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文檔簡介

1、 . 2150粗軋機(jī)主傳動設(shè)計摘 要此次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計對象是2150粗軋機(jī)主傳動系統(tǒng)。軋機(jī)是將鋼錠與連續(xù)鑄坯軋制成材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。用軋制的方法生產(chǎn)鋼材,具有生產(chǎn)率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。因此軋機(jī)得到廣泛的應(yīng)用,約有90的鋼都是經(jīng)過軋制成材的。軋機(jī)設(shè)備的好壞對軋鋼廠的效益有很大的影響,而且軋鋼產(chǎn)業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著異常重要的地位。這些同時說明了本次設(shè)計的必要性和重要性,并且設(shè)計本身也是對我們的所學(xué)起到檢驗作用。設(shè)計容包括傳動方案的選擇,軋制力計算與主電機(jī)容量的選擇,驗算軋輥穩(wěn)定性,工作輥和支撐輥的設(shè)計與強(qiáng)度校核,軋輥軸承的選擇,萬向連接軸的選擇計算,潤滑方法的選擇,

2、環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)分析。設(shè)計結(jié)論得出此次設(shè)計的軋機(jī)主傳動系統(tǒng)有較好的調(diào)速性能、較寬的調(diào)速圍、響應(yīng)速度快、軋制質(zhì)量高、傳動平穩(wěn)、潤滑條件好、噪音低、使用壽命長等優(yōu)點,各零部件也滿足條件,完全達(dá)到了設(shè)計要求。關(guān)鍵詞:主傳動;粗軋機(jī);可逆軋制;工作輥;支承輥40 / 452150 Roughing Mill Main Drive DesignAbstract The graduation project is a 2150 design objects roughing mill main drive system. Mill is rolling ingot and continuous slab lu

3、mber production processes. Produced by rolling steel, high productivity, variety, continuity of the production process, easy to realize the advantages of automation. So the mill is widely used, about 90% of the steel is rolled through veteran. The quality of mill equipment has a great impact on the

4、effectiveness of the rolling mill and rolling mill industry occupies an extremely important position in the national economy. These also describes the necessity and importance of this design, and the design itself is also learned to play our role in testing. Design includes selection, rolling force

5、calculation and the main motor capacity transmission scheme selection, checking roll stability, design work roll and backup roll and strength check, roller bearing selection, choose the connection shaft universal calculation, lubrication selection methods, environmental protection and economic analy

6、sis. Design The design of the conclusions mill main drive system has better speed performance, wide speed range, fast response, high-rolling quality, smooth transmission, good lubrication conditions, low noise, and long life advantages, but also to meet the conditions of the parts, fully meet the de

7、sign requirements.Keyword:The main drive; Roughing mill; Reversible rolling; Work roll; Supporting rollers目 錄1 緒論11.1選題背景與目的11.2軋鋼機(jī)械國外發(fā)展概況11.3設(shè)計的主要容和方法32 總體方案設(shè)計42.1概述42.2方案比較42.3方案分析53 軋輥參數(shù)的確定63.1設(shè)計參數(shù)63.2軋輥基本尺寸63.3軋輥材料的選擇74 電機(jī)容量選擇84.1軋制力計算84.1.1變形阻力84.1.2平均單位壓力和軋制力94.1.3軋輥驅(qū)動力矩104.2初算電機(jī)功率與靜力矩124.3電動機(jī)

8、校核145 校核軋輥穩(wěn)定性和強(qiáng)度165.1軋輥穩(wěn)定性校核165.2軋輥的強(qiáng)度校核165.2.2彎曲應(yīng)力185.2.3接觸應(yīng)力196 軋輥軸承與萬向連接軸的選擇計算236.1軸承選擇與壽命計算236.2萬向連接軸的選擇246.3十字軸的校核247 潤滑方式、環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)分析267.1潤滑方式的選擇267.2環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)分析277.2.1環(huán)保性277.2.2經(jīng)濟(jì)分析28結(jié) 論30致 31參考文獻(xiàn)321 緒論1.1選題背景與目的軋鋼生產(chǎn)在國家建設(shè)發(fā)展中所起的作用是十分顯著的。用軋制方法得到的鋼材,具有生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、品種多、質(zhì)量好、易于機(jī)械化、自動化等優(yōu)點,因此得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)器制造

9、、國防、鐵路車輛、礦山等部門需要的某些零件毛坯或零件,也開始用軋制方法生產(chǎn)。例如滾動軸承用的滾珠、滾子、座圈;球磨機(jī)用的鋼球;機(jī)械傳動中的齒輪、絲杠;鐵路車輛用的車輪和輪轂等。這不僅可以提高這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,而且實現(xiàn)了無切削或少切削加工,節(jié)約金屬消耗。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,為了滿足建筑、造船、汽車、礦山、國防等方面的需求,使得軋鋼需求量不斷增長,從而促進(jìn)了熱軋帶鋼機(jī)的發(fā)展。用軋制方法生產(chǎn)鋼材,具有生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)點,它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到更廣泛的應(yīng)用。板帶鋼材應(yīng)用圍最廣,工業(yè)先進(jìn)國家鋼板產(chǎn)量占鋼的50%66%。熱軋帶鋼機(jī)具有軋制速度高、產(chǎn)量高、自動化程度高

