方坯连铸机拉矫机的设计计算

装订线安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）说明书 安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）说明书专 业 机械设计及其自动化 班 级 姓 名 学 号 指导教师 二一四年六月四日安徽工业大学工商学院毕业设计(论文)任务书课题名称方坯连铸机拉矫机的设计计算学 院安徽工业大学工商学院专业班级机械设计制造及其自动化姓 名学 号毕业设计（论文）的主要内容及要求:1.资料收集、整理2.方坯连铸机总体设计及计算3.方坯连铸机拉矫机性能参数计算及结构设计4.针对某些问题分析原因，提出改进措施5.图纸要求：拉矫机总装图2张，部装图2张，零件图若干。要求出图量为 4张A1，其中手工绘制一张部装图 6.说明书正文1万字以上7.外文资料的译文不少于3000汉字指导教师签字： 日期： 年 月 日 摘要连铸即为连续铸钢的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。本文主要介绍了方坯连铸机的优越性以及发展状况，并对方坯连铸拉矫设备的种类进行了描述。本文主要的研究对象是方坯连铸机拉矫机，如果要确定其工艺参数，必须要先确定方坯连铸机在工作过程中的相关工艺参数，因此本文首先研究了方坯连铸机的相关工艺参数。在确定了方坯连铸机的相关参数后，为接下来研究拉矫设备提供了许多理论依据。 对于方坯连铸拉矫设备的研究主要是根据连铸设备中的各部分所受的力以及拉矫机在工作过程中的力能参数，对其进行结构设计，对主要的零部件进行受力分析和强度计算校核，并针对原设备制造、维护方面的薄弱环节加以改进。关键词：连续铸造 拉矫机 强度计算 校核 IABSTRACT Continuous casting and continuous casting is short.In the steel mills produce various kinds of steel products during the solidification of molten steel molding using two methods:The traditional molding method and the continuous casting method.The continuous casting technology in the 1950s in the United States and Europe is the emergence of an advanced technology forming the direct casting of molten steel, metal casting technology has greatly improved yield and casting quality, energy conservation and other significant advantages.This paper describes the advantages and development of billet continuous casting machine, billet caster and pull kind of straightening devices are described.This is the main object of study billet caster straightening machine, if you want to determine the process parameters, you must first determine the relevant process parameters billet caster in the work process, and therefore this paper studied the