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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 方板坯開坯軋機設計 摘要 方、板坯開坯軋機既可軋制板坯，又可軋制方坯，生產比較靈活。又稱為大開口度二輥可逆式初軋機。 初軋機的主要技術性能有：輥徑為 1150~1350身長度為 3100輥的工作行程為 1700大行程為 1905制壓力為 3000T，電動機功率 5000? 2速 0~35~70下速度為 142~284mm/牌坊中心矩為 4140坊窗口開口度操作側為 1400動側為 1390 此軋機的設計包括 軋制力的計算，電機容量的選擇，壓下系統(tǒng)的選擇，壓下螺絲、螺母尺寸的確定，壓下電機的選擇，平衡方法的計算，軋輥、萬向連軸器、機架、軋輥軸承、齒輪、壓下螺絲、螺母等主要零件的強度校核，以及潤滑方法的選擇，對控制系統(tǒng)的要求，設備的可靠性分析等內容。 初軋機較多地采用了液壓傳動，機械化程度比較高。 關鍵詞 初軋機，軋制力，壓下系統(tǒng) 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 s is go of of 150350of 100of 700of 905mm,000T, 000? 2~35~70 42~284 mm/of 140of 390of of of of of of of of of of of is 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 目錄 1 概述······························································· 1 軋機在軋鋼生產中的作用 ·········································· 1 軋機的分類 ··········································· ··········· 1 軋機在生產中存在的問題 ·········································· 2 ················································· 2 2 初軋機力能參數的計算 ··············································· 5 制規(guī)程 ···················································· ····· 5 輥主要參數的確當 ················································ 5 輥的名義直徑 ·················································· 5 身長度 ························································ 5 頸直徑和長度 ········································· ········· 5 制力的計算 ······················································ 6 均單位壓力的計算 ·············································· 6 制力 ················································· 9 機容量的選擇 ·········································· ·········· 9 選電機的容量 ·················································· 9 機軸上的力矩 ·················································· 11 機容量的校核 ·················································· 17 ······································ ············· 19 下螺絲和螺母尺寸的確定 ········································· 19 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 下系統(tǒng)的選擇 ··················································· 19 300 初軋機的工藝特點 ··········································· 19 下系統(tǒng)的選擇 ······································· ··········· 19 下裝置示意圖 ·················································· 19 動壓下螺絲的力矩 ··············································· 20 4 平衡力的計算 ······················································· 23 衡方法的確定 ····································· ·············· 