厚板軋機(jī)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】,說明書+CAD,厚板軋機(jī)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】,厚板,軋機(jī),設(shè)計(jì),說明書,仿單,cad 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第41頁 1 緒論 1.1 選題背景 在國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展中，機(jī)械制造工業(yè)擔(dān)負(fù)著為各個(gè)經(jīng)濟(jì)部門提供各種資料的裝備和技術(shù)的任務(wù)。機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵，一切工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都非常重視機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，而且一般都能使它的發(fā)展超前于其他工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 由于用軋制的方法生產(chǎn)鋼材具有生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動化等優(yōu)點(diǎn)，因此為機(jī)械制造工業(yè)提供的鋼材占90%。為了滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門的需要，生產(chǎn)軋制產(chǎn)品除一般產(chǎn)品外，還有建筑、造船、汽車、石油、礦山、國防等專用鋼材，在工業(yè)先進(jìn)國家鋼板產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的50%-66%[1]。 1.2 中厚板軋機(jī)簡介及產(chǎn)品 生產(chǎn)中厚板的軋鋼設(shè)備—中厚板軋機(jī)（生產(chǎn)鋼板厚度通常6mm以上）的規(guī)格一般按工作輥輥身長度來標(biāo)稱，如2300mm、2800mm、5500mm等。同其他軋鋼機(jī)一樣，中厚板軋機(jī)由工作機(jī)座和傳動裝置組成，工作機(jī)座主要包括軋機(jī)機(jī)架輥系、平衡系統(tǒng)、壓下裝置和換輥裝置如圖1.1。傳動裝置由大型電動機(jī)和減速機(jī)組成，由于電動機(jī)制作技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代中厚板軋機(jī)通常由電動機(jī)直接驅(qū)動[2]。 1——換輥裝置 2——機(jī)架 3——萬向接軸 4——主傳動電機(jī) 圖1.1四輥中厚板軋機(jī)總圖 中厚板用途相當(dāng)廣泛，品種也非常多。除矩形板外還有圓形、錐形、梯形、異厚、異寬、防擾等鋼板。除按尺寸區(qū)分外，還有按強(qiáng)度、化學(xué)成分、用途和交貨狀態(tài)分類的。 按強(qiáng)度分類一般以抗張強(qiáng)度的下限分級，抗張強(qiáng)度50MPa以上的稱高強(qiáng)度鋼板。按化學(xué)成分分為普通鋼板和特殊鋼板，后者包括不銹鋼板和復(fù)合鋼板。按用途大致分為造船鋼板、焊接結(jié)構(gòu)鋼板、鍋爐和壓力容器鋼板、低溫鋼板、耐腐蝕鋼板、焊管用鋼板以及特殊用途的鋼板等。按交貨狀態(tài)分為軋制鋼板、熱處理鋼板和拋丸、涂層鋼板三種。 普通中厚板廣泛用來制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、橋梁用鋼板、造般鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機(jī)某些零件及焊接構(gòu)件。橋梁用鋼板用于大型鐵路橋梁，造船鋼板用于制造海洋及內(nèi)河船舶船體，鍋爐鋼板用于制造各種鍋爐及重要附件，壓力容器用鋼板主要用于制造石油、化工氣體分離和氣體儲運(yùn)的壓力容器或其它類似設(shè)備。汽車大梁鋼用于制造汽車大梁（縱梁、橫梁）用厚度為2.5-12.0mm的低合金熱軋鋼板，此外還有艦艇、戰(zhàn)車、坦克裝甲、導(dǎo)彈、及衛(wèi)星等重要用板。因此工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都非常重視中厚板軋機(jī)的發(fā)展，它一定程度上反映了國家的工業(yè)水平。 1.3 中厚板軋機(jī)原料及生產(chǎn)流程 中厚板軋機(jī)使用的原料有初軋板坯、連鑄板坯、鋼錠和鍛坯。連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展，不但提高了中厚板車間的成材率，降低了生產(chǎn)成本，而且使鋼板的質(zhì)量也提高了。所以中厚板軋機(jī)采用連鑄坯的比例不斷上升,有的已達(dá)100％。加上新工藝的采用,中厚板軋機(jī)從板坯到成品鋼板的成材率有的已達(dá)94.2％。如無初軋板坯和連鑄板坯，可用扁鋼錠作原料。只在生產(chǎn)特殊的中厚板時(shí)才用鍛坯作原料。 軋制工藝分三個(gè)階段：①成形軋制，消除板坯表面的影響和提高寬度控制的精度，沿板坯長度方向或斜向進(jìn)行1～4道軋制。把坯料軋至所要求的厚度。②展寬軋制，這是中厚板不同于其他種類板材軋制的重要工序。為達(dá)到軋制成品規(guī)格所要求的寬度，板坯轉(zhuǎn)90°、沿板寬方向軋制。③精軋，展寬軋制后再轉(zhuǎn)90°，轉(zhuǎn)回原坯料長度方向，軋制到成品板厚度[3]。 1.4 中厚板軋機(jī)發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢 軋鋼機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了幾百年的時(shí)間，50~60年代寬厚軋機(jī)建設(shè)較多的是美國當(dāng)時(shí)以4064mm式厚板軋機(jī)為主，60年代后期到70年代初期日本建有4727mm雙機(jī)架四輥式厚板軋機(jī)，1971年意大利建造一套4826mm雙機(jī)架厚板軋機(jī)，韓國建一套4724mm雙機(jī)架厚板軋機(jī)。