billet caster the relevant process parameters.In determining the parameters of the billet caster, tension leveler equipment for the next study provides a theoretical basis for many. For the study billet caster pull straightening equipment is mainly based on the continuous casting equipment as well as various parts of the force in the work force straightening machine can process parameters,Its structural design,The main components of the stress analysis and strength calculation check, and for original equipment manufacturers and maintenance aspects to improve weaknesses. Keyword:Continuous casting Straightening machine Strength calculation Checking II目录摘要IIABSTRACTIII第1章 绪论11.1 连续铸钢的优越性11.2 国外连铸的发展情况11.3 我国小方坯连铸的发展情况21.4 小方坯连铸机生产工艺与主要设备描述3第2章 方案的确定52.1 方案一：刚性引锭杆用拉矫机52.1.1 二辊分别传动自矫直式拉矫机52.1.2 集中传动的三辊拉轿机62.1.3 集中传动的五辊拉矫机62.2 方案二：挠性引锭杆用拉矫机72.2.1 上辊传动组合式拉矫机72.2.2 整体机架上辊传动五辊式拉矫机82.2.3 整体机架下辊传动五辊式拉矫机92.2.4 下辊传动的六辊式拉矫机92.3 确定方案102.4 原始数据11第3章 方坯连铸机主要工艺参数的确定123.1 拉速的确定123.2 冶金长度的计算123.3 连铸机流数的确定123.3.1钢包允许的最大浇注时间133.4 连铸机的生产能力计算133.5 弧形连铸机弧形半径的计算14第4章 拉矫机相关参数的计算154.1 小方坯连铸机的拉坯阻力154.1.1 铸坯在结晶器内的摩擦阻力154.1.2 铸坯通过二冷区的阻力154.1.3 计算推动铸坯使之完成矫直功的力164.1.4 拉矫机各运动部件的摩擦阻力174.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率194.2.1 引锭杆进入结晶器时的阻力194.2.2 引锭杆在二冷区内的阻力194.2.3 拉矫机各个运动部件摩擦阻力194.3 电动机类型的选择20第5章 二级减速器设计215.1分配传动比215.2 二级减速器蜗轮蜗杆减速器的设计计算215.2.1 选择蜗杆类型确定中心距215.2.2 基本参数的选择215.2.3 几何尺寸计算225.3减速器的维护与润滑245.3.1 减速器的维护255.3.2 减速器的润滑255.3.2.1润滑要求255.3.2.2润滑方式26第6章 驱动辊的设计校核276.1 求出轴上的功率P转速n和转矩T276.2 按弯扭合成强度条件计算276.2.1 轴上受力分析276.2.2 求出各支承处的水平支反力和垂直反力276.2.3 作弯矩和扭矩图306.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度31第7章 轴承的校核33第8章 原设备制造、维护方面的薄弱环节及改进措施34总结35致谢36参考文献37IV第1章 绪论1.1 连续铸钢的优越性： 连铸过程是在连续状态下，钢液释放显热和潜热，并逐渐凝固成一定形状铸坯的工艺过程。