3500中厚轧机设计毕业设计论文 - 图文

摘 要 摘 要

现代板生产工艺在四辊可逆轧机中成为主要的机型，其工作原理是使工件通过2个相对旋转的轧辊产生加工压力，产生塑性变形。针对现有济钢和首钢3500中厚板轧机，通过辊系的微尺度等效杆系分析，消除普通四辊轧机暴露出的一些弊端，设计较高性能的四辊可逆式3500轧机；选择计算轧机的力能参数，设计轧机结构，计算主要结构参数。

本次设计对四辊可逆轧机主传动系统进行设计分析，研究，计算，阐述了板轧机的历史发展以及国内外轧机的发展，确定坯料、轧制特点、主传动机构的组成、机架形式、轧制速度、轧辊的结构特点、轴承形式、润滑形式及经济性和环保性。首先对主传动系统力能参数进行了计算，包括轧制力、轧制力矩和主电机功率的计算及校核，其次是主要零件强度的计算，如轧辊、轴、轴承、机架。然后对系统的润滑进行分析和讨论并对本次设计中的经济性和环保性进行了详细的分析和论述。最后进行了数据的整合。 关键词 中厚板；闭式机架；轧辊；轧制力

I

Abstract Abstract

Modern plate production technology in four roller reversible rolling mill become the main models, the working principle is to make the workpiece through the 2 relative rotation of the roller to produce processing pressure, produce plastic deformation. In view of the existing Jinan Iron and steel and Shougang 3500 plate mill, through and micro scale equivalent linkage analysis, eliminate the common four rollers mill exposed some drawbacks, design high performance of four roller reversible of 3500 mill; selection and calculation of rolling force and energy parameters, design the structure of the rolling mill, main structure parameters.

The design of four high reversible rolling mill main drive system design and analysis, study, calculation, expounds the plate mill of historical development and rolling mill at home and abroad development, determine the structural characteristics of blank, rolling characteristics, the main transmission mechanism composition, mount, rolling speed, roll, bearing, lubrication form and the economy and environmental protection. First, the main drive system parameters were calculated, including rolling force, rolling torque and the main motor power calculation and check, followed by the main parts of the calculation of strength, such as roll, shaft, bearing, rack. Then the lubrication of the system is analyzed and discussed, and the economic and environmental protection in this design are analyzed and discussed in detail. Finally, the integration of the data is carried out. Keywords plate,rolling: rolling force,:rolling mill

II

目 录 目 录

摘 要............................................................................................................................ I Abstract....................................................................................................................... II 第1章 绪论.................................................................................................................. 1 1.1 中厚板轧机类型及发展 ..................................................................................... 1 1.2 国内外轧钢机械的发展状况 ............................................................................. 2 第2章 轧机主传动方案及基本参数.......................................................................... 6 2.1 轧机主传动方案设计 ......................................................................................... 6 2.2 基本参数 ............................................................................................................. 8 2.2.2 轧辊形状及尺寸的确定............................................................................... 9 2.2.3 轧辊传动端及轧辊速度的确定................................................................. 10 第3章 轧制力能参数................................................................................................ 12 3.1 轧制过程变形区及其参数 ............................................................................... 12 3.2 轧机的负荷图及电机功率 ............................................................................... 17 第4章 轧辊校核........................................................................................................ 21 4.1 强度校核 ........................................................................................................... 21 4.2 工作辊与支撑辊间的接触应力 ....................................................................... 22 第5章 滑动轴承、机架校核.................................................................................... 25 5.1 滑动轴承校核 ................................................................................................... 25 5.2 机架校核 ........................................................................................................... 27 5.3 机架应力及变形校核 ....................................................................................... 33 第6章 可行性分析.................................................................................................... 36 6.1 经济可行性分析 ............................................................................................... 36 6.2 环保性分析 ....................................................................................................... 37 结 论.......................................................................................................................... 39 参考文献...................................................................................................................... 40 谢 辞.......................................................................................................................... 41

III

第1章 绪论

中厚板板轧机是用于轧钢设备的轧钢设备，在国民经济各部门都有广泛的用途。它主要用于制造运输工具（如汽车、拖拉机、船舶、铁道车辆、航空航天机械等）、钢铁机械部件，如各种储存容器、锅炉、桥梁等工业结构件、管道和一般机械产品。

1.1 中厚板轧机类型及发展

生产中板的轧机型式很多。根据框架主体分类,可以分为两个滚筒,四辊、复合,几种通用类型。框架布局来分类,可分为单站、并列式和柱式、等的规格一般板轧机名义长度根据工作辊辊表面,如2300毫米,2300毫米和5500毫米。当前世界最大的一个是5500毫米轧机。像其他轧机,板轧机包括工作基础和传动装置,框架主要包括轧机机架、轧辊系统,平衡系统,压力装置,换辊装置。传动装置组成,大型电机和缓慢,由于汽车生产技术的发展在现代板轧机通常由电动机直接驱动。