10、等優(yōu)點,軋制速度50年代為1012m/s,70年代已經(jīng)達(dá)到1830m/s。生產(chǎn)規(guī)格也由生產(chǎn)厚度為28mm、寬度小于2000mm的成卷帶鋼,擴(kuò)大到生產(chǎn)厚度1.220mm、寬度2500mm的帶鋼。帶鋼重量的加大和作業(yè)率的提高,使現(xiàn)有的帶鋼熱軋機(jī)年產(chǎn)量達(dá)350600萬噸,最大卷曲也由15噸增加到70噸。軋機(jī)是現(xiàn)代鋼廠中最常見的一種冶金設(shè)備。因此,軋機(jī)設(shè)備的好壞對軋鋼廠的效益有很大的影響。我的畢業(yè)設(shè)計課題是通過所學(xué)的理論知識結(jié)合畢業(yè)實習(xí)用一學(xué)期的時間來設(shè)計一臺2150粗軋機(jī)軋機(jī)的主傳動系統(tǒng)。之所以在大學(xué)生活即將結(jié)束的時候?qū)W校為我們安排此次畢業(yè)設(shè)計,就是為了檢驗我們的所學(xué)是否能夠真正的應(yīng)用到實際當(dāng)中,使

11、我們更好的認(rèn)識到作為一名合格的設(shè)計人員應(yīng)該具備哪些基本素質(zhì),為以后真正的走向工作崗位積累經(jīng)驗、做好鋪墊。1.2軋鋼機(jī)械國外發(fā)展概況我國的軋鋼機(jī)械經(jīng)歷了一個自主開發(fā)、引進(jìn)、學(xué)習(xí)借鑒、國產(chǎn)化的往復(fù)循環(huán)過程。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,要求對鋼材不斷提高產(chǎn)量和質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低原材料和能源消耗與產(chǎn)品成本,以與高附加值鋼鐵的推廣,軋鋼機(jī)械發(fā)展趨向大型化、連續(xù)化、高速化和自動化的方向發(fā)展。據(jù)說在14世紀(jì)歐洲就有軋機(jī),但記載是在1480年意大利人達(dá)芬奇設(shè)計出軋機(jī)草圖,1553年法國人軋制出金和銀板材,用以制造錢幣,此后在西班牙、比利時等相繼出現(xiàn)軋機(jī)。19世紀(jì)中葉第一臺可逆式軋機(jī)在英國投產(chǎn),并軋制出船用鋼板

12、。1848年英國發(fā)明萬能軋機(jī),1853年美國開始使用三輥式型材軋機(jī),1859年建造了第一臺連軋機(jī)?,F(xiàn)在的帶鋼連軋機(jī)除了采用自動控制外,還實現(xiàn)了電子計算機(jī)控制,從而大大提高了自動化水平,改善了產(chǎn)品質(zhì)量,帶鋼厚度公差不超過0.5mm,寬度公差不超過0.51.0mm,并具有良好的板形。21 世紀(jì)軋鋼技術(shù)進(jìn)步將集中于生產(chǎn)工藝流程的連續(xù)化、緊湊化, 過程控制將實現(xiàn)軋材性能的高品質(zhì)化、品種規(guī)格多樣化與控制和管理的計算機(jī)化和信息化。軋制技術(shù)作為冶金工程技術(shù)中的重要組成部分, 近年來隨著中國和國際鋼鐵工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步, 為了適應(yīng)資源、能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求, 以與汽車、家電、建筑等行業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量、性能和精度

13、需求的不斷提高, 在相關(guān)理論和工藝技術(shù)方面不斷取得新的進(jìn)展。連鑄坯熱送熱裝軋制技術(shù)在熱軋帶鋼生產(chǎn)中已經(jīng)普遍采用, 日本、國的熱軋帶鋼軋機(jī)鑄坯熱裝比達(dá)到 60 % 以上, 最多可達(dá) 80 % , 熱裝溫度達(dá) 600 度以上。目前我國平均熱裝率為 40 % , 先進(jìn)生產(chǎn)線能夠達(dá)到 75 % 以上, 平均熱裝溫度為 500 度 600 度 ,最高可到 900 度。直接熱裝和直接軋制是當(dāng)代熱軋帶鋼軋制技術(shù)的發(fā)展方向, 可以進(jìn)一步提高節(jié)能效果, 縮短生產(chǎn)周期, 使連鑄機(jī)和熱軋機(jī)更緊密地聯(lián)系在一起。國外新建的熱軋帶鋼軋機(jī)一般優(yōu)先考慮熱裝爐和直接熱裝爐工藝的實現(xiàn), 預(yù)留直接軋制工藝余地。為了提高能源的利用效

14、率, 減少二氧化碳的排放, 保護(hù)環(huán)境, 日本的板坯熱裝爐技術(shù)普遍采用蓄熱加熱技術(shù)。我國一些板坯加熱爐也開始采用蓄熱式加熱爐。無頭軋制和半無頭軋制技術(shù)是近年來發(fā)展的新技術(shù)。無頭軋制主要應(yīng)用在熱軋帶鋼和棒線材生產(chǎn)中, 半無頭軋制主要用于薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。無頭軋制技術(shù)可使板帶全長的質(zhì)量均勻穩(wěn)定, 它由軋機(jī)追尾控制技術(shù)、頭尾焊接技術(shù)、高精度成品軋制技術(shù)和高速通板卷取技術(shù)等組成。目前, 中國的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在數(shù)量、產(chǎn)能與軋機(jī)裝備水平方面都居世界前列開發(fā)薄規(guī)格板材并實現(xiàn)部分以熱代冷是薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的主要目標(biāo)之一。在薄規(guī)格軋制 ( 小于等于2 mm ) 、半無頭軋制、冷軋原料用鋼、細(xì)晶和微合

