四连杆飞剪机设计与分析 开题报告
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- 四连杆飞剪机设计与分析 开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析
一、本课题的目的及意义
本课题是关于四连杆飞剪机的设计与分析，顾名思义，四连杆飞剪机其剪切机构其实就是一个四连杆机构。四连杆剪切机构的主要优点是：动平衡性能好，剪切状态良好，这些特点使得这类飞剪生产效率比较高，加工质量也相对比较好，而且它可以用于剪切相对较厚的轧件。由于以上这些优点，四连杆曲柄飞剪广泛地运用于现代的钢铁行业中，它与轧机共同组成轧制线，对轧制后的轧件进行切头切尾的加工。因此，对飞剪机基本结构、运动学、仿真优化以及有限元分析进行深入的研究,以提高飞剪机的剪切性能,对飞剪机的整机设计具有特别重要的意义。
同时，在轧制线上广泛地采用飞剪机有利于使轧钢生产迅速向高速化、连续化方向发展。因此，飞剪机是轧钢生产发展的重要环节之一，它的合理选型、运行速度、剪切精度、自动化程度、操作维护及设备寿命等均直接影响着轧材成品的产量大小、成材率和定尺率的高低,也就是说直接影响着轧钢厂的生产效率和经济效益。
图一 轧钢生产线工艺流程图
图二 轧钢精整线机组典型布置
1.矫正机 2.测速辊 3.夹送辊 4.主电机 5.飞剪机
由此可见,自主创新设计与开发我国具有独立知识产权的飞剪设备有着重要的“社会——技术——经济”意义。那么，在生产过程中飞剪机的使用也就变得尤其重要。
飞剪机的正常使用必需具备三个必要条件：
1.剪切轧件时刀刃的水平分速度必须与轧件同步；
2.飞剪机应能满足不同用户的定尺要求；
3.剪切速度必须与生产线上其它设备匹配。
为了满足以上三项基本要求,飞剪机的结构通常都十分复杂。
要正确设计一台工作稳定、性能优良的飞剪机,必须解决两方面的问题：
1.对飞剪的结构和工作原理有深刻的理解,熟悉各种飞剪的优点与不足,以便在设计中采用正确的结构形式；
2.了解要剪切的工件所需要的剪切力、剪切功,以便确定飞剪的剪切能力。要确定飞剪的剪切能力,以往主要依靠经验公式来计算材料的最大剪切抗力,存在着较大的误差,而且获得的力能参数不足以满足设计需要。
随着计算机仿真技术的发展,利用有限元方法来模拟、仿真工件的剪切过程,可以为飞剪机的设计提供可靠的力能参数以及工艺参数参考依据,使飞剪的设计更加高效、方便。
二、本课题国内外研究现状
世界上第一台飞剪机问世于十九世纪末。当时正处于蒸汽机时代，所以第一台飞剪机是由蒸汽机所带动，取名为爱德瓦尔兹飞剪。众所周知，蒸汽机的发生系统非常复杂。正是因为这个原因，使得爱德瓦尔兹飞剪的驱动装置非常的庞大，重量很重，最终导致了惯性力特别大，从而限制了该类飞剪的广泛应用。后来随着电机的诞生及发展，美国出现了电动式带曲柄和偏心轴的飞剪，它最大的优点是淘汰了庞大的蒸汽驱动机构，取而代之的是电动驱动，这样的进步，大大地缩减了飞剪的结构，但是当时限制飞剪的运行速度的最主要因素还是庞大的惯性力。由于整条生产线的速度都受到飞剪运行速度的限制，人们费尽心思提高飞剪的运行速度。后来，美国又发明了一台名叫摩尔根式的电动飞剪，这台飞剪的特点是机械机构（如传动机构）得到了最大程度的简化，从而减小了重量，降低了惯性力，提高了飞剪的运行速度。随后，德国、日本、意大利等国家都致力于研究提高飞剪的运行速度，都对飞剪结构进行创新和改造，使得飞剪的性能和结构日益在完善。近年来，国内很多专家学者也一直对飞剪机的结构、性能等方面进行着深入的研究。
“基于UG的飞剪机关键零件有限元分析”一文中，把有限元分析贯彻于整个设计过程的始终，主要目的是对剪切机构中受力较大的部分进行强度和刚度校核，相对于传统的理论校核方法，有限元法可以省去大量的绘图和计算工作，而且因为优化设计过程本身就是不断修改结构尺寸以达到最终的优化目的，有限元方法可以做到随时修改结构尺寸随时进行强度和刚度校核，从而缩短了设计周期。通过剪切机构关键零件的有限元分析，能较为真实的反映构件的受力情况，为飞剪机的动态设计、优化设计和可靠性设计打下新的基础。这样不仅能飞剪机结构、还能优化飞剪机材料和工艺，能实现飞剪机结构、材料和工艺的创新设计。
“四连杆曲柄飞剪机剪切力测试与分析”一文中，通过对四连杆曲柄飞剪机剪切力的测试与分析,弄清了剪切力与工艺参数之间的定量关系,为合理安排生产,确保飞剪机安全运行,掌握飞剪机的最大生产能力,正确评估飞剪机的工作状态提供了重要依据。
“新型曲柄式飞剪机的结构设计与受力分析”一文中，探讨了三曲柄对称式飞剪机剪切机构的运动轨迹和结构原理，通过飞剪机结构设计可以得出下剪刃夹角与中心距的关系，从而推算出最大剪切力位置，为正确设计飞剪机提供了理论依据。通过上下刀架剪切合力的计算，可以根据电机功率合理地选择电机，不会导致选择功率过大的电机而增加成本，或选择功率小的电机而影响剪切质量。由飞剪机剪切重合度的大小与曲柄角速度、剪切长度的关系，可以根据板材剪切长度的需要，通过控制曲柄转速ω，灵活地调整剪切时剪刃重合度的大小。验证结果表明，理论计算准确，为构建新机构或改善现有飞剪机构的工作性能提供了有效的理论依据。
综上所述，在目前的有关四连杆飞剪机的各种研究中，主要都是着重研究四连杆飞剪机的剪切结构设计、运动分析、剪切力分析、有限元分析等方向。通过这些研究对改善现有飞剪机的工作性能提供了有效的理论依据，同时对飞剪机的部分零部件进行强度和刚度校核，相对于传统的理论校核方法，可以省去大量的绘图和计算工作，从而缩短了设计周期。这些研究不仅能改善飞剪机结构、还能优化飞剪机材料和工艺，能实现飞剪机结构、材料和工艺的创新设计。阅读这些文献能在本次的毕业设计中起到很大的的参考作用。
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