線材510粗軋機設計【說明書+CAD】
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IV 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 頁 線材510粗軋機設計 摘要 線材廣泛應用于各種基礎設施建設、建筑工程建設和金屬制品行業(yè),在我國的國民經(jīng)濟部門中占有重要地位 。這些年來,我國對線材性能和表面質(zhì)量的要求越來越高,對線材的檢查也越來越嚴格,只有符合標準的才可以出廠。所以,對線材的苛刻要求也推動了線材軋機的高速發(fā)展。線材軋機是小型軋鋼機械。和其他軋鋼機一樣,主機列包括執(zhí)行機構、傳動機構和原動機三個基本組成部分。這次軋機設計收集整理了國內(nèi)外先進的線材軋機,對設計方案進行了優(yōu)化選擇。第一步,根據(jù)壓下量和軋制速度計算軋制力和力矩,對電動機進行了選擇和校核。第二步,對主要零部件進行了受力分析和強度分析。第三步,對壓下裝置進行了設計。第四步,對潤滑方式進行了選擇和對該軋機進行了經(jīng)濟效益分析評價。關鍵詞:線材軋機;軋制;強度;主傳動;壓下裝置 The design of 510 wire rod mill Abstract Wire is widely used in all kinds of infrastructure construction ,construction engineering construction and metal products industry ,occupies an important place in the national economy departments in our country.Over the years ,our country more and more high to the requirement of performance and surface quality of wire rod ,inspection of wire rod is becoming more and more strict ,only conforming to the factory .So ,strict requirements for wire rod is also to promote the development of wire rod rolling mill of high speed . Wire mill is small steel rolling machinery . Like other rolling mill , the host column including actuators , transmission mechanism and prime mover of three basic parts . The mill design collects and analyses the domestic and foreign advanced wire mill , the design scheme is optimized choice . As s fist step ,quantity according to the calculation of rolling force and rolling speed and torque , motor for the selection and checking . Second ,the main components for the stress analysis and strength analysis . The third step , the design of pressure device . The fourth steep , lubrication method for the selection and the evaluation of economic benefit analysis of the rolling mill.Key words:wire rod rolling;rolling;strength;main transmission ; screw down 目錄1 緒論11.1選材背景及目的11.2國內(nèi)外線材軋機狀況11.2.1國外線材軋機狀況11.2 .2我國線材軋機狀況21.3 設計的內(nèi)容和方法41.4線材生產(chǎn)的工藝流程52 總體方案設計選擇62.1制定合理的設計方案62.2方案的局部改進62.3方案評述63電機的選擇83.1軋制力的計算83.1.1 軋輥主要尺寸的確定83.1.2 選擇孔型83.1.3橢圓圓孔型的優(yōu)點93.1.4軋制參數(shù)93.1.5平均單位壓力的計算93.2軋機主電動機力矩與電動機功率133.2.1軋機主電動機力矩133.2.2 軋輥的驅(qū)動力矩133.2.3初選電機143.2.4 附加摩擦力矩153.3減速器164 主要零件的計算174.1 軋輥校核174.1.1 輥身彎曲校核184.1.2 輥頸強度校核184.1.3 軸頭強度校核194.2 軋輥軸承的校核194.2.1軋輥軸承的選擇194.2.2 軸承壽命計算205壓下裝置的設計225.1電機的選擇225.1.1初選電機225.2 壓下螺絲結構參數(shù)設計225.2.1 壓下螺絲外徑、內(nèi)徑、導程和螺紋升角的設計235.2.2 壓下螺絲的強度校核235.3聯(lián)軸器的選擇與計算235.4齒式聯(lián)軸器的選擇與計算245.5 減速器齒輪的計算245.5.1蝸輪蝸桿的設計246 潤滑方式的選擇296.1 軋輥軸承的潤滑296.2 齒式聯(lián)軸器的潤滑296.3 減速機的潤滑297 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求307.1 試車要求307.2 對控制系統(tǒng)的要求308 經(jīng)濟分析和評價328.1 工業(yè)技術經(jīng)濟指標328.2 技術經(jīng)濟指標的考核328.3 設備的有效度328.4 投資回收期33結 論34致 謝35參考文獻36第 39 頁 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計1 緒論1.1選材背景及目的線材是鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品中的重要產(chǎn)品之一,它廣泛用于各種建筑工程建設、建基礎設施建設和金屬制品行業(yè)。從線材軋機的發(fā)展歷史看來,1960年以前,軋制速度達到40ms后就難以再提高了。但是,人類追求更為高效的生產(chǎn)工藝來提高線材軋制速度和線材成品精度的目標卻一直沒有停止過。在1960年以后,隨著線材軋機技術水平的不斷提高,各個國家相繼研制出不同類型的新式高速無扭精軋機組,線材卷重由原來的幾十公斤增加到兩噸半,軋制終極出口速度由以前的20m/s30m/s提高到了現(xiàn)在的130m/s,成品公差達到011mm。因為線材的表面光潔,頭尾公差值很小,并且采用穿水冷卻和散卷控制冷卻后,金屬相組織更加均勻,所以不必再經(jīng)過熱處理就可拉絲成卷,從而很大程度上降低了成本,受到了大用戶的好評和歡迎。目前具有代表性的精軋機有:內(nèi)傳動45度線材軋機、外嚙合傳動45度精軋機、X型45度集中傳動精軋機、Y型三輥式精軋機、平立輥傳動精軋機、75度15度集中傳動精軋機這六種型式。這些精軋機和以前的老式軋機相比有如下特點:1) 單線連續(xù)軋制,操作方便、安全;2) 軋制速度高,目前可達130m/s;3) 換輥方便;4) 換導衛(wèi)比較方便;5) 作業(yè)率高,成本低;6) 線材公差小,表面光滑;7) 線材內(nèi)在質(zhì)量高;8) 自動化控制水平高。1.2國內(nèi)外線材軋機狀況1.2.1國外線材軋機狀況 目前各國最先進的高速線材軋機是: 1. 摩根無扭高速懸臂式45軋機。此軋機機組解決了軋機振動的問題,用的辦法是取消了接軸式聯(lián)軸器,采用精密螺旋傘齒輪與螺旋齒輪軋輥軸直接嚙合連接,取代了普通精軋機上的萬向接軸。目前這種軋機我國也有幾個工廠進行引進:張家港沙太鋼鐵公司高速線材軋機的引進、湘鋼引進摩根高速線材軋機、昆鋼引進德國SMS公司的高速線材軋機、天津鋼廠引進的美國摩根公司高速等。其特點是: 1)工藝布置優(yōu)化。全線26架軋機呈平立交替軋制布置,軋件在整個軋制過程中無扭轉(zhuǎn); 2)高速軋制。精軋機的軋制速度是120m/s,引進了最新一代超重型V型精軋機,軋機的負荷、剛度、功率都優(yōu)于標準型軋機; 3)產(chǎn)品的高檔化??梢陨a(chǎn)5.5mm-20mm共30個規(guī)格的線材產(chǎn)品; 4)產(chǎn)品盤重大。采用一錠一坯成品每盤單重2.2噸; 5)產(chǎn)品性能優(yōu)質(zhì)化。采用美國摩根公司最新研發(fā)的大風量斯太爾摩控制冷卻設備,成品線材可以直接拉成高強度鋼絲; 6)自動控制系統(tǒng)數(shù)字化。提高了軋制過程的可靠性、易操作性和控制精度。 2.日本東京鋼公司高松廠棒線材生產(chǎn)連續(xù)作業(yè)線(產(chǎn)量90t/h)自1998年以來開始用無頭軋制工藝生產(chǎn)線材。這條生產(chǎn)線包括圓坯連鑄機(產(chǎn)品直徑小于200mm,長度16-24m)、除鱗機、鑄坯自動焊接機、清理毛刺機、感應加熱器及軋鋼機等,圓坯連鑄前一塊尾部與后一塊頭部經(jīng)焊接后直接送軋鋼機無間隙生產(chǎn)棒、線材。其優(yōu)點是: 1)減少短尺產(chǎn)品,減少去頭尾廢鋼,提高成材率; 2)因為采用無間隙生產(chǎn),提高了生產(chǎn)率; 3)盤條卷重不受原料坯重限制; 4)減少了維修成本。