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钢轨数控式火焰正火机的研制

作　者: 林波
导　师: 戴虹
学　校: 西南交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 钢轨正火数字控制有限元模拟
分类号: TG155.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 14次
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内容摘要

当今世界铁路发展趋势是货运重载化，客运高速化，需大量铺设跨区间无缝线路。在无缝线路铺设和维修过程中，正火是整个工艺过程中不可缺少的重要工序。目前钢轨现场焊后的火焰正火设备自动化程度低，正火工艺采用手动摆火操作，以及人工测温控制正火时间，人为因素对正火质量影响很大，因而研发新型的正火控制技术及设备，对于提高我国无缝线路质量具有重要意义。本文在分析国内外钢轨气压焊火焰正火技术的基础上，针对正火质量不稳定的问题，采用有限元分析软件ANSYS对钢轨气压焊后正火温度场进行了模拟计算；采用PLC为控制核心，设计了控制齿轮齿条传动机构、摆幅检测与比较的控制程序和控制电路，实现了正火过程摆幅、摆频的程序控制；采用质量流量控制器(MFC)的程序控制，实现了氧、乙炔气体配比与流量的精确控制；研制成功了一套适用于无缝线路现场钢轨正火的新型设备。结果表明：采用ANSYS有限元软件模拟计算钢轨正火温度变化规律，与实测温度的误差为60℃～100℃；齿轮齿条传动式加热器摆幅调节范围宽(20mm～80mm)，加热器换向频率(1次／s～2次／s)，摆频、摆幅柔性控制调节性能好；数控正火焊头的落锤和静弯性能优于手动正火；数控正火机工艺参数可任意预置，减少了人为因素，降低了劳动强度，工作稳定可靠，操作方便，能满足无缝线路现场焊头正火质量要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-9
第2章文献综述  9-20
  2.1 现场焊接工艺设备  9-10
    2.1.1 闪光焊  9
    2.1.2 气压焊  9
    2.1.3 铝热焊  9-10
  2.2 现场钢轨焊头火焰正火工艺设备  10-14
    2.2.1 火焰正火工艺  10-13
    2.2.2 现场正火设备概况  13-14
  2.3 正火自动化相关技术  14-16
    2.3.1 机械技术  14-15
    2.3.2 传感技术  15
    2.3.3 信息处理及接口技术  15
    2.3.4 自动控制技术  15-16
    2.3.5 系统总体技术  16
  2.4 有限元模拟分析技术  16-20
    2.4.1 数值模拟技术在焊接中的应用概况  16
    2.4.2 温度场有限元模拟计算理论基础  16-20
第3章正火温度场测试模拟及分析  20-34
  3.1 火焰正火温度测试  20-24
    3.1.1 温度测试试验条件  20-22
    3.1.2 测试结果及分析  22-24
  3.2 正火温度场模型及模拟计算  24-28
    3.2.1 模拟计算条件  24-25
    3.2.2 温度场模型及计算过程  25-28
  3.3 测试结果分析  28-33
    3.3.1 与现有相关结论对比分析  28-29
    3.3.2 测试与模拟结果对比分析  29-31
    3.3.3 正火工艺优化模拟  31-33
  3.4 小结  33-34
第4章数控正火机设计  34-52
  4.1 正火热场控制方案设计  34-38
    4.1.1 加热原理及工艺  34
    4.1.2 加热器摆动方案  34-36
    4.1.3 摆火机构的摆火特性  36-38
    4.1.4 直流电机选型及特性  38
  4.2 数控正火机硬件设计  38-42
    4.2.1 正火机结构原理  38-39
    4.2.2 正火机控制原理设计  39-40
    4.2.3 齿轮齿条摆动机构设计  40-42
  4.3 数控正火机软件设计  42-45
    4.3.1 控制核心的选择  42
    4.3.2 位移传感器的选择  42
    4.3.3 气体质量流量控制器的选择  42
    4.3.4 正火过程参数显示、设置  42-43
    4.3.5 电机调速主电路  43-45
    4.3.6 控制电源  45
  4.4 PLC软硬件设计  45-51
    4.4.1 PLC硬件设计  45-48
    4.4.2 PLC软件设计  48-51
  4.8 小结  51-52
第5章数控正火机调试及工艺试验  52-62
  5.1 正火机组装和调试  52-57
    5.1.1 正火机组装  52
    5.1.2 控制系统硬软件调试  52-53
    5.1.3 正火机及各控制子系统调试  53-57
  5.2 工艺试验及结果分析  57-62
    5.2.1 工艺试验结果  57-60
    5.2.2 结果分析  60-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66

钢轨数控式火焰正火机的研制

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