第二架1700冷轧机设计

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1 绪论

1.1 选题的背景和目的

1700四辊冷轧机是冷轧生产的主要设备。在冷轧机上,通过金属的塑性变形轧制生产出钢板和钢卷。用于汽车工业、造船工业，洗衣机、电冰箱和自行车的民需工业和电子工业等。

冷轧生产的产品对国民经济的发展起着很大的作用。轧钢生产用的冷轧机形式很多,用的比较多的是四辊冷轧机。主传动形式有工作辊驱动和支撑辊驱动。四辊平整机可采用单辊驱动。1700四辊冷轧机可生产宽度1550mm,厚度2～0.35mm的产品。轧制0.35的硅钢有一定困难,通常硅钢用八辊式二十辊生产。因为冷轧生产是在再结晶以下的生产,轧制过程中产生加工硬化,即钢板变硬强度很高。继续轧制变形困难,必须采取中间退火,轧制后成品退火,以保证它的机械性能。为了提高生产率和成材率,采用1700单机座可逆冷轧机、1700多机座连轧机。连轧机的生产效率高,投资大，但单位产量投资少,得到广泛的应用。单机座冷轧机投资少,在中小企业占有一定位置。

由于，1700单机座可逆轧机考虑生产中工作辊的稳定性。一般正向轧制压下量比逆向轧制压下量大。由于轧机采用可逆轧机所以需减速停止，反方向间歇时间长，生产率低。

选择1700冷轧机的设计目的，在1700冷轧机的基础上采用二重式冷轧机布置即二机座连轧机座。轧制时，第一次轧完后将钢卷用链式运输机返回，再进行第二次轧制，第三次轧制，一般可轧4道次和6道次。而轧机不反向，间歇时间少。又二机架连轧且采用正向轧制道次压下量大。这样轧制工作辊稳定性好，维修方便。因此，这次设计是二重式1700冷轧机组，只对1700冷轧机的设计，并对二机座的布置做一些说明。

1.2 冷轧机的国内外发展趋势

冷轧带钢生产的技术特点是宽厚比大，接近10000，轧制的重要特点是轧制压力大、波动大，而且影响因数多。由于轧制力波动大，导致轧机的弹性变形波动，引起板带厚度变化并影响平直等一些质量指标。因此降低带钢本身的变形阻力和变形摩擦阻力以减小轧制力是冷轧生产中的重要问题。多年来冷轧板带生产在逐渐解决这一问题出现了许多新技术，促进了冷轧机的发展，使产量得到了很大的提高。

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1.2.1 冷轧机的生产率极大的提高

由于轧制速度不断的提高，板卷大型化以及高度的自动化。1971年世界上投产了全连续式冷轧机，使冷轧机生产效率有了很大提高。以前在实际操作中的最高轧制速度，五机架为1500m/min，六机架为1800m/min。由于润滑油系统的进步并使用牛油为基本润滑油和循环给油方式是速度提高到2500m/min，单机架，可逆轧机达到1100m/min。为了进一步提高速度采用棕榈油的直接给油方式。 1.2.2 板卷大型化

近年来冷轧处理板卷重量显著增大，随着板卷大型化许多新型冷轧机钢卷单重比增加二倍以上。普遍由200～350KN增大到400～600KN。板卷外径也超过2500mm，单机可逆式轧机板卷重量由60～130KN增大到400KN。宽薄板轧机2032mm问世后，冷轧窄规格产品进行纵切也促进生产率的提高，处理板卷大型化、大直径化即提高产量和质量。

1.2.3 广泛采用液压压下装置

近年来，电动压下由于惯量大和压下螺丝动力传递速度低已经不适于高速轧机轧制过程的板厚控制。为此，对压下系统进行改进采用了液压压下。利用液压压下反映快的特点，通过控制回路调节，可控制轧机模数恒定。同时可根据轧制条件选用任意值造成连轧机前几架的硬控制，提高板厚精度。而成品架则控制好板形。液压压下另一个优点是保证安全，防止事故。 1.2.4 计算机控制的采用