1.2 .2我國線材軋機狀況至2007年底,我國已經(jīng)有60個高速線材生產(chǎn)廠共77條生產(chǎn)線在生產(chǎn)線材產(chǎn)品。主要線材生產(chǎn)設備靠引進的有32條;引進的二手設備有17條;我國自己設計制造的生產(chǎn)設備有28條。這77條線材生產(chǎn)線中,20世紀80年代建成的有20條;20世紀90年代建成的有36條;21世紀初建成的有21條。按地區(qū)劃分,華東地區(qū)有28條;華北地區(qū)有19條;中南地區(qū)有13條;東北地區(qū)有8條;西南地區(qū)有8條;西北地區(qū)有3條。按省市劃分,河北省的產(chǎn)量最高,2007年產(chǎn)量約占全國高線產(chǎn)量的22,其次為江蘇省、上海市。沙鋼是我國目前擁有高線生產(chǎn)線最多,產(chǎn)量最高(年260萬t)的生產(chǎn)企業(yè)。1987年,我國高速線材產(chǎn)量打破了零的記錄,產(chǎn)量為36.06萬噸。到2007年我國高線產(chǎn)量約為3 705萬噸,18年間高線產(chǎn)量增長了100多倍。從1997年開始,我國高線產(chǎn)量快速增長,每年平均遞增量超過200萬噸。特別值得一提的是:2002年的產(chǎn)量比2001年增加了725萬噸,最主要原因是2000年至2001年期間,我國共有19條生產(chǎn)線投產(chǎn),使高速線材的產(chǎn)能得以空前地釋放。目前我國高線產(chǎn)品的主要品種有普碳鋼、優(yōu)碳鋼、焊條鋼、焊絲鋼、彈簧鋼、軸承鋼、碳結鋼、不銹鋼、高速工具鋼、冷墩鋼、低合金鋼等產(chǎn)品。馬鋼、酒鋼、寶鋼、武鋼等一些鋼廠還可生產(chǎn)鋼簾線。產(chǎn)品規(guī)格一般為5.512mm的圓鋼或螺紋鋼。寶鋼、武鋼、杭鋼、馬鋼等一些鋼廠可生產(chǎn)5mm20mm的圓鋼,邢鋼還可生產(chǎn)大規(guī)格的盤卷。目前我國生產(chǎn)的高速線材產(chǎn)品大部分為建筑用材,其次為金屬制品焊絲、焊條和各類標準件用鋼。我國77條生產(chǎn)線的平均成材率為96.1,其中唐鋼、酒鋼的成材率高達98.35;平均單線年產(chǎn)量為40萬噸左右。天鋼、湘鋼、宣鋼、酒鋼、昆鋼、沙鋼、萍鋼的單線年產(chǎn)量也已達65萬噸,甚至有的已經(jīng)接近70萬噸。目前,我國正在生產(chǎn)的77條高速線材生產(chǎn)線的設備水平大致可分為四個等級,即具有世界領先水平的生產(chǎn)線,世界二流水平的生產(chǎn)線,一般水平的生產(chǎn)線,較落后水平的生產(chǎn)線。具有世界領先水平的生產(chǎn)線主要以寶鋼、馬鋼、八一、安鋼、酒鋼、杭鋼、青鋼等高速線材生產(chǎn)線為代表,其主要特點是: 1)都是從德國西馬克或意大利達涅利或美國摩根或奧鋼聯(lián)引進的生產(chǎn)線?;蛘咭渣c菜拼盤的方式匯集了1990年以后世界線材生產(chǎn)的最新裝備而建成。大都在20012003年正式投產(chǎn)。2)坯料采用連鑄坯短流程熱裝熱送工藝,熱裝溫度達500750,加熱爐采用蓄熱式燃燒技術。3)軋制的保證速度達110120m/s。 4)采用超重型精軋機組和減定徑機組,實現(xiàn)了完全意義上的精密軋制。5)采用了溫度閉環(huán)控制系統(tǒng),實現(xiàn)了真正意義上的控軋控冷。6)采用了全數(shù)字控制技術和交流變頻調(diào)速技術,并設有在線測徑和在線探傷裝置。 7)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都能得到很好保障,完全具備了生產(chǎn)高品質(zhì)線材產(chǎn)品的條件。 我國的高速線生產(chǎn)雖然取得了較好的成績,但是,仍然存在著一些問題,主要表現(xiàn)為: 1)普碳鋼線材品種中Q215和Q235比重較大,優(yōu)質(zhì)鋼線材中合金鋼線材的比例偏低。 2)部分產(chǎn)品的質(zhì)量存有較大問題,例如:鋼的純凈度不高,線材通條性能不穩(wěn)定,含碳量的偏差較大。 3)雖然我國已經(jīng)有多條世界一流的線材生產(chǎn)線,但生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量還達不到世界一流水平。例如:鋼簾線,雖然寶鋼、武鋼等鋼廠已經(jīng)能夠生產(chǎn),但產(chǎn)量偏低且供應不足,尤其是產(chǎn)品的質(zhì)量還不能令客戶十分的滿意,不能完全替代進口的鋼簾線。冷墩鋼的沖廢率還較高,高強度低松弛的繩索用鋼產(chǎn)量也遠遠不能滿足市場的需求。 4)一些高品質(zhì)的合金鋼線材,純凈鋼線材,易切鋼線材如合金彈簧鋼、不銹鋼等還存在著品種和質(zhì)量方面的很多問題,每年仍需大量進口。 5)我國高線的日歷作業(yè)率和機時產(chǎn)量與先進國家的生產(chǎn)線相比,存在著很大的差距,造成日歷作業(yè)率和機時產(chǎn)量低的原因除坯料供應不足外,還有是生產(chǎn)準備和更換尺寸所用的工時較長,設備備件壽命低且儲備不足,設備維護監(jiān)測手段不夠完善,從而造成故障停機和檢修工時長。 6)生產(chǎn)中熱裝率、燃耗、電耗等方面與先進國家的線材生產(chǎn)線相比也存在著一定的差距。 1.3 設計的內(nèi)容和方法 首先,制定合理的設計方案,方案的局部改進和方案評述。然后,選擇電機容量、主要零部件的強度校核和選擇潤滑方法,最后進行試車、編輯控制要求、設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟評價。1.4線材生產(chǎn)的工藝流程上料臺架卸料入庫鋼坯 步進式加熱爐加熱裝爐目視檢查中軋機組軋制粗軋機組軋制7#飛剪切頭4#水箱水冷15#飛剪切頭預精軋夾送、吐絲成圈精軋1#、2#、3#水冷箱鉤式機運輸掛卷風冷稱重掛標牌修剪取樣打捆 發(fā)貨入庫卸卷2 總體方案設計選擇2.1制定合理的設計方案 1-電動機;2-減速機;3-齒輪箱;4-軋輥 近年來,隨著線材軋機的不斷發(fā)展,對線材性能及表面質(zhì)量要求也越來越高。對線材產(chǎn)品的化學成分、機械性能、晶粒組織及晶粒粒度都要做全面檢驗,符合標準才能出廠,這樣就需要合適的線材軋機。此次設計方案選擇線材510粗軋機組它可以滿足生產(chǎn)品種和規(guī)格的要求,提供的原料允許發(fā)揮成品車間的生產(chǎn)能力,保證坯料的內(nèi)部組織和表面質(zhì)量。從而保證成品車間成材率和生產(chǎn)率的不斷提高。2.2方案的局部改進 此次指定的設計方案軋機改為連續(xù)式布置,七架軋機單獨驅(qū)動。主電機改為三相異步電動機。壓下部分電機選用直流電動機,減速級采用蝸輪蝸桿減速,連接軸采用LZ型齒輪聯(lián)軸器。2.3方案評述 線材510軋機水平兩輥閉式線材軋機采用連續(xù)式布置,七架軋機分別單獨驅(qū)動。主電機選擇三相異步電動機,經(jīng)過聯(lián)合減速器帶動軋輥轉(zhuǎn)動。壓下裝置減速級采用蝸輪蝸桿,其優(yōu)點是使用壽命長,減速的范圍大。連接軸有有很多種,如梅花接軸、滑塊萬向接軸、十字頭萬向接軸、LZ型齒輪聯(lián)軸器。LZ型齒輪聯(lián)軸器用于聯(lián)接蝸桿與減速器的低速軸,這種起重配件聯(lián)軸器能傳遞的扭矩最大,并允許有較大的偏移量,安裝精度要求不高,因此采用LZ型齒輪聯(lián)軸器。直流電機與聯(lián)合減速器之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器,因為彈性柱銷聯(lián)軸器是利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸相對位置,因此可動元件之間所需要的間隙小。軋輥軸承是用來支撐轉(zhuǎn)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(shù),足夠的強度和剛度,并便于換輥。軋輥軸承的主要類型有帶層壓膠布軸襯的滑動軸承、油膜軸承、滾動軸承。油膜軸承雖然摩擦系數(shù)低、使用壽命長,但油膜軸承的制造精度和成本高,安裝精度要求較嚴,使用維護也復雜,特別是高速重載、頻繁起止制動和可逆運轉(zhuǎn)的情況下,不易形成膜。在本次設計中軋輥軸承采用軋機用四列滾子軸承。軋輥平衡裝置采用液壓平衡裝置。液壓平衡裝置結構緊湊,與其他平衡方式比較,使用方便,易于操作,能改變油缸壓力,而且可以使上輥不受壓下螺絲的約束而上下移動。所以有利于換輥操作。3電機的選擇3.1軋制力的計算3.1.1 軋輥主要尺寸的確定 因為510軋機的名義直徑為D=510mm,根據(jù)參考文獻1,79知 L/D=(1.52.5) (3.1)式中 L-軋輥輥身長度(mm); D-軋輥直徑(mm); 因此,L=(1.52.5)D=(1.52.5)510=7651275mm 根據(jù)參考文獻1,81知 d/D=(0.530.55) (3.2)式中 d-輥頸直徑(mm); D-軋輥直徑(mm); 因此,d=(0.530.55)D=(0.530.55)510=270.3280.5mm 根據(jù)參考文獻1,81知 l/d=1+(2030mm) (3.3)式中 l-輥頸長度(mm); d-輥頸直徑(mm); 因此,l=d+(2030mm)=280+(2030)=300310mm 實際上我們選用L=800mm,d=270mm,l=300mm,這樣就可以完全滿足要求了。3.1.2 選擇孔型 軋制線材用的孔型按用途分為延伸孔型和精軋孔型。延伸孔型的作用是壓縮軋件斷面為成型孔提供紅坯。精軋孔型的作用是使軋件最終形成所需的成品斷面形狀和尺寸。軋制線材常用的孔型按形狀分有箱型孔型系統(tǒng)、菱方孔型系統(tǒng)、菱菱孔型系統(tǒng)、六角孔型系統(tǒng)、橢圓方孔型系統(tǒng)、橢圓立橢圓孔型系統(tǒng)、橢圓圓孔型系統(tǒng)等。