熱軋軋制力計算與校核

1、6 軋制力與軋制力矩計算6.1 軋制力計算 計算公式1. S.Ekelund公式是用于熱軋時計算平均單位壓力的半經驗公式，其公式為（1）； （1）式中：m表示外摩擦時對P影響的系數，；當t800,Mn%1.0%時，K=10×（14-0.01t）（1.4+C+Mn+0.3Cr）Mpa式中t軋制溫度，C、Mn為以%表示的碳、錳的含量； 平均變形系數，；粘性系數，Mpa.sF摩擦系數，對鋼輥a=1，對鑄鐵輥a=0.8； 決定于軋制速度的系數，根據表6.1經驗選取。表6.1 與速度的關系軋制速度（m/s）661010151520系數10.80.650.602. 各道軋制力計算公式為 軋制力計

2、算結果表6.2 粗軋軋制力計算結果道次12345T（）1148.681142.761133.931117.151099.45H（mm）2001601126743h(mm)160112674330h(mm)4048452413Ri(mm)600600600600600f0.4760.4790.4830.4910.500m0.1940.2660.4080.5960.755K(Mpa)64.365.968.172.476.9111110.2510.2570.2660.2830.301v(mm/s)377037703770377037705.4087.84111.53613.70915.204(Mpa

3、)78.585.9100.2121.8143.0(mm)162416211635.41623.91631.1(mm)16211635.41623.91631.11615P(KN)1972023743268342377820501表6.3 精軋軋制力計算結果道次1234567T()1043.651022.38996.34967.35928.58901.31880H(mm)30.001811.78.196.144.63.91h(mm)1811.78.196.144.63.913.5h(mm)126.303.512.051.540.690.41Ri(mm)400400400350350350350f

4、0.5280.5390.5520.5660.5860.5990.61m0.9201.2031.4521.5221.8541.6541.511K(Mpa)91.2396.67103.34110.76120.68127.66110.80.80.650.60.60.3560.3780.3230.3460.3060.2990.312v(mm/s)331050807260969012930152201700023.8942.9368.38103.50159.72158.82157.04(Mpa)191.47248.63307.47369.69484.06464.92457.37(mm)1606.1616

5、06.161606.161606.161606.161606.161606.16P(KN)21307200471850515905180501160488006.2 軋制力矩的計算 軋制力矩計算公式傳動兩個軋輥所需的軋制力矩為（2）； （2） 式中：P軋制力； x力臂系數； l咬入區(qū)的長度。上式中的力臂系數x根據大量實驗數據統(tǒng)計，其范圍為熱軋板帶時x=0.420.50.。一般的，軋制力臂系數隨著軋制厚度的減小而減小。 軋制力矩計算結果1. 粗軋軋制力矩計算表6.4 粗軋軋制力矩計算結果道次12345Ri(mm)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.60.040197200.53055.010.

6、60.048237430.493948.730.60.045268340.484232.910.60.024237780.472682.160.60.013205010.461665.752.精軋軋制力矩計算表6.5 精軋軋制力矩計算結果道次1234567Ri(m)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.40.012213070.451328.570.40.0063200470.445895.650.40.00351193190.44610.180.350.00205168770.435370.650.350.00154208540.43360.390.350.00069137030.42515

7、3.280.350.00041103780.4288.557 力能參數校核7.1 軋制力能參數表7.1 軋輥的物理性質軋輥名稱材質許用應力泊松比彈性模量（Gpa）工作輥F1F3實心鍛鋼=120MPa0.3E=206=60MPa工作輥F4F7高鎳鉻= 120MPa0.3E=206 =60MPa支持輥F1F7高速鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1工作輥合金鍛鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1支持輥合金鍛鋼 =120MPa0.3E=206 =60MPa7.2 咬入角校核在設計軋制板帶鋼時，必須保證其能穩(wěn)定咬入。其咬入角主要取決于軋機的形式、軋制速度、軋輥材質、表面