15、金化高強(qiáng)鋼產(chǎn)品開發(fā)、以與針對薄板坯連鑄連軋工藝特征的軋制與冷卻過程、以與產(chǎn)品的組織性能控制等都取得了長足的進(jìn)步。熱帶粗軋機(jī)組普遍采用了調(diào)寬與控寬技術(shù), 例如西馬克 - 德馬格公司新開發(fā)的無鐮刀彎軋制CF R 技術(shù), 通過粗軋機(jī)前的強(qiáng)力側(cè)導(dǎo)機(jī)構(gòu)、增強(qiáng)的粗軋能力和液壓壓下以與自動化控制系統(tǒng)有效防止了中間坯強(qiáng)力軋制后鐮刀彎的產(chǎn)生。全液壓的立輥調(diào)寬控寬技術(shù), 包括自動調(diào)寬的液壓 A W C 和短行程 SS C 控制技術(shù), 顯著提高了中間坯和板坯頭尾的寬度控制精度, 減少了頭尾切損。機(jī)架本身, 也由過去的立式除鱗機(jī), 發(fā)展為附著式立輥。板坯定寬壓力機(jī)調(diào)寬是極為有效的調(diào)寬手段, 已經(jīng)有 S M S , H

16、 I公司開發(fā)出來, 我國已經(jīng)有一些軋機(jī)采用了定寬壓力機(jī), 一道次最大的側(cè)壓量可以達(dá)到 3 50 mm。為了解決熱軋板的板厚、板形和板凸度控制問題, 板形控制技術(shù)如 HAGC 、 CVC 、 P C 、 W RS 等得到了很大的發(fā)展。西馬克 - 德馬格公司新建的熱連軋機(jī)組均采用了液壓壓下厚度控制 ( HAGC )和連續(xù)可變凸度 CVC 技術(shù), 日本三菱、日立熱連軋機(jī)組除了采用 HAGC 厚度控制技術(shù)外, 還采用 P C 軋機(jī) ( 交叉角 0 度 15度) 技術(shù)。在精軋機(jī)組的前部機(jī)架, 采用CVC 或 P C 軋機(jī), 控制坯料的板凸度, 為后部機(jī)架的板形和板凸度控制提供需要的斷面形狀, 在精軋機(jī)組

17、的后部機(jī)架, 則主要采用 W RS 軋機(jī), 通過軋輥的軸向往返移動, 分散熱凸度和磨損, 實現(xiàn)自由程序軋制。為了提高活套系統(tǒng)的控制水平, 提高系統(tǒng)的響應(yīng)性和控制精度, 近年開始采用液壓活套技術(shù)。為了抑制熱軋帶鋼精軋機(jī)組的軋機(jī)振動, 日本三菱在PC軋機(jī)開發(fā)的基礎(chǔ)上, 提出了高壓軋制振動抑制技術(shù), 應(yīng)用于熱連軋生產(chǎn)線, 取得了良好的效果。國外軋鋼機(jī)械發(fā)展的主要方向:1) 節(jié)能降耗,縮短工藝流程,提高生產(chǎn)效率2) 生產(chǎn)高度連續(xù)化與過程綜合化3) 控制軋制和控制冷卻4) 發(fā)展高質(zhì)量與高附加值產(chǎn)品5) 生產(chǎn)過程自動化綜合國外軋機(jī)的發(fā)展來看,軋鋼機(jī)械向著大型、連續(xù)、高速和計算機(jī)控制方向發(fā)展。1.3設(shè)計的主

18、要容和方法此次畢業(yè)設(shè)計的題目是2150粗軋機(jī)主傳動系統(tǒng)。此次設(shè)計容是根據(jù)參觀鞍鋼股份中熱軋粗軋機(jī)所選的課題,我設(shè)計的主要容為2150粗軋機(jī)主傳動系統(tǒng)。設(shè)計開始,我們先到了鋼鐵集團(tuán)公司的熱軋廠,在那里參觀了1780和1700ASP兩條國先進(jìn)的生產(chǎn)線,對整個軋鋼設(shè)備有個初步了解。熱軋廠的工程師細(xì)心的講解了軋機(jī)的機(jī)械設(shè)備。明確設(shè)計任務(wù),熟悉技術(shù)資料,按時、獨(dú)立完成各階段的設(shè)計容,其中包括總體方案設(shè)計、電機(jī)的選擇、主要零部件的設(shè)計與校核、環(huán)?;蚪?jīng)濟(jì)性分析等。2 總體方案設(shè)計2.1概述軋鋼機(jī)主傳動裝置的作用是將電機(jī)的運(yùn)動和力矩傳遞給軋輥。在很多軋鋼機(jī)上,主傳動裝置由減速器、齒輪座和聯(lián)軸節(jié)等部件組成。2.

19、2方案比較在可逆式軋鋼機(jī)上,即使軋輥轉(zhuǎn)速小于200250r/min時,也往往不采用減速機(jī)而采用低速電動機(jī),因為這樣的傳動系統(tǒng)易于可逆運(yùn)轉(zhuǎn)。所以列出以下兩種方案:方案一:如圖2.1所示由兩臺電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動兩個軋輥。電動機(jī)1的運(yùn)動和力矩是通過主聯(lián)軸節(jié)2和連接軸4而接傳給軋輥5,這種型式的主傳動裝置主要用于大型的可逆式軋鋼機(jī)。圖2.1兩臺電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動兩個軋輥方案二:如圖2.2所示由一臺電動機(jī)通過齒輪座驅(qū)動軋輥。電動機(jī)1的運(yùn)動和力矩是通過主聯(lián)軸節(jié)2、齒輪座3、連接軸4而傳給軋輥5,這種型式的主傳動裝置在可逆式和不可逆式軋鋼機(jī)上都有應(yīng)用。圖2.2一臺電動機(jī)通過齒輪座驅(qū)動軋輥本次設(shè)計的2150粗軋機(jī)采用

