【導讀】隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設備自動化系統(tǒng)在工業(yè)工程中占有越來越重要的地位。本設計是基于對由德國GEGA公司生產(chǎn)，提供給包鋼煉鋼廠使用的大型小車。式火焰切割機的研究、理解、和仿效而完成的。其中包括了總體分析、機架設計、小車。設計、電機選取等部分的設計、計算及校核。

　　

【正文】 沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖次數(shù)換算成鑄坯長度，當達到定尺長度時，則由計數(shù)器發(fā)出訊號即可自動開始切割鑄坯。用在 200～ 300179。 925～ 1600 板坯弧形連鑄機上的自動定尺裝置的有關參數(shù)如下：測量輥的直徑為￠ ㎜，壓靠氣缸的壓力是 壓靠力約為 ，測量輥的行程以作業(yè)線為準177。 50 ㎜，脈沖發(fā) 生器 600 次脈沖 /轉。 [5] 第四章 火焰切割主要參數(shù)的確定 火焰切割的主要參數(shù)是氣體的壓力、耗量、切割的速度及最小的切割長度等。目前，對于在弧形連鑄機中有關火焰切割參數(shù)的確定，尚無系統(tǒng)的總結。因而通常都參照立式連鑄機的計算方法確定。但在立式連鑄機中是橫向水平切割鑄坯，而在弧形連鑄機中則是橫向垂直切割鑄坯，顯然后者比前者的切割排渣條件好，故在設計中應結合實際條件做適當?shù)男拚?。下面將立式連鑄機火焰切割的有關參數(shù)（除鑄坯最小切割長度外）的計算方法介紹如下。若鑄坯厚 度為 H(㎜ ),則 氣體壓力（切割操作臺前） 切割氧 ～ 1MPa。 預熱氧 ～ MPa； 乙炔 49～ 98 KPa。 天然氣 98～ 196 KPa。 氣體消耗量（按一個切割槍） （ 1）切割氧的消耗量 Q 切 K 10AHQ ??切 （ 41） 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 =312 N 3m /h 式中 KA— 溫度系數(shù) （ 2）預熱乙炔消耗量 Q 乙 BK 75HQ ??乙 （ 42） =192 N 3m /h 式中 KB— 溫度系數(shù)。 (3) 預熱時間 DT K H+40?預 （ ） （ 43） = h 式中 KD— 溫度系數(shù)。 (4)切割速度 CV K H??切 （ 44） =500 mm/min 式中 KC— 溫度系數(shù)。 表 41 最小切割長度 連鑄坯的最小切割長度是火焰切割裝置的重要參數(shù)之一，它限定了鑄坯的最小定尺長度。最小切割長度與連鑄坯的斷面尺寸、溫度、鋼種、火焰切割的速度及拉坯的速度等因素有關。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 對于普碳鋼（含 %）連鑄板坯，若其鑄坯溫度 為 800176。 C，用兩支 SAH— 600型切割槍切割，切割嘴為 LPM60300 型，氧氣純度為 %，丙烷發(fā)熱量為 100560kJ/ 3m時，則其鑄坯最小切割長度可用插圖法迅速查出。 圖 41 確定鑄坯最小切削長度 在實際設計中，應結合具體切割條件，并參照上述方法確定最小切割長度。 技術數(shù)據(jù) 火焰切割機的詳細說明 尺寸 流數(shù) /機器 …………………………………………………………………… 2 X 4 切割槍數(shù)量 …………………………… …………………………………… .2 X 4 鑄流中心距 ……………………………………………………………… 1650mm 切割槍運行距離 …………………………………………………… .....≈ 630mm 速度 機器行走 …………………………………………………………… 1200mm/min 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 切割槍運行速度 …………………………………………………… 4000mm/min 初始切割 ……………………………………………………………… 40mm/min 切割 …………………………………………… …………… ..0～ 600mm/min 鑄坯尺寸 圓坯鑄機 ——180230270300350????????????????????? 