這里選擇橢圓圓孔型系統(tǒng)。為了保證粗軋機組軋制出斷面尺寸準確的軋件,最后一道次采用圓孔型。3.1.3橢圓圓孔型的優(yōu)點 1)方坯變形較為均勻,軋制前后軋件的斷面形狀變化緩和,可防止局部應力的產(chǎn)生。 2)軋件斷面各處冷卻均勻,且易于脫除軋件表面上的鐵皮。 3)在一些情況下,可以用延伸孔型軋出成品圓鋼,所以可減少軋輥數(shù)量和換輥次數(shù)。 4)橢圓軋件在圓孔型中不易穩(wěn)定,要求圓孔型入口夾板調(diào)整準確延伸系數(shù)較少。3.1.4軋制參數(shù) 因為軋制不同的軋件軋制參數(shù)不同,所以現(xiàn)在列舉一下軋制8.0mm時的參數(shù)表3.1 主要軋件參數(shù)規(guī)格表架次孔型孔型高度mm孔型寬度mm輥縫mm軋件高度mm軋件寬度mm軋件面積mm4#橢圓831831683160.011316.85#圓102109.7141021028508.96#橢圓631301063120.06256.57#圓76.28112.877.777.74739.83.1.5平均單位壓力的計算 因為該軋機的工作溫度是1140,又因為線材軋機的軋制力計算適用艾克隆德公式,所以采用艾克隆德公式。 艾克隆德提出了下列公式計算扎制時的平均單位壓力 (3.4)式中 m-考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù); k-軋制材料在靜壓縮時變形阻力,MPa; -軋件粘性系數(shù),kgs/mm -變形速度,s。 艾克隆德根據(jù)研究,提出了k、的計算公式。 他給出了下列計算系數(shù)m (3.5)式中 -摩擦系數(shù) -軋制前后軋件的高度,mm; R-軋輥半徑,mm。 其中=0.8(1.05-0.0005t)=0.384 (3.6) = =0.28 利用L、甫培熱軋方坯的實驗數(shù)據(jù),得到k(MPa)的計算公式 (3.7)式中 t-軋制溫度,; -碳的質(zhì)量分數(shù),%; -錳的質(zhì)量分數(shù),5; -鉻的質(zhì)量分數(shù),%; 所以,在t=1140, 由文獻2,18-35查出:=0.2%,=0.25%,=0. =(14-0.011140)1.4+0.2+0.25+09.8 =47.138MPa 軋件粘度系數(shù)按下式計算 (3.8)式中:c-考慮軋制速度對的影響系數(shù),其值如下:軋制速度v/(ms-)661010151520系數(shù)c1.00.800.650.60 所以 =0.01(14-0.011140)1=0.026kgs/mm 艾克隆德用下式計算變形速度 (3.9) 式中 v-軋制速度,mm/s; -軋制前、后軋件的高度,mm; R-軋輥半徑,mm。 =140-95=45mm 所以=0.2(1/s) 所以平均軋制力 =(1+0.28)(47.138+0.0260.2)=60.34MPa3.1.6計算軋制力 根據(jù)參考文獻1,56 扎件對軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積F之乘積, 即 (3.10) 式中 P-扎件對軋輥的總壓力,N; -軋制平均單位壓力,N; F-軋件和軋輥接觸面積,mm 接觸面積F的一般形式為 (3.11) 式中 -軋制前、后軋件的寬度; L-接觸弧長度的水平投影。 因為扎制時是由橢圓變成圓形的,所以平均壓下量 (3.12) =0.85140-0.7995 =43.95mm 根據(jù)參考文獻1,56知 =105.86mm (3.13) 所以 =9262.75mm 所以本次的總軋制力 =60.349262.75=558914.33N=558.91KN3.2軋機主電動機力矩與電動機功率3.2.1軋機主電動機力矩 主電動機軸上的力矩由四部分組成,即 (3.14) 式中 -主電動機力矩; -軋輥上的軋制力矩; -附加摩擦力矩; -空轉(zhuǎn)力矩; -動力矩; i-電動機和軋輥之間的傳動比。3.2.2 軋輥的驅(qū)動力矩 (3.15) (3.16)式中 P-軋制力; a-軋制力臂,即合力作用線距兩個軋輥中心連線的垂直距離; -軋輥軸承處摩擦圓半徑; D-軋輥直徑; d-軋輥軸頸直徑; -合力作用點的角度; -軋輥軸承摩擦系數(shù):取=0.02. 兩個軋輥總驅(qū)動力矩為 (3.17) 由參考文獻1,65知的計算方法 熱軋時 (3.18) 式中 -咬入角,其計算公式為 (3.19) 代入數(shù)據(jù) =24.25 =0.5=0.524.25=12.125 所以 =558.91(510sin12.125+0.02270) =62890.25Nm3.2.3初選電機 因為v=0.9m/s 所以 r/min (3.20) 式中 v-軋制速度,m/s D-工作輥直徑,mm。 根據(jù)過載條件確定電機功率,由參考文獻1,73 (3.21) 式中 N-電機功率,KW; -最大力矩,Nm; -軋輥轉(zhuǎn)速,r/min; K-電機過載系數(shù),因為選擇不可逆電機,所以選擇K=2; -傳動效率,=0.8。 所以=139.53KW 考慮到一些因素,所以選擇電機為三相異步電動機 型號為:Y315L2-4型。 電機參數(shù)如下: 額定功率: 額定轉(zhuǎn)速: (3.22) 電動機與軋輥之間的傳動比i: (3.23)3.2.4 附加摩擦力矩 附加摩擦力矩包括兩部分,一是軋輥總壓力在軋輥軸承處產(chǎn)生的附加摩擦力矩,二是各傳動零件推算到主電機軸上的附加摩擦力矩。 (3.24)式中 -主電機到軋輥間的傳動效率,單級齒輪傳動=0.960.98,這里取0.98.= 主電機軸上的總的附加摩擦力矩為: (3.25) 空轉(zhuǎn)力矩是由各傳動件的重量產(chǎn)生的摩擦力矩及其他阻力矩, (3.26) 因為軋件長度很長,所以動力矩很小,因此動力矩忽略不計。 因此主電機力矩: (3.27) = = 所以,過載系數(shù)為: (3.28) =K=2 所以選擇的電機符合過載要求。3.3減速器 最常見的減速器是二級或三級圓柱減速器,由于減速器不用設計,可以直接采用成品裝配,所以減速器選用ZSY-400-5-型。公稱傳動比i輸入轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)速r/min低速級中心距mm公稱輸入功率Kw50150030355 195 4 主要零件的計算4.1 軋輥校核 軋輥的損毀取決于各種應力(其中包括彎曲應力、扭轉(zhuǎn)應力、接觸應力,由于溫度分度不均勻或者交替變化引起的溫度應力以及軋輥制動過程中形成的殘余應力等)的綜合影響。由于線材軋機的軋輥輥身上布置有許多孔型和軋槽。因此,軋輥的軋制力可看成集中力。因為軋件在不同軋槽中軋制時,外力的作用點總是變動的。所以要分別判斷不同軋槽過鋼時軋輥各斷面的應力,進行比較,找出危險斷面。本次設計的軋輥輥身中間位置只有一個軋槽,所以危險面應該為中間斷面。 圖4.1 軋輥受力分析 將軋輥簡化成兩端支撐的簡支梁,所以, P=558.91KN 根據(jù)圖4.1得到: +=P (4.1) = (4.2)式中 、-壓下螺絲對軋輥的力,KN; 、-危險斷面到壓下螺絲的距離,mm,=600 mm,=600 mm。 由公式 (4.1)與 (4.2)得出 = 279.455KN =279.455KN對軋輥校核時,對輥身進行彎曲校核,對輥頸進行彎扭合成校核,對軸頭進行扭轉(zhuǎn)校核。4.1.1 輥身彎曲校核 根據(jù)參考文獻4,128計算危險斷面處的應力: (4.3)式中 -輥身危險斷面處的彎矩,Nm; D-軋輥斷面處的直徑,mm。 根據(jù)參考文獻4,128 Nm (4.4) 式中 - 輥身危險斷面處的彎矩,Nm; a-壓下螺絲的中心距,mm; x-為線段面到壓下螺絲的距離,mm。 因此,公式(4.3) = 因為軋輥是鑄鐵軋輥,根據(jù)文獻參考1,87得 =350400MPa??紤]到疲勞因素的影響,因此軋輥的安全系數(shù)一般取5,則: 因為,所以輥身強度合格。4.1.2 輥頸強度校核根據(jù)參考文獻4,128輥頸危險斷面上的彎曲應力為: = (4.6) 式中 C-壓下螺絲中心線到輥身邊緣的距離,近似取為輥頸長度的一半,mm; d-輥頸直徑,mm。 根據(jù)參考文獻4,129輥頸危險斷面上的扭轉(zhuǎn)應力為 (4.7)式中 -軸頸危險斷面的扭矩,Nm; d-輥頸直徑,mm。 輥頸強度按照彎扭合成計算。對于球墨鑄鐵軋輥,按莫爾理論計算,根據(jù)參考文獻1,87得: = =25.09MPa (4.8) 因為,所以輥頸強度合格。4.1.3 軸頭強度校核 對于軸頭只校核扭轉(zhuǎn)應力,因此: (4.9) 根據(jù)參考文獻2,18-25: =0.7= (4.10) 因為,所以軸頭強度合格。4.2 軋輥軸承的校核4.2.1軋輥軸承的選擇 軋輥軸承是軋鋼工作機座中的重要部件。軋輥軸承的作用是用來支撐轉(zhuǎn)動的軋輥,并保持軋輥在機架中的位置。 軋輥軸承的工作特點:工作負荷大;轉(zhuǎn)動速度差別大;工作環(huán)境惡劣。 軋輥軸承應具有較小的摩擦系數(shù),足夠的強度和剛度,并且方便更換軋輥。軸承所承受力的大小,方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷大小選擇軸承時,由于滾子軸承中主要是線接觸,宜用與承受較大的載荷,承載后的變形也?。欢蜉S承則主要是線接觸,適宜用于承受較輕的或中等的載荷。考慮到粗軋機的工作特點,選擇滾子軸承。 根據(jù)軋輥尺寸和軋機的工作特點選擇軸承型號,初選軸承型號為FC5476230.根據(jù)參考文獻5,20-179得到它的參數(shù)見表4.1 表4.1 FC5476230軸承的基本參數(shù)軸承型號 主要尺寸/mm 基本額定載荷/KNd DB動載荷靜載荷FC5476230270380230298214047504.2.2 軸承壽命計算 軋輥軸承主要計算的是軸承的壽命。