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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽宁科技大学本科生毕业设计(论文 第 1 页 530 线材轧机设计 摘要 线材的用途很广，在我国国民经济的各个部门中，线材占有相当重要的地位。本次 设计是针对线材生产中所用到的粗轧机（开坯机）进行设计。首先，要根据轧制工艺对 轧辊的基本尺寸进行设计，然后再根据轧制力矩选择电机。在主传动系统中，对轧辊进 行受力分析并进行必要的强度校核，对轧机的机架也需要进行相应的校核。在设备的改 进方面，对H 架进行改造，优化了它的受力情况，提高了它的使用期限。通过这次设计， 我对于冶金机械的设计过程有了全新的认识。但此过程仍有很多的不足之处需要进一步 改进，能够完成此次设计离不开学院
2、领导及老师的悉心指导，在此我仅代表个人向学院 领导及老师的教诲表示感谢，同时也感的同学的帮。 关键词：线材生产；开坯机；设计 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 2 页 1 绪论 1.1 线材生产的基本知识 1.1.1 线材的概念和用途 什么是线材？我国现行有关标准规定，线材是指直径为5-22mm 的热轧圆钢或者相 当此断面的异形钢。因以盘条形式交货，故又通称为盘条。线材断面周长很小，常见的 产品规格直径为5-13mm。根据轧机的不同可分为高速线材（高线）和普通线材(普线） 两种。 线材的用途很广，在国民经济各个部门中线材占有重要的地位。有的线材轧制以后 可直接使用，主要作钢筋混凝土的配筋
3、和焊接结构件用；有的则作为再加工原料，经过 再加工后使用。例如，经过拉拔成为各种钢丝，再经捻制成为钢丝绳，或再经编织成钢 丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓，以及经过各种切削加工及热处 理制成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理制成弹簧；等等。 1.1.2 线材生产的工艺流程 线材一般采用高线生产。 一、通过步进式加热炉将方坯加热至1100 摄氏度以上； 二、加热后的方坯出炉，进行高压水除鳞； 三、进入粗轧机轧制，粗轧机为热连轧机组； 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 3 页 四、粗轧后的轧件进入水冷段进行降温，以控制其内部金相组织； 五、离开水冷段后进入中轧机和精轧机进行
4、进一步轧制； 六、精轧后的轧件由吐丝机吐出形成盘卷状； 七、盘卷状的线材在空冷段中冷却前进； 八、在空冷段的末端，线材由集卷器打成卷筒状； 九、打成卷筒状后的线材送入打捆机打捆； 十、进入成品库。 1.2 高速线材轧机的发展与成熟 1.2.1 轧制速度的发展 一般将轧制速度大于40m/s 的轧机称为高速轧机。因此，轧制速度是高速线材轧机 的一个重要参数。摩根新式精轧机是当代具有代表性的高速轧机。摩根公司从 1962 年 就开始研制新式线材轧机，1966 年第一台高速无扭精轧机在加拿大钢铁公司投产，保证 轧制速度为43m/s。 摩根公司在第一台高速无扭精轧机投产后的 20 年间，发展非常迅速，其
5、线材轧机 的轧制速度提高得很快。第I 代至第VI 代的三种速度列于表1-2。单位m/s 代 I II III IV V VI 保证轧制 速度 43 50 61 75 80 100 最大辊径 时的轧制 速度 50 60 75 90 100 120 电机最大 转速时的 轧制速度 60 72 90 112 120 140 其他高速轧机，如德马克、阿希洛、达涅利和摩哥斯哈玛，与摩根轧机一样，轧制 速度发展也很快，其中德马克机型的保证轧制速度也达到了100m/s，其他机型的保证轧 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 4 页 制速度都达到了80m/s。 1.2.2 主轧机机型 高速线材轧机的轧制速度、
6、成品盘重和坯料断面在不断增大，对半成品和成品尺寸 精度的要求在不断提高，为此，除了在工艺上更完善外，在粗中精轧机机型方面，出现 了一系列与其相适应的进展。 国外高速线材轧机粗轧机类型较多，据资料报道，有摆锻式轧机、三辊行星轧机（简 称PSW轧机）、三辊式Y型轧机、45轧机、平立辊交替布置的二辊轧机、紧凑式 二辊轧机和水平二辊式粗轧机等机型。 1.2.3 控制与自动化 高速轧机生产线材具有轧制速度快、盘重大和产量高的特点，整个轧制过程对机械 化、自动化程度要求很高，因而在自动控制系统方面就有相应的进展，其主要表现是计 算机在控制系统中得到应用。 目前，高速线材轧机采用计算机进行部分或大部分控制的
