1200軋輥設計解析

1、太原科技大學畢業(yè)設計說明書1200可逆式冷軋機輥系設計1200rollofReversiblecoldrollingmill設計題目：1200可逆式冷軋機輥系設計設計人：趙強指導老師：楊霞_專業(yè)：_冶金機械_班級：機自102214H學號：201022011430華科學院2014年5月26日I1200可逆式軋機輥系設計太原科技大學TaiyuanUniversityofScienceandTechnologyII1200可逆式軋機輥系設計課程設計報告太原科技大學畢業(yè)設計（論文）任務書（由指導教師填寫發(fā)給學生）學院（直屬系）：華科學院時間：2014年3月11日學生姓名設計（論文）題目趙強指導教師楊霞

2、1200可逆式軋機輥系設計1.板形控制軋機發(fā)展概況。2.軋機方案確定。（WS軋機，工作輥可移動軋機）主要研究內(nèi)容3.軋機結(jié)構(gòu)參數(shù)及力能參數(shù)計算。4.軋機關(guān)鍵部件強度和壽命校核。5.完成1200可逆式軋機輥系圖紙設計。6.設計參數(shù)：H=1.0mm,h=0.35mm，B=1000mm，軋制速度8m/s，材料201.運用相關(guān)基礎和專業(yè)知識，在查閱相關(guān)中外文獻資料的基礎上，提出合理的設計方案，獨立進行畢業(yè)設計。研究方法2設計說明書要求內(nèi)容完整、計算正確、論述簡潔、文理通順、裝訂整齊，且不少于2萬字。3設計圖紙要求用autoCAD繪制，要能較好地表達設計意圖；圖面應布局合理、正確清晰、符合制圖標準及有關(guān)

3、規(guī)定。III1200可逆式軋機輥系設計主要技術(shù)指標（或研究目標）主要參考文獻1.設計說明書：40頁（20000字符）2繪制的圖紙：計算機CAD繪圖（1）結(jié)構(gòu)裝配圖（2）相關(guān)零件圖3.外文參考資料翻譯：相當?shù)墓ぷ髁?黃慶學.軋鋼機械設計M.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.06.2韓雪濤.板帶車間機械設備設計（下冊）M,北京:冶金工業(yè)出版社,1984.08.3王廷溥.金屬塑性加工學一軋制理論與工藝M.北京:冶金工業(yè)出版社,2001查閱近幾年中外期刊文獻資料。說明：一式兩份，一份裝訂入學生畢業(yè)設計（論文）內(nèi)，一份交學院（直屬系）IV1200可逆式軋機輥系設計摘要板形是衡量冷軋板帶質(zhì)量的重要外形尺寸指

4、標之一。七十年代以來，板形研究一直是國際上板帶生產(chǎn)技術(shù)領域的前沿和熱點。目前，國外對冷軋板形控制的研究取得了重大進展，但是目前國內(nèi)冷軋的板形質(zhì)量水平還不能滿足各行各業(yè)用戶的要求，主要原因是國內(nèi)還沒有建立起具有自主知識產(chǎn)權(quán)的板形控制系統(tǒng)。冷軋板形問題始終是冷軋鋼板生產(chǎn)技術(shù)領域的熱點問題。關(guān)鍵字：冷軋板型控制可逆式軋機I1200可逆式軋機輥系設計AbstractTheflatnessofsteelstripisallimportantfactorindeterminingthequalityofrolledproducts.Researchonflatnesscontrolsystemhasalw

5、aysbeenthehottopicininternationalplateproductionfields.SomekindsofequipmentforcontrollingstripflatnesshavebeeninventedandgreatachievementhasbeenacquiredButflatnessqualityofcoldrollingstripinourcountrycantsatisfythedemandofvariousindustrialusers.Self-ownedflatnesscontrolsystemandmathematicalmodelhave

6、notbeensetupinOurcountrySocontroltechnologyofcoldrolling:flatnesshasbeentheissueinthedomainofcold-roiledthinproductionKeywordCoolRollingFlatnessControlReversingmill121200可逆式軋機輥系設計目錄太原科技大學畢業(yè)設計（論文）任務書.I.L第1章緒論.41.1HC車L機的由來.41.2HC軋機AGC自動厚度控制綜述.51.3課題研究的背景.51.4影響帶鋼板形的因素.61.5板型控制軋機發(fā)展概況.71.5.1抽輥技術(shù)-HC軋機軋輥橫

7、移板形控制系統(tǒng).71.5.2曲面輥技術(shù).81.5.3交叉輥技術(shù)-PC軋機軋輥交叉板形控制.81.5.4漲輥技術(shù)一VC板形可變凸度支撐輥板形控制技術(shù).81.5.5軋制力分布控制技術(shù)一DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制.91.6ws車L機.91.6.1ws軋機發(fā)展現(xiàn)狀.91.6.2發(fā)展趨勢.101.6.3存在問題.111.7冷連軋機板形控制系統(tǒng)構(gòu)成.111.7.1板形閉環(huán)反饋控制.1111200可逆式軋機輥系設計1.7冷軋帶鋼板形控制的目的和意義.12第3章1200軋鋼機輥系設計計算.163.1軋輥尺寸計算.163.1.2軋輥的重車率.163.1.3道次選擇確定.173.1.4分配壓下量.17第四章軋

8、制力的計算.184.1單位壓力的計算.184.2影響軋件對軋輥總壓力的因素.184.3影響平均單位壓力的因素.194.4接觸面積的確定.194.5計算平均單位壓力的斯通公式.204.6變形抗力的計算.224.7傳動力矩.234.8軋鋼機主電動機的選擇.25第五章軋輥強度校核與軸承壽命計算.285.1軋輥的強度校核.285.2工作輥與支承輥間的接觸應力.295.3軸承使用壽命的校核.30第6章輥系受力分析及穩(wěn)定性條件.326.1輥系受力分析.3221200可逆式軋機輥系設計6.2四輥軋機的穩(wěn)定性分析.3331200可逆式軋機輥系設計第1章緒論1.1HC軋機的由來目前最廣泛應用的板帶材軋機是四輥軋