1976~1977年間日本建造3套5500mm特寬厚板軋機(jī)，并大量采用新技術(shù)。這類軋機(jī)的年生產(chǎn)能力很大,單機(jī)架的就高達(dá)180萬噸。。建造這種特級厚板軋機(jī)主要是生產(chǎn)大直徑UOE鋼管用寬鋼板和寬幅面、長定尺的造船鋼板。1985年德國迪林根廠在4800mm厚板軋機(jī)前面增建5500四輥厚板軋機(jī)，這是當(dāng)今世界最強(qiáng)大的一臺特寬厚板軋機(jī)。 總的來說，從60年代中期到80年代，世界中厚板軋機(jī)的發(fā)展動向，主要集中在建設(shè)先進(jìn)的厚板軋機(jī)、淘汰落后的舊軋機(jī)和小規(guī)格的軋機(jī)上，增加軋機(jī)的能力(提高產(chǎn)量、勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品精度等)、提高競爭力是這個(gè)時(shí)期的顯著特點(diǎn)。80年代厚 板軋機(jī)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向各項(xiàng)工藝新技術(shù)、控制系統(tǒng)和相應(yīng)的技術(shù)裝備的開發(fā)。其中一些先進(jìn)的控制技術(shù)和裝備從熱軋帶鋼軋機(jī)移植過來，如步進(jìn)式加熱爐，鋼板的厚度、寬度和板形控制技術(shù)，板形控制軋機(jī)，軋制線的過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等，現(xiàn)代化的四輥厚板軋機(jī)以高精度、高剛度、高功率、大轉(zhuǎn)矩為顯著特點(diǎn)。 1.5 研究內(nèi)容和研究方法 本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容和研究方法是應(yīng)用所學(xué)過的力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)等知識，計(jì)算軋制力能參數(shù)，并對軋機(jī)主傳動系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、壓下裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)和對主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2 傳動方案評述與選擇 2.1 方案選擇 軋機(jī)主傳動裝置作用是將電機(jī)的運(yùn)動力矩傳遞給軋輥。一般由減速機(jī)、齒輪座、連接軸和聯(lián)軸節(jié)等部件（圖2.1）或由電機(jī)通過連接軸直接傳動軋輥（圖2.2）。 在軋鋼機(jī)中確定是否采用減速機(jī)的一個(gè)重要條件就是比較減速機(jī)及其摩擦損耗的費(fèi)用是否小于低速電機(jī)與告訴電機(jī)之間的差價(jià)。一般如果軋輥轉(zhuǎn)速大于200-250r/min，則不用減速機(jī)，在可逆式軋鋼機(jī)上為了易于實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)也往往不用減速機(jī)。由于所設(shè)計(jì)的是四輥可逆式厚板軋機(jī)為了易于實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)不采用減速機(jī)。 所設(shè)計(jì)的厚板軋機(jī)若采用單輥驅(qū)動即只傳動下輥，上輥則靠下輥摩擦帶動，這種結(jié)構(gòu)無需齒輪機(jī)座和上輥平衡裝置，采用交流電機(jī)雖結(jié)構(gòu)簡單但軋制力較小不能滿足較大軋制力需求，所以驅(qū)動方式不宜選用單輥驅(qū)動。當(dāng)工作輥軋輥輥頭承受不了軋制力矩時(shí)采用支承輥驅(qū)動而一般采用工作輥驅(qū)動，設(shè)計(jì)厚板軋機(jī)采用雙工作輥驅(qū)動方式。 6 5 4 3 2 1 圖2.1 中厚板軋機(jī)主傳動方案一 5 6 4 2 1 1——電機(jī) 2——電動機(jī)聯(lián)軸節(jié) 3——齒輪座 4——連接軸 5——工作輥 6——支承輥 圖2.2 中厚板軋機(jī)主傳動方案二 采用雙工作輥驅(qū)動可以用單電機(jī)通過齒輪座將電機(jī)傳來的力矩分配給雙工作輥。另外一種方式就是采用單獨(dú)的電機(jī)分別驅(qū)動上下工作輥。所設(shè)計(jì)的軋機(jī)所需電機(jī)功率較大不宜采用齒輪座采用雙電機(jī)驅(qū)動方式。綜上，可知所選傳動方案如圖2.2。 2.2 方案評述 方案二和方案一比較優(yōu)點(diǎn)有：沒有減速器（齒輪座）傳動效率提高；減少了傳動系統(tǒng)的飛輪力矩；加快了啟動、制動過程提高了軋機(jī)效率，機(jī)械設(shè)備重量減輕占廠面積減少，電機(jī)直接帶動易于實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 2.3 電機(jī)選擇 主傳動電機(jī)也可分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種。直流電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)有：啟動力矩大，平穩(wěn)，電器特性好，操作方便，在一定范圍內(nèi)可以無級變速。當(dāng)主傳動采用大型交流電動機(jī)時(shí)，需增設(shè)一套微調(diào)裝置以便于換輥，而且交流電機(jī)需要變頻調(diào)速造價(jià)高。直流電機(jī)調(diào)速方便，造價(jià)低。綜上所述選擇直流主電機(jī)。 2.4 連接軸選擇 在主傳動裝置中，連接軸是非常重要的部件，它將電機(jī)的運(yùn)動和力矩傳遞給軋輥。在軋鋼機(jī)中常用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒式接軸等。 