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1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：
随着社会的不断发展，全世界的科技水平都在不断地提高。在焊接方面工人们的技术越来越高，但是在焊接制造的过程中，焊接产生的高温会对钢结构进行破坏，翼板极易发生弯曲变形，调直机的作用就是矫正在焊接过程中发生变形的翼板。所以在焊接工艺上，调直机设计的目的及意义不管在生活上还是科技水上都是有重要的意义的。JZ-H调直机可以根据变形情况针对性地施加作用力，从而准确地修正翼板的变形，确保翼板外形不发生变化，防止尺寸产生偏差。与此同时，调直机的设计注重精准性和方便简单易操作，在焊接过程中我们不但要追求效率，还要确保质量。这样的调直机可高效适配在冶金建筑、金属结构和焊接等领域。在调直机出现之前，我们对变形的翼板只能通过人为的方式来矫正，这样的方式不但效率低而且误差较大，不仅让整体效率降低而且精准性也无法得到保障。调直机的出现弥补了这一方面的不足，大幅缩短了生产周期，保障工程进度。除此之外，调直机的调直效果也可以确保H型钢的结构稳定，避免了因为H钢变形而产生的安全隐患，让整个焊接工艺的整体质量都大幅提升。
在国内，中西部地区在新基建推动下对调直机的需求年均增速达到8.1%；在国际上，借助“一带一路”倡议，国内设备性价比有着明显优势。在研究方面，我国已经能够自主生产JZ-40H型钢调直机这类专用设备，并且我国生产的调直机不但性价比更具优势，而且满足国内焊接、建筑等领域的基本需求。例如中冶华天、中冶赛迪等企业联合高校攻关，研发出高刚度闭口式组合机架矫直机，矫后平直度可达0.2mm/m，换辊时间压缩至25分钟，整体技术达国际先进水平；冶自欧博推出第五代强力热矫直机，集成大数据应力模型与自学习控制，实现热轧型钢全自动矫直，已在宝钢新疆等产线稳定应用。我国调直机行业已经形成了完整的产业链，而且头部企业技术飞速提升，将PLC控制等技术融入调直机，提升了运行稳定性。但是在高端市场上仍然存在不足，在超大型H型钢调直精度、设备的能耗等核心技术上与国外先进水平有些差距。
在国外，欧美、日本等工业发达国家在调直机领域起步早，技术相较成熟。比如德国的凯瑟林、德马克等品牌，它们的调直机不仅精度高，还具备有完善的智能监测和自适应调节功能，可以适配很多种高精度规格的调直需求。同时国外在调直理论研究上有许多的重要成果，通过优化应力控制算法能有效降低调直过程中对材料的损伤。时代进步的同时，智能化也随之发展迅速，调直机领域也一样，国外对调直过程的计算机实时控制研究较为深入，比如学者Juen A．Robert开展了圆盘锯片矫直自动控制研究，相关技术可迁移应用于H型钢调直机，实现矫直参数的实时调整；日本部分钢铁企业还将该类设备融入自动化生产线，整合矫直、剪切等工序，达成无人化操作，大幅提升生产效率。
2．基本内容和技术方案：
2.1总体方案
进料阶段，H型钢通过滚辊进入调直机的工作范围，并且进料辊采用电机驱动的方式；调直阶段，调直机采用多组上下排列的调直轮组成调直通道；在调直的过程中通过滚珠丝杠传动的方式控制调直机的移动，实现更加精准的调直。
2.2技术方案
2.2.1进料装置方案设计
方案一：滚动辊进料方案：电机输出动力经减速机传递至主动辊，主动辊在稳定扭矩驱动下匀速旋转，依靠辊面与物料间的静摩擦力带动物料同步运动；从动辊在链条机构的带动下随动。这种方案可实现连续进料，配合自动化生产线，大幅提升作业效率，且结构简单，后期仅需定期润滑维护即可。
图2.1滚动辊工作示例图
方案二：皮带传送：利用主动轮、从动轮与环形皮带之间的摩擦力，将电机的旋转运动转化为皮带的直线运动，从而实现物料的连续输送。电机带动主动轮旋转，主动轮通过摩擦力驱动皮带运行，皮带再通过摩擦力托载物料一起移动；从动轮随皮带转动，起到张紧和导向作用。通过张紧装置调节皮带张力，保证足够摩擦力、防止打滑；配合托辊、导向结构，可实现平稳、长距离、多方向的物料输送。
图2.2皮带传动工作示例图
方案对比：皮带传送与滚辊传动均为工业常用输送方式，核心差异在于驱动形式、适用场景与性能表现。皮带传送依靠主动轮、从动轮与环形皮带间的摩擦力运行，结构简单、成本低廉，运行平稳且噪声小，适合轻载、长距离、对输送精度要求不高的场景，如散料、包装件输送。但皮带易受张力、负载影响出现打滑，速度与位置控制精度较低，重载或高速工况下稳定性不足，且皮带易磨损、需定期更换。
滚辊传动通过主动辊与从动辊对压，依靠辊面与物料的直接摩擦力驱动，牵引力大、无打滑风险，速度与张力控制精度高，配合闭环系统可实现精准输送，适用于薄膜、板材、金属带等需高精度、连续稳定牵引的场景。其结构相对复杂，辊面需耐磨且压力可调，设备成本略高，但输送精度、运行稳定性与耐用性更优，能有效避免物料拉伸、跑偏，满足高端生产工艺的输送要求。