23 衡力的計算 ····················································· 23 5 主要零件的強度計算················································· 24 輥的強度計算 ··················································· 24 向接軸的強度計算 ································· ·············· 26 口式扁頭的受力分析和強度計算 ·································· 26 頭受力分析和強度計算 ·········································· 28 體的強度計算 ·················································· 29 架的強度計算 ············································· ······ 30 架的受力分析 ·················································· 30 柱、橫梁的慣性矩和斷面系數的計算 ······························ 31 梁和立柱的強度計算 ············································ 34 輥軸承的計算 ··················································· 36 輪的計算 ······················································· 36 下輥螺母和螺絲的強度校核 ······································· 41 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 下螺母的強度校核 ·············································· 41 下螺絲的強度校核 ·············································· 42 6 潤滑方 法的選擇····················································· 44 輥軸承的潤滑 ··················································· 44 向接軸的潤滑 ··················································· 44 合環(huán)式潤滑 ···················································· 44 油噴霧潤滑裝置 ················································ 45 下螺母和壓下螺絲的潤滑 ········································· 45 輪的潤滑 ······················································· 45 7 對控制系統(tǒng)的要求··················································· 46 下傳動裝置 ····················································· 46 輥 ····························································· 46 軋輥調整裝置 ··················································· 46 速傳動裝置 ··············································· ······ 46 8 設備的可靠性分析··················································· 47 備的平均壽命 ··················································· 47 備的有效度 ····················································· 47 備的經濟壽命 ·········································· ········· 47 結論································································· 48 致謝································································· 49 參考文獻 ····························································· 50 附錄·································· ······························· 51 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 1 概述 軋機在軋鋼生產中的作用 在連鑄技術成熟之前 ,煉鋼生產出來的鋼水只能鑄成鋼錠 ,由于鋼錠澆注、脫模和運輸的特點所決定 ,鋼錠形狀只能是方形斷面或是矩形斷面 ,并且是上大下小的幾何體。