動載荷和軸承壽命之間的關系,根據(jù)參考文獻6,320得到: (4.11)式中 -以小時表示的軸承基本額定壽命,h; n-軸承的轉(zhuǎn)速,r/min,n=30r/min; -溫度系數(shù),取0.9; -額定動載荷,N; -壽命指數(shù),因為是滾子軸承,所以=10/3; P-動載荷,N。 因為軋機采用四列圓柱滾子軸承,所以,取軸向載荷為零,當量動載荷P為: (4.12) 式中 -載荷系數(shù),由于軋機在工作中受到許多因素的影響,軸承實際載荷要比計算載荷大,所以,取=3.0; -軸承徑向負荷,=279455N。 =3279455=838365N 將數(shù)據(jù)代入 (4.11)得 = 軸承壽命按=60000h計算,因為,所以,軸承滿足壽命要求。5壓下裝置的設計 一般線材軋機的壓下裝置裝置包括聯(lián)軸器、減速器等。5.1電機的選擇5.1.1初選電機 因為v=0.1mm/s,壓下力矩63000Nm所以r/min (5.1) 式中 v-軋制速度,m/min D-壓下軸直徑,mm。根據(jù)過載條件確定電機功率,由參考文獻1,73 (5.2) 式中 N-電機功率,KW; -最大力矩,Nm; -壓下軸轉(zhuǎn)速,r/min; K-電機過載系數(shù),因為選擇不可逆電機,所以選擇K=2; -傳動效率,=0.8。 所以=6.18KW 考慮到一些因素,所以選擇電機為Z4-132-2型 電機參數(shù)如下: 額定功率: 額定轉(zhuǎn)速: (5.3)5.2 壓下螺絲結構參數(shù)設計 5.2.1 壓下螺絲外徑、內(nèi)徑、導程和螺紋升角的設計 本機構采用30單頭鋸齒形螺紋,根據(jù)公式得: (5.4) 取壓下螺絲螺紋外徑=150mm 根據(jù)自鎖條件要求螺紋升角0.39 螺紋導程 (5.5) 取 t=3mm 壓下螺紋內(nèi)徑 (5.6)5.2.2 壓下螺絲的強度校核 (5.7) 選擇壓下螺絲材料為45鋼調(diào)制處理 取安全系數(shù)n=6 則許用應力 (5.8) (5.9) 式中 -壓下螺絲實際計算壓力,MPa; -壓下螺絲所承受的軋制力,MN。5.3聯(lián)軸器的選擇與計算 此次設計所選用的是彈性柱銷聯(lián)軸器。工作時轉(zhuǎn)矩是通過主動軸上的鍵、半聯(lián)軸器、彈性柱銷、另一半聯(lián)軸器及鍵傳到從動軸上去的。它具有傳遞扭矩大,結構簡單,安裝、制造方便,耐久性好、允許被連接軸有一定的軸向位移以及鏡像唯一和角速度。聯(lián)軸器選用的型號是LZ10如果滿足 (5.10) 式中 T-聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩,Nm; K-工作情況系數(shù),取K=3.1; P-電機功率,KW。 -公稱轉(zhuǎn)矩,Nm ,=35500Nm = Nm 因為T,所以滿足強度要求。5.4齒式聯(lián)軸器的選擇與計算考慮到聯(lián)軸器傳遞的大扭矩,較大的偏移量和安裝要求。選擇LZ型齒輪聯(lián)軸器,選擇的聯(lián)軸器型號為:LZ14根據(jù)參考文獻5,6-44齒式聯(lián)軸器的強度校核: 如果滿足 (5.11)式中 T-聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,Nm; K-工作情況系數(shù),取K=3.1 -驅(qū)動力矩,=4000.990.94=372.24KW; n-工作轉(zhuǎn)速,r/min。n=905r/min. =103.81KNm 因為T ,所以滿足強度要求。5.5 減速器齒輪的計算5.5.1蝸輪蝸桿的設計 1.選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦,采用阿基米德螺線蝸桿。傳動比i=25。要求壽命為24000h。 2.選擇材料 考慮蝸桿傳動功率不大,速度中等,故蝸桿用35CrMo鋼;蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為4555HRC。蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模鑄造。 3.按齒面疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則,先按齒面接觸疲勞強度進行設計,再校核齒根彎曲疲勞強度。其公式為: (5.12) (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 按=2,估取效率=0.8,則 =2110500Nmm (5.13) (2)確定載荷系數(shù)K 應為工作載荷較穩(wěn)定,所以取=1;使用系數(shù)=1.15;動載系數(shù)=1.05;所以 (5.14) (3) 確定彈性影響系數(shù)。 (4) 確定蝸輪齒數(shù) (5.15) (5)確定許用接觸應力 根據(jù)蝸輪材料為ZCuSn10P1,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度45HRC 可從參考文獻6,253表11-7中查的蝸輪的基本許用應力 =268MPa。 應力循環(huán)次數(shù) (5.16) 主要壽命 (5.17) 則=0.80268=214.4MPa (5.18) (6) 計算值 mm=5118.72mm 因為,所以從參考文獻6,245表11-2中取模數(shù)m=10mm;蝸桿分度圓直徑。 4.蝸輪與蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 (1)中心距 (5.19) (2)蝸桿 軸向齒距: ; 直徑系數(shù): ; 齒頂圓直徑: ; 齒根圓直徑: ; 分度圓導程角: =92744; 蝸桿軸向齒厚: 。 (3)蝸輪 蝸輪分度圓直徑: ; 蝸輪喉圓直徑: ; 蝸輪齒根圓直徑: ; 蝸輪咽喉母圓半徑: 。 5 校核齒根彎曲疲勞強度 (5.20) 當量齒數(shù): (5.21) 根據(jù)當量齒數(shù)從參考文獻6,253中查的齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) (5.22) 許用彎曲應力 (5.23) 從參考文獻6,253中查的ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力。 壽命系數(shù) (5.24) =17.8MPa 所以,彎曲強度滿足要求。 6 驗算效率 (5.25) 已知 =9.46; ; m/s (5.26) 從參考文獻6,261中用插值法查的、;代入式(5.16)中得=0.84,大于原估計值,因此不用重算。 7 精度等級公差的確定 考慮所設計的蝸桿傳動是動力傳動,從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度,側隙種類為f,標注為8f GB/T 10089-1988。 8 主要設計結論 模數(shù)m=10mm,蝸桿直徑,蝸桿頭數(shù),蝸輪齒數(shù)。蝸桿材料用35CrMo鋼,齒面淬火;蝸輪材料用ZCuSn10P1,金屬模鑄造。6 潤滑方式的選擇 為了保證線材軋機的正常運轉(zhuǎn),除了各項的維護、保養(yǎng)外,還必須保證各零件摩擦部分有可靠的潤滑。軋鋼機械潤滑的特點: 1.設備工作時受到高溫、氧化鐵皮的影響,負荷沉重,設備是長時間的連續(xù)運轉(zhuǎn); 2.設備潤滑區(qū)域廣、面積大、潤滑點多、管路長。6.1 軋輥軸承的潤滑對于軋輥軸承,使用脂潤滑。使用脂潤滑不僅便宜而且還方便。它的密封簡單、不必經(jīng)常換潤滑脂,而且潤滑脂幾乎不受溫度影響,對載荷性質(zhì)、運動速度變化也有很大的適應范圍,所以工作輥軸承采用脂潤滑。根據(jù)實際工作情況采用2#工業(yè)鋰基質(zhì)潤滑脂。6.2 齒式聯(lián)軸器的潤滑 齒式聯(lián)軸器一般采用0#或1#潤滑脂潤滑,換脂周期為6-12個月,要求潤滑劑粘著性好,對密封要求不嚴。6.3 減速機的潤滑影響減速器的使用壽命,除了設計、制造、安裝、造型等因素外,選用合適的潤滑劑也是一個重要因素,即將齒輪和其他零件浸于減速機的油池內(nèi),當齒輪轉(zhuǎn)動時,將潤滑油帶到嚙合處,同時也將潤Published by Maney Publishing (c) IOM Communications Ltd Published by Maney Publishing (c) IOM Communications Ltd Published by Maney Publishing (c) IOM Communications Ltd Published by Maney Publishing (c) IOM Communications Ltd Published by Maney Publishing (c) IOM Communications Ltd 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計外文翻譯 第10頁 中厚板軋機的自動化 1978年配置新的主傳動裝置的一新的寬厚板軋機杜伊斯堡進入運行。這個新的寬厚板軋機重360噸、支承輥直徑為2100毫米,寬度只有3.7米,這個新的寬厚板軋機極為堅固,而且也是歐洲第一個配備液壓厚度控制和過程計算機控制的厚板軋機。然而,隨著激光焊接技術在板材加工上的應用和使用移動式起重機建設增加負載能力,已導致軋機的標準越來越高,來要求厚板產(chǎn)品的平整度和厚度公差。因此,需要裝配新的液壓工作輥彎曲設備,密集的冷卻系統(tǒng),并不斷調(diào)整和優(yōu)化計算機模型,通過這些不斷改進才能得以達到上述要求。不過,限制了原來的電腦系統(tǒng),最終成為一個將來發(fā)展的障礙。 