钢在这种由液态向固态转变过程中，体系内存在有动量、热量和质量的传输过程，存在相变、外力和应力引起的变形等过程，所有这些过程均十分复杂，往往耦合进行或相互影响。与模一初轧开坯工艺相比，连铸工艺具有如下优点： 1)简化了铸坯生产的工艺流程，省去了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热和开坯工序。流程基建投资可节省40，占地面积可减少30，操作费用可节省40，耐火材料的消耗可减少15。 2)提高了金属收得率，集中表现在两方面一是大幅度减少了钢坯的切头切尾损失；二是可生产出的铸坯最接近最终产品形状，省去了模铸工艺的加热开坯工序，减少金属损失。总体讲，连铸造工艺相对模铸工艺可提高金属收得率约9。 3)降低了生产过程能耗，采用连铸工艺，可省去钢锭开坯均热炉的燃动力消耗，可节省能耗1/41/2。 4）提高了生产过程的机械化、自动化水平，节省了劳动力，为提高劳动生产率创造了有利条件，并可进行企业的现代化管理升级。1.2 国外连铸的发展情况 1）连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁工厂生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。(1)目前国外的常规连铸生产已趋成熟，连铸机的作业率普遍大于80，大型板坯连铸机连铸约100200万t钢才漏钢一次，已基本可生产无缺陷铸坯(包括合金钢)。而中国连铸机生产稳定性较差，事故相对较多，作业率还偏低，铸坯质量还有一定的差距。 2）近终形连铸连轧技术在国外已产业化或加快产业化步伐。目前，国外已投产和在建中的薄板坯连铸连轧生产线约有50多套，薄带连铸已建多台工业试验机组，预计不久将实现产业化。而中国还处于起步阶段。 3）国外高效连铸技术进一步发展。国外低碳板坯速普遍大于2m/min，最高可达3.0m/min；130mm130mm和150mm150mm低碳方坯最大2 连铸生产设备。 4）连铸机的发展大致经历了立式立弯式弧形超低头形水平等几个阶段。每次新机型的出现，说明了技术的进步。但每种机型都各有其特点，有它的最适应的范围，还没有一种机型完全取代其它机型的趋势。目前，连铸机除满足产量要求外，从生产率、铸坯品种质量、铸坯断面、降低连铸机高度、节省基建和设备投资等方面 综合分析，以弧形连铸机较为优越，它是应用的主要机型。但板坯连铸机的总趋向是用直弧型替代弧型，以消除可减轻铸坯内弧侧夹杂物积聚问题。据悉，日本NKK已将所有板坯连铸机改为直弧型。连铸生产所用设备通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主体设备主要包括：1）浇铸设备一钢包运输设备、中间包及中间包小车或旋转台；2）结晶器及其振动装置；3）二次冷却装置(小方坯连铸机、大方坯连铸机和板坯连铸机有很大差别)；4）拉坯矫直机设备一拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭子链存放装置；5）切割设备一火焰切割机与机械剪切机等。辅助设备主要包括：1）出坯及精整设备一辊道、推(拉)钢机、翻钢机、火焰清理机等；2）工艺设备一中间包烘烤装置、吹氩装置、脱气装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等；3）自动控制与测量仪表一结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。1.3 我国小方坯连铸的发展情况 我国是在炼钢生产中研究、应用连铸技术较早的国家之一。20世纪50年代中期，当连铸技术在前苏联、英国、意大利、加拿大等国进入工业性试验阶段时，我国即着手进行试验研究工作。 1956年我国在当时的重工业部钢铁综合研究所建成了直径80的圆坯半连铸试验装置。 