確定連接軸類型主要根據(jù)軋輥調(diào)整量、聯(lián)軸允許傾角和傳遞扭矩等因素有關(guān)。萬向接軸的允許傾角較大傳遞扭矩也較大，梅花接軸和聯(lián)合接軸允許傾角較小一般用于軋輥調(diào)整量不大的軋機(jī)，齒式接軸傾角較小但在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠一般用于軋輥調(diào)整量不大速度較高的軋機(jī)。本設(shè)計(jì)的厚板軋機(jī)對軋輥的調(diào)整量較大連接軸傾角有時(shí)達(dá)到8°～10°故采用萬向連接軸。 本設(shè)計(jì)中選用十字軸式萬向接軸，其具有傳動效率高、傳遞扭矩大、傳動平穩(wěn)、潤滑條件好、噪音低、使用壽命長、允許傾角大(10°～15°) 、適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 2.5 軋輥軸承選擇 熱帶鋼連軋機(jī)采用的軸承，主要有滾動軸承和液體摩擦軸承。滾動軸承摩擦系數(shù)小、工作可靠、安裝拆卸方便，廣泛用于四輥軋機(jī)的工作輥上。本設(shè)計(jì)采用四列圓錐滾子軸承，因?yàn)檫@種軸承可承受軸向以不需采用推力軸承。為了便于換輥，軸承在軸頸上和軸承座內(nèi)均采用動配合(e8.f8)。由于配合較松，為防止對輥頸的磨損，要求輥頸硬度為HRC=32~36。同時(shí)應(yīng)保證配合表面經(jīng)常有潤滑油。 3 軋制力能參數(shù)的計(jì)算 3.1 軋制力的計(jì)算 3.1.1 軋制規(guī)程 原始參數(shù) 鋼種Q235，原料規(guī)格35mm×1900mm×2500mm，成品規(guī)格14mm×1900mm×6250mm，壓下規(guī)程見表3.1。 表3.1 壓下規(guī)程 軋制道次 N 軋前厚度 h0(mm) 軋后厚度h1 (mm) 壓下量 (mm) 軋制溫度 t(℃) 軋制速度v(m/s) 1 35 27 8 1080 1.55 2 27 21 6 1040 1.94 3 21 17 4 1000 2.32 4 17 15 2 960 2.32 5 15 14 1 920 2.71 3.1.2 軋輥主要尺寸的選擇 1、工作輥及支承輥輥身長度選擇 L=bmax+a[1] (3.1) 式中 L——輥身長度，mm； bmax——所軋鋼板最大寬度，bmax=1900mm； a——視鋼板寬度而定，當(dāng)bmax=1000~2500mm 時(shí)，a=150~200mm。 代入式(3.1)得L= 2100 mm，考慮到其他原料尺寸及工作輥和支承輥關(guān)系，工作輥輥身長度取 L1=2350 mm，支承輥輥身長度取L2=2250 mm。 2、工作輥和支承輥參數(shù)選擇 (1) 工作輥和支承輥直徑選取 由文獻(xiàn)[1]可知，對于四輥厚板軋機(jī)L1/D1=3.0~5.2，D2/D1=1.5~2.2。將L1=2350代入得： D1=452~783mm 選取D1=740mm 。 D2/D1的選擇主要取決于工藝條件。當(dāng)軋件較厚時(shí)，由于要求要較大的工作輥直徑，故選較小的D2/D1比值。 D2=740×(1.5~2.2)=1110~1628mm 選取D2=1250mm。 對于四輥軋機(jī)，為減少軋制力，盡量使工作輥直徑小些。但工作輥?zhàn)钚≈睆绞茌侇i和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和軋件咬人條件的限制。軋輥的工作直徑D1應(yīng)滿足： D1≥ (3.2) 式中 α——最大咬入角，由文獻(xiàn)[1]可知最大咬入角α=15~20°； h——壓下量，mm。 代入式(3.2)得 D1≥(132.65~234.78)mm 可知工作輥直徑滿足咬入條件。 3、軋輥輥頸尺寸d的確定 使用滾動軸承時(shí)，由于軸承外較大，輥頸尺寸不能過大，一般選 d=(0.5~0.55)D。 =(0.5~0.55) ×740=370~407mm =（0.55~0.55）×1250=625~688mm 考慮軸頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度因素，取 =440mm，=800mm。 3.1.3 軋制力的計(jì)算 熱軋鋼板采用采利科夫公式計(jì)算[1] Pm=k 式中 Pm——平均單位壓力，MPa； ——考慮摩擦對應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)； k——金屬變形阻力，MPa。 1、計(jì)算外摩擦的影響系數(shù) 由文獻(xiàn)[1]可得計(jì)算外摩擦公式如下 l = (3.3) ε=×100% (3.4) δ=μ (3.5) 式中 l——接觸弧水平投影長度，mm； R——軋輥半徑，R=370mm； μ——軋件與軋輥的摩擦系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]取μ=0.3； ——壓下量，mm； ε——壓下率； δ——系數(shù)； ——軋前厚度，mm。 代入式(3.3)、式(3.4)、式(3.5) 表3.1數(shù)據(jù)計(jì)算得各數(shù)據(jù)見表3.2。 表3.2 各道次外摩擦影響系數(shù) 軋制道次 l(mm) δ (%) 1 54.41 4.08 22.86 1.28 2 47.12 4.71 22.22 1.31 3 38.47 5.77 19.05 1.36 4 27.20 8.16 11.76 1.27 5 19.24 11.54 6.67 1.12 根據(jù)變形程度ε和系數(shù)δ查文獻(xiàn)[1]得各道次見表3.2。 2、變形阻力的確定 由文獻(xiàn)[1]可知 hm=(h0+h1)/2 (3.6) 當(dāng)<2時(shí)采用粘著理論計(jì)算平均變形速度 =ln (3.7) 當(dāng)>2時(shí)采用滑動理論計(jì)算平均變形速度 = (3.8) 式中 hm——軋制前后軋件的平均高度，mm。 ——平均速度，s-1； v1——軋件出口速度，m/s； 、——軋前軋后厚度，mm； ——軋輥的圓周線速度，單機(jī)架軋制不考慮前滑值，m/s； v1——軋件出口速度，m/s； 代入式(3.6)、式(3.7)式(3.8)數(shù)據(jù)得相關(guān)數(shù)據(jù)見表3.4。 