1绪论1.1选题的背景和目的1.1.1选题的背景鞍钢第二炼钢厂现有职工1855人，下设5个生产车间和4个辅助车间。

厂区占地面积17.8万平方米，建筑面积20.8万平方米。

设备总量3.6万吨，主要设备有：100公称吨氧气顶吹转炉3座，R5.25米弧型机六流高效连铸机两台，板坯连铸机2台，600公称吨混铁炉2台，铁水预处理和炉外精练设备各1套。

钢年生产能力330万吨，方坯年生产能力190万吨，板坯年生产能力180万吨。

正在建另一台板坯连铸机，预计2003年5月投产，拟再建一座转炉，届时年钢产量将达450万吨。

主要产品规格：方坯120mm2、150mm2；板坯150mm×(850mm～1200mm)；135mm×(900mm～1550mm)；100mm×(900mm～1550mm)；主要生产品种有：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢、高合金钢、铝钢、军工钢等7个系列120多个品种。

1.1.2选题的目的本次设计的板坯连铸垛卸板机，为经连续铸钢后的板坯出坯后，用来堆垛钢板的一台设备。

连铸垛卸板机为连铸机出坯系统中的一台专用设备。

它承载能力大，结构简单，占地面积小，便于集中控制且检修周期长，在满足生产要求的同时，提高了成材率和劳动生产率。

提高了连铸机的生产效率，缩短了劳动时间和工人的劳动强度。

1.2连铸在国内外的发展概况钢液经过连续铸钢机（简称连铸机）直接生产钢坯的方法叫连续铸钢，它生产出来的钢坯叫连铸坯。

连续铸钢技术是在五十年代发展成功的。

从六十年代中期就在钢铁工业中迅速发展。

七十年代以后，发展更为迅速，世界连铸比以3%的速度增长。

到1986年，世界钢的连铸比已达52%。

在几个主要产钢国家中，连铸比增长更快，日本连铸比1979年为52%，1986年为92%；美国1979年为16.7%,1986年为53.6%，西欧一些国家连铸比已达100%。

日本是一个资源极其贫乏的国家，钢铁工业消耗量很大的原材料和燃料都需要耗用大量外汇从国外进口，日本的第一台连铸机是1955年投产的，开始对连铸并未引起重视，到1965年后，不断认识到发展连铸技术会带来巨大的经济利益，就不断投入大量的资金和力量。

到1986年底，日本已经拥有各类连铸机188台494流，其中小方坯连铸机79台246流，大方坯连铸机53台158流，板坯连铸机56台90流，现在日本已经成为连铸生产的第一大国，连铸坯的年产量已超过9000万吨，连铸比达到93%，居世界各国之首。

美国在发展连铸技术方面起步较早，1962年美国的罗诺克电炉炼钢公司就正式投产了一台两流小方坯连铸机，由25吨电炉供应钢水，生产（75×75）～（150×150）mm 断面铸坏。