1957年在上海钢铁公司中心试验室建成一台高架立式方坯连铸机； 1958年在唐山钢铁厂建成了第一台工业生产的立式连铸机，同年在重庆第三钢铁厂建成投产一台两机两流，配合30转炉，浇铸175250矩形坯的立式连铸机。 1960年在唐山钢铁厂建成一机一流，配合5转炉浇铸150150小方坯的立式连铸机。我国发展的连铸机型大多为立式连铸机，生产效率低。因此，我国连铸生产的发展极其缓慢，到1978年我国的钢产量为3178万，其中平炉钢1127万，占总产钢量的35.46%，连铸比仅为3.5%。为了改变我国连铸生产发展的落后状况，1974年，我国从原西德施罗德西马克和德马克公司引进了3套弧形板坯连铸机。 1980年，我国又与原西德曼内斯曼德马克公司签订了引进小方坯连铸设备及技术转让与合作制造合同，在国内增建一批旨在浇铸9090，120120及150150供成品轧机一火成材使用的小方坯连铸机。上述即是我国设备发展情况。 随着钢铁工业的发展，我国小方坯连铸生产技术也得到了迅速的发展。我国钢产量呈直线增加；连铸机总台数已由1979年的24台增加到1995年的247台，截止1995年底，我国已经建成投产小方坯连铸机近200台，能力约为3000万/年，1995年实际小方坯产量达2500万以上。 现代化转炉(电炉)二次冶金(精炼)连铸三位一体技术的发展推动了我国工业迅速、稳定的增长。对钢铁工业的节能降耗、提高成材率做出重大贡献。1.4 小方坯连铸机生产工艺与主要设备描述图1.1连铸生产设备 如图1是连续铸钢所用的生产设备，实际上是包括在连铸作业线上的一整套机械设备，通常可分为主体设备和辅助设备两大部分，主体设备包括有：浇铸设备-盛钢桶运载设备中间罐及中间罐小车或旋转台；结晶器及振动装置，二次冷却支导装置，如在弧形连铸设备中采用结晶器时，需设顶弯装置，拉坯矫直设备拉矫机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置，切割设备火焰切割机与机械修剪机，摆布剪切机步进式剪切机等），辅助设备有：出坯及精准设备辊道，（拉）推钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间罐烘烤装置、吹氩装置、脱气装置，保护渣供给与结晶器润滑装置等，自动控制与测量仪表结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测量、测重、侧长、测速、测压等仪表系统。 在连续助攻的发展过程中，连续铸钢设备连铸机先后出现了立式连铸机，力弯式铸钢机（直弧形、全弧形、弧形多点矫直、超低头型）水平式连铸机，如图2所示。图2 各种形式连铸机第2章 方案的确定 2.1 方案一：刚性引锭杆用拉矫机刚性引锭杆用拉矫机最大特点是必须有脱引锭头功能，因为刚性引锭杆不可能通过切割机。由于矫直辊要抬起脱引锭头，则其下辊就没有拉坯功能，所以一般不设后辊，而拉坯只能靠前面一对辊，必须上下辊都是主动辊。此类拉矫机也可用于挠性引锭杆连铸饥。2.1.1 二辊分别传动自矫直式拉矫机 二辊分别传自矫直式拉矫机是典型的刚性引锭杆用拉矫机。如图2.21前面一对拉辊(1、2)自带一套传动装置，包括直流电动机、制动器、减速机等由于位置所限，上辊直立安装，下辊水平安装，采用液压缸压下，中下辊不传动辊6只起脱引锭头作用， 般工作中均呈抬起状态。铸坯在脱引锭头后被上辊压下，在切割前因铸坯自重得到矫直。 图2.2-1二辊分别传动自矫直式拉矫机 1一传动下拉辊；2一传动上拉辊；3压下液压缸；4一机架； 5脱引锭压下缸；6一脱引锭杆辊；7中下辊。2.1.2 集中传动的三辊拉轿机 这种拉矫讥结构如图2.22集中传动装置安装在上部平台上，由直流电动机1、制动器、双出轴减速机2组成，由此传出两支从动轴，连接通往上、下拉辊6、7的万向联轴器3。两拉辊轴装有蜗轮减速机，其蜗杆轴与万向联袖器相接，上拉辊6与脱引锭头辊8的支架上均装有压下液压缸1、5，其中液压缸5行程大，以便脱去引锭头，拉辊装在弧形切点上。远距离安装的集中传动装置，有改善环境条件的优点。由于采用刚性引锭杆，安装集个传动装置的平台同时也是引锭扦放平时操作引锭仟头部的工作平台。 