机械毕业设计1071连铸小方坯液压剪切机液压系统设计

1 第一章 绪 论 1.1 连铸技术的简介 连铸设备在近些年有了长足的发展，依据连铸机的发展和演变的不同，连铸机可分为：立式、立弯式、弧形和水平式。依据一个机组（即共用一个盛钢桶的几台连铸机）所浇注坯流数的不同，连铸机可分为：单流、双流和多流连铸机。工业中最多为8流。 连续铸钢生产所用的设备，实际上包括在连铸作用线上的一整套机械设备。连铸设备通常可分为主体设备和辅助设备俩大部分。主体设备包括浇铸设备—钢包运载设备，中间包及中间包小车或旋转台，结晶器及振动装置，二次冷却支撑导向装置；拉坯矫直设备－拉坯机、矫直机、引锭机、脱锭与引锭存放装置；切割设备—火焰切割机与机械剪切机（摆式剪切机、步进式剪切机等）。辅助设备主要包括：出坯及精整设备—辊道、拉（推）钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺设备—中间包烘烤装置、吹氖装置、脱气装置、保护渣供给与结晶润滑装置等；自动控制与测量仪表—结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。 在连续铸钢的生产线上，出拉坯矫直机脱锭后的连铸坯需按用户或下部工序的要求，将铸坯切成定尺或倍尺。因此在所有的连铸设备中，切割设备是非常重要的一种设备。由于连铸坯必须在连续的运动过程中实现切割，因而连铸工艺对切割设备提出了特殊的要求，既不管采用什么型式的切割设备都必须与连铸坯实行严格的同步运动。在连铸机上采用的切割方法主要有火焰切割和机械切割两类。采用火焰切割的优点是：切割装置重量轻，切割断面比较整齐。机械剪切的优点是：没有金属的烧损，可切成较短的定尺。一般，在板坯和大方坯连铸机上，多采用火焰切割，在小方坯连铸机上多采用机械剪切。 连铸设备的整个工艺流程如图1-1所示： 2 图1-1连铸设备工艺流程 3

连铸机: 连铸机可以把钢水直接连续地浇铸成钢坯，由炼钢跨送来的盛满钢水的盛钢桶装在连铸机的钢包旋转台上，通过中间包小车，把钢水注入结晶器，在那里凝结成具有一定厚度的坯壳，即由引锭杆牵引着拉出结晶器，进入第一至第八段二次冷却夹辊，引锭杆是由拉矫辊驱动的，铸坯在二次冷却区内被雾化的冷却水冷却，继续凝固。当它通过最末一段二冷夹辊后，即被拉矫辊矫直，使之沿水平方向前进。 钢包旋转台： 钢包旋转台有不同的运动形式，不同的工作性能，因而有不同的结构形式。最简单的旋转台只用一个转臂，就能做旋转运动。一般的旋转台除了作旋转运动之外，还能使钢包做升降运动。多功能的旋转台还有钢包倾倒装置，钢包盖升降装置和吹起装置等。在钢包旋转台上，一般都有连续侧重装置，大都是在承托钢包的鞍座上设置测力传感器来实现的。 中间包小车： 中间包是钢包与结晶器之间的中间容器。用钢包运来的钢水先注入中间包，然后再经过中间包注入结晶器中，使用中间包的作用是减少钢水的静压力，是钢流平稳，以减小钢流对结晶器内钢水的冲击和搅动。钢水在中间包内停留的时间，是非金属夹杂物有时间上浮。在多流连铸机上，是通过中间包将钢水分配到每个结晶器。进行多炉连浇时，可以在中间包内存放一定数量的钢水，以保证在更换钢包时能够继续浇铸。 辊底式均热炉： 设在铸机和轧机之间的辊底式均热炉，是连接铸机和轧机的唯一工艺设备，其作用是连续不断的接收铸机产生的高温板坯，经过加热和均热后及时供给轧机合乎加热质量要求的薄板坯。当轧机正常生产换工作辊，或者下游设备临时出现故障时其调节和缓冲作用，也即在CSP的“刚性”机组之间增加了炉子的“柔性”环节，使CSP线的连铸连轧工艺能顺利进行。 4

当两机两流工艺时，连接段的炉子还起到连续不断转运远离轧线铸机的连铸热坯任务，为摆动的转运方式。 目前，CSP生产线的连接段多采用直通辊底式炉型，炉型结构简单，并方便在线自动控制的要求。因它仅需通过对每个炉辊速度变化的控制，就可完成与前面铸机和后面轧机对铸坯速度的同步要求，以及在炉内快速运坯拉开前后铸坯间的间隙，使炉子具有缓冲与协调的能力。板坯还可根据轧线的工艺要求在炉内正向运送和反向运送，或待轧时，铸坯在炉内出料端进行前后摆动等待。 两机两流工艺间距25米时采用两座双线辊底式均热炉生产线并具有摆动功能。炉子均为四段炉型（加热炉段、运输炉段、摆动炉段、存储炉段），26个温度控制区进行侧部上、下供热。产生的烟气，由炉子顶部三个排烟口分别进入水平烟道，经渗冷稀释、助燃空气换热器，炉膛压力电动调节烟闸，最后通过三座自立式钢烟囱自然排出，并完成炉膛压力三段（加热与运输炉段、摆动炉段、存储炉段）自动控制。 全炉共有161个水冷式炉辊，每个炉辊的速度均可通过变频器（一个炉辊一个）和每个炉辊所配置的2.2KW变频齿轮电机进行单独变速。速度范围为2.8~65m/min,并可正向或者反向转动。 板坯加热温度通常为1100℃，温差±10℃。为此加热炉段的炉温为1200℃，其他炉段的炉温为1130℃用于均热和保温。不同的铸速下板坯入炉温度、炉温与加热制度、各炉段的控制区数量、烧嘴数量及供热能力是不同的。 摆动炉段的的炉体钢结构系安放在下面框架式的摆动车上，并通过摆动车的支撑、定心、摆动、对中定位、密封五个主要的环节完成板坯在高温下的转运工作。 1.2 剪切机的类型、特点及选型 用于对轧件进行切头，切尾或剪切成规定尺寸（定尺）的机械称为剪切机。根据剪切机刀片形状，配置以及剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机，斜刀片剪切机，圆盘式剪切机和飞剪机。按驱动力来分，可分为电动和液 5