表3.4 各道次變變形阻力 軋制道次 hm(mm) l/ hm (s-1) K (MPa) (MPa) 1 31 1.76 6.51 0.979 102 98.858 2 24 1.96 9.15 0.977 114.4 111.769 3 19 2.02 11.49 0.967 146 141.182 4 16 1.7 10.03 0.879 146 128.334 5 14.5 1.33 9.39 0.767 143.6 110.141 由文獻(xiàn)[1]可知 = K (3.9)式中 ——變形阻力，MPa； K——變形程度影響系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]得各道次見表3.4； ——當(dāng)ε=30%時(shí)，不同溫度變形速度下變形阻力，查文獻(xiàn)[1]得各道次 見表3.4，MPa。 代入式(3.9)數(shù)據(jù)得各道次見表3.4。 3、軋制力計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知計(jì)算軋制力公式如下 Pm= k=1.15 (3.10) P= Pm F (3.11) F=l (3.12) 式中 、——軋制前、后軋件的寬度，==1900mm； Pm——單位平均壓力，MPa； F——接觸面積，mm2。 P——軋制力，kN； 代入式(3.10)、式(3.11)、式(3.12)數(shù)據(jù)得各道次軋制力見表3.5。 表3.5 各道次軋制力P 道次 1 2 3 4 5 Pm(MPa) 145.52 168.37 220.81 187.43 141.86 F(mm2) 103379 89528 73093 51680 36556 P(kN) 15043.71 15073.83 16139.67 9686.38 5185.83 3.2 軋輥力矩的計(jì)算 1、四輥軋機(jī)無張力軋制工作輥受力分析 雙工作輥驅(qū)動四輥軋機(jī)軋輥受力見圖3.1，由文獻(xiàn)[1]得計(jì)算軋制力公式如下 MK=MZ+MR+Mf1 (3.13) MZ=P·a (3.14) MR=R·c (3.15) Mf1=F·ρ1 (3.16) 圖3.1 雙工作輥傳動四輥軋機(jī)軋輥受力圖 式中 MK——驅(qū)動一個(gè)工作輥力距，N·m； MZ——軋輥上的軋制力矩，N·m； Mf1——軋輥軸承處摩擦力矩，N·m； MR——支承輥對工作輥的反力對工作輥的力矩，N·m； P——軋制力，kN； a——軋制力力臂，mm； R——支承輥對工作輥的反力，kN； c——反力R對工作輥的力臂，mm； F——工作輥軸承處反力， kN； ρ1、ρ2——工作輥和支承輥軋輥軸承處摩擦圓半徑。 ρ1=μ，ρ2=μ。 (3.17) 式中 d1、d2——工作輥和支承輥軸頸直徑，mm； μ——軋輥軸承摩擦系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]知μ=0.004； 代入式(3.17)數(shù)據(jù)得 ρ1=0.88 mm，ρ2=1.6 mm。 2、力臂計(jì)算 (1) 計(jì)算a 由文獻(xiàn)[1]可知 a= (3.18) ψ= (3.19) α=arcos（1－/D1） (3.20) 式中 β——不考慮張力軋制時(shí)軋制力作用點(diǎn)對應(yīng)的軋輥中心角； α——咬入角； ψ——力臂系數(shù)，由變形程度ε和系數(shù)δ查文獻(xiàn)[1]可得。 代入式(3.18)、式(3.19)數(shù)據(jù)并查文獻(xiàn)[1]可得到各道次力臂a見表3.6。 表3.6 各道次力臂a 道次 1 2 3 4 5 α（o） ψ 0.492 0.488 0.49 0.495 0.493 β（o） a (mm) 26.77 22.99 18.85 13.33 9.48 （2）計(jì)算c 由文獻(xiàn)[1]可知 R= (3.21) c=mcosγ+ (3.22) γ=arcsin (3.23) θ=arcsin (3.24) 式中 θ——工作輥與支承輥連心線與垂直線夾角； e——工作輥軸線相對于支承輥軸線偏移距一般e=5~10mm，取e=8mm； γ——軋輥連心線與反力R的夾角； m——R力在工作輥與支承輥接觸處偏離一滾動摩擦力臂的距離，m=0.1~0.3mm；取m=0.2mm； 代入式(3.32~3.24)數(shù)據(jù)得 γ=，θ=，c=1.266mm。 (3) 計(jì)算各道次軋制力矩 由文獻(xiàn)[1]可知 F=Rsin(θ+γ) (3.25) MK∑=2MK 式中 MK∑——驅(qū)動兩個(gè)工作輥所需的力矩。 代入式(3.13~3.16)，式(3.21)、式(3.25)數(shù)據(jù)得各道次軋制力矩見表3.7。 表3.7 各道次軋制力矩 道次 1 2 3 4 5 P(kN) 15043.71 15073.83 16139.67 9686.38 5185.83 R (kN) 15044.61 15074.73 16140.63 9686.96 5186.14 F(kN) 164.25 164.58 176.22 105.76 56.62 MZ(N·m) 402720.12 346547.35 304232.78 129119.45 49161.67 MR(N·m) 19046.48 19084.61 20434.04 12263.69 6565.65 Mf1(N·m) 144.54 144.83 155.07 93.07 49.83 MK(N·m) 421911.14 365776.79 324821.89 141476.21 55777.15 MK∑(N·m) 843822.28 731553.48 649643.78 282952.42 111554.3 4 主電機(jī)容量選擇 4.1 初選電機(jī) 由文獻(xiàn)[1]可知 nw= (4.1) = (4.2) Mer=9550 (4.3) 式中 nw——穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速度，r/min； ——最大軋制功率，kW； Mer——初選電機(jī)額定靜力矩，kN·m； Ner——初選電機(jī)功率，kW； ner——初選電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。 