机械毕业设计（论文）-1400平整机设计【全套图纸】 .pdf

第 1 页 1400 平整机设计 摘要 现代工业技术和生产工序自动化的迅速发展，对冷轧带钢的数量和质量的要求越来 越高。冷轧带钢平整是带钢生产的一个重要环节，这也促使冷轧生产技术、装备技术和 控制技术向更高的方向发展。而冷轧带钢平整作为冷轧精整生产过程中的一个重要工 序，对产品质量的保证有着十分重要的作用。为了适应冷轧生产高速化、连续化、自动 化的发展需要，不断提高产品质量和性能，每个钢铁企业都引进先进的平整设备。本论 文阐述了 1400 平整机组的装机水平及特点，机组的机械设备组成，着重介绍了机组的 主传动系统的设计及其主要零部件的强度校核，为平整机能更好地满足平整精度要求提 供了设备支持。机组设备在满足先进性、实用性的同时，考虑经济性，从研发制造以及 设备维护角度考虑所需的费用支出，并且从环保角度考虑其是否适合环保节能生产，是 否符合相关规定。 关键词：带钢；平整机；冷轧 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 2 页 第 1 页 design for 1400 temper rolling mill abstract as the modem industrial technology and the automation of production processes are developing rapidly，the request to quantity and quality of coldrolled strip is getting higher and higherthis also contributes to the coldrolled production technology，equipment and technology and control technology to a higher directioncold- rolled strip temper as an important finishing process take an important role in ensuring the quality of products，it is a key to provide users satisfactory productsits continuity and automation has been widespread concernin order to adapt to the cold rolling production high speed，continuous，the automated development need ， improved the product quality and the performance unceasingly，cold rolling pickled under the normal temperature conditiontemper can enhance the strip mechanical property，improve the shape of plate，adjust the strip surface roughness and obtain the coil that meeting the requirements key words:strip steel;temper rolling mill;cold rolling 第 2 页 目录 1 绪论 1 1.1 选题背景及目的 1 1.1.1 选题背景 . 1 1.1.2 选题的目的与意义 . 1 1.2 国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 2 1.2.1 国内研究成果 . 2 1.2.2 国外研究成果 . 3 1.3.课题的研究内容及方法 3 1.3.1 课题的研究内容 . 3 1.3.2 课题的研究方法 . 4 2 平整机总体方案的确定 . 5 2.1 机座形式 5 2.2 主传动机构 5 2.3 压下机构 7 2.4 工作辊辊系 8 2.4.1 工作辊选择 . 8 2.4.2 工作辊轴承选择 . 8 2.5 支承辊辊系 9 2.5.1 支承辊选择 . 9 3 力能参数计算 . 11 3.1 选取轧辊的参数规格 11 3.2 轧制力计算 11 3.2.1 力能参数 . 11 3.2.2 对工作辊受力分析 . 