9、機，是生產(chǎn)冷軋板帶典型的傳統(tǒng)軋機。它與二輥軋機相比，它可以用較小的工作輥徑和較大的支撐輥徑，減少軋輥軋制時產(chǎn)出的撓度。據(jù)1979年5月統(tǒng)計資料，世界上當時共有這種可逆式冷軋機159臺（森吉米爾軋機除外）。其中，美國39臺，日本25臺，西德16臺，意大利8臺，法國10臺，英國6臺。80年代末以來，隨著世界小鋼廠的發(fā)展，尤其是薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展及對熱帶深加工的需要，四輥可逆式冷軋機成為板帶小鋼廠熱帶深加工的主要生產(chǎn)設備。其裝置技術(shù)水平不斷發(fā)展提高。現(xiàn)代串列式冷軋機及全連續(xù)冷軋機上的現(xiàn)代化技術(shù)，也用于可逆式冷軋機上。并且，雙機架四輥可逆式冷軋機也得到發(fā)展。是四輥軋機并不是最理想的軋機方式。當支

10、撐輥徑增加到一定程度時，并不能繼續(xù)減少撓度，這是因為工作輥撓度有相當大部分是支撐輥和工作輥之間接觸壓扁不均造成的。作為補償?shù)霓k法一種是工作輥采用具有原始磨削的凸度，另一種是采用工作輥液壓反彎裝置。磨削凸度由于凸度是定值，不能適應軋制規(guī)程中軋制變化，以及還有熱膨脹、磨損等變化因素，故適用范圍很窄，缺乏足夠的控制能力。而工作輥液壓反彎雖然有一定的控制能力，但終究受輥徑強度等限制，彎輥力不能過大，且影響工作輥軸承幫助。此外，對l_/D值較大的工作輥，液壓反彎使軋制帶鋼出現(xiàn)復合波，效果也受到限制。分析四輥軋機工作輥的撓度，在工作輥和支撐輥的接觸壓扁上存在著不受歡迎的接觸區(qū)，即大于軋制帶材寬度的工作輥與

11、支撐輥的接觸區(qū)。為了消除這個接觸區(qū)，日本立公司1972年發(fā)明了具有中間輥可軸向抽動的六輥新型帶材軋機，即在軋制不同寬度的帶材時，通過調(diào)整上下中間輥和工作輥的接觸區(qū)域，最終減少軋制時產(chǎn)生的撓度。它的中間輥可軸向移動，具有良好的板型控制能力，其名稱含義是日立中心凸度控制軋機，即可以控制軋制帶材的凸度。1.2HC軋機AGC自動厚度控制綜述RHC六輥軋機o軋輥HC的鋼材產(chǎn)品的精度主要指產(chǎn)品的外形尺寸精度，對于板帶鋼來說，外形尺寸包括厚度、寬度、板形、41200可逆式軋機輥系設計板凸度、平面形狀等等。在所有的尺寸精度指標中，厚度精度是衡量板材及帶材的最重要的質(zhì)量指標之一，己成為國內(nèi)外冶金行業(yè)普遍關(guān)注的一

12、個焦點。厚度自動控制(AutomaticGaugeControl簡稱AGc)是提高帶材厚度精度的重要方法，其目的是控制板帶材縱向厚度的均勻性從而生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。目前，厚度控制已成為現(xiàn)代化板帶生產(chǎn)中不可或缺的組成部分。另外，作為板形的控制手段，板形自動控制似FCAutomaticFlatnessContr01)也越來越廣泛地應用到帶鋼生產(chǎn)線中，它的目的是獲取帶鋼橫向厚度的均勻性和良好的平直度。近年來，國內(nèi)外在板形和板厚等控制技術(shù)方面取得了許多新的進展，大大提高了板帶材的幾何尺寸精度。伴隨著軋制產(chǎn)品尺寸精度的提高，經(jīng)濟效益也會大幅度上升。因此，從年代完成了軋鋼設備的大型化、高速化、連續(xù)化和自動化之

13、后，20世紀607080年代以來，軋制技術(shù)發(fā)展的主要目標是提高軋制精度、性能、擴大品種，降耗增效，并進一步擴大連續(xù)化范圍。通過對軋制過程控制計算機的高精度設定和基礎自動化的AGC控制系統(tǒng)的改進，厚度精度己經(jīng)達到了很高的水平。目前己朝著帶鋼縱向、橫向厚度偏差的綜合控制方向發(fā)展。1.3課題研究的背景冷軋板帶及其涂層產(chǎn)品廣泛用于建筑、汽車、家電、交通等行業(yè)，特別是涂鍍層板保持很旺的增長勢頭。因此，冷軋產(chǎn)品有著廣闊的市場空間。但是，隨著科學技術(shù)的不斷進步和市場競爭的日益激烈，用戶對板帶的板形提出了更高的要求，如汽車用鋼板和鍍鋅鍍錫鋼板，一般要求平直度在士10I左右，電工硅鋼板則要求平直度在士5I以內(nèi)2

14、-3。實現(xiàn)板形的高精度控制成為軋制工藝、設備和控制等領域研究者共同追求的目標。板形的概念主要包括兩個方面，就橫向而言指的是板凸度(Crown);就縱向而言指的是平直度(Flatness)b圍繞著這兩個方面進行控制，就有了凸度控$1(AutomatieCrownControl，ACC)和平直度控StJ(AutomaticFlatnessControl,AFC)。平直度和板凸度之間有著非常嚴格的關(guān)系。對于冷軋來說，板形指的就是板的平直度，板形控制依然是冷軋板帶生產(chǎn)的關(guān)注重劇由7】。通過各國鋼鐵行業(yè)研究人員的不懈努力，一些新技術(shù)和新設備相繼產(chǎn)生，如CVC軋機、Pc軋機、UC軋機。本溪鋼鐵公司冷軋廠是