8、狀態(tài)、鋼板的溫度、鋼種的特性及軋制潤滑等因素的影響。熱軋帶鋼的最大咬入角一般為15°20°，低速軋制時為15°.軋件能被咬入的條件為摩擦角大于咬入角，即tantan,并且一般的，軋制速度高時，咬入能力低。根據壓下量與咬入角的關系： ， tan=f由此公式，計算結果見下表7.2。表7.2 咬入角計算結果項目R第二道FF第一道FF第四道Tantan0.3880.4790.19880.5280.0810.566考慮到速度因素，以上計算符合要求，咬入能力滿足條件。7.3 軋輥強度校核在本設計中，由于粗軋五道采用同一臺軋機，精軋13機架輥徑相同，47機架輥徑相同，所以對于同

9、一輥徑的情況下，只需要校核軋制力最大的一道。對于校核第三道，校核第一道，校核第五道。由于各機架均為四輥軋機，所以本設計以粗軋軋機為例進行校核。校核時，需要校核軋制力較大，軋輥尺寸較小的道次。對于四輥軋機，當采用工作輥驅動是，由于工作輥受彎矩小，主要由支撐輥承擔，兩輥之間壓靠會產生接觸應力，因此在設計校核中，支承輥校核輥身與輥徑的彎曲應力，工作輥校核輥身彎曲應力、輥頭的彎扭組合應力，以及兩輥間的接觸應力大小。 參數計算由于校核時應考慮危險情況，故有關尺寸應按最危險情況取值，現將有關的軋輥參數列出如下：1. 工作輥：圖7.1 軋輥各部分參數圖粗軋機主要尺寸為：輥徑D×輥身長L：1200m

10、m×1780mm，輥徑采用滾動軸承，根據經驗公式，其尺寸如下： d(0.50.55)D=600660，取650mm； l=(0.831.0)d=518.8687.5，取為600mm；圖7.2 萬向接軸示意圖輥頭采用滑塊式萬向接軸，其主要尺寸如下：輥頭的直徑取1190mm。厚度 取320mm，取200mm。b/s=0.625，根據下表選擇抗扭斷面系數=0.208壓下螺絲中心距表7.3 抗扭斷面系數b/s11.523450.2080.3460.4930.8011.151.789其他參數選擇方法相同，結果列表如下表7.4。表7.4 工作輥參數選擇結果項目輥徑D×輥身長L（mm）輥

11、頸d（mm）輥頸l（mm）輥頭D1（mm）輥頭b（mm）輥頭s（mm）R1軋機1200×17806506001190200320710×1780390350700130180625×17803403006201201702. 支承輥R1粗軋機主要尺寸為： 輥徑D×輥身長L：1550mm×1780mm 輥頸：d=800mm,l=720mm 壓下螺絲中心距a=1780+720=2500mm表7.5 支承輥參數選擇結果項目輥徑D×輥身長L（mm）輥頸d（mm）輥頸l（mm）R1軋機1550×17808007201400×

12、1760750700 軋輥強度校核由于,軋機均為四輥軋機，校核方法相同。比較軋制力的大小，校核道次分別選用,第三道次，精軋機組FF第一道次，FF第五道次。工作輥與支承輥輥身中央處的彎矩可按下列公式計算： 式中： 工作輥輥身央處的彎矩； 支承輥輥身央處的彎矩； P軋制力； L輥身長度； a壓下螺絲中心距； b所軋板帶鋼寬度。1. R1粗軋機強度校選軋制力較大的第三道次進行校核，已知數據P=26834KN，輥頭寬度1) 工作輥輥身的彎曲應力 Mpa =120Mpa2) 工作輥輥頭的扭轉應力圖7.3 工作輥輥頭受力示意圖根據上圖的輥頭結構圖，其合力作用在扁頭一個支叉的外側的b/3處扭轉力矩 式中：

13、M接軸所傳遞的力矩;N.m 扁頭的總寬度與扁頭的一個支叉寬度； ； P電機功率，KW，P=7000KW； n轉速，r/min ； v速度，m/s ; ; 輥頭直徑，m 。所以扭轉力矩等于 扭轉應力 MPa=60Mpa3) 兩輥的接觸應力 接觸應力按赫茲公式計算 式中 q加在接觸便面單位長度上的負荷， 相互接觸的工作輥與支撐輥的半徑； 與軋輥材質有關的系數， 、, 其中、兩軋輥材料的泊松比和彈性模量 和粗軋第三道次的板寬相等即： =1635.4mm由于工作輥與支承輥的材質相同，并且泊松比=0.3，所以上式可寫為：Mpa4) 支承輥的輥身彎曲應力=120Mpa5） 支承輥輥頸處的彎曲應力 =120