轧机的产生和发展经历了数百年,十九世纪中叶美国开始使用三辊劳特中板轧机,进入1950年代后,中国建立了20多套三辊劳特式轧机用于中板生产。从1980年代开始,每个企业技术改造,用四辊可逆式中厚板板轧机取代。经历了一百年的三辊劳特式轧机退出了历史舞台。四辊可逆式成为现代板生产的主要模式,主要是由于大型直流电机和控制系统制造技术的发展,解决了可逆式轧机的拉高扭矩。近30年来,大功率变频技术的发展和轧机传动取代了直流系统。历史,曾经蒸汽机往复轧制电力拖动钢铁厂。早在1890年,中国的2450毫米板轧机的蒸汽引擎驱动。从汉口机搬到重庆在抗日战争期间,自1980年代以来一直运行,使用了百年之久。

在现代中厚板板轧机越来越倾向于大型化、自动化,以满足钢板的需求控制轧制技术,可以生产高强度合金板。电子计算机的应用使得磨机提高了自动化程度,制板厂普遍采用液压AGC(钢板厚度自动控制系统),中厚板精度,提高生产效率。

随着市场经济的发展,追求高质量、高品种、高效益厚板轧机将成为未来的发展方向,与宽厚板为主,高强度,提高轧制力和主传动电动机的容量,改革与革新的重点是:

（1）为了保证一致性的板坯加热、轧制钢板的尺寸和性能均匀,新建的加热炉都采用步进式加热炉

1

第2章 轧机主传动方案及基本参数 速度小于200～250r/min，也不使用减速电机和低速电机的使用，在主传动方式选择的综合视图更为合适。

2、连接轴：可逆轧钢机电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的，在横列式轧机上，一个工作机座的轧辊传动另一个工作辊机座的轧辊，也是通过连接轴传动的。本次设计的连接轴采用万向接轴。

3、轧辊：轧辊是轧钢机械的主要部件，本次设计的为板型轧机轧辊，其辊身呈圆柱形，有事，热轧板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型；冷轧机轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好板型。

4、机架：由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置，需有足够的强度和钢度承受轧制力。机架形式主要有闭式和开式两种。闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度，主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。开式机架由机架本体和上盖两部分组成，便于换辊，主要用于横列式型材轧机。 5、齿轮座：由两个或三个直径相同的人字齿轮组成的齿轮箱，它不改变转数，只用于将运动和力矩均匀传递给各个轧辊

6、轧辊轴承：支承辊和保持架固定位置。重载和滚动轴承的变化很大，所以轴承的摩擦系数很小，有足够的强度和刚度，并促进轧辊的变化。不同类型轧机轧辊轴承的选择。滚动轴承刚度较大，摩擦系数小，承载能力较低，在带钢轧机工作辊上采用大尺寸的外形。有2种半干滑动轴承摩擦和摩擦。半干摩擦滚子轴承主要含铜、尼龙、胶木瓦、更便宜、更形象。动态压力，静压力和静压力的液体摩擦轴承三。摩擦系数小、承载能力大、速度快、刚度高，缺点是油膜厚度和速度的变化。带轧机轴承滚子与其它高速轧机的液摩擦轴承。

7、换辊装置: 提高操作效率,轧辊变化迅速和方便。滚动变化意味着C形钩类型,套筒,汽车类型和机架四辊类型。在使用卷之前改变起重机辅助操作在两个方面,和机架辊改变需要有两套住房,这个方法对小型轧机。汽车换辊适用于大型工厂,这有利于自动化。目前,在轧机采用快速自动换辊装置,只在一卷5 ～8分钟。

8、轧辊调整装置：用于调整辊缝,使轧件的断面尺寸。辊调整设备上也被称为“压下装置”,有手动、电动和液压。手动轧机和小型轧机压下装置多用在概要文件。包括电动压下装置的电动机、减速器、制动器、按下螺丝,螺母在压力下,位置指示器,球面垫和压力表等部分,其传动效率低,移动部件的转动惯量,反应迟缓,调整精度低。使用自70年代以来,板带轧机AGC(自动测量控制)系统,一个新的带冷热轧机和厚板磨机采用液压压下装置,具有小板的厚度偏差和产品合格率高。9.上轧辊平衡装置：用于升降辊,防止辊轧件在进入或离开,影响设备。形式有:弹簧、多功能概要轧机;重锤类型,常用在初轧机轧辊的大量移动;在四辊