对近代连轧机的高速、高产、优质的要求还在日益提高，但依靠原有操作技术的改善和提高这种要求已经达到极限。因此，今后解决的有利措施，只有依靠计算机控制。计算机控制有以下功能：轧制情况的监视和掌握，最初给定和轧制中给定的修正，小型控制环，如自动控制装置、张力控制速变效应补偿等的最佳状态。程序控制制成的管理资料等。实践证明，引入计算机后，操作质量可以稳定，并可减少事故和次品生产，可以大幅度减少操作人员，降低操作轧机所必要的熟练程度。另外，计算机管理信息适应性强和高级化。所以近代冷轧机采用计算机控制和管理。 1.2.5 向全连轧化发展

冷连轧机发展很快，六十年代前常规冷连轧机轧制速度小于1500m/min，卷重200～500KN，经改造后八十年代轧制速度已达2500m/min，卷重增到500～600KN，预计在

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不久的将来会出现酸洗同连轧机联合机组。现在，全连轧式冷轧机已经生产出宽度为1370～2080mm，厚度为0.15～3.2mm的冷轧板带。轧制速度在40m/s以上，特别是在自动换辊基本解决后，轧机利用率可达90%以上。 1.2.6 酸洗技术的发展

为了适应冷轧板带生产的发展，酸洗机组也进行了不断的改革，酸洗速度突破 30m/s，酸洗机组发展如下：

1、 提高机组产量的主要措施：减少尾部处理时间，将一些辅助工序消耗的时间尽量与前段的生产时间相叠加，以缩短辅助时间，提高生产能力。因此，某些高效率的酸洗机组采用双开卷，头尾设有保证连续的足够活套，两台圆盘剪，碎边剪和双卷取等措施从而提高生产质量和产量。

2、 采用拉伸矫直机，使带钢进入酸洗槽前对铁皮进行机械破碎和改善板型。这是因为带钢在前后张力条件下经过弯曲辊，受到拉力与弯曲作用，得到0.3%的拉伸。因而破碎了铁皮也平直了板型，从而大大缩短了酸洗时间。

3、 为了提高表面质量是决定机组产量、质量的主要因素，采用盐酸洗，使机组能力提高50%～60%，酸洗速度突破50m/s，基本与第一架轧机速度同步。盐酸酸洗比硫酸酸洗优点是：第一产品产量高质量好，板带表面光亮清洁，减少了轧机工作辊的磨损及消耗，延长了乳化液使用时间，可以提高镀层质量，并由于渗氢少改善了成品机械性能。第二金属损失少酸耗低，酸洗低碳钢金属损失可比硫酸少1.5～2N/KN，带钢回收装置的酸消耗可由12～14.5N/KN降低到1.8～2.5N/KN。 1.2.7 板型控制的发展

板型控制，六十年代靠辊型度和温度控制，现代板型控制增加液压弯辊控制。由于板型不规则主要轧材在宽变上延伸不一致造成的。而宽变上的不一致又于宽度上厚度不均有关。用液压弯辊是轧辊产生辊型，对板形修正收益很大，进年来，又采用移动轧辊位置的HC轧机和磨出不同辊型的CVC轧机。主要是改变轧辊不同位置，消除四辊轧机轧辊位置死区。轧辊移动位置和液压弯辊组合是控制辊型的最小办法。随着板型检测器的发展，是弯辊装置、板型检测组合，通过压力变换器，形成反馈实现板型控制自动化。

1.2.8 异步轧制

异步轧制是两个辊不同步，即轧制速度不一致的一种新的轧制方法。大大降低轧制

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力，从而采用最大压下量、减少道次、轧制极薄的产品很有利。

1.3 1700冷轧机的车间布置和生产工艺

1.3.1 冷轧机在冷轧车间的布置

1700冷轧机为例，年产量50万吨，生产普通及深冲用的低碳钢薄板和带钢卷。全厂由7条作业线和机组组成。连续酸洗机组两条，1700可逆式冷轧机组两个，平整机组一个，横切机组3条，纵切机组1条，罩式退火炉等。

1 盐酸洗组 2 盐酸洗组 3 1+4冷连轧机组 4 1250HC轧机 5 罩式退火炉 6 1700平整机 7 1700平整机（单辊驱动） 8 重卷机组 9 1700横切机组