這種幾何體不可能同時適用于板材軋制、型材軋制和管材軋制，在這三種鋼材軋制廠和煉鋼廠之間需要有一個中間環(huán)節(jié)，將鋼錠按軋材廠的要求軋成板坯、型材坯或管坯，這種軋制鋼錠開坯的生產工序就叫做初軋。 按老式的鋼錠生產體系布局，一個大型鋼鐵聯合企業(yè)，應該是板材、 型材和管材都能生產，當一個或幾個煉鋼廠的鋼錠分別供應板材廠、型材廠和管材廠時，初軋廠是整個生產體系的咽喉，一旦咽喉不暢，后果是可想而知的，因此可以說明在老式的鋼鐵生產體系中初軋的地位是非常重要的。 軋機的分類 初軋機按其結構形式可分為以下幾類 : 又可分為方坯初軋機和方 機大小以軋輥公稱直徑表示。方坯初軋機的上輥升高量較小，經多次翻鋼軋成方坯、矩形坯、異形坯或圓坯。方 產比較靈活。由于有立軋道次故上輥升降量大，又稱大開口度初軋機，其后亦 常跟 1～ 2組水平 屬板坯專用初軋機，在水平方向上有兩個軋輥，在垂直方向上有兩個立輥。與大開口度的板坯初軋機相比 ,在初軋過程中不需翻鋼 ,所以效率較高。在水平軋輥具有相同動力的情況下，萬能初軋機與大開口度初軋機相比軋制時間約可縮短 30％，而且對軋件的側面有良好的鍛造效果。在萬能初軋機的水平軋輥上切出的孔型也能進行大方坯的軋 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 制。 該開坯機有三個軋輥，軋輥不用逆轉，軋機建設費較低，而且能耗低，其運轉動力70％使用于鋼錠的變形。由于孔型是一定的，所以產品 規(guī)格靈活性小，產品范圍比較窄，此外，在軋機前后都必須配備擺動升降臺。三輥式開坯機主要應用于中小型企業(yè)。 這種軋機是幾臺二輥式軋機的串列布置。軋輥轉動方向不變，它的坯料及成品的適應性差，但可以對需要量大且斷面形狀一定的中小型鋼坯或薄板坯進行高效率軋制。 軋機在生產中存在的問題 初軋機在生產中存在的問題有 : 其內部晶粒大且有方向性 ,化學成分亦不均勻 ,均熱和初軋可以破碎鑄造組織 ,使晶粒細化 ,成分趨于均勻 ,各項性能均得以改善和提高 ,但由于斷面較大 ,加熱時 容易產生較大的溫度應力 ,故冷錠加熱應謹慎 ,對某些合金鋼錠還需要有較大的保溫時間，以均勻其組織和成分。 頭幾道的壓下量 又小 ,因此變形不深透 ,必然形成表面變形。除表面延伸形成“魚尾”外，軋件側表面還產生雙鼓形，軋件中心會承受拉應力，容易產生拉裂，或使原有缺陷擴大，為此在咬入時和電機能力允許的條件下，應盡可能增大壓下量，并適當增加翻鋼道次以保證質量。 案的選擇和評述 該軋機為大開口度二輥可逆式初軋機，即可軋制板坯又可軋 制方坯的方 機架由兩片閉式牌坊與上下橫梁組成。牌坊是鑄鋼件，內側窗口安裝鋼滑板，左右牌坊窗口開口度不等 ,傳動側為 1390 毫米 ,操作側為 1400 毫米 ,便于換輥時軋輥軸承座的進出 ,機架橫梁是鋼材焊接件 ,連接左右牌坊上部與下部。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 閉式機架的優(yōu)點是強度和剛度較大，常用在受力大或要求軋件精度高而不經常換輥的軋鋼機上。 采用快速壓下裝置，其工藝特點是： （ 1）工作時要求大行程，快速和頻繁地升降軋輥。 （ 2）軋輥調整時，不“帶鋼”壓下，即不帶軋制負荷壓下。 為適應上述特點，就要求 傳動系統(tǒng)慣性小，以便在頻繁的啟動和制動情況下實現快速調整；由于其工作條件繁重，要有較高的傳動效率和工作可靠性；快速壓下裝置中還有克服壓下螺絲阻塞事故（軋卡、坐輥）的回松裝置。 快速壓下裝置采用雙臥式直流電動機通過一級齒輪變速和蝸輪減速后傳給壓下絲桿進行壓下傳動，這種結構布局與雙立式電動機和齒輪減速機 形式比較，可降低廠房軌面標高，減少廠房造價。 上軋輥采用液壓平衡，液壓平衡是用液壓缸的液壓推力來平衡 上軋輥等零件的重量的。 液壓平衡與反扣螺絲平衡、重錘平衡相比較有工作可靠，動作迅速及時，結構緊湊，維修量少等優(yōu)點。 軋輥軸承用來支撐轉動的軋輥，并保持軋輥在機架中正確的位置，軋輥軸承應具有小的摩擦系數，足夠的強度和剛度，壽命長，并便于換輥。 軋輥軸承采用四列圓柱滾動軸承，在操作側裝有雙列圓錐軸承作止推作用。軸承的內圈是用感應加熱器熱裝在軋輥上，在一般情況下，軸承內線是拆不下來的。 軸承座為鑄鋼件（蓋是焊接件），兩側裝有青銅襯板。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 上軋輥不動，對下軋輥進行軸向調整來完 成對軋輥的調整。下軋輥調整裝置采用電動同步雙斜楔式的調整裝置，此結構固定在操作側機架上，它的優(yōu)點是保證了孔型軸向調整正確，節(jié)省了調整時間，改善了勞動條件。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 2 初軋機力能參數的計算 制規(guī)程 軋制鋼種 16錠斷面 760? 670錠重 78品斷面 300? 300開軋溫度 1200℃。 輥主要參數的確定 輥的名義直徑 按軋輥的咬入條件確定 D )???? h ( = )3019 ?? = 式中， h? —— 最大壓下量， h? =119 —— 最大壓下角，查表 3 ? =30° 取 D=1300 身長度 查表 3L/D= L=2860510 L=3100 L/100/1150=。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 頸直徑和長度 使用滾動軸承時，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過大，所以取 d=830mm,l=850 計算結果如圖 圖 輥尺寸 制力的計算 均單位壓力的計算 在初軋機單位壓力的計算中采用西姆斯公式 , 第一道次平均單位壓力的計算： n?