代入式(4.1) 表3.1數(shù)據(jù)得到各道次穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速。 nw1=40 r/min nw2=50 r/min nw3=60 r/min nw4=60 r/min nw5=70 r/min 由表3.7及各道次穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)代入式4.2得 =2040.77kW 初選電機(jī)功率Ner=2000kW，選電機(jī)型號E1800-1100，電機(jī)轉(zhuǎn)速ner=0~65/120r/min。 代入式(4.3)數(shù)據(jù)得 Mer=293846.15 N·m 4.2 主電機(jī)力矩 主電機(jī)上的力矩由四部分組成，即 MD== 式中 MD——主電機(jī)力矩，kN·m； MZ——軋輥上的軋制力矩，kN·m； Mf——附加摩擦力矩，即軋制時(shí)由于軋制力作用于軋輥軸承、傳動機(jī)構(gòu)及其它轉(zhuǎn)動件中的摩擦而產(chǎn)生的附加力矩，kN·m； Mkon——空轉(zhuǎn)力矩，即當(dāng)軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于各轉(zhuǎn)動件的重量產(chǎn)生的摩擦力矩及其他阻力距，kN·m； Mdon——?jiǎng)恿兀堓佭\(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻時(shí)，各部件或減速所引起的慣性力所產(chǎn)生的力矩，kN·m； Mf2——各轉(zhuǎn)動零件推算到主電機(jī)軸上的附加力矩，kN·m； η——電動機(jī)至軋輥之間的傳動效率，此設(shè)計(jì)中 η= (4.4) i——電動極和軋輥之間的傳動比，此設(shè)計(jì)方案電機(jī)直接驅(qū)動軋輥，i=1； 查文獻(xiàn)[5]得 =0.99~0.995，=0.98，=0.99 代入式(4.4)得 η=0.951 1、計(jì)算空轉(zhuǎn)力矩Mkon Mkon=（0.03~0.06）Mer=0.05 Mer (4.5) 代入式(4.5)數(shù)據(jù)得 Mkon=14692.31N·m 2、計(jì)算摩擦力矩Mf、靜力矩Mj 由文獻(xiàn)[1]可知 Mf= (4.6) Mf2= (4.7) Mj=MZ+ Mf+ Mkon (4.8) 式中 Mj——推算到電動機(jī)軸上的總靜力矩，N·m。 代入式(4.6)、式(4.7)、式(4.8)數(shù)據(jù)得各道次附加摩擦力矩、靜力矩見表4.1 表4.1 各道次附加摩擦力矩、靜力矩 道次 1 2 3 4 5 Mf2(N·m) 21738.85 18846.54 16736.35 7289.52 2873.90 Mf(N·m) 21883.39 18991.37 16891.42 7283.59 2923.73 Mj(N·m) 458486.84 399460.47 356405.62 163452.11 73393.19 3、計(jì)算動力矩Mdon 由文獻(xiàn)[1]可知 Mdon= (4.9) 式中 ——各轉(zhuǎn)動件推算到電機(jī)軸上的飛輪力矩，=80173kg·m2； ——電動機(jī)的角加速度，rad/s2。 由文獻(xiàn)[1]選取啟動時(shí)加速度aj=30r/min·s，制動時(shí)加速度az=60 r/min·s。 可知 啟動時(shí)角加速度 εj==3.14rad/s2 制動時(shí)角加速度 εz==6.28 rad/s2。 代入式(4.9)數(shù)據(jù)得 空載啟動階段動力矩Mdonj=62935.81N·m 空載制動階段動力矩Mdonz=125871.61 N·m 4、各階段、道次主電機(jī)力矩計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知各階段主電機(jī)力矩計(jì)算公式如下 MD1= Mkon+Mdonj (4.10) MD2= Mj+ Mdonj (4.11) MD3= Mj (4.12) MD4= Mj－Mdonz (4.13) MD5= Mkon－Mdonz (4.14) 式中 MD1——空載加速啟動階段力矩，N·m； MD2——咬入軋件后的加速階段力矩，N·m； MD3——穩(wěn)定速度軋制階段力矩，N·m； MD4——帶有軋件的減速階段力矩，N·m； MD5——拋鋼后減速階段力矩，N·m。 代入式4.10~4.14數(shù)據(jù)得各階段、道次主電機(jī)力矩見表3.2 表4.2 各階段、道次主電機(jī)力矩 道次 MD1(N·m) MD2(N·m) MD3(N·m) MD4(N·m) MD5(N·m) 1 77628.12 521422.65 458486.84 332615.23 －111179.3 2 77628.12 462396.28 399460.47 273588.86 －111179.3 3 77628.12 419341.43 356405.62 230534.01 －111179.3 4 77628.12 226387.92 163452.11 37580.50 －111179.3 5 77628.12 136329 73393.19 －52478.42 －111179.3 4.3 計(jì)算各軋制階段時(shí)間計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知計(jì)算各道次軋制時(shí)間公式 ty= (4.15) tj= (4.16) tz= (4.17) tw= (4.18) L= （4.19） = （4.20） 式中 ty——啟 動空載階段所需時(shí)間，s； ny——咬入軋件是的轉(zhuǎn)速，ny=30r/s； tj——咬入后加速階段所需時(shí)間，s； tz——帶有軋件的減速階段所需時(shí)間，s； np——各道次拋鋼轉(zhuǎn)速，np =30r/s； tw——穩(wěn)定軋制時(shí)所需時(shí)間，s； L——各道次后軋件的長度，mm； ——制動階段所需時(shí)間，s。 