線材軋機(jī)說(shuō)明書

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 第 1 頁(yè) 530 線材軋機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 線材的用途很廣，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中，線材占有相當(dāng)重要的地位。本次 設(shè)計(jì)是針對(duì)線材生產(chǎn)中所用到的粗軋機(jī)（開(kāi)坯機(jī)）進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，要根據(jù)軋制工藝對(duì) 軋輥的基本尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)軋制力矩選擇電機(jī)。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)軋輥進(jìn) 行受力分析并進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核，對(duì)軋機(jī)的機(jī)架也需要進(jìn)行相應(yīng)的校核。在設(shè)備的改 進(jìn)方面，對(duì)H 架進(jìn)行改造，優(yōu)化了它的受力情況，提高了它的使用期限。通過(guò)這次設(shè)計(jì)， 我對(duì)于冶金機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程有了全新的認(rèn)識(shí)。但此過(guò)程仍有很多的不足之處需要進(jìn)一步 改進(jìn)，能夠完成此次設(shè)計(jì)離不開(kāi)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及老師的悉心指導(dǎo)，在此

2、我僅代表個(gè)人向?qū)W院 領(lǐng)導(dǎo)及老師的教誨表示感謝，同時(shí)也感的同學(xué)的幫。 關(guān)鍵詞：線材生產(chǎn)；開(kāi)坯機(jī)；設(shè)計(jì) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 2 頁(yè) 1 緒論 1.1 線材生產(chǎn)的基本知識(shí) 1.1.1 線材的概念和用途 什么是線材？我國(guó)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，線材是指直徑為5-22mm 的熱軋圓鋼或者相 當(dāng)此斷面的異形鋼。因以盤條形式交貨，故又通稱為盤條。線材斷面周長(zhǎng)很小，常見(jiàn)的 產(chǎn)品規(guī)格直徑為5-13mm。根據(jù)軋機(jī)的不同可分為高速線材（高線）和普通線材(普線） 兩種。 線材的用途很廣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中線材占有重要的地位。有的線材軋制以后 可直接使用，主要作鋼筋混凝土的配筋和焊接結(jié)構(gòu)件用；有的則作為

3、再加工原料，經(jīng)過(guò) 再加工后使用。例如，經(jīng)過(guò)拉拔成為各種鋼絲，再經(jīng)捻制成為鋼絲繩，或再經(jīng)編織成鋼 絲網(wǎng)；經(jīng)過(guò)熱鍛或冷鍛成鉚釘；經(jīng)過(guò)冷鍛及滾壓成螺栓，以及經(jīng)過(guò)各種切削加工及熱處 理制成機(jī)器零件或工具；經(jīng)過(guò)纏繞成型及熱處理制成彈簧；等等。 1.1.2 線材生產(chǎn)的工藝流程 線材一般采用高線生產(chǎn)。 一、通過(guò)步進(jìn)式加熱爐將方坯加熱至1100 攝氏度以上； 二、加熱后的方坯出爐，進(jìn)行高壓水除鱗； 三、進(jìn)入粗軋機(jī)軋制，粗軋機(jī)為熱連軋機(jī)組； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 3 頁(yè) 四、粗軋后的軋件進(jìn)入水冷段進(jìn)行降溫，以控制其內(nèi)部金相組織； 五、離開(kāi)水冷段后進(jìn)入中軋機(jī)和精軋機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步軋制； 六、精軋后的

4、軋件由吐絲機(jī)吐出形成盤卷狀； 七、盤卷狀的線材在空冷段中冷卻前進(jìn)； 八、在空冷段的末端，線材由集卷器打成卷筒狀； 九、打成卷筒狀后的線材送入打捆機(jī)打捆； 十、進(jìn)入成品庫(kù)。 1.2 高速線材軋機(jī)的發(fā)展與成熟 1.2.1 軋制速度的發(fā)展 一般將軋制速度大于40m/s 的軋機(jī)稱為高速軋機(jī)。因此，軋制速度是高速線材軋機(jī) 的一個(gè)重要參數(shù)。摩根新式精軋機(jī)是當(dāng)代具有代表性的高速軋機(jī)。摩根公司從 1962 年 就開(kāi)始研制新式線材軋機(jī)，1966 年第一臺(tái)高速無(wú)扭精軋機(jī)在加拿大鋼鐵公司投產(chǎn)，保證 軋制速度為43m/s。 摩根公司在第一臺(tái)高速無(wú)扭精軋機(jī)投產(chǎn)后的 20 年間，發(fā)展非常迅速，其線材軋機(jī) 的軋制速度提高得

5、很快。第I 代至第VI 代的三種速度列于表1-2。單位m/s 代 I II III IV V VI 保證軋制 速度 43 50 61 75 80 100 最大輥徑 時(shí)的軋制 速度 50 60 75 90 100 120 電機(jī)最大 轉(zhuǎn)速時(shí)的 軋制速度 60 72 90 112 120 140 其他高速軋機(jī)，如德馬克、阿希洛、達(dá)涅利和摩哥斯哈瑪，與摩根軋機(jī)一樣，軋制 速度發(fā)展也很快，其中德馬克機(jī)型的保證軋制速度也達(dá)到了100m/s，其他機(jī)型的保證軋 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 4 頁(yè) 制速度都達(dá)到了80m/s。 1.2.2 主軋機(jī)機(jī)型 高速線材軋機(jī)的軋制速度、成品盤重和坯料斷面在不斷增

