钢卷开平机的设计

钢卷开平机的设计I摘要开平机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。本课题首先对开平机的国内外研究现状与发展趋势作了简单的介绍，接着阐述了开平机的设计原理、结构组成和理论计算；然后在开平机原理的基础上，根据此次设计的目的，进行钢板开平机的设计，再对开平机的各个结构组成所需类型、尺寸进行计算和校核；接着用PLC设计整个开平机的控制方案，最后进行总结和展望。本次设计过程主要包括以下内容：矫直机类型，矫直原理，矫直机结构的确定，矫直机基本力能参数计算、力能参数计算、电动机功率计算、工作辊结构设计与校核。关键词：开平机，九辊矫直，板材，工作辊，PLC控制钢卷开平机的设计IIABSTRACTStraighteningmachineisaequipment,whichstraightenmetalbar,pipeworkpiece,wireandsoon.Firstthearticleintroducesbrieflytheresearchstatusanddevelopmenttrendofthestraighteningmachine,thendescribesthedesignprinciples,structuralcompositionandtheoreticalcalculationsofthestraighteningmachine;Thenonthebasisoftheprincipleofshearingmachine,accordingtothepurposeofthedesign,designthestraighteningmachineforsteelplate,thencalculateandcheckmachinestructurecomposedandsizeofthedesiredtype.ThenusethePLCtodesignthecontrolprogramofthestraighteningmachine.Atlast,summaryandoutlook.Itincludesthefollowing:thetypeofstraighteningmachine,thetheoryofstraighteningmachineandthestructureofstraighteningmachine,thecalculationofstraighteningmachine’sbasicparameters,thestructuraldesignandthecheckingoftheworkroll.Keywords:straighteningmachine,ninerollerstraightening,plates,theworkroll,PLCcontrol钢卷开平机的设计III目录1绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1选题背景及其意义-----------------------------------------------------------11.2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）---------------------------------------21.3研究内容-----------------------------------------------------------------------------------61.4课题设计要求----------------------------------------------------------------------------72钢板开平机的总体设计----------------------------------------------------------------------92.1钢板开平机的相关参数----------------------------------------------------------------------------------92.2开平机的各个结构----------------------------------------------------------------------------------103开平机相关参数设计计算------------------------------------------------------------------173.1开平机基本参数的确定----------------------------------------------------------------------173.2辊式开平机的力能参数确定---------------------------------------------------------------------193.3工作辊强度计算----------------------------------------------------------------------223.4辊子轴承校核-----------------------------------------------------------------------------244开平机的PLC控制系统设计------------------------------------------------------------------------274.1PLC基础-------------------------------------------------------------------------------274.2开平机的PLC控制方案--------------------------------------------------------------------274.3开平机的PLC控制I/O端口分配表-----------------------------------------------------274.4开平机的PLC控制接线图----------------------------------------------------------------284.5开平机的PLC控制梯形图----------------------------------------------------------------295结论-----------------------------------------------------------------------------------------31参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------32致谢---------------------------------------------------------------------------------------------34钢卷开平机的设计11绪论1.1选题背景及其意义1.1.1应用背景在板带材的轧制生产中，由于轧件温度不均，变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响，致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。为此轧后钢材必须经过矫正，以达到国家规定的质量标准，满足用户的使用要求。矫直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，矫直技术也要跟上时代。首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制，使矫直技术走上现代化的道路，不断丰富金属矫直学的内容。矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决，但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式。1.1.2设计意义由于运输方便，包装简单等原因，大部分的钢材生产企业生产的板材都是卷的形式，而钢板在实际使用的过程中希望是平板形式。基于上述情况，本课题提出设计一种钢板开平机，目的在于将卷状的金属板材整形成平板形式，方便后续钢板的加工。该课题的研究对于提高学生的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义，以及为今后钢板开平机的深入研究做一个前期的准备工作，具有重要的社会意义。钢卷开平机的设计21.2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）矫直技术历史悠久，但其产生时间并未有确切的时间记载。但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高的水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵，都要求用矫直技术来完成成品的制造。手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等。对大型工件的手工矫直常借助高温加热进行。古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫往必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破天机之功。现代矫直机的快速发展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的。到19世纪30年代，冶铁技术发展起来，钢产量迅速成倍的增长。到19世纪末期时，钢产量增加了50多倍。钢材产量占钢产量的比重也明显增加。这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。到1914年英国发明了212型五辊式矫直机，解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度。20世纪20年代，日本已能制造多辊矫直机。20世纪30年代中期，发明了222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量。20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿公司研制成功313七辊式矫直机。20世纪30到40年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速发展，而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业。新中国成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫直机。20世纪50年代，苏联的矫直机大量的进入到中国，同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。20世纪70年代，我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果，同时也引进许多先进的矫直设备。如英国的布朗克斯矫直机；德国的凯瑟琳、德马克连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等。与此同时，我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从20世纪50年代起提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式到80年代提出的等曲率反弯辊形计算法。此外，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机械厂为代表的设计制造部门完成了大量