7

第2章 轧机主传动方案及基本参数 轧板机液压多用。

9、轧辊调整装置：用于调整辊缝,使轧件的断面尺寸。辊调整设备上也被称为“压下装置”,手动、电动和液压。手动轧机和小型轧机压下装置多用在概要文件。包括电动压下装置的电动机、减速器、制动器、压力螺丝,螺母,却背负着沉重压力位置指示器,球面垫和压力表和其他部分;其传动效率低,移动部件的转动惯量大,反应迟缓,调整精度低。使用自70年代以来,板带轧机AGC(自动测量控制)系统,一个新的带冷热轧机和厚板磨机,液压压下装置采用小板厚度偏差和产品合格率更高。

2.2 基本参数

2.2.1 材料选取

a、坯料选取

选择合适的原料规格是保证钢板优质高产的基础。原料的选择一般以连铸板坯为主，趋向于全连铸化，连铸比达95%以上，除特厚或者特殊要求小批量的产品，仍采用大扁钢锭、锻压坯外，一般均采用连铸坯作原料。

b、坯料尺寸

原料的外形尺寸有长度、宽度、厚度。原料几何形状设计主要与原料的生产方式、轧制钢板的尺寸有关。它关系到中厚板的生产方式，直接影响着轧机的效率、钢板的成材率和力学性能。其原则是：原料的厚度尺寸通常在保证钢板压缩比的前提下，应尽可能小，以减少轧制道次，提高轧制效率。一般用途下压缩比为：6～8；重要用途下压缩比为：8～10。

原料宽度的确定主要取决于原料的生产设备，目前中厚板厂用的连铸板坯的宽厚比在7～9之间。

原料长度的确定主要取决于轧钢加热炉的宽度和轧机机前、机后等有关设备的间距。

综上所叙对原料选取如表2-1。

连铸坯 坯料 钢板

表2-1 原料尺寸表

宽 厚 280mm 3300mm

35mm 5mm

长 2200mm 8000mm

c、轧辊材料

常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。

1、合金锻钢，用于轧辊的合金锻钢，在我国“国家标准”中已有规定，

8

第2章 轧机主传动方案及基本参数 GB/T13314-1991标准中列出了热轧轧辊和冷轧轧辊用钢。

2、合金铸钢，用于轧辊的合金铸钢种类尚不多，没有统一标准。 3、铸铁，铸铁可以分为普通铸铁、合金铸铁和球磨铸铁。

设计充分考虑了经济性的要求，选择铸造轧辊。铸造轧辊采用离心铸造工艺，离心铸造时，金属液在离心力的作用下凝固，其组织致密细化，大量的渗碳体分布状态得到改善，可以减少裂纹源和裂纹通路，而且可以以铸造辊身层与轧辊芯轴两种不同材质的复合轧辊。进而查资料得到离心铸铁的密度为7.8g/cm3。

2.2.2 轧辊形状及尺寸的确定

a、轧辊形状

轧辊由辊身，辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置吧轧制力传递给机架。轴头和联接轴相连，传递轧制扭矩。轴头有三种类型：梅花轴头，万向轴头，带键槽或圆柱形轴头。

本次设计采用万向轴头的轧辊。 b、轧辊轴承及轧辊尺寸 1、轧辊轴承

轧辊轴承主要类型为滑动轴承和滚动轴承：

轧辊上实用的滚动轴承主要是双列球面滚子轴承，四列圆锥滚子轴承及多列圆柱滚子轴承。滑动轴承主要是半干摩擦与液体摩擦两种。充分考虑到滑动轴承承载能力相对较大，本次设计采用滑动轴承。