14 3.3.1 计算电机功率 . 15 3.3.2 电机选择 . 16 第 3 页 3.4 电机校核 16 3.4.1 主电机上的力矩 . 16 3.4.2 电机过载校核 . 16 4 主要零件的设计及校核 . 18 4.1 轧辊的设计校核 18 4.1.1 工作辊轴头校核 . 18 4.1.2 对支承辊进行弯曲校核 . 19 4.1.4 对工作辊与支承辊接触面进行接触应力校核 . 21 4.2 轧辊轴承的选用与寿命计算 . 23 4.2.1 轴承的选择 . 23 4.2.2 轴承的寿命计算 . 23 4.3 机架设计校核 25 4.3.1 机架的结构尺寸 . 25 4.3.2 机架强度计算 . 28 4.4 万向接轴校核 31 5 润滑方式的选择 . 31 5.1 干油及稀油润滑 32 5.2 油气润滑 33 6 经济可行性分析 . 35 6.1 设备完好率与利用率 35 6.2 预备役龄 35 6.3 设备经济寿命的确定 37 6.4 机械购置成本 38 结 论 39 致 谢 40 参考文献 . 40 第 1 页 1 绪论 1.1 选题背景及目的 1.1.1 选题背景 冷轧带钢生产的发展，不仅取决于轧钢主要设备(轧钢机)工作速度的提高和轧制周 期的缩短，也在很大程度上取决于轧钢辅助设备的不断改善和改进。轧钢辅助设备在现 代轧钢生产中起着很重要的作用。其机械化和自动化程度以及生产能力的高低，直接影 响着轧钢生产现代化的发展和生产率的提高。 由于冷轧后的带钢产生加工硬化, 无法满足当今高质量汽车及家电外壳美观设计 的要求，故必须对带钢进行退火，平整方能满足要求，因此开发设计冷轧带钢平整机组 是非常必要的, 它作为冷轧机组的后续处理作业线, 可以极大地提高产品的附加值, 该机组在钢铁行业中占有非常重要的地位 。 经过再结晶退火的冷轧带钢需要进行平整，以获得交货状态需要的各种性能。从压 下变形看，平整的实质是一种小压下率（0.5%4% ）的二次冷轧变形。平整作为冷轧 带钢生产的重要工序，主要目的是：消除退火带钢的屈服平台，防止在冲压加工时产生 滑移线，调制好带钢的力学性能；改善带钢的平直度，得到较为平坦的带钢；通过对平 整机工作辊表面的毛化处理，使带钢表面呈现不同粗糙度的表面结构，以得到镜面钢板 或深冲用途的钢板。目前作为冷轧带钢先进生产工艺的连续退火机组，其实质就是把传 统的退火工艺和平整处理工艺结合在一起的连续式生产工艺。选择合理的平整机机组与 连退炉相结合，是连续退火机组高效率、高质量、 低成本、低消耗生产的关键。 1.1.2 选题的目的与意义 在冷轧带钢的生产过程中，平整是十分重要而且必不可少的工艺环节之一，对于保 证带的钢质量有着非常重要的作用。 1、经过再结晶退火的带钢，其拉伸曲线上的屈服平台是可以直接影响再加工工序 和加工质量的重要因素。 如果在平整机上对带钢施加很微小的变形， 便可消除这一现象。 其效果可保持 26 个月，甚至在更长的时间内也不会再次出现。 2、通过平整机组上的弯辊装置、轧辊压下的单侧调整和轧辊凸度的设置，经过平 整就可减轻或消除原料的板形不良现象，为后续加工的工序创造出良好的条件。 3、通过使用毛化处理的工作辊，可在带钢表面生成各种符合再加工工序要求的表 第 2 页 面粗糙度。 4、通过适当控制延伸率，可对带钢机械性能起到有限的调控作用。 5、通过平整这道工序可减轻或消除连轧机由于轧辊原因造成的轻微辊印。还可以 通过调整张力或速度的方式来消除或减轻原料粘结对表面质量产生的影响。 图 1.1 带钢平整前后的应力应变曲线 1.2 国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 1.2.1 国内研究成果 从国内看，国内平整机厂家中一重，二重是很好的生产商。中国第一重型机械集团 公司为鞍山股份公司设计制造的国内首台冷轧机1780 平整机在中国一重的重型装备 制造厂装配现场实现全面告捷，这填补了国内成套冷轧机制造长久以来的空白。该平整 机每分钟的运转速度可达到 1450 转，好比“印钞机”一般，所以对设备制造的精度和 质量的要求都很高。而这套设备在生产中也完全满足了生产要求，为企业带来了巨大的 经济效益。中国二重在平整机领域也取得很好的成绩，印度 jsl 公司的 1750mm 不锈钢 平整机组总包合同“花落”第二重型。该合同的成功签订，标志着中国二重在不锈钢冷 轧带钢的平整领域取得了重大突破，产品以及技术得到国外用户的认可。这是二重自主 设计研发的第一条不锈钢冷轧带钢平整机组，总制造周期为 11 个月。