15、“八五期間國家重點工程項目，其中CDCM（ContinuousDiscalingContinuousMill）機組是國內(nèi)首條采用酸洗.連軋聯(lián)合工藝的生產(chǎn)線。于1994年6月正式建廠，2000年11月達到年產(chǎn)70萬噸的設計產(chǎn)量，2002年年產(chǎn)突破100萬噸，2004年年產(chǎn)突破110萬噸，為本鋼創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。5一20081200可逆式軋機輥系設計年18月份，本鋼冷軋廠因浪形原因發(fā)生質(zhì)量異議的產(chǎn)品共623.8噸，因瓢曲原因發(fā)生的質(zhì)量異議用318.9噸，二者共942.7噸。因浪形和瓢曲產(chǎn)生質(zhì)量異議的重量占總異議重量的30.3%,二者異議金額占總異議金額的26.5%。板形問題給企業(yè)造成了重大的經(jīng)

16、濟損失。為了挽回企業(yè)損失，進一步提高產(chǎn)品的板形質(zhì)量，本溪鋼鐵集團和東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室成立板形項目攻關(guān)組，開展“本鋼冷軋廠四機架冷軋帶鋼板形控制的研究。市場競爭的加劇，迫使各鋼鐵生產(chǎn)廠家不斷的提高產(chǎn)品質(zhì)量。如果帶鋼斷面形狀不好，出現(xiàn)過大凸度、楔形、鐮刀彎或者帶鋼平直度不良，出現(xiàn)波浪、翹曲、局部凸起等缺陷，都嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量及其使用壽命，嚴重阻礙了產(chǎn)品的市場競爭力，給企業(yè)造成了嚴重的經(jīng)濟損失。如前所述，本鋼冷軋廠因浪形原因產(chǎn)生的重量占總異議重量的30.3%,異議金額占總異議金額的26.5%。其次，保持一定的板形也是為滿足后部工序的需要。例如在實際生產(chǎn)過程中，為了防止帶鋼邊

17、部過緊發(fā)生撕裂，而采用松邊軋制。板帶材在罩式退火爐中退火時，為了防止板帶的粘結(jié)，希望邊部有一些邊浪。因此，對板帶材的平直度進行控制，有著非常重要的現(xiàn)實意義。1.4影響帶鋼板形的因素為了有效地解決軋后帶鋼的板形問題，必須對影響板形的因素進行全面的分析。金屬在旋轉(zhuǎn)的軋輥作用下經(jīng)過一系列變形過程軋成需要的板帶材。板形問題貫穿于整個生產(chǎn)過程的始終，最終產(chǎn)品的板形受到許多因素的影響，總的概括起來，這些因素分為內(nèi)因（金屬本性）和外因（gN條件）兩個方面。金屬本身的物理性能（如硬化特性、變形抗力）、金屬的幾何形狀，特別是板材的寬厚比、原料的板凸度都對最終產(chǎn)品的板形產(chǎn)生重要的影響。車L制條件的影響更為復雜，凡

18、是能影響軋輥的有載輥縫都可以影響板形。例如軋輥的原始凸度、熱凸度、軋輥的磨損、及軋輥壓扁等。上述因素的綜合作用決定著最終的板凸度及平直度。通過分析歸類，這些眾多復雜的因素可以歸結(jié)為以下五個方面的內(nèi)容：(1)軋制載荷引起的軋輥彎曲變形；(2)軋制載荷引起的軋輥表面壓扁變形；軋制過程的軋輥熱變形；(4)軋制過程的軋輥磨損。(5)軋材的幾何尺寸及性能特性。61200可逆式軋機輥系設計板形受諸多因素的影響，如軋輥原始凸度、彎輥力、軋制速度、來料狀況以及冷卻條件等因素的影響，并且具有較大的非線性【211。在忽略軋件彈性變形時，可以認為輥縫的形狀就是帶鋼出口斷面的形狀。因此，只有從本質(zhì)上充分研究軋輥的彈性

19、變形，才能確定一定工藝條件下的軋后軋件斷面厚度分布，進而找出各工藝參數(shù)對軋件斷面厚度分布規(guī)律，為確定合理的工藝參數(shù)具有重要的理論意義和實際應用價值。1.5板型控制軋機發(fā)展概況常規(guī)的板形控制手段主要有彎輥控制技術(shù)、傾輥控制技術(shù)和分段冷卻控制技術(shù)等。隨著現(xiàn)代化科學的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了一些特殊的控制技術(shù)，如抽輥技術(shù)(HC軋機和UC系列軋機)、漲輥技術(shù)(VC軋機和IC軋機)、軋制力分布控制技術(shù)(DSR動態(tài)板形輥)和軋輥邊部熱噴淋技術(shù)等先進的板形控制技術(shù)，得到日益廣泛的應用。在此，對伴隨著歷史的前進版型控制的革新，出現(xiàn)的幾種典型技術(shù)作以簡單介紹。1.5.1抽輥技術(shù)-HC軋機軋輥橫移板形控制系統(tǒng)HC軋機是2

20、0世紀70年代日本日立公司和新日鐵鋼鐵公司聯(lián)合研制的新式6輥軋機。HC(HighCrown)即高性能軋輥凸度。該軋機是在普通4輥軋機的基礎上，在支撐輥和工作輥之間安裝一對可軸向移動的中間輥，中間輥的軸向移動方向相反。通過對普通4輥軋機軋輥撓曲的分析，工作輥與支撐輥之間超出軋件寬度區(qū)域的有害接觸區(qū)，導致了軋輥的過度撓曲。這種撓曲不僅取決于軋制力的大小，而且取決于軋件寬度。另一方面，在工作輥上施加彎輥力時，軋輥的撓曲會在超出軋件寬度部分受到支撐輥的約束。HC軋機是通過中間輥的橫移，消除了支撐輥與工作輥之間的有害接觸區(qū)，提高了軋制的板形控制能力，可適用于任何寬度帶材的軋制。HC軋機目前已發(fā)展出多種形

