四輥冷軋機設計之支承輥平衡系統(tǒng)設計說明書

1、大學畢 業(yè) 設 計（論 文）題目 190500×450四輥冷軋機之三支撐輥平衡系統(tǒng)設計學生姓名： 學生學號： 指導教師： 機械工程 學院 機械 專業(yè) 2班2011年6月15日畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 姓名 下發(fā)日期2011-3-6題目四輥冷軋機之三專題支撐輥平衡系統(tǒng)設計主要內容及要求1計算本設計道次（2.4mm 2.0mm）的軋制力，軋輥驅動力矩，選擇電動機。2. 支撐輥平衡力計算，液壓系統(tǒng)計算。3主要零部件的強度和剛度計算。4該系統(tǒng)裝配圖設計，軋輥鎖緊系統(tǒng)設計。5撰寫說明書，繪制二維圖，圖紙分別為工作輥軸承座、支承輥軸承座、支承輥裝配圖、支承輥平衡裝

2、置、軋機組裝圖，共計2.5張A0圖紙。主要技術參數(shù)1軋制材料：2原料規(guī)格：3軋制規(guī)程：4軋制速度：進度及完成日期3月14日3月16日：石橫特鋼參觀實習，寫實習報告及查閱相關資料。3月17日4月9日： 比較各種結構，選擇最優(yōu)設計方案。4月10日4月19日：對整機及部件進行設計計算。4月20日5月24日：CAD制圖。5月25日6月3日： 編寫設計說明書。6月4日6月16日： 畢業(yè)答辯審查準備。教學院長簽字日 期教研室主任簽字日 期指導教師簽字日 期指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日答 辯 委 員 會 評 語評定成績指導教師給定成績

3、(30%)評閱人給定成績(30%)答辯成績（40%）總 評答辯委員會主席簽字摘要近年來，隨著冷軋帶鋼生產技術的的發(fā)展以及社會對冷軋帶鋼需求量的迅速增加，對軋機的性能提出了更高的要求，并且推動了軋機的改進與發(fā)展。本設計為小型四輥冷軋機，軋機尺寸為。設計主要內容包括：各個系統(tǒng)的方案選擇與方案論證，支撐輥、工作輥、液壓缸等零部件的選擇與設計計算，支撐輥、液壓缸的結構設計，方案檢驗，繪制零件圖和裝配圖。主要設計為上支撐輥平衡系統(tǒng)的設計計算，計算的軋制道次為2.4mm 2.0mm?？紤]到產品的尺寸精度和質量要求日趨嚴格等因素，采用了液壓平衡裝置。該設計在前人成果與經驗的基礎上，對現(xiàn)有相關知識進行分析、比

4、較、篩選、提取加工，同時注入自己的新思想與新方法，優(yōu)化整合設計。產品性價比較高，會很受歡迎與認可。關鍵詞：冷軋，液壓平衡AbstractFor the past few years, with the development of the technology of the steel strip of cold rolling and the increasing demand for it in the society, as the result, it put forward higher capability of the rolling machine, meanwhile, it

5、 also promote the improvement and development of the rolling machine.The design is about the pint-sized four-roll cold rolling machine. The size is . The main content of the design contains: choosing the prospect of the sorts of the system of the machine and demonstrate the prospects, choosing and c

6、alculating of the important spare parts, testing the prospects, drawing the design papers and so on. The design of the balance system of the up-support roll are important parts. The rolling process is 2.4mm 2.0mm . Considering of facts that the demand of the size precision and quality of the product

7、 becoming more and more high, it adopts the hydraulic pressure balance device and locking device. On the foundation of the former peoples achievement, I collect correlative knowledge, analyzing, comparing, filtering, exacting the useful parts, furthmore, applying to some my own new methods, then arr

8、ive at the optimization design.Keywords: cold-rolling ，hydraulic pressure balance 目錄摘要IABSTRACTII目錄III第一章 總論11.1 冷軋帶鋼生產概況11.2 冷軋機的類型、特點及工作原理31.3 冷軋帶鋼的生產工藝51.4 冷軋帶鋼的發(fā)展前景8第2章 設計方案論證112.1上軋輥平衡裝置的作用112.2 上軋輥平衡裝置的形式112.3上軋輥平衡裝置方案的確定14第3章 設計計算193.1 主要參數(shù)的確定193.2 咬入條件的校核223.3平均單位壓力計算233.4軋制總壓力的計算293.5 軋制力矩的

9、計算303.6 主電動機功率的計算及選電動機32結論39參考文獻40致謝41附件142附件251第一章 總論1.1 冷軋帶鋼生產概況 冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位軋鋼生產是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產環(huán)節(jié)。利用軋制方法生產鋼材，具有生產效率高、品種多、生產過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化自動化等優(yōu)點。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到了更廣泛地使用。目前，約有90%的鋼材都是經過軋制成材的。有色金屬成材，主要也用軋制方法。為滿足國民經濟各部門的需要，除軋制一般產品外，還生產建筑、造船、汽車、石油化工、礦山、國防用的專用鋼材。板帶材應用范圍最廣，工業(yè)先進國家鋼板產量占鋼產量的50%至60%。板帶

10、材按制造方法可分為熱軋板帶和冷軋板帶。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、房屋建設、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產，提高冷軋帶鋼的質量，是重型機械制造和鋼鐵生產部門面臨的一項重要而有十分緊迫的任務。在軋制板材時，以鋼板厚度和用途之不同，對它們提出的技術要求雖然各不一樣，但基于其相似外型特點和使用條件，其技術要求仍有共同的方面，歸納起來就是“尺寸精確板型好，表面光潔性能高”。 冷軋帶鋼的生產歷史及發(fā)展方向冷軋帶鋼生產始于1660年，當時是在二輥軋機上進行的。但作為一個過程，板帶鋼冷軋的發(fā)展，只是在具有較