由二重负责机械 及流体设备的设计研发与供货，由宝钢工程技术集团有限公司负责这条机组生产工艺和 电气控制系统设计供货。 近几年我国的几大钢铁公司接连引进数条冷轧带钢生产线， 对高质量的冷轧产品 来说， 光亮平整与张力平整是必要的工序，因此，适合各公司产品的各种型式的平整 机得到了广泛应用, 宝钢 1420 冷轧生产线在连续退火机组的出口段串列式地设置了两 架六辊 hc 平整机，宝钢三期工程 1550 冷连轧机组从日本引进了一套 1550cal vc 辊平 第 3 页 整机，攀钢冷轧厂平整过程采用的是单机架四辊平整机。八钢冷轧近来从韩国引进原产 于日本的二手设备，是单机架四辊平整机，这套设备电气自动化控制系统部分是由意大 利 danieli 公司依据现有设备配套提供。其产品定位主要是建筑类和轻工类普通平整钢 卷,到目前为止已经开发出了 dc 系列的汽车板。 1.2.2 国外研究成果 从国际上看，日本三菱重工（mitsubishi heavy industries）、奥地利西门子-奥 钢联（siemens-vai）、德国西马克（sms）、意大利达涅利（danieli）等企业无疑是 冶金设备中的佼佼者。 奥地利奥钢联在平整技术领域取得了新的进展，采用 smatrcrown 平直度控制系统 的 2 机架轻摩擦平整机无需带钢润滑即可达到要求的平直度、伸长率以及表面粗糙度综 合性能。不同的机架可分别为带钢施加伸长率和表面粗糙度，模型优化机架的设定。 德国西马克公司的 1780 平整机组，是单机架四辊平整机，机架前方装配有一对大 直径的张力辊，机架后则是一个导向辊。电气和传动供货商为 abb 公司，电气装备采用 了 abb 公司基础自动化控制系统，其中恒延伸率控制系统是国际上最先进和成熟的技术 之一。 日本三菱公司是设计制造冷轧钢带平整机的主要厂家之一,其产品型式有单机架 的,也有两机架的;在单机架平整机既中有二辊式的,也有四辊式的,三菱公司的平整机 采用了 agc 系统，该系统目前在全世界处于领先水平。此外，同为日本重工企业的住友 重工在平整机设计制造领域有着丰富经验及成果。 1.3.课题的研究内容及方法 1.3.1 课题的研究内容 主要设计研究机座形式、主传动机构组成和作用、压下机构组成和作用、轧辊的结 构特点及轴承形式等。主传动机构包括主电机、接轴及接轴托架，经过对比确定需要哪 种形式的设备。压下机构形式有手动，电动，液压压下，比较并选择出适合的压下形式。 确定平整机参数，包括辊身长度、辊径等。 平整机主传动系统力能参数的计算包括轧制力、轧制力矩和主电机功率的计算，根 据轧机的工作特点选择电机并进行校核。 主要零件设计并进行强度校核，其中包括机架、轧辊、接轴、轴承等。 润滑方式的选择，对于大型机械而言，润滑十分重要，本课题在设计平整机之后要 第 4 页 确定平整机润滑方式。 进行经济可行性分析，综合考虑该平整机在设计制造以及维护过程中所需要的各项 费用，分析其是否适合，如果不适合，需要做出适当修改。 最后计算机绘图，将设计结果画出来，包括零件图以及总装配图。 1.3.2 课题的研究方法 重点进行平整机的主传动设计，首先根据有关资料确定总体设计方案，综合考虑生 产要求与设计可行性，然后依照给定的设计参数，参考轧机设计理论进行平整机力能参 数的计算并选择电机容量以及所需的各部件种类型号。对平整机压下装置进行设计，确 定何种压下形式。确定轧辊技术参数并且选择适当的轴承。然后按照机械设计理论对主 要零件进行强度校核。 第 5 页 2 平整机总体方案的确定 2.1 机座形式 带钢平整机主要有双机架四辊平整机，单机架四辊平整机和单机架二辊平整机几种 形式。 四辊双机架平整机主要用来对镀锡板和薄带钢进行平整并兼用于二次冷轧，其缺点 是：1)机架间的延伸和平整速度不易调整，生产操作较难掌握； 2)设备投资较大。单机架二辊可逆式平整机主要用于不锈钢带的平整。其缺点是难 实现张力控制，对平整质量有影响。单机架四辊平整机是国内普遍应用的平整机。其平 整品种范围广，平整张力、延伸率和速度等容易控制，能很好地满足平整质量要求。 通过对以上几种形式平整机的比较，我们选择单机架四辊平整机作为平整机组的核 心设备。 1.机架装配 2. 工作辊辊系 3.支承辊辊系 4.液压压下装置 5.斜楔调整装置 6.轧辊平衡及弯辊装置 7.平整机底板 图 2.1 1400 平整机机架 2.2 主传动机构 平整机主传动包括主电机、接轴及接轴托架，主电机通过接轴与平整机下工作辊连 接。主电机通过接轴直接传动轧辊，减少了传动系统的飞轮力矩和损耗，缩短了启动和 第 6 页 制动时间，提高了生产率。 