【正文】 根芯棒一次可軋制2000～6000支荒管。隨著鋼管需求的增加，芯棒的需求也在不斷的遞增。多年來，國內生產大口徑無縫鋼管的企業(yè)主要從國外進口芯棒，2007年我國芯棒進口量約為9000噸。目前，中原特鋼股份有限公司是國內唯一一家擁有限動芯棒從材料冶煉、鍛造、熱處理、機械加工到成品完整工序、工藝可控的規(guī)模性生產企業(yè)。隨著限動芯棒需求的日益增加，目前國內大型特鋼企業(yè)也在積極開展限動芯棒得研制，2007年3月份，寶鋼特殊鋼分公司已試制成功限動芯棒坯，并擬投入批量生產【5】。芯棒循環(huán)的工藝流程：芯棒預熱芯棒潤滑芯棒預穿限動軋制芯棒冷卻－芯棒潤滑。在無縫鋼管生產中，當芯棒溫度保持在合理的數值范圍內，便能有效地提高產品的產量和質量，而為提高鋼管內壁質量和延長芯棒使用壽命，通常還需要對之進行適當的潤滑。若溫度超過100℃則易產生氣泡，潤滑劑不易在芯棒表面形成薄而致密的一層；若溫度偏低，則潤滑劑不易迅速干燥，芯棒的潤滑效果不好。被拉出鋼管的芯棒溫度高時可達到170℃，一般在140～150℃，在水槽中經過1～2min冷卻，出水溫度控制在70～90℃.控制溫度用溫控系統(tǒng)【7】。第二章 方案分析與確定一個理想的設計應該是技術上先進，經濟上合理，操作和維修方便，運轉安全可靠，要達到這幾個方面的要求。當然要達到這些要求是需要一個過程的，我們應努力縮短這個過程。冷卻部分要盡可能的滿足工作的要求，即要保證芯棒均勻的冷卻，完成基本的任務的制定，還有考慮設備的合理性，要保證該設計與其他工作機完美的配合，使整個工作流程順暢，減少其他的輔助部件和減少占地面積。其他輔助部件要保證工作的穩(wěn)定性，結構要簡單，維修和更換方便，產品的生產制造經濟。冷卻的工作部件是圓盤，芯棒由摩擦力的作用隨圓盤旋轉。脫棒機后兩組輥道中間有一活動擋板,在正常生產時活動擋板處于升位,當芯棒接近活動擋板時,脫棒機后輥道通過變頻調速使輥道減速,以減少芯棒對擋板的沖擊,芯棒到位后,它會沿著冷卻裝置的輸入輥道運行到相應的位置，此位置有一個可以調節(jié)的限位系統(tǒng)控制。當芯棒到達預定位置時，翻轉上料機構啟動，此機構沒由一個電機驅動，通過聯軸器與驅動軸連接，在軸上裝有6個轉臂裝置，旋轉臂的一端裝有托盤，通過旋轉臂轉動，將芯棒放到旋轉冷卻裝置上。芯棒在兩組圓盤上，靠摩擦力旋轉。 旋轉冷卻裝置的設計如圖2所示,中間軸為主傳動軸，驅動圓盤旋轉，兩側的圓盤為支撐圓盤，起支撐作用，它受芯棒轉動時的摩擦力作用隨芯棒一起轉動。 旋轉上料裝置如圖“3”所示,此裝置繞左軸旋轉，將芯棒抬到旋轉的圓盤上進行旋轉冷卻，芯棒位于拖架之上，和拖架繞左軸運動，旋轉臂轉過一周后，停在起始位置，完成一個工作周期。 圖3 旋轉上料裝置 移鋼機此機構為四桿機構，此機構作用是將左位置上的芯棒移到右位置，拖架工作完成后，回到原位，準備下次工作，其每運行一個周期凸輪旋轉一周。圖4 移鋼機 方案二的結構設計如圖5所示，該圖為第二個方案的結構原理圖，此方案的工作部分是用兩個交叉的托架共同控制芯棒的升降。兩個交叉托架的旋轉的最大角度有限位傳感器控制，以防止轉過角度過大，將芯棒落入水槽之中，造成工作故障，影響生產。當芯棒從工作軋機上退下之后，直接由運輸輥道輸入到冷卻系統(tǒng)當中，該冷卻系統(tǒng)采用的是輥道運輸式冷卻，即芯棒在系統(tǒng)中邊向前移動邊由噴水裝置噴水冷卻，當芯棒的一端頂到限位裝置后，限位器上的傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)出信號，延時十秒鐘，待芯棒的尾端也完全冷卻后，翻轉卸料裝置的電機啟動，旋轉臂旋轉，將冷卻輥上的芯棒移到輸出的運輸輥道上。缺點是芯棒在受到冷卻的同時受到不同程度的磨損，輔助設備較多，投資大，占地面積大。芯棒升降時所需的電機的轉矩較大，用電量也較多，不經濟。方案三：冷卻方便，減少了很多工序，只需在芯棒推出工作的運輸過程當中就可晚成冷卻。綜合三種方案的優(yōu)缺點和實際的工作環(huán)境和場地，第一種方案比較好。其次符合節(jié)能減排的倡導，還為工廠節(jié)約了大量的資本和場地，提高了工廠的市場競爭力。第三章 電動機的選擇確定 設計任務書的參數（1） 芯棒規(guī)格 直徑φ150mm,芯棒總長 ；芯棒材料 合金鋼（2） 回轉機構移送芯棒根數 1根（3） 回轉機構動作周期 （4） 方案一的結構設計參數：①圓盤的直徑 φ1000mm。③兩圓盤的水平中心距離 l= mm。（5） 設計的重點和難點：重點：主傳動系統(tǒng)設計；難點：回轉機構的結構 選擇電動機類型和結構形式電動機分交流電動機和直流電動機兩種。交流電動機有一步電動機和 同步電動機兩類。