熱軋軋制力計(jì)算與校核

1、6 軋制力與軋制力矩計(jì)算6.1 軋制力計(jì)算6.1.1 計(jì)算公式1. S.Ekelund公式是用于熱軋時(shí)計(jì)算平均單位壓力的半經(jīng)驗(yàn)公式，其公式為（1）； （1）式中：m表示外摩擦?xí)r對(duì)P影響的系數(shù)，；當(dāng)t800,Mn%1.0%時(shí)，K=10×（14-0.01t）（1.4+C+Mn+0.3Cr）Mpa式中t軋制溫度，C、Mn為以%表示的碳、錳的含量； 平均變形系數(shù)，；粘性系數(shù)，Mpa.sF摩擦系數(shù)，對(duì)鋼輥a=1，對(duì)鑄鐵輥a=0.8； 決定于軋制速度的系數(shù)，根據(jù)表6.1經(jīng)驗(yàn)選取。表6.1 與速度的關(guān)系軋制速度（m/s）661010151520系數(shù)10.80.650.602. 各道軋制力計(jì)算公式為

2、 6.1.2 軋制力計(jì)算結(jié)果表6.2 粗軋軋制力計(jì)算結(jié)果道次12345T（）1148.681142.761133.931117.151099.45H（mm）2001601126743h(mm)160112674330h(mm)4048452413Ri(mm)600600600600600f0.4760.4790.4830.4910.500m0.1940.2660.4080.5960.755K(Mpa)64.365.968.172.476.9111110.2510.2570.2660.2830.301v(mm/s)377037703770377037705.4087.84111.53613.70

3、915.204(Mpa)78.585.9100.2121.8143.0(mm)162416211635.41623.91631.1(mm)16211635.41623.91631.11615P(KN)1972023743268342377820501表6.3 精軋軋制力計(jì)算結(jié)果道次1234567T()1043.651022.38996.34967.35928.58901.31880H(mm)30.001811.78.196.144.63.91h(mm)1811.78.196.144.63.913.5h(mm)126.303.512.051.540.690.41Ri(mm)40040040035

4、0350350350f0.5280.5390.5520.5660.5860.5990.61m0.9201.2031.4521.5221.8541.6541.511K(Mpa)91.2396.67103.34110.76120.68127.66110.80.80.650.60.60.3560.3780.3230.3460.3060.2990.312v(mm/s)331050807260969012930152201700023.8942.9368.38103.50159.72158.82157.04(Mpa)191.47248.63307.47369.69484.06464.92457.37(m

5、m)1606.161606.161606.161606.161606.161606.161606.16P(KN)21307200471850515905180501160488006.2 軋制力矩的計(jì)算6.2.1 軋制力矩計(jì)算公式傳動(dòng)兩個(gè)軋輥所需的軋制力矩為（2）； （2） 式中：P軋制力； x力臂系數(shù)； l咬入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度。上式中的力臂系數(shù)x根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其范圍為熱軋板帶時(shí)x=0.420.50.。一般的，軋制力臂系數(shù)隨著軋制厚度的減小而減小。6.2.2 軋制力矩計(jì)算結(jié)果1. 粗軋軋制力矩計(jì)算表6.4 粗軋軋制力矩計(jì)算結(jié)果道次12345Ri(mm)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.60

6、.040197200.53055.010.60.048237430.493948.730.60.045268340.484232.910.60.024237780.472682.160.60.013205010.461665.752.精軋軋制力矩計(jì)算表6.5 精軋軋制力矩計(jì)算結(jié)果道次1234567Ri(m)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.40.012213070.451328.570.40.0063200470.445895.650.40.00351193190.44610.180.350.00205168770.435370.650.350.00154208540.43360.390.