6、大，對(duì)半成品和成品尺寸 精度的要求在不斷提高，為此，除了在工藝上更完善外，在粗中精軋機(jī)機(jī)型方面，出現(xiàn) 了一系列與其相適應(yīng)的進(jìn)展。 國(guó)外高速線材軋機(jī)粗軋機(jī)類型較多，據(jù)資料報(bào)道，有擺鍛式軋機(jī)、三輥行星軋機(jī)（簡(jiǎn) 稱PSW軋機(jī)）、三輥式Y(jié)型軋機(jī)、45°軋機(jī)、平立輥交替布置的二輥軋機(jī)、緊湊式 二輥軋機(jī)和水平二輥式粗軋機(jī)等機(jī)型。 1.2.3 控制與自動(dòng)化 高速軋機(jī)生產(chǎn)線材具有軋制速度快、盤重大和產(chǎn)量高的特點(diǎn)，整個(gè)軋制過(guò)程對(duì)機(jī)械 化、自動(dòng)化程度要求很高，因而在自動(dòng)控制系統(tǒng)方面就有相應(yīng)的進(jìn)展，其主要表現(xiàn)是計(jì) 算機(jī)在控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 目前，高速線材軋機(jī)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行部分或大部分控制的約有下述幾種情

7、況： （1）常規(guī)控制加車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)的物料跟蹤功能； （2）常規(guī)控制加車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行物料跟蹤和設(shè)備級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制； （3）部分常規(guī)控制加車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行坯料管理及物料跟蹤、過(guò)程控制級(jí)和 設(shè)備控制級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行加熱爐燃燒及軋線部分設(shè)備的自動(dòng)控制。 此外，有的高速線材軋機(jī)也采用車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備事故報(bào)警，使設(shè)備事故 率降至最低。 1.2.4 現(xiàn)代高速軋機(jī)技術(shù)的新進(jìn)展 （1）全連續(xù)、無(wú)扭、高速軋制。粗、中軋平立交替布置，精軋機(jī)前設(shè)有預(yù)精軋， 設(shè)計(jì)最大終軋速度達(dá)120m/s，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐最新提出的保證最大軋速將按線材不同規(guī)格分 別提出。 （2）增加減定徑設(shè)備，提高產(chǎn)品精度，解決線材

8、精軋過(guò)程中溫度控制問(wèn)題。 （3）增大進(jìn)料鋼坯斷面，既可適應(yīng)上游連鑄機(jī)提高鑄坯生產(chǎn)率及質(zhì)量的需要，也 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 5 頁(yè) 可提高卷重，提高線材軋機(jī)生產(chǎn)率和成材率。 （4）連鑄坯熱裝熱送合格連鑄坯通過(guò)熱裝輥道直接進(jìn)人加熱爐進(jìn)行加熱和均熱， 熱裝溫度可達(dá) 600以上，提高了加熱爐的生產(chǎn)率，減少了鋼坯加熱時(shí)的能耗和鋼坯在 冷卻、加熱過(guò)程中的氧化鐵皮損失，提高了金屬收得率。 （5）低溫軋制。將開(kāi)軋溫度控制在950左右，在選擇粗中軋機(jī)架剛度和主電機(jī)容 量時(shí)均適應(yīng)此要求，以達(dá)到總體節(jié)能和減小金屬燒損的效果。 （6）控冷控溫軋制。 （7）單一孔型系統(tǒng)。所有產(chǎn)品（小5.0-25mm）

9、僅需在4 架減定徑機(jī)組上進(jìn)行換輥 完成，其他機(jī)架均不需為更換軋材規(guī)格換輥，從而顯著提高作業(yè)率和生產(chǎn)率。 （8）最新一代吐絲機(jī)和集卷站。吐絲機(jī)采用漸近彎曲形式，給出線材在吐絲管內(nèi) 運(yùn)動(dòng)的理想軌跡，從而減吐絲機(jī)管磨損并具有運(yùn)行穩(wěn)定性。 1.3 粗軋線材軋機(jī)研究的主要內(nèi)容和方法 1.3.1 粗軋機(jī)主要組成 粗軋機(jī)由機(jī)前機(jī)后轉(zhuǎn)鋼輥道、機(jī)前機(jī)后推床、地腳板、牌坊、上支承輥平衡裝置、 階梯墊、工作輥、工作輥平衡、油膜軸承、支承輥、進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸平衡、 工作輥換輥裝置、機(jī)架輥等組成。 1.3.2 課題研究的內(nèi)容及方法 （1）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，收集 530 軋機(jī)有關(guān)的資料，了解生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，軋機(jī)結(jié)