2、轧辊尺寸

板带轧辊的L=3500mm四辊轧机的辊身长度L确定以后，可根据参考资料?3?确定工作辊直径D1和支撑辊直径D2。

L/D1?2.1D2/D1?1.5轧辊辊颈尺寸d和l的确定

D1?1667mm

L/D2?1.4→D2?2500mmD2/D1满足常用比值1.3～1.5对于使用滑动轴承的轧机，其系数列于表2-2。 选择中厚板的数据可得：

轧机类型 初轧机 开坯和型钢轧机 二辊型钢轧机

表2-2 使用滑动轴承时轧辊尺寸参数

l/d d/D 0.55～0.7

0.55～0.63 0.6～0.7

9

r/D

0.065 0.065 0.065

1.0 0.92～1.2 1.2

第2章 轧机主传动方案及基本参数 小型及线材轧机 中厚板轧机 二辊薄板轧机

0.53～0.55 0.67～0.75 0.75～0.8

1+（20～30mm）

0.83～1.0

0.8～1.0

0.065 0.1～0.12 r=50～90mm

d1/D1?0.70d2/D2?0.70l1/d1?0.92l2/d2?0.92r1/D1?0.11r2/D2?0.11→

d1?1166.9mmd2?1750mml1?1073.548mml2?1610mmr1?183.37mmr2?275mm

2.2.3 轧辊传动端及轧辊速度的确定

a、轧辊传动端尺寸

轧辊传动端为：梅花轴头、万向轴头等。本次设计采用万向轴头，其结构尺寸简图如图2.1。

图2.1 万向轴头

D1?D?(5~15)mm （2-1）

S?(0.25~0.28)D1 （2-2） a?(0.50~0.60)D1 （2-3） b?(0.15~0.20)D1 （2-4）

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c?(0.50~1.0)b (2-5) 计算结果如下：

D工?D1?10?1657mmD支?D2?10?2490mma工?0.55D工?911.35mmb工?0.17D工?281.69mm

c工?0.7b工?197.18mma支?0.55D支?1369.50mmb支?0.17D支?423.30mmc支?0.7b支?296.31mmL总功?a工?b工?c工?3500?4890.22mmL总支?a支?b支?c支?3500?5589.11mm

b、轧辊咬入、抛出速度、平均速度及平均变形速度的确定

确定原则：获得较短的道次轧制节奏时间，保证轧机顺利咬入，便于操作和适合于主电机的合理调速范围。目前，可逆式中的中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在10~20r/min和15~25r/min范围内选择。本次设计选用的咬入和抛出转速为：ny?15r/min、np?20r/min。

平均转速：(ny?np)/2?17.5r/min 平均速度：vm?πnmD1/60?1527.5mm/s

2vm平均变形速度：?m?

?hR1H?h?14.5

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第3章 轧制力能参数 第3章 轧制力能参数

3.1 轧制过程变形区及其参数

图3.1 轧制变形图

h0、h1??轧制前、后轧件高度，mm hm??轧制前后轧件的平均高度，mmhm?h0?h1?20mm 2 ?h??压下量，mm?h?h0?h1?30mm

?b??宽展量，mm?b?b0?b1

L0、L1??轧制前、后轧件长度，mm

???咬入角，cos??1??h D1 l??接触弧水平投影长度，mm,可近似认为l?R1?h?64.5mm

???临界角

???相对压下量???h?0.86 h02??0.57 3 ?m??变形区中平均变形程度，?m? 12

rm??真实平均变形程度，rm?ln1?0.85 1??m1、轧制时接触弧上影响单位压力的因素

a、影响金属塑性变形阻力的因素：金属化学成分和组织的影响、变形温度的影响、变形速度的影响、变形程度的影响、加工历史的影响。 b、变形阻力的确定：

???0KtKuKr (3-1) 式中?0--基准变形阻力，即变形温度t?1000℃、变形速度??10s?1、变形程度

??40%时的变形阻力。

（A?BT）,T?℃时，Kt?1Kt?eKt--变形温度影响系数，当t?1000t?273 1000?C?DT（） Ku--变形速度影响系数，当??10s?1时，K??1，Ku?10Kr--变形程影响系数，当真实平均变形程度

rmNr)?（E?1）m。 0.40.4rm?40%时，Kr?1，Kr?E(其中A,B,C,D,E,N系数见表3-1

表3-1 各钢种变形阻力公式系数值

钢种 08F

Q235A 20 45 09Mn2 16Mn 16MnNb 20Cr 12Cr2Ni4A 38CrMoAlA 25Cr2MoVA 1Cr18Ni9Ti

A 4.312 3.665 3.321 3.539 3.449 3.466 3.367 3.174 3.656 3.934 3.858 2.874

B -3.387 -2.878 -2.609 -2.780 -2.710 -2.723 -2.645 -2.872 -2.872 -3.091 -3.031 -2.258

C -0.532 -0.122 -0.133 -0.157 -0.173 -0.220 -0.129 -0.220 -0.220 -0.217 -0.065 -0.374

D 0.513 0.186 0.210 0.266 0.225 0.254 0.181 0.253 0.253 0.254 0.127 0.52

E 1.879 1.402 1.454 1.370 1.678 1.566 1.467 1.703 1.703 1.498 1.510 1.277

N 0.589 0.379 0.390 0.342 0.194 0.466 0.402 0.527 0.527 0.426 0.441 0.323

?0/MPa 138.9 151.2 155.8 162.1 165.4 159.9 167.4 169.3 169.3 183.9 176.3 229.2

℃，Kt?1??293.51MPa 便于简化计算这里取t?1000a、轧制时接触弧上平均单位压力 平均单位压力可写成下列一般形式：

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第3章 轧制力能参数 pm?n?k?n,?n,,?n,,,?k (3-2) 式中