代入式(4.15~4.20)相關(guān)數(shù)據(jù)得各道次各軋制階段時(shí)間見表4.3。 表4.3 各道次各軋制階段時(shí)間 道次 ty(s) tj(s) tz(s) tw(s) (s) L(mm) 1 1 0.333 0.167 1.653 0.5 3240.74 2 1 0.667 0.333 1.351 0.5 4166.67 3 1 1 0.5 1.089 0.5 5147.06 4 1 1 0.5 1.384 0.5 5833.33 5 1 1.333 0.667 1.233 0.5 6250 =（ty +tj + tz + tw +）+5 （4.21） 式中 ——軋制時(shí)間時(shí)間間隙，取=0.6s； 圖4.1電動機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系圖 ——軋制周期，s。 代入式（4.21）數(shù)據(jù)得 =23.71s 由表4.2、表4.3數(shù)據(jù)可得電動機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系見圖4.1。 4.4 電機(jī)的校核 根據(jù)以上計(jì)算選定電機(jī) 型號E1800-1100，功率2000kW×2，轉(zhuǎn)速0~65/120r/min。 1、 過載校核 由文獻(xiàn)[1] Mer= (4.22) 式中 Mmax——靜負(fù)荷圖上的最大力矩，N·m； K——電動機(jī)過載系數(shù)，可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)K =2.5~3.0。 由圖4.1知 Mmax=521422.65 N·m， 代入式(4.22)數(shù)據(jù)得 K=1.77<2.5~3.0，滿足設(shè)計(jì)要求。 2、 發(fā)熱校核 電機(jī)反復(fù)變速正反轉(zhuǎn)應(yīng)此對電機(jī)進(jìn)行發(fā)熱校核，由文獻(xiàn)[1]知 Mjun= (4.23) =+++++ (4.24) 式中 Mjun——電動機(jī)按發(fā)熱計(jì)算出來的等值力矩，N·m。 由圖4.1數(shù)據(jù)代入式(4.24)和式(4.23)得 Mjun=2.81×105N·m< Mer，滿足設(shè)計(jì)要求。 . 5 軋輥計(jì)算及強(qiáng)度校核 四輥軋機(jī)支承輥的抗彎系數(shù)較工作輥大得多，在軋制時(shí)的彎曲力矩決大部分由支承輥承擔(dān)。在計(jì)算支承輥時(shí)，通常按承受全部軋制力的情況考慮。此設(shè)計(jì)四輥軋機(jī)由工作輥傳動，工作輥只受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，支承輥剛性幾乎承受全部彎曲應(yīng)力，工作輥與支承輥之間存在接觸應(yīng)力。 5.1 工作輥強(qiáng)度校核 工作輥材料選球墨鑄鐵，對工作只校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，工作輥的扭矩圖見圖5.1 c 2350 c 3096 MK MK 圖5.1 工作輥扭矩圖 考慮到軋制其他鋼種和其他軋制規(guī)格，取驅(qū)動一個(gè)輥?zhàn)畲罅豈K=650kN·m 由文獻(xiàn)[6]可知 (5.1) 式中 ——軋輥扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa； ——矩形截面桿扭轉(zhuǎn)系數(shù)； h、b——矩形截面桿高、寬，mm。 傳動端截面近似為矩形b=329mm，h=374mm，h/b=1.14，查文獻(xiàn)[6]可知=0.212， 代入式(5.1)得 =24.92MPa。 由文獻(xiàn)[1]可知，對于鑄鐵軋輥，當(dāng)=350~400MPa時(shí)，Rb =70~80MPa。 < Rb，可知工作輥強(qiáng)度滿足要求。 5.2 支承輥強(qiáng)度校核 支承輥材料選合金鍛鋼查文獻(xiàn)[1]可以知支承輥強(qiáng)度極限=700~750MPa，許用應(yīng)力Rb =140~150MPa。支承輥的彎矩圖見圖5.2，在輥頸的1-1斷面和2-2斷面處應(yīng)力集中，兩斷面的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足強(qiáng)度條件，斷面3-3處彎距最大應(yīng)校核3-3處彎曲應(yīng)力。 3 2 1 2 1 3 c1 c1 圖5.2 支承輥的彎矩圖 1、1-1斷面和2-2斷面強(qiáng)度校核 由文獻(xiàn)[1] (5.2) (5.3) 式中 、——1-1和2-2斷面處的彎曲應(yīng)力，MPa； c1 、c2——1-1和2-2斷面至反力P/2處的距離，mm； c1=(l0－L2)/2－r (5.4) c2=(l0－L2)/2 (5.5) d1-1、d2-2——1-1和2-2斷面直徑，d1-1=800mm； d2-2= d1-1+2r (5.6) 其中，r為1-1斷面處過渡圓角半徑，r=90mm。 考慮到軋制其他的規(guī)格取最大軋制力P=20MN，代入式(5.2~5.6)得 d2-2=980mm c1=415mm c2=505mm =81.05MPa < Rb =53.66MPa< Rb 可知斷面1-1和2-2滿足強(qiáng)度條件。 3、校核斷面3-3處彎曲應(yīng)力 由文獻(xiàn)[1] (5.7) 式中 ——3-3斷面處彎曲應(yīng)力，MPa。 代入式(5.7)數(shù)據(jù)得 =70.19MPa< Rb 可知3-3斷面滿足強(qiáng)度條件。 5.3 工作輥與支承輥間的接觸應(yīng)力校核 四輥軋機(jī)支承輥和工作輥之間承載時(shí)有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計(jì)及使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核計(jì)算。 