图2.22 集中传动三辊拉矫机 1一直流电动机；2双出轴减速器；3万向接轴；4、5 压下液压缸；6上拉辊; 7下拉辊; 8-脱引锭头辊；9-机架。 2.1.3 集中传动的五辊拉矫机 如图2.2-3装置安装在机架6旁，由带冷却风机的直流电动机3传动的三传动轴减速机2组成，通过万向联轴器传动前部上、下拉辊4、5并通过联轴器传动脱引锭头辊1下面的下辊，上拉辊4的压下是通过气缸8及杠杆系统实现气缸9是用于脱引锭头的。该讥还设有中下辊7(无传动)。拉坯辊装在铸机弧形的切点上，传动辊轴端均装有蜗轮减速机，这种设计减小了主减速机的尺寸，同时也可以减小传动轴的尺寸。 图2.23 集中传动五辊主动的拉矫饥 1一托引定投辊；2一集中减速机；3直流电动机；4上拉坯辊； 5一下拉坯辊；6一机架；7一中下辊；8、9压下气缸 2.2 方案二：挠性引锭杆用拉矫机2.2.1 上辊传动组合式拉矫机这种型式的拉矫机是我国八十年代引进，广泛应用的一种机型，如图2.1-1共五辊，两上辊传动，前、后两机架为标准型式，结构均相同，优点是制造方便，备件简单这台拉矫机开发了我国小方坯拉矫机设计思路，如用链条传动拉辊，采用气功压下，第一对辊布置在连铸机基本弧切点上。该机缺点是气缸和电机防护较差。但维护好仍能正常工作，国内仍有不少企业使用这种机型，也不乏使用较好的事例。图2.1l 上辊传动组合式拉矫机1一立式直流电动机；2联轴器；3一齿轮箱；4一传动链； 5上辊；6一下辊；7；8一底座。2.2.2 整体机架上辊传动五辊式拉矫机 采用上辊传动，拉坯辊布置在铸机弧形切点上，采用卧式直流电动机，如图2.1-2整个传动装置采用隔热装置保护上辊是通过链条传动。每个上辊设二个压下气缸，安装在拉矫机下部并有水冷罩防护。其特点是采用整体机架，检修时只需更换辊子及传动装即可。 图2.1- 2 整体机架五辊式拉矫机 1传动装置；2一上辊；3压下气缸4一下辊，5一机架。2.2.3 整体机架下辊传动五辊式拉矫机 该拉矫机采用整体机架，拉坯辊布置在铸机弧形切点上，如图2.1-3，上辊均不传动，只起压紧和矫直作用，每个上辊均有二个压下气缸(1、4)。该机特点是采用集中传动，传动装置通过万向联轴器从铸机的两侧远距离传入，再通过链条带动下拉辊5。传动轴有两个位置，表示在多流连铸时传动装青可以错开布置，而后面下辊9是通过链条与前下辊5联结。这种下辊传动的拉矫机值得注意的问题是：下辊拖动铸坯是靠上辊压下力才产生驱动铸坯的摩擦力，因而在矫直辊下面的下辊，只有在矫直辊克服铸坯的矫直反力后，才能产生驱动铸坯的摩擦力。所以气缸压在上辊的力要比上辊传动的拉矫机更大一些。 下辊传动的拉矫机优点是：需要升降移动的上辊简化了；固定的下辊安装传动装置也较方便，有利于采用集中传动；传动装置距热源较远，寿命长，维护方便。2.2.4 下辊传动的六辊式拉矫机 该机采用了三对辊，如图2.14第一对拉辊设在铸机基准弧内，第二对辊布置在切点上，三个上辊均有压下装置，采用液压缸压下。侧面远距离集中传动，通过万向联轴器链条、传至机架后，再通过圆锥齿轮箱和联轴器带动三个下辊的蜗轮箱。三个下辊均为主动辊，克服了矫直力抵消压下力造成拉坯力不足的现象。 图2.1- 3 下辊传动五辊拉矫机 1后压下气缸；2矫直辊；3拉坯辊；4压下气缸；5一拉坯辊 6链传动；7一机架；8一中下辊；9一传动下辊。图2.1-4下辊传动六根式拉矫机1一弧内上辊；2下辊；3切点上辊 ；4切点下辊5一蜗轮箱；6 压下拉杆 集中传动装置的优点是几个传动辊机械同步，简化了电控系统，每组辊构件皆相同，制造和维护方便。2.3 确定方案：经比较最终选用方案二中的整体机架五辊拉矫机。图2.4-1 五辊拉矫机1减速器；2一电动机；3一上辊架；4机架；5一水冷隧道； 6自由辊；7防护罩；8一传动辊；9 脱锭油缸；10压下油缸 拉矫机的结构如图2.41所示 这种拉矫机的型式为整体机架五辊拉矫机。这是近年来在总结以往小方坯连铸机在设计、制造、使用中的成功经验，以及所暴露出的问题的基础上设计制造出的一种新型拉矫机。