7、350.00069137030.425153.280.350.00041103780.4288.557 力能參數(shù)校核7.1 軋制力能參數(shù)表7.1 軋輥的物理性質(zhì)軋輥名稱材質(zhì)許用應(yīng)力泊松比彈性模量（Gpa）工作輥F1F3實(shí)心鍛鋼=120MPa0.3E=206=60MPa工作輥F4F7高鎳鉻= 120MPa0.3E=206 =60MPa支持輥F1F7高速鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1工作輥合金鍛鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1支持輥合金鍛鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPa7.2 咬入角校核在設(shè)計(jì)軋制板帶鋼時(shí)，必須保證其能穩(wěn)定咬入。其咬入角主要

8、取決于軋機(jī)的形式、軋制速度、軋輥材質(zhì)、表面狀態(tài)、鋼板的溫度、鋼種的特性及軋制潤滑等因素的影響。熱軋帶鋼的最大咬入角一般為15°20°，低速軋制時(shí)為15°.軋件能被咬入的條件為摩擦角大于咬入角，即tantan,并且一般的，軋制速度高時(shí)，咬入能力低。根據(jù)壓下量與咬入角的關(guān)系： ， tan=f由此公式，計(jì)算結(jié)果見下表7.2。表7.2 咬入角計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目R第二道FF第一道FF第四道Tantan0.3880.4790.19880.5280.0810.566考慮到速度因素，以上計(jì)算符合要求，咬入能力滿足條件。7.3 軋輥強(qiáng)度校核在本設(shè)計(jì)中，由于粗軋五道采用同一臺(tái)軋機(jī)，精軋13

9、機(jī)架輥徑相同，47機(jī)架輥徑相同，所以對(duì)于同一輥徑的情況下，只需要校核軋制力最大的一道。對(duì)于校核第三道，校核第一道，校核第五道。由于各機(jī)架均為四輥軋機(jī)，所以本設(shè)計(jì)以粗軋軋機(jī)為例進(jìn)行校核。校核時(shí)，需要校核軋制力較大，軋輥尺寸較小的道次。對(duì)于四輥軋機(jī)，當(dāng)采用工作輥驅(qū)動(dòng)是，由于工作輥受彎矩小，主要由支撐輥承擔(dān)，兩輥之間壓靠會(huì)產(chǎn)生接觸應(yīng)力，因此在設(shè)計(jì)校核中，支承輥校核輥身與輥徑的彎曲應(yīng)力，工作輥校核輥身彎曲應(yīng)力、輥頭的彎扭組合應(yīng)力，以及兩輥間的接觸應(yīng)力大小。7.3.1 參數(shù)計(jì)算由于校核時(shí)應(yīng)考慮危險(xiǎn)情況，故有關(guān)尺寸應(yīng)按最危險(xiǎn)情況取值，現(xiàn)將有關(guān)的軋輥參數(shù)列出如下：1. 工作輥：圖7.1 軋輥各部分參數(shù)圖粗軋

10、機(jī)主要尺寸為：輥徑D×輥身長(zhǎng)L：1200mm×1780mm，輥徑采用滾動(dòng)軸承，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，其尺寸如下： d(0.50.55)D=600660，取650mm； l=(0.831.0)d=518.8687.5，取為600mm；圖7.2 萬向接軸示意圖輥頭采用滑塊式萬向接軸，其主要尺寸如下：輥頭的直徑取1190mm。厚度 取320mm，取200mm。b/s=0.625，根據(jù)下表選擇抗扭斷面系數(shù)=0.208壓下螺絲中心距表7.3 抗扭斷面系數(shù)b/s11.523450.2080.3460.4930.8011.151.789其他參數(shù)選擇方法相同，結(jié)果列表如下表7.4。表7.4 工作輥

11、參數(shù)選擇結(jié)果項(xiàng)目輥徑D×輥身長(zhǎng)L（mm）輥頸d（mm）輥頸l（mm）輥頭D1（mm）輥頭b（mm）輥頭s（mm）R1軋機(jī)1200×17806506001190200320710×1780390350700130180625×17803403006201201702. 支承輥R1粗軋機(jī)主要尺寸為： 輥徑D×輥身長(zhǎng)L：1550mm×1780mm 輥頸：d=800mm,l=720mm 壓下螺絲中心距a=1780+720=2500mm表7.5 支承輥參數(shù)選擇結(jié)果項(xiàng)目輥徑D×輥身長(zhǎng)L（mm）輥頸d（mm）輥頸l（mm）R1軋機(jī)1550