20、第一種由兩臺電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動兩個軋輥的方案,無減速器和齒輪座,并通過萬向接軸傳遞運(yùn)動和扭矩。2.3方案分析在可逆式軋剛機(jī)上,軋輥經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn),要求主傳動系統(tǒng)要有較小的飛輪力矩。由于電動機(jī)飛輪力矩可近似的認(rèn)為與其額定力矩的平方成正比,因此將軋鋼機(jī)所需的電動機(jī)力矩由兩臺電動機(jī)供給,這樣會使電動機(jī)飛輪力矩顯著減小。而且在電動機(jī)功率較大的粗軋機(jī)、板坯軋機(jī)、鋼板軋機(jī)上,往往不采用齒輪座,而用單獨(dú)的電動機(jī)分別驅(qū)動每個軋輥,所以選擇方案一。這種方案提高了傳動效率,減輕設(shè)備重量。而一般只有在軋鋼機(jī)結(jié)構(gòu)限制而不能采用軋輥單獨(dú)驅(qū)動的可逆式軋鋼機(jī)或當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)速較高、采用低速電動機(jī)的投資費(fèi)用,與采用高速電動機(jī)帶有

21、減速機(jī)的投資費(fèi)用相差不大時,才會選擇方案二。因為可逆式軋鋼機(jī)的電動機(jī)工作較為繁重,要求調(diào)速圍也較寬,并且要有較大的過載能力。而直流電動機(jī)具有啟動、制動轉(zhuǎn)矩大,易于快速啟動與停車,容易調(diào)速,調(diào)速性能好,且易于控制,過載能力強(qiáng)等優(yōu)點。所以2150粗軋機(jī)的電動機(jī)采用直流電機(jī)。因為對于軋輥調(diào)整量較大的粗軋機(jī)、厚板軋機(jī)等,連接軸傾角有時達(dá)到8°10°,所以2150粗軋機(jī)采用允許傾角較大的萬向接軸。2.4組成部分的類型選擇確定方案后,對傳動系統(tǒng)中各組成部分進(jìn)行類型選擇分析。軋鋼機(jī)主傳動裝置的作用是將電機(jī)的運(yùn)動和力矩傳遞給軋輥。軋鋼機(jī)主傳動裝置各組成部分作用如下(1)電動機(jī) 軋鋼機(jī)主傳動

22、的特點是傳動系統(tǒng)功率大、過載能力強(qiáng)動態(tài)響應(yīng)快、力矩脈動小。由于軋鋼機(jī)對傳動系統(tǒng)的要求較高,所以長期以來一直采用直流傳動技術(shù)。但是,直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)上存在換向問題,因此有不少眾所周知的缺點與難以克服的難題。交流電動機(jī)能夠克服直流電動機(jī)的缺點,其結(jié)構(gòu)簡單堅固、維護(hù)工作量小、效率高、動態(tài)性能好,單機(jī)容量可以突破直流電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速極限,具有許多直流電動機(jī)無法比擬的優(yōu)點。(2) 連接軸 軋鋼機(jī)中各部件的運(yùn)動和力矩都是通過連接軸傳遞給軋輥的。軋鋼機(jī)常用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒式接軸等。確定連接軸類型時,主要根據(jù)軋輥調(diào)整量和連接軸允許傾角等因素。對于軋輥調(diào)整量較大的粗軋機(jī)來說,連接軸傾

23、角有時達(dá)到8°10°,一般采用萬向接軸。(3)聯(lián)軸器 聯(lián)軸器包括電動機(jī)連軸器和主連軸器。目前應(yīng)用最廣泛的連軸器是齒輪連軸器。齒輪聯(lián)軸器是用來傳遞扭矩的常用機(jī)械零件。分兩部分組成,主動軸和從動軸。一般動力機(jī)大都借助其與工作機(jī)相連。3 軋輥參數(shù)的確定3.1設(shè)計參數(shù)軋制材料:Q235原料規(guī)格:230mm×2000mm×6000mm成品規(guī)格:21mm×2000mm×65714mm軋制速度: v=1.2m/s表3.1軋制參數(shù)道 軋前厚度 軋后厚度 壓下量 變形程度 溫度 次 (mm) (mm) h(mm) % T ()1234523018012

24、07540180120754021506045351921.733.337.546.6747.5117011701170117011703.2軋輥基本尺寸(1) 輥身長度鋼板車間軋鋼機(jī)的主要性能參數(shù)是軋輥輥身長度,因為軋輥輥身長度與其能夠軋制的鋼板最大寬度有關(guān)。在設(shè)計中主要是根據(jù)所提供的坯料尺寸和實際生產(chǎn)中的輥道寬度來確定輥身長度的,輥身長度決定了所軋板帶的最大寬度,其關(guān)系為 (3.1)式中 輥身長度;板帶材的最大寬度;隨帶材寬度而異的余量,當(dāng)200mm時,取=500mm;當(dāng)200毫米時,取=100200mm。本次設(shè)計為2150軋機(jī)則有=2000mm a=150mm因此,鋼板軋機(jī)是以軋輥輥身長

25、度標(biāo)稱的。所以此次設(shè)計的軋機(jī)輥身長度L=2150mm。(2) 軋輥直徑對于四輥軋機(jī),為減小軋制力,應(yīng)盡量使工作輥直徑小些。但工作輥最小直徑受輥頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和軋件咬入條件的限制。由文獻(xiàn)1,表3-3可知: L/D1 =1.53.5常用比值(1.72.8) L/D2=1.01.8常用比值(1.31.5) D2/D1=1.22.0常用比值(1.31.5)比值L/D2標(biāo)志著輥系的抗彎剛度,其值越小,則剛度越高。一般說輥身長度較大者,選用較大比值。輥徑比D2/D1的選擇,主要取決于工藝條件。當(dāng)軋件較厚(咬入角較大)時,由于要求較大工作輥直徑,故選較小的D2/D1值;當(dāng)軋件較薄時,則選用較大的D2/D