10、 構(gòu)特點(diǎn)，主要零件材料選擇。 （2）制定530 軋機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行方案評(píng)述。 （3）進(jìn)行電機(jī)容量的選擇，主要零件強(qiáng)度計(jì)算。 （4）繪出總圖，裝配圖和零件圖。 （5）潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)和潤(rùn)滑方式的選擇。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 6 頁(yè) 2 方案的選擇與評(píng)價(jià) 2.1 方案的選擇 線材軋制所用的開(kāi)坯軋機(jī)是采用三輥共同驅(qū)動(dòng)的線材開(kāi)坯軋機(jī)，它可以在數(shù)量、品 種以及規(guī)格等方面全面滿足要求。除此外更能達(dá)到為之后的中、精軋機(jī)組提供原料的要 求。它不但能充分地發(fā)揮成品車間的生產(chǎn)能力，而且還能保證鋼坯內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)和表 面質(zhì)量。除了這些之外，線材開(kāi)坯機(jī)還能大大地提高成品車間的成材率，講斷面尺寸為 1

11、40×140mm05的來(lái)料軋制成斷面尺寸為30×30mm05的甚至更小的小型鋼坯。開(kāi)坯機(jī)是獨(dú)立 的開(kāi)坯軋制，它采用了雙層輥道進(jìn)行中上和中下軋制。 2.2 開(kāi)坯機(jī)的生產(chǎn)特點(diǎn) 在三輥開(kāi)坯機(jī)中，軋輥按照固定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在上下兩條軋線上可以進(jìn)行交叉過(guò)鋼， 在同一條軋線上又可幾個(gè)孔型同時(shí)過(guò)鋼，縮短了軋制時(shí)間，加快了軋制節(jié)奏，提高了軋 制質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。 由于軋制過(guò)程中三輥開(kāi)坯軋機(jī)的每個(gè)孔型只能夠過(guò)一次鋼，所以輥身上需要布置多 個(gè)孔型。允許利用輥身的長(zhǎng)度來(lái)減少機(jī)架數(shù)量?？仔驮O(shè)計(jì)采用共軛系統(tǒng)。三輥開(kāi)坯軋機(jī) 上的中輥是固定不動(dòng)的，利用上輥的壓下裝置及下輥的壓上裝置來(lái)對(duì)軋輥的位置進(jìn)行調(diào)

12、節(jié)。同時(shí)需要注意軋輥軸向位置，保證對(duì)準(zhǔn)孔型，因此有軸向調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 值得一提的是，一般情況下奇數(shù)道次通過(guò)的孔型大都布置在下軋線上，當(dāng)然有少數(shù) 出現(xiàn)在上輥軋線上。與此同時(shí)配合雙層輥道和升降臺(tái)來(lái)進(jìn)行軋件的傳遞，此法縮短了軋 制時(shí)間，加快了節(jié)奏，提高了產(chǎn)量。同時(shí)也大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 7 頁(yè) 2.3 方案的評(píng)述 2.3.1 主傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 主電機(jī)選擇 ZJD 60 120 -6 型，功率 1000KW，轉(zhuǎn)速 500 210 r/min，i=2.333。達(dá)到了降低 電機(jī)容量的目的。齒輪座采用的是人字齒輪座而梅花連接軸齒輪座側(cè)采用了滑塊接頭， 軋機(jī)側(cè)也選擇采

13、用梅花接頭以方便軋機(jī)進(jìn)行換輥操作。軋輥軸承采用滾動(dòng)軸承而沒(méi)有采 用滑動(dòng)軸承，原因是滾動(dòng)軸承精度較高，這樣可以保證軋制的精度。上軋輥平衡裝置采 用彈簧式上輥平衡裝置，原因是出于軋輥的調(diào)整量最小的考慮。壓下方式采用電動(dòng)壓下， 并采用有效的措施防止氧化鐵皮飛入壓下螺絲和壓下螺母中去，保證了壓下工作靈活可 靠。 1-電機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-人字齒輪座；4-萬(wàn)向接軸； 5-梅花軸頭聯(lián)軸器；6-開(kāi)坯軋機(jī)軋輥； 圖2.1 主傳動(dòng)示意圖 2.3.2 軋輥調(diào)整裝置的確定 軋輥調(diào)整裝置是軋機(jī)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)之一，其設(shè)計(jì)的好與壞直接關(guān)系到軋件的質(zhì)量和產(chǎn) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁(yè) 量。通常，軋機(jī)軋輥的調(diào)整

14、一般包括軸向和徑向兩個(gè)方向。其中，徑向調(diào)整是軋鋼機(jī)中 主要的必不可少的裝置。調(diào)整裝置的作用： 1.調(diào)整軋輥水平位置（即調(diào)整輥縫），以保證軋件按照給出的壓下量軋制出所要求的 斷面尺寸。尤其是在板坯軋機(jī)、初軋機(jī)和萬(wàn)能軋機(jī)上，幾乎就是每軋一道次都需要進(jìn)行 軋輥輥縫的調(diào)節(jié)； 2.調(diào)整軋輥與輥道水平面之間的相互位置，在連軋機(jī)上，還需要調(diào)整各個(gè)機(jī)座之間 軋輥的相互位置，進(jìn)而保證軋制線高度一致（調(diào)整下輥高度）； 3.調(diào)整軋輥的軸向位置，以保證有槽軋輥能夠?qū)?zhǔn)孔型； 4.板帶軋機(jī)上還要調(diào)整軋輥輥型，其目的是減小板帶材的橫向厚度差及控制板形。 根據(jù)各類軋機(jī)的不同要求，調(diào)整裝置可分為：上輥調(diào)整裝置（即壓下裝置）、