11、小中輥的勞特三輥軋機以后，才正真得到了推動。自此以后，無論是國內還是國外，冷軋都得到廣泛應用，軋輥軸頸和軸承的改進也促進了冷軋機的應用。二十年代，隨著二輥可逆軋機的出現(xiàn)，軋制效率大大提高。四輥可逆軋機出現(xiàn)于三十年代，六十年代末，隨著二次冷軋機和箔材軋機，平整軋機光整軋機的出現(xiàn)，使冷軋的可軋厚度大大減少，目前，最小可達0.001mm。近年來，冷軋帶鋼生產技術的發(fā)展，主要是增加鋼卷的重量，加快機組速度，提高產品厚度精度，改善板形，提高自動化程度及改進軋機的結構和生產工藝，其典型有WRS軋機、HC軋機、VC軋機、CVC軋機、HVC軋機、FFC軋機，全數(shù)字控制高精度可逆式六輥冷軋機組，或全數(shù)字控制高精

12、度可逆式四輥冷軋機組等。在帶鋼冷軋機上，廣泛的采用液壓彎輥裝置或抽動工作輥裝置來改善板形，由于冷軋帶鋼的厚度公差要求高，為增加軋機壓下裝置的響應速度，在冷軋機上采用了全液壓裝置及厚度自動控制裝置，對于高速，高產量的帶鋼冷連軋機，實現(xiàn)計算機控制。冷軋鋼板及帶鋼今年來得到較大的發(fā)展。冷連軋機末架出口速度可達2541.7m/s。為了提高產量，冷卷卷重已達60t。一套冷連軋機年產量可達250萬t。在帶鋼冷連軋機上，廣泛地采用液壓彎輥裝置或抽動工作輥裝置來改善板形。由于冷軋帶鋼厚度公差要求高，為增加軋機壓下裝置的響應速度，在冷軋機上采用了全液壓壓下裝置及厚度自動控制裝置。對于高速、高產量的帶鋼冷連軋機，

13、實現(xiàn)了計算機控制。80年代建設的初軋機具有以下特點：1）萬能式板坯初軋機得到迅速發(fā)展，60年代后新建的初軋機60%是萬能式板坯軋機，這種軋機帶有立輥，可以減少軋件翻鋼道次，軋制時間比方坯-板坯初軋機減少39%。2）向重型化方向發(fā)展，軋制鋼錠重量達4570t，最高年產量達500600萬t。3）提高自動化程度，從均熱爐到板坯精整均已實現(xiàn)自動控制。4）提高鋼坯質量，改進精整工序，采用大噸位板坯剪切機（剪切力可達40MN）及在線火焰清理機。應該指出，自1979年開始，還出現(xiàn)了全連續(xù)冷連軋機這種軋機只需第一次引料穿帶后，就可實現(xiàn)連續(xù)軋制，后續(xù)帶的頭部通過焊接機與前一帶卷尾部焊在一起，軋成后用飛剪機分卷，

14、并有兩臺卷取機交替卷曲帶鋼。全連續(xù)冷軋軋機即使在換輥時，帶鋼依然停留在軋機內，換輥后可立即進行軋制。由于連續(xù)鑄鋼技術迅速發(fā)展，連鑄比將達到80%或更高。這樣，初軋機將不會有更大的發(fā)展，只能起到配合和補充連鑄生產的作用，許多初軋廠都面臨改造的任務。近10年冷軋帶鋼生產技術及設備又有新的發(fā)展：1）酸洗冷軋聯(lián)合機組。這種機組改變了傳統(tǒng)冷軋生產將酸洗和軋鋼兩個工序分開的方式，而聯(lián)合為一個機組。這樣可提高酸洗、冷軋工序的成材率1%3%，提高機時產量30%50%，減少中間倉庫500010000，還有降低投資及生產成本等優(yōu)點。2）板形控制技術。冷連軋及普遍應用了液壓彎輥技術，設置板形儀及靈敏的液壓系統(tǒng)，改善

15、工藝冷潤技術，特別是研制出一批有效控制板形的新軋機，如HC軋機、UC軋機、CVC軋機等。3）連續(xù)退火、全氫罩式退火技術的應用及多種涂鍍生產技術的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的生產線及新的設備，使軋鋼機械在這些領域得到發(fā)展。4）帶鋼連鑄連軋工藝。帶鋼連鑄機澆鑄出的鋼坯須經熱軋或稍經熱軋即可進入冷軋機生產冷軋帶鋼。這一工藝將在今后經進一步完善和推廣。當前，大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質量，不斷增加冷軋帶鋼的產品，滿足各個工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用品等，以及外貿出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，是機械制造和鋼鐵生產部門

16、面臨的一項重要而又十分緊迫的任務。目前，可以認為HC軋機是板帶軋機改造和新建的主選優(yōu)良機型，可提供具有優(yōu)良板形的高精度板帶滿足工業(yè)領域對高精度的要求。HC軋機正逐步代替具有100多年歷史的普通四輥軋機。1.2 冷軋機的類型、特點及工作原理 軋機的類型冷軋帶鋼機器按照軋輥的配列方案分為二輥式、四輥式、多輥式三種。按機架排列方案分為單機可逆（不可逆）式與連續(xù)多機軋制式兩種。目前靈活性大，適用中小型企業(yè)及科研教研學用。連軋機生產效率高，軋制速度快，但產品單一，變動不大時，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。其類型如圖1-1所示：圖1-1 軋輥類型圖 冷帶軋機各類的特點及工作原理由于軋輥的輥數(shù)不同，則各類軋機的特點也不

