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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 方板坯开坯轧机设计 摘要 方、板坯开坯轧机既可轧制板坯，又可轧制方坯，生产比较灵活。又称为大开口度二辊可逆式初轧机。 初轧机的主要技术性能有：辊径为 11501350身长度为 3100辊的工作行程为 1700大行程为 1905制压力为 3000T，电动机功率 5000 2速 03570下速度为 142284mm/牌坊中心矩为 4140坊窗口开口度操作侧为 1400动侧为 1390 此轧机的设计包括 轧制力的计算，电机容量的选择，压下系统的选择，压下螺丝、螺母尺寸的确定，压下电机的选择，平衡方法的计算，轧辊、万向连轴器、机架、轧辊轴承、齿轮、压下螺丝、螺母等主要零件的强度校核，以及润滑方法的选择，对控制系统的要求，设备的可靠性分析等内容。 初轧机较多地采用了液压传动，机械化程度比较高。 关键词 初轧机，轧制力，压下系统 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 s is go of of 150350of 100of 700of 905mm,000T, 000 23570 42284 mm/of 140of 390of of of of of of of of of of of is 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 目录 1 概述 1 轧机在轧钢生产中的作用 1 轧机的分类 1 轧机在生产中存在的问题 2 2 2 初轧机力能参数的计算 5 制规程 5 辊主要参数的确当 5 辊的名义直径 5 身长度 5 颈直径和长度 5 制力的计算 6 均单位压力的计算 6 制力 9 机容量的选择 9 选电机的容量 9 机轴上的力矩 11 机容量的校核 17 19 下螺丝和螺母尺寸的确定 19 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 下系统的选择 19 300 初轧机的工艺特点 19 下系统的选择 19 下装置示意图 19 动压下螺丝的力矩 20 4 平衡力的计算 23 衡方法的确定 23 衡力的计算 23 5 主要零件的强度计算 24 辊的强度计算 24 向接轴的强度计算 26 口式扁头的受力分析和强度计算 26 头受力分析和强度计算 28 体的强度计算 29 架的强度计算 30 架的受力分析 30 柱、横梁的惯性矩和断面系数的计算 31 梁和立柱的强度计算 34 辊轴承的计算 36 轮的计算 36 下辊螺母和螺丝的强度校核 41 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 下螺母的强度校核 41 下螺丝的强度校核 42 6 润滑方 法的选择 44 辊轴承的润滑 44 向接轴的润滑 44 合环式润滑 44 油喷雾润滑装置 45 下螺母和压下螺丝的润滑 45 轮的润滑 45 7 对控制系统的要求 46 下传动装置 46 辊 46 轧辊调整装置 46 速传动装置 46 8 设备的可靠性分析 47 备的平均寿命 47 备的有效度 47 备的经济寿命 47 结论 48 致谢 49 参考文献 50 附录 51 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 1 概述 轧机在轧钢生产中的作用 在连铸技术成熟之前 ,炼钢生产出来的钢水只能铸成钢锭 ,由于钢锭浇注、脱模和运输的特点所决定 ,钢锭形状只能是方形断面或是矩形断面 ,并且是上大下小的几何体。这种几何体不可能同时适用于板材轧制、型材轧制和管材轧制，在这三种钢材轧制厂和炼钢厂之间需要有一个中间环节，将钢锭按轧材厂的要求轧成板坯、型材坯或管坯，这种轧制钢锭开坯的生产工序就叫做初轧。 按老式的钢锭生产体系布局，一个大型钢铁联合企业，应该是板材、 型材和管材都能生产，当一个或几个炼钢厂的钢锭分别供应板材厂、型材厂和管材厂时，初轧厂是整个生产体系的咽喉，一旦咽喉不畅，后果是可想而知的，因此可以说明在老式的钢铁生产体系中初轧的地位是非常重要的。 轧机的分类 初轧机按其结构形式可分为以下几类 : 又可分为方坯初轧机和方 机大小以轧辊公称直径表示。方坯初轧机的上辊升高量较小，经多次翻钢轧成方坯、矩形坯、异形坯或圆坯。方 产比较灵活。由于有立轧道次故上辊升降量大，又称大开口度初轧机，其后亦 常跟 1 2组水平 属板坯专用初轧机，在水平方向上有两个轧辊，在垂直方向上有两个立辊。与大开口度的板坯初轧机相比 ,在初轧过程中不需翻钢 ,所以效率较高。在水平轧辊具有相同动力的情况下，万能初轧机与大开口度初轧机相比轧制时间约可缩短 30，而且对轧件的侧面有良好的锻造效果。在万能初轧机的水平轧辊上切出的孔型也能进行大方坯的轧 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 制。 