机械毕业设计（论文）-五辊拉矫机设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 摘要摘要 采用连续铸造方法，可以使全连续和自动化操作成为可能，提高了铸坯质量，减少 了生产工序，降低生产成本，故在大型的钢铁企业中得到广泛地推广应用。拉矫机是连 铸机中的一个重要设备，完成了连铸过程中拉坯和轿直两项任务。 本文介绍了最新连铸技术的发展趋势以及我国小方坯连铸生产技术的现状和发展 情况。其主要内容包括：拉矫机的技术要求、类型、特点、组成、机构主要性能参数以 及主要参数的计算、主要零件的设计校核，同时阐述了拉矫机的制造与维护.根据其工 作环境和拉矫设备的力能参数，对 r5250mm 矫机进行结构设计，并对减速机构加以设计 研究，对主要零部件进行受力分析与强度计算. 关键词关键词： 连续铸造 拉矫机 结构设计 强度计算 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 abstract using the continuous casting method, may cause continuous operation and the automation possibly, raising the slab quality, reducing production processes, reducing production costs .so the large- scale iron and steel enterprises widely pushed up the broad application. it is an important equipment, meanwhile two assignment are finished, pull and straight. this article describes the latest continuous casting technology and the development trend, the status and development of chinas small billet continuous casting production technology .in this text, the technological require type, components, construction and main fuction parameter of the pull- straight mill are showed, and alternatives calculation of main parameter is introduced. in addition, manufacture, assemble and remaining of the straightener is also introduced. according to their working environment and the equipments strength parameters, carry on holistic structure design for r5250mm small billet caster straightener and design for reducer, also carry on the stress analysis and the strength calculation to the main spare part. keywords : continuous casting straightener structural design strength calculation 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 前言 1 第一章 绪 论 2 1.1 国内外连铸机发展的概况 . 2 1.1.1 国外连铸技术的发展 . 2 1.1.2 国内连铸技术的发展 . 2 1.2 连铸技术的优点 . 3 1.3 拉矫机的概述 . 3 1.3.1 连铸机类型与特点： . 3 1.3.2 拉矫机组成部分 . 4 1.3.3 技术要求 . 5 1.3.4 拉矫机存在的问题与改进 . 5 1.4 小方坯连铸机拉矫设备结构设计 . 6 1.4.1 小方坯连铸机拉矫设备及主要参数 . 6 1.4.2 小方坯连铸拉矫机的主要设计参数 7 第二章 拉矫机的设计计算 8 2.1.1 铸坯在结晶器内的阻力 . 8 2.1.2 铸坯通过二冷区的阻力 . 8 2.1.3 推动铸坯使之完成矫直功的力 . 10 2.1.4 拉矫机各运动部件的摩擦阻力 . 10 2.1.5 拉坯总阻力： . 12 2.2 装引锭杆时拉辊受力分析 . 12 2.2.1 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率 . 