压两类剪切机。 平行刀片剪切机：两个刀片彼此平行。用于横向热剪初轧坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。有时，也用两个成型刀片来冷轧管坯及小型圆钢等。 斜刀片剪切机：两个刀片中有一个刀片相对于另一刀片是成某一角度倾斜布置的，一般是上刀片倾斜，其倾斜角为1°～6°。它用来横向冷剪或热剪钢板，带钢，薄板坯，故又称为钢板剪切机。有时，也用于剪切成束的小型钢材。 圆盘式剪切机：两个刀片均成圆盘状。用来纵向剪切运动中的钢板（带钢）的边，或将钢板（带钢）剪成窄条。一般均布置在连续式钢板轧机的纵切机组的作业线上。 飞剪机；剪切机刀片在剪切轧件时跟随轧件一起运动。用来横向剪切运动中的轧件（钢坯，钢板，带钢和小型型材，线材等），一般安装在连续式轧机的轧制线上或横切机组作业线上。 平行刀片剪切机 根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。 1．上切式平行刀片剪切机 这种剪切机的特点实际下刀固定不动，上刀则是上下运动的。剪切轧件的动作由上刀来完成，其剪切机构由最简单的曲柄连杆机构组成。除了剪切机本体之外，一般还配有定尺机构，切头收集与输送装置等。由于下刀固定不动，为使剪切工作顺利进行，剪切的轧件厚度大于30～60mm时，需在剪切机后装设摆动台或摆动辊道，其本身无驱动装置。剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台也下降。当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平衡装置作用下也回升至原始位置。此类剪切机由于结构简单，广泛用于剪切中小型钢坯。此外，随着快速换刀的生产需要，也出现了能快速换刀的上切式平行刀片剪切机，用来剪切初轧钢坯和轧板。当然，其设备重量会有较大的增加，结构也稍复杂些。 6

2. 下切式平行刀片剪切机 这种剪切机的特点是：上下刀都运动，但剪切轧件的动作由下刀来完成，剪切时上刀不运动。由于剪切时下刀台将轧件抬离辊道，故在剪切机后不设摆动台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。由于上述两个特点，下切式平行刀片剪切机普遍用来剪切中型和大型钢坯和板坯，以减轻整个剪切机组的设备重量。 本次设计所剪的钢坯为连铸小方坯□160×160㎜和□180×225㎜，因此选用平行刀片下切式剪切机。 剪切机按照驱动力来划分，可分为电动和液压两类。 电机驱动又有直流电动机和交流电动机两种。大中型剪切机多采用直流电动机驱动，并以启动工作制进行剪切。在大型剪切机上，除了采用电动机驱动外，还可以采用液压驱动。采用液压驱动比电动机驱动有许多优点： 在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；同样在同等的功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。 1)液压装置工作比较平稳，便于实现频繁及平稳的换向； 2)液压装置能在大范围内实现无级调速,还可以在运行过程中进行调速； 3)与电气或压缩空气配合后液压驱动易于实现自动化； 4)液压装置易于实现过载保护，液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会发热，这时电气驱动装置和机械传动装置无法办到的。此外，液压元件能自行润滑，使用寿命较长； 5)液压元件易于实现通用化和自动化； 6)用液压驱动来实现直线运动远比机械传动简单。 综上所述，虽然电动剪切机在操作和维护方面简单，但与液压剪切机相比，它的体积和重量大；而液压剪切机却不同，目前液压技术已成熟，使操作和维护已不成问题，故本设计选用液压剪切机。 因此，本次设计的最终选型为平行刀片下切式液压剪切机。 7

第二章 液压剪切机的设计计算 设计参数 剪切机型式： 油压小车移动式 被剪钢坯断面尺寸： □180×180 mm×mm □165×225 mm×mm 代表钢种： Q235-A 27SiMn 剪切温度： ≥750℃ 拉坯速度： 2m/min 剪切小车及横移辊道重量： 17.8T 钢坯定尺长度： 2.5m 2.1剪切机结构参数的确定 2.1.1刀片行程 刀片计算公式 H=h+f+q1+q2+s （2-1） 式中： H—刀片行程（指刀片的最大行程）； h—被切钢坯的断面高度，这里取h=180mm； f—是为了保证钢坯有一些翘头时，仍能通过剪切机的必要储备，通常50～75，这里取 60； q1— 为了避免上刀片受钢坯冲撞，而使压板低于上刀的距离，q1=5～50mm, 取q1=20mm; s— 上下刀片的重叠量，取 s=5～20mm,这里取s=10； q2—下刀低于辊道表面的距离，q2=5～20 mm,这里取q2=20；