7、约有下述几种情况： （1）常规控制加车间管理级计算机的物料跟踪功能； （2）常规控制加车间管理级计算机进行物料跟踪和设备级计算机进行程序控制； （3）部分常规控制加车间管理级计算机进行坯料管理及物料跟踪、过程控制级和 设备控制级计算机进行加热炉燃烧及轧线部分设备的自动控制。 此外，有的高速线材轧机也采用车间管理级计算机进行设备事故报警，使设备事故 率降至最低。 1.2.4 现代高速轧机技术的新进展 （1）全连续、无扭、高速轧制。粗、中轧平立交替布置，精轧机前设有预精轧， 设计最大终轧速度达120m/s，经生产实践最新提出的保证最大轧速将按线材不同规格分 别提出。 （2）增加减定径设备，提高产品
8、精度，解决线材精轧过程中温度控制问题。 （3）增大进料钢坯断面，既可适应上游连铸机提高铸坯生产率及质量的需要，也 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 5 页 可提高卷重，提高线材轧机生产率和成材率。 （4）连铸坯热装热送合格连铸坯通过热装辊道直接进人加热炉进行加热和均热， 热装温度可达 600以上，提高了加热炉的生产率，减少了钢坯加热时的能耗和钢坯在 冷却、加热过程中的氧化铁皮损失，提高了金属收得率。 （5）低温轧制。将开轧温度控制在950左右，在选择粗中轧机架刚度和主电机容 量时均适应此要求，以达到总体节能和减小金属烧损的效果。 （6）控冷控温轧制。 （7）单一孔型系统。所有产品（小5.
9、0-25mm）仅需在4 架减定径机组上进行换辊 完成，其他机架均不需为更换轧材规格换辊，从而显著提高作业率和生产率。 （8）最新一代吐丝机和集卷站。吐丝机采用渐近弯曲形式，给出线材在吐丝管内 运动的理想轨迹，从而减吐丝机管磨损并具有运行稳定性。 1.3 粗轧线材轧机研究的主要内容和方法 1.3.1 粗轧机主要组成 粗轧机由机前机后转钢辊道、机前机后推床、地脚板、牌坊、上支承辊平衡装置、 阶梯垫、工作辊、工作辊平衡、油膜轴承、支承辊、进出口导卫、传动系统和主轴平衡、 工作辊换辊装置、机架辊等组成。 1.3.2 课题研究的内容及方法 （1）进行现场调研，收集 530 轧机有关的资料，了解生产中存在
10、的问题，轧机结 构特点，主要零件材料选择。 （2）制定530 轧机的设计方案，并进行方案评述。 （3）进行电机容量的选择，主要零件强度计算。 （4）绘出总图，装配图和零件图。 （5）润滑剂的特点和润滑方式的选择。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 6 页 2 方案的选择与评价 2.1 方案的选择 线材轧制所用的开坯轧机是采用三辊共同驱动的线材开坯轧机，它可以在数量、品 种以及规格等方面全面满足要求。除此外更能达到为之后的中、精轧机组提供原料的要 求。它不但能充分地发挥成品车间的生产能力，而且还能保证钢坯内部的组织结构和表 面质量。除了这些之外，线材开坯机还能大大地提高成品车间的成材率，讲
11、断面尺寸为 140140mm05的来料轧制成断面尺寸为3030mm05的甚至更小的小型钢坯。开坯机是独立 的开坯轧制，它采用了双层辊道进行中上和中下轧制。 2.2 开坯机的生产特点 在三辊开坯机中，轧辊按照固定方向转动，在上下两条轧线上可以进行交叉过钢， 在同一条轧线上又可几个孔型同时过钢，缩短了轧制时间，加快了轧制节奏，提高了轧 制质量，提高了生产效率。 由于轧制过程中三辊开坯轧机的每个孔型只能够过一次钢，所以辊身上需要布置多 个孔型。允许利用辊身的长度来减少机架数量。孔型设计采用共轭系统。三辊开坯轧机 上的中辊是固定不动的，利用上辊的压下装置及下辊的压上装置来对轧辊的位置进行调 节。同时需
12、要注意轧辊轴向位置，保证对准孔型，因此有轴向调节系统。 值得一提的是，一般情况下奇数道次通过的孔型大都布置在下轧线上，当然有少数 出现在上辊轧线上。与此同时配合双层辊道和升降台来进行轧件的传递，此法缩短了轧 制时间，加快了节奏，提高了产量。同时也大大地改善了工人的劳动条件。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 7 页 2.3 方案的评述 2.3.1 主传动设计方案 主电机选择 ZJD 60 120 -6 型，功率 1000KW，转速 500 210 r/min，i=2.333。达到了降低 电机容量的目的。齿轮座采用的是人字齿轮座而梅花连接轴齿轮座侧采用了滑块接头， 轧机侧也选择采用梅花接头