我國新設計的Y型系列三相鼠籠異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電機，其結構簡單工作可靠、價格低廉、維護方便【8】。在選擇電動機容量時既要充分發(fā)揮額定容量，又要保證電動機溫升在允許范圍內，還要考慮適當的裕度（一般取10%左右，同步電動機不受此限制）電動機的容量選的合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。電動機的容量主要根據電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。運行狀態(tài)有三種，即長期運行、短期運行和重復短時運行。只要所選電動機符合上述條件，在工作時就不會過熱，通?？梢圆槐匦ｒ灠l(fā)熱和啟動力矩。 工作機功率的計算 工件的重力計算根據重力公式： （3－1）其中： g=㎏芯棒的質量：　 （3－2）其中： V－ 芯棒的體積 (m3)ρ－芯棒的密度 (g/ m3)D －芯棒的直徑 (m)－芯棒的長度 (m)查《機械設計手冊》上冊　表１－１０可知【9】:合金鋼的密度:　 ρ=所以芯棒的質量為： kg （3－3）由此可知芯棒的重力：G=23930 N （3－4） 工作的受力分析芯棒在旋轉圓盤上旋轉主要是靠圓盤與芯棒之間的摩擦力工作的，姑且認為芯棒的重力完全作用到圓盤上。（２）選擇電動機的容量電動機所需要的功率按式（3－1）計算 (3－11)工作機所需要的功率按式（1）計算 （3－12）因此可根據公式（3－13）可計算需要電動機的功率為 ： （3－13）電動機到圓盤的總傳動效率為： 　 （3－14）式中： — 傳動的總效率 — 聯軸器 — 軸承減速器的效率本次設計的方案中：聯軸器共１３個，?。剑惠S承６對,?。剑粶p速器１個，＝。如圖7所示【11】。 表2額定功率（kw）滿載時轉速(r/min)工作效率(%)質量（kg）11 971 160電動機的安裝尺寸如表3所示 表3輸出軸直徑mm輸出軸長度mm鍵槽的寬度 mm 中心高mm3811014160第四章 減速器的選擇 減速器的分類減速器是應用原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。根據傳動類型，減速器可氛圍齒輪、蝸桿、齒輪－蝸桿和行星齒輪減速器；根據齒輪形狀不同，減速器可分為圓柱、圓錐、圓錐－圓柱齒輪減速器；根據傳動的級樹，減速器可分為單級、多級減速器；根據軸在空間的位置，減速器可分為臥式和立式減速器；根據傳動的布置形式，減速器可分為展開試、分流式和同軸式減速器。輪齒可做成直齒、斜齒和人字齒。箱體通常用于鑄鐵做成，有時采用焊接結構或鑄鋼件。其他形式的減速器與此相同。兩級展開式圓柱齒輪的結構簡單，但是齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此軸應設計得具有較大的剛度。當今硬齒面系列減速器已廣泛使用。對于Y系列減速器如何準確確定其熱功率和如何根據具體情況校核熱功率尤為重要,我們一般所說的減速器效率為其傳遞額定機械功率時的效率, 也可以定義為額定效率, 用η表示。從圖中可以看出, 在扭矩很小時由于在其傳動扭矩中空載功率占的比例相對很大, 所以效率很低。 減速器的選擇與計算 減速器傳動比的初步確定由式（4－1）計算減速器的傳動比 （4－1）其中： －為減速器的理論傳動比－ 為電機的額定轉速 (r/min)－ 為減速器的輸出轉速 (r/min)由式下可計算為減速器的輸出轉速 （4－2） （4－3）其中： —工作機的主軸旋轉周期（s） —芯棒的直徑 （mm） —主動圓盤的直徑 （mm）由此可知： s （4－4） （4－5）根據理論傳動比實際的工作條件選擇兩級圓柱齒輪減速器。表4 減速器的尺寸參數(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)3242187831 (mm)(mm)(mm)(mm)(mm)851302852290第五章 軸的設計計算與校核 軸的結構設計是根據軸上零件的安裝，定位以及軸的制造工藝性方面的要求、合理的確定軸的機構和尺寸。軸的工作能力是指軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。而對剛度要求高的軸和受力大的細長軸，還應進行剛度計算，還應進行振動穩(wěn)定性計算，以防止發(fā)生共振而破壞。通常軸的設計程序為：（1）根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案（2）選擇軸的材料（3）初步確定軸的直徑（4）進行軸的結構設計，校核軸鍵連接強度及軸的彎曲強度（5）必要時校核軸的剛度和臨界轉速（6）根據上述計算結果修改設計（7）繪制軸的工作圖 軸