图 1.1 1700冷轧机的冷轧车间的布置图 1.3.2 冷轧机的生产工艺

原料由热轧厂运来，用吊车往酸洗机组上料，酸洗机组作用是除磷去污垢、切边、检查缺陷，涂防锈漆，将小卷焊接成大卷。酸洗后的料，运到冷轧机组入口段，剥带开卷直头是进入轧机轧制4～5道次后，卸卷送往罩式退火炉退火以消除加工硬化，然后由平整机组平整，平整以小压下率进行第二次冷轧其作用使其平直，改变板带的机械性能。对冲压板经过小压下率平整后可在相关一段时间内保证不出现表面形成的冲压“滑移线”。平整后根据客户要求送到精整加工线剪切后包装入库。

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1.4 第二架冷轧机设计的内容和方法

1700冷轧机设计内容包括撰写设计说明书、图纸和译文三部分。其方法：现场调研、查阅、收集相关资料、文献和外文文献，了解生产工艺写出结论。分析1700冷轧机的结构特点和生产中存在的问题，进行局部改进制定设计方案。专业外文文献译成中文。对设计方案选择电机容量、主要零件设计计算。润滑方法选择、试车过程和控制要求。分析1700冷轧机环保、可靠性和经济评价。撰写设计说明书，用计算机绘制总图、部件图和零件图。打印说明书、图纸和翻译，进行评阅。

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L1?bmax?a

式中的a值视钢板宽度而定。当bmax=1000～2500mm时，a=150～200mm L1?bmax?a=1550+150=1700mm

在冷轧薄带钢轧机上，轧制压力很大。若工作辊直径过大，则弹性压扁值也大，以致无法轧出薄带。为此，工作辊最大直径还受被轧带材最小厚度的限制。 根据经验，D1?（1500～2000）hmin=（1500～2000）?0.3= 450～600mm 取辊身直径D1=500mm

工作轧辊辊劲尺寸d1和l1的确定

使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，辊径尺寸不能过大，一般近似地选

d1=（0.5～0.55）D1=250～275mm

取工作辊辊劲d1=260mm 辊劲长度l1=268mm

（2）支承辊主要尺寸 辊身直径D2和辊身长度L2。

由文献[2，表3-3]得

D2=2 则D2=1000mm 辊身长度L2=1700mm D1支承轧辊辊劲尺寸d2和l2的确定

d2=（0.5～0.55）D2=500～550mm

取支承辊辊劲d2=500mm 辊劲长度l2=236mm

由工作辊支撑辊辊径长和直径查[3，857-884]确定工作辊和支撑辊轴承如下 型号 d D B1 Cr Cor 极限转速 重量

工作辊轴承 352953×2 260 360 134 832 1350 530r/min 37kg 支撑辊轴承 3510/500 500 760 236 2780 4570 190r/min 289kg

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3.1.3 轧制力计算 1. 强化曲线

图3.1 强化曲线

2. 轧制压力 （1）第二道次 1）求Z：

根据文献[2，50～56]可知

l?R??h ?500?0.452 ?10.6mm hh0?h1m?2 ?1.35?0.92?1.125mm 查文献[2，52]表2-3 采用乳化液 即μ=0.05

3.5）

3.6） （（ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第13页

Z?(??l )2 （3.7）

hm ?(0.05?10.61.125)2?0.22

2）求Y:

C?R25090600?90600 ?*?0??1m?2

?307.5?230.6252?269.06MPa

由3.1.1得 ?s?768.75MPa

k?1.15??s

?1.15?768.75?884.06MPa

Y?2?C?(k??*m)?h m ?2?250090600(884.06?269.06)?.051.125 ?0.15 3）求X：

根据Z Y的值查[2，53]图2-25得 X=0.58 4）求Pm：

Pex?1m?(k??*m)(x) ?（884.06?269.06）（e0.58?10.58）

?833.47N

5）求P：

l'?x?hm?