平整机的工作制度为带张力的工作制度，采用这种工作制度，轧件不仅承受轧辊所 施加的轧制力，而且承受卷曲机和开卷机所施加的前、后张力，处于易塑性变形的良好 应力状态，使平整条件大大改善，易于平整出平直的带材。 关于平整机电机选择，主要考虑选用直流还是交流，低速还是高速。和交流电机相 比，直流电机具有以下优势： 1、传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，范围 i=2-28800。 2、直流减速电机结构紧凑，体积小，造型美观，承受过载能力强。 3、能耗低，性能优越。 4、通用性强，是用维护方便，维护成本低，特别是生产线，只需备用内部几个传动件 即可保证整线正常生产的维修保养。 1. 电机 2. 联轴器 3. 接轴托架 4. 万向接轴 5. 工作辊 6. 轴承 图 2.2 1400 平整机传动简图 在电机转速上，主要有高速电机和低速电机两种，与高速电机相比低速电机具有以 下优势： 1、体积小、重量轻，无需再配减速装置，可以大大节省空间，与各类机械设备配套更 方便，有效减轻整体设备重量。 2、输出扭矩大，功率损失小，输出扭矩远大于普通电机输出扭矩。 3、超载能力强、运转平稳、噪音低、传动精度高。 4、效率高，节省能源。 5、降低成本、提高经济效益。 根据以上分析，从价格，环保，性能等方面考虑，1400 平整机选取直流低速电机。 第 7 页 接轴托架安装于平整机机架上， 夹紧部分在液压缸带动下夹紧或松开。 换辊操作中， 工作辊被拉出后，由接轴托架锁住万向接轴。平整机正常轧制中，锁紧液压缸处于缩回 位置，不允许动作。 2.3 压下机构 板带轧机的轧辊压下装置按传动形式主要有手动、电动和液压几种。手动压下装置 只在某些小轧机上使用。在大型板带轧机上，广泛使用电动和液压压下装置。 电动压下装置适用于板坯轧机、中厚板轧机等要求辊缝调整范围大，压下速度快的 情况，或是带材冷轧机、平整机等调整精度高，压下速度低的设备。电动压下装置主要 由压下螺丝和螺母及其传动机构等组成。 采用电动压下装置当作用在压下螺丝上的力超过某一调定数值时，压下电动机将停 止工作，此时压下螺丝将在轧制力作用下楔紧，用压下电机已不能把它松开，这就造成 了卡钢事故或轧辊压靠事故。为处理这种事故，电动压下装置还需设置压下螺丝回松装 置。 电动压下装置机械结构复杂，其最大的缺点之一是运动部分的惯性大因而在辊缝 调整过程中反应慢精度低。对现代化的高速度、高精度轧制已不适应。提高压下装置 的响应速度的主要途径是减少其惯性，而用液压控制可以收到这样的效果。液压压下装 置大大提高了平整机轧辊辊缝的调节速度和精度，促使了轧制速度的大幅度提高和轧材 质量的明显改善。液压压下装置的采用，是轧机发展史上的一个重要“飞跃”。液压压 下的主要特点是： 1)快速响应性好，调整精度高，液压压下装置有很高的辊缝调整速度和加速度，尤 其是有很大的加速度潜在能力。动态特性的大幅度提高，使得产品的精度提高，质量更 有保证，缩短了加速减速阶段带钢头尾的超差长度，节约了金属及能源，提高了产品的 合格率； 2)过载保护简单、可靠。液压系统可以有效地防止轧机过负荷，保护轧辊和轴承免 遭损失。当事故停车时，可迅速排出液压缸的压力油，加大辊缝，避免轧辊被刮伤； 3)采用液压压下可以根据需要改变平整机的当量刚度，实现对平整机从“恒辊缝” 到“恒压力”的控制，以适应各种平整及操作情况； 4)液压压下装置采用标准液压元件，简化了机械结构； 5)较机械传动效率高； 第 8 页 6)便于快速换辊，提高平整机作业率。 综合以上分析，1400 平整机选用液压压下装置。 图 2.3 液压压下图 2.4 工作辊辊系 2.4.1 工作辊选择 1400 平整机工作辊系由上下两个工作辊， 工作辊轴承等组成， 工作辊是直接承受带 钢变形的工具，在轧制时要承受轧制力和轧制扭矩，轧辊质量的好坏对板带材质量、平 整机生产率和作业率的影响很大，因此对工作辊的强度、硬度、韧性、耐磨性和表面粗 糙度等都有很高的要求。 尽管冷轧工作辊的硬度要求很高， 但却不使用铸铁轧辊， 这是因为当辊径确定以后， 可能轧出的轧件最小厚度值和弹性模数 e 值成反比。即轧辊材料的弹性模数愈大，可能 轧出的轧件厚度愈小。铸铁的 e 值只是钢的一半，为此，在冷轧带钢时，使用铸铁轧辊 是不利的。 根据上面分析，1400 平整机工作辊材料选用特殊合金锻钢 9cr2w。 2.4.2 工作辊轴承选择 轧辊轴承是辊系中非常重要的部件， 和一般用途的轴承相比， 轧辊轴承有以下特点： 1)工作负荷大。