1、 校核最大正應(yīng)力 由文獻(xiàn)[1]得公式 = (5.8) b= (5.9) 式中 ——最大正應(yīng)力，MPa； b——接觸區(qū)寬度，mm； q——加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷，N/mm q= (5.10) 其中，P、PG為軋制力和支承輥重量，支承輥重量由平衡系統(tǒng)承擔(dān)可以忽略取P=Pmax=20MN； K1、K2——與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)； K1=，K2= (5.11) 其中，、及E1、E2為兩軋輥材料的泊松比和彈性模數(shù)。由文獻(xiàn)[7]得 ==0.3 E1=173Gpa E2=206Gpa 代入式(5.8~5.11)數(shù)據(jù)得 q=9124.08N/mm，K1=1.67×10-6MPa-1 ， K2=1.41×10-6MPa-1，=1994.41MPa 本軋機(jī)支承輥輥面硬度HS=50~55，由文獻(xiàn)[1]知許用接觸應(yīng)力[]=2000~2200MPa。 <[] 可知滿足接觸強(qiáng)度要求。 2、校核軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力 為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞應(yīng)滿足 =0.304≤[] (5.12) 式中 ——軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力，MPa； []——軋輥許用切應(yīng)力，MPa。 代入式(5.12)數(shù)據(jù)得=606.3MPa，由文獻(xiàn)[1]知[]=641~670MPa，可知 ≤[] 軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件。 3、 校核軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力 =0.256≤[] (5.13) 式中 ——軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力，MPa。 代入式(5.13)數(shù)得=510.57，可知 ≤[] 軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件。 6 機(jī)架的強(qiáng)度校核 軋鋼機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件，軋輥軸承及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受軋制力，必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)軋鋼機(jī)型式的和工作要求，軋鋼機(jī)架分為閉式和開式兩種，閉式機(jī)架具有較高的強(qiáng)度和剛度，本設(shè)計(jì)中機(jī)架為閉式機(jī)架。 6.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 1、機(jī)架窗口寬度 四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的1.15~1.30倍。為換輥方便，換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動側(cè)窗口寬5~10mm。 B=1.15~1.30D2 (6.1) 式中 B——機(jī)架窗口寬度，mm。 代入式(6.1)數(shù)據(jù)得 B=1437.5~1625mm。 考慮到支承輥磨損取機(jī)架窗口寬度為，換輥側(cè)1410mm，傳動側(cè)1400m。 2、機(jī)架窗口高度 機(jī)架窗口高度主要根據(jù)軋輥?zhàn)畲箝_口度、壓下螺絲最小伸出端(至少2~3扣螺紋長度)，以及換輥等要求確定。對于四輥軋機(jī)可取 H=(2.6~3.5)(D1+D2) (6.2) 式中 H——機(jī)架窗口高度，mm。 代入式(6.2)數(shù)據(jù)得 H=5174~6965mm， 本軋機(jī)機(jī)架窗口高度取6150mm。 3、機(jī)架立柱斷面尺寸 機(jī)架立柱斷面尺寸是根據(jù)強(qiáng)度條件確定的。由于作用于軋輥輥頸和機(jī)架立柱上的力相同，而輥頸強(qiáng)度近似地與其直徑平方(d2)成正比故機(jī)架立柱斷面面積(F)與軋輥輥頸的直徑平方(d2)有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)比值(F/ d2)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定機(jī)架立柱斷面面積，在進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度驗(yàn)算。 本軋機(jī)機(jī)架立柱斷面取矩形，斷面尺寸F=850×750=63750mm2。 6.2 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算 為簡化計(jì)算做如下假設(shè)：1)每片機(jī)架只在上、下橫梁的中間斷面處受有垂直力R，而且這兩個(gè)力大小相等、方向相反，作用在同一直線上。2)機(jī)架結(jié)構(gòu)對窗口的垂直中心線是對稱的，而且不考慮由于上、下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。3)上下橫梁和立柱交界處(轉(zhuǎn)角處)是剛性的，即機(jī)架變形后機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。 6.2.1 受力分析 根據(jù)上述假設(shè)，機(jī)架外負(fù)荷河幾何尺寸都與機(jī)架窗口垂直中心線對稱，故可將機(jī)架簡化為一個(gè)由立柱和上、下橫梁的中性軸組成的自由框架，如將此框架沿機(jī)架窗口垂直中性線剖開，則剖開的截面上作用著R/2垂直力和靜不定力矩M1見圖6.1。 