方坯鑄機 —— 380 280325 280410 319??????????? 在整個火焰切割過程中，火焰切割小車要與鑄坯同步行走。即，當鑄坯定尺后，在火焰切割小車上兩根切割槍把鑄坯完全切斷，然后回到初始位置的時候，正好鋼坯被輥子移動定尺長。這樣就能保證火焰切割的正常不間斷工作。 例如： 已知：火焰切割機切割鋼坯的定尺長為 L=8m，小車切割完畢，松開夾緊臂返回初始位置時的速度為 V返 =4000mm/min。鋼坯尺寸為 B H=? 380280? ， 坯和小車共同向前運行的速度為 V前 =1200mm/min。 那么根據(jù)時間關系和長度關系我們不難列出以下關系式： LtV??總 前 （ 45） 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 t總 = LV前 （ 46） =80001200 ? 設小車返回所用時間為 1t ，火焰切割的時間為 2t 。 則有， 121t t m inV t 8m??????????返 （ 47） 解得： 12t 2 mint min???????? 根據(jù)方坯尺寸和切割槍個數(shù)，可以列以下關系式： 2 380t 2x?? （ 48） 40 .6 8m m / m i nx? 根據(jù)數(shù)據(jù)火焰切割機初始切割速度為 40mm/min， 切割速度為 0 ~600mm/min 所以經(jīng)過計算，這組數(shù)據(jù)的速度匹配。 火焰切割機小車夾緊力 火焰切割小車在正向行走時電機不起驅動作用。小車的驅動力完全有小車下方的鑄坯通過小車的夾緊臂傳遞給小車。 鋼坯受力示意圖： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 33 小車受力示意圖： 經(jīng)查：火焰切割小車自身重的質量為 M=2 t 火焰切割小車車輪與導軌之間的摩擦系數(shù)為 1s = 火焰切割小車夾緊臂的夾緊頭與鑄坯之間的摩擦系數(shù)是 2s = 根據(jù)力平衡方程： 122G s F s? ? ? ? （ 49） 122M g s F s? ? ? ? ? F 122M g ss??? ? F= 32 10 ? ? ?? F ? N 經(jīng)計算得出，如若使火焰切割機小車與鑄坯 同步運行，那么火焰切割機小車的夾緊裝置的夾緊臂要對鑄坯施加大于等于 N 的力。只有這樣才能實現(xiàn)火焰切割機小車在正向行走靠鋼坯通過夾緊臂驅動。 第 五 章 立柱設計 機架設計準則： 機架的設計主要應保證剛度，強度及穩(wěn)定性。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 34 機架設計的一般要求： —— 在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應要求輕，成本低； —— 抗振性好； —— 噪聲??； —— 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??； —— 結構設計合理，工藝性良好，便于鑄造，焊接和機械加工； —— 結構力求便安裝與調(diào)整，方便于修理和更換零部件； —— 有導軌的機架要求導軌面受力合理，耐磨性良好； —— 造型好，使之既適用經(jīng)濟，又美觀大方。 —— 機架通常分為鑄造機架和焊接機架兩類，焊接結構較之鑄造結構具有強度和剛度高，重量輕，生產(chǎn)周期短以及施工簡便等優(yōu)點。 下面是鑄造機架和焊接機架的對比： 表 51 鑄造機架和焊接機架的對比 鑄造機架 焊接機架 重量 較重 鋼 板 焊 件 比鑄 件 輕30% 強度，剛 度，抗振性 剛度強度較低，阻尼大 強度剛度大，抗振性差 價格 價廉 價格較高 生產(chǎn)周期 周期長，資金周轉慢 生產(chǎn)周期短 設計條件 鑄件壁厚不能相差過大，只能用開口結構 設計靈活，壁厚可以相差較大 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 35 用途 大批量生產(chǎn) 單件小批 在比較上述參數(shù)和結合本次設計的具體事況，選用焊接機架。