燕山大學軋機設計理論項目

1、軋機設計理論項目900冷帶鋼精軋機設計計算 班級： 成員：指導老師：謝紅飆日期：目錄一、緒論.31、選題背景及目的.32、冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位.43、冷軋帶鋼的發(fā)展.43.1、帶鋼冷連軋機發(fā)展.43.2、冷軋帶鋼的生產工藝.6二、機架的結構尺寸確定及校核.8.1、工作輥與支承輥設計.81.1、軋輥的參數(shù)計算.101.2、材料的選擇.111.3、強度校核.112、機架設計.122.1、窗口寬度的確定.122.2、窗口高度的確定.132.3、斷面尺寸的確定.133、 機架強度計算143.1、1-1截面計算 .153.2、2-2截面計算. 173.3、3-3截面計算. 17一、緒論 1、選

2、題背景及目的大學生活即將結束，為了檢驗我們的所學是否能夠真正應用到實際當中，使我們認識到作為一個合格的設計人員應該具備的基本素質，老師為我們安排了這次軋機設計。設計開始，我們已經到過鞍山鋼鐵集團公司的冷軋廠，在那里我看到了四輥可逆軋機，并在師傅的帶領下參觀了國內先進的生產線，對整個軋鋼設備有個初步了解。熱軋廠的師傅細心的講解了軋機的工作原理。軋機是現(xiàn)代鋼廠中最常見的一種冶金設備。因此,軋機設備的好壞對軋鋼廠的效益有很大的影響。我們的任務是通過所學的理論知識設計900冷帶鋼連軋機組的精軋機座。因為實際條件有限，我們的設計只是經過相關理論與經驗公式的推導來設計我們所選的冶金設備,經過理論校核檢驗是

3、否達到設計要求。2、冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位冷軋帶鋼生產在國民經濟中占有十分重要的地位。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、精密儀器、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。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，生活用具等，以及外貿出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，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。3冷軋帶鋼的發(fā)展 3.1帶鋼冷連軋機發(fā)展世界第一套連

4、續(xù)式鋼板冷軋機于1924年在美國惠林鋼鐵公司投產。該軋機是四個機架，軋輥身長812毫米，軋制速度為1.8米/秒，主傳動電機為760千瓦。冷連軋機獲得廣泛應用是在四十年代以后?，F(xiàn)代冷軋機上，廣泛的采用液壓彎輥裝置以調整輥型來改善板型。由于冷軋帶鋼厚度公差要求較高，為增加軋機壓下裝置的反映速度，采用全液壓壓下裝置、帶鋼厚度自動控制裝置，以及采用快速自動換輥機構，實現(xiàn)電子計算機控制等。冷軋鋼板及帶鋼近年來得到較大發(fā)展。冷連軋機末架出口速度可達到2541.7m/s。為了提高產量，冷卷卷重已達到60t。一套冷連軋機產量可達到250萬t。近十年冷軋帶鋼生產技術幾設備有了新發(fā)展：1）酸洗-冷軋聯(lián)合機組、2）

5、板形控制技術、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、4）帶鋼連鑄-冷軋工藝3.2 冷軋帶鋼的生產工藝大型軋鋼車間生產鋼軌需要以下工序：表面清理加熱軋制鋸切緩冷矯直銑頭鉆孔淬火檢查冷軋帶鋼的生產工藝特點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。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，又稱在結晶退火或固溶處理）

6、。2、冷軋中采用工藝冷卻與潤滑（1）工藝冷卻：在高速冷軋機上，金屬塑性變形產生大量的熱量，為保持軋輥所需輥型，軋輥表面需要冷卻。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。（2）冷軋過程中，由于劇烈的摩擦及變形功而產生很大的熱量，工藝潤滑劑可以防止粘輥的發(fā)生。（3）工藝潤滑對保護軋輥表面、改善帶鋼的表面質量起著重要作用。一方面，在潤滑劑的保護下，可防止軋輥表面氧化。另一方面，帶有潤滑劑軋制對被軋帶鋼起到了“拋光”作用。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

7、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3：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。二、機架的結構尺寸確定及校核 1工作輥與支承輥設計900冷帶鋼精軋機的軋輥分為工作輥和支承輥，工作輥用來直接完成軋制過程，其直徑較??；大直徑的為支撐輥（見圖），其作用是改善工作輥的強度及剛度條件。每個軋輥都用輥身、輥頸及軋輥軸頭三部分組成。1.1軋輥的參數(shù)計算軋輥直徑的計算板帶軋機軋輥的主要

8、尺寸是輥身長度L和直徑D。靜定板帶軋機軋輥尺寸時，應先確定輥身長度，然后再根據強度、剛度和有關工藝條件確定直徑。輥身長度L就是炸雞的標稱尺寸900mm。查軋鋼機械P80表3-3各種四輥軋機的L/D1，L/D2及D1/D2,選取L/D1=2.5，D1/D2=2.7。計算得出D1=360mm，D2=972mm取1000mm重車率查軋鋼機械P80表3-4各種軋機的軋輥重車率，取工作輥5%，支承輥10%軋輥輥頸尺寸d和l的確定參照經驗公式d=(0.50.55)D取d1=0.5D1=180mm，d2=0.5D2=500mm參照經驗公式l/d=0.831.0取l1=0.9d=162mm，l2=0.9d=4