13、以方便轧机进行换辊操作。轧辊轴承采用滚动轴承而没有采 用滑动轴承，原因是滚动轴承精度较高，这样可以保证轧制的精度。上轧辊平衡装置采 用弹簧式上辊平衡装置，原因是出于轧辊的调整量最小的考虑。压下方式采用电动压下， 并采用有效的措施防止氧化铁皮飞入压下螺丝和压下螺母中去，保证了压下工作灵活可 靠。 1-电机；2-联轴器；3-人字齿轮座；4-万向接轴； 5-梅花轴头联轴器；6-开坯轧机轧辊； 图2.1 主传动示意图 2.3.2 轧辊调整装置的确定 轧辊调整装置是轧机关键机构之一，其设计的好与坏直接关系到轧件的质量和产 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 8 页 量。通常，轧机轧辊的调整一般包括轴
14、向和径向两个方向。其中，径向调整是轧钢机中 主要的必不可少的装置。调整装置的作用： 1.调整轧辊水平位置（即调整辊缝），以保证轧件按照给出的压下量轧制出所要求的 断面尺寸。尤其是在板坯轧机、初轧机和万能轧机上，几乎就是每轧一道次都需要进行 轧辊辊缝的调节； 2.调整轧辊与辊道水平面之间的相互位置，在连轧机上，还需要调整各个机座之间 轧辊的相互位置，进而保证轧制线高度一致（调整下辊高度）； 3.调整轧辊的轴向位置，以保证有槽轧辊能够对准孔型； 4.板带轧机上还要调整轧辊辊型，其目的是减小板带材的横向厚度差及控制板形。 根据各类轧机的不同要求，调整装置可分为：上辊调整装置（即压下装置）、下辊 调整
15、装置（即压上装置）、中间辊调整装置、立辊调整装置和特殊轧机的调整装置。压 下装置的用途很广，安装于所有的二辊、三辊、四辊及多辊轧机上。压下装置有电动形 式、液压形式和手动形式。 手动形式的压下装置多用于型钢轧机上。长期以来，带钢轧机上使用的通常是电动 压下装置。近年以来，随着工业的发展，带钢的轧制速度逐步提高，产品的尺寸精度要 求也日益严格，特别是采用自动厚度控制系统（AGC）后，电动压下装置由于有传动效 率低、反应速度慢、运动部分的转动惯量大、调整精度低等缺点，已不能满足工艺的要 求。为了能够提高产品的尺寸精度，在高速带钢轧机上采用液压压下装置。 2.3.3 轧辊平衡装置的确定 设置轧辊平衡
16、装置其目的是为了消除轧制过程中由于工作机座中相关零件间隙所 导致的冲击现象，保证轧件轧制精度，改善咬入条件，及防止工作辊和支撑辊之间产生 打滑现象等，几乎所有的轧机上都有平衡装置，叠轧薄板轧机除外。 由于轧机的机座中各个有关相互配合的零件间存在配合间隙，比如压下螺丝与压下 螺母间、轴承与辊颈间，所以在轧机空载时由于各个零件的自重，会造成零件间可能产 生一定间隙，而这种间隙必然会在轧制的过程中产生一定的强烈冲击，其结果就是使轧 机的寿命降低，辊缝发生一定变化，使轧件的咬入不利。与此同时还会导致工作辊与支 撑辊间打滑，进而影响带材的质量大大降低。另外，合理地选择平衡力还能消除平衡系 辽宁科技大学本
17、科生毕业设计(论文) 第 9 页 统中的滞后现象，以提高AGC 的控制精度。 轧机上常用的平衡装置有：液压式、弹簧式、重锤式。 由于弹簧式平衡装置结构简单，维修方便，且造价较低，但平衡力是变化的特点， 特别适用于上辊调节高度在50100mm 的中小型钢或线材轧机上，所以决定采用弹簧式 平衡装置，即可满足开坯轧机的工作要求。 2.3.4 机架形式的确定 在轧制过程中，轧件对轧辊的反作用力通过轧辊的轴承、轴承座、压下螺丝和压下 螺母传递给机架，并由机架吸收进而传递到地基。因此，机架是工作机座的重要部件， 轧辊的轴承和轧辊调整装置均安装在机架上。机架需要承受轧制力，就要有足够的刚度 和强度。 根据轧
18、机的工作要求及形式，机架分为开式机架、闭式机架和半闭式机架三种。闭 式机架是一整体的框架，有着较高的刚度和强度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧 机上，板坯轧机和板带轧机上等等。对于板带轧机，为了提高其轧制精度，就要有较高 的机架刚度。对于某些线材轧机或者是小型轧机来说，常采用刚度较好的闭式机架，来 获得较好的轧件质量。采用闭式机架的机座在换辊时轧辊将沿其轴线方向从机架的窗口 处抽出或装入。此类轧机一般都配有专用的换辊装置。 开式机架由机架本体及上盖组成，主要用于横列式型钢轧机。其优点是换辊方便， 缺点在于刚度稍逊。上盖的联接方式会影响开式机架的换辊速度和刚度。常见的上盖联 接方式： 1.机架