n???应力状态影响因素

n,???考虑摩擦对应力状态的影响系数

n,,???考虑外区对应力状态的影响系数

n,,,???考虑张力对应力状态的影响系数

在大多数情况下，主要计算的是n,?，常用的方法主要有;基于卡尔曼单位压力微分方程的采利柯夫方法、R.B.西姆斯方法等。

本次设计对于上述方法参考大量书籍进行简化，参考了各类轧机轧制特地及其适用的平均单位压力计算方法：

pm?n,,?nBn1k?1.15n,,?nBn1? (3-3) 由于热轧机宽度较大，可以近似认为是平面应变情况，此时nB=1

由于本次设计以一道次进行的，此时尺寸系数n1?1

其中n,,??(l?0.4)?0.625 hmpm?n,,?nBn1k?1.15n,,?nB?211.2N b、轧制总压力与轧辊传动力矩 a、轧制总压力

P?pmF

P?pmF?24384096NF? （3-4） b?bb0?b1→

mm2lF?01l?11545522其中

P??轧制总压力

F??接触面积b0、b1??轧制前后轧件的宽度

l??接触弧长度的水平投影

注：对于轧制中厚板、板坯、方坯以及异形断面轧件一般不考虑轧制时轧制产生弹性压扁现象。

b、轧辊传动力矩

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在简单轧制情况下，除了轧辊给轧件的力之外，没有其他外力，受力图如图3.2

图3.2 简单轧制时作用在轧辊上的力

M?Mz?Mm?Mk?Md (3-5) i式中

Mz??轧制力矩，用于使轧件塑性变形所需的力矩

Mm??克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构等的附加摩擦力矩 Mk??空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩

Md??动力矩，此力矩为克服轧辊不均速运动时产生的惯性力所必需的力矩

i??轧辊与主电机间的传动比

注：其中动力矩只发生于用于不均匀转动进行工作的几种轧机，如可调速的可逆式轧机，本次设计采用不可调速的四棍可逆式轧机，故动力矩进行省略。 传动比：在本次设计中没有进行传动装置的具体设计，故传动比i?1 轧制力矩Mz

Mz?2Pa (3-6)

式中

P??轧制力

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第3章 轧制力能参数 a??轧制力臂，即合力作用线距离两个轧辊中心连线的垂直距离

x其中??

l式中

x??轧制力在接触弧上的错用电距轧辊中心连线的距离，也即a

l??接触弧长度

x?a??l?32.4mmMz?2Pa?1580089.42N/m

轴承处摩擦力矩

Mf1?P?1 (3-7) 式中

P??轧制力

?1??轧辊轴承处摩擦圆半径

其中?1?式中

d? 2d??工作辊轴颈直径

???轧辊轴承摩擦系数，本次设计中??0.085

附加摩擦力矩Mm

Mm?Mf1i??D工M1?（?1）z (3-8) D支?i式中

???传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率，本次设计??0.87

Mm?Mf1i??D工M1?（?1）z?236105396N/mm D支?i空转力矩Mk

Mk??Mkn

Mkn?Gn?dn (3-9)

2in式中

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Gn??该件在轴承上的重量

?n??在轴承上的摩擦系数

dn??轴颈直径

in??电动机与该机件的传动比

注：为了简化计算，本次设计对于工作辊和支撑辊进行简化为圆柱体处理。

166.72V工?l工?（）?10673079.5cm322502V支?l支?（）?27435479.5cm32m工?10673079.5?7.8?83250020.1g m支?27435479.5?7.8?213996740gG工?83250.0201?9.8?815850.197NG支?213996.740?9.8?2097168.05N其中传动比in

i电?工?1i工?支?i电?支1667 2500?1.5G工?0.085?1.2?41608.35N/m2G?0.085?1.8M空支?支?106955.571N/m

2?1.5M空?M空工?M空支?148563.921N/mM空工?静力矩Mj

Mj?Mz?Mm?M空 (3-10) iMj?Mz?Mm?M空?1964758.74N/m i3.2 轧机的负荷图及电机功率

a、轧机负荷图

速度简图如图3.3所示

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第3章 轧制力能参数 n

ndnpnyt间歇ty tj tw tzt,zt

图3.3 轧制速度简图

最大转速nd

nd?式中

120abLbn2yan2p?? (3-11)

(a?b)D1a?ba?ba、b??轧制启动加速度、轧制制动减速度，本次设计选用

a?55r/min?s,b?90r/min?s L??轧制后轧件长度

ny、np??轧制咬入转速，抛出转速 nd?120abLbn2yan2p???81r/min

(a?b)D1a?ba?bty??0.27sand?nytj??1.2sand?np tz??0.67sbnp,tz??0.2sbnd?np60L1ny?ndtw??(tj?tz)?0.01s?D1ndnd22