從1999年開始進行了廣泛的現(xiàn)代化計劃,其中包括新的控制系統(tǒng)、加熱爐、現(xiàn)代化的液壓系統(tǒng)等,被稱為現(xiàn)代化軋鋼過程計算機化。這包括基礎自動化(一級),即輥式搖床和側面導板、機電液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主傳動裝置、工作輥撓度,中間冷卻、密集的冷卻系統(tǒng)組成的最終冷卻為,以及完整的第二級物料跟蹤系統(tǒng),能量和過程的數(shù)據(jù)處理,第3級為儀表,爐模型和預測模型及穩(wěn)定的軋制過程。 為了能夠盡可能平穩(wěn)過渡到新的電腦系統(tǒng), 一個復雜的轉(zhuǎn)接系統(tǒng)安裝后, 應該在不到兩分鐘時間內(nèi)就將舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到新的電腦系統(tǒng),但這涉及平行安裝兩個獨立控制服務臺進行暫時控制。 工業(yè)解決方案和服務的現(xiàn)代化開始在2002年8月規(guī)劃。但一項重大挑戰(zhàn)是,實現(xiàn)現(xiàn)代化意味著幾個自動化系統(tǒng)應具有綜合的控制中心,而且新的自動化技術的控制系統(tǒng)設計用于快速控制回路。,并且所有設備都要專為軋機環(huán)境而設計。EGC軟件包用于機電間隙控制,電動機械的轉(zhuǎn)動可以被單獨進行位置控制或同步運動關閉離合器。為了提高實際位置采用螺桿式驅(qū)動器,新的位置傳感器已經(jīng)安裝,連接到自動化系統(tǒng)并通過系統(tǒng)總線壓。厚度自動控制( AGC ) ,利用超級AGC系統(tǒng)實行前饋補償,使計算好的厚度誤差在鑒定前通過檢測。軋機張力標定可由操作員通過新的HMI系統(tǒng)和在半自動模式下的運行,讓運動發(fā)起的操作機構和部位增損的價值轉(zhuǎn)移到優(yōu)化過程系統(tǒng),如軋機剛度計算。事實上,由于不同負荷條件下,壓力分布在軋制時受到軋件材料的寬度的影響,因此顯示如圖1,壓力分布應該根據(jù)拉伸曲線作相應的調(diào)整。如圖1 .軋輥撓度的繪制曲線Trushape軋制是去年通過的規(guī)模和廣泛的變厚度剖面應用于材料壁板序列。厚度曲線的計算方法是,通過優(yōu)化系統(tǒng)的進程,并轉(zhuǎn)交控制系統(tǒng)作為一個多曲面。實際長度通過導向裝置來調(diào)節(jié),并且理論和實際計算長度之間的偏差,要使其適應厚度曲線。每個支點的多邊形曲線,用來驗證一套數(shù)據(jù)屬于合格數(shù)據(jù)的合理性。通過向板的位置,額外的厚度值被送到軋機機座上的AGC控制,但其中需要途經(jīng)一個快速模擬信號 。 設置點的工作輥彎輥系統(tǒng)和穩(wěn)定的的軋制力波動,是根據(jù)過程計算機,并轉(zhuǎn)交到了基礎自動化系統(tǒng)計算出參考值。對于所有四個彎曲缸這些參考值將傳送給工作輥彎輥控制系統(tǒng)。液動的側面導板,在前面和后面的機座,已分別配備新的位置傳感器相連,新的自動化系統(tǒng)通過PROFIBUS DP。但在薄板軋制中,尤其重要的是要設計出一種優(yōu)化軋制和扭轉(zhuǎn)序列以免浪費時間和試件的溫度,并促進重復性生產(chǎn)。試件的中心設定被自動的設定為軋制序列的一部分,因此兩邊導向杠桿,是為了控制和監(jiān)督對稱運動。 為Trushape軋制和正常運轉(zhuǎn)的超級AGC,準確的材料跟蹤是必需的。幾個傳感器用于同步計算材料的位置。為長度計算,新的增量編碼器的主要驅(qū)動器已安裝完畢。 在熱軋制道次之間等待間隔是必要的,在某些情況下為使第二個或第三塊被同時地軋制,自動化系統(tǒng)可以跟蹤不同的插入位置。這些控制自動化系統(tǒng),用來協(xié)調(diào)軋制順序,確定哪些材料必須遷離或延遲軋制,并決定哪種材料將繼續(xù)在軋機上被軋制。由于中間介質(zhì)和終軋溫度在技術要求上非常重要,因此需要協(xié)調(diào)軋制制度,使其達到最佳化。為減少間隔時間,在熱軋軋制時,中間冷卻區(qū)和快速冷卻區(qū)應該設置妥當。根據(jù)這個溫度要求,就必須把冷卻水用到板材上。將計算出的必要參數(shù)的2級系統(tǒng),轉(zhuǎn)交到過程自動化系統(tǒng)。許多不同的冷卻時刻表必須予以考慮各種材料的收縮范圍和制品的工藝流程。現(xiàn)有儀器可測量中心線厚度和溫度變化圖,交叉寬度已經(jīng)完全集成在新的自動化系統(tǒng)。兩種模式的裝置操作是可以適用的。在人工模式下的所有動作和速度,是指由操作者決定; 此模式也用于換輥,校準和維修。正規(guī)的運作模式,是指在自動模式下完成軋制順序和跟蹤的自動控制。唯一的人工干預需要的是倒置試件,因為缺乏幾何位置監(jiān)測設備因此這是必要的。為了允許并聯(lián)運行設備,在轉(zhuǎn)換期間,一種新型主操作臺的軋機被預先安裝在一提升控制臺后面,經(jīng)過熱試驗,舊工作臺被拆除,而新的操作臺轉(zhuǎn)到終點位置??刂葡到y(tǒng)的溝通需要利用光纖電纜外面的電器室建立一個新的廠內(nèi)網(wǎng)絡。該可視化系統(tǒng)的程序已被重新設計,而余下的自動化系統(tǒng)為了操作者的方便已被納入。強大的快速巡檢功能PDA系統(tǒng)已安裝,連接通過光導纖維的控制系統(tǒng)特性自動巡檢程序已經(jīng)實施,并通過校正和評價非標準事件。新的第2級過程優(yōu)化系統(tǒng)包括材料跟蹤,第3級接口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的能量生產(chǎn)報告中,接口的加熱爐和加速冷卻過程模型以及過程模型軋機功能說明如下。奧鋼聯(lián)(VAI.)鋼板生產(chǎn)和工藝技術訣竅結合了奧鋼聯(lián)鋼板廣泛的生產(chǎn)和加工的知識和經(jīng)驗。 奧鋼聯(lián),其中包括自1974年一直從事中厚板軋機生產(chǎn)的前克萊西姆公司和戴維。在現(xiàn)行制度下,林茨獨立研制的奧鋼聯(lián)于1999年啟動。總之,在鋼板世界各地的生產(chǎn)者中,奧鋼聯(lián)生產(chǎn)占了了近40個裝置。 VAI鋼板生產(chǎn)是一個實時的數(shù)學模型,目的是為了設計優(yōu)化軋制過程中的可逆軋機。其主要職責是確定最優(yōu)軋制的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,考慮到軋機的物理限制和軋制工藝,并計算每個軋制道次的予設定程序 (輥縫,力量,速度,彎曲等) 。 計算板型設計要求有初步的產(chǎn)品特性(大小,溫度和材料特性) ,最終性能和設備參數(shù)尺寸。基本物理模型是用來在軋制過程中,預測產(chǎn)品和軋機的品質(zhì)。一個先進的軋機和最佳化戰(zhàn)略決定了軋制制度,為了滿足企業(yè)的生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量標準。最后,自動校正是應用在軋制過程中,在軋制期間由傳感器將測量到的尺寸傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)來實現(xiàn)寬度自動控制。與VAI.Plate不同的顯著特點有:在軋制時,每一次的操作和周期性的延誤的重新計算,都可對程序進行修改,考慮到軋制過程中的偏差,壓力模型的自適應和實際的板坯軋制溫度,最優(yōu)的軋制程序不能被確定,只能在每次軋制中制定出??焖賰?yōu)化技術可實現(xiàn)在完全實時的基礎上重新設定程序,因為板形是中厚板的重要質(zhì)量指標,所以要采取具體的優(yōu)化方法來保證平坦度如圖所示。另外,軋機的限制(最大沖擊力或力矩)和其他工藝因素也必須考慮在優(yōu)化設計內(nèi)。 圖.軋制力F和相對輪廓P分別越過出口厚度 為進一步提高產(chǎn)量,除了要有良好的厚度和寬度精度,板形(平坦度)也是生產(chǎn)過程中一個關鍵因素,特別是普通鋼板和厚板。為了控制軋制時的板形,在最后一次軋制時,可按雙楔縱剖面軋制。簡單的計算楔形輪廓的高度和長度的方法是利用板寬度和板坯寬度比例。另一種辦法是采用統(tǒng)計方法來確定一個線性回歸公式,楔高度取決于板坯尺寸,通過數(shù)字和其他參數(shù)。VAI.Plate,在每次通過時計算外部形狀的演變,中間考慮到輥縫形狀(交叉輪廓)及橫向剖面的板塊和使用垂直邊的效果。數(shù)學優(yōu)化方法是用來尋找最佳的參數(shù)設定立場限值( AGC )方式所計算,它最后形成的最偏離預期(大多是長方形)形狀。所以,縱軋輪廓在某些情況下會顯示出更復雜的形狀,而不是標準的雙楔曲線。一個實時的,完全三維計算熱凸度和磨損的確切輥形狀為軋輥變形模型提供了精確的輸入,確保每道工序的精軋機張力和輥縫剖面計算準確。實際上,在線算出全部軋輥變形,不采用簡化,以減少計算時間,提供準確詳細的三維有限元模型并改善輪候時間及可實現(xiàn)軋制速度優(yōu)化。以上就是對厚板軋機自動控制系統(tǒng)的一些簡單介紹。