刃相對鋼板的切入越深，剪切角逐漸變大，達到穩(wěn)定滾切時剪切角基本保持不變，此時剪切力大小趨于穩(wěn)定。有的剪切力實測曲線，還顯示剪切的末期階段也出現(xiàn)一個較小的峰值，原因在于上剪刃的鋼板尚未剪斷時過早抬起引起的剪刃切</p><p>　　入深度減小，從而減

35、小了剪切角。</p><p>　　常規(guī)設計中，只注意到了穩(wěn)定滾切時滾切效果等方面的要求，而忽略了剪切初始階段的剪切狀況。通常，如果不考慮剪切力峰值的影響，設備中結(jié)構(gòu)的強度將降低，影響滾切剪設備的工作壽命。本文在滾切剪機構(gòu)設計中，將考慮剪切角對剪切初始剪切力峰值的影響，盡量降低該峰值的大小。</p><p>　　2.2 滾切剪機構(gòu)設計問題的提出</p><p>　　滾

36、切剪機構(gòu)的設計主要以實現(xiàn)上剪刃純滾動剪切工藝為主，其他剪切特性為輔。從上面的分析可看出，上剪刃的運動為平面運動，而平面鉸鏈機構(gòu)中的連桿（非連架桿）能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的平面運動，下面將考慮鉸鏈機構(gòu)中的非連架桿來實現(xiàn)滾切剪上剪刃的運動。</p><p>　　對于雙自由度滾切剪機構(gòu)，其運動主體為五桿機構(gòu)，要設計五桿機構(gòu)的尺寸來實現(xiàn)上剪刃的平面運動，用位置綜合的方法較難實現(xiàn)，而目前大多數(shù)設計該類滾切剪采用上剪刃上特殊點的軌跡來

37、綜合機構(gòu)尺寸地方法，但點的軌跡綜合不能很好的實現(xiàn)上剪刃純滾動的特性?；诖耍疚奶岢龌跈C構(gòu)瞬心線的滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法，上剪刃的純滾運動通過上刀架的動、定瞬心線軌跡來保證，該方法的本質(zhì)為機構(gòu)瞬心線軌跡綜合問題。</p><p>　　機構(gòu)的運動學分析就是在已知機構(gòu)的各個構(gòu)件的桿長，原動件的位置、速度和加速度的條件下，確定機構(gòu)中從動件的位置、速度和加速度。</p><p>　　2.3 研究

38、的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 </p><p>　　滾切式定尺剪作為厚板精整線上的重要設備，其傳動系統(tǒng)主要分為兩大部分：Ⅰ 厚鋼板移動的精確傳動與定位 Ⅱ 為滾切剪的剪切提供動力的傳動設計 Ⅲ 剪切系統(tǒng)的設計 Ⅳ 鋼坯跟蹤系統(tǒng)</p><p>　　（1）厚鋼板移動的精確傳動與定位</p><p>　　為了剪切不同型號的厚鋼板產(chǎn)品，保證在一定范圍內(nèi)可以對剪切寬度

39、的任意調(diào)節(jié)，因此需要研究如何驅(qū)動剪切機的移動。需要的問題有：</p><p>　　1保證檢測輥的定位準確，以保證滾切式定尺剪將鋼板剪切成所要求的定尺長度。</p><p>　　2保證檢測輥的定位準確，以保證厚鋼板的剪切質(zhì)量（鋼板沒有壓彎）。</p><p>　　3保證液壓系統(tǒng)有足夠的壓下力，在剪切時，保證對厚鋼板的固定。</p><p>　　

40、4保證傳動輥可以上下小距離移動，以免劃傷厚鋼板表面。</p><p>　?。?）為滾切剪的剪切提供動力的傳動設計 </p><p>　　滾切式定尺剪最主要的功能是對鋼板的剪切，因此對于這一部分的傳動系統(tǒng)的設計最為重要。傳動裝置應為滾切剪提供傳動，主要通過曲軸的傳動來實現(xiàn)。則需要解決的問題有：</p><p>　　1如何設計滾切式定尺剪的傳動系統(tǒng)，可以同時確保上下刀片

41、運轉(zhuǎn)的一致性，同步性，確保精確地剪切質(zhì)量。</p><p>　　2研究如何設計滾切式定尺剪的傳動系統(tǒng)，確保傳動效率高，驅(qū)動裝置穩(wěn)定。</p><p>　?。?）剪切系統(tǒng)的設計 </p><p>　　頭尾掃描成像系統(tǒng)主要由ABLYY-III紅外式測寬儀和LSV激光測速儀組成。光激測速儀位于測寬儀掃描線1到2個輥道后，作為粗軋出口中間坯的尾部速度基準，同時對粗軋機輸入