26、1值。因此,后板軋機(jī)和熱帶鋼軋機(jī)粗軋機(jī)座比精軋機(jī)座的輥徑比小些,熱軋機(jī)比冷軋機(jī)的輥徑比小些。對于支撐輥傳動的四輥軋機(jī),一般選D2/D1=34。 D2=21501194D1=1433614根據(jù)軋輥強(qiáng)度與允許的咬入角(或壓下量與工作輥直徑之比h/Dg)來確定。即在保證軋輥強(qiáng)度的前提下,同時滿足下列咬入條件: (3.2)式中 軋輥的工作直徑;壓下量;咬入角。由文獻(xiàn)2,1-45 可知,四輥可逆軋機(jī)的最大咬入角,=1520;取=20最大壓下量時:為安全取=1250mm取1650(3)輥頸直徑和長度輥頸直徑d和長度l與軋輥軸承型式與工作載荷有關(guān)。使用滾動軸承時,由于軸承外徑較大,輥頸尺寸不能過大,一般近似

27、的選d=(0.50.55)D,l/d=0.831.0。得工作輥輥頸直徑=625688mm,支承輥輥頸直徑=825908mm。取=670mm、=900mm。工作輥輥頸長度=564680mm,支承輥輥頸長度=747900mm。取=670mm、=900mm。3.3軋輥材料的選擇常用的軋輥材料有合金鍛鋼、合金鑄鋼和鑄鐵等。2150粗軋機(jī)軋輥受力較大且有沖擊負(fù)荷,應(yīng)有足夠的強(qiáng)度,所以選用有較高強(qiáng)度的合金鍛鋼。在帶鋼熱軋機(jī)的工作輥選擇軋輥材料時要求輥面硬度要很高,而支承輥在工作中主要受彎曲應(yīng)力,且直徑也較大,所以在設(shè)計中著重考慮軋輥的強(qiáng)度和軋輥的淬透性。所以,在實際的設(shè)計中多選用Cr合金鋼。由文獻(xiàn)5,3-

28、64可知:工作輥選擇的材料為:50CrNiMo支承輥選擇的材料為:60CrMnMo4 電機(jī)容量選擇4.1軋制力計算4.1.1變形阻力所軋軋件為Q235,由文獻(xiàn)1,表2-1可知,Q235變形阻力公式系數(shù)各項參數(shù)如下表:表4.1Q235=3.665=-2.878=-0.122=0.186=1.402=0.379=151.2由文獻(xiàn)1,2-34可知,= (3.7)式中 基準(zhǔn)變形阻力;變形溫度影響系數(shù),=;變形速度影響系數(shù),=;變形程度影響系數(shù)。=1.402。= (3.8)式中 真實平均變形程度;相對變形程度。= (3.9)式中 變形程度;相對變形程度將所得數(shù)據(jù)列入表3.3中表4.212345 ()21

29、.733.337.546.6747.7514.522.22531.131.70.1570.2510.2880.3730.381粘著理論: u= (3.10)滑動理論: (3.11)式中 軋輥的圓周線速度; ;軋制前、后軋件高度(厚度);接觸弧水平投影長度,未知下面求各段軋制時的和表4.312345(mm)176.78193.65167.71147.90108.97(mm)20515097.557.530.5下面求一下文獻(xiàn)1,2-140知咬入角 (3.12)=16.26 根據(jù)式子3.7計算可得第一道次: T=采用粘著理論(外區(qū)影響是主要的)第二道次: 則 第三道次:則有第四道次: 則采用滑動理論

30、 根據(jù)1,2-8,1,2-9得 ( 3.14)第五道次: 則采用滑動理論 表4.4道次1234558.9770.0175.0680.7085.274.1.2平均單位壓力和軋制力軋件對軋輥的總壓力為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積的積= (3.15)接觸面積的一般形式為 (3.16)式中 、軋制前、后軋件的寬度;接觸弧長度的水平投影。由上面得出計算查1,圖2-20可得由1,2-57b得出不 (3.17)第一道次:(外區(qū)影響是主要的)第二道次:由圖1,2-23得=1.056第三道次:由圖得=1.172第四道次:由圖查得=1.402第五道次:由圖查得=1.676表4.51234571.9585.

31、02101.17130.11164.2525.3332.9933.9938.5135.81最大軋制力為38.51,為第四道軋制時產(chǎn)生的。依據(jù)此道次進(jìn)行力矩計算選擇電機(jī),4.1.3軋輥驅(qū)動力矩由工作輥帶動支承輥的力矩與工作輥軸承中摩擦力矩三部分之和,即由1,2-124得 (3.18)軋制力矩由1,2-125得 (3.19) 式中 P-軋制力-軋制力力臂,其大小與軋制力的作用點與前后力大小有關(guān)軋制時前后力則 (3.20)而由1,2-139知 (3.21)第一道次:則第二道次:則第三道次:則第四道次:則第五道次:則表4.6道次12345軋制力矩(KN·m)2238.923193.43285

32、0.062849.741950.57最大軋制力矩出現(xiàn)在第二道次,因為工作輥帶動支承輥的力矩和摩擦力矩相對較小,所以最大驅(qū)動力矩同樣在第二道次,首先根據(jù)計算第二道次的驅(qū)動力矩,來選擇電機(jī)。由于工作輥偏移距e的數(shù)值相對于工作輥與支撐輥直徑來說很小,在計算傳動力矩時,為了簡化,可認(rèn)為e=0,即工作輥不偏移,此時計算結(jié)果誤差不超過1%。滾動摩擦力臂的距離m=0.10.3mm,取m=0.2mm。由文獻(xiàn)1, 2-126可知工作輥帶動支承輥的力矩:=Rc (4.6)式中:R-支反力,R=軋輥連心線與反力R的夾角=反力R對工作輥的力臂c=支承輥軸承處摩擦圓半徑=軋輥軸承摩擦系數(shù)因為采用滾動軸承,取0.004=