12 2.3 总效率的确定： . 14 2.4 电动机类型的选择与验算 . 14 2.4.1 电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。 . 14 2.4.2 计算 14 2.4.3 选择电动机： 15 2.5 拉矫机传动比的分配 . 16 2.6 压下气缸内径的计算： . 16 2.6.1 性能要求 16 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii 2.6.2 计算 . 17 2.7 拉矫辊参考的选择 . 19 2.8 主要零件的设计校核 . 19 2.8.1 拉矫辊的受力分析 . 19 2.8.2 拉矫辊的强度校核 20 2.9 轴承的选择及寿命校核 . 24 第三章 减速器的设计与计算 25 3.1 拉坯矫直机用减速器的概述 . 25 3.2 减速器的齿轮计算 . 26 3.2.1 第一对齿轮的计算 . 26 3.2.2 第二对齿轮的计算： . 31 3.2.3 第三对齿轮的计算： . 31 3.3 轴的设计与计算 . 41 3.3.1 轴的材料选择 . 41 3.3.2 初步确定轴的直径： . 41 3.3.3 根据轴向定位的要求： . 41 3.4 联轴器的选择 . 45 3.5 滚动轴承的选择及其润滑密封 . 46 3.5.1 选型 . 46 3.5.2 初步计算轴承的当量载荷 p 46 3.5.3 验算： . 46 3.5.4 润滑及密封的选择： . 47 3.6 电磁制动器的选择计算 . 47 第四章 拉矫机的润滑与冷却系统 49 第五章 拉矫机的制造、安装与日常维护 50 5.1 拉矫机的制造 50 5.2 拉矫机的安装 . 50 5.3 拉矫机的维护 . 50 参考文献 51 总结 53 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii 致 谢 54 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 前言 本说明书是在设计计算的基础上编写而成的.通过本说明书可以详细了解设计的全 过程.小方坯连铸技术是现代钢铁企业的技术支柱.要了解这一点势必要关心以下国内外 连铸技术的发展及连铸技术的优缺点.本次设计是在德马克公司小方坯连铸技术的基础 上对设备。 结构进行了适当的改进， 并在计算过程中有合理的假想.而本次设计的中心任 务是对小方坯连铸机的重要部件之一拉矫机进行设计计算.由于本人能力有限， 在设 计当中，不免会有失误之处，望老师。同学们给予指正. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 第一章 绪 论 1.1 国内外连铸机发展的概况 1.1.1 国外连铸技术的发展 随着钢铁工业的迅猛发展.连铸坯的产量在不断地增加.连铸工业不断完善.技术不断 成熟.同时. 随着钢铁技术中的炼钢和轧钢技术的进展及钢铁结构的变化.从而对产品规 格.质量有新的要求.也促进了连铸技术的发展. 1. 超大型炼钢厂的相继出现引起了炼钢与铸锭工序之间的突出矛盾.为了解决这一 矛盾.必须优先发展高效率的大型连铸机.许多大型钢铁厂.以板材作为主要产品.大部分 采用生产效率很高的连续热带和冷带轧机轧制.这种轧机采用常规的铸锭开坯工艺 是唯一满足的.为此.发展了连铸新技术和新工艺. 2.小型钢厂对连铸技术发展的影响 小方坯连铸机的发展.促进了小型钢厂的发展.以电炉小方坯连铸机专用轧 机的生产工艺来满足较窄产品规格的小型钢厂大企业的竞争中又促进了小方坯连铸机 的发展. 采用了小型钢厂连铸工艺后，具有投资少建设快金属收得率高，能源消耗低，竞 争力强等优点. 3. 连铸技术发展的特征 （1） 连铸机的数量，连铸坯产品的产量和连铸比在不断地增大. （2）连铸钢种不断扩大. 1.1.2 国内连铸技术的发展 我国连铸技术起步较早.至今已有四十多年的历史， 但发展缓慢。 1958 年.我国开始 研制连铸机.并先后在唐山钢厂.重庆三钢和上海几家钢厂投产试用成功了小方坯连铸 机，但由于基础技术工作差，工艺研究不深.加上仓促投产，设备简陋等原因，使这些连 铸机投产后不能正常生产. 我国现有的小方坯连铸机的种类很多.大致可以分为由德国引进的德马克机型，由 意大利引进的达涅 利机型和由美国引进的康卡斯特.罗可普.斯泰尔特克机型，以及某 些国产机型。完全引进国外成套设备成主要部件的方坯连铸机约占我国连铸机总台数的 21.5% . 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 1.2 连铸技术的优点 钢厂采用连铸技术后，具有投资省.见效快.金属收得率高.能源消耗低.竞争力强等优 点.具体情况如下： (1)提高较小收得率 (2)节约能源 (3)提高铸坯质量 (4)有利于实现钢液成型，工艺的机械化和自动化 连铸技术与传统的模铸有着不可比拟的优点.连续铸钢法的一般收得率为93- 99%.与 传统的横铸开坯相比较.