在国内一些引进及国产的方坯连铸机中，都有成功的使用经验。整体机架五辊拉矫机与传统的方坏拉矫机相比，具有以下特点：1）采用两点矫直技术，提高涛坯的质量；2）在整个拉矫机区域内。设置水冷隧道，使铸坯在隧道内运行，提高了对铸坯辐射热的防护能力；3）设置三个传动辊(两个上辊，一个下辊) ，具有足够的拉还能力。同时，通过增减传动辊的数目(最多可有四个传动辊)，拉矫机可以适用于9090毫米至280300毫米各种断面的铸坯；4）传动电动机采用近年来通常使用的交流变频调速电动机，简化了电控系统的维修工作；5）可用于使用挠件引锭杆的连铸机，还可用于使用刚性引锭杆的连铸机；6）结构紧凑，适用于流间距1000毫米的多流方坯连铸机；7）所有部件都安装在个机架上，可以方便的整体更换，；离线检修，提高拉矫机的作业率及维修性能。2.4 原始数据：连铸机半径R8m 铸坯断面180mm180mm第3章 方坯连铸机主要工艺参数的确定3.1 拉速的确定连铸机的拉速的确定主要取决于以下几个原则： 选取连铸机的拉速必须在所浇钢种的允许范围之内，确保产品质量。 以满足钢种产量的要求为前提，选取的拉速考虑和冶炼设备的生产周期匹配。 连铸机拉速要考虑铸坯断面尺寸、弧形半径、冶金长度和铸机结构特性等因素。理论拉速：理论上所能达到的最大拉速。按照结晶器出口处铸坯最小坯壳厚度计算，根据本设计的钢种铸坯断面尺寸最小坯壳厚度选取为10mm。结晶器出口处最小坯壳厚度： （1-1）式中：Km-结晶器内钢液凝固系数mm/min1/2;取20； Lm-结晶器有效长度m,0.85; 计算得出：Vmax3.4 mmin 工作拉速根据经验为理论拉速的85，确定工作拉速为2.8mmin。3.2 冶金长度的计算冶金长度为连铸机的机身长度，指从结晶器钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度。 （1-2） 式中 ： L铸机的冶金长度，m 最大的设计铸坯厚度，mm 最大的设计拉坯速度，mmin K综合凝固系数， 取30计算出冶金长度L=25.71m 3.3 连铸机流数的确定连铸机流数计算公式： （1-3） 式中 G-钢包容量，t,140t; t-钢包浇注时间min,一般t，t取32min; F-铸坯断面面积,0.0324; V-此断面下的工作拉速，m/min,2.8m/min; -铸坯密度，7.8t/.本设计中N取73.3.1钢包允许的最大浇注时间 （1-4） 式中：-钢包最大允许浇注时间，min G-钢包的容量，140t f-铸坯质量系数，其值为10-15，取113.4 连铸机的生产能力计算1.连铸机作业率:连铸机作业率取86.7%。2.每炉钢水量G:连铸用钢水量平均按每炉140t3.铸坯收得率A:据连铸设计技术规格书中经济指标可知铸坯收得率为98.3%。4连浇炉数Cn:连浇炉数与转炉及连铸的配合有关，同时与炉子的容量有关，同时与炉子的容量大小，浇注时间长短，耐火材料质量也是有密切关系的。本次设计取Cn=4炉。1) 每炉钢浇注时间 min （1-5） 式中 n-铸机流数，n=7; V-拉坯速度，m/min,2.8m/min; r-铸坯密度，7.8t/; 0.9-考虑铸坯头部和尾部拉坯速度增加和减少及富余能力的系数； S-铸坯平均断面，,0.0324; G-转炉平均出钢量，140t。2) 准备时间:准备时间为43min,其中铸坯拉出时间为13min,从装引锭杆到引锭头密封完毕可以浇钢为止所经历时间为30min。3) 连铸机年生产能力Q 连铸机年生产能力Q为: 万吨 （1-6） 式中 Q-连铸机生产能力，t/a; -连铸机作业率，86.7%; G-每炉钢水量，t/炉,140t; A-铸坯收得率，%，98.3%; C-连浇炉数，炉/次，4炉； -连浇时平均浇注周期， min次 28min/次； T-连铸机准备时间，min,43分钟。3.5 弧形连铸机弧形半径的计算 连铸机铸坯外弧的曲率半径(m)。依据下列三个因素确定：按铸坯进入拉矫机以前全部凝固完毕的条件确定；按铸坯在矫直时所允许的表面延伸率确定；按弧形结晶器的最小允许半径确定。