Plate mill automationThe restart of TKS Plate Mill, DuisburgJochen Bobbert1, Thomas Kraxberger, Karl Scho rkhuber and Dietmar Auzinger The recent upgrading by VAI of automation equipment at the 3.9 m plate mill of ThyssenKrupp Stahl (TKS) in Duisburg-Sud, Germany involved the installation of new equipment during regular maintenance shut-downs and caused no additional loss of production. To maintain full production capabilities, a switch-over unit was used to provide a seamless transition to the new automation system. In 1978, a new rolling mill stand with a new main drive entered operation at the Heavy Plate Mill of Thyssen StahlAG in Duisburg Hu?ttenheim. With a rolling mill stand weight of 360 t and a backup roll diameter of 2100 mm at a width of only 3.7 m, the stand was extremely stiff and was also one of the first heavy plate stands in Europe to be equipped with hydraulic thickness control and a process computer,enabling tighter tolerances. However,the increasing implementation of laser welding in plate processing and the increased load capacities in mobile crane construction have led to ever higher requirements for flatness and thickness tolerances of plates.Installation of hydraulic work roll bending, intensive cooling systems and continuous adjustment and optimisation of the computer models allowed continuous improvement to be achieved. However, the limits of the original computer system eventually became a barrier to further progress. The last stage of an extensive modernisation program, begun in 1999,which included new control systems for the reheating furnaces,modernisation of the stand hydraulics,etc., was the modernisation of the rolling process computer. This included the basic automation (level 1) i.e. The co-ordination of the roller tables and side guides, the electromechanical and hydraulic adjustment system, the main drive, the work roll bending, the intermediate cooling, the intensive cooling system for the final cooling as well as the complete level 2 system for material tracking, PDI and process data handling, interfaces to level 3 gauges,furnace model and process model sfor the rolling process. To make the transition to the new computer system as smooth as possible, a complex switch-over system was installed which allowed transfer from the old to the new computer and vice versa in less than two minutes. This involved the parallel installation of two independent control desks in the temporarily cramped control pulpit.VOEST-ALPINE Industrieanlagenba(VAI)Industrial Solutions and Services began planning the modernisation in August 2002. A major challenge wasthat past modernisations meant several automation systems had to beintegrated to act as one production unit. The heart of the new automation is the technological control systemdesigned for fast control loops. All equipment is designed for the millenvironment.The EGC SW package is used for electro mechanical gap control. The electromechanical screws can be controlled individually in position control or in synchronous movement with closed clutch. To enhance the actual position reading of the screw-down drives, new position transducers have been installed,connected to the automation system via Profibus DP. The automatic gauge control (AGC) uses Super AGC, which implements feed-forward compensation of precalculated thickness errors identified during the preceding pass. The mill stretch calibration can be selected by the operator via the new HMI system and runs in semiautomatic mode, whereby movements are initiated by the operator and all measured force and position values aretransferred to the process optimisation system, where the mill modulus is calculated. Due to the fact that different load conditions prevail since the pressure distribution during rolling is restricted to the width of the rolling stock, the stretch curve has to be adapted accordingly, as shown in Fig. 1. The effective mill stretch,comprising roll stack deformation and net elongation of the stand, is calculated individually for each pass.1. Adaption of stretch curve for roll stack deflection During TruShape rolling, which is the last pass of the sizing and broadsiding sequence, a variable thickness profile is applied to the material. The thickness curve is calculated by the process optimisation system and forwarded to the control system as a polygon curve.During the previous pass, the actual length is measured by the tracking and the deviation between the actual and the calculated length is taken to adaptthe thickness curve. For each supporting point of the polygon curve, aset of data (length position, forward