厚板軋機(jī)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】

厚板軋機(jī)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】,說(shuō)明書+CAD,厚板軋機(jī)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】,厚板,軋機(jī),設(shè)計(jì),說(shuō)明書,仿單,cad 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第V頁(yè) 厚板軋機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 隨著中厚板在造船、建筑、國(guó)防、軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，厚板軋制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的重要性日益突出。本次設(shè)計(jì)就是從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，通過(guò)下廠實(shí)踐、調(diào)研、查閱大量資料，了解了中厚板生產(chǎn)工藝及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，特別對(duì)厚板軋機(jī)的組成和結(jié)構(gòu)有了深入了解和認(rèn)識(shí)。本設(shè)計(jì)的厚板軋機(jī)是以2350厚板軋機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先根據(jù)軋鋼機(jī)械的設(shè)計(jì)方法，從工作輥與支承輥的設(shè)計(jì)計(jì)算開(kāi)始，對(duì)厚板軋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后通過(guò)軋制力矩的計(jì)算推算出主傳動(dòng)電機(jī)的功率，并且對(duì)所選的電機(jī)進(jìn)行過(guò)載和發(fā)熱校核。同時(shí)還對(duì)機(jī)架、壓下系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核，最后考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的要求進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞：厚板軋機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；工作輥；設(shè)計(jì)計(jì)算；機(jī)架 Plate Mill Design Abstract With the wide application of plate in shipbuilding, construction, defense and military fields, Plate rolling technology have become increasingly importance in the industrial area. The production design is from the actual conditions of the country, understand the plate production process and the development of the status quo at home and abroad, especially have a deeper understanding and awareness for the composition and structure of thick plate rolling mill, by the practice of factory, research, access to large amounts of data. The design of the plate mill is based on 2,350 design. First, design and calculate the work roll and back-up roll and devise the drive system of plate mill in accordance with the design method of rolling mill machinery. Then, calculate the main drive motor power through the rolling moment calculation, and make the load and heat checking to the motor of selected. At the same time also design and check the rack and the system of press. Finally consider the economic and environmental requirements for the analysis and evaluation. Keywords : Plate Mill; Transmission; Work Roll; Design; rack 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………ⅠAbstract……………………………………………………………………………………………………Ⅱ 1、緒論………………………………………………………………………………………………………1 1.1、選題背景…………………………………………………………………………………………1 1.2、中厚板軋機(jī)簡(jiǎn)介及產(chǎn)品………………………………………………………………………1 1.3、中厚板軋機(jī)原料及生產(chǎn)流程…………………………………………………………………2 1.4、中厚板軋機(jī)發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………… 2 1.5、研究?jī)?nèi)容和研究方法………………………………………………………………………… 3 2、傳動(dòng)方案評(píng)述與選擇…………………………………………………………………………………4 2.1、方案選擇…………………………………………………………………………………………4 2.2、方案評(píng)述…………………………………………………………………………………………5 2.3、電機(jī)選擇…………………………………………………………………………………………5 2.4、連接軸選擇………………………………………………………………………………………5 2.5、軋輥軸承選擇………………………………………………………………………………… 5 3、軋制力能參數(shù)的計(jì)算…………………………………………………………………………………6 3.1、軋制力的計(jì)算………………………………………………………………………………… 6 3.1.1、軋制規(guī)程………………………………………………………………………………6 3.1.2、軋輥主要尺寸的選擇………………………………………………………………6 3.1.3、軋制力的計(jì)算…………………………………………………………………………7 3.2、軋輥力矩的計(jì)算………………………………………………………………………………10 4、主電機(jī)容量選擇…………………………………………………………………………………… 14 4.1、初選電機(jī)……………………………………………………………………………………… 14 4.2、主電機(jī)力矩…………………………………………………………………………………… 14 4.3、計(jì)算各軋制階段時(shí)間計(jì)算………………………………………………………………… 