3.8）

3.9） （ （ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第14页

?0.58?1.125?13.05mm

0.05 P?Pm?B?l' （3.10） ?838.47?1550?13.05 ?16.9?106N （2）第四道次

1）求Z：

根据文献[2，50～56]可知

l?R??h

?500?0.15 ?6.12mm 2hm??h0?h1 20.65?0.50?0.575mm 2查文献[2，52]表2-3 采用乳化液 即μ=0.05

Z?(?(??lhm)2

0.05?60122)?0.28

0.575R250 ?90600906002）求Y：

C?*?m??s0??s12

?375?267.75?321.375MPa

2由3.1.1得 ?s?892.5MPa

k?1.15??s

?1.15?892.5?1026.375MPa

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*Y?2?C?(k??m)?hm

?2?2500.05 ?(1026.375?321.375)?906000.575?0.34

3）求X：

根据 Z Y 4）求Pm： 5）求P： 的值查[2，53]图2-25得 X=0.87 P*ex?1m?(k??m)(x) ?(1026.375?321.375)(e0.87?10.87) ?1123.88N l'?x?hm?

?0.87?0.5750.05

?10mm P?Pm?B?l'

?1123.88?1550?10 ?17.4?106MPa

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3.2 轧制力矩的计算

3.2.1 轧辊的受力分析

图3.2 带张力轧制时四辊轧机轧辊受力图

3.2.2 轧辊力矩的计算

（1）第二道次

传动轧辊所需力矩为轧制力矩Mz，由工作辊带动支撑辊的力矩MR与工作辊轴承中摩擦力矩Mf1三部分之和， 即 MK?MZ?MR?Mf1

1）求轧制力矩Mz MZ?Pa （3.11） 式中 P——轧制力

a——轧制力力臂，其大小与轧制力作用点及前后张力大小有关

由文献[2，61]可知 当T0?T1时

a?T?T1D1 sin(???) ??arcsin022P 辽宁科技大学本科生毕业设计 第17页

式中 D1——工作辊直径

? ——不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角

? ——前后张力对轧制力方向影响的偏转角 ??arcsinT0?T1 2P?arcsin643443.75?321721.875 62?16.9?10 ?0.55?

由文献[2，65]可知 咬入角 ? ??arccos(1? 冷轧时 ???h0.45)?arccos(1?)?2.4? 2R500??0.3 ～0.45 得??0.95? ?D1sin(???) 2 a? ?500?sin(0.95??0.55?)?6.5mm 2 MZ?P?a ?16.9?106?6.5 ?109.85?106N·mm

2）求工作辊传动支撑辊的力矩MR MR?R?c （3.12） 由文献[2，62]可知 R?P?cos? （3.13）

cos(???) 式中 ?——工作辊与支撑辊连心线与垂直线夹角 ?——轧辊连心线与反力R的夹角 c——反力R对应的力臂 由文献[2，63]可知 ??arcsineD1D2?22?7?0.53?

5001000?22 辽宁科技大学本科生毕业设计 第18页

由文献[2，63] 可知 ??arcsin?2?mD22?arcsin0.2?0.75?0.11?

10002 由文献[2，60～61]可知轧辊轴承摩擦系数?取0.003 m取0.2 则轧辊轴承处摩擦圆半径 ?2?d2???250?0.003?0.75 2D1?sin? 2 由文献[2，63]可知 C=m?cos?? ?0.2?cos0.11??250sin0.11?

?0.68mm 将上述所求参数带入（3.13）式中R?P?cos?

cos(???)6cos0.55??16.9?10?

cos(0.53??0.11?)?16.9?106N

将上述所求参数带入（3.12）式 MR?R?C?16.9?106?0.68?11.492?106N·mm 3)求工作辊轴承的摩擦力矩Mf1

由文献[2，63]可知 Mf1?F??1 （3.14） 式中 F——工作辊轴承处的反力

当T0?T1时 F?R?sin(???)?P?sin? F?16.9?106?sin(0.53??0.11?)?16.9?106sin0.55? ?0.027?106N 则轧辊轴承处摩擦圆半径 ?1? ?d1?? 2260?0.003 2 ?0.39mm

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将计算所得参数带入公式（3.14）式中

Mf1?F??1?0.027?106?0.39?0.01053?106N·mm

MK?MZ?MR?Mf1 （3.15）

?109.85?106?11.492?106?0.01053?106

?121.35?106N·mm

（2）第四道次

1）求轧制力矩Mz MZ?Pa

由文献[2，61]可知 当T0?T1时

a?T?T1D1 sin(???) ??arcsin022PT0?T1 2P ??arcsin ?arcsin359677.5?207506.25 62?17.4?10?0.25?