由于轧辊的辊身直径应保证强度，而轴承座外形尺寸不应大于辊身 最小直径，辊颈长度又较短，所以辊颈上所承受的单位载荷大。通常轧辊轴承所承受的 单位压力，比一般用途的轴承高 24 倍。 2)运转速度快。 3)工作环境恶劣。 第 9 页 滚动轴承具有摩擦系数小，精度高，运转安全，维护简单，产品易于系列化，能成 批生产等优点。 双列向心球面辊子轴承既可承受径向负荷，也可承受轴向负荷，多用于小型带材冷 轧机支撑辊以及小型线材轧机轧辊。 四列圆锥滚子轴承可承受径向负荷和轴向负荷。可用于四辊轧机或平整机的工作 辊。 四列圆柱滚子轴承摩擦损混耗少，轴承径向尺寸较小。当采用这类轴承时，能加大 轧辊辊径尺寸。轴承承载能力高，能适应的工作转速高。但它不能承受轴向负荷，必须 增设单独的止推轴承，这使轴承部件的结构复杂了。而 1400 平整机的工作辊轴承座需 安装平衡和弯辊装置，不适合采用此类轴承。 基于对以上轧辊轴承特点的分析，1400 平整机工作辊轴承选用了四列圆锥辊子轴 承，这种轴承刚性大，摩擦系数小，能较好地满足耐压、耐冲击、防水和防尘等工作环 境的要求。 根据上述分析，设计出工作辊辊系， 图 2.4 工作辊辊系 2.5 支承辊辊系 2.5.1 支承辊选择 支承辊为工作辊提供刚性支承，防止工作辊在轧制力作用下发生挠曲变形，故要求 支承辊具有足够的刚性。多以 1400 平整机支承辊选用材料为 9cr2mo 的合金锻钢。 通过上述对轧辊轴承的分析，支撑辊轴承我们同样选用了四列圆锥滚子轴承。此类 轴承属轧钢机专用轴承，其径向尺寸小，承载能力大，允许转速高，抗冲击性能好，非 常适合平整机使用。 第 10 页 根据上述分析，设计出支承辊辊系 图 2.5 支承辊辊系 第 11 页 3 力能参数计算 3.1 选取轧辊的参数规格 1）选取轧辊辊身长度 l abl+= max 式中mmb960 max =根据79, 1 p选取mma440= 则 mmabl1400440960 max =+=+= 2）确定轧辊直径 d 因为平整机类似于冷轧板带轧机，由文献1,表 3-3得 8 . 2 1 = d l 则 mmd500 8 . 2 1400 1 = 077 . 1 2 = d l 则 mmd1300 077 . 1 1400 2 = 有因为6 . 2 2 1 = d d 所以选取mmd500 1= mmd1300 2 = 3).辊颈直径 工作辊 mmdd26050052 . 0 52 . 0 1 = 支承辊 mmdd8041300618 . 0 618 . 0 2 = 3.2 轧制力计算 3.2.1 力能参数 1400 平整机用于冷轧带钢的平整，力能参数可以根据斯通公式计算得出。 第 12 页 表3.1 1400 平整机数据 类型 1400 平整机 工作辊尺寸 5001400mm 支承辊尺寸 13001400mm 进料厚度（） 1.0mm 变形程度（） 9% 板带宽度（） 530mm 钢板材料 08f 轧制前张应力 a mp150 0 = 轧制后张应力 a mp1301= 轧制速度（） 3.5m/s 1)初始压下量：mmeh09 . 0 %9*0 . 1*h 0 = 出料厚度：0.91mm0.09-1h01=hh 2)材料变形阻力：2/ )( 1s0ss += 式中： s 材料变形阻力 0s 、 1s 轧制前后材料变形阻力由文献1,图 2- 12a查出， pa250 0s m=， pa370 1 m s = pa310 2 370250 s m= + = 3)求轧制压力：mp mm ）（ * k= 第 13 页 考虑加工硬化时： mpa s 5 . 35615 . 1 31015 . 1 k=； 2 10* m + =。 即mpa140 2 130150 2 10 * m = + = + = m轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数， x m x 1e = 4)求系数： 2 ) l ( m h z = 轧件与轧辊间的摩擦系数， 根据变形程度9%， 本设计为湿润滑取=0.05. l接触弧水平投影长度 mm74 . 4 5 . 0250hl=r r轧辊半径 h压下量 m h 钢板轧制前后平均厚度 mm995 . 0 2 91 . 0 0 . 1 2 h 10 = + = + = hh m 0616 . 0 ) 995 . 0 74 . 4 05 . 0 () l ( 22 = = m h z 5）求系数： m m h k y )(c2 * = 00276 . 