21、式，如中間輥傳動的HCM6輥軋機；中間輥和工作輥均能竄動的HCMW6輥車L機；中間輥帶輥型曲線的HC-CVC車L機；及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2UC4等多種改進型軋機。71200可逆式軋機輥系設計1.5.2曲面輥技術(shù)CVC輥板形控制技術(shù)是德國西馬克-德馬格公司于1980年開發(fā)的。CVC(CoutinuouslyVariableCrown)的原意是連續(xù)可變凸度。經(jīng)過20多年的發(fā)展與完善，CVC軋機已發(fā)展出很多種機型，廣泛應用于冷軋板帶生產(chǎn)中。先進的控制策略和控制手段相結(jié)合，使CVC技術(shù)成為目前世界上最先進的軋制技術(shù)之一。它的控制原理很簡單，就是將上、下軋輥輥身磨削成相同的S形CVC曲

22、線，上、下輥的位置倒置180度,當曲線的初始相位為零時，形成等距的S形平行輥縫，通過軋輥竄動機構(gòu)，使上、下CVC軋輥相對同步竄動，就可在輥縫處產(chǎn)生連續(xù)變化的正、負凸度輪廓，從而適應工藝對軋輥在不同條件下，能迅速、連續(xù)、任意改變輥縫凸度的要求。1.5.3交叉輥技術(shù)-PC軋機軋輥交叉板形控制PC(PairCross的原意是軋輥成對交叉，即軋機軋輥交叉板形控制技術(shù)。軋輥交叉系統(tǒng)的設計原理與采用帶凸度的工作輥相同。通過調(diào)整軋輥的交叉角，使得距軋輥中心越遠的地方輥縫越大，實現(xiàn)對輥縫形貌的控制1.5.4漲輥技術(shù)一VC板形可變凸度支撐輥板形控制技術(shù)VC(VariableCrown)原意為在線可變凸度支撐輥，

23、是由日本住友金屬公司于1977年開發(fā)成功的，軋機的軋輥為輥套型軋輥，主要由芯軸、輥套、密封油腔、油路、旋轉(zhuǎn)連接器和高壓泵站等部分組成。VC輥控制板形的原理較簡單，輥套和芯軸之間設有密封油腔，通過改變油腔內(nèi)的壓力，即使支撐輥改變輥形(軋輥凸度)油腔壓力與直徑脹大在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，且可做無級調(diào)節(jié)，因此，可以參與到閉環(huán)板形控制系統(tǒng)中。81200可逆式軋機輥系設計1.5.5軋制力分布控制技術(shù)一DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制（即軋制力分布控制）技術(shù)，是由法國VAICIecim公司于20世紀90年代推出的，主要由靜止輥芯、旋轉(zhuǎn)輥套、及電液伺服閥等部分組成。7個柱塞式液壓

24、缸、推力墊DSR動態(tài)板形輥多用于四輥軋機的支撐輥，可成對使用，也可單獨使用。其工作原理：根據(jù)板形儀測量計算出的實際曲線與目標板形曲線比較，得到一組偏差，通過7個單獨調(diào)控的液壓壓下缸，沿整個帶寬經(jīng)旋轉(zhuǎn)輥套給板帶分布相應的軋制力，來進行高精度的板形（平直度）控制。1.6ws車L機1.6.1ws軋機發(fā)展現(xiàn)狀鋼的冷軋于19世紀中葉始于德國，當時只能生產(chǎn)寬20-25mm的冷軋鋼帶。1880年以后冷軋帶鋼生產(chǎn)在美國、德國發(fā)展很快，產(chǎn)品寬度不斷增加，并逐步建立了附屬設備。寬的冷軋薄板是在熱軋成卷帶鋼的基礎上發(fā)展起來的。美國早在1920年第一次成功的軋制出寬帶鋼，并很快有單機不可逆軋制跨入單機可逆軋制。蘇聯(lián)于

25、20世紀30年代中期開始冷軋生產(chǎn)，第一個冷軋車間建在伊里奇冶金工廠，是四輥式，用單張的熱軋板作原料。此后冷軋帶鋼迅速發(fā)展。四輥式軋機是由兩個較小的工作輥和兩個較大的的支承輥組成。較小的工作輥可以減小變形區(qū)接觸面積，降低總軋制壓力，支承輥起支撐作用，減小工作輥彎曲并加強軋機剛度。由于四輥軋機曾經(jīng)是冷軋帶鋼生產(chǎn)的主要機型，因此目前四輥冷軋機在生產(chǎn)中仍有相當數(shù)量。為滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，在20世紀六七十年代新建和改造的軋機都設置了液壓壓下和板型快速調(diào)整機構(gòu)。WS工作輥移動式四輥冷軋機(WorkRollShiftingMill),又稱HCW軋機，是在HC六輥機基礎上發(fā)展起來的新型板帶軋機，是目前生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)板

26、材產(chǎn)品較為理想的先進設備之一，具有可軸向移動的工作輥、液壓彎輥和工作輥一端磨削成錐度等三種板凸度、板形控制方式，每種方式實現(xiàn)單獨調(diào)整或綜合91200可逆式軋機輥系設計調(diào)整，因此，特性和減少帶鋼邊部減薄的能力。WS軋機具有良好的板形控制1985年11月世界上第一臺工作輥可移動軋機(WS軋機)在日本鋼管公司的福山鋼板廠建成投產(chǎn)。當時開發(fā)這臺WS軋機的主要目的是：(1)提高控制軋制高強度，高塑性材料的能力；(2)通過提高熱裝軋制能力，實現(xiàn)自由計劃軋制；(3)通過改進對鋼板形狀、邊部減薄和平直度的控制，提高鋼板的質(zhì)量和收得率。這臺軋機由于具有高達73500kN的軋制力，大的軋制力距，長達1000mm的