42、速度進行標定作為頭部速度，把測寬儀測得的寬度邊緣值配合速度信號形成頭尾形狀，根據(jù)頭尾形狀的外形計算出剪切線位置，并在畫面上顯示出圖形及相關參數(shù)。對每種頭尾形狀設計了相應的剪切線選擇算法。 </p><p>　　第3章 滾切剪的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3.1 滾切剪的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.3.1 structure of rolling shear

43、</p><p>　　圖3.1為滾切剪的結(jié)構(gòu)圖，在剪切機的左右兩側(cè)面裝有兩個焊接結(jié)構(gòu)的立柱，它們同下剪刃和焊接的上橫梁通過螺栓連接和預緊拉桿牢固地構(gòu)成架體。鑄鋼結(jié)構(gòu)的上刀架的四面都有限制，前后面有前護板和齒輪箱箱體限位，靠楔形擋板調(diào)節(jié)上刀架升降的滑動間隙；兩側(cè)有裝在立柱上的固定滑道和可動滑道，其作用是保證精確的剪切運動。兩個連桿將上刀架與偏心軸1號軸和偏心軸2號軸連接起來。為了調(diào)節(jié)上下剪刃的重疊量，兩個連桿的長度

44、可調(diào)，其調(diào)節(jié)裝置是由電機驅(qū)動一對傘齒輪通過渦輪蝸桿傳動偏心套來完成。剪刃的側(cè)向間隙可根據(jù)鋼板不同的厚度要求進行調(diào)整，它是靠上刀架剪刃后楔形擋板位置調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。楔形擋板的移動是電機、蝸輪蝸桿完成的。在上刀架的前面裝有液壓壓板，液壓系統(tǒng)裝在平臺上，液壓缸經(jīng)連桿推動壓板。當壓板把鋼板壓在輥道上后開始剪切。偏心3號軸經(jīng)連桿帶動碎邊剪完成碎邊剪切。偏心1號、2號軸由兩臺電機經(jīng)齒輪箱驅(qū)動，其同步由一個中間過橋齒輪保證。電動機帶有反向電源制動，靠行

45、程開關和電機軸上的機械抱閘使偏心軸停留在要求的位置上。對于雙邊剪，移動剪由剪機移動裝置調(diào)節(jié)位置；固定剪和移動剪的同步剪切靠剪機上方橫跨的橫軸保證。為了完成鋼板的對中、</p><p><b>　　3.1 滾切剪原理</b></p><p>　　滾切式定尺剪的剪切過程用如圖3所示的五個位置表示。安裝圓弧形上剪刃的上刀架由兩個偏心半徑相同、轉(zhuǎn)向相同、偏心相位不同的偏心軸帶

46、動。位置1為上剪刃的起始位置，兩個偏心軸轉(zhuǎn)動，圓弧剪刃的出口端首先下降，另一端相差一個相位下降，直到前緣下降到與下剪刃或與下剪刃平行的一條假想線相切，即位置2，然后上剪刃沿假想線滾動，位置4是上剪刃滾動到與假想線中部相切，一直到與入口端相切，即位置5，之后升起恢復到原始位置1。</p><p>　　滾切式雙邊剪和剖分剪的剪切過程與滾切式定尺剪有些剪切，在位置5時，上剪刃與假想線的相切點距離端點還有一定的距離，在鋼

47、板尚未被全部剪斷時，就停止剪切，上剪刃抬起，鋼板送進，進行下一個循環(huán)的剪切過程。</p><p>　　為實現(xiàn)上剪刃相對于下剪刃做滾切運動，必須設計固定在兩側(cè)立柱上的固定在兩側(cè)立柱上的固定滑道和可伸縮滑道曲線?？缮炜s滑道在剪切時所需要的壓力由液壓缸提供。</p><p>　　第4章 基于瞬心線的雙自由度滾切剪機構(gòu)設計</p><p>　　雙自由度滾切剪機構(gòu)的主體可歸結(jié)

48、為五桿機構(gòu)，用五桿機構(gòu)中的連桿來實現(xiàn)上剪刃的運動，而用連桿位置綜合的方法來設計五桿機構(gòu)的尺寸較難實現(xiàn)。目前大多數(shù)設計該類滾切剪均采用上剪刃上特殊點的軌跡來綜合機構(gòu)尺寸的方法，如通過設計上剪刃動態(tài)最低點集合軌跡來控制上剪刃的剪刃狀態(tài)，但上剪刃上特殊點的軌跡不能完全反應上剪刃純滾運動的特性，設計出來的滾切剪機構(gòu)不能很好的保證上剪刃的滾動剪切。基于此，本文在分析純滾運動問題本質(zhì)的基礎上，提出了基于瞬心線設計該類滾切剪機構(gòu)尺寸的方法。</

49、p><p>　　4.1 純滾剪切運動的瞬心線特性</p><p>　　首先分析任意形狀的剛體在任意形狀固定面上純滾運動的瞬心線特性。</p><p>　　圖4.1 剛體在固定曲面上的純滾運動 </p><p>　　Fig.4.1 Pure rolling of rigid on the fixed surface</p><