17、同：1） 二輥軋機：是冷帶軋機的原始軋機，功用為消除凹痕折痕及某些缺陷，平整薄板，已基本淘汰了。2） 普通的四輥軋機：是帶鋼冷軋機中最通用的機組，這種軋機采用閉口式機架，兩個牌坊有橫梁或其它軋機連接形成一個剛體，通常采用工作輥驅動，但是近來趨向于支承輥驅動。3） 六輥軋機：為使用直徑相同的小直徑工作輥并提供水平及垂直剛度。六輥式軋機得到了廣泛應用通?？繌椈蓧毫ζ胶馍舷螺伣M件及消除壓下螺絲于軸承座間產生的松弛或松動。工作輥靠另一側卷行彈簧撐開，壓下螺絲有電機通過齒輪傳動，工作輥軸承為抗磨式，而支承輥則采用油膜軸承。4） 偏八輥軋機：結構簡單，滿足防止工作輥水平彎曲增加剛度，通過調節(jié)個別支承輥改變

18、工作輥的凸度，工作輥支承系統(tǒng)剛度大，結構簡單，換輥方便，其工作輥直徑可自由選擇而軋制不同的品種。5） HC軋機：是高性能板形控制的簡稱。能有效地板形和厚度，HC軋機是在四輥基礎上在支承輥之間加一可軸向竄動的軋輥，軋制時按所軋件寬度可軸向調整，其主要特點如下：（1）具有較大的剛度，穩(wěn)定性。即可通過中間輥的移動控制工作輥的凸度，使工作輥撓度不受軋制力的影響。（2）具有好的控制性。即在較小的彎輥力作用下能使鋼板橫向厚度差發(fā)生明顯變化。（3）可顯著提高帶鋼的平整度。減小板帶鋼的邊緣減薄，減少切邊損失。（4）壓下量由于不受板形的控制而顯著提高。隨著工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的發(fā)展，對各種帶鋼的產量，質量

19、要求不斷提高，而科技的發(fā)展又將出現(xiàn)新的更先進，實用的冷軋帶鋼設備和工藝，使冷軋帶鋼生產得以迅速的發(fā)展。1.3 冷軋帶鋼的生產工藝冷軋帶鋼的生產工藝總的來看有以下三點：1加工溫度低，鋼板在軋制過程中，將產生不同程度的加工硬化現(xiàn)象。它使變形抗力增加，塑性降低。這樣就使軋制力增大，易發(fā)生脆裂。因此必須有軟化退火，使軋件恢復塑性，降低變形抗力，以便對軋件經行繼續(xù)軋制。同理，成品冷軋板材出廠前一般也需要一定的熱處理，目的是全面提高冷軋產品的綜合性能，使金屬軟化。在冷軋生產過程中，每次軟化退火之前完成的冷軋工作稱為一個“軋程”，在一定的條件下，鋼質愈硬，成品愈薄，所需之軋程愈多。軟化處理，又稱在結晶退火或

20、固溶處理。2冷軋中采用工藝冷卻與潤滑：1）工藝冷卻：冷軋過程中變形熱與摩擦熱使軋件和軋輥溫度升高，故需要采用有效的人工冷卻。軋制速度越高，冷卻問題顯得尤為重要。如何合理的強化冷卻過程的冷卻已成為發(fā)展現(xiàn)代冷軋機的重要的研究課題。實驗研究與理論分析表明，冷軋板帶鋼的變形功有84%88%轉變?yōu)闊崮?，使軋件與軋輥的溫度升高。因此我們必須采取適當?shù)拇胧┪呋蚩刂七@部分熱量，即便變形發(fā)熱率，單位時間發(fā)出的熱量q 。其表達式為：式中，系數(shù)= 0.840.88；小于1的修正系數(shù)；機械功的熱當量；所軋材的寬度；該道次的絕對壓下量；軋制速度；軋制時的平均單位壓力。水是比較理想的冷卻劑，因其比熱大，吸熱率比較高且成

21、本低廉。油的冷卻能力比水差得多。水的比熱比油大一倍，熱傳導率為油的3.75倍，揮發(fā)潛熱大10倍以上。由于水具有如此優(yōu)越的吸熱的性能。固大多數(shù)生產軋機都傾向與水或以水為主的冷卻劑。只有某些特殊的軋機，由于工藝潤滑與軋輥軸承共用一種潤滑劑，才采用全部油冷，但為了保證冷卻效果，需給予足夠大油量。從實現(xiàn)強大軋制的角度來看，我們所關心的是如何提高冷卻液的冷卻能力，即提高冷卻效果。有物理學可知一定質量的液體在單位時間內所吸收的熱量可表示為：式中，冷卻液的比熱；比重；單位時間所需冷卻液的體積；、冷卻液前后的溫度。由以上關系可知，在冷卻液種類和冷卻系統(tǒng)均一定的情況下，為增加q，只有增加流量m，但這往往受到原有

22、冷卻設施的限制，所以通常是改變冷卻液的種類和增加冷卻液的溫度來增加其吸熱能力。冷卻液簡單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實際資料表明，即使在采用有效的工藝冷卻的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢仍達130度至150度，甚至還要高，由此可見在軋制變形區(qū)的料溫一定比這還要高，輥面溫度過高會引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內發(fā)生組織分解（殘余奧氏體的分解），使輥面出現(xiàn)附加的組織應力。另外，從其對冷軋過程本身的影響來看，輥溫的反?，F(xiàn)象以及輥溫分布規(guī)律的反?；蛲蛔兙鶎е抡］伱鏃l件的破壞，直接有害于板形與軋制精度。同時，輥面過高也會使冷軋工藝潤滑劑失效（油膜破裂）