19、上盖用两个螺栓与机架的立杆联接。这种联接方式结构比较简单，但由于螺 栓较长，变形较大，机架的刚度较低。另外，换辊的时候拆装螺母较费时； 2.斜楔与立销联接的开始机架，其换辊比螺栓联接方便； 3.斜楔与套环联接的开式机架同上述两种机架形式比较，取消了上盖上的垂直销孔 和立柱，并用套环替代圆柱销或螺栓。套环的下端使用横销铰接于立柱上，套环的上端 用斜楔把立柱同上盖联接起来。这种结构的特点是换辊比较方便。由于套环的断面可以 大于圆柱销或螺栓，轧机的刚性有所改善； 4.斜楔同横销联接的开式机架，立柱同上盖用横销联接后，再用斜楔楔紧。这种结 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 10 页 构的优点是联
20、接件变形小，结构简单。但是在冲击力与楔紧力的作用下，当横销沿着剪 切力的断面发生变形以后，拆装会比较困难，而使换辊时间延长； 5.用斜楔联接的开式机架，与上述几种开式机架相比较有着如下的优点：联接件的 结构简单，上盖的弹跳值小，联接较坚固；机架立柱的横向变形较小，机架立柱的上部 被斜楔和机盖止口紧紧地挤住，大大减小了立柱的横向变形。 由以上分析得出，用斜楔进行联接的开式机架，除了换辊会更加方便以外，还有着 更高的刚度，因此称为半闭式机架。这种机架的使用效果较好，而且已得到广泛的使用。 因此本次课题选用的机架形式就是半闭式机架。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 11 页 3 主电机容量的
21、选择 3.1 轧制力的计算 3.1.1 轧辊主要尺寸的确定 压下量 h =140-100=40mm； 咬入角=22.4，则 cos =0.9245 轧辊的辊身直径D=530mm 轧辊的长度L 根据实际的工作情况，取 L=1500mm； 轧辊的辊颈直径 d 和长度 l，在一般情况下，近似地取轧辊的辊颈直径与辊身的直径关 系如下： d=(0.50.55)D 则d=0.5530=265mm，且l 与d 的关系为 l/d=（0.831.0），则取 l=250mm；梅花接轴轴 头的直径 d 1 =d-(1015)=250-10=240mm； 3.1.2 孔型布置 表3.1 压下规程 单位：mm 道次 h
22、 0 h 1 h hm I 140 100 40 24 IIm 155 90 65 39 III 120 80 40 24 注： hm =(0.550.6)74 h 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 12 页 根据所定的压下规程，设计孔型如下： 图3.1 孔型布置图 3.1.3 轧制力计算 考虑到轧机工作环境的温度是1050，而且轧制线材，所以选择艾克隆德公式来计 算平均单位轧制力（此公式适用于热轧型钢轧机和线材轧机轧制）。 P m =(1+m)(k+9.8u) 式中 m考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； 轧件粘性系数，kg74s/mm05； u变形
23、速度，s 1 。 艾克隆德根据其研究，给出下式计算系数m m= h h h h h h 1 0 1 0 1 0 ) ( 2 . 1 ) ( R 6 . 1 式中 08摩擦系数，建议采用下式计算，对钢轧辊 08=1.05-0.0005t，对硬面铸铁轧辊 08=0.8(1.05-0.0005t)，t 为轧制温度； h 0 、h 1 轧制前后轧件高度，mm； R轧辊的半径，mm。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 13 页 代入数据，得 m= 80 120 ) 80 120 ( 2 . 1 ) 80 120 ( 265 525 . 0 6 . 1 =0.19 m= 100 140 ) 100
24、140 ( 2 . 1 ) 100 140 ( 265 525 . 0 6 . 1 =0.16 m= 80 120 ) 80 120 ( 2 . 1 ) 80 120 ( 265 525 . 0 6 . 1 =0.19 计算变形阻力k，利用L.甫培热轧方坯实验数据，得到k（MPa）的计算公式 k=(14-0.01t)(1.4+ ) c ( + ) Mn ( +0.3 ) Cr ( )9.8 式中 t轧制温度，； ) c ( 碳的质量分数，%； ) Mn ( 锰的质量分数，%； ) Cr ( 铬的质量分数，%。 代入数据，得 k=(14-0.011050)(1.4+0.2)9.8=54.88 计