從可焊性考慮，一般選取碳含量 %的碳鋼?，F(xiàn)選 20 號鋼為焊接機架的材料。 立柱的設計 立柱外形 焊接柱按外形分為實腹柱和格構柱。 1．實腹柱 實腹柱又分為型鋼實腹柱和鋼板實腹柱，前者焊縫小應優(yōu)先選用，后者適應性強，可按使用要求設計成各種大小尺寸。當腹板的計算高度為 h，與腹板厚度 b 圖 51 立柱 之比大于 80 時，應有橫向隔板加強，間距不得大于 3h，柱肢外伸自由寬度 b0 不宜超過 15 噸 . 2. 格構柱 格構柱分綴板式和綴條式兩種 立柱截面形狀 由于零件的抗彎，抗扭強度和剛度除與其截面面積有關外，還取決于截面形狀，合理改變截面形狀，增大其 慣性矩和截面系數(shù)，可提高機架零件的強度和剛度，從而充分發(fā)揮材料的作用。從《機械零件手冊》查得取用矩形面，其抗彎與抗扭慣性矩相對值較大。 綜合上述條件，立柱采用型鋼實腹柱，截面形狀為方形，選取結構用冷彎形空心型鋼，這樣可以減小焊縫和避免焊縫受到集中應力。 結構用冷彎形空心型鋼 ： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 國標為： GB/T 6728— 1986 一般鋼號為 Q235A， 20 或 Mn 等，其力學性能與化學成分應符合： GB/T 700， GB/T 699 和 GB/T 1591 的規(guī)定。 彎曲部分的內(nèi)弧半徑 235, t,時 r, t 時， r . 選取的型號： 71，邊長 =300mm, 壁厚 =12mm, 理論重量： , 載面面積 = 慣性矩： 3 41166412bhIx Iy cm?? ? ? （ 51） 回轉半徑： r cm?? （ 52） 截面模數(shù) ： Wx=Wy=820 3cm （ 53） 立柱熱處理 為保持尺寸穩(wěn)定，為消除內(nèi)應力，焊后應進行熱處理，第一次熱處理安排在焊接后，第二次熱處理安排在粗加工后進行。 溫度 /186。C 625177。 25186。C 保溫冷卻 250186。C 出爐 8h 3040186。C0 熱處理時間（ h） 18h 圖 52 第一次熱處理 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 37 溫度 /186。C 525177。 25186。C 保溫冷卻 250186。C 出爐 8h 3040186。C0熱處理時間（ h） 48h 圖 53 第二次熱處理 初步選定機架的主要尺寸： 兩邊的立柱高度為： 3600mm. 橫梁長為： 9300mm. 第六章 電機的選擇 變速方式 本次設計在選擇電機的時候主要解決的問題是變速方式 無級變速 無級變速能夠選用最合理的運動速度，可在運轉中變帶 ，操縱控制方便，簡化機械結構等，是目前發(fā)展的主要方向。無級變速在數(shù)控機床上得到廣泛應用。無級變速主要是利用直流和交流調(diào)速主軸電動機。利用直流調(diào)速電動機進行機床主軸無級變速發(fā)展較早，應用較廣。但直流調(diào)速電動機恒功率調(diào)速范圍都很少，一般只有 1～ 2，很少到 3～ 4。且換向有限制。 80 年代初開始在數(shù)控機床主軸驅動中應用交流變頻調(diào)速驅動系統(tǒng)，克服內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 38 了直流調(diào)速電動機換向的限制和恒功率范圍小等，現(xiàn)在國際上新生產(chǎn)的數(shù)控機床已有85%采用交流變頻主軸驅動系統(tǒng)；交流變頻調(diào)速電動機恒功率調(diào)速范圍可達 8～ 30，有的直接驅動主軸。 近年 來出現(xiàn)了一種內(nèi)裝主軸電動機，即主軸與電機轉子合為一體，其優(yōu)點是主軸部件結構緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動，停止的響應特性，并有利于控制振動和噪聲，其缺點是運轉中產(chǎn)生的熱量容易使主軸產(chǎn)生熱變形，因此控制溫升和冷卻是使用內(nèi)裝主軸電動機的關鍵。內(nèi)裝主軸電動機轉速可達 20210r/min. 設