17 4.4、電機(jī)的校核…………………………………………………………………………………… 18 5、軋輥計(jì)算及強(qiáng)度校核………………………………………………………………………………20 5.1、工作輥強(qiáng)度校核………………………………………………………………………………20 5.2、支承輥強(qiáng)度校核………………………………………………………………………………20 5.3、工作輥與支承輥間的接觸應(yīng)力校核………………………………………………………22 6、機(jī)架的設(shè)計(jì)校核…………………………………………………………………………………… 25 6.1、機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇……………………………………………………………………………25 6.2、機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………………………………26 6.2.1、受力分析……………………………………………………………………………26 6.2.2、彎矩計(jì)算……………………………………………………………………………26 6.3、機(jī)架強(qiáng)度校核…………………………………………………………………………………29 7、 壓下系統(tǒng)計(jì)算………………………………………………………………………………………32 7.1、壓下型式選擇…………………………………………………………………………………32 7.2、壓下螺絲、螺母尺寸確定及校核…………………………………………………………32 8、技術(shù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保分析………………………………………………………………………………35 8.1、設(shè)備的環(huán)保分析………………………………………………………………………………35 8.2、設(shè)備可靠性分析………………………………………………………………………………35 8.3、設(shè)備經(jīng)濟(jì)性分析………………………………………………………………………………36 結(jié)論……………………………………………………………………………………………………… 37 致謝……………………………………………………………………………………………………… 38 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………………39 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第41頁(yè) 1 緒論 1.1 選題背景 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展中，機(jī)械制造工業(yè)擔(dān)負(fù)著為各個(gè)經(jīng)濟(jì)部門提供各種資料的裝備和技術(shù)的任務(wù)。機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵，一切工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都非常重視機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，而且一般都能使它的發(fā)展超前于其他工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 由于用軋制的方法生產(chǎn)鋼材具有生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因此為機(jī)械制造工業(yè)提供的鋼材占90%。為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的需要，生產(chǎn)軋制產(chǎn)品除一般產(chǎn)品外，還有建筑、造船、汽車、石油、礦山、國(guó)防等專用鋼材，在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家鋼板產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的50%-66%[1]。 1.2 中厚板軋機(jī)簡(jiǎn)介及產(chǎn)品 生產(chǎn)中厚板的軋鋼設(shè)備—中厚板軋機(jī)（生產(chǎn)鋼板厚度通常6mm以上）的規(guī)格一般按工作輥輥身長(zhǎng)度來(lái)標(biāo)稱，如2300mm、2800mm、5500mm等。同其他軋鋼機(jī)一樣，中厚板軋機(jī)由工作機(jī)座和傳動(dòng)裝置組成，工作機(jī)座主要包括軋機(jī)機(jī)架輥系、平衡系統(tǒng)、壓下裝置和換輥裝置如圖1.1。傳動(dòng)裝置由大型電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)組成，由于電動(dòng)機(jī)制作技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代中厚板軋機(jī)通常由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)[2]。 1——換輥裝置 2——機(jī)架 3——萬(wàn)向接軸 4——主傳動(dòng)電機(jī) 圖1.1四輥中厚板軋機(jī)總圖 中厚板用途相當(dāng)廣泛，品種也非常多。除矩形板外還有圓形、錐形、梯形、異厚、異寬、防擾等鋼板。除按尺寸區(qū)分外，還有按強(qiáng)度、化學(xué)成分、用途和交貨狀態(tài)分類的。 按強(qiáng)度分類一般以抗張強(qiáng)度的下限分級(jí)，抗張強(qiáng)度50MPa以上的稱高強(qiáng)度鋼板。按化學(xué)成分分為普通鋼板和特殊鋼板，后者包括不銹鋼板和復(fù)合鋼板。按用途大致分為造船鋼板、焊接結(jié)構(gòu)鋼板、鍋爐和壓力容器鋼板、低溫鋼板、耐腐蝕鋼板、焊管用鋼板以及特殊用途的鋼板等。按交貨狀態(tài)分為軋制鋼板、熱處理鋼板和拋丸、涂層鋼板三種。 普通中厚板廣泛用來(lái)制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、橋梁用鋼板、造般鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機(jī)某些零件及焊接構(gòu)件。橋梁用鋼板用于大型鐵路橋梁，造船鋼板用于制造海洋及內(nèi)河船舶船體，鍋爐鋼板用于制造各種鍋爐及重要附件，壓力容器用鋼板主要用于制造石油、化工氣體分離和氣體儲(chǔ)運(yùn)的壓力容器或其它類似設(shè)備。汽車大梁鋼用于制造汽車大梁（縱梁、橫梁）用厚度為2.5-12.0mm的低合金熱軋鋼板，此外還有艦艇、戰(zhàn)車、坦克裝甲、導(dǎo)彈、及衛(wèi)星等重要用板。因此工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都非常重視中厚板軋機(jī)的發(fā)展，它一定程度上反映了國(guó)家的工業(yè)水平。 1.3 中厚板軋機(jī)原料及生產(chǎn)流程 中厚板軋機(jī)使用的原料有初軋板坯、連鑄板坯、鋼錠和鍛坯。連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展，不但提高了中厚板車間的成材率，降低了生產(chǎn)成本，而且使鋼板的質(zhì)量也提高了。所以中厚板軋機(jī)采用連鑄坯的比例不斷上升,有的已達(dá)100％。加上新工藝的采用,中厚板軋機(jī)從板坯到成品鋼板的成材率有的已達(dá)94.2％。如無(wú)初軋板坯和連鑄板坯，可用扁鋼錠作原料。只在生產(chǎn)特殊的中厚板時(shí)才用鍛坯作原料。 軋制工藝分三個(gè)階段：①成形軋制，消除板坯表面的影響和提高寬度控制的精度，沿板坯長(zhǎng)度方向或斜向進(jìn)行1～4道軋制。把坯料軋至所要求的厚度。