15、下輥 調(diào)整裝置（即壓上裝置）、中間輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。壓 下裝置的用途很廣，安裝于所有的二輥、三輥、四輥及多輥軋機(jī)上。壓下裝置有電動(dòng)形 式、液壓形式和手動(dòng)形式。 手動(dòng)形式的壓下裝置多用于型鋼軋機(jī)上。長(zhǎng)期以來(lái)，帶鋼軋機(jī)上使用的通常是電動(dòng) 壓下裝置。近年以來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，帶鋼的軋制速度逐步提高，產(chǎn)品的尺寸精度要 求也日益嚴(yán)格，特別是采用自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)（AGC）后，電動(dòng)壓下裝置由于有傳動(dòng)效 率低、反應(yīng)速度慢、運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、調(diào)整精度低等缺點(diǎn)，已不能滿足工藝的要 求。為了能夠提高產(chǎn)品的尺寸精度，在高速帶鋼軋機(jī)上采用液壓壓下裝置。 2.3.3 軋輥平衡裝置的確定 設(shè)

16、置軋輥平衡裝置其目的是為了消除軋制過(guò)程中由于工作機(jī)座中相關(guān)零件間隙所 導(dǎo)致的沖擊現(xiàn)象，保證軋件軋制精度，改善咬入條件，及防止工作輥和支撐輥之間產(chǎn)生 打滑現(xiàn)象等，幾乎所有的軋機(jī)上都有平衡裝置，疊軋薄板軋機(jī)除外。 由于軋機(jī)的機(jī)座中各個(gè)有關(guān)相互配合的零件間存在配合間隙，比如壓下螺絲與壓下 螺母間、軸承與輥頸間，所以在軋機(jī)空載時(shí)由于各個(gè)零件的自重，會(huì)造成零件間可能產(chǎn) 生一定間隙，而這種間隙必然會(huì)在軋制的過(guò)程中產(chǎn)生一定的強(qiáng)烈沖擊，其結(jié)果就是使軋 機(jī)的壽命降低，輥縫發(fā)生一定變化，使軋件的咬入不利。與此同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致工作輥與支 撐輥間打滑，進(jìn)而影響帶材的質(zhì)量大大降低。另外，合理地選擇平衡力還能消除平衡系 遼寧

17、科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 9 頁(yè) 統(tǒng)中的滯后現(xiàn)象，以提高AGC 的控制精度。 軋機(jī)上常用的平衡裝置有：液壓式、彈簧式、重錘式。 由于彈簧式平衡裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，且造價(jià)較低，但平衡力是變化的特點(diǎn)， 特別適用于上輥調(diào)節(jié)高度在50100mm 的中小型鋼或線材軋機(jī)上，所以決定采用彈簧式 平衡裝置，即可滿足開(kāi)坯軋機(jī)的工作要求。 2.3.4 機(jī)架形式的確定 在軋制過(guò)程中，軋件對(duì)軋輥的反作用力通過(guò)軋輥的軸承、軸承座、壓下螺絲和壓下 螺母?jìng)鬟f給機(jī)架，并由機(jī)架吸收進(jìn)而傳遞到地基。因此，機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件， 軋輥的軸承和軋輥調(diào)整裝置均安裝在機(jī)架上。機(jī)架需要承受軋制力，就要有足夠的剛度 和強(qiáng)度

18、。 根據(jù)軋機(jī)的工作要求及形式，機(jī)架分為開(kāi)式機(jī)架、閉式機(jī)架和半閉式機(jī)架三種。閉 式機(jī)架是一整體的框架，有著較高的剛度和強(qiáng)度。閉式機(jī)架主要用于軋制力較大的初軋 機(jī)上，板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)上等等。對(duì)于板帶軋機(jī)，為了提高其軋制精度，就要有較高 的機(jī)架剛度。對(duì)于某些線材軋機(jī)或者是小型軋機(jī)來(lái)說(shuō)，常采用剛度較好的閉式機(jī)架，來(lái) 獲得較好的軋件質(zhì)量。采用閉式機(jī)架的機(jī)座在換輥時(shí)軋輥將沿其軸線方向從機(jī)架的窗口 處抽出或裝入。此類軋機(jī)一般都配有專用的換輥裝置。 開(kāi)式機(jī)架由機(jī)架本體及上蓋組成，主要用于橫列式型鋼軋機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是換輥方便， 缺點(diǎn)在于剛度稍遜。上蓋的聯(lián)接方式會(huì)影響開(kāi)式機(jī)架的換輥速度和剛度。常見(jiàn)的上蓋聯(lián) 接方式：