50、p>　　如圖4.1所示，剛體在固定曲面上作純滾運動，根據(jù)純滾動的定義可知接觸點瞬時相對速度為零，又因其中一個曲面固定，故接觸點的瞬時絕對速度也為零，由瞬心的定義知道該接觸點即為瞬心點。在剛體上觀察，接觸點的運動軌跡為上面曲線，稱為動接觸線；在固定曲面上觀察，接觸線的運動軌跡為下面曲線，稱為定接觸線。根據(jù)瞬心線的定義可知，動接觸線即為動瞬心線，定接觸線即為定瞬心線。</p><p>　　任一形狀的剛體相對于一

51、固定曲面做平面運動時，若其瞬心即為接觸點，定瞬心線與定接觸線重合，動瞬心線與動接觸線重合，則按照純滾動的定義推出該剛體在固定曲面上的運動為純滾動。</p><p>　　對于滾切剪的純滾運動而言，其特點是動接觸線為上剪刃圓弧曲線，定接觸線為固定的水平直線下剪刃，曲率半徑R1為上剪刃圓弧半徑，曲率半徑R2為無窮大。此時定瞬心線與下剪刃直線段重合；動瞬心線與上剪刃圓弧曲線重合。</p><p>

52、　　依據(jù)上面的結(jié)論，設計滾切剪機構(gòu)，保證上剪刃所在連桿的定瞬心線、動瞬心線分別與直線下剪刃、圓弧上剪刃重合，則能夠?qū)崿F(xiàn)上剪刃在直線下剪刃上的純滾運動，即能實現(xiàn)鋼板的純滾動剪切。</p><p>　　4.2 基于瞬心線的滾切剪機構(gòu)尺寸設計</p><p>　　4.2.1 設計思路</p><p>　　設計的滾切剪機構(gòu)若能滿足上剪刃所在連桿的定瞬心線與下剪刃直線段重合，

53、動瞬心線與上剪刃圓弧曲線重合，則能夠?qū)崿F(xiàn)上剪刃圓弧曲線在直線下剪刃上的純滾運動，也就能實現(xiàn)鋼板的純滾動剪切。而上下剪刃的參數(shù)在設計機構(gòu)尺寸前可以根據(jù)剪切鋼板的工藝參數(shù)獲得，則該滾切剪機構(gòu)尺寸設計問題的本質(zhì)為機構(gòu)瞬心線軌跡的綜合問題，即機構(gòu)中剪刃所在連桿的定瞬心線軌跡逼近已知的直線下剪刃軌跡，機構(gòu)中剪刃所在連桿的動瞬心線軌跡逼近已知的圓弧上剪刃軌跡。滾切剪機構(gòu)尺寸設計的思路為：</p><p><b>　

54、　固定下剪</b></p><p>　　刃參數(shù) 定瞬心線 </p><p>　　工藝參數(shù) } 機構(gòu)尺寸</p><p>　　圓弧上剪 動瞬心線</p><p><b>　　刃參數(shù)</b></p>&

55、lt;p>　　圖4.2 滾切剪機構(gòu)尺寸設計思路</p><p>　　Fig.4.2 Design idea of rolling shear mechanism size</p><p>　　多數(shù)情況下難以實現(xiàn)機構(gòu)軌跡的精確綜合，本設計方法中難以實現(xiàn)機構(gòu)中連桿的動、定瞬心線與上、下剪刃的完全重合。為了盡量減少由于這種不能精確綜合帶來的誤差，下面將通過優(yōu)化設計的思想，使上剪刃所在剛體

56、的動瞬心線最佳的逼近圓弧上剪刃，定瞬心線最佳的逼近水平直線下剪刃。</p><p>　　4.2.2 剪刃參數(shù)的確定</p><p>　　（1）滾切剪的工藝參數(shù)要求</p><p>　　根據(jù)剪切鋼板的工藝特性，首先確定的滾切剪工藝參數(shù)要求如下表所示：</p><p>　　表4.1 滾切剪的工藝參數(shù)要求</p><p>

57、　　Tab.4.1 Process parameters of rolling shear</p><p>　　其中，上下剪刃的重疊量s和剪切角α需要根據(jù)剪切鋼板的厚度合理選擇。一般情況下，重疊量s的取值范圍為0-5mm，剪切角α的范圍一般為2゜- 3゜。</p><p>　　(2)水平直線下剪刃參數(shù)的確定</p><p>　　固定的水平下剪刃長度應該不小于板