②展寬軋制，這是中厚板不同于其他種類板材軋制的重要工序。為達(dá)到軋制成品規(guī)格所要求的寬度，板坯轉(zhuǎn)90°、沿板寬方向軋制。③精軋，展寬軋制后再轉(zhuǎn)90°，轉(zhuǎn)回原坯料長(zhǎng)度方向，軋制到成品板厚度[3]。 1.4 中厚板軋機(jī)發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì) 軋鋼機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了幾百年的時(shí)間，50~60年代寬厚軋機(jī)建設(shè)較多的是美國(guó)當(dāng)時(shí)以4064mm式厚板軋機(jī)為主，60年代后期到70年代初期日本建有4727mm雙機(jī)架四輥式厚板軋機(jī)，1971年意大利建造一套4826mm雙機(jī)架厚板軋機(jī)，韓國(guó)建一套4724mm雙機(jī)架厚板軋機(jī)。1976~1977年間日本建造3套5500mm特寬厚板軋機(jī)，并大量采用新技術(shù)。這類軋機(jī)的年生產(chǎn)能力很大,單機(jī)架的就高達(dá)180萬(wàn)噸。。建造這種特級(jí)厚板軋機(jī)主要是生產(chǎn)大直徑UOE鋼管用寬鋼板和寬幅面、長(zhǎng)定尺的造船鋼板。1985年德國(guó)迪林根廠在4800mm厚板軋機(jī)前面增建5500四輥厚板軋機(jī)，這是當(dāng)今世界最強(qiáng)大的一臺(tái)特寬厚板軋機(jī)。 總的來(lái)說(shuō)，從60年代中期到80年代，世界中厚板軋機(jī)的發(fā)展動(dòng)向，主要集中在建設(shè)先進(jìn)的厚板軋機(jī)、淘汰落后的舊軋機(jī)和小規(guī)格的軋機(jī)上，增加軋機(jī)的能力(提高產(chǎn)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品精度等)、提高競(jìng)爭(zhēng)力是這個(gè)時(shí)期的顯著特點(diǎn)。80年代厚 板軋機(jī)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向各項(xiàng)工藝新技術(shù)、控制系統(tǒng)和相應(yīng)的技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)。其中一些先進(jìn)的控制技術(shù)和裝備從熱軋帶鋼軋機(jī)移植過(guò)來(lái)，如步進(jìn)式加熱爐，鋼板的厚度、寬度和板形控制技術(shù)，板形控制軋機(jī)，軋制線的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等，現(xiàn)代化的四輥厚板軋機(jī)以高精度、高剛度、高功率、大轉(zhuǎn)矩為顯著特點(diǎn)。 1.5 研究?jī)?nèi)容和研究方法 本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和研究方法是應(yīng)用所學(xué)過(guò)的力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，計(jì)算軋制力能參數(shù)，并對(duì)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、壓下裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)和對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2 傳動(dòng)方案評(píng)述與選擇 2.1 方案選擇 軋機(jī)主傳動(dòng)裝置作用是將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)力矩傳遞給軋輥。一般由減速機(jī)、齒輪座、連接軸和聯(lián)軸節(jié)等部件（圖2.1）或由電機(jī)通過(guò)連接軸直接傳動(dòng)軋輥（圖2.2）。 在軋鋼機(jī)中確定是否采用減速機(jī)的一個(gè)重要條件就是比較減速機(jī)及其摩擦損耗的費(fèi)用是否小于低速電機(jī)與告訴電機(jī)之間的差價(jià)。一般如果軋輥轉(zhuǎn)速大于200-250r/min，則不用減速機(jī)，在可逆式軋鋼機(jī)上為了易于實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)也往往不用減速機(jī)。由于所設(shè)計(jì)的是四輥可逆式厚板軋機(jī)為了易于實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)不采用減速機(jī)。 所設(shè)計(jì)的厚板軋機(jī)若采用單輥驅(qū)動(dòng)即只傳動(dòng)下輥，上輥則靠下輥摩擦帶動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)無(wú)需齒輪機(jī)座和上輥平衡裝置，采用交流電機(jī)雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但軋制力較小不能滿足較大軋制力需求，所以驅(qū)動(dòng)方式不宜選用單輥驅(qū)動(dòng)。當(dāng)工作輥軋輥輥頭承受不了軋制力矩時(shí)采用支承輥驅(qū)動(dòng)而一般采用工作輥驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)厚板軋機(jī)采用雙工作輥驅(qū)動(dòng)方式。 6 5 4 3 2 1 圖2.1 中厚板軋機(jī)主傳動(dòng)方案一 5 6 4 2 1 1——電機(jī) 2——電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié) 3——齒輪座 4——連接軸 5——工作輥 6——支承輥 圖2.2 中厚板軋機(jī)主傳動(dòng)方案二 采用雙工作輥驅(qū)動(dòng)可以用單電機(jī)通過(guò)齒輪座將電機(jī)傳來(lái)的力矩分配給雙工作輥。另外一種方式就是采用單獨(dú)的電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)上下工作輥。所設(shè)計(jì)的軋機(jī)所需電機(jī)功率較大不宜采用齒輪座采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。綜上，可知所選傳動(dòng)方案如圖2.2。 2.2 方案評(píng)述 方案二和方案一比較優(yōu)點(diǎn)有：沒(méi)有減速器（齒輪座）傳動(dòng)效率提高；減少了傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力矩；加快了啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程提高了軋機(jī)效率，機(jī)械設(shè)備重量減輕占廠面積減少，電機(jī)直接帶動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 2.3 電機(jī)選擇 主傳動(dòng)電機(jī)也可分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種。直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)有：?jiǎn)?dòng)力矩大，平穩(wěn)，電器特性好，操作方便，在一定范圍內(nèi)可以無(wú)級(jí)變速。當(dāng)主傳動(dòng)采用大型交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，需增設(shè)一套微調(diào)裝置以便于換輥，而且交流電機(jī)需要變頻調(diào)速造價(jià)高。直流電機(jī)調(diào)速方便，造價(jià)低。綜上所述選擇直流主電機(jī)。 