的計算 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 ?? = 的計算 利用北京科技大學變形阻力經驗公式， ? =? 0 k? t ?? (式中， ?0—— 基準變形阻力，即變形溫度 t=1000℃時，變形速度 u=10s 1? ,變形程度 ? =40％時的變形阻力， ? 0 ＝ 變形溫度影響系數，當 變形溫度 t=1000℃時， ， kt=+ ( 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 查表 2 A=B= T=(t+273)/1000 (=(1200+273)/1000 = 由公式 (， kt= = 變形速度影響系數，當 u=10s 1? 時， ， u/10) (查表 2 C= D= u=(l)× ( h? /0h) (=(× (=s 由公式 (， 0) ?? = ?k—— 變形程度影響系數，當平均變形程度m?=40％時，?k=1， ?k=E( － (E－ 1) ( (查表 2 E=N= m?=(2/3)? (= (2/3) × mr=1－m?)= (由公式 (，?k= 7 5 6 ? = 由公式 (， ? = k= ( 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 =， n?k (得，。 制力 P 的計算 軋件對軋輥的總壓力 P 為軋制平均單位壓力 之乘積，即 P= (接觸面積 F=[(10 )/2]l (式中，0b、 1b —— 軋制前、后軋件的寬度，0b=6701b =674l—— 接觸弧水平投影， l= = 85650 ? = 由公式 (得 F=[(670+674)/2]× 由公式 (得 P= 依此方法，可分別計算 13 道次的平均單位壓力和各道次的軋制總壓力。 機容量的選擇 選電機的容量 初選電機的容量按軋輥上的力矩 即軋制力矩 軋輥軸承處的摩擦力矩 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 的最大值初選。 (1) 軋制力矩 2 (式中， ? —— 力臂系數，取 ? =為是雙電機驅動，所以 (由公式 (得 (2) 軋輥軸承處的摩擦力矩 (d/2) 1? (式中， 1? —— 軋輥軸承摩擦系數，取 1? = 由公式 (得 × m。 由公式 (得 m。 其它各道次見附表。 根據過載條件選擇電機功率 9550/( ?Kn z? (式中， — 取各道次的最大值， m， — 軋輥轉速， 60v/(? D)=60× ? × 35r/K—— 電機過載系數， K=2， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 ? —— 總機械效率， ? = 由公式 (得 35/(9550× 2× 慮電機軸上還有其它力矩，故初選 000 zn i (=35× 1 =35 r/ 式中， i —— 電動機與軋輥之間的傳動比，因為電動機直接驅動軋輥，所以 i =1。 以上計算是雙 電機驅動，只計算一個軋輥，最后選擇直流電機轉速 n=0~35~70 r/機電機 000× 2 機軸上的力矩 i (=m 力矩 i (=m (1/ ]1)?? Mk/i (=[(1/1] × =m 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 將 550 =9550× 5000/35 =m 代入式 (，得 m (1) 起動力矩 )tn (式中， — 轉化到電機軸的各構件的飛輪矩， 187500 kg tn —— 起動加速度，取tn =a=30 r/s, 由公式 (得 =187500/30=m。 (2) 制動力矩 ? =( ) tn (式中， — 轉化到電機軸的各構件的飛輪矩， 187500 kg — 制動減速度，取tn =b=40 r/s, 由公式 (,得 ?=187500/40=m。 (1)空載起動階段 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 空載起動階段，轉速由k o n n=9 r/5 r/以，此階段所 需的時間為 a (=(1530 = 力矩為 M 1d = =m (2) 咬入加速階段 咬入加速階段，轉速由過能量原理可以計算出 b ?? /)120( 22(式 中， 拋鋼時的轉速，取0 r/s, N —— 當量長度， N = )( ???? (式中， ?? 1 (1－ a％ ) / r 11 ( =78000(1－ 2％ )/(675× 674) = 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 式中， G—— 軋件重量， G=78 r —— 軋件比重， a％ —— 燒損率，取 a％ =2％， 1h —— 軋制后的高度， 1b —— 軋制后的寬度， ???? (= 85650 ? = 由公式 (得 N =((? × 1300)= 將以上結果代入公式 (，得22 ?????? =r/60 r/ 咬入加速階段所需時間 a (=(30 = 力矩為 j+式中， 推算到電機軸上的總靜力矩 K /i +?2(=+ 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 =m 由公式 (得 m。 (3) 穩(wěn)定軋制階段 穩(wěn)定軋制階段的力矩為 j=m。 