slip, expected roll force and additionalthickness) is part of the pass schedule.According to the plate position, an additional thickness value is sent to the stand AGC controller via a fast analoguesignal.The set-point for the work rollbending system and the sensitivitiesfor roll force fluctuations are calculated by the process computer and forwarded to the basic automation system which calculates referencevalues for all four bending cylinders;these reference values are transmitted to the work roll bending control system. The hydraulically operated side guides, in front and behind the mill stand respectively, have been equipped with new position transducers,connected to the new automation system via Profibus DP. For thin gaugerolling in particular it is important to design an optimised rolling and reversing sequence, so as not to lose time and therefore temperature of the piece, and to promote reproducible production. The centring of the piece is done automatically as part of the rolling sequence, whereby both side guide levers are controlled and supervised forsymmetrical movement. For TruShape rolling and for properfunctioning of the Super AGC, accurate material tracking is mandatory. Several sensors are used to synchronise the calculated material position. For the length calculation, new incremental encoders for the main drives have been installed.In thermo-mechanical rolling waiting intervals between passes arenecessary in certain instances. To enable a second or a third piece to be rolled simultaneously, the automation system can track the position of the different pieces. In those cases the coordination function organises the rolling sequence, determining which material must be moved from and to the delay tables and decides whichmaterial will continue rolling at the rolling mill. Since the intermediate and finishing temperatures for these products are technologically very important, mill coordination is performed in close coordination with optimisation of the pass schedule. To reduce the waiting time during thermo-mechanical rolling,intermediate cooling areas and fast cooling areas are installed. According to the target temperature, water may be applied to the plate, the necessary parameters being calculated by the level 2 system and forwarded to the process automation system. Many different cooling schedules must be considered given the range of materialsand products processed. The existing instrumentation for measurement of centreline thickness and temperature profile across the width has been completely integrated in the new automation system. Two modes of plant operation are possible. In manual mode all movements and speed references are initiated by the operator; this mode is also used for roll change, calibration and light maintenance. The regular mode of operation for production is automatic mode where the complete rolling sequence and tracking is controlled automatically. The only manual intervention required is the turning of the piece, which is required because of the lack of geometrical position monitoring equipment. To allow parallel operation of the plant during the switchover period, a new main control desk for the mill stand area was pre-installed in an elevated position behind the existing desk; after hot testing, the old desk was dismantled and the new control desk shifted to the final position. For communication between the control systems a new plant networkwas established, making use of fibre optical cables outside the electrical rooms. The visualisation system has been redesigned for the entire process and the remaining automation systems have been incorporated for operatorsconvenience. For fast data logging functions a powerful PDA system has been installed, which is connected via fibre optics to the control systems.Different automatic data logging routines have been implemented tosupport commissioning, tuning and evaluation of non-standard incidents. The new level 2 process optimisation system comprises material tracking,interfaces to level 3 for receiving PDI data and sending production reports,interfaces to the reheat furnace and accelerated cooling process models as well as to gauges, and the process model and mill pacing functions described below.VAI. Plate plus integrates extensive production