23、，使冷軋不能順利進行。綜上所述，為了保證冷軋的正常生產，對軋輥和軋件必須應采取有效的冷卻和控溫措施。2）工藝潤滑冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減少金屬的變形抗力這不但有助于保證已有的設備能力條件下實現(xiàn)更大的壓力，而且還可使軋機能夠經濟上可行的地生產厚度更小的產品。此外，采用有效的工藝潤滑也直接對冷軋過程的發(fā)熱率以及軋輥的溫度起到了良好的影響，在軋制某些產品時采用的工藝潤滑還可以防止金屬粘輥的作用。生產實踐與實驗表明，采用天然油脂作為冷軋的工藝潤滑劑在潤滑效果上優(yōu)于礦物油，這是由于天然油脂與礦物油在分子的結構上與特性上有質的差別所致。冷軋潤滑效果的優(yōu)劣誠然是衡量工藝潤滑劑的重要指標，但是一種真正有

24、經濟實用價值的工藝潤滑劑還應來源廣，成本低，便于保存。并且易于軋后的板面去除，不留任何影響質量的殘渣等特點。目前還只有為數(shù)不多的幾種工藝潤滑劑能滿足上述要求。但是，冷軋過程中油的耗用量還是相當大的?，F(xiàn)在，可以通過乳化劑的作用把少量油于大量水混合起來制成乳狀潤液?？梢暂^好的解決油的循環(huán)使用問題，在這種情況下水是作為冷卻劑與載油劑而起作用的。3）冷軋中采用張力軋制張力軋制是冷卻的一大特點。所謂“張力軋制”，就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實現(xiàn)的。單位張力是作用在帶材斷面A上的平均張應力：（）式中，T總張力；張力的主要作用有以下幾個方面：1）防止帶鋼在軋制過程中跑偏（即保證正

25、確對中軋制）；2）使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過程中的保持板形平直以及軋板型良好）；3）降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產品；4）其適當調整冷軋機主電機負荷的作用。防止軋件跑偏是冷軋操作中關系到能否實現(xiàn)軋制的一個重要問題。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進行。防止跑偏的方法有：（1） 采用凸行輥縫；（2） 采用導板夾逼；（3） 采用張力軋制。通過改變卷取機，開卷機及軋機主電機的轉速以及各架壓下可以使軋制力，張力在較大的范圍內變動。借助準確可靠的測試儀，并使之與自動控制系統(tǒng)結成閉環(huán)，可以按要求實現(xiàn)恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代冷

26、軋機的起碼要求。生產中張力的選擇主要是平均單位，從理論上講，單位張力似乎應當盡量選的高一些，但是不應超過帶鋼的屈服極限，根據(jù)以往的經驗，一般軋機=（0.10.6）；而冷軋薄帶剛=（0.10.3）。1.4 冷軋帶鋼的發(fā)展前景現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化自動化專業(yè)化、產品質量高、消耗低。 60年代以來軋機在設計研究和制造方面取得了很大的進展，使帶材冷熱軋機厚板軋機高速線材軋機H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達每秒鐘115米的線材軋機全連續(xù)式帶材冷軋機4050毫米寬厚板軋機和連續(xù)式H型鋼軋機等一系列先進設備。軋機用的原料單重增大，液壓AGC板形控制電子計算器過程控制及測試手段越

27、來越完善，軋制品種不斷擴大。一些適用于連續(xù)鑄軋控制軋制等新軋制方法，以及適應新的產品質量要求和提高經濟效益的各種特殊結構的軋機都在發(fā)展中。世界軋鋼工業(yè)的技術進步主要集中在生產工藝流程的縮短和簡化上，最終形成軋材性能高品質化、品種規(guī)格多樣化、控制管理計算機化等。展望未來，軋鋼工藝和技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)鑄軋一體化。利用軋輥進行鋼材生產，因其過程連續(xù)、高效、可控且便于計算機等高新技術的應用，在今后相當一段時間內，以輥軋為特征的連續(xù)軋鋼技術仍將是鋼鐵工業(yè)鋼材成型的主流技術，但軋鋼前后工序的銜接技術必將有長足的進步。在20世紀，由于連鑄的發(fā)展，已經逐步淘汰初軋工序。而連鑄技術生產的薄帶

28、鋼直接進行冷軋，又使連鑄與熱軋工序合二為一。鑄軋的一體化，將使軋制工藝流程更加緊湊。同時，低能耗、低成本的鑄軋一體化，也是棒、線、型材生產發(fā)展的方向。(2)軋制過程清潔化。在熱軋過程中，鋼的氧化不僅消耗鋼材與能源，同時也帶來環(huán)境的污染，并給深加工帶來困難。因此，低氧化燃燒技術和低成本氫的應用都成為無氧化加熱鋼坯的基本技術。酸洗除鱗是冷軋生產中最大的污染源，新開發(fā)的無酸清潔型(AFC)除鱗技術，可使帶鋼表面全無氧化物、光滑，并具有金屬光澤。無氧化(或低氧化)和無酸除鱗(氧化鐵皮)這兩項被稱為綠色工藝的新技術，將使軋鋼過程清潔化。(3)軋制過程柔性化。板帶熱連軋生產中壓力調寬技術和板形控制技術的應