2.2.2调直装置方案设计
方案一：机械辊压调直：H型钢辊压校直机通过多组矫直辊对H型钢施加交替压力实现调直。设备沿型钢长度方向布置上下、左右多组可调矫直辊，分别作用于翼缘与腹板。工作时，H型钢在牵引机构带动下匀速通过辊组，各矫直辊依据型钢变形量施加不同压力，对弯曲、扭曲部位进行反复弯曲与挤压，使塑性变形区的应力重新分布，逐步消除弯曲、翼缘倾斜、腹板波浪等缺陷。通过调整辊轮间距、压力大小及排布顺序，可适配不同规格H型钢，最终使型钢直线度与截面精度达标，实现连续、高效的机械校直。
图2.3机械辊压调直示例图
方案二：多辊连续辊压调直：通过多组上下排布的矫直辊对H型钢进行反复弯曲与挤压，实现调直。工作时，H型钢在牵引机构带动下匀速通过辊组，矫直辊依据型钢弯曲、扭曲、翼缘倾斜等变形量，对腹板和翼缘施加交替压力，使钢材产生塑性变形，消除局部应力集中与形状偏差。通过逐级调整辊轮间距、压力大小及排布顺序，让型钢在连续通过过程中逐步校正，最终使直线度、截面精度恢复至合格范围，实现高效、连续的机械矫直。
图2.4多辊连续辊压调直示例图
方案对比：方案一侧重对H型钢翼缘、腹板的局部变形校正，通过单侧或双侧可调压辊，针对性挤压翼缘倾斜、腹板波浪等缺陷，压力集中、校正精度高，适合局部变形明显、对截面形状要求严苛的场景。设备结构紧凑，辊组针对性强，可快速调整压力适配不同规格，但对整体弯曲、扭曲的校正效率较低，需配合多道次或分段作业，更适用于精修校直。方案二采用沿长度方向排布的多组上下、左右矫直辊，实现整体弯曲、扭曲的连续校正。H型钢匀速通过辊组时，各辊交替施加弯曲与挤压力，同步校正直线度与截面偏差，效率高、连续性好，适合批量、长件H型钢的整体调直。设备辊组排布复杂，需精准匹配辊距与压力，对操作调试要求较高，整体校直效果均匀，但局部精细校正能力略弱于专项辊压方案。两者核心差异在于校正侧重点：专项方案精于局部缺陷修复，连续方案擅长整体变形高效处理，可根据H型钢变形类型与生产节拍组合选用。
2.2.3控制装置方案设计
方案一：电机皮带传动机构：电机作为动力源，通过皮带轮和皮带将动力传递至减速机。控制系统通过变频器或伺服控制器调节电机的转速、转向和启停，实现无极调速。皮带传动在此起到过载保护的作用，当遇到卡阻时皮带打滑，可防止电机和设备损坏。减速机将电机的高速旋转转化为低速大扭矩动力，驱动齿轮齿条或滚珠丝杆副，带动矫直机机架或压头沿移动距离和速度，并将数据反馈至PLC控制系统。控制系统将反馈值与目标位置进行比较，一旦到位，立即发出指令停止电机，从而实现压点的精确定位，定位精度可达±0.5mm。导轨精确移动。与此同时，安装在电机尾部或执行部件上的编码器/位移传感器实时检测。
图2.5电机皮带传动示例图
方案二：滚珠丝杠传动：控制系统由伺服电机作为执行元件，直接驱动滚珠丝杠旋转。丝杠的旋转运动通过螺母副转换为矫直机机架或压头沿直线导轨的精确直线移动。伺服驱动器接收来自PLC的位置指令，通过调节电机的转速、转角与转向，控制移动部件的启停、速度和方向。机构采用高精度编码器实时检测丝杠的实际旋转角度和位移量，并将数据即时反馈至控制系统。控制系统将反馈值与预设的目标位置进行比对，动态调整电机输出，形成全闭环控制。一旦移动部件精确到达指定压点，系统立即指令电机制动，定位精度可达±0.02mm以内。
图2.5滚珠丝杠传动示例图
方案对比：电机皮带驱动属于间接传动，电机通过皮带和减速机将动力传递至执行机构。其优势在于结构简单、成本较低，且皮带具有过载保护功能，遇到卡阻时可通过打滑防止设备损坏。但由于皮带存在弹性变形，其定位精度相对较低（约±0.5mm），响应速度较慢，适用于对精度要求不高的大行程移动或辅助机构，如长距离输送辊道。
滚珠丝杠传动则是伺服电机直接驱动丝杠旋转，通过螺母副将旋转运动转化为高精度直线运动。该方案传动效率高、无爬行、刚性极佳，配合编码器实现全闭环控制，定位精度可达±0.02mm以内，且启停和换向响应极快，非常适合主压头精确定位、伺服送料等核心矫直工序。但其成本较高，且无过载保护能力，对润滑和防护要求严格。
3．进度安排：
第1周：查阅相关文献资料，参考文献数量不低于10篇，其中外文文献不少于2篇，了解调直机工作的工作方式，了解目前调直机的应用情况。
第2周完成调直机总体技术方案设计及论证，撰写开题报告。
第3-5周：完成开题报告，开始完成调直机的相关设计的图纸，具体完成调直机结构设计，传动链设计，绘制总装配图、主要零部件图，折合不少于2张A0图纸工作量。
第5-6周：完成图纸的部分，撰写设计说明书的初稿。
第6-7周：完成毕业设计的所有部分，准备毕业设计答辩。
4．指导老师意见：
指导教师签名： 年 月 日
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