有着十分明显的经济效果. 连续铸钢法由于省去了均热，开坯等工序，大量节省了能源，降低了成本，提高了 竞争能力.在连铸过程中，由于钢水凝固时冷却条件较好，从而加大了铸坯的成材率. 1.3 拉矫机的概述 小方坯连铸机的结构主要由结晶器.结晶器振动装置.二冷装置.引锭杆跟踪装置.冷 床及拉矫机与机械剪等装置。连铸机中拉矫机是一个重要的部分。 1.3.1 连铸机类型与特点： 拉矫机在发展过程中出现过以下几种类型 (1)牌坊式 我国早期连铸机的拉矫机大都脱胎于轧钢机，呈牌坊式.拉辊轴承在牌坊窗口 中，借丝杠或液压缸开降，施加压下力，在采用多组拉矫辊时则牌坊连接在一起形 成整体机架，不利于离线检修. (2)钳式 钳式结构简单.重量轻.调整开口度方便.我国最早用于板坯连铸机上， 由于压力 集中，影响拉速提高，未得到发展，但在国外小方坯连铸机上得到了广泛的采用，对小 方坯而言一次矫直即可，不会影响铸坯质量. （3）组合式 在小方坯连铸机上，由于多流连铸机的发展，和线外栓修的必要性，标准机架和组 合式拉矫机得到发展.由于每对辊子装在一台标准机架上，这样辊子具有互换性和通用 性， 便于生产厂准备零件.也可以根据用户要求用标准机架组成拉坯机组成矫直机组， 特 别是对多辊的板坯拉矫机，标准机架组合机构日益显出优越性. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 1.3.2 拉矫机组成部分 1.3.2.1 传动系统传动系统： 传动系统主要包括电动机、减速器、齿轮座及万向联轴器等。由连铸的工艺条件决 定，在浇铸过程中，要求经常变更拉坯速度。因此，拉矫机应选用调速性能良好的直流 电动机，在个别小断面连铸机上也可采用交流滑差式电动机。为了控制速度的变化还应 配备调速发电机。 通常减速器只有一根输出轴，而拉矫机至少应有两个以上的拉辊需要传动。故在减 速器和拉矫机之间可设置齿轮座，以实现将单轴转动变成多轴(辊)转动。共上下两个拉 矫辊转动方向相反，相邻两个上拉矫辊或两个下拉矫辊转动方向相同且转动速度相等。 根据需要，齿轮座也能实现一些减速。实际上，只有拉矫辊较少时才能采用齿轮座，而 当拉矫辊较多时则不宜用齿轮座。尤其对多辊拉矫机，由于尺寸限制常采用电动机经行 星减速器、万向联轴器单独传动每个拉矫辊。 由于拉矫机在工作中，拉矫辊都有较大的调节距离，所以常采用万向联轴器将拉矫 辊和齿轮座(在多辊拉矫机中为行星减速器)的出轴相连接，以实现在较大倾角下(最大可 达 810，一般小于 7)能比较平稳地传递较大扭矩。 1.3.2.1 工作系统工作系统： 它主要包括机架、拉矫辊及轴承、压下装置等。机架主要是用于安放和支承拉矫辊 及其调整装置的。除个别辊数较少的拉矫机采用钳式与牌坊式联合机架外，其余几乎都 采用牌坊开式机架。牌坊开式机架不但易于安装而且刚性好，又能承受较大负荷，安装 拉矫辊的数目较多。过去多用铸钢制成，近年来采用焊接结构较多，特别是焊接的箱形 结构更适合于机架内部通水冷却。 拉矫辊一般用 45 号钢制造，为提高其使用寿命，最好选用热疲劳强度较高的钢制 造- 如铬钼钢。拉矫辊一般都采用滚动轴承支承，在个别小型连铸机上也有用滑动轴承， 轴水通过轴承座安装在机架内。轴承座一端固定，另一端做成自由端，允许辊子沿轴线 胀缩。辊身长一般直比铸坯每边宽出 50100mm，且上下辊安装要严格平行和对中。 拉矫辊有实心和空心两种，以适应外喷水冷却和辊内通水冷却的需要。 拉矫辊的压下与调节机构通常有电动和液压两种。只有个别小型铸机用手动压下螺 丝调节。电动蜗杆或螺旋传动压下结构较为复杂，而液压压下结构既简单又可靠，只须 建个液压站。根据拉矫机的工作特点用液压压下及调节较为理想，它在各国得到广泛应 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 用。 拉矫机是长期在高温条件下连续工作的机械设备，除机体本身必须具备的强度和刚 度条件外，为保证其工作的可靠性，良好的冷却和充分的润滑乃十分必要。设备本身的 冷却有两种方法：一是用外部喷水冷却，即外冷法；另一种是在机架内部和拉矫辊辊身 内通水冷却， 即内冷法。 内冷法的冷却水不会喷到铸坯上， 尤其在只需冷却设备本身时， 不致降低铸坯的温度起不良作用。如在实行多炉连浇等待换罐时，采用低拉速操作则更 有明显的优越性。 它的主要问题是， 有的零部件加工制造比较困难。 外冷法则与其相反。 至今各国对拉矫辊内冷或外冷尚有不同的看法。润滑有分散和集中两种方式，现代的连 铸机特别是大、中型连铸机都采用集中润滑系统，它能很好的适应生产要求。 拉矫机应设有必要的防护措施和安垒措施，这点对多辊拉矫机尤为必要。为防止轴 承被热铸坯长时间辐射过热，可在轴承座和铸坯闻装上挡热板。有的挡热板是用镀锌钢 板包起来的石棉板制成，由于在矫直铸坯过程中，连铸机弧线拐点处下拉矫辊的矫直反 力最大，故应在下辊的下边装设支承辊，以增加其承载能力。同时还可在下支承辊的轴 承座下安装测力传感器，当矫直反作用力大到一定程度时可报警，使拉矫机停止运转或 液压缸自动卸压，以防毁坏设备。 