铸坯的形变如图3.1所示。弧形半径的确定：按经验公式计算： 连铸机圆弧半径R=KD 其中K为系数，方坯连铸机取3040，碳素钢取下限，特殊钢取上限。D为铸坯厚度m,D取0.180m。R要在算出后，考虑已投产的连铸机的经验参数，综合考虑确定.R=(3040)D=300.18400.18=5.47.2 取R=6m 图3.1铸坯的形变第4章 拉矫机相关参数的计算4.1 小方坯连铸机的拉坯阻力 小方坯连铸机的拉坯阻力包括：铸坯在结晶器内的摩擦阻力F1，铸坯通过二冷区时的阻力F2，推动铸坯使之完成矫直功的推力3，及拉矫机各运动部件的摩擦力F4，分别计算如下:4.1.1铸坯在结晶器内的摩擦阻力 铸坯在结晶器内的阻力包括铸坯与结晶器壁的粘接力和铸坯运动的摩擦力。这项阻力与结晶器的锥度、制造安装的精度、结晶器的运行情况及振动方式有关，由于影响因素较多，很难精确计算，设计时，一般只用经验公式计算铸坯在结晶器中运动的摩擦阻力，并采用较大的摩擦系数用于补偿其他阻力的存在，此阻力参照实测数据决定。查连铸手册取F1=6500N4.1.2 铸坯通过二冷区的阻力图4.1为拉坯矫直时的受力分析图：如图4.1，小方坯在二冷区的阻力包括：铸坯与导向装置的摩擦力及铸坯自重引起的下滑力。图4.1 拉坯矫直时的受力分析图从铸机的弧线部分区一小段单元铸坯，其位置角为，包角为，重量为 （2-1）式中：A-铸坯断面积；0.0324 R-铸机外弧半径；R=6m -钢液比重；取=0.07N/.把力q分解为径向力及切向力，得 cos （22） sin （23）径向力对导向装置的摩擦力为: cos （25）-铸坯在导向装置中的摩擦系数，由于小方坯连铸机的导向装置比较简陋，有的辊子甚至不转所以 =0.3铸坯在二冷区内的阻力为： （2-6）因为1 ，所以是负值，即铸坯还能向下滑动。已知铸机外弧半径R=6m， B=H=180mm =0.3 A=BH 所以代入数据计算得=-9526N4.1.3 计算推动铸坯使之完成矫直功的力F3：被矫直的小方坯处于完全凝固 的弹塑性状态。其矫直力矩为： （2-7）式中：-铸坯在高温状态下的屈服极限； -铸坯边长推动铸坯进行矫直的转矩，等于推力F3对圆弧中心点的转矩，此转矩等于铸坯的矫直力矩，即： （2-8） 则 （2-9）查连铸手册取材料为45钢在1000摄氏度情况下=35N/铸机外圆弧半径R=6m,铸坯边长h=180mm所以带入数据计算得 F3=8506N4.1.4 拉矫机各运动部件的摩擦阻力计算拉矫机各运动部什的摩擦阻力,如图31所示的五辊拉矫机，假定拉坯力由A D两辊承担，矫直力由A B及C三辊承担,且A D两辊承担的拉坯力为：由上而求得的 F1=6500N =-9526N F3=8506N代入公式计算得=5480每个拉辊应有的拉力为： （2-10）式中 -拉辊与铸坯间的摩擦系数，取=03所以N由A B C三辊矫盲铸坯时，A及C辊的压力为： （2-11）已知铸坯边长A=180mm，45钢在1000情况=35N。所以代入数据计算得：42525NB辊的压力为：E辊在理论上不承受压力。由上列各种压力产生的总摩擦力为： （2-12）式中：-辊子直径； d-轴颈直径； -铸坯与辊子间滚动摩擦系数，取=3mm -辊子轴承的摩擦系数，滚动轴承，则=0.005上面求得：N ,42525N , 又已知辊子直径=350mm,轴颈直径d=120mm所以代入数据计算得 =2986.3N连铸机拉热坯时的拉坯总阻力为上述各个阻力之和，即上面求得 F1=6500N =-9526N F3=8506N =2986.3N带入数据得 8010.3N拉热坯时计算的驱动电机功率为： (KW) （213）式中： -拉坯速度(ms) -拉矫机传动总效率。已上求得=8010.3N 又已知拉矫机拉坯速度=2.8m/min , 所以代入数据得 KW =1.06KW式中 - 考虑电压不稳定，国产电机质量不稳定，以 及 工 作 环 境 等 因 素 ； 取 =24.