19、 1.機(jī)架上蓋用兩個(gè)螺栓與機(jī)架的立桿聯(lián)接。這種聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但由于螺 栓較長(zhǎng)，變形較大，機(jī)架的剛度較低。另外，換輥的時(shí)候拆裝螺母較費(fèi)時(shí)； 2.斜楔與立銷聯(lián)接的開(kāi)始機(jī)架，其換輥比螺栓聯(lián)接方便； 3.斜楔與套環(huán)聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架同上述兩種機(jī)架形式比較，取消了上蓋上的垂直銷孔 和立柱，并用套環(huán)替代圓柱銷或螺栓。套環(huán)的下端使用橫銷鉸接于立柱上，套環(huán)的上端 用斜楔把立柱同上蓋聯(lián)接起來(lái)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是換輥比較方便。由于套環(huán)的斷面可以 大于圓柱銷或螺栓，軋機(jī)的剛性有所改善； 4.斜楔同橫銷聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，立柱同上蓋用橫銷聯(lián)接后，再用斜楔楔緊。這種結(jié) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 10 頁(yè) 構(gòu)

20、的優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)接件變形小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是在沖擊力與楔緊力的作用下，當(dāng)橫銷沿著剪 切力的斷面發(fā)生變形以后，拆裝會(huì)比較困難，而使換輥時(shí)間延長(zhǎng)； 5.用斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，與上述幾種開(kāi)式機(jī)架相比較有著如下的優(yōu)點(diǎn)：聯(lián)接件的 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上蓋的彈跳值小，聯(lián)接較堅(jiān)固；機(jī)架立柱的橫向變形較小，機(jī)架立柱的上部 被斜楔和機(jī)蓋止口緊緊地?cái)D住，大大減小了立柱的橫向變形。 由以上分析得出，用斜楔進(jìn)行聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，除了換輥會(huì)更加方便以外，還有著 更高的剛度，因此稱為半閉式機(jī)架。這種機(jī)架的使用效果較好，而且已得到廣泛的使用。 因此本次課題選用的機(jī)架形式就是半閉式機(jī)架。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 11 頁(yè) 3 主

21、電機(jī)容量的選擇 3.1 軋制力的計(jì)算 3.1.1 軋輥主要尺寸的確定 壓下量 h =140-100=40mm； 咬入角=22.4°，則 cos =0.9245 軋輥的輥身直徑D=530mm 軋輥的長(zhǎng)度L 根據(jù)實(shí)際的工作情況，取 L=1500mm； 軋輥的輥頸直徑 d 和長(zhǎng)度 l，在一般情況下，近似地取軋輥的輥頸直徑與輥身的直徑關(guān) 系如下： d=(0.50.55)D 則d=0.5×530=265mm，且l 與d 的關(guān)系為 l/d=（0.831.0），則取 l=250mm；梅花接軸軸 頭的直徑 d 1 =d-(1015)=250-10=240mm； 3.1.2 孔型布置 表3.

22、1 壓下規(guī)程 單位：mm 道次 h 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 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 12 頁(yè) 根據(jù)所定的壓下規(guī)程，設(shè)計(jì)孔型如下： 圖3.1 孔型布置圖 3.1.3 軋制力計(jì)算 考慮到軋機(jī)工作環(huán)境的溫度是1050，而且軋制線材，所以選擇艾克隆德公式來(lái)計(jì) 算平均單位軋制力（此公式適用于熱軋型鋼軋機(jī)和線材軋機(jī)軋制）。 P m =(1+m)(k+9.8u) 式中 m考慮外摩擦對(duì)單位壓力的影響系數(shù)； k軋制材料在靜壓縮時(shí)變形阻力，MPa； 軋件粘性系

23、數(shù)，kg74s/mm05； u變形速度，s 1 。 艾克隆德根據(jù)其研究，給出下式計(jì)算系數(shù)m m= h h h h h h 1 0 1 0 1 0 ) ( 2 . 1 ) ( R 6 . 1 式中 08摩擦系數(shù)，建議采用下式計(jì)算，對(duì)鋼軋輥 08=1.05-0.0005t，對(duì)硬面鑄鐵軋輥 08=0.8(1.05-0.0005t)，t 為軋制溫度； h 0 、h 1 軋制前后軋件高度，mm； R軋輥的半徑，mm。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 13 頁(yè) 代入數(shù)據(jù)，得 m= 80 120 ) 80 120 ( 2 . 1 ) 80 120 ( 265 525 . 0 6 . 1 =0.19

24、m= 100 140 ) 100 140 ( 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 計(jì)算變形阻力k，利用L.甫培熱軋方坯實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到k（MPa）的計(jì)算公式 k=(14-0.01t)(1.4+ ) c ( + ) Mn ( +0.3 ) Cr ( )×9.8 式中 t軋制溫度，； ) c ( 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； ) Mn ( 錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； ) Cr ( 鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。 代入數(shù)據(jù)，得 k=(14-0.01&#