58、材的寬度B，而參與剪切鋼板的下剪刃長度為B，在本文的設計中，暫只考慮參與剪刃的下剪刃長度，即取水平下剪刃的長度為板材寬度B。在滾切剪機構(gòu)尺寸設計好后，再適當增加下剪刃長度即可。而水平下剪刃的位置即為剪切板材的位置。</p><p>　　（3）圓弧上剪刃參數(shù)的確定</p><p>　　通過給定的滾切剪工藝設計參數(shù)，可以求出所需要的上剪刃圓弧半徑的大小：</p><p>

59、;　　R = hmax + s / 1 – cosα (4.1)</p><p>　　式中，hmax——為剪切板材的最大厚度，mm；</p><p>　　S——為上下剪刃的重疊量，mm;</p><p>　　α—— 為剪切角，゜ 。</p><p>　　理論純滾動時，由于沒有相對滑移，動接觸線的長度與定

60、接觸線的長度相等，所以就要求圓弧上剪刃的弧長大于或等于下剪刃的長度才能保證鋼板的完整剪切，為了方便設計，讓上剪刃圓弧的弦長MN大于或等于下剪刃的長度B即可滿足這一要求，在本設計中即取弦長MN的大小為B。同理，在機構(gòu)尺寸設計好后，可以適當增加上剪刃圓弧的長度。</p><p>　　4.2.3 基于瞬心線的滾切剪機構(gòu)尺寸優(yōu)化設計數(shù)學模型</p><p><b>　?。?）設計變量&l

61、t;/b></p><p>　　每一個設計方案，都可以用一組參數(shù)來表示，這些參數(shù)有構(gòu)件的長度、初始相位角、構(gòu)件上點的坐標等等。在這些參數(shù)中，有的是在優(yōu)化設計前根據(jù)要求預先就確定的，稱為設計常量；有的則是在優(yōu)化計算中待選擇的參數(shù)，也就是變化的量，稱為設計變量；有的則是在優(yōu)化計算中待選擇的參數(shù)，也就是變化的量，稱為設計變量。</p><p>　　設機構(gòu)有n個設計變量t1,t2,…,tn,

62、可用一個矢量t表示，寫成矩陣形式為：</p><p>　　t = [t1,t2,…,tn] t∈R^n （4.2）</p><p>　　一個設計矢量代表著一個設計方案，它對應著n維空間的一個點，其中最優(yōu)的設計方案用t^n表示，稱為優(yōu)化點或最優(yōu)點。</p><p><b>　?。?）目標函數(shù)</b></p>

63、<p>　　由前面分析可知，機構(gòu)尺寸優(yōu)化設計的目標是：在剪切鋼板區(qū)域，上剪刃所在剛體的動瞬心線最佳的逼近圓弧上剪刃，定瞬心線最佳的逼近水平下剪刃，則鋼板剪切最接近于純滾動剪切。故可定義優(yōu)化設計的目標函數(shù)為動、定瞬心線與上、下剪刃逼近誤差之和：</p><p>　　Min U(t) = U1(t) + U2(t) （4.3）</p><p>　　式中，U1(t)—

64、—為定瞬心線逼近水平下剪刃的誤差；</p><p>　　U2(t)——為動瞬心線逼近圓弧上剪刃的誤差。</p><p>　　下面將分別定義U1(t) 和 U2(t)的大小。</p><p>　　機構(gòu)中連桿所在剛體的動、定瞬心線可以根據(jù)機構(gòu)的運動方程和瞬心的定義綜合得到，且動、定瞬心線的方程都為機構(gòu)設計變量的函數(shù)。按照瞬心線的定義，動、定瞬心線分別在上剪刃所在活動坐標

65、系和機構(gòu)的固定坐標系下表示。</p><p>　　設上剪刃的定瞬心線方程為：</p><p>　　y = gt(x) (4.4)</p><p><b>　　動瞬心線的方程為：</b></p><p>　　ym = gmt(xm) (4.5)</p

66、><p>　　其中，下標m代表活動坐標系；gt和gmt均為設計變量t的函數(shù)，即每一組設計變量t都對應一組gt和gmt。</p><p>　　在機構(gòu)的固定坐標系O-xy下，上剪刃所在剛體的定瞬心線方程為 y = gt(x)。設水平下剪刃的方程為：</p><p>　　y = f(x) = C (x1≤ x≤ xn) (4.6)</p&g

67、t;<p>　　其中，x1 - xn = B ；常數(shù)C的大小反映的是剪切鋼板的高度位置，可作為設計的已知量。</p><p>　　水平下剪刃和定瞬心線的交點為精確點，誤差值為R(x) = f(x) – gt(x),為了使得定瞬心線最佳逼近已知的水平下剪刃，用曲線上一系列離散點的均方根誤差值來定義U1(t)，即：</p><p>　　n

68、 n</p><p>　　U1(t)= 1/n ∑ (gt(xt)-f(xt))^2 = 1/n ∑ (gt(xt)-C)^2 (4.7)</p><p>　　i=1 i=1 </p><p>　　同理，在上剪刃所在連桿的活動坐標系Om—xmym下