该开坯机有三个轧辊，轧辊不用逆转，轧机建设费较低，而且能耗低，其运转动力70使用于钢锭的变形。由于孔型是一定的，所以产品 规格灵活性小，产品范围比较窄，此外，在轧机前后都必须配备摆动升降台。三辊式开坯机主要应用于中小型企业。 这种轧机是几台二辊式轧机的串列布置。轧辊转动方向不变，它的坯料及成品的适应性差，但可以对需要量大且断面形状一定的中小型钢坯或薄板坯进行高效率轧制。 轧机在生产中存在的问题 初轧机在生产中存在的问题有 : 其内部晶粒大且有方向性 ,化学成分亦不均匀 ,均热和初轧可以破碎铸造组织 ,使晶粒细化 ,成分趋于均匀 ,各项性能均得以改善和提高 ,但由于断面较大 ,加热时 容易产生较大的温度应力 ,故冷锭加热应谨慎 ,对某些合金钢锭还需要有较大的保温时间，以均匀其组织和成分。 头几道的压下量 又小 ,因此变形不深透 ,必然形成表面变形。除表面延伸形成“鱼尾”外，轧件侧表面还产生双鼓形，轧件中心会承受拉应力，容易产生拉裂，或使原有缺陷扩大，为此在咬入时和电机能力允许的条件下，应尽可能增大压下量，并适当增加翻钢道次以保证质量。 案的选择和评述 该轧机为大开口度二辊可逆式初轧机，即可轧制板坯又可轧 制方坯的方 机架由两片闭式牌坊与上下横梁组成。牌坊是铸钢件，内侧窗口安装钢滑板，左右牌坊窗口开口度不等 ,传动侧为 1390 毫米 ,操作侧为 1400 毫米 ,便于换辊时轧辊轴承座的进出 ,机架横梁是钢材焊接件 ,连接左右牌坊上部与下部。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 闭式机架的优点是强度和刚度较大，常用在受力大或要求轧件精度高而不经常换辊的轧钢机上。 采用快速压下装置，其工艺特点是： （ 1）工作时要求大行程，快速和频繁地升降轧辊。 （ 2）轧辊调整时，不“带钢”压下，即不带轧制负荷压下。 为适应上述特点，就要求 传动系统惯性小，以便在频繁的启动和制动情况下实现快速调整；由于其工作条件繁重，要有较高的传动效率和工作可靠性；快速压下装置中还有克服压下螺丝阻塞事故（轧卡、坐辊）的回松装置。 快速压下装置采用双卧式直流电动机通过一级齿轮变速和蜗轮减速后传给压下丝杆进行压下传动，这种结构布局与双立式电动机和齿轮减速机 形式比较，可降低厂房轨面标高，减少厂房造价。 上轧辊采用液压平衡，液压平衡是用液压缸的液压推力来平衡 上轧辊等零件的重量的。 液压平衡与反扣螺丝平衡、重锤平衡相比较有工作可靠，动作迅速及时，结构紧凑，维修量少等优点。 轧辊轴承用来支撑转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置，轧辊轴承应具有小的摩擦系数，足够的强度和刚度，寿命长，并便于换辊。 轧辊轴承采用四列圆柱滚动轴承，在操作侧装有双列圆锥轴承作止推作用。轴承的内圈是用感应加热器热装在轧辊上，在一般情况下，轴承内线是拆不下来的。 轴承座为铸钢件（盖是焊接件），两侧装有青铜衬板。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 上轧辊不动，对下轧辊进行轴向调整来完 成对轧辊的调整。下轧辊调整装置采用电动同步双斜楔式的调整装置，此结构固定在操作侧机架上，它的优点是保证了孔型轴向调整正确，节省了调整时间，改善了劳动条件。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 2 初轧机力能参数的计算 制规程 轧制钢种 16锭断面 760 670锭重 78品断面 300 300开轧温度 1200。 辊主要参数的确定 辊的名义直径 按轧辊的咬入条件确定 D ) h ( = )3019 = 式中， h 最大压下量， h =119 最大压下角，查表 3 =30 取 D=1300 身长度 查表 3L/D= L=2860510 L=3100 L/100/1150=。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 颈直径和长度 使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，轴颈尺寸不能过大，所以取 d=830mm,l=850 计算结果如图 图 辊尺寸 制力的计算 均单位压力的计算 在初轧机单位压力的计算中采用西姆斯公式 , 第一道次平均单位压力的计算： n的计算 010 )( (=（ 760 1a r c t a n)2/1()1l n ()8/t a n ( 11 (= 650/675)n ()8/t (650/675 + 1 1 )2/1( =11 )(1 r (=1+(650/675) =1029 n )/l n (/)1(4/)1/(a r c t a n/)1(2/11 r (+(1/2) )1/(1)1(1 4/)r c t a 2/1( )1 1 1 5/6 5 0 = 的计算 利用北京科技大学变形阻力经验公式， = 0 k t (式中， 