29、用，實現(xiàn)了板寬的自由規(guī)程軋制。棒、線材生產的粗、中軋平輥軋勰技術的應用，實現(xiàn)了部分規(guī)格產品的自由軋制。冷彎和焊管機也可實現(xiàn)自由規(guī)格生產。這些新技術使軋制過程柔性化。(4)高新技術的應用。20世紀軋鋼技術取得重大進步的主要特征是信息技術的應用。板形自動控制，自由規(guī)程軋制，高精度、多參數(shù)在線綜合測試等高新技術的應用使軋鋼生產達到全新水平。軋機的控制已開始由計算機模型控制轉向人工智能控制，并隨著信息技術的發(fā)展，將實現(xiàn)生產過程的最優(yōu)化，使庫存率降低，資金周轉加快，最終降低成本。(5)鋼材的延伸加工。在軋鋼生產過程中，除應不斷挖掘鋼材的性能潛力外，還要不斷擴大多種鋼材的延伸加工產業(yè)，如開發(fā)自潤滑鋼板用于

30、各種沖壓件生產，減少沖壓廠潤滑油污染；開發(fā)建筑帶肋鋼筋焊網(wǎng)等，把鋼材材料生產、服務延伸到各個鋼材使用部門。隨著工業(yè)的發(fā)展和軋鋼技術的進步，軋鋼工藝的裝備水平和自動控制水平不斷提高，老式軋機也不斷被各種新型軋機所取代。按照我國走新型工業(yè)化道路的要求，軋鋼技術發(fā)展的重點也轉移到可持續(xù)發(fā)展上，在保證滿足環(huán)保要求的條件下，達到鋼材生產的高質量和低成本。第2章 設計方案論證2.1上軋輥平衡裝置的作用為了消除在軋制過程中，因工作機座中有關零件間的配合間隙所造成的沖擊現(xiàn)象，以保證軋件的軋制精度，改善咬入條件，以防止工作輥與支撐輥之間發(fā)生打滑等現(xiàn)象，幾乎所有的軋機（疊軋薄板軋機除外）都設置上軋輥平衡裝置。由于

31、軋鋼機機座中各有關相互配合的零件（如壓下螺絲與螺母、軸承與輥徑等）存在著配合間隙，因此在軋鋼機空載的情況下，因各零件的自重作用，將會造成壓下螺絲與螺母螺紋間、壓下螺絲樞軸與止推墊塊間、工作輥與支撐輥表面間以及輥徑與軸承間均可能產生一定的間隙。而且這種間隙必然會在軋制過程中產生強烈的沖擊現(xiàn)象（軋制速度越高越嚴重），其結果使軋機壽命降低，輥縫發(fā)生變化對咬入不利。同時還會造成工作輥與支撐輥之間發(fā)生打滑等現(xiàn)象，從而引起軋件產生波浪，以及擦傷軋輥表面的現(xiàn)象，使板帶材的質量大大降低。另外合理的選擇平衡力，還可以消除平衡系統(tǒng)中的滯后現(xiàn)象，以便提高板厚自動控制系統(tǒng)的控制精度。2.2 上軋輥平衡裝置的形式上軋輥

32、平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡三種形式。軋機的型式不同，對平衡裝置的要求也不一樣。（1）彈簧式平衡裝置彈簧式平衡裝置結構比較簡單，多用在三輥型鋼軋機、線材軋機或其他簡易軋機上。三輥型鋼軋機的上輥平衡裝置見圖2-1。圖2-1彈簧式平衡它由四個彈簧拉桿組成，彈簧1放在機架蓋上部，上輥的下瓦座7通過拉桿6吊掛在平衡裝置上。彈簧的平衡力應是被平衡重量的1.21.4倍，可以通過拉桿上的螺母調節(jié)。當上輥下降時，彈簧壓縮，上升時則放松，因此，彈簧的平衡力是變化的，彈簧愈長，平衡力愈穩(wěn)定。彈簧平衡只適用于調整量不大于50100mm的軋機。它的優(yōu)點是簡單可靠，缺點是換輥時要人工拆裝彈簧，費時、費力。（2

33、）重錘式平衡裝置重錘式平衡裝置廣泛用在軋輥移動量很大的初軋機上，它工作可靠、維修方便。其缺點是設備重量大，軋機的基礎結構較復雜。平衡錘通常裝在工作機座的下面，平衡力由杠桿和支桿傳給上軋輥。如圖2-2為重錘平衡簡圖。圖2-2重錘平衡簡圖（3）液壓式平衡裝置液壓式平衡裝置是用液壓缸產生的推力來平衡上輥重量的。在液壓系統(tǒng)中裝設有蓄勢器，油泵只用來周期性地補充液體的漏損。與其他平衡方式比較，液壓平衡裝置結構緊湊，使用方便，易于操作，工作靈敏度高，平衡效果好，能改變油缸壓力，而且可以使上輥不受壓下螺絲的約束而上下移動。所有這些都有利于換輥操作。缺點是投資大，維修也較復雜。初軋機、板坯初軋機的平衡裝置需適

34、應上軋輥的快速、大行程、頻繁移動的特點，并且要求工作可靠、換輥和維修方便，在這種軋機上廣泛使用重錘式或液壓式平衡裝置。在三輥型鋼軋機上，上輥的移動量很小，一次調好后，在軋制過程中一般不再調整，因此多采用彈簧平衡。四輥板帶軋機上軋輥平衡裝置有以下特點：（1）由于工作輥和支承輥之間靠摩擦傳動以及工作輥和支承輥的換輥周期不同，故工作輥和支承輥應分別平衡；（2）上輥移動的行程較?。ㄗ畲笮谐淌前磽Q輥決定的），移動的速度不高；（3）工作輥換輥頻繁，平衡裝置的設計需要使換輥方便；（4）在單張軋制的可逆四輥軋機上，工作輥平衡裝置應滿足空載加、減速時工作輥和支承輥之間不打滑的要求。由于以上特點，四輥板帶軋機主要