1.3.3 技术要求 拉坯机在连铸机中起着举足轻重的作用，因此，对拉坯机有许多技术要求： （1）.能够克服结晶器和二冷装置对铸坯的阻力，将铸坯拉出. （2）拉速要可调，以满足不同铸坯断面对拉速提出的不同要求，而上引锭杆时需要有 较快的速度. （3）拉矫辊上下辊之间的开口度要能调整，以便生成不同程度的铸坯. （4）上辊应有足够的压下力，满足拉坯摩擦力和矫直铸坯的要求，压力要能调节.以适 应不同断面的要求，要防止对铸坯加压过量造成铸坯缺陷。并且在开浇时从引锭杆过渡 到铸坯时，压力应迅速转变，以防止将交温铸坯压变形. 1.3.4 拉矫机存在的问题与改进 1.引进的拉矫机， 上辊在气缸无气压时会自由落下， 上辊与下辊接触， 经安装调整， 尤其是测量辊面标高和水平度高带来困难；此次设计中增加了一个安全销支撑上横梁及 传动装置，以便进行测量和调整，当气缸供气时，可把安全销卸下，挂在机旁. 2.引进的轴承润滑系统，采用人工分散加油，因流间矩小，机架间隙很小，加油不 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 便，在设计中改为手动干油集中润滑，改善了劳动强度. 3. 拉矫机冷却构件多， 每流设备有九对排水管， 在 4 流连铸机上共有 36 对排水管， 拉矫机下管道太多不利于维护栓修，特别是在北方寒冷地区，应有防冻措施，至少有个 系统的最低点，应设排水阀，冬季遇有停机停水时应把程水放出. 4. 拉矫机底座开孔太小，氧化铁皮无法排除，当积累过多时影响下辊的灵活转动. 5.当两机架相向运动时，安装在拉矫机的前后机架中间的隔热板互相碰撞.只好将 后机架的前隔板拆去；前机架的前隔热板对遮蔽高温铸坯的热辐射起重要的作用，但长 度尺寸不够.不能完全保持电动机应加长. 每台拉矫机有机架上辊传动系统和上辊压下传动系统组成，当气阀控制气缸的活 塞运动，将上辊压下时，上辊传动系统即带动引锭杆成铸坯运动. 在上辊传动系统和压 下系统的共同作用下， 完成拉坯和矫直两项任务.为避免引锭杆成铸坯下滑力可能造成的 自由下滑事故，拉矫机配有电磁制动器 . 为了节省空间，拉矫机传动电动机为直流立式电动机，电动机在其顶部装有测速 发电机和脉冲发生器，一个供调节系统作速度反馈用，另一个作铸坯长度测量和拉速显 示信号作用。 1.4 小方坯连铸机拉矫设备结构设计 1.4.1 小方坯连铸机拉矫设备及主要参数 在各种连铸机中都必须有拉矫机，已便将引锭杆及与其凝结在一起的铸坯连续拉出 结晶器， 然后经过二次冷却支承导向装置使铸坯进入拉坯机。 铸坯出拉辊后便可脱锭 （即 将引锭杆与铸坯分开） 。在实际的弧形连铸机中，拉坯和矫直这两道工序常是在同一个 机组里完成的，故统称其拉坯矫直机（简称拉矫机） 。拉矫机是连续拉出铸坯、矫直铸 坯与切断成坯的主要设备，在设计和使用上应满足生产工艺的下述基本要求： （1） 应具有足够的拉坯和矫直能力，以适应生产上可能出现的最大阻力，但应备有可 靠的过载保护措施； （2） 驱动系统应具有良好的调速性能，并能实现反转，拉坯速度一般应与结晶器的振 动速度实现连锁； （3） 为了适应连续、高温的工作条件，设备应有足够的强度和刚度，并采用有效的方 法对设备本体进行冷却，以防止变形； （4） 在结构上要能适应铸坯断面在一定范围内的变化，并允许不能矫直的铸坯通过， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 以及在多机多流连铸机上对其结构的特殊要求； （5） 采用多辊拉矫机时，可考虑为实行液心拉矫和压缩浇铸新工艺创造条件。 1.4.2 小方坯连铸拉矫机的主要设计参数 小方坯连铸拉矫机的主要设计参数是机械设备设计的主要依据，是决定设备性能和 尺寸的基本因素。主要设计参数包括铸坯断面，拉坯速度，曲率半径以及装引锭杆的速 度等。 铸坯流数：四流； 流间距：900mm 铸坯尺寸： 9090150150 2 mm 拉坯速度： 0.6 6/ minvm= 铸机外弧半径 ： r=5.25m 装引锭杆的速度： 6/ min p vm= 浇注钢种：普通碳素钢，低碳合金钢 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 第二章 拉矫机的设计计算 2.1 拉坯阻力的计算 拉坯阻力是确定驱动力的基础，为辣椒精 的设计提供理论依据，是辣椒精时间的 前提。拉坯阻力一般应包括结晶器内的摩擦阻力，二冷装置中的摩擦阻力和辣椒精各辊 子的阻力。当然剪断机水平运动装置调整不好也增加阻力，辊道、导板等均产生对铸坯 运动的阻力，这些较难估计，只能从安全余量中加以考虑： 2.1.1 铸坯在结晶器内的阻力 1 f 铸坯在结晶器内的阻力包括：坯壳与结晶器的粘结力和铸坯运动的摩擦阻力。设计 时一般用经验公式计算。 