69、，上剪刃所在剛體的動瞬心線方程為ym = gmt(xm)。設圓弧上剪刃的方程為：</p><p>　　ym = fm(xm) (xm1≤ xm≤ xmn) (4.8)</p><p>　　由于上剪刃為一段圓弧，故該圓弧的方程還可表示為：</p><p>　?。▁m-xom）^2 + (ym-yom)^2 = R^2

70、 (4.9)</p><p>　　其中，xmn-xm1 = B; (xom, yom)為上剪刃圓弧的圓心坐標。</p><p>　　同理，圓弧下剪刃和動瞬心線的交點為精確點，誤差值為Rm(xm)= fm(xm)- gmt(xm),為了使得動瞬心線最佳逼近已知的圓弧上剪刃，用曲線上一系列離</p><p>　　散點的均方根誤差值來定義U2(t)，即：</

71、p><p>　　n </p><p>　　U2(t)= 1/n ∑ (gmt(xmt)-fm(xmt))^2 (4.10)</p><p>　　i=1 </p><p>　　故目標

72、函數(shù)可表示為：</p><p>　　n </p><p>　　minU(t) = 1/n ∑ (gt(xt)-f(xt))^2 +</p><p>　　i=1 </p><p>&

73、lt;b>　　n</b></p><p>　　1/n ∑ (gmt(xmt)-fm(xmt))^2 （4.11）</p><p><b>　　i=1 </b></p><p><b>　?。?）約束條件</b></p><p>　　約束條件有兩種類型:

74、邊界約束和性能約束。邊界約束為設計變量變化范圍的約束，下面重點介紹滾切剪機構(gòu)的性能約束。對滾切剪機構(gòu)的性能而言，有上下剪刃開口度約束、上下剪刃重疊量誤差要求約束和剪切力峰值約束，分別介紹如下。</p><p><b>　　開口度約束</b></p><p>　　由前面的分析可知，為了使得鋼板在滾切工藝動作結(jié)束后順利的通過上</p><p>　　

75、下剪刃之間的位置，在機構(gòu)回程后上下剪刃之間的開口度H應大于給定的設計值K，即：</p><p>　　H(t) ≥ K (4.12)</p><p>　　其中，H(t)為機構(gòu)方案確定后設計變量t的函數(shù)。</p><p>　　上下剪刃重疊量最大誤差約束</p><p>　　剪切鋼板時上下剪刃的重疊量

76、在板寬方向上保持均勻不變才能有較高的</p><p>　　鋼板剪切質(zhì)量。若設計機構(gòu)能夠精確的實現(xiàn)上刀刃圓弧在剪切線上的理論純滾動，則能夠保證上剪刃圓弧的動態(tài)最低點與下剪刃之間的距離為常量，及重疊量在板寬方向上恒定不變。但由于難以實現(xiàn)機構(gòu)的精確綜合，設計機構(gòu)存在結(jié)構(gòu)誤差，也極不能夠保證上下剪刃的重疊量在板寬方向上的恒定不變，而是在一個定值的上下浮動。按照剪切工藝要求上下剪刃的重疊量一般為0-5mm，故重疊量的上下浮

77、動量不能太大。因此，下面提出了上下剪刃重疊量最大誤差的約束條件。</p><p>　　為了求剪切鋼板時上下剪刃的重疊量大小，首先需要求出該時刻上剪刃圓弧最低點的坐標該點即為剪切點，其與下剪刃的重疊量即為該時刻上下剪刃的重疊量大小。上剪刃圓弧動態(tài)最低點K的坐標，可根據(jù)它與上剪刃中點h的關系來求解。</p><p>　　在固定坐標系中，任一瞬時的上剪刃圓弧動態(tài)最低點k與上剪刃圓弧中點h的坐標關

78、系可以表示為：</p><p>　　xk = xh - Rsinβ</p><p>　　yk = yh – R(1-cosβ) (4.13)</p><p>　　式中，β為上刀架傾角，R為上剪刃圓弧半徑。(xh,yh)為中點h在固定坐標系下的坐標。</p><p>　　通過坐標變換首先求出上剪刃圓弧

79、中點h在固定坐標系下的坐標系下的坐標，然后根據(jù)上面的幾何關系求出上剪刃圓弧動態(tài)最低點的集合。</p><p>　　第5章 4300軋機滾切式定尺剪簡單計算</p><p>　　5.1 最大剪切力的計算</p><p>　　因滾切式剪切機剪切力計算復雜，可由平行刀片剪切力推算而出。由《機械系統(tǒng)設計》（主編：盧秀春）可知，根據(jù)被切軋件變形阻力的方法，平行刀片剪切機剪切力