25、算轧件的粘性系数 按下式计算 =0.01(14-0.01t)c 式中 c考虑轧件的轧制速度对 的影响系数，其值如下： 轧制速度v/(m74s 1 ) 6 610 1015 1520 系数c 1.0 0.8 0.65 0.6 由于轧制速度为7m/s，查得系数c=0.8，则 =0.01(14-0.011050)0.8=0.028 艾克隆德用下式计算变形速度 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 14 页 u h h 1 0 R h v 2 式中 v轧制速度，mm/s； h 0 、h 1 轧制前后轧件的高度，mm； R轧辊半径，mm。 代入数据，得 u= 1000 100 140 265 40 7
26、 2 =22.66 u= 1000 90 155 265 65 7 2 =28.30 u= 1000 80 120 265 40 7 2 =27.20 计算各道次平均轧制力， 第一道次：P m =(1+0.19)(54.88+9.80.02822.66)=72.71MPa 第二道次：P m =(1+0.16)(54.88+9.80.02828.30)=72.67MPa 第三道次：P m =(1+0.19)(54.88+9.80.02827.20)=74.19MPa 轧件与轧辊接触弧水平上投影长度 l(mm)的计算公式为 l= h R 代入数据，得 第一道次：l= 40 265 =102.96
27、第二道次：l= 65 265 =131.24 第三道次：l= 40 265 =102.96 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 15 页 计算总轧制力P P=P m 74F F= 2 b b 1 0 第一道次：P= 96 . 102 2 155 140 71 . 72 =1104.22KN 第二道次：P= 24 . 131 2 120 90 67 . 72 =1001.41KN 第三道次：P= 96 . 102 2 100 90 19 . 74 =725.67KN 3.2 电机轴上力矩的计算 轧制力力臂a 的计算 a= sin 2 D 2 1 为咬入角 ) D h 1 arccos( =2
28、2.4 则 a= 2 . 11 sin 2 530 =51.47mm 轧制力的力矩 M z =P74a 则 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 16 页 M 1 Z =1104.2251.47=56834.20N74m M 2 Z =1001.4151.47=51542.57N74m M 3 Z =725.6751.47=37350.23N74m 摩擦力矩 M f =08d 其中 08=0.03（由胶木瓦轴选取） M f =0.03265=7.95N74m 则轧辊轴承处摩擦阻力矩 M K =M z +M f 则 M 1 K =56834.20+7.95=56842.15N74m M 2 K
29、 =51542.57+7.95=51550.52N74m M 3 K =37350.23+7.95=37358.18N74m 3.3 主电机的选择 轧制速度 n H = D v 60 代入数据，得 n H = 530 1000 7 60 =252.25r/min 电机功率 N= k 9550 n M H max K 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 17 页 代入数据，得 N= 85 . 0 2 9550 25 . 252 15 . 56842 =883.18KW 选用YB2 5003-2 型号电机，基本转速为2580r/min，功率1000KW。 传动比 i= 25 . 252 258
