开题报告-1780热连轧四辊可逆粗轧机三维结构设计及分析

燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称： 1780热连轧四辊可逆粗轧机三维结构设计及分析学院（系）： 里仁学院 年级专业： 轧钢-12-3班 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 3月16日 (一) 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.1 选题的背景及意义采用轧制成型法来生产钢板材，具有生产率高、板厚规格多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等诸多优点。早期，我国依靠从国外大规模引进冷轧、热连轧技术，随着国内各高校以刚才生产企业对轧制技术研究与实践经验的丰富，现以成形了一套成熟轧制技术1。国外发展出的无头轧制技术，利用薄板坯连铸连轧的生产线，将铸造较长铸坯进行精轧，且轧后进行剪切，在精轧机组中形成有限的无头连轧，适合于稳定生产薄规格的带钢2-3。德国开发出基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术，通过提高铸坯的拉速，使连轧机和连铸机的速度得到匹配，实现板料的连铸连轧。现代热连轧技术发展主要集中在对板形、厚度精度及板料表面质量控制等，因此，这对轧机设备性能及质量稳定性、可靠性有更高要求，对轧机系统高精度要求也越来越高，四辊轧机作为板带材生产的主要设备，对产品精度起着不可忽视的作用4。现代中厚板轧机越来越趋于大型化、精密化、自动化，以满足钢板控制轧制技术的要求，能够生产高强度的合金板。采用热装炉时燃耗已降至0.6109J/t以下，及高刚度(2kN/mm以上)的现代化中厚板轧机，大大超过日本和美国现有中厚板轧机性能，生产高质量、高性能中厚板创造了有利条件5-6。因此，本课题选择对热连轧四辊可逆粗轧机结构进行设计与分析，对提高其工作可靠性因素进一步研究。该课题对提高热连轧设备的应用，具有深远的社会价值与经济效益。1.2 轧钢机械设备的发展与应用现状随着国内钢材总产量逐年的提高，对轧钢设备的能力也逐渐由向大型化、高速化、连续化、自动化的发展方向，以满足钢材生产能力需求。对于大型化轧机设备，一方面是增加卷重，例如热连轧卷重可以达45吨，冷连轧卷重最高可达60吨，伴随坯料增重，相应的需要提高对加热设备、轧机设备、运输设备等能力。另一方面，加大轧制速度，提高生产效率，热连轧速度达到30米每秒，冷连轧机达到41.5米每秒，线材轧制速度甚至更高。自动化控制及采用计算机技术在线监测轧机设备运行状态，实施输出检测信号，是目前很多大型钢企的发展方向7-8。中小型企业轧机设备也逐渐向新工艺、新结构、高效率、大卷压下的方向迈进。目前，我国有了一批自行设计装备大型轧钢机械设备，如1150万能板坯初轧机、2300 冷轧机、4200 特厚板轧机等轧辊设备9，同时，国内还装备了诸多中小型轧钢机械设备，奠定了我国轧钢生产需求。但是，通过国外先进轧机设备相比，国内轧钢设备无论在高速化、自动化、连续化方面，还是在设备性能或节能、环保方面都还存在加大差距10。因此，继续有针对性地将现有的轧钢设备进一步加以改造与更新，研究新轧钢工艺与设备，也是我们现在迫切面临的问题。随着市场经济的发展，追求质量、品种、效益将是中厚板轧机今后和发展的方向，以宽厚板为主，并有很高的强度，加大轧制力和主传动电机容量。为保证板坯加热的均匀性，使得轧制的钢板尺寸和性能均匀一致11。以四辊轧机代替粗轧机，发挥四辊精整线轧机的能力，提高产品的质量。图1.1 典型的轧机设备轧机设备的工作原理：轧件通过两相对旋转的轧辊以压力进行加工，使其产生塑性变形，称为轧制工艺过程。轧机通过工作辊来完成这一过程，工作辊包含有旋转和移动两种运动。前者靠摩擦力进行轧制运动，由轧机主传动实现；控制轧件的变形程度，由轧机压下装置实现。因此，轧机设备的关键部件是对其辊系部件的设计，保证其运行中精确的精度，另一方面，机架良好的结构稳定性，要求辊系在运行中刚度满足要求12-13。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 本文研究对象是1780热连轧四辊可逆粗轧机的三维结构设计及关键部件分析，本文研究的主要内容如下：（1）通过查阅国内外四辊轧机设备相关资料，设计原始数据要求，对四辊轧机的工作原理及结构方案进行确定。1.压下装置 2机架 3工作辊系 4机座 5连接轴 6支撑辊系图1.2 四辊轧机结构示意图（2）辊系的设计与计算，主要包含轧辊结构类型、轧辊材料、轧辊尺寸参数计算、轧辊轴头轴承室的设计、轴承选型及寿命计算。