钢坯火焰清理机的设计—总体方案设计及总体装配.docx

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1、第一章 引言1.1 概述手动火焰清理设备始终是钢铁企业的常用设备。这项困难的工作常常是在高温，高粉尘及噪声污染的恶劣环境中进展的。为了改善手工作业环境以及由于手工作业带来的低效率，高本钱等问题，如今钢铁行业渐渐重视对钢坯清理的机械作业的研发。所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯外表缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为了生产高质量的优质钢材供给了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过特地烧嘴将氧气和炼焦煤气进展混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然

2、后利用高压纯氧流与钢坯外表产生氧化反响，对钢坯火焰清理机需要实行机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可承受手工作业方式，又可承受机械作业方式。冷钢坯火焰清理即可承受手工作业方式，又可承受计息作业方式，但由于我国目前格外缺乏特地的火焰清理机的设计、制造研发力气，国内钢坯火焰清理主要承受手工作业冷钢坯清理方式。1.2 钢坯火焰清理机的进展概况钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业领先进展批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风行于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰外表清理技术显得越来越重要， 实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。

3、近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如 2023 年宝钢分公司炼钢厂4 号连铸机工程配套改造工程：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功， 顺当投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从 1450 毫米增至 1750 毫米，年清理力气也将由 60 万吨扩大到 120 万吨。又如 2023 年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯 190 万吨，为该公司低本钱生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板供给了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后其次家投入火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本KBK 公司和美国 L-TEC 公司联合设计制作。

4、可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且修理效劳费用昂贵。基于我国目前火焰清理机研发格外落后的局面，注定我国民族冶金企业必需走自主创、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、构造分析、制造与装配等关键技术进展校企联合公关，我国才能够较快较全面把握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期进展注入强劲的活力。因此， 钢坯火焰清理机的设计工程具有格外深远的现实意义和工程应用价值151.3 钢坯火焰清理机开发的理由和目的* 产品质量方面的要求* 日益高涨的作业费用* 改善人工清理时严酷的工作环境* 排解

5、人工清理产生的不稳定性* 保证高质量和高附加值* 抑制在其他外表处理作业时被限制的力气1.4 钢坯火焰清理机的具体技术指标：工作温度0C50C相对适度90%工作电源380V10%/3 相/50HZ钢坯临界尺寸长*宽*高最小=200*1850*2023最大=300*2280*4000一次清理深度08mm4.2mm清理速度6m/min9m/min清理轨迹要求具有三轴两联动数控插补具有钢坯自动翻板功能烧嘴能自动点火与熄灭，且高度能手动可调具有机械挡屑、自动排屑功能导轨带自动防屑尘的防护罩图表 1-1 技术指标1.5 本文主要争论的内容对钢坯火焰清理机进展总体功能分析，确定总体方案以及翻板装置的仿真模

6、拟。其次章 整体布局2.1 钢坯火焰清理机工作原理和功能火焰清理机往往是安装在初轧机和大剪机之间的生产线上，是对连铸板坯、方坯或钢锭钢外表缺陷，通过利用氧气-燃气进展热化学的氧化反响，对其进展外表缺陷处理的设备。火焰清理机除了可以去除材料外表的瑕疵外，还可以通过火焰烧嘴喷出的气流力气，把因加热后产生的脱碳层、剩余的氧化层渣滓或其他不纯物质吹走，提高钢坯外表的质量和成材率。按设计要求，该装置由钢坯输送装置、氧化皮和裂纹自动清理装置、钢坯翻板装置、废屑自动排解装置等局部所组成。钢坯先用吊具吊放于预制工作区，然后由辊道输送到第一清理位，安装在第一清理位的清理机启动作业，完成上外表的清理。上外表清理后

7、辊道动力启动， 把钢坯运送到翻板机构位，翻板机构启动对钢坯的翻板，钢坯被翻转180后右边的辊道动力启动，把钢坯输送到其次清理位，进展下外表的清理，整个清理工作完成后，由辊子运输辊道输送出来，进展冷却、堆码等。整个钢坯清理机流程示意图、三维安装示意图见下文。2.2 流程示意如图：图 2-1 平面布局示意图1 一清理位 12清理位 23送入辊道4送出辊道5翻板机构和清理区6预制工作区2.3 安装示意图：图 2-2钢坯火焰清理机总安装示意图2.4 火焰清理机作业流程图钢坯由 辊道传送吊具调至预制加工区钢坯火焰翻 板清理机清 区翻板理区 1钢 坯 火 焰 辊道传 吊具吊走、清 理 机 清 送堆码理区