25、215;1050)×(1.4+0.2)×9.8=54.88 計(jì)算軋件的粘性系數(shù) 按下式計(jì)算 =0.01(14-0.01t)c 式中 c考慮軋件的軋制速度對(duì) 的影響系數(shù)，其值如下： 軋制速度v/(m74s 1 ) <6 610 1015 1520 系數(shù)c 1.0 0.8 0.65 0.6 由于軋制速度為7m/s，查得系數(shù)c=0.8，則 =0.01×(14-0.01×1050)×0.8=0.028 艾克隆德用下式計(jì)算變形速度 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 14 頁(yè) u h h 1 0 R h v 2 式中 v軋制速度，mm/s； h

26、 0 、h 1 軋制前后軋件的高度，mm； R軋輥半徑，mm。 代入數(shù)據(jù)，得 u= 1000 100 140 265 40 7 2 =22.66 u= 1000 90 155 265 65 7 2 =28.30 u= 1000 80 120 265 40 7 2 =27.20 計(jì)算各道次平均軋制力， 第一道次：P m =(1+0.19)×(54.88+9.8×0.028×22.66)=72.71MPa 第二道次：P m =(1+0.16)×(54.88+9.8×0.028×28.30)=72.67MPa 第三道次：P m =(1+0.

27、19)×(54.88+9.8×0.028×27.20)=74.19MPa 軋件與軋輥接觸弧水平上投影長(zhǎng)度 l(mm)的計(jì)算公式為 l= h R 代入數(shù)據(jù)，得 第一道次：l= 40 265 =102.96 第二道次：l= 65 265 =131.24 第三道次：l= 40 265 =102.96 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 15 頁(yè) 計(jì)算總軋制力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 =

28、1001.41KN 第三道次：P= 96 . 102 2 100 90 19 . 74 =725.67KN 3.2 電機(jī)軸上力矩的計(jì)算 軋制力力臂a 的計(jì)算 a= sin 2 D 2 1 為咬入角 ) D h 1 arccos( =22.4° 則 a= 2 . 11 sin 2 530 =51.47mm 軋制力的力矩 M z =P74a 則 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 16 頁(yè) M 1 Z =1104.22×51.47=56834.20N74m M 2 Z =1001.41×51.47=51542.57N74m M 3 Z =725.67×5

29、1.47=37350.23N74m 摩擦力矩 M f =08d 其中 08=0.03（由膠木瓦軸選?。?M f =0.03×265=7.95N74m 則軋輥軸承處摩擦阻力矩 M K =M z +M f 則 M 1 K =56834.20+7.95=56842.15N74m M 2 K =51542.57+7.95=51550.52N74m M 3 K =37350.23+7.95=37358.18N74m 3.3 主電機(jī)的選擇 軋制速度 n H = D v 60 代入數(shù)據(jù)，得 n H = 530 1000 7 60 =252.25r/min 電機(jī)功率 N= k 9550 n M H

30、max K 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 17 頁(yè) 代入數(shù)據(jù)，得 N= 85 . 0 2 9550 25 . 252 15 . 56842 =883.18KW 選用YB2 5003-2 型號(hào)電機(jī)，基本轉(zhuǎn)速為2580r/min，功率1000KW。 傳動(dòng)比 i= 25 . 252 2580 10.24 主電機(jī)軸上力矩 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 代入數(shù)據(jù)，得 M 2 f = ) 1 85 . 0 1 ( 83 . 11 15 . 56842 =847.93N74m 空轉(zhuǎn)力矩 M kon =(0.030

31、.06)M er M er = n N er er 9550 = 2580 1000 9550 =3700N74m 代入數(shù)據(jù)，得 M kon =0.05×3700=185N74m 由于軋件的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以動(dòng)載力矩M don 可以忽略不計(jì)。 則 第一道次：M D = 185 93 . 847 24 . 10 20 . 56834 =6583.14N74m 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 18 頁(yè) 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 .

32、 37350 =4680.39N74m 電機(jī)過(guò)載系數(shù)校核 2 K 78 . 1 3700 14 . 6583 M M er D 故電機(jī)過(guò)載校核合格。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 19 頁(yè) 4 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 4.1 軋輥的強(qiáng)度計(jì)算 軋輥的破壞取決于各種不同的應(yīng)力（包括扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，由 于溫度分布不均勻或者是交替變化引起的溫度應(yīng)力和軋輥制止過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力 等等）的綜合影響。具體的說(shuō)，軋輥的破壞可能是由以下幾個(gè)方面原因造成的： 1.軋輥的形狀設(shè)計(jì)不合理或者是設(shè)計(jì)的強(qiáng)度不夠。例如，在額定負(fù)荷下，軋輥由于 強(qiáng)度不夠而斷裂或是接觸疲勞超過(guò)了許用值，使輥面疲勞剝落；