14、Mpa 符合強度要求。同理，通過以上公式計算精軋機組第一架軋機和第五架軋機符合要求，因此，可知其他四輥軋機符合要求。7 劉鴻文主編，材料力學高等教育出版社，20046） R1粗軋機彎矩圖圖 7.4 R1粗軋機彎矩扭矩圖7.4 電機功率校核以粗軋機R1的第三道次進行校核1. 軋機功率是軋機電氣設備選擇的重要參數依據，電機傳動軋輥所需的力矩為：由公式 式中： 軋制力矩，N.m，已求得； 附加摩擦力矩，N.m； 空轉力矩，N.m 動力矩，N.m，勻速轉動動力矩； i主電機的減速比，取2. 2. 附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由兩部分組成：軋輥軸承中的摩擦力矩與傳動機構中的摩擦力矩. 其中： 附加摩擦力矩

15、， N.m 有軋輥軸承引起的摩擦力矩，N.m 由傳動機構引起的摩擦力矩，N.m 傳動效率，取0.95； f軋輥軸承中的摩擦系數，為滾動軸承，取0.003. d軋輥輥徑直徑。 P軋制力。則： 3. 空轉力矩 空轉力矩是指空載轉動軋機主機列所需的力矩，通常由各轉動零件自重產生的摩擦力計算值。按經驗方法，空轉力矩通常約為主電機額定力矩的3%6%，取5%。式中： 電機的額定功率，KN.m； 空轉力矩，KN.m； P電機功率，kw; n電機轉速,rpm。4. 電機能力校核作用在主電機軸上的力矩為： 24000KN.m 因此電機滿足要求。同理，對F1、F4、F6軋機進行校核，滿足要求，可以使用。7.5 年

16、產量計算常用的軋機產量有軋機小時產量和軋鋼年產量兩種。他們是軋鋼車間設計中極重要的工藝參數，是衡量軋機技術經濟效果的主要指標。 工作制度與工作時間 本設計熱軋生產線實行三班連續(xù)工作制，節(jié)假日不休息，年工作時間見下表7.6。表7.6 熱軋生產線工作時間表日歷天數檢修天數額定工作時間換輥時間（h）事故時間(h)年工作時間(h)365大中修 小修 小計天數 小時數700420680012 23 35330 7920其中：1) 大修每四年一次，中修每年一次，有大修年份無中修；2) 計劃小修每710天一次，每次816小時；3) 每天換工作輥8次，每次15分鐘；4) 計劃小修時間換支持輥；5) 年工作時間

17、包括各工序間干擾時間； 加熱爐能力校核 加熱爐小時產量計算： 由公式： 式中： Q加熱爐小時產量，t/h； L加熱爐內有效長度，40.02m； n加熱爐內裝排數，取 1； G每個鋼坯重量，30t； t加熱時間，h；t=2.44h； b加熱鋼料斷面寬度，為1.6m。 則： 所以加熱爐的年加熱量為： 萬噸>367萬噸。 軋機生產能力校核1. 軋機小時產量實際生產中，由于種種原因軋機小時產量為 ； 式中： A軋機小時產量； Q原料重量（t）； T軋機節(jié)奏時間（s）； b成材率； K軋機利用系數; L坯料長度； B坯料寬度; 鋼的密度，7.8 H坯料厚度。以精軋機第七架進行計算，,K=0.8,b

18、=0.985，T=65.45s 2. 軋鋼機平均小時產量當一個車間生產若干個品種時，每個品種或出于選用坯料斷面尺寸不同，或由于軋制道次不同，其產量也就不同。為考核一個車間的生產水平和計算年產量，就需要計算各種品種所占不同比例的小時產量，稱為平均小時產量。 本設計按勞動量換算系數計算。 勞動換算系數X為：式中： 標準產品的小時產量（t/b）; A某種產品的小時產量（t/b）。取 3.5mm 的帶鋼為標準產品，按厚度進行換算后，各規(guī)格小時產量列表7.7。表7.7 各種厚度規(guī)格的小時產量厚度2.03.03.14.04.15.05.18.08.111.511.517.017.120.0Xi2.481.821.550.971.521.852.49Ai(t/h)4375966991118