27、工作輥沖程和強有力的工作輥彎曲能力，所以它表現(xiàn)出對鋼板形狀和平直度極佳的控制能力。由于這些特點，這臺新軋機有可能用其形狀和平直度控制能力去克服軋制時鋼板的厚度、寬度以及鋼質(zhì)的變化，因此在實際生產(chǎn)中該軋機顯示出諸如實現(xiàn)自由計劃軋制等各種效能。從此之后，這種新型的軋機進入了人們的視野。WS軋機結(jié)構(gòu)簡單、在不改變換機架的情況下，只增加工作輥移動機構(gòu)，就可以實現(xiàn)對舊四輥軋機改造。目前，中國大部板帶軋機是舊式四輥軋機，極待進行改造。因此，對新建以及改造的四輥軋機無論是熱軋帶鋼，采用工作輥移動技術(shù)是發(fā)展方向，具有廣闊的市場前景。1.6.2發(fā)展趨勢目前應用最廣泛的板帶材軋機是四輥軋機，與二輥軋機相比，它可以

28、用較小工作輥徑和較大的支撐輥徑減小軋輥軋制時產(chǎn)生的撓度。但人們發(fā)現(xiàn)，當支撐輥徑達到一定程度時，軋機不能繼續(xù)增加橫向剛度(即繼續(xù)減小撓度)。這是因為工作輥撓度有相當大的部分是支撐輥和工作輥之間接觸不均勻造成的。作為補償辦法，一種是工作輥采用具有原始磨削的凸度，另一種控制工作輥撓度的辦法是采用工作輥液壓反彎裝置。前者由于凸度是定值，所以不能適應軋制規(guī)程中軋制力的變化，以及熱膨脹、磨損等變化因素，故適用范圍有限，缺乏足夠的控制能力。而工作輥液壓反彎裝置雖然有一定的控制能力，但終究受輥徑強度的限制而使彎輥力不能過大，否則會影響工作軸承壽命。此外對于L/D值較大的工作輥液壓反彎易使軋制帶鋼出現(xiàn)復合波，效

29、果也受到限制。因此迫切需要研究新的板形控101200可逆式軋機輥系設計制的方法。板形控制出現(xiàn)一些新技術(shù)：張(應)力板形控制技術(shù)、CVC技術(shù)、冷卻液分段控制、VC輥控制、液壓彎輥等。163存在問題WS軋機在生產(chǎn)過程中存在的主要問題如下：(1)驅(qū)動側(cè)易出現(xiàn)邊浪，并且通過調(diào)整目標板形線也難以達到理想效果；(2)生產(chǎn)中中浪和邊浪同時出現(xiàn)，調(diào)整難度較大。(3)靠近驅(qū)動側(cè)常伴有1/4浪，手動調(diào)整目標曲線無法消除。(4)平直度控制精度不高，軋機速度優(yōu)勢無法體現(xiàn)。1.7冷連軋機板形控制系統(tǒng)構(gòu)成現(xiàn)代板帶軋機的板形自動控制系統(tǒng)的定義有廣義和狹義兩種。廣義的板形自動控制包括過程自動化級和基礎自動化級的二級自動控制。

30、而狹義的板形自動控制只是存在于基礎自動化級中的板形閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。過程自動化級也稱為L2級，基礎自動化級也稱為L1級，它們的功能各不相同。過程自動化級從生產(chǎn)管理系統(tǒng)接收鋼卷的生產(chǎn)信息，經(jīng)過一定觸發(fā)后開始鋼卷的設定計算。板形設定計算的內(nèi)容包括各個板形調(diào)控機構(gòu)的調(diào)控量，例如彎輥力大小、軋輥橫移量等。設定值計算完成后將這些設定值發(fā)送到基礎自動化級執(zhí)行相應的控制。當基礎自動化級沒有相應的反饋或前饋功能時，這些設定值將維持整個鋼卷的生產(chǎn)。當基礎自動化級有相應的反饋或前饋功能時，這些設定值就是控制的初始值。1.7.1板形閉環(huán)反饋控制板形閉環(huán)反饋控制是在穩(wěn)定軋制工作條件下，以板形儀實測的板形信號為反饋信息

31、，計算實際板形與目標板形的偏差，并通過反饋計算模型分析計算消除這些偏差所需的板形調(diào)控手段的調(diào)節(jié)量，然后不斷的對軋機的各板形調(diào)節(jié)機構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，使軋機能對軋制中帶鋼的板形進行連續(xù)的、動態(tài)的、實時的調(diào)節(jié)，最終使板帶產(chǎn)品的板形達到穩(wěn)定、良好。板形閉環(huán)反饋控制的目的是為了消除板形實測值與板形111200可逆式軋機輥系設計目標曲線之間的偏差。入閉環(huán)反饋控制的前提條件是有準確的板形實測信號，因此與設定控制不同，閉環(huán)反投饋控制必須有板形測量裝置。板形閉環(huán)反饋控制是板形控制的重要組成部分，其控制精度直接影響到實物板形質(zhì)量。熱連軋機的閉環(huán)反饋控制，主要是根據(jù)精軋出口處的板形測量儀的實測結(jié)果，反饋調(diào)整最后一個或

32、機構(gòu)機架的彎輥力，達到保證帶鋼平直的目的。冷連軋機的閉環(huán)反饋控制，一般在最末機架安裝板形測量輥，與最末機架形成閉環(huán)反饋。有的軋機在第一機架也裝有板形測量輥和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。1.7冷軋帶鋼板形控制的目的和意義冷軋是帶鋼生產(chǎn)中最重要的工序。熱軋帶鋼經(jīng)過一定程度的冷軋變形獲得了厚度很薄、尺寸精確、表面光潔和性能均一的冷硬狀態(tài)帶鋼，再經(jīng)過以后熱處理和精整就能使帶鋼具有良好的力學性能、加工性能和優(yōu)良的物理性能。因此冷軋鋼板以其品種多、性能高、用途廣等特點廣泛的應用在各個行業(yè)。在汽車、儀表、家用電器、電機制造、食品罐頭，輕工和建筑等行業(yè)中得到了極為廣泛的應用。同時隨著這些行業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進了冷軋帶鋼的生