80、計算方法有四種：即單位剪切阻力曲線法；變形阻力（真實流動極限）曲線法；近似曲線法；工程計算法。這里采用單位剪切阻力曲線法計算平行刀片剪切機剪切力，再乘以系數(shù)C（0.12-0.13）約為滾切式剪切機剪切力。</p><p>　　已知厚度為50mm的鋼板最大材料冷態(tài)抗拉強度為750N/mm^2,最大剪切力P可按下式計算：</p><p>　　P=0.6KбbF

81、 （5.1）</p><p>　　式中 бb ——被切軋件材料在相對剪切溫度下的強度極限；</p><p>　　F——鋼板最大面積；</p><p>　　K——考慮由于刀刃磨鈍、刀片側(cè)間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)，一般取K=1.1-1.3。 </p><p><b>　　分析：</b></p>

82、<p>　　F= 4200*50 = 210000 mm^2</p><p>　　бb=750 N/mm^2</p><p>　　取 K=1.2 ， 則</p><p>　　P= 0.6*1.2*750*210000 = 113400 KN</p><p>　　取 C=0.125 </p><p>　　Pm

83、ax = P*C = 113400*0.125 = 14175 KN</p><p>　　5.2 曲柄軸上的靜力矩</p><p>　　曲柄軸上的靜力矩Mj由三部分組成， 即Mj為</p><p>　　Mj=Mp+Mf+Mkon</p><p>　　式中 Mj——曲柄軸（或偏心軸）上的靜力矩；</p><p>　　M

84、p——剪切力矩，克服剪切力所需的力矩；</p><p>　　Mf——摩擦力矩，克服滑槽與刀臺、連桿鉸鏈點以及曲柄軸軸頸處</p><p><b>　　擦力矩所需的力矩；</b></p><p>　　Mkon—空載力矩；克服剪切機構(gòu)零件自重所引起的摩擦力矩，一般取</p><p>　　Mkon=(0.05-0.1)(Mp+

85、Mf)</p><p>　　5.2.1 剪切力矩Mp的確定</p><p>　　由《機械系統(tǒng)設計》（主編：盧秀春）可知，剪切力矩Mp可寫成以下形式：</p><p>　　Mp = Pab*R*sinα*(λ*cosα+cosβ)</p><p>　　式中 Pab——連桿上的作用力</p><p>　　Pab=P/co

86、sβ</p><p><b>　　其中，P為剪切力；</b></p><p>　　R——曲柄半徑（曲柄軸偏心距），</p><p><b>　　α——曲柄軸轉(zhuǎn)角；</b></p><p>　　β——曲柄軸轉(zhuǎn)角為α時，連桿擺動的角度；</p><p>　　λ——連桿比，即λ=R

87、/L</p><p>　　其中，L為連桿長度。</p><p>　?。?）曲柄軸偏心距的確定 </p><p>　　曲柄軸偏心距R一般是根據(jù)刀片行程H或開口度Ho來確定的，即</p><p><b>　　R=H/2</b></p><p>　　R=(Ho+s)/2</p><

88、p>　　式中 H——刀片行程；</p><p>　　Ho——刀片開口度，即為上下刀片之間的開口距離；</p><p>　　s——上下刀片的重疊量。</p><p>　　這里剪刃最大開口度取Ho=200mm；上下刀片的重疊量取s=5mm； 則</p><p>　　R = (200+5)/2 = 102.5 mm</p>&l

89、t;p>　?。?）取曲柄軸轉(zhuǎn)角α=30度</p><p>　?。?）當β< 5度時，cosβ≈1</p><p>　?。?）對于平行刀片剪切機，連桿比λ一般為0.075-0.15。取λ=0.1 </p><p><b>　　綜上所述： </b></p><p>　　Pab = 14175KN</p>

90、;<p>　　Mp = 14175000*0.1025*sin30*(0.1*cos30+1) ≈ 790 KN</p><p>　　5.2.2 摩擦力矩Mf的確定</p><p>　　摩擦力矩由四部分組成，即</p><p>　　Mf = Mfq+Mfa+Mfb+Mfo</p><p>　　式中，Mfq——由刀臺與滑槽之間摩

91、擦所增加的阻力矩；</p><p>　　Mfa——連桿鉸鏈點A處的摩擦力矩；</p><p>　　Mfb——連桿鉸鏈點B處的摩擦力矩；</p><p>　　Mfo——曲柄軸軸頸處（點O）的摩擦力矩。</p><p>　　由于摩擦力計算相當復雜，在此處可以忽略不計。(不可以忽略，但我沒算出呢，哈！)但依據(jù)功率選</p><p

92、>　　取電動機時，應選取較大值。</p><p>　　通過求出摩擦當量力臂mf就可求出摩擦力矩Mf</p><p>　　Mf = P mf = 14175×0.15 ≈ 2126kN m</p><p>　　5.2.3 空載力矩的計算</p><p>　　由，Mkon=(0.05-0.1)(Mp+Mf)得，</p>