12、×17808007201400ࡩ.2 軋輥強(qiáng)度校核由于,軋機(jī)均為四輥軋機(jī)，校核方法相同。比較軋制力的大小，校核道次分別選用,第三道次，精軋機(jī)組FF第一道次，F(xiàn)F第五道次。工作輥與支承輥輥身中央處的彎矩可按下列公式計(jì)算： 式中： 工作輥輥身央處的彎矩； 支承輥輥身央處的彎矩； P軋制力； L輥身長(zhǎng)度； a壓下螺絲中心距； b所軋板帶鋼寬度。1. R1粗軋機(jī)強(qiáng)度校選軋制力較大的第三道次進(jìn)行校核，已知數(shù)據(jù)P=26834KN，輥頭寬度1) 工作輥輥身的彎曲應(yīng)力 Mpa =120Mpa2) 工作輥輥頭的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力圖7.3 工作輥輥頭受力示意圖根據(jù)上圖的輥頭結(jié)構(gòu)

13、圖，其合力作用在扁頭一個(gè)支叉的外側(cè)的b/3處扭轉(zhuǎn)力矩 式中： M接軸所傳遞的力矩;N.m 扁頭的總寬度與扁頭的一個(gè)支叉寬度； ； P電機(jī)功率，KW，P=7000KW； n轉(zhuǎn)速，r/min ； v速度，m/s ; ; 輥頭直徑，m 。所以扭轉(zhuǎn)力矩等于 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa=60Mpa3) 兩輥的接觸應(yīng)力 接觸應(yīng)力按赫茲公式計(jì)算 式中 q加在接觸便面單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷， 相互接觸的工作輥與支撐輥的半徑； 與軋輥材質(zhì)有關(guān)的系數(shù)， 、, 其中、兩軋輥材料的泊松比和彈性模量 和粗軋第三道次的板寬相等即： =1635.4mm由于工作輥與支承輥的材質(zhì)相同，并且泊松比=0.3，所以上式可寫為：Mpa4) 支承輥的輥

14、身彎曲應(yīng)力=120Mpa5） 支承輥輥頸處的彎曲應(yīng)力 =120Mpa 符合強(qiáng)度要求。同理，通過以上公式計(jì)算精軋機(jī)組第一架軋機(jī)和第五架軋機(jī)符合要求，因此，可知其他四輥軋機(jī)符合要求。7 劉鴻文主編，材料力學(xué)高等教育出版社，20046） R1粗軋機(jī)彎矩圖圖 7.4 R1粗軋機(jī)彎矩扭矩圖7.4 電機(jī)功率校核以粗軋機(jī)R1的第三道次進(jìn)行校核1. 軋機(jī)功率是軋機(jī)電氣設(shè)備選擇的重要參數(shù)依據(jù)，電機(jī)傳動(dòng)軋輥所需的力矩為：由公式 式中： 軋制力矩，N.m，已求得； 附加摩擦力矩，N.m； 空轉(zhuǎn)力矩，N.m 動(dòng)力矩，N.m，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力矩； i主電機(jī)的減速比，取2. 2. 附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由兩部分組成：軋輥

15、軸承中的摩擦力矩與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩. 其中： 附加摩擦力矩， N.m 有軋輥軸承引起的摩擦力矩，N.m 由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引起的摩擦力矩，N.m 傳動(dòng)效率，取0.95； f軋輥軸承中的摩擦系數(shù)，為滾動(dòng)軸承，取0.003. d軋輥輥徑直徑。 P軋制力。則： 3. 空轉(zhuǎn)力矩 空轉(zhuǎn)力矩是指空載轉(zhuǎn)動(dòng)軋機(jī)主機(jī)列所需的力矩，通常由各轉(zhuǎn)動(dòng)零件自重產(chǎn)生的摩擦力計(jì)算值。按經(jīng)驗(yàn)方法，空轉(zhuǎn)力矩通常約為主電機(jī)額定力矩的3%6%，取5%。式中： 電機(jī)的額定功率，KN.m； 空轉(zhuǎn)力矩，KN.m； P電機(jī)功率，kw; n電機(jī)轉(zhuǎn)速,rpm。4. 電機(jī)能力校核作用在主電機(jī)軸上的力矩為： 24000KN.m 因此電機(jī)滿足要求。同理，