由公式 () 2 11m frlbh= + （2- 1） 式中： r- - - - - 为钢水密度，通常为 0.07n/cm3 1m l- - - - - 为结晶器的有效长度, mm 1mm ll= - （80120） b- - - - - 为结晶器的宽度, mm h- - - - - 为结晶器的厚度, mm - - - - - 为铸坯与结晶器壁得摩擦系数，其值通常取 0.30.5 已知 b =140mm h=140mm ml =800mm 取 1mm ll=- 100=700mm, =0.5 代入数据得 1 f =72008400 n 2.1.2 铸坯通过二冷区的阻力 如图， 小方坯在二冷区的阻力包括铸坯与导向装置的摩擦力 f 及铸坯自重引起的下 滑力 s f 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 图 2.1 铸坯拉矫时受力分析图 图中： 2fs fff= 式中 2 f - - - - - 二冷装置阻力，n; f f - - - - - 铸坯与导辊间的摩擦阻力，因工作条件恶劣，实际上经常有辊子不转动， 按滑动摩擦考虑，取摩擦系数 0.3； s f - - - - - 下滑力，n. 由【2】当铸坯长度为角度 a 对应弧长时总阻力应为： 2 f = 0 a （racosa- rasina） a d （2- 2） =ra(sina- 1+cosa)（n） 当 a=90时有最大值，一般二冷段 a80 则 2 f 最大为 ra(- 1) 式中 - - - - - 铸坯密度 =0.07 3 n cm a- - - - - 铸坯断面积， 2 cm r- - - - - 铸坯外弧半径，cm； - - - - - 二冷区摩擦系数，=0.3。 铸坯在二冷区内的阻力为： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 2 2 0 (cossin)fa ra rd = (1)a r = 因为1 ，故取其中的较大者 1 n 作为静功率来选用电动机。 按起动与制动时的动力矩验算电动机的过载能力。由于拉坯速度根据铸坯断面大 小，由结晶器液面测量仪调节，所以选用直流电动机。 2.4.3 选择电动机： (1)根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转调速等要求，选择电动 机类型； 据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制，过载能力 和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负 荷率一般取 0809。过大的备用功率会使电动机效率降低，对于感应电动机其功率因数 将变坏，并使按电动机的生产机械造价提高。 （2）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、雨水、瓦斯，以及腐蚀和易燃易爆气 体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式； （3）据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型； （4）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能要求，以及机械 减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性，设备的供货情况，备 品备件的通用性，安装检修的难易，以及产品价格，建设费用，运用和维护费用，生产 过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。 根据前计算和以上要求 由【5】初选电动机型号及相关参数如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 型号：冶金起重直流电动机 z4- 112/4- 1 额定功率 n= 5.5kw 额定转速 n=1500 minr 2.5 拉矫机传动比的分配 由【2】p9 有链传动比 i=2- 4 由【6】表 16- 1- 1，p16- 4 有减速传动比 5 2 208i = 根据： ed a w n i n = 式中：a i ：总传动比； ed n ：电动机额定转速； w n ：工作机转速。 1500 250 2500 0.6 6 a i = 预选链传动比i =2.25 则i减为 111。 由【6】p16- 10 表 16- 1- 3 查得： 3.82 i i = ， 2 2.5i = 则111/(3.82 5.6) m i =5.2 在拉矫机传动比的分配方面，大量采用了原始数据。因这一部分在引进机上应用性能较 好。因此，在本次设计中未做较大的改动。 