93、<p>　　Mkon = 0.05*（790+ 2126 ） ≈ 145 KN.m</p><p><b>　　綜上所述：</b></p><p>　　由，Mj = Mp + Mf + Mkon 得，</p><p>　　Mj = Mp + Mf + Mkon = 790 + 2126 + 145</p>

94、;<p>　　= 3061kN m</p><p>　　5.3 電動機的功率</p><p>　　求出曲柄軸上靜力矩Mj后，就可進行電動機功率計算。</p><p>　　剪切機電動機功率可按平均靜力矩Mjm進行預選，即</p><p>　　N = Mjm*nj*10^6/9550/λ1/η KW</p><p

95、>　　式中，Mjm——曲柄軸上平均靜力矩，MN.m</p><p>　　nj——曲柄軸轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　λ1——電動機過載系數(shù)，一般λ1=1.1-1.3</p><p>　　η——剪切機傳動系統(tǒng)效率。</p><p>　　這里取平均靜力矩Mjm用最大靜力矩Mj代替，雖增大了力矩值，但可與忽略摩擦力矩Mf相抵消。&l

96、t;/p><p>　　取 Mj=3000kN m，λ1=1.2，η=0.6，C=4.38</p><p>　　已知nj=40/3 r/min</p><p><b>　　代入整理得，</b></p><p>　　N=3000×40/3×10^3/9550×1.2×0.6×

97、4.38</p><p><b>　　≈1328kW</b></p><p>　　綜上所述，由得到的電機功率選用兩臺665kW的電動機。</p><p>　　第6章 剪切系統(tǒng)的簡單設計</p><p>　　本例為雙自由度方案，需要兩個原動件來驅(qū)動，為雙軸雙偏心曲柄連桿式滾切剪機構(gòu)，機構(gòu)自由度為2，通過左右兩個曲軸作為機構(gòu)

98、的輸入。</p><p>　　雙自由度方案的主體可歸結(jié)為五桿機構(gòu)，用五桿機構(gòu)中的連桿來實現(xiàn)上剪刃的平面運動。要設計五桿機構(gòu)的尺寸來實現(xiàn)上剪刃的平面運動，用位置綜合的方法較難實現(xiàn)。基于此，采用機構(gòu)瞬心線的滾切剪機構(gòu)尺寸設計方法，上剪刃的純滾運動通過上刀架的動、定瞬心線軌跡來保證。</p><p>　　依據(jù)純滾動的理論設計滾切剪機構(gòu)，保證上剪刃所在連桿的定瞬心線、動瞬心線分別與直線下剪刃、圓弧

99、上剪刃重合，則能夠?qū)崿F(xiàn)鋼板的純滾動剪切。</p><p>　　該滾切剪機構(gòu)選用的是雙自由度七桿機構(gòu)，如圖所示，曲柄AB和曲柄EF作為原動件輸入，圓弧上剪刃對稱安裝在連桿CD上。機構(gòu)開始運動時，左右端曲柄以相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動，利用雙曲柄的相位角實現(xiàn)上剪刃的滾切動作。 </p><p>　　6.1 上下剪刃幾何參數(shù)的確定</p><p>　　為了表示上下剪刃的位置，在

100、機構(gòu)上建立了如圖所示坐標系。在固定鉸鏈H處建立了固定坐標系H—xy;在上剪刃所在連桿CD的中點建立了活動坐標系L—xmym</p><p>　　圖6.1 雙軸雙偏心曲柄連桿式滾切剪機構(gòu)</p><p>　　Fig.6.1 Rolling shear mechanism of double-crank</p><p>　　(1) 固定下剪刃參數(shù)</p>

101、<p>　　由于設計中要求剪切鋼板的最大寬度為4200mm，所以下剪刃的長度應大于4200mm才能保證鋼板的完整剪切，取下剪刃長度為4300mm。</p><p>　　根據(jù)剪切鋼板所在的位置，取水平下剪刃在固定坐標系H—xy下的方程為： </p><p>　　y = f ( x ) = C = -400 （6.1） &l

102、t;/p><p>　　(2) 圓弧上剪刃參數(shù)</p><p>　　由于設計中要求剪切鋼板的寬度為4300mm，所以取上剪刃圓弧的弦長MN大小為4300mm。另外，上剪刃圓弧在連桿CD中的位置設計前可給定，根據(jù)以確定的剪刃寬度方向的尺寸比例，取上剪刃端點M或N在活動坐標系L—xmym中縱向坐標為-500mm。</p><p>　　由滾切剪的工藝參數(shù)要求有，剪切的鋼板最大

103、厚度為50mm，上下剪刃的重疊量為5mm，滾切角度為2.24゜ ，所以上剪刃圓弧半徑大小為：</p><p>　　R = hmax + S / 1 – cosα </p><p>　　= 50 + 5 / 1 - cos 2.24゜ </p><p>　　= 71978 mm</p><p>　　可以取上剪刃圓弧半徑 R=72