1968年美国国家钢铁公司在转炉车间建成了当时世界最大的板坯连铸机，年生产能力为100万吨。

到1983年就有7台年产百万吨以上生产能力的大型连铸机投产。

到1986年底美国拥有各种连铸机133台，总计369流。

1988年美国连铸坯产量已由1982的2000多万吨提高到5526.6万吨，连铸比达到60.9%，连铸坯产量居世界第二位。

我国的连铸开发较早，1958年第一台立式连铸机就在重钢三厂建成投产。

到1980年全国共有连铸机25台，生产能力为345万吨。

从80年代起，我国的连铸进入了一个新的发展阶段，陆续从国外引进了各种类型的连铸机。

1989年底，我国已拥有各类连铸机109台，铸坯产量达到1004万吨，连铸比16.3%。

与1980年相比铸产量增加了4.36倍，连铸比提高了2.62倍。

要提高我国的连铸坯产量和连铸比，发展板坯连铸机是关键。

1.3连续铸钢的优越性连续铸钢的迅速发展，是因为它与传统的“模铸—开坯”相比具有很多的优越性。

(1)简化了生产钢坯的工艺流程，节省了大量投资，连续铸钢可直接从钢水浇注成钢坯。

省去了脱锭、整模、均热、开坯等一系列中间工序和设备。

使钢坯的生产工艺流程大为简化，节省了大量资金。

(2)提高了金属收得率和成材率。

由于连铸从根本上消除了模铸中注管和汤道的残钢损失，因而使钢水收得率提高。

又因连铸坯没有热帽也不需切去7～8%的坯头，因而成材率也提高10～15%。

(3)极大地改善了劳动条件，并为钢铁生产向连续化、自动化发展创造了条件。

普通模铸生产是在高温多尘的条件下工作的，连铸机使铸锭工作机械化，从根本上改变了模铸的劳动条件。

(4)提高了铸坯质量。

采用连铸方法可以合理地调节铸坯的冷却条件，实现比较合理的冷却速度，使铸坯结晶过程稳定，内部组织致密，非金属夹杂物减少。

化学成分偏析及内部低倍组织缺陷等都减少了。

并且提高了金属的机械性能，改善了铸坯的质量。

尽管连续铸钢是一项先进的新技术，新设备，且发展很快。

但是目前还存在一些问题：连铸工艺对钢水的要求比较高，无论是化学成分，钢水温度，还是对炼钢炉出钢时间与连铸机的配合，都有严格的要求；在实行多炉连浇的生产条件下，连铸机如何才能适应长在高温条件下作业而不出事故，或一旦出现问题又怎样才能在短时间内排除，恢复正常生产；连铸的操作工艺有待进一步稳定，浇铸品种尚需扩大，浇铸板坯时的某些缺陷有待于改进，设备作业率和拉坯速度还必须提高。

1.4连铸机的类型及生产工艺流程1.4.1连铸机的类型在连续铸钢的发展过程中，连续铸钢设备先后出现了立式、立弯式、弧形、椭圆形和其它形式。

近些年来新发展的并且已经用于生产的连铸机的结构类型主要有：立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、水平连铸机1.4.2连铸的生产工艺流程1—钢包回转台；2—中间罐；3—结晶器；4—夹辊；5—二次冷却区；6—拉矫机；7—火焰切割机；8—垛卸板机；图1.1连铸工艺流程图连续铸钢的一般生产工艺流程如图 1.1，由炼钢炉炼出的合格钢水，经盛钢桶运送到浇住位置。

通过中间罐注入强制水冷的结晶器内。

结晶器是无底的，在注入钢水之前，必须先装上（活底）引锭链。

注入结晶器的钢水表层迅速冷却凝结成形，且铸坯的前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。

引锭链的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中。

当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把带着钢坯的引锭链从结晶器中拉出。

为防止铸坯被拉断漏钢，并减少结晶器中的拉坯阻力。

在浇注过程中，既要对结晶器内壁进行润滑，又要使其做上下往复振动。

出结晶器后的铸坯，内心还是液体状态，应进一步喷水冷却，称之为二次冷却。

通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐从表面向断面中心凝固。

这样，铸坯不断被拉出，钢水连续地从上面注入结晶器，形成了连续铸钢的过程。

当铸坯通过拉坯机、矫直机后，脱去引锭链，完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序，最后到垛卸板机。

1.5连续铸钢生产所用的设备连续铸钢生产所用的设备，实际上是包括在连铸作业线上的一整套机械设备。

通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。

主体设备主要有：(1)浇铸设备－盛钢桶运载设备、中间罐及中间罐小车或旋转台、结晶器及其振动装置、二次冷却支导装置、如在弧形连设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置。