33、產(chǎn)及對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高。冷軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的主攻方向是要不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，主要是帶鋼厚度精度和板形平直度，以滿足用戶的要求并提高市場競爭能力。在實際的冷軋生產(chǎn)中，板形問題仍然是生產(chǎn)中最常見、最難解決的問題。板形是帶鋼產(chǎn)品最重要的質(zhì)量指標之一，在過去的幾十年里吸引著眾多研究人員及工程技術(shù)人員的目光。板形理論的研究不僅是近40年來軋鋼工藝理論的中心內(nèi)容，而且依然是當前軋鋼生產(chǎn)中最令人注目的課題之一。121200可逆式軋機輥系設計第2章傳動方案的制定圖2-1傳動方案A:軋輥由電動機單獨驅(qū)動。這種型式的傳動裝置主要用于大型的可逆式軋鋼機，如初軋機、板坯軋機、厚板軋機等。在這種可逆式軋鋼機上，軋

34、輥經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)，要求傳動系統(tǒng)有較小的飛輪力矩。軋輥由電動機單獨驅(qū)動，可使傳動系統(tǒng)的飛輪力矩大為減小。圖2-2傳動方案B:軋輥通過電動機和齒輪座驅(qū)動。這種型式的傳動裝置在可逆式和不可逆式軋鋼機上都有應用。對某些可逆式軋鋼機，如受結(jié)構(gòu)限制能采用軋輥由電動機單獨驅(qū)動時，就采用這種型式的傳動，如1000mm以下的初軋機等。在不可逆式的軋鋼機上,如果軋鋼轉(zhuǎn)速大于70-75麗門,采用低速電動機的投資費用與采用高速電動機帶有減速機的投資費用相差不打時，也采用這種型式的傳動裝置，如帶鋼軋機的粗軋機座等。141200可逆式軋機輥系設計傳動方案C:軋輥通過電動機、減速機和齒輪座驅(qū)動。這種型式的傳動裝置一般

35、用于不可逆式軋鋼機，如二輥鋼坯，型鋼軋機，四輥板帶軋機等，也可用于速度較低的四輥可逆式軋鋼機等。綜合考慮以上三個方案，C方案較適合1200軋鋼機的傳動系統(tǒng)。151200可逆式軋機輥系設計1200軋鋼機輥系設計計算3.1軋輥尺寸計算已知：軋制速度：8m/s軋制溫度：1000軋制鋼種：20鋼，強度為410-550Mpa,屈服強度為=245,伸長率為20原材料鋼H=1mmB=1000mn軋后h=0.35mm3.1.1軋輥的名義直徑D和滾身長度L的確定軋輥的基本尺寸參數(shù)有：軋輥的名義直徑D,輥身長度L,輥頸直徑d以及輥頸長度I。1200軋鋼機的軋輥輥身長度L應大于所軋鋼板的最大寬度bmax即L=bma

36、x+a取a=200則L=1000+200=1200對于四輥軋機，為減少軋制力，應盡量使工作輥直徑小一些，但工作輥的最小直徑受著軸頸和軸頭扭轉(zhuǎn)強度和咬入條件的限制。由CAD圖形可得工作輥直徑D1=450mm,支撐輥直徑D2=1200mm由=250mm，h=218mmCAD2/D1=2.6支承輥輥頸d2=658mm，l2=648mm3.1.2軋輥的重車率在軋制過程中，軋輥輥面因工作磨損，需不止一次地重車或重磨。軋輥工作表面的每次重車量為0.5-5mm。查表3-4各種軋機的重車率取重車率為8%161200可逆式軋機輥系設計3.1.3道次選擇確定按求道次本設計根據(jù)板坯厚度為2mm；成品厚度為0.5mm

37、選擇平均延伸系數(shù)(=1.3，則軋制總道次N為：N=log(1/0.35)/log1.25=4.6故：選總5道次。3.1.4分配壓下量采用按經(jīng)驗分配壓下量再校核、修正的設計方法：按經(jīng)驗分配各道壓下量，排出壓下規(guī)程如表：道次入口厚度出口厚度軋件寬度絕對壓下相對壓下變形速度H/mmb/mm量斷/mm量臥1234510.80.60.50.40.80.60.40.40.35100010001000100010000.20.20.20.10.0520.0025.0033.3320.0012.5015.813.627.522.515.7171200可逆式軋機輥系設計第四章軋制力的計算通過比較得第三次軋制所需

38、軋制力相對較大，以第三次軋制為例。其他軋制次數(shù)的計算方法與此次相同。入口厚度H=0.6mm出口厚度h=0.4mm軋件寬度b=1000mm4.1單位壓力的計算斯通單位壓力微分方程式dxhx(4-1-1)在后滑區(qū)入輥處lr石,hH,則p_K(1q0)k)(4-1-2)在前滑區(qū)入輥處由斯通單位壓力公式得X=-2，hx=h，Px加訐)(4-1-3)在后滑區(qū)P“k(J)e：mdfx(4-1-4)在前滑區(qū)px=k(12xm(1)q1)e(4-1-5)這里利用邊界條件得m,h(4-1-6)(4-2-1)(4-2-2)181200可逆式軋機輥系設計4.2影響軋件對軋輥總壓力的因素總壓力P二pFF為軋件與軋輥的

39、接觸面積p為單位壓力，其值1Ip匸pdxFux191200可逆式軋機輥系設計第一個參數(shù)，關(guān)于接觸面積的數(shù)值，在大多數(shù)情況下，是比較容易確定的，因為它與軋輥和軋件的幾何尺寸有關(guān)，通?？捎孟率酱_定：F=lb（4-2-3）r為工作輥半徑）ll為接觸弧長度b為軋件入輥和出輥處的寬度的平均值，即(4-2-4)4.3影響平均單位壓力的因素影響單位壓力的因素很多，但諸多影響因素從其對單位壓力影響的本質(zhì)上可以分為以下兩個方面：（1）影響軋件力學性能的因素；（2）影響軋件應力狀態(tài)特性的因素。圖13-10201200可逆式軋機輥系設計4.4接觸面積的確定一個軋輥上的接觸面積可按下式近似地計算:211200可逆式軋