2.4 連接軸選擇 在主傳動(dòng)裝置中，連接軸是非常重要的部件，它將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞給軋輥。在軋鋼機(jī)中常用的連接軸有萬(wàn)向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒式接軸等。 確定連接軸類型主要根據(jù)軋輥調(diào)整量、聯(lián)軸允許傾角和傳遞扭矩等因素有關(guān)。萬(wàn)向接軸的允許傾角較大傳遞扭矩也較大，梅花接軸和聯(lián)合接軸允許傾角較小一般用于軋輥調(diào)整量不大的軋機(jī)，齒式接軸傾角較小但在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠一般用于軋輥調(diào)整量不大速度較高的軋機(jī)。本設(shè)計(jì)的厚板軋機(jī)對(duì)軋輥的調(diào)整量較大連接軸傾角有時(shí)達(dá)到8°～10°故采用萬(wàn)向連接軸。 本設(shè)計(jì)中選用十字軸式萬(wàn)向接軸，其具有傳動(dòng)效率高、傳遞扭矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)、潤(rùn)滑條件好、噪音低、使用壽命長(zhǎng)、允許傾角大(10°～15°) 、適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 2.5 軋輥軸承選擇 熱帶鋼連軋機(jī)采用的軸承，主要有滾動(dòng)軸承和液體摩擦軸承。滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小、工作可靠、安裝拆卸方便，廣泛用于四輥軋機(jī)的工作輥上。本設(shè)計(jì)采用四列圓錐滾子軸承，因?yàn)檫@種軸承可承受軸向以不需采用推力軸承。為了便于換輥，軸承在軸頸上和軸承座內(nèi)均采用動(dòng)配合(e8.f8)。由于配合較松，為防止對(duì)輥頸的磨損，要求輥頸硬度為HRC=32~36。同時(shí)應(yīng)保證配合表面經(jīng)常有潤(rùn)滑油。 3 軋制力能參數(shù)的計(jì)算 3.1 軋制力的計(jì)算 3.1.1 軋制規(guī)程 原始參數(shù) 鋼種Q235，原料規(guī)格35mm×1900mm×2500mm，成品規(guī)格14mm×1900mm×6250mm，壓下規(guī)程見(jiàn)表3.1。 表3.1 壓下規(guī)程 軋制道次 N 軋前厚度 h0(mm) 軋后厚度h1 (mm) 壓下量 (mm) 軋制溫度 t(℃) 軋制速度v(m/s) 1 35 27 8 1080 1.55 2 27 21 6 1040 1.94 3 21 17 4 1000 2.32 4 17 15 2 960 2.32 5 15 14 1 920 2.71 3.1.2 軋輥主要尺寸的選擇 1、工作輥及支承輥輥身長(zhǎng)度選擇 L=bmax+a[1] (3.1) 式中 L——輥身長(zhǎng)度，mm； bmax——所軋鋼板最大寬度，bmax=1900mm； a——視鋼板寬度而定，當(dāng)bmax=1000~2500mm 時(shí)，a=150~200mm。 代入式(3.1)得L= 2100 mm，考慮到其他原料尺寸及工作輥和支承輥關(guān)系，工作輥輥身長(zhǎng)度取 L1=2350 mm，支承輥輥身長(zhǎng)度取L2=2250 mm。 2、工作輥和支承輥參數(shù)選擇 (1) 工作輥和支承輥直徑選取 由文獻(xiàn)[1]可知，對(duì)于四輥厚板軋機(jī)L1/D1=3.0~5.2，D2/D1=1.5~2.2。將L1=2350代入得： D1=452~783mm 選取D1=740mm 。 D2/D1的選擇主要取決于工藝條件。當(dāng)軋件較厚時(shí)，由于要求要較大的工作輥直徑，故選較小的D2/D1比值。 D2=740×(1.5~2.2)=1110~1628mm 選取D2=1250mm。 對(duì)于四輥軋機(jī)，為減少軋制力，盡量使工作輥直徑小些。但工作輥?zhàn)钚≈睆绞茌侇i和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和軋件咬人條件的限制。軋輥的工作直徑D1應(yīng)滿足： D1≥ (3.2) 式中 α——最大咬入角，由文獻(xiàn)[1]可知最大咬入角α=15~20°； h——壓下量，mm。 代入式(3.2)得 D1≥(132.65~234.78)mm 可知工作輥直徑滿足咬入條件。 3、軋輥輥頸尺寸d的確定 使用滾動(dòng)軸承時(shí)，由于軸承外較大，輥頸尺寸不能過(guò)大，一般選 d=(0.5~0.55)D。 =(0.5~0.55) ×740=370~407mm =（0.55~0.55）×1250=625~688mm 考慮軸頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度因素，取 =440mm，=800mm。 3.1.3 軋制力的計(jì)算 熱軋鋼板采用采利科夫公式計(jì)算[1] Pm=k 式中 Pm——平均單位壓力，MPa； ——考慮摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)； k——金屬變形阻力，MPa。 1、計(jì)算外摩擦的影響系數(shù) 由文獻(xiàn)[1]可得計(jì)算外摩擦公式如下 l = (3.3) ε=×100% (3.4) δ=μ (3.5) 式中 l——接觸弧水平投影長(zhǎng)度，mm； R——軋輥半徑，R=370mm； μ——軋件與軋輥的摩擦系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]取μ=0.3； ——壓下量，mm； ε——壓下率； δ——系數(shù)； ——軋前厚度，mm。 代入式(3.3)、式(3.4)、式(3.5) 表3.1數(shù)據(jù)計(jì)算得各數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.2。 表3.2 各道次外摩擦影響系數(shù) 軋制道次 l(mm) δ (%) 1 54.41 4.08 22.86 1.28 2 47.12 4.71 22.22 1.31 3 38.47 5.77 19.05 1.36 4 27.20 8.16 11.76 1.27 5 19.24 11.54 6.67 1.12 根據(jù)變形程度ε和系數(shù)δ查文獻(xiàn)[1]得各道次見(jiàn)表3.2。 2、變形阻力的確定 由文獻(xiàn)[1]可知 hm=(h0+h1)/2 (3.6) 當(dāng)<2時(shí)采用粘著理論計(jì)算平均變形速度 =ln (3.7) 當(dāng)>2時(shí)采用滑動(dòng)理論計(jì)算平均變形速度 = (3.8) 式中 hm——軋制前后軋件的平均高度，mm。 ——平均速度，s-1； v1——軋件出口速度，m/s； 、——軋前軋后厚度，mm； ——軋輥的圓周線速度，單機(jī)架軋制不考慮前滑值，m/s； v1——軋件出口速度，m/s； 代入式(3.6)、式(3.7)式(3.8)數(shù)據(jù)得相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.4。 表3.4 各道次變變形阻力 軋制道次 hm(mm) l/ hm (s-1) K (MPa) (MPa) 1 31 1.76 6.51 0.979 102 98.858 2 24 1.96 9.15 0.977 114.4 111.769 3 19 2.02 11.49 0.967 146 141.182 4 16 1.7 10.03 0.879 146 128.334 5 14.5 1.33 9.39 0.767 143.6 110.141 由文獻(xiàn)[1]可知 = K (3.9)式中 ——變形阻力，MPa； K——變形程度影響系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]得各道次見(jiàn)表3.4； ——當(dāng)ε=30%時(shí)，不同溫度變形速度下變形阻力，查文獻(xiàn)[1]得各道次 見(jiàn)表3.4，MPa。 