8、2图 2-3 火焰清理机作业流程示意图第三章 各构造设计分析3.1钢坯翻板装置设计1.1 钢翻板装置的构造形式主要有以下几种：1齿轮传动双臂翻板机如图：图 3-1 齿轮传动双臂翻板机构造特点：两翻臂分别由大小两个齿轮啮合传动，在翻板时，为到达不带负荷启动的目的，两翻臂都要在低于水平位置下方 5 度时启动，而翻板时翻转臂的交接点在 A 点位置，即送钢侧的翻臂要走过 100 度，而接钢侧要走过 90 度。钢板在翻转的过程中，过了中间垂直位置后，钢板是以送钢臂的初速度开头并以变加速度进展翻板，其翻转的角加速度是随着钢板翻转的角度增加而加大的，它确定是以某个速度翻转到接钢板的翻臂上，所以会产生噪声和冲

9、击，整个翻板过程电机要进展正反转。（2） 双臂曲柄摇杆式翻板机如图：图 3-2 双臂曲柄摇杆式翻板机特点：该翻板机由一台沟通电动机驱动，由相互连接的两套四杆机构组成。主动驱动为一曲柄摇杆机构，而翻板为双摇杆机构，两套机构由中间长轴和一个成直角的拐作为中间连接。整个传动系统是在减速器的低速轴两端各装一个有确定偏角的曲柄 a1、a2，由它们分别带动两套四杆机构，用连杆 b 与两根翻板中间长轴相连。该翻板机最大的特点就是有一个钢板的接送过程。优点：解决冲击发出噪声并对钢板外表有可能有确定的损伤，构造简洁，制造本钱低（3） 液压翻板机随着计算机和液压伺服技术的不断进展，液压技术由于有独特的优良特性而广

10、泛地运用于冶金设备中，从而产生了一种型翻板机液压翻板机。如图：图 3-3 液压翻板机优点：同步长轴上加上角度检测装置，对翻板的角度信号进展处理，再通过伺服系统，对翻板过程就能实现速度和位置的准确把握。因此液压翻板机具有比机械翻板机更加平稳的翻板过程，从而实现无噪声化生产。缺点：该构造需要的把握水平要求高，且承受液压系统，本钱高，投资大1.2 翻板构造设计具体承受方案通过上述几种类型翻板机构的分析，可以看出齿轮翻板机设备构造简洁，工作牢靠但是冲击大、对噪声大对环境的影响大。而且由于翻板过程中的冲击会对钢板产生外表损伤，而液压翻板机得翻板过程平稳，但是把握水平要去高，投资较大，所以本课题设计翻板构

11、造局部选用上述双臂曲轴摇杆式翻板机思路进展设计具体构造如以下图：图 3-4 翻板构造三维示意图3.2火焰清理装置方案论证钢坯火焰清理机就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯外表缺陷烧除。3.2.1 外形构造分析常见的数控火焰清理装置外形构造有悬臂式和龙门式两种方案方案 1 悬臂式如图优点：构造简洁，具有很好的放开性，占用场地少，本钱低缺点：悬臂式构造，当伸臂跨距太长时，由于火焰枪作业时有上下左右的行走，安装在伸臂端，只有一侧支撑，显得构造很薄弱，且平稳性不好，不利于长期稳定的作业。悬臂式构造，单边驱动，只能固定在某一位置，不行挪动，随着使用年限增加，误差也会随着增加，无改造价值图 3-5 悬臂

12、式方案 2 门式如图 2构造设计合理，刚性高，减震稳定性好，门式构造可以承受双边驱动，整个作业机构可以再导轨上移动，不是固定某一个位置不能移动。构造稳定，横梁可以承受箱子式焊接技术，不变形，使用年限长，具有改造价值。3.2.2 传动方案选取图 3-6 龙门式机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动等，其主要功能是传递转矩和转速。因此可以说，机械传动部件实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最正确匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚度以及传动牢靠性对机电一体化系统的精度、稳

13、定性和快速响应性有重大影响。因此，应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。如图3所示：图 3-7 清理构造三维示意图机械传动部件中的传动机构及其传动功能如以以下图表基功能传动机构本运动的变换形式行程方向速度动力的变化大小形式丝杠螺母齿轮齿轮齿条链轮链条带、带轮缆绳、绳轮杠杆机构连杆机构凸轮机构摩擦轮软轴间歇机构蜗轮轮蜗杆万向联轴器注： 表示有此功能 图表从表中可以看出，齿轮齿条传动既可将直线运动或回转运动转换为回转运动或直线运动，又可将驱动力或转矩转换为转矩或驱动力；带传动、蜗轮蜗杆传动及各类齿轮减速器既可进展升速或降速，也可进展转矩大小的变换。丝杠螺母

14、机构可以实现动力形式的变化，主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。3.2.3 工作台沿导轨纵向移动的传动方案和沿横梁横向运动方案选定工作台纵向沿导轨运动和沿横梁横向运动都是只作直线运动，而电机轴作旋转运动，动力的形式起到变化。由以上分析，以下为直线传动的常用方案：方案 1电机联轴器变速箱齿轮齿条 方案 2伺服电机一级齿轮丝杠丝杠螺母方案 3伺服电机联轴器丝杠丝杠螺母方案 1：电机与丝杠用联轴器直接连接可以使传动系统的转动惯量减小，减小电机的负担，承受周密齿轮齿条传动满足长行程的需要。方案 2，3：承受丝杠丝杠螺母传动，精度高，但是长丝杠制造本钱极高， 安装上难度大，6m