40、機輥系設計F=bll為變形區(qū)長度，lR不;b為變形區(qū)軋件的平均寬度b2則有F二BbR匚h=1.52(4-4-1)4.5計算平均單位壓力的斯通公式斯通公式考慮力外摩擦、拉力和軋輥彈性壓扁的影響，并假設:(1)由于軋輥的彈性壓扁，軋件相當于在兩個平板間壓縮;忽略寬(2)展的影響；(3)接觸表面摩擦規(guī)律按全滑動來考慮，即t二fp，沿接觸弧上為常數(shù)m1_p=1T；k-q)(4-5-1)斯通平均單位壓力公式:式中系數(shù)m=;h=Uh2I是考慮彈性壓扁的變形區(qū)長度;q為前、后單位張力的平均值，q二羅當無前后張力時式（4-5-1）可寫成m_,e1p=k_m/(4-5-2)軋輥彈性壓扁后的變形區(qū)長度I可表示為R

41、：h(CpR)CpR(4-5-3)對上式兩邊同乘二，使其變成m和p的關(guān)系,h并用I2代替Rh則22（）2（fCRp2-fCR-Ph(4-5-4)flf1200可逆式軋機輥系設計hhh(4-5-5)將平均單位壓力p帶入（4-5-4）的(丄)2CR(e/rr1)fK(與x=,y=2CRK,z=設h2,則上式可寫成hhx2=（e2-1）yz2按上式作圖可作圖（4-2）圖中左邊標尺為z2=（）2，右邊標尺為y=2CRfk，圖中曲hhI線為此曲線稱為S形曲線h231200可逆式軋機輥系設計圖4-54.6變形抗力的計算對于常溫的情況下，可用下式來確定碳鋼的變形抗力值：:-：；n(4-6-1)式中，n與碳含

42、量有關(guān)的常數(shù)，經(jīng)查表得出20號鋼的屈服公式為：34384.9；048對于第三道次，變形抗力二=47984.915.380.48=794Mpa(4-6-2)將一直參數(shù)帶入上述各公式可得地三次軋制的相關(guān)計算結(jié)果表241200可逆式軋機輥系設計接觸弧長變形抗力平均單位軋制總軋制力（Mpa）力（Mpa）13.01021796.321302.93216739.136表4.64.7傳動力矩軋制力矩按下式式計算-Mz=2P-Rh(4-7-1)般*取0.40.5,粗軋道次取最大值。如第三道MZ3=2P-、R二h(4-7-2)DzMml二Pfd（4-7-3）式中,f為支撐輥軸承的摩擦系數(shù)，取f二0.005；dz

43、為支撐輥輥頸直徑;Dg和Dz附加摩擦力矩Mm二MmlMm2，其中Mml在本四輥軋機可近似由下式計算分別為工作輥及支承輥直徑。因為支撐輥使用油膜軸承g(shù)=0.670.75D代入后，可求得，MmiMm2251200可逆式軋機輥系設計Mm2可由下式計算(4-7-4)Mm226Mm2=0.06MZMml。故Mm二MmlMm2二0.06Mz0.001P6(4-7-5)1200可逆式軋機輥系設計軋機的空轉(zhuǎn)力矩（MK）根據(jù)實際資料可取為電機額定力矩的3%6%,即,故取=0.94,可得取MK=2.0105Nm。由于采用穩(wěn)定速度咬入，即咬鋼后并不加速，故計算傳動力矩時忽略電機軸上的動力矩。因此電機軸上的總傳動力矩

44、為：27M=MzMmMK=1.06Mz0.001P6MK281200可逆式軋機輥系設計帶入計算后個道次的力能參數(shù)如下表(4-7)道次接觸弧長L變形抗力平均單位軋總軋制力軋制力矩力臂系數(shù)(mm)(Mpa)(Mpa)制力(Mpa)KNm113.305798.651003.613658.14643.3830.29211.665786.77996.3612076.17338.9290.28313.0121796.321302.92316739.13652.3670.27410.6429830.301292.15514439.88138.1130.2658.65323795.151206.5071056

45、6.69626.4630.23291200可逆式軋機輥系設計4.8軋鋼機主電動機的選擇1計算軋機轉(zhuǎn)速利用線速度相等，不考慮軋件的前、后滑H7.D=60v求得：n:025.5r/min2初選電機主電機容量的計算的一般方法：主電機容量計算通常根據(jù)軋制時作用在電機軸上的扭矩（已知軋制力矩、軋輥軸承摩擦力矩并預選傳動系統(tǒng)的速比）來初選電機容量。初選電機時可依據(jù)下式：MZn9550W式中Mz軋制力矩、兩軋輥軸承處摩擦力矩和傳動支承輥力矩的總和;n軋輥轉(zhuǎn)速；W傳動系統(tǒng)的總傳動效率，在初選電機時，可取W=0.85-0.90。假設傳動工作輥用兩個電機，貝U,Mz=351.825MPa，PW=14990KW計算

46、得W取0.85,n=345.86r/min圓整取PW=15000KW二學MfMkonMdon主電動機的力矩MD附加摩擦力矩MfMD(4-8-1)(4-8-2)Mf122283際0.001汽22810細mm(4-8-3)Mf2=(一T)1M4Mlf1r傳動裝置的傳動效率=1查表2-25取接軸的傳動效率1=0.96齒輪座的傳動效率2=0.95減速器的傳動效率3=0.93301200可逆式軋機輥系設計取Mkon=5%MMdon*3%MDi=10得MD=f!MkongMdong/1502f31075%M100.8056D1.3%MD(4-8-4)軋輥軸承得傳動效率_4=0.95解得MD=2.87491