0 90600 250 90600 = r c 0626 . 0 955 . 0 05 . 0 401- 5 . 36500276 . 0 2)(c2 * = = = ）（ m m h k y 6）求系数： m h l = x x经过查文献1,图 2- 25， 由 z=0.0616，y=0.0626 得 x=0.30 第 14 页 则mm73. 5 05 . 0 995 . 0 30 . 0 l= = m xh 166 . 1 30 . 0 1e1- m 0.30 = = x ex mpamkp m 252166 . 1 )140 5 . 365()( * m = n1039 . 1 73 . 5 960252l 6 m1 =bpp 3.2.2 对工作辊受力分析 1）画出力的示意图如下： 图3.1 力的示意图 2）由平衡条件可以得出，的大小为： p tt 2 )( sin 10 = 0 t 、 1 t ：轧前后张力大小， nbht 6 000 10144 . 0 1960150= nbt 6 111 101136 . 0 91. 0960130h= ()nttpp 626626 2 10 2 1 1039 . 1 )101136 . 0 10144 . 0 ()1039. 1 (=+=+= 则011 . 0 39 . 1 2 .11360-.1440 2 )( sin 10 = = = p tt ，=63 . 0 第 15 页 2 2 sin r m + = m滚动摩擦力臂，m=0.2mm 2 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。摩圆半径, 2 2 d =，其中 d=260mm,mmr650 2 = 则mm5 . 6 2 05 . 0 260 2 2 = = d 2 r 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。支承辊半径, 则0103 . 0 650 5 . 62 . 0 sin 2 2 = + = + = r m ，=591 . 0 = = = 087 . 1 ) 2502 09 . 0 1 (cos) 2 1 (cos 11 r h =043 . 0 087 . 1 4 . 04 . 0 3）nananpf946)63 . 0 cos591 . 0 t63 . 0 (sin1039 . 1 )sincost ( 6 = np p r 6 1039 . 1 cos cos = mm d 94.2 2 )63.0043.0sin(500 2 )sin( a= + = + = mm d m78 . 2 2 591 . 0 sin500 591 . 0 cos2 . 0 2 sin cosc= +=+= mmnrpafmmmm rfk =+=+=+= 666 z 1096 . 7 78 . 2 1039 . 1 94 . 2 1039 . 1 5 . 6946c 3.3 电机功率选择 3.3.1 计算电机功率 k n mnk 9550 = 式中mmnmm kk *1096 . 7 6 = min/134 50 . 0 14 . 3 5 . 36060 r d v n= = 第 16 页 98 . 0 = 则kw k n mn k 114 98 . 0 5 . 29550 1341096 . 7 9550 3 = = 3.3.2 电机选择 根据以上计算结果，查阅文献3,表 5- 9，选择： 电机型号：z4-450-31 额定功率：200kw 额定转速：180r/min。 3.4 电机校核 3.4.1 主电机上的力矩 donkonfkd mmmmm+= 98 . 0 = mmnmm kf *10162 . 0 1096 . 7 ) 1 98 . 0 1 () 1 1 ( 66 = mmnmn n n m er er er *10 6 . 10*10 6 . 10 180 200 95509550 63 = mmnmm erkon *1006 . 1 10 6 . 10%10%10 66 = 因为轧件较长，所以 kon m忽略不计。 mmnmmmm konfkd *1072.1810 6 . 1010162 . 0 1096 . 7 6666 =+=+= 3.4.2 电机过载校核 由文献1，p73页查得： k 电机过载系数，可逆运转电机 k=2.53.0,取5 . 2=k mmn k md *1022 . 3 5 . 2 1072.18 6 6 = = 由前文可知： 第 17 页 er d m k m 所以电机合格。 