2.6 压下气缸内径的计算： 2.6.1 性能要求 1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力，而不致产生永久变 形； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用而不致产生弯曲； 3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等 级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性； 4）需焊接的缸筒还要有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不致于产生裂纹或 过大的变形。 总之，缸筒是气压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔用 以容纳空气，同时它还是活塞运动的轨道，设计缸筒时，应正确确定各部分尺寸，保证 气压缸有足够的输出力、运动速度，能足够承受气压力、负载力和意外的冲击力；缸筒 内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证气压缸的密封 性、运动平稳性和耐用性。 2.6.2 计算 由图 2- 2 可知， n 图 2.2 该辊处轿直力 2c p ，则轿直力矩为： 3 22 6 4 cc h mpl= 则【2】p88 公式 3- 59 知： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 3 2 2 4 csw h p l = (2- 9) 则 2c p =121275 2 =60637.5（n） 为使辊子能传动拉坯总阻力 0 f ，则必须加在辊子上一定的正压力，则由【2】p88 公式 知： f n u = 拉(公斤) (2- 10) 式中： n 正压力 n； u 拉辊车热坯间摩擦系数 u=0.3. 已知 0 18974.85fn= 则 f n u = 拉=126499（n） 比较 2c p 和 n，取较大值计算气缸内径。从结构上看，气缸压力下与拉辊压下力之间存 在着杠杆关系，如图 2- 2 则由【2】p88 公式 3- 61 知 g b pn a = 3 2 6 4 g bh p al = 式中 g p - - - - 气缸受力 n a- - - - - 气缸至转轴距离 cm h- - - - - 铸坯厚度 b- - - - - 辊中心至转轴距离 cm 气缸实际上应偏一定角度，这里做简化计算。 比较 2c p 和n，n值较大，则 g b pn a = 35 12649961068() 77.5 g pn= 由【2】p88 公式 3- 62 知: 压下汽缸直径 d 的计算： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 4 g p d p = cm (2- 11) 式中： d- - - - 气缸直径,cm； p - - - - 气缸内压缩空气压力，最大达 6 公斤 2 /cm 则 4 36() g p dcm p = 气缸内径确定后，根据尺寸关系。确定气缸行程 260mm。气缸工作压力为 0.40.8mp。其气压由气压站控制，此处不作过多阐述。本次设计的重点是对气缸内径 作具体的计算，以确保工作可靠、安全。 2.7 拉矫辊参考的选择 拉矫辊基本尺寸参数：拉矫辊公称直径 d，辊身长度 l,轴径直径 d 等等。 1.拉矫辊辊身的直径时拉矫机的一个比较重要的参数。d=320mm 2.辊身长度觉得着辊子的强度及刚度，为 240mm 3，辊颈在确定过程只，需对辊子进行强度校核，最后才能确定初选 d=105mm 2.8 主要零件的设计校核 2.8.1 拉矫辊的受力分析 350（ ） n （ ） 气 图 2.3 拉矫辊受力图 如上图所示的受力情况，由已知数据知 p=0.6mpa d=0.32m 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 由公式 sfp= 气 ，知 22 6 d3.14 0.32 s=p0.6 10 44 fp = 气 =48 kn 径受力计算：由杠杆原理 4 a725 5400011.2 10 b350 nf= 气 n 44 f 0.30.3 11.2 103.36 10fn= 式中：u 值可由【2】p85，取 u=0.3 2.8.2 拉矫辊的强度校核 2.8.2.1 拉矫辊的受力情况如图所示：拉矫辊的受力情况如图所示： /2/2 图 2.4 拉矫辊受力图 由【7】p118 公式 4- 78 得： 42 wz qbb ma = 公斤厘米 (2- 12) 式中： q- - - - - - 辊身单位长度载荷 e p q b = kg cm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 b- - - - 被轿钢材宽度，cm a - - - - - 两轴承中心线的距离 由图知最大弯矩出现在辊身中部。 对拉矫辊辊身只作弯曲强度计算，而辊颈则要计算弯曲和扭转的联合作用，传动端则作 扭转强度计算。 2.8.2.2 重点几个部位的弯曲应力和剪应力如下重点几个部位的弯曲应力和剪应力如下： 1.