代入式(3.9)數(shù)據(jù)得各道次見(jiàn)表3.4。 3、軋制力計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知計(jì)算軋制力公式如下 Pm= k=1.15 (3.10) P= Pm F (3.11) F=l (3.12) 式中 、——軋制前、后軋件的寬度，==1900mm； Pm——單位平均壓力，MPa； F——接觸面積，mm2。 P——軋制力，kN； 代入式(3.10)、式(3.11)、式(3.12)數(shù)據(jù)得各道次軋制力見(jiàn)表3.5。 表3.5 各道次軋制力P 道次 1 2 3 4 5 Pm(MPa) 145.52 168.37 220.81 187.43 141.86 F(mm2) 103379 89528 73093 51680 36556 P(kN) 15043.71 15073.83 16139.67 9686.38 5185.83 3.2 軋輥力矩的計(jì)算 1、四輥軋機(jī)無(wú)張力軋制工作輥受力分析 雙工作輥驅(qū)動(dòng)四輥軋機(jī)軋輥受力見(jiàn)圖3.1，由文獻(xiàn)[1]得計(jì)算軋制力公式如下 MK=MZ+MR+Mf1 (3.13) MZ=P·a (3.14) MR=R·c (3.15) Mf1=F·ρ1 (3.16) 圖3.1 雙工作輥傳動(dòng)四輥軋機(jī)軋輥受力圖 式中 MK——驅(qū)動(dòng)一個(gè)工作輥力距，N·m； MZ——軋輥上的軋制力矩，N·m； Mf1——軋輥軸承處摩擦力矩，N·m； MR——支承輥對(duì)工作輥的反力對(duì)工作輥的力矩，N·m； P——軋制力，kN； a——軋制力力臂，mm； R——支承輥對(duì)工作輥的反力，kN； c——反力R對(duì)工作輥的力臂，mm； F——工作輥軸承處反力， kN； ρ1、ρ2——工作輥和支承輥軋輥軸承處摩擦圓半徑。 ρ1=μ，ρ2=μ。 (3.17) 式中 d1、d2——工作輥和支承輥軸頸直徑，mm； μ——軋輥軸承摩擦系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]知μ=0.004； 代入式(3.17)數(shù)據(jù)得 ρ1=0.88 mm，ρ2=1.6 mm。 2、力臂計(jì)算 (1) 計(jì)算a 由文獻(xiàn)[1]可知 a= (3.18) ψ= (3.19) α=arcos（1－/D1） (3.20) 式中 β——不考慮張力軋制時(shí)軋制力作用點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軋輥中心角； α——咬入角； ψ——力臂系數(shù)，由變形程度ε和系數(shù)δ查文獻(xiàn)[1]可得。 代入式(3.18)、式(3.19)數(shù)據(jù)并查文獻(xiàn)[1]可得到各道次力臂a見(jiàn)表3.6。 表3.6 各道次力臂a 道次 1 2 3 4 5 α（o） ψ 0.492 0.488 0.49 0.495 0.493 β（o） a (mm) 26.77 22.99 18.85 13.33 9.48 （2）計(jì)算c 由文獻(xiàn)[1]可知 R= (3.21) c=mcosγ+ (3.22) γ=arcsin (3.23) θ=arcsin (3.24) 式中 θ——工作輥與支承輥連心線與垂直線夾角； e——工作輥軸線相對(duì)于支承輥軸線偏移距一般e=5~10mm，取e=8mm； γ——軋輥連心線與反力R的夾角； m——R力在工作輥與支承輥接觸處偏離一滾動(dòng)摩擦力臂的距離，m=0.1~0.3mm；取m=0.2mm； 代入式(3.32~3.24)數(shù)據(jù)得 γ=，θ=，c=1.266mm。 (3) 計(jì)算各道次軋制力矩 由文獻(xiàn)[1]可知 F=Rsin(θ+γ) (3.25) MK∑=2MK 式中 MK∑——驅(qū)動(dòng)兩個(gè)工作輥所需的力矩。 代入式(3.13~3.16)，式(3.21)、式(3.25)數(shù)據(jù)得各道次軋制力矩見(jiàn)表3.7。 表3.7 各道次軋制力矩 道次 1 2 3 4 5 P(kN) 15043.71 15073.83 16139.67 9686.38 5185.83 R (kN) 15044.61 15074.73 16140.63 9686.96 5186.14 F(kN) 164.25 164.58 176.22 105.76 56.62 MZ(N·m) 402720.12 346547.35 304232.78 129119.45 49161.67 MR(N·m) 19046.48 19084.61 20434.04 12263.69 6565.65 Mf1(N·m) 144.54 144.83 155.07 93.07 49.83 MK(N·m) 421911.14 365776.79 324821.89 141476.21 55777.15 MK∑(N·m) 843822.28 731553.48 649643.78 282952.42 111554.3 4 主電機(jī)容量選擇 4.1 初選電機(jī) 由文獻(xiàn)[1]可知 nw= (4.1) = (4.2) Mer=9550 (4.3) 式中 nw——穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速度，r/min； ——最大軋制功率，kW； Mer——初選電機(jī)額定靜力矩，kN·m； Ner——初選電機(jī)功率，kW； ner——初選電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。 代入式(4.1) 表3.1數(shù)據(jù)得到各道次穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速。 nw1=40 r/min nw2=50 r/min nw3=60 r/min nw4=60 r/min nw5=70 r/min 由表3.7及各道次穩(wěn)定軋制時(shí)工作輥轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)代入式4.2得 =2040.77kW 初選電機(jī)功率Ner=2000kW，選電機(jī)型號(hào)E1800-1100，電機(jī)轉(zhuǎn)速ner=0~65/120r/min。 代入式(4.3)數(shù)據(jù)得 Mer=293846.15 N·m 4.2 主電機(jī)力矩 主電機(jī)上的力矩由四部分組成，即 MD== 式中 MD——主電機(jī)力矩，kN·m； MZ——軋輥上的軋制力矩，kN·m； Mf——附加摩擦力矩，即軋制時(shí)由于軋制力作用于軋輥軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它轉(zhuǎn)動(dòng)件中的摩擦而產(chǎn)生的附加力矩，kN·m； Mkon——空轉(zhuǎn)力矩，即當(dāng)軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于各轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量產(chǎn)生的摩擦力矩及其他阻力距，kN·m； Mdon——?jiǎng)恿?，軋輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻時(shí)，各部件或減速所引起的慣性力所產(chǎn)生的力矩，kN·m； Mf2——各轉(zhuǎn)動(dòng)零件推算到主電機(jī)軸上的附加力矩，kN·m； η——電動(dòng)機(jī)至軋輥之間的傳動(dòng)效率，此設(shè)計(jì)中 η= (4.4) i——電動(dòng)極和軋輥之間的傳動(dòng)比，此設(shè)計(jì)方案電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)軋輥，i=1； 查文獻(xiàn)[5]得 =0.99~0.995，=0.98，=0.99 代入式(4.4)得 η=0.951 1、計(jì)算空轉(zhuǎn)力矩Mkon Mkon=（0.03~0.06）Mer=0.05 Mer (4.5) 代入式(4.5)數(shù)據(jù)得 Mkon=14692.31N·m 2、計(jì)算摩擦力矩Mf、靜力矩Mj 由文獻(xiàn)[1]可知 Mf= (4.6) Mf2= (4.7) Mj=MZ+ Mf+ Mkon (4.8) 式中 Mj——推算到電動(dòng)機(jī)軸上的總靜力矩，N·m。 