(2)拉坯矫直设备－拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置。

(3)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）。

辅助设备主要有：(1)出坯及精整设备－辊道、拉（推）钢机、翻钢机、火焰清理机、垛卸板机等。

(2)工艺性设备－中间罐烘烤装置、吹氩装置、脱气装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等。

(3)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。

1.6目前国内外相关邻域垛卸板机的研究成果（堆垛机）1.6.1目前用于各种类型的小型车间用的标准堆垛机(1)磁性堆垛机轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一层一层堆垛，并且层与层之间是面对面或背对背交替放置的。

该系统主要适用于中型型钢堆垛，全部由计算机自动操作。

从矫直机和冷剪（停剪或冷飞剪）出来的型钢层通过翻转臂从输出辊道上移送到堆垛机前运输机上，翻转臂上装有可调磁性的磁头。

对钢材层进行制动和定位。

其上设有齐头辊道和专用档板，使所有的钢材层在运输齐头。

抬高挡板可将后面跟来的料层分开以形成预定数量的钢材层。

这些料层被磁性运输车托起或被磁性翻转臂拾取。

在一个专门的升降装置上轧件层面对面、背对背交替地堆垛在上面，堆垛成形。

(2)非磁性堆垛机轧件由两套液压—机械机构控制的机械手进行一层层堆垛。

其动作类似于人手，可夹持并移送钢材，将钢材层面对面或背对背地进行堆放。

非磁性堆垛机多用于中小断面的型钢，可避免料层中钢材在堆垛臂失磁时散落，形成不正确的料堆。

矫直后的钢材从堆垛前输入辊道上被移向并收集在装有专用链条的缓冲区。

专用链条用于避免单根钢材在运输中重叠。

升降挡板与一个易更换的梳料装置相结合，可奇数、偶数交替而精确地选择每单层料的数量。

已成形的料层由直线运动的升降臂或通过夹持系统翻转料层来实现料层面对面、背对背交替堆放于步进下降的运输架上形成料垛。

(3)TMR400电磁堆垛机TMR电磁堆垛机用于高产量生产线，产量可达每小时120吨。

对堆垛前的轧件质量要求较高。

轧件必须经矫直，轧材平直度a≥4%。

它不仅可对正反交替放置的单层或双层角钢、槽钢堆垛，也可用于对称断面扁钢、圆钢的堆垛。

主要特点是堆垛棒材和小断面型材时生产稳定性高。

TMR400堆垛机有两套电磁头。

第一套磁头可将单层或双层需正反翻置的轧材堆垛，但不用于具有对称断面的轧材。

第二套磁头不仅可将单层或双层需正、反成层的轧材堆垛，还可用于具有对称断面的型材的堆垛。

1.6.2用于物流仓储中的堆垛机堆垛机的结构：堆垛机由金属结构、提升机构、运行机构、货叉伸缩机构、载货台、司机房、电器控制柜等几大部件组成，如图1.2。

1—上横梁2—平衡重3—爬梯4—立柱5—电器控制柜6—载货台7—伸缩货叉8—松绳、过载与断绳安全装置9—安全护栏10—下横梁11—提升机12—运行机构图1.2 堆垛机机构2垛卸板机的工况分析和传动方案分析2.1垛卸板机的工况分析垛卸板机是个升降机械，由去毛刺机和打号机出来后的板坯在运输轨道上，由推钢机将钢板推送到垛卸板机升降台上，每堆垛一块钢板后，升降台下降一个板坯厚度，直到堆垛4块板坯后，由吊车将板坯吊运到成品库中。

2.2垛卸板机的传动方案分析由于垛卸板机是一个升降机械，所以要将回转运动转变成直线运动，则采用齿轮和齿条传动。

齿轮和齿条的基本方案有三种：方案(1):由1个双联齿轮和2个齿条组成的直线差动机构如图2.1所示，假设齿条1为固定齿条，齿条2为从动齿条，双联齿轮的齿轮3的分度圆直径1D 大于齿轮4的分度圆直径2D ，当滚动的双联齿轮的齿轮3沿固定齿条1滚动时，由齿轮4驱动的从动齿条2将以与双联齿轮中心运动相反的方向水平移动，其相对运动的距离。