and process know-how and VAI.plate plus integrates extensive production and process know-how and experience. VAI, including the former Clecim and Davy, has been involved in plate mills since 1974. The current system, developed independently by VAI-Linz, was launched in 1999. In all,VAI has made nearly 40 installations at plate producers throughout the world. VAI.plateplus is a real-time mathematical model designed to optimise the rolling process in a reversing plate mill. Its major role is to determine an optimal rolling schedule in terms of productivity and product quality, taking into account the mill physical constraints and rolling practices, and to calculate the presets for each pass (roll gap, force, speed,bending, etc.). Calculating a pass schedule requires the initial product properties (dimensions, temperature and material properties), the final properties and plant parameters (dimensions, rolls and constraints). Basic physical models are used to predict the behaviour of both product (temperature, flow stress,rolling force and torque, shape and dimensions) and rolling mill (roll thermal crown and wear, mill stretch, roll gap shape) during the rolling process. A sophisticated rolling and optimisation strategy determines the rolling schedule, to meet the productivity and product quality criteria as a function of mill and product constraints and the imposed rolling practices. Finally, an automatic self-correction is applied,based on the measurements transmitted by sensors during rolling. The particular features distinguishing VAI.Plate plus include:Recalculation during each pass and cyclically during delays makes it possible to revise a schedule during the rolling operation, taking into account deviations in the process and benefiting from pass-to-passadaptation of the flow stress model and the actual plate temperature the optimal schedule is never definitive and can be modified at each pass N fast optimisation techniques make it possible to recalculate the schedule fully on a real time basis, to make the presets available for the next pass. During the last phase, in which flatness and profile areimportant features for thin plates, a specific optimisation strategyensures that the relative profile is kept constant to prevent waves on the plate (Fig. 2); mill restrictions(maximum force or torque) and other process factors must also be taken into account in the optimization. 2 .Flatness diagram indicating roll force F and relative profile p for individualpasses over pass exit thickness Besides excellent thickness and width performance, outer shape (plan view) is a key factor for further improvement of yield, i.e. the rati between customer plate mass and slab mass. To influence the shape that develops during rolling, a double-wedge longitudinal profile can be rolled during the last passes before the two standard 90u turns of the plate. Simple solutions calculate the height and length of this wedge profile, principally using the ratio between plate width and slab width.A further approach applies statistical methods to determine a linear regression formula for wedge height depending on dimensions, pass numbers, and other parameters.VAI.TruShapeplus calculates the evolution of the outer shape during each pass, taking into account roll gap shape (cross-profile), transverse profile of the plate and the effect of using a vertical edger stand. A mathematical optimisation method is used to find an optimal parameter set within stand limits (AGC) for which the calculated final shape has the least deviation from the desired (mostly rectangular) shape. As a consequence, the longitudinal contour rolled in certain passes may show a more complex shape than the standard double-wedge curve.A real time, fully three-dimensional calculation of the thermal crown and wear for the precise roll shape provides a precise input for the roll stack deformation model, ensuring precise mill stretch and roll gapprofile calculation for each pass.VAI.rsd3D calculates the full rollstack deformation online without using simplifications to reducecomputing time, in effect offering the accuracy of a detailed 3D finiteelement model can be achieved. Thats right Plate Mill automatic control system introduced some simple.
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