33、1.8mm=0.14°=32.99MNc=1.73mm代入公式(4.6)中得=32.99×1.73=57.07由文獻(xiàn)1, 2-128可知工作輥軸承中摩擦力矩: =F (4.7)式中F-工作輥軸承處的反力,F=Rsin=1.34mmF=32.99×sin0.14°=0.08MN代入公式(4.7)中得=0.08×1.34=0.11代入公式(4.4)中得最大驅(qū)動力矩=3193.43+57.07+0.11=3250.61。第一道次=1.8mm=0.14°=25.33MNc=1.73mm=25.33×1.73=43.82=1.34mm

34、F=25.33×sin0.14°=0.06MN=0.06×1.34=0.08=2238.92+43.82+0.08=2282.82第三道次=1.8mm=0.14°=33.99MNc=1.73mm=33.99×1.73=58.80=1.34mmF=33.99×sin0.14°=0.08MN=0.08×1.34=0.11=2850.06+58.8+0.11 =2908.97第四道次=1.8mm=0.14°=38.51MNc=1.73mm=38.51×1.73=66.62=1.34mmF=38.51&

35、#215;sin0.14°=0.09MN=0.09×1.34=0.12=2849.74+66.62+0.12=2916.48第五道次=1.8mm=0.14°=35.81MNc=1.73mm=35.81×1.73=61.95=1.34mmF=35.81×sin0.14°=0.09MN=0.09×1.34=0.12=1950.57+61.95+0.12=2012.64表4.7道次12345(KN·m)2282.823250.612908.972916.482012.644.2初算電機(jī)功率與靜力矩傳動效率=0.90所需電

36、機(jī)功率為:(4.8)式中-軋輥轉(zhuǎn)速 = =18.33r/min代入公式(4.8)中得N=6932KW由文獻(xiàn)2,160可知根據(jù)N選擇電機(jī)IDQ5852-8DA0D-Z8000,功率8000KW,轉(zhuǎn)速1565r/min。因為軋制電動機(jī)速度恒定,所以動力矩等于0,只計算靜力矩。由文獻(xiàn)1, 2-149可知 (4.9)式中-推算到電動機(jī)軸上的總靜力矩。-各傳動零件推算到主電動機(jī)軸上的附加摩擦力矩,因采用電機(jī)直接帶動軋輥,所以i=1。由文獻(xiàn)1, 2-156可知=361.18-空轉(zhuǎn)力矩,一般取=0.05。-電機(jī)額定力矩=9550=9550×=4168.03=0.05×4168.03=20

37、8.40代入公式(4.9)中得第一道次=253.65第三道次=323.22第四道次=324.05第五道次=223.63圖4.1電機(jī)靜負(fù)荷圖4.3電動機(jī)校核電機(jī)過載校核:電動機(jī)過載系數(shù) K=因為是可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī),所以K=2.53.0,得KK即所選電機(jī)符合條件。電機(jī)發(fā)熱校核:依據(jù)體積不變定律230×65714=180,得=83968mm230×65714=120,得=125952mm230×65714=75, 得=201523mm230×65714=40, 得=377856mm230×65714=21, 得=719725mm第一道次軋制時間 = =7

38、0s同理得第二道次=105s、=168s、=315s、=600s取軋制間隔時間=30s,畫電機(jī)靜負(fù)荷圖,如圖4.1所示。由文獻(xiàn)1, 2-163可知電動機(jī)等值力矩 =2874.55=4168.03即電機(jī)符合條件5 校核軋輥穩(wěn)定性和強(qiáng)度5.1軋輥穩(wěn)定性校核由于四輥軋機(jī)工作輥與軸承間以與工作輥軸承座與支承輥軸承座的框架間存在著間隙,在軋制過程中,如無固定的側(cè)向力約束,工作輥將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。工作輥的這種自由狀態(tài)會造成軋件厚度不均,軋輥軸承遭受沖擊,工作輥和支承輥之間正常摩擦關(guān)系被破壞以與軋輥磨損加劇等不良后果。因此,保持工作輥對于支承輥的穩(wěn)定位置,對于提高軋制精度和改善軋輥部件的工作條件十分重要。

39、保持工作輥穩(wěn)定的方法是使工作輥中心相對支承輥中心連線有一個偏移距e。偏移距的大小應(yīng)使工作輥軸承反力F在軋制過程中恒大于零且力的作用方向不變??赡孳堉茣r,工作輥向入口端或向出口端偏移,其效果一樣。由文獻(xiàn)1, 2-148可知 (5.1) 式中、分別為入口端和出口端的前后力,因為是無力軋制,所以=0。代入公式(5.1)中得=3.52mm只有當(dāng)選擇的偏移距而大于時,才能保證工作輥的穩(wěn)定性。所以取e=5mm時滿足e>,即工作輥可以穩(wěn)定工作。5.2軋輥的強(qiáng)度校核四輥軋機(jī)強(qiáng)度計算特點:軋制時的彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔(dān),對支承輥計算彎曲應(yīng)力。工作輥可只考慮扭轉(zhuǎn)力矩,即僅計算傳動端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。此外還需

40、計算支承輥和工作輥之間的接觸應(yīng)力。5.2.1扭轉(zhuǎn)應(yīng)力5.1工作輥扭矩圖由文獻(xiàn)3, 182可知傳動端為扁頭時,最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 (5.2)式中h、尺寸如圖5.2所示=式中 軋輥輥頭直徑;軋輥輥頸。= 取=660mm= (0.90.95)900, 取=850mm式中 工作輥輥頭直徑;支承輥輥頭直徑。=500mm,取=500mm=700mm,取=700mm式中 工作輥輥頭平臺;支承輥輥頭平臺。圖5.2端頭尺寸代入公式(5.2)得=30.75MPa由文獻(xiàn)4, 3-5可知工作輥材料為50CrNiMo,其=755MPa,在計算軋輥強(qiáng)度時未考慮疲勞因素,故軋輥的安全系數(shù)一般取n=5。因為其為塑性材料,可取=0