18

ny

重新绘制轧制速度图如图3.4

n

ndnpnyt间歇ty tj tw tzt,zt图3.4 实际轧制速度图

绘制等效力矩图，如图3.5。

MMj

Mkt图3.5等效力矩图

b、电机功率 等效力矩Mjum

Mjum??M2ntn??Mnt,n,?t??tn, (3-12)

n式中

Mjum??等效力矩

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第3章 轧制力能参数 ?t?tn,??轧制时间内各段纯轧时间的总和

??轧制周期内各段间隙时间的总和，本次设计中轧制时间间隙为5.5s

nMn??各段轧制时间所对应的力矩 M,n??各段间隙时间所对应的空转力矩

,,Mntnjum??M2ntn???Mt??t,?106N/m

nn电动机功率N

N?0.105Mjum?n? 式中

N??电动机的功率，KW

n??电动机的转速，r/min

???由电动机到轧机的传动效率

其中

Mz??iM?0.8zi?MM

m?kn取最大转速nd,即n?nd?81r/minN?0.105Mjum?n??31893KW

20

(3-13)

第4章 轧辊校核 第4章 轧辊校核

4.1 强度校核

a、支撑辊校核

对于四辊轧机，支撑辊的抗弯断面系数较工作辊大得多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按照承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊驱动，因此，对于支撑辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。

支撑辊受力图如图4.1所示

图4.1 四辊轧机支撑辊受力图

其中3-3断面处弯矩是最大的。

Mw?P(式中

l0L?) (4-1) 48 21

第3章 轧制力能参数 l0--支撑辊总长度

L--辊身长度

Mw?P(l0L?)?20421680.4N/m 48最大弯曲应力

?max?Mw?32.67MPa W1其中铸铁轧辊Rb?70~80MPa

?max?Rb

故支撑辊的强度足够。

b、工作辊校核

由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转力。力矩简图如图4.2所示。

Mn

图4.2 力矩简图

WT?0.2d3?0.926P Mn?9549?10913.14N/mnM?max?n?0.01MPa?????(0.5~0.6)Rb?41.25MPaWT故工作辊强度足够

4.2 工作辊与支撑辊间的接触应力

四棍轧机支撑辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用应进行校核计算。

22

第4章 轧辊校核 如假设辊间作用力沿轴向均匀分布，由弹性力学知，辊间接触问题可简化成一个平面应变问题。

H·赫兹理论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性 ，存在呈半椭圆形分布的压应力（图4.3）。半径方向产生的法向正应力在接粗面的中部最大。最大压应力及接触区宽度2b可由下式计算

图4.3 接触应力简图

?2q2q(D1?D2)q(D1?Dmax??b?2)?2(K? 1?K2)D1D2?2(K1?K2)r1r2式中

q--加在接触表面单位长度上的负载

D1、D2及r1r2--相互接粗的连个轧辊的直径及半径

22K与轧辊材料有关的系数，K1?v11?v21K2--1??E、K2?。1?E2其中，v1、v2E1、E2为两个轧辊材料的泊松比和弹性模量 b?2q(K1?K2)D1D2DD 1?2由于本次设计中支撑辊与工作辊的泊松比相同并且v1?v2?0.3

23

(4-2) (4-3)

第3章 轧制力能参数 ?max?0.637qb

qr1r2b?1.52E(r1?r2)这里为了便于计算q，作如下简化： 1.总轧制力P作用于轧辊中心线。

2.忽略轧制力P从工作辊到支撑辊的损耗。

P?6966884.57N/mLE?172/GPar1?0.8335mq?r2?1.25mb?1.52qr1r2?0.21632mE(r1?r2)

?max?21MPa?2000MPa在辊间接触区中，除了校核最大正应力?max外，对于轧辊体内的最大切应力也应进行校核。

?45（?max?6.384MPa?????610MPa ?max）?0.304 24

第5章 滑动轴承、机架校核 第5章 滑动轴承、机架校核

5.1 滑动轴承校核

对于工作辊：

工作载荷P?24384096N 轴颈直径d1?1167mm 平均转速n??81?20?15?39r/min 3取B/d?1.5，轴承宽B?1751mm ，取轴承包角??180? 轴承压强

Pp??12MPa

Bd轴承速度

v??dn60?1000??2.38m/s

pv值

pv?28.56MPa?m/s

轴承材料，由机械设计书中查的为铅青铜ZCuPb30。 润滑选择，由机械设计书中查的为AN32。 设平均油温tm?50℃

tm下油的运动粘度

v50℃?20mm2/s

tm下油的动力粘度

?50℃?v??0.018Pa?s

润滑方式选择

k??v3?12.71

由参考文献?1?中资料，选择针阀式注油杯润滑。

25

第3章 轧制力能参数 承载能力计算 相对间隙?