30、0 10.24 主电机轴上力矩 M D = M M M M don kon 2 f Z i 附加摩擦力矩 M 2 f = ) 1 1 ( i MK 代入数据，得 M 2 f = ) 1 85 . 0 1 ( 83 . 11 15 . 56842 =847.93N74m 空转力矩 M kon =(0.030.06)M er M er = n N er er 9550 = 2580 1000 9550 =3700N74m 代入数据，得 M kon =0.053700=185N74m 由于轧件的长度较长，所以动载力矩M don 可以忽略不计。 则 第一道次：M D = 185 93 . 847 24
31、 . 10 20 . 56834 =6583.14N74m 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 18 页 第二道次：M D = 185 93 . 847 24 . 10 57 . 51542 =6066.38N74m 第三道次：M D = 185 93 . 847 24 . 10 23 . 37350 =4680.39N74m 电机过载系数校核 2 K 78 . 1 3700 14 . 6583 M M er D 故电机过载校核合格。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 19 页 4 主要零件的强度计算 4.1 轧辊的强度计算 轧辊的破坏取决于各种不同的应力（包括扭转应力、弯曲应力和接
32、触应力，由 于温度分布不均匀或者是交替变化引起的温度应力和轧辊制止过程中形成的残余应力 等等）的综合影响。具体的说，轧辊的破坏可能是由以下几个方面原因造成的： 1.轧辊的形状设计不合理或者是设计的强度不够。例如，在额定负荷下，轧辊由于 强度不够而断裂或是接触疲劳超过了许用值，使辊面疲劳剥落； 2.轧辊的材质、热处理或者加工工艺不符合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附 性和耐磨性差，材料中有夹杂或是残余应力过大； 3.轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会由于热 疲劳而产生辊面热裂；冷轧时候的事故黏附也会导致其热裂甚至是表层剥落；在冬季新 换上的冷轧辊如果突然进行高负荷
33、热轧或冷轧机停车，轧热的轧辊骤然遇冷，往往会因 为温度应力过大，进而导致轧辊表面剥落甚至断辊；压下量过大或由于工艺过程安排不 妥当而造成过负荷也会造成轧辊的破坏。 由于轧辊抗弯断面系数比较大，即轧辊有很大的刚性，所以，轧制时由轧棍承担弯 曲力矩。因此可以只算轧辊辊身中部和辊颈的断面处的弯曲应力。 轧辊受到的弯曲应力如图4.1， 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 20 页 图4.1 轧辊弯曲应力图 对轧辊，通常对辊身只计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转，对传动端轴头只计算 扭转。 首先计算1-1 面上的扭转切应力 3 1 1 K d 07 . 0 M 代入数据，得 MPa 74 . 58 2
34、40 07 . 0 15 . 56842 3 对于铸钢轧辊， b =500600MPa，R b =100120MPa =0.75 =0.75120=90MPa 因此， ，故轧辊1-1 面上的强度满足要求。 接下来校核2-2 面上的合成应力 采用钢轧辊时，合成应力应按第四强度理论计算 2 2 p 3 最后校核3-3 面上的弯曲应力 3 3 3 d 2 . 0 pl 代入数据，得 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 21 页 MPa 56 . 95 10 225 2 . 0 10 300 10 67 . 725 9 3 3 3 因此， ，故轧辊3-3 面上的强度满足要求。 4.2 机架强度的计
35、算 斜楔联接的开式机架，适用于三辊式型钢轧机。一般来说，在这种轧机上当中上辊 轧钢时，中下辊就不再轧钢了。相反，在中下辊轧钢时，中上辊就不轧钢了。由于轧件 在中上辊轧制的时候与中下辊轧制时基本上是相同的，在进行机架刚度计算时，只考虑 一种情况。 为了能够简化计算，现假设机架上只作用两个大小相等而方向相反的垂直力R，而 通过斜楔的作用，在机架上盖和U 形架上，作用着一个反作用力F。F 力可以分解为水 平分力X 和垂直分力Y 。此外，通过机架上盖止口的作用，在机架上盖和U型架上， 作用着静不定力X。静不定力X 的大小。可根据止口处变形谐调条件提出。止口处的变 形谐调条件可以用以下公式表示 3 1