16、對(duì)F1、F4、F6軋機(jī)進(jìn)行校核，滿足要求，可以使用。7.5 年產(chǎn)量計(jì)算常用的軋機(jī)產(chǎn)量有軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量和軋鋼年產(chǎn)量?jī)煞N。他們是軋鋼車間設(shè)計(jì)中極重要的工藝參數(shù)，是衡量軋機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的主要指標(biāo)。7.5.1 工作制度與工作時(shí)間 本設(shè)計(jì)熱軋生產(chǎn)線實(shí)行三班連續(xù)工作制，節(jié)假日不休息，年工作時(shí)間見下表7.6。表7.6 熱軋生產(chǎn)線工作時(shí)間表日歷天數(shù)檢修天數(shù)額定工作時(shí)間換輥時(shí)間（h）事故時(shí)間(h)年工作時(shí)間(h)365大中修 小修 小計(jì)天數(shù) 小時(shí)數(shù)700420680012 23 35330 7920其中：1) 大修每四年一次，中修每年一次，有大修年份無中修；2) 計(jì)劃小修每710天一次，每次816小時(shí)；3) 每天

17、換工作輥8次，每次15分鐘；4) 計(jì)劃小修時(shí)間換支持輥；5) 年工作時(shí)間包括各工序間干擾時(shí)間；7.5.2 加熱爐能力校核 加熱爐小時(shí)產(chǎn)量計(jì)算： 由公式： 式中： Q加熱爐小時(shí)產(chǎn)量，t/h； L加熱爐內(nèi)有效長(zhǎng)度，40.02m； n加熱爐內(nèi)裝排數(shù)，取 1； G每個(gè)鋼坯重量，30t； t加熱時(shí)間，h；t=2.44h； b加熱鋼料斷面寬度，為1.6m。 則： 所以加熱爐的年加熱量為： 萬噸>367萬噸。7.5.3 軋機(jī)生產(chǎn)能力校核1. 軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量實(shí)際生產(chǎn)中，由于種種原因軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量為 ； 式中： A軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量； Q原料重量（t）； T軋機(jī)節(jié)奏時(shí)間（s）； b成材率； K軋機(jī)利用系數(shù); L坯料

18、長(zhǎng)度； B坯料寬度; 鋼的密度，7.8 H坯料厚度。以精軋機(jī)第七架進(jìn)行計(jì)算，,K=0.8,b=0.985，T=65.45s 2. 軋鋼機(jī)平均小時(shí)產(chǎn)量當(dāng)一個(gè)車間生產(chǎn)若干個(gè)品種時(shí)，每個(gè)品種或出于選用坯料斷面尺寸不同，或由于軋制道次不同，其產(chǎn)量也就不同。為考核一個(gè)車間的生產(chǎn)水平和計(jì)算年產(chǎn)量，就需要計(jì)算各種品種所占不同比例的小時(shí)產(chǎn)量，稱為平均小時(shí)產(chǎn)量。 本設(shè)計(jì)按勞動(dòng)量換算系數(shù)計(jì)算。 勞動(dòng)換算系數(shù)X為：式中： 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的小時(shí)產(chǎn)量（t/b）; A某種產(chǎn)品的小時(shí)產(chǎn)量（t/b）。取 3.5mm 的帶鋼為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，按厚度進(jìn)行換算后，各規(guī)格小時(shí)產(chǎn)量列表7.7。表7.7 各種厚度規(guī)格的小時(shí)產(chǎn)量厚度2.03.03.14.04.15.05.18.08.111.511.517.017.120.0Xi2.481.821.550.971.521.852.49Ai(t/h)43759669911