并非每道軋制都達到穩(wěn)定軋制轉速，經常情況下幾道次軋件較短，未達到穩(wěn)定轉速時，軋件已經軋完， ，即 0。 軋制時間 t=60L )/(1 =60× ?? ) = wt=?(= 這時取5r/ (4) 帶鋼減速階段 帶鋼減速階段，轉速由時的力矩為 M ?4 ?=m 式中， M ? 制動力矩 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 帶鋼減速階段所需時間為 )( ?? (=（ (5) 制動階段 電機轉速由，電機軸上的力矩為 ?=m 制動階段所需時間為 ? (=20/40 =類方法可以計算出其它道次電機軸上的力矩和時間，見附表。 （ 6）速度圖 n=f(t)和負載圖 M= f(t) 當轉速超過電動機的基本轉速時，此時由于調節(jié)電動機的激磁電流而會使電動機力矩降低，但軋機所要求的力矩并未減少，因而增 大電樞電流才能使電動機力矩與負載力矩平衡，由于電樞電流的增大而使電動機發(fā)熱增高，所以當計算電動機的等值力矩時，電動機力矩在超過基本轉速的情況下并未加大，此時必需考慮到由于電流增加對發(fā)熱的影響，即當wn＞5 r/，負載圖力矩值要進行修正，其修正值為 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 M ?2d= ?(=5 =m )( ??? (=(30 =s M ??3?(=5 =m M ??4?(=5 =m )( ??? (=(3540 =??? (=它道次結果見附表。 機容量的校核 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 按過載驗算電動機，則 M /式中， K—— 電動機的過載系數，直流電機 K=3， 電機負載圖的最大力矩， m。 550(=9550× 5000/35 =m 由公式 (得 M /=m＜ m，所以電機的過載校核通過。 經過載驗算的合適的電機還需進行發(fā)熱驗算，依據電機負載圖求出等值力矩， M ?? /2( = 2222 ???????? =m 所以電機的發(fā)熱校核通過。 其它道次用類似方法計算，經計算均通過發(fā)熱校核。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 下螺絲和螺母尺寸的確定 壓下螺絲直徑由最大軋制力決定，選壓下螺絲外徑 d 為 500徑 450徑 414距 t 為 68 壓下螺母的主要尺寸是它的外徑 D 和高度 H， H=()d=600~1000H=780=(.8)d=750~900 D=850 下系統(tǒng)的選擇 300 初軋機的工藝特點 1300 初軋機的工藝特點是： (1) 工作時，要求上軋輥快速、大行程、頻繁地調整； (2) 軋輥調整時不帶軋制負荷，即不“帶鋼”壓下。 下系統(tǒng)的選擇 為了適應以上工藝特點，對壓下裝置要求是： (1) 采用慣性小的傳動系統(tǒng)，以便頻繁地啟動、制動； (2) 有較高的傳動效率和工作可靠性； (3) 必需有克服壓下螺絲阻塞事故（“坐輥”或卡鋼）的措施。 由于以上原因選擇雙電機快速壓下裝置。 下裝置示意圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 齒輪箱 13. 壓下指示調零用電動機 圖 下指示系統(tǒng)圖 動壓下螺絲的力矩 轉動壓下螺絲所需的靜力矩也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋之間的摩擦力矩，其計算公式是： 21211 )t a n( ???? ?? (式中， 2d —— 螺紋中徑， ? —— 螺紋上的摩擦角，即 ? =? , 2? 為螺紋接觸面的摩擦系數，取 2? = ? =5° 40′， ? —— 螺紋升角，壓下時用正號提升時用負號， ? =t/ (? d)=68/(? ? 500)= 1P —— 作用在一個壓下螺絲上的力， 1P =(=420000=84000N,G 為被平衡部件 (包括軋輥組件及壓下螺絲 )的總重量， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 1M —— 止推 軸承的阻力矩， 1M =1/3 2423443311 /()( ?? ） (=1/3? 84000(700 )80700/()80 2233 ?? = 中， 1? —— 止推軸頸的摩擦系數，取 1? = 3d—— 壓下螺絲止推軸頸直徑，3d=7004d —— 球面銅墊凹槽直徑， 4d =802M —— 螺紋摩擦阻力矩。 由公式（ 得 M=4000? 450/2? +) = 初選 壓下電機， N=250n=500/1200 r/? = 0v/t=60? 142/68=r/ (N=M 9550 ?i ) (式中， i —— 傳動系統(tǒng)的總速比， i = ? —— 傳動系統(tǒng)總的機械效率， ? = 由公式（ 得 N= 9550? = 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 所以選用 電機合適。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文 檔后加 費領取圖紙 4 平衡力的計算 衡方法的確定 上軋輥采用液壓平衡，由平衡缸、平衡拉桿、平衡臂與橫梁組成。 圖 輥平衡簡圖 衡力的計算 ))/( 22??（ 式中， D—— 軋輥直徑， D=— 飛輪力矩， 187500 m? , — 工作輥角加速度，tn =20 r/s, ? —— 工作輥與支撐輥間滑動摩