??(0.6~1)?10?34v?0.001

轴转速?

??2?n?4.1rad/s 60?索氏数So

P?2So??161.96

Bd??偏心率，有机械设计书查的??0.98 层流校核 半径间隙?

???r?0.00085 临界雷诺数(Re)t

(Re)t?41.31??1306

轴承雷诺数Re

Re??v??101.15?1306 ?满足层流条件 流量计算

流量系数，由机械设计可得qv?0.052 轴承润滑油的体积流量qv

qv??d?qv?1.05?10?3m3/s

3??功耗计算

摩擦特性系数，由机械设计可得??0.4 摩擦系数

??????0.0004

26

?

第5章 滑动轴承、机架校核 摩擦功耗p?

p???Pv?22KW

热平衡计算 油温升?t

?t???pd??ab2cp?qv?B?v?2℃

其中

cp??润滑油的比定压热容。约为1680J/(kg?℃)~2100J/(kg?℃)

ab--轴承表面的热传系数，一般ab?50W/(m2?℃) 进油温度t1

t1?tm??t?49℃ 2出油温度t2

?t?51℃ 2安全度计算 t2?tm?最小油膜厚度

dhmin??(1??)?1.7?10?5m

2安全度S

S?hmin?3.54＞2 ?6(Rz1?Rz2)?10其中

Rz1--轴颈表面粗糙度，由设计手册查得Rz1?1.6?m Rz2--轴瓦表面粗糙度，由设计手册查得Rz2?3.2?m

5.2 机架校核

a、机架弯矩校核

27

第3章 轧制力能参数 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，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承座的宽度。

B?Bz?2s (5-1)

式中

B--机架窗口宽度

Bz--支撑辊轴承座宽度

s--窗口滑板厚度，mm,一般取s?20~40mm B?Bz?2s?3000mm?2?30?3060mm 机架窗口高度H

H?(2.6~3.5)(D1?D2)?3.05?(1667?2500)?12709.35mm 立柱断面尺寸

机架的立柱断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似地与其直径平方(d2)成正比，故机架立柱的断面积（Q）与轧辊辊颈的直径平方(d2)有关。比值如表5-1所示.

表5-1 机架立柱断面积与轧辊辊颈回京平方的比值(轧机类型 开坯机

其它轧机 四辊轧机 比值(Q) 2d备注

Q) 2d0.7～0.9 0.8～1.0 1.2～1.6 按之尘滚辊颈直径计算 本次设计中(Q)?1.3 2dQ?1.3?d2?81250cm2

故立柱断面的宽为915cm，厚为888cm。 机架简图如图5.1。

对于机架强度的计算，做如下假设：

1）.每片机架只在上下横梁的中间断面处有垂直力P，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，即机架的外负荷是对称的。

2）.机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑由于上下横梁惯性矩不同所引起的水平内力。

28

第5章 滑动轴承、机架校核 B I1C I2

P HP I3

图5.1 机架简图

3）.上下横梁和立柱交界处是刚性的，即机架变形后，机架转角保持不变。 4）.机架的上下横梁的宽度相同。 对一半的机架分析：如图5.2

Ix M1

yP 2I

图5.2 一半机架分析图

截面I?I的转角等于零，按卡氏定理得： ?1??式中

E--弹性模量

29

Mx?Mx??dx?0 (5-2) EIx?M1第3章 轧制力能参数 x--截面I?I与计算截面间的机架中性线长度 Mx--机架计算截面上的弯曲力矩 Ix--机架计算截面上的惯性矩 在x断面处的弯曲力矩Mx为 Mx?Py?M1 (5-3) 2式中

P--作用于机架上的垂直力，这里与总轧制力相等。

y--垂直力P2相对于甲酸截面的力臂

力矩的导数

?Mx?M为 1?Mx?M??1 1最后可得：

?ydx MPIx1?2 ?dxIx对机架简化矩形自由框进行分析，如图图5.3。 此时

?ydx1l1l121l2l11I?0xdx??0dx??2xdx M?PxPI1I22I3012??dx?2?1l1l1I21lIdx?10I2?20dx?12x?I3?0dx此时

l MP?1lydx112IPIxdx?1l2l112x1?0I2?02dx?I3?0xdx1?2??dx?2?1l1l1 I21l212Idx?dx?dxx1?0I2?0I3?0式中

l1--机架横梁的中性线长度

30

(5-4)