代入式(4.6)、式(4.7)、式(4.8)數(shù)據(jù)得各道次附加摩擦力矩、靜力矩見(jiàn)表4.1 表4.1 各道次附加摩擦力矩、靜力矩 道次 1 2 3 4 5 Mf2(N·m) 21738.85 18846.54 16736.35 7289.52 2873.90 Mf(N·m) 21883.39 18991.37 16891.42 7283.59 2923.73 Mj(N·m) 458486.84 399460.47 356405.62 163452.11 73393.19 3、計(jì)算動(dòng)力矩Mdon 由文獻(xiàn)[1]可知 Mdon= (4.9) 式中 ——各轉(zhuǎn)動(dòng)件推算到電機(jī)軸上的飛輪力矩，=80173kg·m2； ——電動(dòng)機(jī)的角加速度，rad/s2。 由文獻(xiàn)[1]選取啟動(dòng)時(shí)加速度aj=30r/min·s，制動(dòng)時(shí)加速度az=60 r/min·s。 可知 啟動(dòng)時(shí)角加速度 εj==3.14rad/s2 制動(dòng)時(shí)角加速度 εz==6.28 rad/s2。 代入式(4.9)數(shù)據(jù)得 空載啟動(dòng)階段動(dòng)力矩Mdonj=62935.81N·m 空載制動(dòng)階段動(dòng)力矩Mdonz=125871.61 N·m 4、各階段、道次主電機(jī)力矩計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知各階段主電機(jī)力矩計(jì)算公式如下 MD1= Mkon+Mdonj (4.10) MD2= Mj+ Mdonj (4.11) MD3= Mj (4.12) MD4= Mj－Mdonz (4.13) MD5= Mkon－Mdonz (4.14) 式中 MD1——空載加速啟動(dòng)階段力矩，N·m； MD2——咬入軋件后的加速階段力矩，N·m； MD3——穩(wěn)定速度軋制階段力矩，N·m； MD4——帶有軋件的減速階段力矩，N·m； MD5——拋鋼后減速階段力矩，N·m。 代入式4.10~4.14數(shù)據(jù)得各階段、道次主電機(jī)力矩見(jiàn)表3.2 表4.2 各階段、道次主電機(jī)力矩 道次 MD1(N·m) MD2(N·m) MD3(N·m) MD4(N·m) MD5(N·m) 1 77628.12 521422.65 458486.84 332615.23 －111179.3 2 77628.12 462396.28 399460.47 273588.86 －111179.3 3 77628.12 419341.43 356405.62 230534.01 －111179.3 4 77628.12 226387.92 163452.11 37580.50 －111179.3 5 77628.12 136329 73393.19 －52478.42 －111179.3 4.3 計(jì)算各軋制階段時(shí)間計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知計(jì)算各道次軋制時(shí)間公式 ty= (4.15) tj= (4.16) tz= (4.17) tw= (4.18) L= （4.19） = （4.20） 式中 ty——啟 動(dòng)空載階段所需時(shí)間，s； ny——咬入軋件是的轉(zhuǎn)速，ny=30r/s； tj——咬入后加速階段所需時(shí)間，s； tz——帶有軋件的減速階段所需時(shí)間，s； np——各道次拋鋼轉(zhuǎn)速，np =30r/s； tw——穩(wěn)定軋制時(shí)所需時(shí)間，s； L——各道次后軋件的長(zhǎng)度，mm； ——制動(dòng)階段所需時(shí)間，s。 代入式(4.15~4.20)相關(guān)數(shù)據(jù)得各道次各軋制階段時(shí)間見(jiàn)表4.3。 表4.3 各道次各軋制階段時(shí)間 道次 ty(s) tj(s) tz(s) tw(s) (s) L(mm) 1 1 0.333 0.167 1.653 0.5 3240.74 2 1 0.667 0.333 1.351 0.5 4166.67 3 1 1 0.5 1.089 0.5 5147.06 4 1 1 0.5 1.384 0.5 5833.33 5 1 1.333 0.667 1.233 0.5 6250 =（ty +tj + tz + tw +）+5 （4.21） 式中 ——軋制時(shí)間時(shí)間間隙，取=0.6s； 圖4.1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系圖 ——軋制周期，s。 代入式（4.21）數(shù)據(jù)得 =23.71s 由表4.2、表4.3數(shù)據(jù)可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖4.1。 4.4 電機(jī)的校核 根據(jù)以上計(jì)算選定電機(jī) 型號(hào)E1800-1100，功率2000kW×2，轉(zhuǎn)速0~65/120r/min。 1、 過(guò)載校核 由文獻(xiàn)[1] Mer= (4.22) 式中 Mmax——靜負(fù)荷圖上的最大力矩，N·m； K——電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)，可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)K =2.5~3.0。 由圖4.1知 Mmax=521422.65 N·m， 代入式(4.22)數(shù)據(jù)得 K=1.77<2.5~3.0，滿足設(shè)計(jì)要求。 2、 發(fā)熱校核 電機(jī)反復(fù)變速正反轉(zhuǎn)應(yīng)此對(duì)電機(jī)進(jìn)行發(fā)熱校核，由文獻(xiàn)[1]知 Mjun= (4.23) =+++++ (4.24) 式中 Mjun——電動(dòng)機(jī)按發(fā)熱計(jì)算出來(lái)的等值力矩，N·m。 由圖4.1數(shù)據(jù)代入式(4.24)和式(4.23)得 Mjun=2.81×105N·m< Mer，滿足設(shè)計(jì)要求。 . 5 軋輥計(jì)算及強(qiáng)度校核 四輥軋機(jī)支承輥的抗彎系數(shù)較工作輥大得多，在軋制時(shí)的彎曲力矩決大部分由支承輥承擔(dān)。在計(jì)算支承輥時(shí)，通常按承受全部軋制力的情況考慮。此設(shè)計(jì)四輥軋機(jī)由工作輥傳動(dòng)，工作輥只受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，支承輥剛性幾乎承受全部彎曲應(yīng)力，工作輥與支承輥之間存在接觸應(yīng)力。 5.1 工作輥強(qiáng)度校核 工作輥材料選球墨鑄鐵，對(duì)工作只校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，工作輥的扭矩圖見(jiàn)圖5.1 c 2350 c 3096 MK MK 圖5.1 工作輥扭矩圖 考慮到軋制其他鋼種和其他軋制規(guī)格，取驅(qū)動(dòng)一個(gè)輥?zhàn)畲罅豈K=650kN·m 由文獻(xiàn)[6]可知 (5.1) 式中 ——軋輥扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa； ——矩形截面桿扭轉(zhuǎn)系數(shù)； h、b——矩形截面桿高、寬，mm。 