35、采用液壓平衡，2.3上軋輥平衡裝置方案的確定四輥軋機的液壓平衡有八缸和五缸兩種形式。國產1700熱連軋精軋機座八缸平衡裝置結構簡圖如圖2-3。四個安裝在下工作輥軸承座的液壓缸3支撐著上工作輥的軸承座，用以平衡上工作輥組和上支撐輥本體的重量。這四個液壓缸還同時起著工作輥彎曲缸的作用，用來調整輥型。平衡缸除平衡支撐輥軸承座及壓下螺絲重量外，還平衡支撐輥重量。八缸式平衡裝置結構比較緊湊，但缸的數(shù)目較多，而且在每套下工作輥和下支撐輥軸承座部件中都必須設置平衡缸，從而增加了軸承座加工的復雜性。此外，每次換輥都必須拆卸油管，換支撐輥時，為了將整個輥系抬起，還需在機座下部另外設置提升液壓缸。圖2-3 國產1

36、700熱連軋精軋機座八缸平衡裝置結構簡圖1700冷連軋機座的八缸式（由于工作需要實際上是20個液壓缸）平衡裝置如圖2-4圖2-4 1700冷連軋機座的八缸平衡裝置為適應連軋機組快速換輥的需要，工作輥平衡缸4與支撐輥平衡缸3均設置在機架窗口上，換工作輥時不需要拆卸油管。上下支撐輥軸承座內還裝設有工作輥負彎輥缸2，用以調整輥型。工作輥平衡缸4和下工作輥壓緊缸5同時也是工作輥正彎輥缸。五缸式平衡裝置的工作輥平衡方式和八缸式類似。只是支撐輥的平衡方式不同。圖2-5是國產1700熱連軋粗軋機座的支撐輥平衡簡圖。五缸式平衡裝置的優(yōu)點是：（1）缸的數(shù)目少，簡化了下支撐輥軸承座的加工；換支撐輥時不必拆卸油管；

37、（2）更換支撐輥時增大液壓缸工作壓力，可將整組支撐輥系提起，有利于換輥操作；（3）液壓缸放在機架頂上，工作條件較好。諸如以上原因及特點，本次設計采用五缸式平衡裝置。圖2-5 國產1700熱連軋粗軋機座的支撐輥平衡簡圖第3章 設計計算3.1 主要參數(shù)的確定以軋制道次2.42.0為例計算過程如下：（1）道次壓下量（2）道次平均壓下率 冷軋時由于存在加工硬化現(xiàn)象，在計算冷軋薄板平均單位壓力時，軋件材料變形阻力（對冷軋亦可成為屈服極限）需按考慮加工硬化后的選用。由于存在加工硬化的影響，各道次的變形阻力不僅與本道次的變形程度有關，而且還與前面各道次的總變形程度有關。對本道次來說，沿接觸弧也是變化的，出口

38、處比入口處要大，計算時一般把變形區(qū)作為圓?。ɑ驋佄锞€）變化來計算平均總變形程度，并按此平均總變形程度來選取平均變形阻力。平均總變形程度用下式計算 【1】2-108式中 本道入口處的總變形程度（從退火狀態(tài)開始各道次變形程度的累計）,；本道出口處的總變形程度，；H退火狀態(tài)坯料原始厚度；、該道次軋制前與軋制后軋件厚度；系數(shù)，一般取=0.250.4；系數(shù)，一般取=0.750.6。通常取=0.4，=0.6；在選取、數(shù)值時，與的和必須等于1。， （3）金屬的變形阻力金屬的變形阻力是指單向應力狀態(tài)下金屬材料產生塑性變形時所需的單位面積上的力。它的大小取決于金屬材料的化學成分和組織狀態(tài)、變形程度、變形速度、變

39、形溫度及加工歷史。金屬塑性變形阻力又稱真正應力，一般用或表示。冷軋變形阻力可以用相應公式計算 【1】2-39式中、與含碳量有關的系數(shù)，見表3-1表3-1 碳鋼的加工硬化系數(shù)含碳量(%)0.140.200.230.310.450.610.971.16n0.290.290.260.260.280.270.280.27(Mpa)9008108508901580182021402240材料的變形阻力（4）變形抗力k,冷軋時由于存在加工硬化現(xiàn)象，當考慮加工硬化現(xiàn)象時采用公式、軋制前后軋件材料的變形阻力；計算、利用以上（2）、（3）的步驟計算：為2.4-2.0mm軋制后的變形阻力,即（5）張力的選取張力軋

40、制是冷軋帶鋼的特點，也可以減少軋制力防止帶鋼跑偏，由經驗可知對于低碳鋼和普通碳鋼材料張力可取小點，取。（6）軋件入口和出口斷面上作用的水平張應力式中 、入口和出口斷面上的實際張應力值。, 式中 、軋件入口和出口處斷面的面積。（7）摩擦系數(shù)的確定冷軋時由于出口和入口軋件的速度與軋輥的速度不同步，從而產生前滑和后滑現(xiàn)象。摩擦將阻礙金屬的力變形，摩擦系數(shù)對軋制力影響較大，并且是變化的。為計算方便初步取其為常數(shù)。由參考資料【1】中碳鋼時的摩擦系數(shù)如表3-2 取。表 3-2碳鋼時的摩擦系數(shù)潤滑油摩擦系數(shù)無潤滑劑0.09煤油潤滑0.08乳化液0.053.2 咬入條件的校核進行軋制時，要經過自然咬入階段和繼