41、.6,所以=151MPa、=90.6MPa。得<,符合扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。5.2.2彎曲應(yīng)力支承輥材料為60CrMnMo,由文獻(xiàn)4, 3-5可知其=930MPa、=186MPa由文獻(xiàn)1, 3-4可知在軸頸的1-1斷面和2-2斷面上的彎曲應(yīng)力即 (5.3) (5.4)式中、為1-1和2-2斷面的直徑、為1-1和2-2斷面至支反力P/2處的距離,均如圖5.3所示。圖5.3支承輥輥危險斷面與彎矩圖代入公式(5.3)、(5.4)中得MPaMPa支承輥輥身中部3-3斷面處彎矩是最大的。若認(rèn)為軸承反力距離拉登于兩個一下螺絲的中心距,而且把工作棍對支承輥的壓力簡化為均布載荷,則輥身中部3-3的彎曲應(yīng)力為 (

42、5.5)代入公式(5.5)中得MPa所以符合彎曲強(qiáng)度要求。5.2.3接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)1, 3-11可知加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷 q= = =17.91MN/m由文獻(xiàn)5, 2-2可知軋輥材料的彈性模數(shù)E=206GPa=0.00845m最大正應(yīng)力:由文獻(xiàn)1, 3-13可知在輥間接觸區(qū)中,除了須校核最大正應(yīng)力外,對于軋輥體的最大切應(yīng)力也應(yīng)進(jìn)行校核。為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞,值應(yīng)小于許用值=0.304 =0.304×1350.14 =410.44MPa由文獻(xiàn)1, 3-8可知粗軋機(jī)軋輥材料HS<3540,查得許用應(yīng)力=1600MPa、許用應(yīng)力=490MPa,所以、,符合接觸強(qiáng)度要求。6

43、軋輥軸承與萬向連接軸的選擇計算6.1軸承選擇與壽命計算軋輥軸承的主要類型是滾動軸承與滑動軸承。軋輥上使用的滾動軸承主要是雙列球面滾子軸承,四列圓錐滾子軸承與多列圓柱滾子軸承。滾動軸承的剛性大,摩擦系數(shù)較小,但抗沖擊性能差、外形尺寸加大。它們多用在各種半袋軋機(jī)和鋼坯連軋機(jī)上。滾動軸承的特點決定了它在軋機(jī)上的使用方式。由于軋輥軸承要在徑向尺寸受到限制的條件下承受很大的軋制力,所以在軋機(jī)上使用的滾動軸承多采用多列滾子軸承。這種軸承有較小的徑向尺寸和良好的抗沖擊性能。其中的四列圓錐滾子軸承被廣泛采用在四輥軋機(jī)的工作輥,因為這種軸承即可承受徑向力,有可承受軸向力,所以不需采用推力軸承。由文獻(xiàn)6, 386

44、可知選用軸承型號3811/670,查得額定動負(fù)荷C=39900KN,e=0.32 P=(X+Y) (6.1)式中P為當(dāng)量動負(fù)荷X、Y分別為徑向系數(shù)和軸向系數(shù),根據(jù)/之比值,由軸承樣本查得、分別為軸承徑向載荷和軸向載荷=19.26MN,一般板帶軋機(jī)=0.02,即/=0.02<e=0.32,所以查得X=1、Y=0為負(fù)荷系數(shù),根據(jù)實際工作情況熱板材軋機(jī)=1.51.8,取=1.5為溫度系數(shù),軋輥軸承一般只能在100溫度以下工作,所以=1代入公式(6.1)中得P=(1×19.26+0)×1.5×1=28.89MN由文獻(xiàn)7, 13-5可知當(dāng)量動負(fù)荷與軸承壽命之間的關(guān)系可

45、用下式表示: (6.2)式中為以小時計的軸承額定壽命為壽命系數(shù),對于滾子軸承=代入公式(6.2)中得=符合壽命要求6.2萬向連接軸的選擇軋機(jī)常用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒式接軸。帶滾動軸承的十字軸式萬向接軸近十幾年越來越多地應(yīng)用與軋鋼機(jī)主傳動中,例如帶鋼軋機(jī)、鋼管軋機(jī)、鋼球軋機(jī)等,并有逐步取代滑塊式萬向接軸的趨勢,因為他具備如下優(yōu)點: 1)傳動效率高:由于采用滾動軸承,所以摩擦損失小,傳動效率可達(dá)到98.7%99%,可以降低電力消耗5%15%: 2)傳遞扭矩大:在一樣回轉(zhuǎn)直徑的情況下,比滑塊式萬向接軸能傳遞更大的扭矩。3)傳動平穩(wěn):由于傳動軸承的間隙小,接軸的沖擊和振動顯著減少

46、,約為滑塊式萬向接軸的1/101/30,提高了產(chǎn)品質(zhì)量; 4)潤滑條件好:用潤滑脂潤滑,易密封,沒有漏油現(xiàn)象,耗油量小,省去了潤滑系統(tǒng),改善了生產(chǎn)環(huán)境,節(jié)約了保養(yǎng)維修費(fèi)用。 5)噪音低:使用滑塊式萬向接軸,空車運(yùn)行時,噪音高達(dá)8090dB,軋制時高達(dá)60dB。而使用十字軸式萬向接軸,噪音可降低到3040dB,改善了工作環(huán)境,有利于保障操作工人的身體健康; 6)使用壽命長:一次使用可達(dá)12年以上,可減少更換零部件的時間和費(fèi)用;7)允許傾角大:可達(dá)10°15°,用于立輥軋機(jī)可降低車間高度,節(jié)省投資 8)適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)選用的十字軸式萬向接軸的基本參數(shù):回轉(zhuǎn)直徑1120mm、公稱扭

