四連桿飛剪機設計與分析 開題報告
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- 四連桿飛剪機設計與分析 開題報告1.本課題的目的及意義，國內外研究現狀分析
一、本課題的目的及意義
本課題是關于四連桿飛剪機的設計與分析，顧名思義，四連桿飛剪機其剪切機構其實就是一個四連桿機構。四連桿剪切機構的主要優點是：動平衡性能好，剪切狀態良好，這些特點使得這類飛剪生產效率比較高，加工質量也相對比較好，而且它可以用于剪切相對較厚的軋件。由于以上這些優點，四連桿曲柄飛剪廣泛地運用于現代的鋼鐵行業中，它與軋機共同組成軋制線，對軋制后的軋件進行切頭切尾的加工。因此，對飛剪機基本結構、運動學、仿真優化以及有限元分析進行深入的研究,以提高飛剪機的剪切性能,對飛剪機的整機設計具有特別重要的意義。
同時，在軋制線上廣泛地采用飛剪機有利于使軋鋼生產迅速向高速化、連續化方向發展。因此，飛剪機是軋鋼生產發展的重要環節之一，它的合理選型、運行速度、剪切精度、自動化程度、操作維護及設備壽命等均直接影響著軋材成品的產量大小、成材率和定尺率的高低,也就是說直接影響著軋鋼廠的生產效率和經濟效益。
圖一 軋鋼生產線工藝流程圖
圖二 軋鋼精整線機組典型布置
1.矯正機 2.測速輥 3.夾送輥 4.主電機 5.飛剪機
由此可見,自主創新設計與開發我國具有獨立知識產權的飛剪設備有著重要的“社會——技術——經濟”意義。那么，在生產過程中飛剪機的使用也就變得尤其重要。
飛剪機的正常使用必需具備三個必要條件：
1.剪切軋件時刀刃的水平分速度必須與軋件同步；
2.飛剪機應能滿足不同用戶的定尺要求；
3.剪切速度必須與生產線上其它設備匹配。
為了滿足以上三項基本要求,飛剪機的結構通常都十分復雜。
要正確設計一臺工作穩定、性能優良的飛剪機,必須解決兩方面的問題：
1.對飛剪的結構和工作原理有深刻的理解,熟悉各種飛剪的優點與不足,以便在設計中采用正確的結構形式；
2.了解要剪切的工件所需要的剪切力、剪切功,以便確定飛剪的剪切能力。要確定飛剪的剪切能力,以往主要依靠經驗公式來計算材料的最大剪切抗力,存在著較大的誤差,而且獲得的力能參數不足以滿足設計需要。
隨著計算機仿真技術的發展,利用有限元方法來模擬、仿真工件的剪切過程,可以為飛剪機的設計提供可靠的力能參數以及工藝參數參考依據,使飛剪的設計更加高效、方便。
二、本課題國內外研究現狀
世界上第一臺飛剪機問世于十九世紀末。當時正處于蒸汽機時代，所以第一臺飛剪機是由蒸汽機所帶動，取名為愛德瓦爾茲飛剪。眾所周知，蒸汽機的發生系統非常復雜。正是因為這個原因，使得愛德瓦爾茲飛剪的驅動裝置非常的龐大，重量很重，最終導致了慣性力特別大，從而限制了該類飛剪的廣泛應用。后來隨著電機的誕生及發展，美國出現了電動式帶曲柄和偏心軸的飛剪，它最大的優點是淘汰了龐大的蒸汽驅動機構，取而代之的是電動驅動，這樣的進步，大大地縮減了飛剪的結構，但是當時限制飛剪的運行速度的最主要因素還是龐大的慣性力。由于整條生產線的速度都受到飛剪運行速度的限制，人們費盡心思提高飛剪的運行速度。后來，美國又發明了一臺名叫摩爾根式的電動飛剪，這臺飛剪的特點是機械機構（如傳動機構）得到了最大程度的簡化，從而減小了重量，降低了慣性力，提高了飛剪的運行速度。隨后，德國、日本、意大利等國家都致力于研究提高飛剪的運行速度，都對飛剪結構進行創新和改造，使得飛剪的性能和結構日益在完善。近年來，國內很多專家學者也一直對飛剪機的結構、性能等方面進行著深入的研究。
“基于UG的飛剪機關鍵零件有限元分析”一文中，把有限元分析貫徹于整個設計過程的始終，主要目的是對剪切機構中受力較大的部分進行強度和剛度校核，相對于傳統的理論校核方法，有限元法可以省去大量的繪圖和計算工作，而且因為優化設計過程本身就是不斷修改結構尺寸以達到最終的優化目的，有限元方法可以做到隨時修改結構尺寸隨時進行強度和剛度校核，從而縮短了設計周期。通過剪切機構關鍵零件的有限元分析，能較為真實的反映構件的受力情況，為飛剪機的動態設計、優化設計和可靠性設計打下新的基礎。這樣不僅能飛剪機結構、還能優化飛剪機材料和工藝，能實現飛剪機結構、材料和工藝的創新設計。
“四連桿曲柄飛剪機剪切力測試與分析”一文中，通過對四連桿曲柄飛剪機剪切力的測試與分析,弄清了剪切力與工藝參數之間的定量關系,為合理安排生產,確保飛剪機安全運行,掌握飛剪機的最大生產能力,正確評估飛剪機的工作狀態提供了重要依據。
“新型曲柄式飛剪機的結構設計與受力分析”一文中，探討了三曲柄對稱式飛剪機剪切機構的運動軌跡和結構原理，通過飛剪機結構設計可以得出下剪刃夾角與中心距的關系，從而推算出最大剪切力位置，為正確設計飛剪機提供了理論依據。通過上下刀架剪切合力的計算，可以根據電機功率合理地選擇電機，不會導致選擇功率過大的電機而增加成本，或選擇功率小的電機而影響剪切質量。由飛剪機剪切重合度的大小與曲柄角速度、剪切長度的關系，可以根據板材剪切長度的需要，通過控制曲柄轉速ω，靈活地調整剪切時剪刃重合度的大小。驗證結果表明，理論計算準確，為構建新機構或改善現有飛剪機構的工作性能提供了有效的理論依據。
綜上所述，在目前的有關四連桿飛剪機的各種研究中，主要都是著重研究四連桿飛剪機的剪切結構設計、運動分析、剪切力分析、有限元分析等方向。通過這些研究對改善現有飛剪機的工作性能提供了有效的理論依據，同時對飛剪機的部分零部件進行強度和剛度校核，相對于傳統的理論校核方法，可以省去大量的繪圖和計算工作，從而縮短了設計周期。這些研究不僅能改善飛剪機結構、還能優化飛剪機材料和工藝，能實現飛剪機結構、材料和工藝的創新設計。閱讀這些文獻能在本次的畢業設計中起到很大的的參考作用。
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