由文献[2，65]可知 咬入角 ? ??arccos(1? 冷轧时 ???h0.15)?arccos(1?)?1.4? 2R500??0.35??0.45 得??0.55? ?D1sin(???) 2 a? ?500?sin(0.55??0.25?) 2 ?3.5mm

MZ?P?a?17.4?106?3.5?61.25?106N·mm

2）求工作辊传动支撑辊的力矩MR MR?R?c 由文献[2，62]可知 R?P?cos?

cos(???) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第20页

??arcsineD1D2?22?7?0.53?

5001000?220.2?0.75?0.11?

10002??arcsin?2?mD22?arcsin 由文献[2，60～61]可知轧辊轴承摩擦系数?取0.003 m取0.2 则轧辊轴承处摩擦圆半径 ?2?d2???250?0.003?0.75 2D1?sin? 2 C=m?cos?? ?0.2?cos0.11??250sin0.11?

?0.68mm R?P?cos?

cos(???)6cos0.25? ?17.4?10?

cos(0.53??0.11?) ?17.4?106N

MR?R?C?17.4?106?0.68?11.832?106N·mm

3)求工作辊轴承的摩擦力矩Mf1 由文献[2，63]可知 Mf1?F??1 式中 F——工作辊轴承处的反力

当T0?T1时 F?R?sin(???)?P?sin?

F?17.4?106?sin(0.53??0.11?)?17.4?106sin0.25? ?0.12?106N 则轧辊轴承处摩擦圆半径 ?1?d1260?? ??0.003 ?0.39mm 22

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查文献[5.61]可知E?2.1?105MPa G?80?103MPa a=1936mm, b=l=1700mm, c=118mm; 将以上参数代入（4.4）式

17.4?106f1?18.8?2.1?105?10004 =0.197mm

4????1000????3233??1???8?1936?4?1936?1700?1700?64?118???????500?????4.4 机架的计算

4.4.1 机架的主要尺寸的确定

机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。在闭式机架中，机架窗口宽度应该稍大于轧辊最大直径，以便换辊。机架窗口示意图如4.4所示

图4.4 机架窗口示意图

结构尺寸取值参照国产1700冷轧机机架窗口尺寸，窗口尺寸取值如下：

窗口宽： B?1360mm 高 度： H?5000mm

参照国产1700精轧机，机架横梁和立柱取值如图4.5所示

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a 横梁断面 b 立柱断面

图4.5 机架横梁和立柱尺寸

机架的立柱面积A2?630?720?453600mm

4.4.2 机架的受力分析

图4.5 矩形自由框架弯曲力矩图

4.4.3 机架的强度校核 （1）惯性矩的计算 立柱

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由图5-2所示

bh3630?7203I2???19596?106mm4

1212横梁

由文献[6，375]可知截面形心位置Zc Zc??F?Z?Fiii （4.5）

由图5-1所示将各参数代入（4.5）式中

Zc?1000?1520?500?595?760?297.5?450?405?797.5 1000?1520?595?760?405?450 =543mm

由文献[6，381]可知惯性矩I Iy?13 bh?Aa2 （4.6）

12?5953?7601520?1000322?I1??1520?1000?543?500????760?595?543?297.5?? 1212??

?450?40532????450?405543?797.5 -??

12?? =190978?106mm4 （2）截面系数的计算

1）横梁内侧

I1190978?106?3.52?108mm3 Wn1??b543横梁外侧

I1190978?106Wa1???4.18?108mm3

a4572）立柱内侧

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Wn2I219596?106???27.2?106mm3 h720立柱外侧

Wa2（3）强度计算

机架材料选用ZG340-360 ?b?360MPa 因为 [?]?I219596?106???31.1?106mm3 b630?bn n—安全系数 取n?10~15

360?24~36MPa

10~15所以 [?]??bn? 1）由文献[2，160]可知 如果假设上下横梁惯性矩相等，即I1?I3时，则力矩M1为

l1l?2Rl2II2 M1?1?1 （4.7）

ll41?2I1I219005000?8.7?106?19002?190978?10619596?106 ??190050004?190978?10619596?106mm ?4055.6?106N·