47、矩3500、接軸許用工作傾角5°。十字軸連接螺栓材質(zhì)為40Cr、軸承盒的材質(zhì)為40Cr 、十字軸材質(zhì)為42CrMo。6.3十字軸的校核聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 =1.3×3250.61=4225.79式中K為工作條件系數(shù),對于可逆軋機(jī),K=1.31.5,取K=1.3由文獻(xiàn)8,4-26可知 (6.3)式中R-十字軸中心到軸徑中部的距離 s-軸徑中部至軸肩的距離 d、分別為軸徑直徑和徑,均如圖6.1所示。代入公式(6.3)中得MPa圖6.1十字軸尺寸根據(jù)十字軸的材質(zhì)42CrMo,查得屈服極限=930MPa,一般取安全系數(shù)n=3,=310MPa,所以,即所選的十字軸式萬向接軸符合條件。7

48、潤滑方式、環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)分析7.1潤滑方式的選擇 熱帶鋼軋機(jī)各設(shè)備經(jīng)常在繁重的條件和惡劣的環(huán)境下工作,一臺熱帶剛軋機(jī)往往有許多摩擦部件需要潤滑,合理的選擇潤滑方式,對于減少零件的磨損、延長機(jī)器的使用壽命、保持軋制精度和效率具有十分重要的作用。常用的潤滑方式有稀油潤滑和干油潤滑兩種?,F(xiàn)代軋機(jī)都采用自動化的干、稀油集中潤滑系統(tǒng),有專門布置在車間設(shè)備附近的地下室,集中將潤滑油供給到各摩擦部件。稀油潤滑一般用于下列情況:1) 除完成潤滑任務(wù)外,還需帶走摩擦表面間產(chǎn)生的熱量。2) 須能夠保證滑動平面間為液體摩擦者:液體摩擦軸承、高速移動的滑動平面之間、止推滑動軸承等。3) 能夠用簡易的手段向嚙合傳動機(jī)構(gòu)本

49、身與其軸承同時提供一種潤滑劑的情況。4) 除潤滑外,還需要清洗摩擦表面并保持清潔狀態(tài)者。5) 一樣情況下,易于對軸承進(jìn)行密封并能很好防止?jié)櫥屯庖缯摺8捎蜐櫥话阌糜谙铝星闆r:1) 粘性很好,并能附著在摩擦平面上,不易流失與飛濺,多用于作往復(fù)轉(zhuǎn)動與短工作制的重載荷低轉(zhuǎn)速的滑動軸承上。2) 密封性好,且給油方便。3) 很適用于低轉(zhuǎn)速的滾動軸承潤滑,可長時間不用加油,維護(hù)方便。4) 防護(hù)性較好,能保護(hù)裸露的摩擦表面面授機(jī)械雜質(zhì)與水等的污染。 總的說目前軋鋼機(jī)械潤滑有以下特點: 1)稀油潤滑仍然是軋鋼車間主要的潤滑型式,稀油潤滑能有效的減少摩擦,有良好的潤滑效果,排散熱量、冷卻工作表面以與保護(hù)工作表

50、面不受腐蝕等作用。直到目前為止軋鋼車間在所有齒輪嚙合部位、減速機(jī)、人字齒輪機(jī)座以與大部分軋機(jī)的軸承都還是采用稀油循環(huán)潤滑。 2)軋機(jī)稀油潤滑系統(tǒng)的發(fā)展是趨于分散。大都是一臺設(shè)備設(shè)立一套潤滑系統(tǒng),這樣可使系統(tǒng)小型化,縮短管道,油庫深度減小,便于施工,節(jié)省基建費(fèi)用。 3)軋機(jī)的稀油潤滑系統(tǒng)在設(shè)計過程中,主要考慮可靠性,并不追求緊湊、輕巧。因此選用油箱容量較大,為了防止系統(tǒng)發(fā)生緊急事故時停止供油,損壞機(jī)械設(shè)備,需在重要系統(tǒng)中設(shè)置壓力箱。 4)由于齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、制造方便,因此軋鋼車間普遍采用,軋機(jī)稀油潤滑系統(tǒng)中流量小于1500-1700升/分的油泵主要采用齒輪泵、流量大于此值時采用螺桿泵。 5)因為

51、干油集中潤滑系統(tǒng)中的雙線式系統(tǒng)主要用于機(jī)器比較集中,潤滑點多的地方,所以應(yīng)用最廣泛的是雙線式系統(tǒng)。 6) 潤滑設(shè)備要求油泵噪音較小,冷卻器冷卻效果好,過濾器壽命長,系統(tǒng)密封性好、漏油情況極少。從而提高了系統(tǒng)工作的可靠性,能獲得好的潤滑效果。2150粗軋機(jī)壓下裝置、接軸托瓦等均采用稀油潤滑,接軸萬向節(jié)、平衡缸擺軸與下軸平衡關(guān)節(jié)、上軸平衡關(guān)節(jié)等采用自動潤滑。7.2環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)分析7.2.1環(huán)保性我國鋼鐵行業(yè)能源消耗水平和污染物排放水平在整體上與國外先進(jìn)水平還有較大的差距,有較大的節(jié)能減排潛力。為了適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)的要求,實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展,我國的鋼鐵企業(yè),近年來積極開發(fā)綠色化生產(chǎn)工藝,取得了明顯成效。在降低噸鋼能源消耗和工序能耗的同時,降低了萬元產(chǎn)值能耗和萬元工業(yè)增加值能耗,降低了污染物排放量。軋鋼生產(chǎn)中的節(jié)能減排是鋼鐵生產(chǎn)流程中節(jié)能減排的重要

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