41、續(xù)咬入階段，為了完成正常連續(xù)的軋制過程，軋件與軋輥之間需要滿足一定的咬入角。在潤滑條件下，軋輥的表面經過很好的磨光時進行冷軋帶鋼，冷軋薄帶鋼時允許咬入角為。圖3-1 開始咬入后作用于軋件上的力按照軋輥的咬入條件，軋輥的工作直徑應滿足下式：式中的是最大咬入角，它和軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)有關。由公式所以滿足開始咬人階段的要求。3.3平均單位壓力計算（1）斯通公式計算在軋制薄板時，由于軋輥直徑相對薄板厚度來說很大，考慮到軋輥壓扁現(xiàn)象故斯通近似認為冷軋軋制過程相當于兩平行平板的壓縮過程。根據(jù)平板間的壓縮變形推導出平均單位壓力公式如下 【2】2-65式中 考慮軋輥彈性壓扁的接觸弧長度；軋制前后軋件的平均

42、高度，。設，則公式【2】2-56可寫成 【2】2-65式中 考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù)：,根據(jù)希奇可公式，式中 接觸弧的水平投影，其值近似取；軋輥彈性模數(shù)，對于鋼軋輥；泊松比，對于鋼軋輥；常數(shù)，對于鋼軋輥。將代入公式，經過整理變換后 【2】2-66將公式2-65代入2-66經過整理變換，得出： 【2】2-67令，,則根據(jù)此式以Y為右坐標系、Z為左坐標系、X為中間曲線坐標，做成諾謨圖，如圖3-2所示。計算得：由Y、Z及諾模圖查得X=0.28，根據(jù)資料【2】中系數(shù)m與X的關系如表3-3，查得m=1.154。圖3-2 決定壓扁后接觸弧長度諾謨圖表3-3系數(shù)m與X的關系所以，（2）

43、迭代計算在熱軋及冷軋薄板時由于單位壓力較高，因此軋輥產生局部彈性壓縮變形，它將使得接觸弧長度有較顯著的增加，如圖3-3：圖3-3 軋輥彈性壓扁后接觸弧變化軋輥彈性壓扁對接觸弧長度的影響，可根據(jù)兩個圓柱體彈性壓扁公式推得 【1】2-113為了簡化計算，建議采用下式 【1】2-114式中 軋輥半徑；不考慮壓扁時接觸弧長度；壓扁系數(shù)；在冷軋薄板時，壓扁系數(shù)為 . 【1】2-116式中 平均單位壓力咬入角，計算公式中還包含，因此，計算時還得和公式聯(lián)解。般采用迭代法，其具體步驟如下：選擇不考慮彈性壓扁計算公式計算；（1）將計算的代入公式求出；（2）再將代入計算公式，再求出；（3）又將代入公式求出。這樣反

44、復數(shù)次，使計算所得的或，如此才能達到要求。以道次2.42.0計算為例，計算步驟：代入公式 【1】2-116得將代入斯通公式得由X查表得，將代入式2-116得由得即為所求終值。3.4軋制總壓力的計算軋件對軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積F之乘積，即，式中 ，軋制前，后的軋制寬度，此過程中=200mm；接觸弧長度的水平投影。上述在熱軋及冷軋薄板時由于單位壓力較高，因此軋輥產生局部彈性壓縮變形，它將使得接觸弧長度有較顯著的增加。采用公式2-114及上述計算值得各軋制道次參數(shù)計算結果如下表3-4 道次參數(shù)123453.12.752.42.01.82.752.42.01.81.40.

45、350.350.40.20.4011.322.635.541.911.322.635.541.954.86.7818.0830.3439.3449.644275516316757170.090.090.090.090.094915626807518002.9522.5752.21.91.65.775.776.164.366.160.0320.0410.0640.0430.12Y0.0260.0340.0480.060.075X0.200.230.280.250.401.1071.1241.1541.1361.230448.58522.05652.01703.26789446520655.470

46、37896.346.346.975.257.16P(KN)5746699137381130表3-4各軋制道次參數(shù)計算結果3.5 軋制力矩的計算現(xiàn)代化的連續(xù)軋機多是驅動工作輥，隨著軋制速度的不斷提高，為了省去后面幾個機座傳動系統(tǒng)的增速裝置，有時由采用電動機直接驅動支承輥的方案。此外，當工作輥直徑很小時，軋輥輥頭承受不了軋制力矩，亦需驅動支承輥。本次設計的是帶張力的四輥軋機，軋輥工作輥的輥徑相對較小，因此采用電機驅動支撐輥的驅動方式。為了計算傳動支承輥所需的力矩，首先分析工作輥上力的平衡，由于工作輥是不傳動的，因而支承輥反力方向應使工作輥上作用力所產生的力矩和為零，即力臂與驅動方式無關，當時，有