由文献[2，161]可知机架横梁内侧的应力?n1和外侧的应力?a1为 ?n1??M1 （4.8） Wn14055?106?11.52MPa???? ?352?106?a1?M1 （4.9） Wa14055?106?9.7MPa???? ?满足要求 ?418?106 辽宁科技大学本科生毕业设计 第30页

2）由文献[2，160]可知 立柱上的弯矩M2为 M2?R?l1 ?M1 （4.10）

48.7?106?1900 ?mm ?4055?106?77.5?106N·

4由文献[2，161]可知机架立柱内侧的应力?n2和外侧的应力?a2为 ?n2?MR?2 （4.11） 2F2Wn28.7?10677.5?106??12.44MPa???? ?2?45360027.2?106 ?a2?MR?2 （4.12） 2F2Wa28.7?10677.5?106??7.25MPa???? ?62?45360031.1?10 ?满足要求

图4.6 闭式机架中的应力图

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4.4.4 机架的刚度计算

机架的弹性变形时由横梁的弯曲变形和立柱的拉伸变形组成的。由于横梁的断面尺寸较横梁的长度来说是较大的，在计算横梁的弯曲变形时，应该考虑横向切力的影响。

因为在变形过程中，支承辊与工作辊变形弯曲相等，支承辊的辊径比工作辊的辊径大的得多，支承辊比工作辊受到的弯曲力矩大得多，因此在计算过程中只计算上，下大支承辊的变形。

由文献[2，163]可知 f3?f3??f3?? 式中 f3?--为弯曲力矩引起的变形 f3??--为切向力引起的变形

由文献[2，163]可知 fl21?Rl1M3??EI??24?2?4?? 1式中 E—机架材料的弹性模数，取E?2.0?105MPa

19002 f?8.7?106?190077.5?1063??2.0?105?190978?106?????24?4??0.0063?mm 由文献[2，163]可知 f3???kRl12GF 1式中 G—机架材料的剪切弹性模数，取G=79.4?103MPa k —横梁的断面形状系数，对于矩形断面，系数k为1.2

f8.7?106?19003???1.2?2?79.4?103?885550?0.14mm 将f3?和f3??带入（4.13）式中

f3?0.0063?0.14?0.1463mm 对于钢板轧机，机架允许变形[f3]为

冷轧机 [f3]=0.4 ～0.5mm 总变形f3?[f3]，所以机架刚度符合要求。

4.13）4.14）

4.15） （ （（ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第32页

4.5 万向接轴的计算

4.5.1 扁头的计算

月牙型滑块作用在开口式扁头上的负荷近似地按三角形分布（图4.7所示）。因此，

1合力的作用点位于三角形的面积形心，即在离断面边缘b处。当万向接轴传递的扭转

3力矩为M时，合力P为

P?M2b0?b3 （4.16）

式中 b0——扁头总宽度；b0?450mm；

b——扁头一个分支的宽度；取b?165mm。

图4.7 开口式扁头受力简图

MK?121.35?106N·mm

121.35?106?0.35?106N 将已知参数带入（4.16）式中 P?2450??1653当万向接轴倾斜角为?时，由图4.6可求出力臂x为

2 x?0.5(b0?b)sin ??x1 （4.17）

3式中 x1——万向接轴铰链中心至断面Ⅰ-Ⅰ的距离，取x1?20

一般取??5?

辽宁科技大学本科生毕业设计 第33页

2则 x?0.5(450??165)sin5??20?34.82

3根据以上分析，端面Ⅰ-Ⅰ承受弯曲应力和扭转应力，计算应力?j可按以下经验公式计算

?j?1.1M2(b0?b)bS23?b2?23x?9x?()? （4.18） ?6???式中 S——扁头的厚度。

?——计算矩形断面抗扭断面系数时的转化系数，它决定于矩形断面尺寸b与S之比，可按[2，226]表7-3选取。 代入经验公式（4.18）得

1.1?121.35?106?j?2(450??165)?160?12023??16022)??24.166MPa ?3?34.82?9?34.82??(6?0.278??b160??1.33由线性插值法得：??0.278 S120接轴材料选用40Cr，其强度极限[?]?163.3MPa

?j?[?]