33、2.軋輥的材質(zhì)、熱處理或者加工工藝不符合要求。例如，軋輥的耐熱裂性、耐粘附 性和耐磨性差，材料中有夾雜或是殘余應(yīng)力過(guò)大； 3.軋輥在生產(chǎn)過(guò)程中使用不合理。熱軋軋輥在冷卻不足或冷卻不均勻時(shí)，會(huì)由于熱 疲勞而產(chǎn)生輥面熱裂；冷軋時(shí)候的事故黏附也會(huì)導(dǎo)致其熱裂甚至是表層剝落；在冬季新 換上的冷軋輥如果突然進(jìn)行高負(fù)荷熱軋或冷軋機(jī)停車，軋熱的軋輥驟然遇冷，往往會(huì)因 為溫度應(yīng)力過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致軋輥表面剝落甚至斷輥；壓下量過(guò)大或由于工藝過(guò)程安排不 妥當(dāng)而造成過(guò)負(fù)荷也會(huì)造成軋輥的破壞。 由于軋輥抗彎斷面系數(shù)比較大，即軋輥有很大的剛性，所以，軋制時(shí)由軋棍承擔(dān)彎 曲力矩。因此可以只算軋輥輥身中部和輥頸的斷面處的彎曲應(yīng)力

34、。 軋輥受到的彎曲應(yīng)力如圖4.1， 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 20 頁(yè) 圖4.1 軋輥彎曲應(yīng)力圖 對(duì)軋輥，通常對(duì)輥身只計(jì)算彎曲，對(duì)輥頸則計(jì)算彎曲和扭轉(zhuǎn)，對(duì)傳動(dòng)端軸頭只計(jì)算 扭轉(zhuǎn)。 首先計(jì)算1-1 面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 3 1 1 K d 07 . 0 M 代入數(shù)據(jù)，得 MPa 74 . 58 240 07 . 0 15 . 56842 3 對(duì)于鑄鋼軋輥， b =500600MPa，R b =100120MPa =0.75 =0.75×120=90MPa 因此，< ，故軋輥1-1 面上的強(qiáng)度滿足要求。 接下來(lái)校核2-2 面上的合成應(yīng)力 采用鋼軋輥時(shí)，合成應(yīng)力應(yīng)按第四強(qiáng)度

35、理論計(jì)算 2 2 p 3 最后校核3-3 面上的彎曲應(yīng)力 3 3 3 d 2 . 0 pl 代入數(shù)據(jù)，得 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 21 頁(yè) MPa 56 . 95 10 225 2 . 0 10 300 10 67 . 725 9 3 3 3 因此，< ，故軋輥3-3 面上的強(qiáng)度滿足要求。 4.2 機(jī)架強(qiáng)度的計(jì)算 斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，適用于三輥式型鋼軋機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，在這種軋機(jī)上當(dāng)中上輥 軋鋼時(shí)，中下輥就不再軋鋼了。相反，在中下輥軋鋼時(shí)，中上輥就不軋鋼了。由于軋件 在中上輥軋制的時(shí)候與中下輥軋制時(shí)基本上是相同的，在進(jìn)行機(jī)架剛度計(jì)算時(shí)，只考慮 一種情況。 為了能夠簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)

36、假設(shè)機(jī)架上只作用兩個(gè)大小相等而方向相反的垂直力R，而 通過(guò)斜楔的作用，在機(jī)架上蓋和U 形架上，作用著一個(gè)反作用力F。F 力可以分解為水 平分力X 和垂直分力Y 。此外，通過(guò)機(jī)架上蓋止口的作用，在機(jī)架上蓋和U型架上， 作用著靜不定力X。靜不定力X 的大小。可根據(jù)止口處變形諧調(diào)條件提出。止口處的變 形諧調(diào)條件可以用以下公式表示 3 1 2 3 2( ) Xl f f EF 式中 E機(jī)架材料彈性系數(shù)，E=1.735×10 5 f 1 由于U 形架立柱撓曲，一個(gè)立柱在機(jī)架上蓋止口接觸處的變形； f 2 由于U形架下橫梁撓曲，一個(gè)立柱在機(jī)架上蓋止口接觸處的水平位移； 機(jī)架上蓋止口處原始間隙（對(duì)

37、于新機(jī)架即為配合間隙）； X機(jī)架上蓋止口處?kù)o不定力； F 3 機(jī)架上蓋斷面面積； 利用材料力學(xué)公式求出 f 1 和 f 2 后，將上式轉(zhuǎn)換，得 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 22 頁(yè) 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 e e 2 3 c 2 c m 2 c ce 2 c e c R X 式中 I2 立柱的慣性矩； R作用在機(jī)架上的垂直力； m斜楔空斜角的正切， tan m ， 15 ，為立柱斜楔孔斜度； e 作用力 2 R 對(duì)立柱中性線的距離； e 力Y 對(duì)立柱中性線

38、的距離； l2 力X 對(duì)下橫梁中性線的距離； c 力 ' X 對(duì)下橫梁中性線的距離； c 立柱凸臺(tái)對(duì)下橫梁中性線的距離； I1 橫梁慣性矩； l1 U 形架兩立柱中性線距離； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 23 頁(yè) 圖4.2 中上輥軋制時(shí)的機(jī)架受力圖 圖4.3 中上輥軋制時(shí)U 型架的彎曲圖 e=350mm； =15；e'=200mm；C=850mm；C'=2500mm； 2 l =2700mm； 1 l =1250mm； 3 l =1600mm； 3 1 12 bh I （矩形）； 3 1 32 d I （圓形） 代入數(shù)據(jù)，得 X=1.1×10 5