辊身中部的最大弯曲应力：辊身中部的最大弯曲应力： 由【7】知： 43 43 3 (0.5 )11.2 10(3290.5 90) 10 0.40.4 (320 10 ) e mz p ab d = 得 2400mpa 2.辊颈的最大弯曲应力：辊颈的最大弯曲应力： 由【7】p128 公式 4- 100 知： 3 0.2 e mj pc d = pa i (2- 13) 式中： d- - - - - 辊颈直径 mm c- - - 轴承中心线至辊颈危险截面的距离，mm 57 2 c = 则，轴颈最大弯曲应力： 43 7 339 57 11.2 1010 2 1.37 10 0.20.2 10510 e mj p c d = pa 3.轴颈的最大剪应力：轴颈的最大剪应力： 由【7】p178 公式 4- 101 知： 3 0 .4 e j m i d = pa (2- 14) 式中： e m - - - - - - - - - 轧制力矩 ， nm 确定力矩 e m ，当考虑轴承摩擦时，孔转辊的合力需切于轴承摩擦圆。如图所示 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 驱动辊作用力（有轴承摩擦时） 此时驱动拉辊的力矩 由【4】p65 公式 2- 117 知： 1 ()sin() ke mp dh=+ (2- 15) sin md d = 式中：- - - - - - - 由于考虑摩擦损失，合力偏移的角度 - - - - 轴承处摩擦系数，取 0.004. 由于是拉矫辊，故可以认为轧制前后的厚度不变。 =0. 则 驱动辊力矩为： ke mm = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 1 () ke m mpdh d =+ 34 43 3 105 1010 11.2 10(320 150) 100.004 320 10 =+ 得： k m = 69 nm 则 5 339 69 1.49 10 0.40.4 10510 k j m ipa d = 根据第四强度理论： 227252 3.2(1.37 10 )3 (1.49 10 ) j jj =+=+ 得： j =13.7 mpa 4.传动端的最大剪应力传动端的最大剪应力 由【7】p178 公式 4- 102 知： 3 1 0.4 e d m i d = (2- 16) 式中： 1 d - - - - 传动端直径，mm 1 d =100mm 则 5 39 69 1.725 10 0.4 10010 d i = pa 由【7】p183 知：合金锻造辊许用应力为：=14.5 mpa 由以上计算可知： 104 . 2 6 o i v 1 0.87z = z- - - - 接触强度计算的螺旋角系数 coscos350.905 m z= o k z- - - - 接触强度计算的锥齿轮系数。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 37 a k- - - - 使用系数 由【5】表 14- 1- 64 得 a k=1.25 v k- - - - - 动载荷系数 由【5】公式 14- 3- 2 有： v k=nk+1 式中： n - - - 临界转速比 2 1 2 0.084 1001 mt zvu n u = + mt v - - - - - 为中点圆周速度 1 1 36 1500 2.8 60006000 m n mt d vm s = 把结果代入数据得： n=0.025 可得： 12 0.57 0.320.294 3.060.3 v c=+= 3 0.096 0.064 3.06 1.56 v c= 1 1 20002000 28 1555.6 36 mt m t fn d = eh b - - - - - 接触强度计算的有效宽度 0.8519.55 eh bb= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 38 则 (14 1.05) 0.35 0.2940.064077 1.555.6 1.25 19.55 k =+= 则： 1.003kv = 1.875 hh kk = v v - - - - 接触强度计算的当量圆柱齿轮 齿数比 1 2 coscos14.68 3.1814.57 coscos(9014.68 ) v uu = lim 1200 h = limh s- - - - - 接触强度计算的最小安全系数由【5】表 14- 1- 69 得 lim 1.25 h s= l z - - - - - 润滑剂系数；查【5】图 14- 1- 22 得 l z =1.05 v z- - - - - 速度系数； 查【5】图 14- 1- 23 得 v z =0.95. r z - - - - - 粗糙度系数；查【5】图 14- 1- 24 得 r z =0.932 x z - - - - - 接触强度计算的尺寸系数； x z =1.06 代入数据得： 2 1.25 1.003 1.875 1555.63.811 2.125 189.8 0.94 0.905 0.85 36 19.553.81 h + = 2 844.4 h n mm= 1200 1.05 0.95 0.932 1.06 1.25 hp = 2 946.03 hp avffmt n n mm k k kkf f f m = = 因为 hhp 20000h 故校核通过。 