傳動(dòng)端截面近似為矩形b=329mm，h=374mm，h/b=1.14，查文獻(xiàn)[6]可知=0.212， 代入式(5.1)得 =24.92MPa。 由文獻(xiàn)[1]可知，對(duì)于鑄鐵軋輥，當(dāng)=350~400MPa時(shí)，Rb =70~80MPa。 < Rb，可知工作輥強(qiáng)度滿足要求。 5.2 支承輥強(qiáng)度校核 支承輥材料選合金鍛鋼查文獻(xiàn)[1]可以知支承輥強(qiáng)度極限=700~750MPa，許用應(yīng)力Rb =140~150MPa。支承輥的彎矩圖見(jiàn)圖5.2，在輥頸的1-1斷面和2-2斷面處應(yīng)力集中，兩斷面的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足強(qiáng)度條件，斷面3-3處彎距最大應(yīng)校核3-3處彎曲應(yīng)力。 3 2 1 2 1 3 c1 c1 圖5.2 支承輥的彎矩圖 1、1-1斷面和2-2斷面強(qiáng)度校核 由文獻(xiàn)[1] (5.2) (5.3) 式中 、——1-1和2-2斷面處的彎曲應(yīng)力，MPa； c1 、c2——1-1和2-2斷面至反力P/2處的距離，mm； c1=(l0－L2)/2－r (5.4) c2=(l0－L2)/2 (5.5) d1-1、d2-2——1-1和2-2斷面直徑，d1-1=800mm； d2-2= d1-1+2r (5.6) 其中，r為1-1斷面處過(guò)渡圓角半徑，r=90mm。 考慮到軋制其他的規(guī)格取最大軋制力P=20MN，代入式(5.2~5.6)得 d2-2=980mm c1=415mm c2=505mm =81.05MPa < Rb =53.66MPa< Rb 可知斷面1-1和2-2滿足強(qiáng)度條件。 3、校核斷面3-3處彎曲應(yīng)力 由文獻(xiàn)[1] (5.7) 式中 ——3-3斷面處彎曲應(yīng)力，MPa。 代入式(5.7)數(shù)據(jù)得 =70.19MPa< Rb 可知3-3斷面滿足強(qiáng)度條件。 5.3 工作輥與支承輥間的接觸應(yīng)力校核 四輥軋機(jī)支承輥和工作輥之間承載時(shí)有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計(jì)及使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核計(jì)算。 1、 校核最大正應(yīng)力 由文獻(xiàn)[1]得公式 = (5.8) b= (5.9) 式中 ——最大正應(yīng)力，MPa； b——接觸區(qū)寬度，mm； q——加在接觸表面單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷，N/mm q= (5.10) 其中，P、PG為軋制力和支承輥重量，支承輥重量由平衡系統(tǒng)承擔(dān)可以忽略取P=Pmax=20MN； K1、K2——與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)； K1=，K2= (5.11) 其中，、及E1、E2為兩軋輥材料的泊松比和彈性模數(shù)。由文獻(xiàn)[7]得 ==0.3 E1=173Gpa E2=206Gpa 代入式(5.8~5.11)數(shù)據(jù)得 q=9124.08N/mm，K1=1.67×10-6MPa-1 ， K2=1.41×10-6MPa-1，=1994.41MPa 本軋機(jī)支承輥輥面硬度HS=50~55，由文獻(xiàn)[1]知許用接觸應(yīng)力[]=2000~2200MPa。 <[] 可知滿足接觸強(qiáng)度要求。 2、校核軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力 為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞應(yīng)滿足 =0.304≤[] (5.12) 式中 ——軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力，MPa； []——軋輥許用切應(yīng)力，MPa。 代入式(5.12)數(shù)據(jù)得=606.3MPa，由文獻(xiàn)[1]知[]=641~670MPa，可知 ≤[] 軋輥內(nèi)最大切應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件。 3、 校核軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力 =0.256≤[] (5.13) 式中 ——軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力，MPa。 代入式(5.13)數(shù)得=510.57，可知 ≤[] 軋輥內(nèi)最大反復(fù)切應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件。 6 機(jī)架的強(qiáng)度校核 軋鋼機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件，軋輥軸承及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受軋制力，必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)軋鋼機(jī)型式的和工作要求，軋鋼機(jī)架分為閉式和開(kāi)式兩種，閉式機(jī)架具有較高的強(qiáng)度和剛度，本設(shè)計(jì)中機(jī)架為閉式機(jī)架。 6.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 1、機(jī)架窗口寬度 四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的1.15~1.30倍。為換輥方便，換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動(dòng)側(cè)窗口寬5~10mm。 B=1.15~1.30D2 (6.1) 式中 B——機(jī)架窗口寬度，mm。 代入式(6.1)數(shù)據(jù)得 B=1437.5~1625mm。 考慮到支承輥磨損取機(jī)架窗口寬度為，換輥側(cè)1410mm，傳動(dòng)側(cè)1400m。 2、機(jī)架窗口高度 機(jī)架窗口高度主要根據(jù)軋輥?zhàn)畲箝_(kāi)口度、壓下螺絲最小伸出端(至少2~3扣螺紋長(zhǎng)度)，以及換輥等要求確定。對(duì)于四輥軋機(jī)可取 H=(2.6~3.5)(D1+D2) (6.2) 式中 H——機(jī)架窗口高度，mm。 代入式(6.2)數(shù)據(jù)得 H=5174~6965mm， 本軋機(jī)機(jī)架窗口高度取6150mm。 3、機(jī)架立柱斷面尺寸 機(jī)架立柱斷面尺寸是根據(jù)強(qiáng)度條件確定的。由于作用于軋輥輥頸和機(jī)架立柱上的力相同，而輥頸強(qiáng)度近似地與其直徑平方(d2)成正比故機(jī)架立柱斷面面積(F)與軋輥輥頸的直徑平方(d2)有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)比值(F/ d2)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定機(jī)架立柱斷面面積，在進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度驗(yàn)算。 本軋機(jī)機(jī)架立柱斷面取矩形，斷面尺寸F=850×750=63750mm2。 6.2 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算 為簡(jiǎn)化計(jì)算做如下假設(shè)：1)每片機(jī)架只在上、下橫梁的中間斷面處受有垂直力R，而且這兩個(gè)力大小相等、方向相反，作用在同一直線上。