47、08Nmm軋輥的驅(qū)動功率P卩二血/.8749108120=3612.44KW95509550=P=*電動機驅(qū)動功率F電361244=4479.16KW0.8065311200可逆式軋機輥系設計第五章軋輥強度校核與軸承壽命計算5.1軋輥的強度校核由于四輥軋機一般是工作輥傳動，因此，對支承輥只需計算輥身中部和輥頸斷面的彎曲應力。支承輥的彎曲力矩和彎曲應力如下圖所示：圖5.1彎曲力矩和彎曲應力加軋輥材料，該材料強度極限，安全系數(shù)，許用應力0。321200可逆式軋機輥系設計軋輥材料選用合金鍛鋼9Cr2Mo，其強度極限為750Mpa。由于在計算軋輥強度時未考慮疲勞因素，故軋輥的安全系數(shù)一般取n=5。對于

48、合金鍛鋼軋輥當強度極限二b=700750Mpa時，許用應力R140150Mpa，因此選用=150Mpa。331200可逆式軋機輥系設計PG0.2d2.22861079800.29003=148.78MPaR=150MPa在輥頸的1-1和2-2斷面上的彎曲應力計算如下:；二滿足強度條件2.22861071060Pc20.2d篦0.213003=57.76MPaRb=150MPa滿足強度條件3-3斷面的彎矩表達式為Mw二P（a-b）48輥身中部3-3斷面的彎曲應力為6N（a-b）0.4D2_2.2286070.4200032(289625002=11.34MPaRb=15MPa軋輥滿足強度條件。5

49、.2工作輥與支承輥間的接觸應力兩個圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部的彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應力,方向產(chǎn)生的法向正應力在接觸面中部最大。工作輥與支撐輥的接觸情況如圖半徑5.2所示。圖5.2工作輥與支撐輥的接觸情況341200可逆式軋機輥系設計最大應力二max嚴二：22q(D1D2)gb冒(KK2)D1D22q(D1D2)(K1K2)D1D22225mmr2D2單位長Dr12600mm加在接觸表面1-12K121-2K1:ET二巳查表得泊松比故K12叮14；06-max-1=0.3E1=206pa2-0.3r1.86104(4501200)E2二206Gpa=-：2：K：K2；：2=3.142(

50、1.4101.410冷；25650=阿7.8903=270.56Mp星弘73Mpa故滿足要求。10MPa45(max)=0.30.ax=0.3045.3軸承使用壽命的校核由于四輥冷軋機的軋制力都比較大，軸向心力都比較小，故根據(jù)需要采用軸四列圓柱滾子軸承承受軋制力，四輥冷軋機采用深槽單列向心球軸承承受向心力。這種軋機的支承輥設有彎輥裝置，因此支承輥的軸承需要特殊設計。因為支承輥軸承除了承受很大的軋制力外，還要承受徑向和軸向的彎輥力。根據(jù)軋輥尺寸選擇合適的軸承型號，軋輥軸承主要是計算軸承的壽命。計算軸承的壽命要求符合軸LV06C60n承的實際壽命，必須準確的確定動負荷。當量動負荷與軸承壽命之間的關(guān)

51、系可用下式表示:Lb以小時計的軸承額定壽命，h；n-軸承的轉(zhuǎn)速，r/min；C額定動負荷，N，其值有軸承樣本查的;10351200可逆式軋機輥系設計壽命指數(shù)，對于球軸承V，對于滾子軸承；蔦；P-當量動負荷，N。當量動負荷可由下式求得：P二XFYFafFfT式中X徑向系數(shù)，根據(jù)Fa/Fr之比值，由軸承樣本查得；Y軸向系數(shù)，由軸承樣本查得Fr軸承徑向負荷，N；Fa軸承軸向負荷，N；一般帶材軋機：Fa=0.02FrfT溫度系數(shù)，軋輥軸承一般只能在100攝氏度的溫度以下工作，所以fT=1ofF負荷系數(shù)，由于工作中的振動、沖擊和軸承負荷不均勻等因數(shù)的影響，軸承實際負荷要比計算負荷大，根據(jù)工作情況以負荷系

52、數(shù)fF表示。冷渣機fF=1.21.5o當計算多列圓柱軸承和滾針軸承室，取軸向負荷等于零，其軸向負荷由專門的止推軸承承受。當量動負荷的計算公式如下：P=fyFx經(jīng)計算：p=fFFx=1.52.2286107/2N=1.67107N361200可逆式軋機輥系設計371200可逆式軋機輥系設計第6章輥系受力分析及穩(wěn)定性條件6.1輥系受力分析本設計采用工作輥傳動，工作輥傳動的四輥軋機輥系受力情況如圖6.1所示。通常，為了保證工作的穩(wěn)定性，工作輥和支承輥的中心連線有一個偏移量e圖6.1根據(jù)工作輥的受力平衡條件，可以列出工作輥的受力平衡方程:正向軋制時:0F-Pcostantan二381200可逆式軋機輥

53、系設計反向軋制時：F-PcostanJ-tan丨=0p-軋制力F軸承反力：前后張力對軋制力方向影響的偏轉(zhuǎn)角；二工作輥與支承輥中心連線與垂直線的夾角;軋輥連心線與反力R的夾角。由于、二、都很小，所以可以得到：6.2四輥軋機的穩(wěn)定性分析由于本設計采用的是驅(qū)動工作輥傳動，因此只介紹工作輥傳動時的情況。因為四輥軋機的工作輥與工作輥軸承之間以及工作輥軸承座與支承輥軸承座的n形框架之間存在著間隙，在軋制過程中，如無固定的側(cè)向力約束，工作輥將處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而不能保持固定工作位置。工作輥的這種自由狀態(tài)會造成軋件的厚度的不均勻，使得軋輥軸承遭受沖擊，工作輥和支承輥之間的正常摩擦關(guān)系被破壞以及軋輥磨損加劇等不良后果。因此，保持工作輥處于支承輥的穩(wěn)定位置，對于提高軋制精度和改善軋輥部件的工作條件是十分重