104、00mm.</p><p>　　6.2 優(yōu)化和改進措施</p><p>　　針對定尺剪傳動系統(tǒng)在實際生產(chǎn)運行中所暴露的問題，對傳動系統(tǒng)可作如下改進。</p><p>　　6.2.1 傳動結(jié)構(gòu)的改進</p><p>　　（1）將傳動系統(tǒng)的第1級減速由裝在電機軸上的小帶輪和裝在減速機高速軸上的大帶輪（飛輪）通過皮帶完成；</p>&

105、lt;p>　?。?）將原動件系統(tǒng)中2級減速的齒輪減速機改為單機減速機（帶中間墮輪），速比與原第2級相同，離合器、制動器分別安裝在減速機高速軸的兩端；</p><p>　　（3）為保證減速機整體剛度，縮短齒輪軸跨距，并在箱體鋼板厚度不變的條件下增加筋板數(shù)量和內(nèi)筋。</p><p>　　6.2.2 將離合器、制動器分置</p><p>　　由于離合器、制動器為一體

106、式，接合與制動時慣量大，發(fā)熱嚴重，又因其處于減速機內(nèi)部、結(jié)構(gòu)復雜、空間有限，只能采用軸套（銅套）做軸承，散熱和潤滑不及時，經(jīng)常出現(xiàn)軸、套抱死的現(xiàn)象，雖然改進了支撐套材質(zhì)（由銅套改為尼龍?zhí)祝?，但是隱患仍然存在。針對此隱患，將離合器與制動器分置：離合器安裝在減速機高速軸大飛輪的外側(cè)，離合器的摩擦盤通過花鍵安裝在減速機的高速軸上；制動器安裝在減速機高速軸的另一側(cè)，制動器的制動盤通過花鍵安裝在高速軸的另一側(cè)。離合器和制動器外置后：</p&

107、gt;<p><b>　　散熱效果好；</b></p><p>　　接合、制動時的速度低，工作零件少，從動慣量小，產(chǎn)生熱量少；</p><p>　　產(chǎn)生的少量熱量被旋轉(zhuǎn)的離合器外殼和制動器帶走，使平均工作溫度較原來有很大的降低，從根本上消除了軸、套因發(fā)熱及散熱不及時抱死的缺陷。由于離合器和制動器外置，摩擦塊更換容易，不必打開箱體即可進行更換，同時也便于檢

108、查、調(diào)節(jié)和拆裝。用于補償摩擦塊磨損的調(diào)節(jié)螺母調(diào)整方便，不需要卸離合器，提高了安全性和可靠性，便于維護。</p><p>　　第7章 板材定尺剪切自動線</p><p>　　現(xiàn)代計算機控制的板材加工設備常常要求被加工的板材為尺寸精確的矩形。美國伊利諾斯卅Red Bud工業(yè)公司制造的卷材加工線能在高速下生產(chǎn)這種板材，這類自動線通常稱為定尺剪切線(CTL線)，它能滿足“及時生產(chǎn)” 的要求：對于同

109、樣原度的板材，從加工一種長度改變到另一種長度只需幾秒鐘，即使在將卷材縱向剪切成條料的線(也稱 多刀縱切線” ) 上 也只需幾分鐘。</p><p>　　最近 中國最大的銅和黃銅生產(chǎn)廠上海有色金屬廠用7 5萬美元引進了該公司的一條CTL線，加工3mmx762mm卷材，當切斷長度為2130mm時 最大速度為67m／min。</p><p>　　Pacesetter鋼鐵公司購買了兩條多刀縱切線，

110、每條價值120萬美元，安裝在伊利諾斯Sank Village和亞特蘭大的工廠里。這些生產(chǎn)線能加工厚度為0.38～1.9mm 的卷材，最大寬度為1828mm ，重量可達25t 。當切斷長度為2438mm時，最大速度可達76m／min。自動線的加工速度和板材的生產(chǎn)率與切斷長度有關。以最大加工速度為67m／min為例，生產(chǎn)線在加工2130mm長的板材時，生產(chǎn)率為每分鐘31.4塊，當以65m／min最太速度加工1828mm長的板材時,每分鐘可生

111、產(chǎn)35.8塊。</p><p>　　7.1 自動線上的設備</p><p>　　Red Bud公司的CTL自動線上的主要設備包括卷材升降機、卷材架或拆卷機、展卷裝置或展卷開卷裝置、校平機、環(huán)帶系統(tǒng)、液壓伺服夾持進給測量系統(tǒng)、剪切機、堆垛機和托盤卸料系統(tǒng)。在展卷裝置或展卷開展裝置與校平機之間可放置一臺料頭剪切機來掉卷材兩端的無用部分。在多刀縱切線上，卷材縱切機放在夾持進給裝置和剪切機中間。&