0 基准变形阻力，即变形温度 t=1000时，变形速度 u=10s 1 ,变形程度 =40时的变形阻力， 0 变形温度影响系数，当 变形温度 t=1000时， ， kt=+ ( 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 查表 2 A=B= T=(t+273)/1000 (=(1200+273)/1000 = 由公式 (， kt= = 变形速度影响系数，当 u=10s 1 时， ， u/10) (查表 2 C= D= u=(l) ( h /0h) (=( (=s 由公式 (， 0) = k 变形程度影响系数，当平均变形程度m=40时，k=1， k=E( (E 1) ( (查表 2 E=N= m=(2/3) (= (2/3) mr=1m)= (由公式 (，k= 7 5 6 = 由公式 (， = k= ( 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 =， nk (得，。 制力 P 的计算 轧件对轧辊的总压力 P 为轧制平均单位压力 之乘积，即 P= (接触面积 F=(10 )/2l (式中，0b、 1b 轧制前、后轧件的宽度，0b=6701b =674l 接触弧水平投影， l= = 85650 = 由公式 (得 F=(670+674)/2 由公式 (得 P= 依此方法，可分别计算 13 道次的平均单位压力和各道次的轧制总压力。 机容量的选择 选电机的容量 初选电机的容量按轧辊上的力矩 即轧制力矩 轧辊轴承处的摩擦力矩 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 的最大值初选。 (1) 轧制力矩 2 (式中， 力臂系数，取 =为是双电机驱动，所以 (由公式 (得 (2) 轧辊轴承处的摩擦力矩 (d/2) 1 (式中， 1 轧辊轴承摩擦系数，取 1 = 由公式 (得 m。 由公式 (得 m。 其它各道次见附表。 根据过载条件选择电机功率 9550/( Kn z (式中， 取各道次的最大值， m， 轧辊转速， 60v/( D)=60 35r/K 电机过载系数， K=2， 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 总机械效率， = 由公式 (得 35/(9550 2 虑电机轴上还有其它力矩，故初选 000 zn i (=35 1 =35 r/ 式中， i 电动机与轧辊之间的传动比，因为电动机直接驱动轧辊，所以 i =1。 以上计算是双 电机驱动，只计算一个轧辊，最后选择直流电机转速 n=03570 r/机电机 000 2 机轴上的力矩 i (=m 力矩 i (=m (1/ 1) Mk/i (=(1/1 =m 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 将 550 =9550 5000/35 =m 代入式 (，得 m (1) 起动力矩 )tn (式中， 转化到电机轴的各构件的飞轮矩， 187500 kg tn 起动加速度，取tn =a=30 r/s, 由公式 (得 =187500/30=m。 (2) 制动力矩 =( ) tn (式中， 转化到电机轴的各构件的飞轮矩， 187500 kg 制动减速度，取tn =b=40 r/s, 由公式 (,得 =187500/40=m。 (1)空载起动阶段 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 空载起动阶段，转速由k o n n=9 r/5 r/以，此阶段所 需的时间为 a (=(1530 = 力矩为 M 1d = =m (2) 咬入加速阶段 咬入加速阶段，转速由过能量原理可以计算出 b /)120( 22(式 中， 抛钢时的转速，取0 r/s, N 当量长度， N = )( (式中， 1 (1 a ) / r 11 ( =78000(1 2 )/(675 674) = 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 式中， G 轧件重量， G=78 r 轧件比重， a 烧损率，取 a =2， 1h 轧制后的高度， 1b 轧制后的宽度， (= 85650 = 由公式 (得 N =( 1300)= 将以上结果代入公式 (，得22 =r/60 r/ 咬入加速阶段所需时间 a (=(30 = 力矩为 j+式中， 推算到电机轴上的总静力矩 K /i +2(=+ 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 =m 由公式 (得 m。 (3) 稳定轧制阶段 稳定轧制阶段的力矩为 j=m。 并非每道轧制都达到稳定轧制转速，经常情况下几道次轧件较短，未达到稳定转速时，轧件已经轧完， ，即 0。 