5-5) (5-5) (第5章 滑动轴承、机架校核 l1 M1Pl14IM11l2M2I3 I2 图5.3 矩形自由框分析图

l2--机架立柱的中性线长度 I1--机架上横梁的惯性矩 I2--机架立柱的惯性矩

I3--机架下横梁的惯性矩 计算化简可得：

l1?l2l MPl4II?124I31?14?1l12I?l 2lI?1122I3由于上下横梁惯性矩相同，即I3?I1,此时力矩M1为

l1lMPl14?2I?21I21?l1l2 I?1I2 M112?Pl8?1?l2I1 l1I2上下横梁的惯性矩I3?I1。

31

l12 P2 (5-6) （5-7）(5-8)

第3章 轧制力能参数 z C yB?C

图5.4 惯性积示意图

C2?C2C2?C2I3?I1?Iy3?Iy1??zdA??z2(B?C)dz?3.12?1011（见图5.4） 立柱面的惯性矩I2

2I2?Iy2??H2H?2zdA??2H2H?2z2cdz?1.56?1014（见图5.5）

l1l?2Pl2II2M1?1?1?1.50?1010l1l24?I1I2 M2?Pl1?81?1.48?1010lI1?21l1I2I2?Iy2??H2H?2zdA??2H2H?2z2cdz?1.56?1014（见图5.5）

l1l?2Pl2II2M1?1?1?1.50?1010l1l24?I1I2 M2?Pl1?81?1.48?1010lI1?21l1I232

第5章 滑动轴承、机架校核 z HyC

图5.5 惯性积简图

5.3 机架应力及变形校核

a、机架应力校核 闭式机架中应力图如图5.6 机架横梁内侧的应力?n1

?n1??M1MY??11??21.99MPa Wn1I1注：Y1--上横梁危险截面中性线距内缘距离，其他的同理。 机架横梁外侧的应力?a1

?a1?M1?21.99MPa Wa1机架立柱内侧的应力?n2 机架横梁内侧的应力?n1

?n1??M1MY??11??21.99MPa Wn1I1注：Y1--上横梁危险截面中性线距内缘距离，其他的同理。 机架横梁外侧的应力?a1

33

第3章 轧制力能参数 ?a1?n1?n2 ?a2

图5.6 闭式机架应力图

?a1?M1?21.99MPa Wa1机架立柱内侧的应力?n2

?n2?PM2??1.5439MPa 2QWn2机架立柱外侧的应力?a2

?a2?PM2??1.457MPa 2QWn2对于轧辊材料的?b?50MPa，故机架的强度足够。

b、机架的变形校核

机架的弹性变形是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，应该考虑横向力的影响，即

f3?f3??f3???f3??? (5-8) 式中

f3--机架的弹性变形

f3?--由弯矩产生的横梁弯曲变形

34

第5章 滑动轴承、机架校核 f3??--由切力产生的横梁弯曲变形 f3???--由拉力产生的立柱拉伸变形 其中

f3??l1Rl1M2(?)EI1244 （5-9）

fPl13???K2GF 1fRl2 3????2EQ 式中

E--机架材料的弹性模量

I1--横梁的惯性矩 l1--横梁中性轴的长度

R--横梁上的作用力，对于轧机，一般R?P2 M2--机架立柱中的力矩

G--机架材料的剪切弹性模量

F1--横梁的断面面积

K--横梁的断面形状系数，对于矩形断面，系数K?1.2

l2--立柱中性轴的长度

Q--立柱断面的面积

计算可得

f3??l1RlEI(124?M24)?7.8?10?8mm1fPl13???K2GF?8.71?10?8mm

1f3????Rl2?1.03?10?72EQf3?2.68?10?7??f3??0.5~1.0mm 故机架满足变形要求。

35

(5-10) 5-11）

（第6章 可行性分析 第6章 可行性分析

6.1 经济可行性分析

Pt?式中：

K0 (6-1) HmK0—总投资额 K0＝200万元 Hm—年平均净收益 Hm＝30万元 代入得：

Pt?200=6.7年 30pc—基准回收期，pc?10年 pt?pc 故经济可行

投资回收期用平均年净收益来返本的总投资额。 投资回收期静态经济评价方法。

设备投产后以每年取得的净收益（包括利润和设备折旧费），将全部投资即固定资产投资和流动资金回收所需时间，以年为单位，从建设年算起。

??1?pt??积累净现金流量开始出现正值年份数上年份净现金流量的绝对值

当年净现金流量 表6-1 设备工作状态表 单位：万元 时期（年） 建设期 年净收益 累积净收益

1 20 -20

2 15 -35

3 5 -30

4 8 -22

5 10 -12

6 15 -12

7 15 3

8 20 18

9 20 38

10 25 83

pt?6?1?12＝5.8年 15 36

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ii46.html