39、N 立柱的危險(xiǎn)斷面可能在B、C、D 等處，由于B 存在這斜楔孔，斷面較弱。 在B 處的彎矩 e 2 R ) c ( X l M 2 B 代入數(shù)據(jù)，得 M B =78000N74m 則 B B B B F 2 R W M 130000 500 260 F B mm05 代入數(shù)據(jù)，得 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 24 頁(yè) 846 . 3 B MPa 所以，機(jī)架強(qiáng)度滿足條件。 4.3 軋輥軸承的計(jì)算 軋輥軸承的工作特點(diǎn)是：工作負(fù)荷大；轉(zhuǎn)動(dòng)速度差別較大；工作環(huán)境相對(duì)惡劣；軸 承所承受的力的大小，方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的幾個(gè)最主要的依據(jù)。根據(jù)載荷大小 選擇軸承時(shí)，由于滾子軸承中主要存在的是

40、線接觸，適用于承受較大的載荷，承載后的 變形也較??；而球軸承則主要是線接觸，適宜用于承受較輕的或者中等的載荷?？紤]到 開(kāi)坯軋機(jī)的工作特點(diǎn)，選擇滾子軸承。軸承受到的又是純徑向載荷，所以選擇膠木瓦滾 子軸承。計(jì)算省略。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 25 頁(yè) 5 H 型架的改進(jìn) H 型瓦架的變形或斷裂 為了調(diào)整并固定中輥，該機(jī)座采用了 H 型瓦架。由于 H 型瓦架的腿部厚度受到機(jī) 架窗口尺寸的限制，所以不能過(guò)于加大尺寸。當(dāng)承受較大的彎矩以后，極其容易變形， 導(dǎo)致拆裝不方便。另外，由于機(jī)架座使用年限比較長(zhǎng)，會(huì)引起尺寸發(fā)生變化，造成H 型 瓦架更加難以固定，在強(qiáng)大的沖擊載荷的作用下，H型瓦架

41、上腿根部斷裂的現(xiàn)象時(shí)有發(fā) 生。這種情況的出現(xiàn)不但影響軋機(jī)的軋制作業(yè)時(shí)間，還會(huì)造成設(shè)備備件不及時(shí)，無(wú)法保 障軋鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 圖5.1 H 架結(jié)構(gòu)示意圖 如上所述，該機(jī)架存在著許多的問(wèn)題還有待解決。軋機(jī)軋制22.5 萬(wàn)噸鋼材以后， 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 26 頁(yè) H型瓦架就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生變形，甚至斷裂。H 型瓦架的變形，導(dǎo)致上輥軸承瓦盒的安裝 和拆裝都相當(dāng)困難，也增加了維修所花費(fèi)的時(shí)間，降低了軋機(jī)的作業(yè)率。曾經(jīng)有人對(duì)機(jī) 架在結(jié)構(gòu)上和材質(zhì)上做過(guò)改進(jìn)。例如：將鑄鐵件改為鍛鋼件，45 號(hào)鋼改為65 號(hào)鋼等其 他鋼種。結(jié)果都沒(méi)有很好的防止斷裂現(xiàn)象發(fā)生。 經(jīng)過(guò)和老師的研究分析得出，引起H

42、型瓦架變形或斷裂的主要原因是軋機(jī)在軋制過(guò) 程中，由于 H 型瓦架受到了上輥軸承瓦盒的側(cè)向沖擊而導(dǎo)致變形，以致應(yīng)力集中到 H 型瓦架中部的連接橫梁處而引起斷裂。斷裂處就是應(yīng)力的集中點(diǎn)。因此，我們?cè)趯?duì)斷裂 的 H 型瓦架進(jìn)行修復(fù)時(shí)，準(zhǔn)備將 H 型瓦架上部的兩側(cè)側(cè)板從整體式改成活動(dòng)式。這樣 就將斷裂處（應(yīng)力的集中點(diǎn)處）作為側(cè)板的活動(dòng)點(diǎn)，采用鉸鏈的形式進(jìn)行連接。上部的 兩側(cè)側(cè)板仍然保持其原來(lái)的外形，仍然能夠固定軸承瓦盒并抑制它的側(cè)向，還能傳遞壓 力。 經(jīng)過(guò)修復(fù)的H 型瓦架，預(yù)計(jì)能夠每個(gè)月開(kāi)坯2 萬(wàn)多噸，并且在這樣的強(qiáng)度下很久不 會(huì)產(chǎn)生變形或斷裂現(xiàn)象。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 27 頁(yè) 6 設(shè)備可靠性、經(jīng)濟(jì)性分析 機(jī)械設(shè)備的有效度 對(duì)于可修復(fù)設(shè)備，由于在發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。因此，從開(kāi) 始工作到發(fā)生故障經(jīng)歷的時(shí)間代表了機(jī)器的可靠度?？煽慷鹊臅r(shí)間當(dāng)然越長(zhǎng)越好。另外， 從發(fā)生故障到經(jīng)過(guò)維修后恢復(fù)到原始的工作狀態(tài)所歷經(jīng)的時(shí)間，即是維修度。把可靠度 和維修度兩者結(jié)合起來(lái)，共同