15、的滚珠丝杠需要定做，价格在 8 万左右。3.2.4 火焰枪升降构造分析由于所谓的钢坯火焰清理机是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯外表缺陷烧除的一道工序。所以火焰清理机的清理装置可以仿火焰切割机进展设计， 火焰清理枪安装在割炬上。考虑到本钱、构造简洁程度、自动化等因素，火焰清理装置的升降构造一般有以下手动和自动两种方案：方案 1、承受手动升降割炬图 3-8 手动升降割炬1-托辊 2-横梁 3-导轨 4-载体 5-横向调整手轮 6-割炬 7-升降手轮割炬的升降由手动实现，如图 3-8 所示。开条装置固定在横梁的托架上，托架的数量视不同轨距而定。梁安装在同一水平的托架平面上，梁上置有供数个载体横向

16、移动的导轨，载体数量可依据需求配置。每个载体上配有一把割炬，并设有横向调整手轮，该手轮可调整载体的位置及载体间的距离，割炬的割嘴与钢板的距离可通过升降手轮来调整。此种割炬升降构造具有构造简洁、制造本钱低等优点；但是操作麻烦，一般用于小轨距门式火焰清理机。方案 2、自动升降割炬1-滑座 2-横梁 3-横向调整手轮 4-升降装置 5-割炬 6-升降调整手轮图 3-9 自动升降割炬割炬的升降由自动实现，如图 3-9 所示。横梁导轨上配有数个滑座，其数量可依据用户所需的割炬数而定。滑座平面上装有电动升降装置，割炬座固定在升降装置的座上。每个滑座的位置可通过横向调整手轮来设定；割炬座升降调整手轮，用于手

17、动调整割炬的高度，割炬的自动化升降由电动升降装置来实现。此种升降构造自动化程度高、操作便利。2.5 火焰清理装置总方案由以上分析，确定本次设计清理装置总体机械设计方案：机架整体承受门式构造方案，由于要清理的钢板长度最长为 4m，所以横梁跨度超过 4000mm，承受双边驱动。横梁承受箱型构造固定在两端纵向立柱上， 随立柱在导轨上做纵向进给运动。其他装置具体设计如下：a、 横向驱动装置电机通过减速器驱动齿轮旋转，齿轮和齿条协作传动带动滑块移动，使整个伸臂带动气割炬和横向气割熔除，清理钢坯外表缺陷。电动机通过变频把握可调整横向走行速度，即横向清理速度please contactQ 305370306

18、1give you more perfect drawings结论与展望本文设计的自动火焰清理机是用氧气和符合要求的可燃气体火焰废喷射 钢坯外表去除氧化皮的设备。经过几个月的集体努力，获得了一些成果和结论。我们求得了曲柄连杆翻版机构中各个杆件载荷和直径的大小、曲柄翻转过程角度的变化。辊道传送得出了齿轮机构传动具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作牢靠等优点。清理机中得出刮板可以自由地绕销轴做顺时针旋转而使下端抬起，从而将切屑留在原地，使得切屑只可以向排屑机前面排出。整体时间和空间上，各局部装配到一起去的时候应当留意相互之间怎样协作。随着我国制造业的进展，钢坯的作用越来越大

19、。需要加工钢坯两面的地方越来越多。钢坯火焰清理机的消灭使得工作效率提高几个等级，消灭的人身安全事故也成倍的削减。为了满足生产需求我们小组做此设计来解决清理氧化皮问题，这是为了生产力的提高，为了解决实际问题才结的此题目。钢坯火焰清理的需求再将来的钢坯运用中有很大的好处。在不久的将来，此设计所说的方案定会在实习生产中大量的运用。参考文献1 王勇勤.双臂曲柄摇杆式翻板机机构设计及改进.鞍钢技术.94 年第 6 期2 詹庭文.大型火焰切割机的开发与设计.上海冶金设计.93 年3 胡坚.中板翻板机典型机构的运动分析.中国重型装备.08 年其次期4 贾景珍，荀凤超.双臂曲柄摇杆翻板机的优化设计.重型机械.10 年第三期5 罗迎社.材料力学.武汉理工大学出版社.01 年 7 月第一版6 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社.06 年 5 月第三版7 纪名刚.机械设计.高等教育出版社.06 年 5 月第 8 版8 张建民.机电一体化系统设计.高等教育出版社.07 年 7 月第 3 版9 周良德，朱泗芳.现代工程图学.湖南科学技术出版社.02 年 9 月第一版10 韩柏荣，门式火焰切割机开条割炬升降构造.造船技术.1997 第 8 期11 胡坚.中板翻板机典型构造的运动分析.中国重型装备.1998致谢