余下轴承选用过程相同，不再重复，选择如下： 斜齿轮轴：选用一对 42308e 轴承 小齿轮轴:选用 32605e 与 270 轴承配合。 锥齿轮轴：选用 208 轴承。 3.5.4 润滑及密封的选择： 1. 由于拉矫机处于一种高温的工作状态下，故润滑不可用太多的稀油润滑， 大部分以干油润滑为主。减速器箱体内齿轮的润滑，一般情况下选用稀油润滑， 考虑到在高温状态下工作，则需冷却。 对于轴承选用干油润滑润滑配件由【6】表 10112 选用压配图形油标： dd=2540mm gb1060，189. 2. 密封： 减速器的密封很重要，对减速器的寿命工作状态都有很大关系，对于轴承 与内界的密封采用隔环，并用密封垫在外端盖与内箱体连接处，选用耐油桐胶石 棉板，而轴的伸出端处采用油封，请详见装配图。 3.6 电磁制动器的选择计算 为了适应多种小方坯的铸造，而这时需要不同的速度。而电机减速时间太 长， 由于慢性作用， 速度不可能很快从高速状态减到低速， 这就需要一制动力矩。 使之减速。 制动力矩的计算： 由【6】表 6- 4- 3 有 m= 7160 )()( 2 2 2 1 2 nngd 式中：gd=2.8nm = 20 ， min1500 1 rn = ， min70 96 17 4 11 15002r r n= mnm= =123 207160 )701500(8 . 2 222 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 48 2 电磁制动器的选择 由【6】p6- 226 选择 m225 型直流制动电磁制动器，型号 m225- 12,直流电压 24v . 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 49 第四章 拉矫机的润滑与冷却系统 拉矫机的润滑： 减速器内采用飞溅润滑，辊子轴承采用分散的手动干油润滑时，因流距小， 机架间隙很小，加油不便，所以辊子轴承及减速器垂直高度轴轴承都采用集中干 油润滑系统供油，干油泵为 sg2- 8 型干油泵。 拉矫机的冷却系统概述： 由于拉矫机长时间处于高温辐射下，设备构件将发生高温蠕变。为了解决这 一问题，该设备使用了大量的水冷构件，按水循环可分为下述四路： 1.从右方注进水到横梁，再到左立柱和气缸框架的左右支柱，然后排水。 2.上辊内冷及两端轴承水套。 3.下辊内冷及两端轴承水套。 4.减速机邮箱水冷管， 该设计采用箱形机构把受力构件与水冷件结合在一起， 即 增加了刚性又减轻了重量。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 50 第五章 拉矫机的制造、安装与日常维护 5.1 拉矫机的制造 拉矫机的构件主要是焊接件，采用异形无缝钢管制造，若无此种大断面 的方 形无缝钢管，可用钢板焊成箱形件。把两件钢板热弯成 u 型对焊的结构，因为角 焊缝在受冷，热变应力作用下易产生裂纹，并在注意焊后进行整体退火，以消除 焊缝应力。 各可动件的铰接，除活塞杆端装有关节轴承外，其它轴孔的配合图纸上均 要求不高，因而制造上易忽略。造成装配上困难，并应注意积累误差的影响，最 好都以中心线为基准进行加工以减少积累误差。 5.2 拉矫机的安装 各流辊子中心下间的平行度偏差0.2mm，流中心间平行度偏差0.2mm。 这是有底座上的定位销保证的。安装时要注意调整位置弥补制造误差，保护辊子 位置的精确度。 拉辊的中心线对每流中心线的垂直度，辊子的水平度和上下两辊的平行度对顺 利拉坯、轿直有密切关系，否则将造成铸坯或引锭杆跑偏。设计上要求辊子标准高 度误差为0.2mm，水平度误差为 0.1mm/m。 5.3 拉矫机的维护 辊子轴承及双排套筒滚子链均采用干油润滑脂润滑。每天用手动干油泵加油一 次，链条采用人工加油每周加油一次，减速器采用 90 号工业极压齿轮油，高速轴滚 动轴承采用工业锂基脂 2 号。拉矫机压下装置很重要，由于采用气动系统对气缸的 变化要及时检查，对泄露要及时排除；管接头、阀门、气缸密封应及时查看有无泄 露情况；油雾器，气水分离器要定期加油，排水要保证性能良好。 定期检查链条的张紧程序，及时调整张紧螺栓，保证链条反正转平稳情况，当 间隙大于 1mm 时，就应该更换摩擦片。 水冷系统要经常检查漏水情况，特别注意旋转接头，若有漏水应及时更换密封 件。检查各排水管的温度，若有堵塞现象，应及时疏通。在冬季要严格防止冻坏水管、 水箱。如果没有有效的防冻措施应该保证水的流动性。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 51 参考文献 【1】潘毓淳主编， 炼钢设备 北京冶金工业出版社。 【2】北京钢