47、（1）采利柯夫認為冷軋時，-0.45式中 取，則工作輥軸承處作用力F可以從工作輥在水平方向力的平衡求得，當時，有 （2）工作輥與支承輥間反力R的大小，可以從工作輥在垂直方向的平衡式求得，于是當時，。有受力圖可求得力臂c的大小為 （3）將（1）、（2）、（3）代入平衡公式得軋輥連心線與反力R的夾角，；軋輥軸承摩擦圓半徑，；軸承處摩擦系數(shù)，取0.004。支承輥摩擦圓半徑，。與摩擦系數(shù)及變形區(qū)特征系數(shù)有關系數(shù)，。傳動一個工作輥力矩為：傳動兩個支撐輥的總力矩為：3.6 主電動機功率的計算及選電動機（1）軋輥與電機的速比由于傳動支承輥，兩支承輥間距較大，可選兩電機?？赡孳堉七x用直流電動機的轉速一般為。工

48、作輥轉速：支承輥轉速：電機與軋輥的速比：（2）軋輥與電機間的效率主電機經過人字齒輪座、減速器、萬向接軸傳動到軋輥，各個部件的傳動效率為：人字齒輪座傳動效率為0.930.96，??；減速器的傳動效率為0.930.96，??；萬向接軸的傳動效率為0.960.98，??；主電動機到軋輥間的傳動效率。（3）軋機主電機力矩若選一電機驅動，則 （4）軋機主電機功率查設計手冊選取電動機，若選用一電機驅動，則型號為：；額定功率為160KW；最高轉速2100；重量為880。36上支撐輥平衡系統(tǒng)設計（1）上軋輥平衡力的確定在計算四輥軋機工作輥平衡油缸時，被平衡零件應包括上工作輥輥系及上支撐輥本體；在計算支撐輥平衡缸時，

49、被平衡零件應包括上支撐輥輥系、壓下螺絲、球面墊及平衡機件等（為考慮更換工作輥的操作，支撐輥平衡系統(tǒng)中仍包括上支撐輥本體的重量）。上支撐輥輥系： 上工作輥輥系： 上支撐滾平衡裝置： 壓下系統(tǒng)： 球面墊： 所以被平衡零件總重量： 采用液壓缸平衡時，油缸的工作壓力可按下式計算, 【1】4-12式中 被平衡零件總重量（重力），；平衡液壓缸的數(shù)量；液壓缸柱塞直徑，；過平衡系數(shù)，（考慮到液壓缸的摩擦阻力，宜取較大值）。為防止可逆式四輥軋機空載啟動、制動和反轉時，工作輥與支撐輥之間打滑，工作輥平衡力應該照工作輥與支撐輥接觸表面不打滑的條件來確定。即軋機空載加、減速時，主動輥作用于被動輥表面的摩擦力矩應大于被

50、動輥的動力矩。 【1】4-13式中 、工作輥、支撐輥的直徑，；支撐輥飛輪力矩，；工作輥角加速度，；工作輥與支撐輥間滑動摩擦系數(shù)。當支承輥主動，工作輥被動時，簡圖為圖3-4中b圖3-4上工作輥平衡力計算簡圖上工作輥與上支承輥的作用力Q應滿足式子： 【1】4-15式中 工作輥飛輪力矩，； 工作輥角加速度，； 工作輥與支撐輥間滑動摩擦系數(shù)。Q的值，應滿足的條件（為上工作輥系重量，G為上工作輥平衡重量）。此時，平衡液壓缸油壓計算式子為： 【1】4-16式中 上工作輥系重量；上工作輥平衡重量。當計算下工作輥對下支承輥壓力時，式4-16中的Q應包括下工作輥及其軸承座的重量。該液壓缸設計為單缸，根據(jù)經驗預取

51、液壓缸工作壓力為。由圓整結果，取。所以平衡液壓缸的參數(shù)為：柱塞直徑： ；液壓缸壓力： ；最大行程： ； 圖3-5 支撐輥平衡裝置簡圖結論本次設計的軋機是小型四輥冷軋機，設計要求為：軋輥尺寸為，軋制材料為，原料規(guī)格為，軋制規(guī)程為，軋制速度為。本設計雖為個例設計，但采用了軋機設計的基本原理與設計過程。設計型式為普通的四輥冷軋機，四輥軋機是帶鋼冷軋機中最通用的機組，這種軋機采用閉口式機架，兩個牌坊有橫梁或其它軋機連接形成一個剛體，通常采用工作輥驅動方式，受工作輥尺寸影響可用支撐輥驅動。該設計的重點是四輥冷軋機的支撐輥平衡系統(tǒng)。經過方案論證比較，最終確定采用液壓式平衡裝置。設計中采用液壓平衡裝置，與其

52、他平衡方式比較，液壓平衡裝置結構緊湊，使用方便，易于操作，工作靈敏度高，平衡效果好，能改變油缸壓力，而且可以使上輥不受壓下螺絲的約束而上下移動，所有這些都有利于換輥操作。在對其它系統(tǒng)進行了分析及設計后，最終確定設計方案為：可逆工作制度，電動機驅動工作輥，壓下裝置為電動壓下，上輥為單缸平衡，上輥采用液壓式平衡裝置。參考文獻1. 鄒家祥. 軋鋼機械（第三版），北京：冶金工業(yè)出版社，2000；2. 成大先. 機械設計手冊（第一版）第一卷，北京：化學工業(yè)出版社，2002；3. 成大先. 機械設計手冊（第一版）第二卷，北京：化學工業(yè)出版社，2002；4. 成大先. 機械設計手冊（第一版）第四卷，北京：化學工業(yè)出版社，2002；5. 成大先. 機械設計手冊（第一版）第五卷，北京：化學工業(yè)出版社，2002；6. 濮良貴，紀名剛. 機械設計，北京：高等教育出版社，2007；7. 王蘭美. 機械制圖，北京：高等教育出版社，2005；8. 孫桓，陳作模，葛文杰. 機械原理（