（3）下压装置的设计，机架部件设计等关键部件设计。（4）运用 Solidworks 三维绘图软件建立四辊轧机的三维实体模型，在 Solidworks中进行装配轧机模型，且检查零部件之间是否发生干涉，然后完成四辊轧机的CAD出图，包含装配图及关键零部件出图。（5）将轧辊及机架三维建模分别导入ansys软件进行有限元分析，模拟分析其在轧制力矩和轧制力的作用下，轧辊与机架的应力分布及变形量情况，并根据模拟结果对其进行结构改进与优化。三、研究步骤、方法及措施 课题研究的主要步骤及方法：（1）确定课题后，需查阅国内外热连轧四辊轧机设备的相关文献资料，了解热连轧设备的工作原理，结构特点及应用情况，现阶段此类设备存在的问题，并提出相关改进及优化方案，为本课题的开展奠定理论基础。（2）根据设计要求，参考现有设备的结构特点，完成四辊轧机的总体方案设计。（3）运用现有的机械设计与材料轧制成型工艺基础知识，完成对四辊轧机的轧辊零件设计、轴承选型、压下装置设计等计算与校核。（4）通过solidworks软件对四辊轧机的各非标零件进行三维建模，对标准零件进行选型，然后整体设备的装配，且检查零部件之间是否发生干涉。（4）应用CAD软件完成四辊轧机的工程出图。（5）应用ansys软件进行对轧辊与机架的进行有限元分析，模拟分析其在轧制力矩和轧制力的作用下，其应力分布及变形量，并对结构进行优化。四、研究工作进度 时间安排进度安排2月10日3月15日收集课题相关文献资料，完成开题报告的撰写；3月15日 3月31日初步确定四辊轧机的结构方案，并开始熟悉solidworks、ansys及CAD软件的熟悉使用；4月01日4.月10日关键部件的设计计算，确定如辊系、轴承、压下装置、机架等部件，设计说明书的攥写4月11日4月20日完成四辊轧机各零件的三维建模，标准零件的选型，并在solidworks软件中完成装配。4月20日 4月30日完成四辊轧机的CAD装配图及各关键零件的CAD出图；5月1日 5月10日用ansys软件对轧辊及机架进行有限元分析，并进行论文部分的撰写。5月11日5月20日对说明书进行修改完善，图纸的修改检查；5月20日6月1日准备答辩相关工作准备 五、主要参考文献 1 濮良贵，纪名刚. 机械设计第8版. M.北京：高等教育出版社，20052 王怀民，四辊热轧机的有限元动力学分析；2009.3:13-153 邹家祥. 轧钢机械M 北京:冶金工业出版社，2010:151-172;177-1844 孙占刚，韩志凌等. 轧机闭式机架的有限元分析及优化设计J.冶金设备，2014，3:8-115 Turner M J, Clough R W ,Martin H C, Topp L J , Stiffness and defletion analysis of complex structures. Journal of Aeronautical ciences,2006,23:805-8246 L Chefneux, J Fischbach and Gouzou, etal. Study and Industrial Control of Chater in Cold RollingJ. Iron and Steel Engineer.2014,61(11):l7-26.7 巩云鹏，田万禄，张伟华，黄秋波. 机械设计课程设计.科学出版社，20108 成大先. 机械设计手册第5.卷.M.北京： 机械工业出版社，20129 刘鸿文. 材料力学第4版. M.北京：高等教育出版社，201310 程靳. 理论力学第7版. M.北京：高等教育出版社，200911 Courant R. Variational methods for the solution of problems equilibrium and vibrators. Bulletin of American Mathematical Society，2011,49:1-2312 黄庆学，肖宏，孙斌煜，轧钢机械设计，冶金工业出版社，2015.6，22-3113 孙志辉，邹家祥，何汝迎等.2030 板带冷连轧机的振动分析J.北京科技大学学报，2007 年 12 月增刊.61-64六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过 负责人签字：年 月 日说明：1.开题报告版面设置为：B5纸，上下页边距分别为2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm。2.开题报告正文标题及内容，宋体，小四号，行间距为固定值20磅。3.本科毕业设计（论文）开题报告一般不少于1000字。4.页面不够可加页