2)機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線是對(duì)稱的，而且不考慮由于上、下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。3)上下橫梁和立柱交界處(轉(zhuǎn)角處)是剛性的，即機(jī)架變形后機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。 6.2.1 受力分析 根據(jù)上述假設(shè)，機(jī)架外負(fù)荷河幾何尺寸都與機(jī)架窗口垂直中心線對(duì)稱，故可將機(jī)架簡(jiǎn)化為一個(gè)由立柱和上、下橫梁的中性軸組成的自由框架，如將此框架沿機(jī)架窗口垂直中性線剖開(kāi)，則剖開(kāi)的截面上作用著R/2垂直力和靜不定力矩M1見(jiàn)圖6.1。 l1 M1 Rl1/4 l1/2 M1 I1 R/2 l2 M2 I3 I2 圖6.1 矩形自由框彎曲力矩圖 6.2.2 彎矩計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]可知 M1= (6.3) M2=－M1 (6.4) 式中 R——作用在機(jī)架上的垂直力，N； P——考慮到其他軋制規(guī)格下取的最大軋制力，P=20MN； I1——機(jī)架橫梁的慣性矩，mm4； I2——機(jī)架立柱的慣性矩；mm4 I3——機(jī)架下橫梁的慣性矩； l1——機(jī)架橫梁中性線長(zhǎng)度，mm； l2——機(jī)架立柱中性線長(zhǎng)度，mm； M2——立柱上的彎矩，N·mm。 根據(jù)軋機(jī)具體的結(jié)構(gòu)形狀以及各部分尺寸取 l1=1400+850=2260mm ，l2=6500+1300/2+628.4=7428.4mm。 1、 計(jì)算I1 機(jī)架上橫梁斷面如圖6.2 圖6.2 機(jī)架上橫梁斷面圖 上橫梁斷面的形心軸坐標(biāo)xc、yc取圖6.2所示坐標(biāo)軸(中心線為y軸下底線為x軸)，可見(jiàn)橫梁斷面對(duì)y軸對(duì)稱，所以 xc=0 由材料力學(xué)知識(shí) F= A1－A2－ A3 －A4－ A5 (6.5) S= A1y1 －A2y2－ A3y3 －A4y4 －A5y5 (6.6) yc= (6.7) 式中 F——斷面面積，mm2； A1——圖6.2最大矩形面積，A1=1600×1300 mm2； A2~ A5——圖6.2自下而上各矩形面積，mm2； S——斷面面積矩，mm3； y1~ y5——各矩形面積的形心軸坐標(biāo)，mm。 由圖6.2知 y1=650mm y2=30mm y3=430mm y4=1020mm y5=1270mm 將數(shù)據(jù)代入式(6.~6.7)得 F=1157200 mm2 S=789624000 mm3 yc=682.4mm 由文獻(xiàn)[5]知 (6.8) 式中 b1~b5、h1~h5——A1~ A5所對(duì)應(yīng)的矩形的寬、高，mm； a1~ a5——A1~ A5所對(duì)應(yīng)的矩形形心軸與斷面形心軸距離，即 ai= yi— yc ( i=1~5) 代入式(6.8)各數(shù)據(jù)計(jì)算最終得 I1=1.54×1011mm4。 2、計(jì)算I2 機(jī)架立柱斷面簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6.3，由文獻(xiàn)[6]可知計(jì)算公式 I2= (6.9) 其中，b、h為圖6.2斷面對(duì)應(yīng)的寬、高，代入式(6.9)數(shù)據(jù)得 I2=3.84×1010 mm4 850 750 圖6.3 機(jī)架立柱斷面簡(jiǎn)圖 假設(shè)上下橫梁慣性矩相等即 I3=1.54×1011mm4 代入式(6.3)、式(6.4) 相關(guān)數(shù)據(jù)得 M1=5.45×109N·mm M2=2.0×108 N·mm 6.3 機(jī)架強(qiáng)度校核 選取機(jī)架的材料為ZG35，正火處理，由文獻(xiàn)[1]知 對(duì)于橫梁[]MPa， 對(duì)于立柱[]MPa。 1、機(jī)架上橫梁強(qiáng)度校核 機(jī)架應(yīng)力圖見(jiàn)圖6.4 圖6.4 閉式機(jī)架應(yīng)力圖 由文獻(xiàn)[1]知機(jī)架上橫梁應(yīng)力計(jì)算公式如下 (6.9) (6.10) 式中 σa1——機(jī)架橫梁外側(cè)的拉應(yīng)力，MPa； σn1——機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力，MPa； Wa1、Wn1——機(jī)架上橫梁外側(cè)和內(nèi)測(cè)的斷面系數(shù)，mm3。 由文獻(xiàn)[6]知 Wa1= (6.11) Wn1= (6.12) 代入式(6.9~6.12)數(shù)據(jù)得 Wa1=2.5×108mm3 Wn1=2.26×108mm3 σa1=21.8MPa<[]橫 σn1=－24.12MPa<[]立(負(fù)號(hào)只表示σn1為壓縮應(yīng)力) 可知上橫梁滿足強(qiáng)度要求。 2、機(jī)架立柱校核 由文獻(xiàn)[1]知機(jī)架立柱應(yīng)力計(jì)算公式如下 (6.13) (6.14) 式中 σa2——機(jī)架立柱外側(cè)壓應(yīng)力，MPa； σn2——機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力，MPa； F2——立柱斷面面積，F(xiàn)2=850×750 mm2； Wa2、Wn2——立柱外側(cè)和內(nèi)測(cè)的斷面系數(shù)，mm3。 Wa2= Wn2= (6.15) 代入式(6.12~6.15)數(shù)據(jù)得 Wa2= Wn2=9.04×107 mm3 σa2=5.5MPa< []立 σn2=10.2MPa< []立 可知機(jī)架立柱滿足強(qiáng)度要求。 7 壓下系統(tǒng)計(jì)算 調(diào)整裝置按軋機(jī)工藝要求可分為：上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。本設(shè)計(jì)軋機(jī)采用上輥調(diào)整裝置。 7.1 壓下型式選擇 上軋輥壓下調(diào)整裝置有手動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)型式，本軋機(jī)采電—液壓下調(diào)整裝置。電—液雙壓下調(diào)整裝置，其初調(diào)為電動(dòng)壓下，精調(diào)為液壓缸，通常液壓缸置于壓下螺絲與上軸承座之間而使結(jié)構(gòu)緊湊，次調(diào)整機(jī)構(gòu)消除了機(jī)械慣性力，提高傳動(dòng)效率，調(diào)整靈敏度比一般電動(dòng)壓下快10倍以上。 壓下減速機(jī)采用速比為17的圓柱齒輪—球面蝸輪蝸桿聯(lián)合減速機(jī)，采用兩級(jí)蝸輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊在使用球面蝸輪副或平面蝸輪副時(shí)，也可以有較高的傳動(dòng)效率。在壓下減速機(jī)上裝有測(cè)速電動(dòng)APC速度閉環(huán)控制，在壓下裝置中還有極限開(kāi)關(guān)用于控制軋輥升降的最高最低位置。 壓下裝置電動(dòng)機(jī)由兩臺(tái)300系列zzj812，75Kw直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用直流電動(dòng)機(jī)，可頻繁的啟動(dòng)在、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)，調(diào)整速好，過(guò)載倍數(shù)高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量