?扁头强度条件满足

4.5.2 叉头的强度计算

叉头最大应力点的主应力数值，决定于万向接轴倾斜角?和叉头堂孔直径与叉头

d外径的比值(),其计算应力?j为

D?j?35式中 d——叉头镗孔直径； D——叉头外径；

MD1.25 ()?K （4.19）3D?dD K——考虑万向接轴倾斜角?的一个系数，可根据倾斜角?由[2,227]图7-21查找可知 K?1.14

一般采用比值(d)=0.5，此时，计算应力?j为 D

辽宁科技大学本科生毕业设计 第34页

?j?27.5M (2.5K?0.6) （4.20）

D3121.35?106?27.5(2.5?1.14?0.6)

4503?126.343MPa

由文献[2，230]可知万向接轴的许用应力???为

?????bn （4.21）

?980?163.3MPa 6式中 ?b——材料的抗拉强度；

n ——安全系数，最小安全系数不应小于5； ?j?[?]

?叉头强度条件满足

轴体的强度计算 根据万向接轴倾斜角?的大小，轴体扭转应力?可分别按以下经验公式计算：

[?]?0.6[?]?0.6?163.3?97.98MPa

当?>4?时 ??5M(1?sin?) （4.22） 3d05?121.35?106(1?sin5?)?

2003?82.453MPa?[?]

?强度条件满足

4.6 齿轮座的计算

齿轮采用一对硬齿面人字齿轮，人字齿具有较大的承载能力。且具有恒速作用。 已知输入功率P1?4000KW，转速n1?180r/min，齿数比u=1,由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制。 1. 选精度等级、材料及齿数

辽宁科技大学本科生毕业设计 第35页

（1）材料及热处理。可知选得齿轮的材料均为9Cr2W,并经调质及表面淬火，齿面硬

度为45～65HRC。

（2）表面淬火，齿轮变形不大，故精度等级选择7。 （3）初选齿数30，初选螺旋角??20?。 2. 按齿面接触强度设计 d1t?3（1）确定公式内的计算数值

1) 因大、小齿轮均为硬齿面，故宜选择稍小的齿宽系数，现取?d?0.8。 2) 由文献[7，201]表10-6可知弹性影响系数ZE?189.8MPa 3) 由文献[7，210]图10-21e可知查得?Hlin1??Hlin2?1300MPa。 4) 由文献[7，206]公式可知应力循环次数。

N1?N2?60n1jLh?60?180?1??2?8?300?15??7.78?108

122KtTtu?1ZHZE2?() （4.23）

??H??d??u5) 由文献[7，207]图10-19可知接触疲劳寿命系数KHN1?KHN2?0.93 6) 计算接触疲劳许用应力（失效概率1%，安全系数S=1） ??H?1? ??H?2?KHN1??Hlin1?0.93?1300?1209MPa SKHN2??Hlin2?0.93?1300?1209MPa

S??H??(??H?1???H?2)/2?1209MPa

7) 试选载荷系数Kt?2。

8) 由文献[7，217]图10-30选可知选取区域系数ZH?2.37 9) 由文献[7，215]图10-26可知查得??1?0.76 ，??1?0.76 则?????1???2?1.52 （2）计算齿轮的转矩

辽宁科技大学本科生毕业设计 第41页

6 试车方法和对控制的要求

6.1 试车要求

(1) 试车前应详细检查，不得有卡住现象。 (2) 试车前按图纸进行润滑，不得有漏油现象。

(3) 试车时应从低速开始试车，试车速度分别以0.5m/s、1 m/s、1.5 m/s、2 m/s、2.4 m/s五种速度(指剪切速度)进行试车。试车时，要对轧辊在起动、加速、制动和行车各阶段中的速度和轧辊位置进行测定，不得有异常现象，试车正常可交付使用。 (4) 试车前要把安装、检查工具和影响试车的构件拿开，试车后要清扫现场。 (5) 试车次数不少于10次。

6.2 对控制系统的要求

(1) 主传动系统安装保护措施由电流控制。

(2) 系统制动由电机反接制动和制动器制动共同作用。

辽宁科技大学本科生毕业设计 第42页

7 设备的环保可靠性和经济评价

7.1 设备的环保

在轧制过程中，轧辊需要冷却，用水冷水量很大，为此将流出的污水进入过滤水池，

经过水处理后再循环使用。为防止磨损等原因降低了设备的使用寿命。为此对设备加强维护、清扫灰尘和油污，使设备表面光亮满足环保要求。 降噪：在轧机及剪切机等处设置消音装置，降低噪音。