36、2 3 2( ) Xl f f EF 式中 E机架材料弹性系数，E=1.73510 5 f 1 由于U 形架立柱挠曲，一个立柱在机架上盖止口接触处的变形； f 2 由于U形架下横梁挠曲，一个立柱在机架上盖止口接触处的水平位移； 机架上盖止口处原始间隙（对于新机架即为配合间隙）； X机架上盖止口处静不定力； F 3 机架上盖断面面积； 利用材料力学公式求出 f 1 和 f 2 后，将上式转换，得 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 22 页 I l I l l F l l l l l l I I I 2 3 2 1 2 2 1 3 3 2 1 2 2 2 2 2 1 1 3 2 E m c
37、e e 2 3 c 2 c m 2 c ce 2 c e c R X 式中 I2 立柱的惯性矩； R作用在机架上的垂直力； m斜楔空斜角的正切， tan m ， 15 ，为立柱斜楔孔斜度； e 作用力 2 R 对立柱中性线的距离； e 力Y 对立柱中性线的距离； l2 力X 对下横梁中性线的距离； c 力 X 对下横梁中性线的距离； c 立柱凸台对下横梁中性线的距离； I1 横梁惯性矩； l1 U 形架两立柱中性线距离； 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 23 页 图4.2 中上辊轧制时的机架受力图 图4.3 中上辊轧制时U 型架的弯曲图 e=350mm； =15；e=200mm；C=8
38、50mm；C=2500mm； 2 l =2700mm； 1 l =1250mm； 3 l =1600mm； 3 1 12 bh I （矩形）； 3 1 32 d I （圆形） 代入数据，得 X=1.110 5 N 立柱的危险断面可能在B、C、D 等处，由于B 存在这斜楔孔，断面较弱。 在B 处的弯矩 e 2 R ) c ( X l M 2 B 代入数据，得 M B =78000N74m 则 B B B B F 2 R W M 500 260 F B mm05 代入数据，得 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 24 页 846 . 3 B MPa 所以，机架强度满足条件。 4.3 轧辊轴承的
39、计算 轧辊轴承的工作特点是：工作负荷大；转动速度差别较大；工作环境相对恶劣；轴 承所承受的力的大小，方向和性质是选择轴承类型的几个最主要的依据。根据载荷大小 选择轴承时，由于滚子轴承中主要存在的是线接触，适用于承受较大的载荷，承载后的 变形也较小；而球轴承则主要是线接触，适宜用于承受较轻的或者中等的载荷。考虑到 开坯轧机的工作特点，选择滚子轴承。轴承受到的又是纯径向载荷，所以选择胶木瓦滚 子轴承。计算省略。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 25 页 5 H 型架的改进 H 型瓦架的变形或断裂 为了调整并固定中辊，该机座采用了 H 型瓦架。由于 H 型瓦架的腿部厚度受到机 架窗口尺寸的限
40、制，所以不能过于加大尺寸。当承受较大的弯矩以后，极其容易变形， 导致拆装不方便。另外，由于机架座使用年限比较长，会引起尺寸发生变化，造成H 型 瓦架更加难以固定，在强大的冲击载荷的作用下，H型瓦架上腿根部断裂的现象时有发 生。这种情况的出现不但影响轧机的轧制作业时间，还会造成设备备件不及时，无法保 障轧钢生产的稳定性。 图5.1 H 架结构示意图 如上所述，该机架存在着许多的问题还有待解决。轧机轧制22.5 万吨钢材以后， 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 26 页 H型瓦架就已经开始发生变形，甚至断裂。H 型瓦架的变形，导致上辊轴承瓦盒的安装 和拆装都相当困难，也增加了维修所花费的时间
41、，降低了轧机的作业率。曾经有人对机 架在结构上和材质上做过改进。例如：将铸铁件改为锻钢件，45 号钢改为65 号钢等其 他钢种。结果都没有很好的防止断裂现象发生。 经过和老师的研究分析得出，引起H型瓦架变形或断裂的主要原因是轧机在轧制过 程中，由于 H 型瓦架受到了上辊轴承瓦盒的侧向冲击而导致变形，以致应力集中到 H 型瓦架中部的连接横梁处而引起断裂。断裂处就是应力的集中点。因此，我们在对断裂 的 H 型瓦架进行修复时，准备将 H 型瓦架上部的两侧侧板从整体式改成活动式。这样 就将断裂处（应力的集中点处）作为侧板的活动点，采用铰链的形式进行连接。上部的 两侧侧板仍然保持其原来的外形，仍然能够固