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率 小方坯连铸机一般都是从下往上装引锭杆，此时引锭杆在二冷区的阻力和引锭杆的下滑力都是向下的。可用上述的计算方法来计算装引锭杆的阻力及功率，其计算方法是：4.2.1 引锭杆进入结晶器时的阻力 因为引锭头与结品器之间有较大的间隙，所以引锭杆进入结吊器时的阻力可忽略。4.2.2 引锭杆在二冷区内的阻力引锭杆在二冷区内的阻力为： （214）式中： -引锭杆的断而积()； -引锭杆的比重，取=0 .0785(N) -引锭杆在二冷区的摩擦系数，取=0.3已知=180mm x185mm，铸机外弧半径R=6m所以代入数据得 =20389.59N4.2.3 拉矫机各个运动部件摩擦阻力 拉矫机各个运动部件摩擦阻力的计算方法和前面的一样。N所以 7689.8N装引锭杆时的总阻力为：代入数据计算可得 =28079N装引锭杆所需驱动功率为=式中： -装引锭杆的速度(m/min)已知装引锭杆的速度=6m/min，由求得=28079N所以计算得 4.01，2式中 - 考虑电压不稳定，国产电机质量不稳定，以 及 工 作 环 境 等 因 素 ； 取 =2所以计算得8.02kw比较和,故取其中的较大者作为静功率来选用电动机。4.3 电动机类型的选择 电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。在确定电动机额定转速时，必须考虑机械减速机的传动比值，两者相互配合，经过技术、经济全而比较才能确定。通常电动机转速不低与500r/min，因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低，如选用高速电动机，势必加大机械减速机构的传动比，致使机械传动部分复杂起来。对于冶金机械，工作速度较低，经常处于频繁地正反转运行状态，为缩短正反转过渡时间，提高生产效率，降低消耗并减少噪声节省投瓷，应选择适当的低速电动机，为防止装引锭杆时的推力不足和防止漏钢现象，结合其工作环境上综合考虑，故选用应用于冶金机械的变频调速三相异步电动机Y180L-8，额定功率是11kw,同步转速是750r/min。第5章 二级减速器设计5.1分配传动比已知拉坯速度= 3.4mmin，辊子直径D= 350mm电动机转速，则得i=242。考虑到拉矫机的实际情况及现场安装等问题，故一级减速器用行星齿轮减速器，二级用蜗轮蜗杆减速器，且,。5.2 二级减速器蜗轮蜗杆减速器的设计计算5.2.1选择蜗杆类型确定中心距 考虑到上作环境及其他问题，选用TOP型蜗杆传动，其承载能力计算： 根据机械设计手册第3卷，当传动符合图14-4-17和图14-4-18之条件时，蜗杆传递的功率: 当传动为其他条件时，蜗杆轴的计算功率: （51）式中 分别为传动类型系数，工作情况系数，加工质量系数和蜗轮材料系数，查表14-4-30知：TOP型蜗杆 =1.0昼夜连续平稳上作 =1.0 7级精度 =1.0 选择材料，蜗轮， 则 代入数据计算得查环而蜗杆许用功率线图144-17得中心距a=200mm5.2.2 基本参数的选择 蜗杆头数 蜗轮齿数 而i =20则40 蜗杆分度圆直径按表14 -4 -22知=0.36a=72mm取=70mm。5.2.3几何尺寸计算 蜗轮分度圆直径 代入数据得 蜗轮端面模数 代入数据得 径向间隙 代入数据得 齿顶高 代入数据得 齿根高 代入数据得蜗杆喉部根圆直径，代入数据得校验：当时， L为蜗杆两端支承间距离代入数据得51. 56mm已知55. 15mm51. 56mm故可用蜗杆齿顶圆直径 （52） 代入数据得蜗杆齿顶圆弧半径 （53）a= 200 mm， 81.55 mm 代入数据得159.225mm蜗杆齿根圆弧半径 （54） a= 200 mm d，=55.15mm 代入数据得蜗轮齿顶圆直径 （56） 代入数据得蜗轮齿根圆直径 （57） 代入数据得蜗杆喉部螺旋导程角 （58） 代入数据得 齿距角 （59） 代入数据得。成形圆直径 括号内取 330mm代入数据得123.62mm 按表14-4-23取标准系列值=125mm分度圆齿