除尘：及时清理，分类处理轧钢设备在轧制过程中产生的灰尘。

废物处理：乳化液及废水回收再利用，将冷却用水经过简单的处理输入供热管道，用于供暖。废钢回收再利用，用于炼钢及设备强度不高的机加工。

7.2 设备的可靠性

7.2.1 平均寿命

平均寿命即平均工作时间，是设备工作时间随机变量的期望值，由文献[9，16]公式 t??R(t)dt (7.1)

0??式中 R(t)--可靠度函数，通常设备可靠度函数为R(t)?e??t ? --设备失效率，设备是效率曲线为盆曲线，如图7.1所示

图7.1 失效率曲线

从图中可知，正常工作时?为常数，所以 t??e??tdt?0??1? (7.2)

设备失效率：??2.5?10?4h?1 ，则 t?

?1??1?4000h

2.5?10?4 辽宁科技大学本科生毕业设计 第43页

7.2.2 机械设备的有效度

设备从开始工作到发生故障（可靠性的问题），从发生故障后进行修复（维修性问题），

把两个阶段中可靠性和维修性结合起来，用一个尺度来评价设备生产中有效的工作程度，即机械设备的有效度。 由[10.9]公式

A?MTBF?100%MTBF?MTTR （7.3）

式中 A——设备有效度

MTBF——平均故障间隔期（可靠度）即平均工作时间 MTTR——平均维修时间（维修度）即平均故障时间

设备工作时间8000h,可能发生8次故障，每次处理故障时间平均10h，检修时间400h。

MTBF?8000?1000h 81200?8?10MTTR??250h

81000A??100%?80%

1000?2507.3 设备的经济评价

7.3.1 投资回收期

由文献[11，40]投资回收期公式为

Pt?[累计净先进流量开始出现正值年份数]?1?[上年累计净现金流量的绝对值]当量净现金流量 （7.4）

其简化式由[11，41]可知

Pt?k0 （7.5） HmPc?Pt 投资可行

式中 k0 ——总投资额 Hm——年平均净收益

辽宁科技大学本科生毕业设计 第44页

Pc ——基准投资回收期 设备投资收益见表7.1

表7.1 收益经济表 单位：万元 时间（ 年） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 投资 4000 3000

年净收益 1000 2000 3500 4000 5000 5500 6000 7000 累计净收益 -4000 5000 -3000 -500 1000 6000 8000 18000 23000 32000 Pt?5?1?500 3500 =4.14年

由文献[11，41]查得，重型机械Pc?17年 Pt?Pc，方案可行 Hm?1000?2000?3500?4000?5000?5500?6000?7000

107000?2.06年 3400 =3400万元

Pt?7.3.2 盈亏平衡分析

这是一种最常用的经济分析方法。其基本原理是假设一项设备投资方案实施后，其产品的产量等于销售量；销售收入和总成本均为产量的函数；在盈亏平衡点上，总收入等于总支出。

销售收入与产量的关系，由文献[11，64]可知销售收入S

S?PQ

式中 P--价格

Q--产量

总成本费用与产量的关系，总成本费用C C?B?VQ 式中 B--固定成本

V—单位产品可变费用

辽宁科技大学本科生毕业设计 第45页

S?C Q?Q0

Q0?B （7.6） P?V冷轧厂年生产钢材80万吨，每吨价格8000元，生产钢材固定成本费用80万元，每吨钢材可变费用6500元，则平衡点产量 Q0?

80?50万吨 8?6.4Q050?100%??100%?62.5% 满足要求 Q80盈亏图绘制如图（7.2）

年产量80万吨，固定成本费用80万元，可变成本费用为80?6.4?512万元，销售收入为80?80?640万元，年利润I

I?A-C?640?80?512?48万元

图7.2 盈亏平衡图

7.3.3 设备经济寿命计算

设备是可修复设备，随着一次次年修，它的性能总是逐渐下降，劣化费用逐年增加，若不计残值，可采用低劣化数值法计算设备合理更新周期，因为年低劣化增加值逐年增加，如维护和修理费用，燃料动力费用超额支出，合理使用周期为 T?2K0?

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