42、定轴承瓦盒并抑制它的侧向，还能传递压 力。 经过修复的H 型瓦架，预计能够每个月开坯2 万多吨，并且在这样的强度下很久不 会产生变形或断裂现象。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 27 页 6 设备可靠性、经济性分析 机械设备的有效度 对于可修复设备，由于在发生故障之后，可以修理恢复到原来的状态。因此，从开 始工作到发生故障经历的时间代表了机器的可靠度。可靠度的时间当然越长越好。另外， 从发生故障到经过维修后恢复到原始的工作状态所历经的时间，即是维修度。把可靠度 和维修度两者结合起来，共同称为有效度，也叫有效利用率。 MTTR MTBF MTBF A 式中 MTBF平均故障间隔期（h）
43、MTTR平均维修时间（h） 表6.1 （单位：千万） 时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 投资 1.0 2.5 年收益 1.5 1.7 1.6 2.0 2.5 2.5 2.5 3.0 累计净收益 -1.0 -2.5 -3.0 -2.3 -0.7 1.3 3.8 6.3 8.8 11.8 投资回收期： 当年净现金流量 绝对值 上年累计净现金流量的 始出现正值年份数 累计净现金流量开 1 t P 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 28 页 0 . 7 6 1 1.3 =5.5 年 c P 行业投资回收期，重型机械 17 P c 年 因为 c t P P 所以可以投资。 7 润滑方
44、法的选择 7.1 轧辊轴承的润滑 （1）对于工作辊的轴承可以采用脂润滑，它密封简单而且不用经常加换润滑脂， 而且润滑脂受温度的影响不大，对运动速度变化、载荷性质有较大的适应范围，因此工 作辊轴承采用润滑脂； 查2表25-3 选用压延机用润滑脂（GB493-65）代号 ZGN40-1； （2）轧辊轴承采用干油作为润滑剂； （3）压下系统中的压下螺丝和螺母采用干油润滑。 7.2 人字齿轮及支承轴承的润滑 由于齿轮座为立式齿轮座，而且是三级人字齿轮传动，因此齿轮采用油润滑，轴承 采用脂润滑的方式。 查2表25-1 选轧钢机油（GB442-64）润滑油循环使用，轴润滑为压延机用润滑脂， 代号为ZGN4
45、0-1。 7.3 轧辊的冷却 轧辊冷却采用乳化液冷却方式，且有专门的供油系统。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 29 页 8 试车方法和对控制系统的要求 8.1 试车要求 1. 组装完毕，须进行人工盘车，确定无不良现象时方可试车； 2. 空载试车至少要经过两个小时，正反转各一个小时以上； 3. 试车应保证 （1）润滑系统，冷却系统正常； （2）传动平稳，无周期性噪音； （3）压下系统轻便灵活； （4）各紧固零件联结可靠； （5）各轴承温度不超过 C 60 ； 4. 满足以上要求，方可试车； 8.2 维护规程 （1）一切正常方可开车； （2）停车后要检查主传动和压下系统中安全套、安全销等
46、有没有断和缺的，如果 有则需要补齐； 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 30 页 （3）清理压下系统和主传动系统周围的脏物，且要经常保持清洁； （4）设备运转后按巡回检查制，定期按时检查设备的润滑声音、振动、温度以及 运转状况，发现问题要及时解决。 结论 经过设计中的计算知，在主传动系统中的部分零件和开坯轧机中的一些主要零件全 部通过强度校核。本设计对轧辊的设计和H 型架的改进设计是本论文的一个更好体现个 人能力的部分。在完成设计任务的同时，回首走过的本学期的时光，发现自己仍然有很 多的知识需要了解、学习，更加认识到了终身学习是多么重要且必要。由于学生水平有 限，难免在设计上存在各个方面的诸多问题，还希望各位老师多多斧正，万分谢谢！ 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 31 页 致谢 本人能完成设计任务，是与学院老师的帮助密不可分的。尤其要特别提到的是指导 教师陈明，他给我提出了很多的宝贵建议。还有就是各位同专业的同学给我的帮助和关 怀。在此，我仅代表个人对在设计过程中帮助过我的老师们和同学们致以衷心的感谢！专心-专注-专业