l1 M1 Rl1/4 l1/2 M1 I1 R/2 l2 M2 I3 I2 圖6.1 矩形自由框彎曲力矩圖 6.2.2 彎矩計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知 M1= (6.3) M2=－M1 (6.4) 式中 R——作用在機(jī)架上的垂直力，N； P——考慮到其他軋制規(guī)格下取的最大軋制力，P=20MN； I1——機(jī)架橫梁的慣性矩，mm4； I2——機(jī)架立柱的慣性矩；mm4 I3——機(jī)架下橫梁的慣性矩； l1——機(jī)架橫梁中性線長度，mm； l2——機(jī)架立柱中性線長度，mm； M2——立柱上的彎矩，N·mm。 根據(jù)軋機(jī)具體的結(jié)構(gòu)形狀以及各部分尺寸取 l1=1400+850=2260mm ，l2=6500+1300/2+628.4=7428.4mm。 1、 計(jì)算I1 機(jī)架上橫梁斷面如圖6.2 圖6.2 機(jī)架上橫梁斷面圖 上橫梁斷面的形心軸坐標(biāo)xc、yc取圖6.2所示坐標(biāo)軸(中心線為y軸下底線為x軸)，可見橫梁斷面對y軸對稱，所以 xc=0 由材料力學(xué)知識 F= A1－A2－ A3 －A4－ A5 (6.5) S= A1y1 －A2y2－ A3y3 －A4y4 －A5y5 (6.6) yc= (6.7) 式中 F——斷面面積，mm2； A1——圖6.2最大矩形面積，A1=1600×1300 mm2； A2~ A5——圖6.2自下而上各矩形面積，mm2； S——斷面面積矩，mm3； y1~ y5——各矩形面積的形心軸坐標(biāo)，mm。 由圖6.2知 y1=650mm y2=30mm y3=430mm y4=1020mm y5=1270mm 將數(shù)據(jù)代入式(6.~6.7)得 F=1157200 mm2 S=789624000 mm3 yc=682.4mm 由文獻(xiàn)[5]知 (6.8) 式中 b1~b5、h1~h5——A1~ A5所對應(yīng)的矩形的寬、高，mm； a1~ a5——A1~ A5所對應(yīng)的矩形形心軸與斷面形心軸距離，即 ai= yi— yc ( i=1~5) 代入式(6.8)各數(shù)據(jù)計(jì)算最終得 I1=1.54×1011mm4。 2、計(jì)算I2 機(jī)架立柱斷面簡圖見圖6.3，由文獻(xiàn)[6]可知計(jì)算公式 I2= (6.9) 其中，b、h為圖6.2斷面對應(yīng)的寬、高，代入式(6.9)數(shù)據(jù)得 I2=3.84×1010 mm4 850 750 圖6.3 機(jī)架立柱斷面簡圖 假設(shè)上下橫梁慣性矩相等即 I3=1.54×1011mm4 代入式(6.3)、式(6.4) 相關(guān)數(shù)據(jù)得 M1=5.45×109N·mm M2=2.0×108 N·mm 6.3 機(jī)架強(qiáng)度校核 選取機(jī)架的材料為ZG35，正火處理，由文獻(xiàn)[1]知 對于橫梁[]MPa， 對于立柱[]MPa。 1、機(jī)架上橫梁強(qiáng)度校核 機(jī)架應(yīng)力圖見圖6.4 圖6.4 閉式機(jī)架應(yīng)力圖 由文獻(xiàn)[1]知機(jī)架上橫梁應(yīng)力計(jì)算公式如下 (6.9) (6.10) 式中 σa1——機(jī)架橫梁外側(cè)的拉應(yīng)力，MPa； σn1——機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力，MPa； Wa1、Wn1——機(jī)架上橫梁外側(cè)和內(nèi)測的斷面系數(shù)，mm3。 由文獻(xiàn)[6]知 Wa1= (6.11) Wn1= (6.12) 代入式(6.9~6.12)數(shù)據(jù)得 Wa1=2.5×108mm3 Wn1=2.26×108mm3 σa1=21.8MPa<[]橫 σn1=－24.12MPa<[]立(負(fù)號只表示σn1為壓縮應(yīng)力) 可知上橫梁滿足強(qiáng)度要求。 2、機(jī)架立柱校核 由文獻(xiàn)[1]知機(jī)架立柱應(yīng)力計(jì)算公式如下 (6.13) (6.14) 式中 σa2——機(jī)架立柱外側(cè)壓應(yīng)力，MPa； σn2——機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力，MPa； F2——立柱斷面面積，F(xiàn)2=850×750 mm2； Wa2、Wn2——立柱外側(cè)和內(nèi)測的斷面系數(shù)，mm3。 Wa2= Wn2= (6.15) 代入式(6.12~6.15)數(shù)據(jù)得 Wa2= Wn2=9.04×107 mm3 σa2=5.5MPa< []立 σn2=10.2MPa< []立 可知機(jī)架立柱滿足強(qiáng)度要求。 7 壓下系統(tǒng)計(jì)算 調(diào)整裝置按軋機(jī)工藝要求可分為：上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。本設(shè)計(jì)軋機(jī)采用上輥調(diào)整裝置。 7.1 壓下型式選擇 上軋輥壓下調(diào)整裝置有手動、電動和液動型式，本軋機(jī)采電—液壓下調(diào)整裝置。電—液雙壓下調(diào)整裝置，其初調(diào)為電動壓下，精調(diào)為液壓缸，通常液壓缸置于壓下螺絲與上軸承座之間而使結(jié)構(gòu)緊湊，次調(diào)整機(jī)構(gòu)消除了機(jī)械慣性力，提高傳動效率，調(diào)整靈敏度比一般電動壓下快10倍以上。 壓下減速機(jī)采用速比為17的圓柱齒輪—球面蝸輪蝸桿聯(lián)合減速機(jī)，采用兩級蝸輪傳動，其傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊在使用球面蝸輪副或平面蝸輪副時(shí)，也可以有較高的傳動效率。在壓下減速機(jī)上裝有測速電動APC速度閉環(huán)控制，在壓下裝置中還有極限開關(guān)用于控制軋輥升降的最高最低位置。 壓下裝置電動機(jī)由兩臺300系列zzj812，75Kw直流電動機(jī)驅(qū)動，采用直流電動機(jī)，可頻繁的啟動在、制動，正、反轉(zhuǎn)，調(diào)整速好，過載倍數(shù)高，轉(zhuǎn)動慣量