轧制时间 t=60L )/(1 =60 ) = wt=(= 这时取5r/ (4) 带钢减速阶段 带钢减速阶段，转速由时的力矩为 M 4 =m 式中， M 制动力矩 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 带钢减速阶段所需时间为 )( (=（ (5) 制动阶段 电机转速由，电机轴上的力矩为 =m 制动阶段所需时间为 (=20/40 =类方法可以计算出其它道次电机轴上的力矩和时间，见附表。 （ 6）速度图 n=f(t)和负载图 M= f(t) 当转速超过电动机的基本转速时，此时由于调节电动机的激磁电流而会使电动机力矩降低，但轧机所要求的力矩并未减少，因而增 大电枢电流才能使电动机力矩与负载力矩平衡，由于电枢电流的增大而使电动机发热增高，所以当计算电动机的等值力矩时，电动机力矩在超过基本转速的情况下并未加大，此时必需考虑到由于电流增加对发热的影响，即当wn5 r/，负载图力矩值要进行修正，其修正值为 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 M 2d= (=5 =m )( (=(30 =s M 3(=5 =m M 4(=5 =m )( (=(3540 = (=它道次结果见附表。 机容量的校核 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 按过载验算电动机，则 M /式中， K 电动机的过载系数，直流电机 K=3， 电机负载图的最大力矩， m。 550(=9550 5000/35 =m 由公式 (得 M /=m m，所以电机的过载校核通过。 经过载验算的合适的电机还需进行发热验算，依据电机负载图求出等值力矩， M /2( = 2222 =m 所以电机的发热校核通过。 其它道次用类似方法计算，经计算均通过发热校核。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 下螺丝和螺母尺寸的确定 压下螺丝直径由最大轧制力决定，选压下螺丝外径 d 为 500径 450径 414距 t 为 68 压下螺母的主要尺寸是它的外径 D 和高度 H， H=()d=6001000H=780=(.8)d=750900 D=850 下系统的选择 300 初轧机的工艺特点 1300 初轧机的工艺特点是： (1) 工作时，要求上轧辊快速、大行程、频繁地调整； (2) 轧辊调整时不带轧制负荷，即不“带钢”压下。 下系统的选择 为了适应以上工艺特点，对压下装置要求是： (1) 采用惯性小的传动系统，以便频繁地启动、制动； (2) 有较高的传动效率和工作可靠性； (3) 必需有克服压下螺丝阻塞事故（“坐辊”或卡钢）的措施。 由于以上原因选择双电机快速压下装置。 下装置示意图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 齿轮箱 13. 压下指示调零用电动机 图 下指示系统图 动压下螺丝的力矩 转动压下螺丝所需的静力矩也就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩，其计算公式是： 21211 )t a n( (式中， 2d 螺纹中径， 螺纹上的摩擦角，即 = , 2 为螺纹接触面的摩擦系数，取 2 = =5 40， 螺纹升角，压下时用正号提升时用负号， =t/ ( d)=68/( 500)= 1P 作用在一个压下螺丝上的力， 1P =(=420000=84000N,G 为被平衡部件 (包括轧辊组件及压下螺丝 )的总重量， 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 1M 止推 轴承的阻力矩， 1M =1/3 2423443311 /()( ） (=1/3 84000(700 )80700/()80 2233 = 中， 1 止推轴颈的摩擦系数，取 1 = 3d 压下螺丝止推轴颈直径，3d=7004d 球面铜垫凹槽直径， 4d =802M 螺纹摩擦阻力矩。 由公式（ 得 M=4000 450/2 +) = 初选 压下电机， N=250n=500/1200 r/ = 0v/t=60 142/68=r/ (N=M 9550 i ) (式中， i 传动系统的总速比， i = 传动系统总的机械效率， = 由公式（ 得 N= 9550 = 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 所以选用 电机合适。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文 档后加 费领取图纸 4 平衡力的计算 衡方法的确定 上轧辊采用液压平衡，由平衡缸、平衡拉杆、平衡臂与横梁组成。 图 辊平衡简图 衡力的计算 )/( 22（ 式中， D 轧辊直径， D= 飞轮力矩， 187500 m , 工作辊角加速度，tn =20 r/s, 工作辊与支撑辊间滑动摩
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