9、50mm軸頭樣式與尺寸萬向軸頭多用于初軋機，故我們選擇梅花軸頭。查軋鋼機械P81表3-6軋輥梅花頭尺寸，選擇d1=160mm的梅花軸頭，其他尺寸如下D3=176，r1=33，l2=105，l3=1201.2材料的選擇常用的軋輥材料有合金鍛鋼、合金鑄鋼和鑄鐵等。參照國家標準GB/T 13314-1991，從合金鍛鋼冷軋軋輥用鋼中選擇9Cr2Mo作為軋輥材料。輥身硬度HS=9095，許用應力。1.3強度校核支承輥彎曲校核在輥頸的1-1斷面和2-2斷面上的彎曲應力均應滿足條件，經計算得支承輥輥身中部3-3斷面處彎矩是最大的。認為軸承反力距離等于兩個壓下螺絲的中心距，而且把工作輥對支承輥的壓力簡化成均

10、布載荷，可由下式計算彎矩。由于有支承輥受彎曲力矩，僅計算傳動端的扭轉應力。扭轉應力=2機架設計機架的主要結構尺寸包括：機架窗口高度（H）和寬度（B）以及機架立柱斷面尺寸（F=LB）。2.1、窗口寬度的確定由文獻1，5-152可知，B=（1.151.30） 式中 支承輥直徑，由第一章計算得，=1000mm。所以B=（1.151.30）1000=11501300mm取傳動端 B=1200mm。為了便于更換軋輥，在閉式機架中，換輥側（非傳動側）的窗口寬度比傳動側的窗口寬度應大10毫米。所以傳動側窗口寬度=1210mm。2.2、窗口高度的確定由文獻可知 式中 工作輥直徑；支承輥直徑；窗口高度。mm取

11、=4000mm2.3、斷面尺寸的確定由文獻可知， 式中 斷面面積；支承輥輥徑的直徑。300000400000mm2在現(xiàn)代化的板帶軋機中，為了提高軋件的軋制精度，有加大立柱斷面的趨勢。其截面形狀接近正方形,在實際的生產中也是這樣用的，所選的斷面積可以大于理論的計算值，但不能小于理論值。因此，長L=600mm；寬b=800mm；則=480000mm2。3、 機架強度計算 3.1、1-1截面計算1-1截面是上橫梁中間截面，按此截面計算（1）.確定形心 矩形：600×800=450000矩形： 450×60=27000 600-30=570 mm矩形： 矩形： = =305.1 m

12、m左右兩邊對稱，形心不變（2）.求1-1截面慣性矩 3.2、2-2截面計算 2-2截面慣性矩： 其中b=600mm 2-2截面簡圖 h=800 mm 3.3、3-3截面計算 3-3截面慣性矩與2-2截面相同， 由于機架左、右對稱，所以力矩可由半個機架的彈性變形位能求出，此時1-1截面的轉角等于零。 按卡氏定理得 對于機架橫梁y=x y= 式中 機架橫梁的中性線長度，=2710mm； 機架立柱的中性線長度，=8940mm； 機架上橫梁的慣性矩； 機架立柱的慣性矩； 機架下橫梁的慣性矩。 積分后得=機架橫梁內側應力： 式中 內側應力； 機架橫梁內側的斷面系數(shù)。 =-1.26MPa 其中 機架區(qū)橫梁

13、外側應力 式中 機架橫梁外側應力； 機架橫梁外側的斷面系數(shù)。 = 機架立柱內側應力： 式中 機架立柱內側應力； R 軋制力； 機架立柱斷面積； 機架立柱內側的斷面系數(shù)。 = 其中 R=N 機架的外側應力 式中 機架立柱外側應力； R軋制力； 機架立柱斷面積； 機架立柱外側的斷面系數(shù)。 機架的材質為：ZG35則強度極限 屈服極限 機架的變形計算： 機架的彈性變形是由橫梁的彎曲變形和立柱的拉伸變形組成的，由于橫梁的斷面尺寸較橫梁的長度來說是較大的，在計算橫梁的彎曲變形時，應考慮橫向切力的影響，即 式中 機架的彈性變形; 由彎矩產生的橫梁的彎曲變形； 由切力產生的橫梁的彎曲變形； 由拉力產生的立柱拉伸變形。根據卡氏定理，由彎矩產生的兩橫梁的彎曲變形為： 彎曲力矩極其導數(shù)可以由以下公式來表示： =x經積分整理后，式為 =式中 E機架材料的彈性模量； 橫梁的慣性矩； 橫梁中性軸的長度； R橫梁上的作用力，對于鋼板軋機，一般取R為軋制力的一半，即； 機架立柱中的力矩。 = = =0.005同理，由切力產生的兩個橫梁的彎曲變形為 剪力極其導數(shù)可用以下公式表示 = =1經積分整理后，式為 式中 G機架材料的剪切彈性模量； 橫梁