第 18 页 4 主要零件的设计及校核 4.1 轧辊的设计校核 4.1.1 工作辊轴头校核 工作辊轴头简图如下图所示： 图 4.1 工作辊辊头 轴头截面可近似看成矩形，边缘各点的切应力与边界相切、并顺着某个流向。四个角点 上切应力等于零。最大切应力在矩形长边的中点上。查文献2，p92可得： 2 max hb t = 是与截面边长比值bh/有关的因数。 278 . 1 180 230 /=bh 查2，表 3.2可得： 22. 0= 第 19 页 mmnmt k = 6 1096 . 7 所以： mpa hb t 85 . 4 18023022 . 0 1096 . 7 2 6 2 max = = 由于在计算轧辊强度时未考虑疲劳因素，故轧辊的安全系数一般取 n=5. 对于合金锻钢轧辊，强度极限mpa b 750=， 许用应力： mpa150 5 750 = max 故工作辊轴头合格。 4.1.2 对支承辊进行弯曲校核 支承辊如下图所示 图 4.2 支承辊 支承辊的抗弯截面系数比工作辊大得多，即支承辊有很大刚性。因此，轧制时的弯 曲力绝大部分由支承辊承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由 于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支承辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应 力。 第 20 页 图 4.3 危险断面及弯矩最大位置 根据平整机参考图纸，可以确定需要校核的各个危险断面的参数尺寸，如下所示： 其中n p r 6 6 10695 . 0 2 1039 . 1 2 = = 对弯矩最大处进行校核 第 21 页 mmnlrm*10836)700150 2 150855 (10695 . 0 * 66 max =+ = 因为支承辊的材料为 9cr2o 根据文献1，p88选取支承辊的强度极限 mpa b 750= 查1，p87，选取安全系数 n=5，则有许用应力： mpa n b 250 5 750 = 。 在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需不止一次地重车或重磨。轧辊从开始使用 直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。 查文献1，表 3- 4，取重车率 8% 则mpa w m 98 . 4 %)813001300( 32 14 . 3 10836 3 6 max = = 故合格。 对危险截面 1 进行校核 mpa w m 307 . 7 )804( 32 14 . 3 )65 2 150855 (10695 . 0 3 6 = + = 故合格。 对危险截面 2 进行校核 mpa w m 41 . 3 1014 32 14 . 3 )150 2 150855 (10695 . 0 3 6 2 = + = 故合格。 4.1.4 对工作辊与支承辊接触面进行接触应力校核 四辊轧机支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计时应进行校核 计算。 第 22 页 图 4.5 工作辊与支承辊相接触情况 所选支承辊与工作辊材料均为合金锻钢，查文献1，表 3-7得该材料 hs=60，查阅文献 1，p86得轧辊许用接触应力： mpa2200= mpa670= 由文献1，p89查得公式 b q 637 . 0 max = 其中 mmn l p q/993 1400 1039 . 1 6 = = mm rre rqr b 5 . 45 )250650(200 650250993 52 . 1 )( 52 . 1 21 21 = + = + = 所以 mpa b q 9 . 13 5 . 45 993 637 . 0 637 . 0 max = max 由文献1，p89可知： 最大切应力： ）（max45 最大反复切应力： (max)zy 则mpa23 . 4 9 . 13304 . 0 304 . 0 max (max)45 = 第 23 页 mpa zy 56 . 3 9 . 13256 . 0 256 . 0 max(max) = ）（max45 (max)zy 时， arr fyfp 2 67.0+=。 轴承的径向载荷： kn p fr695 2 1039. 1 2 6 = = ； 轴承的轴向载荷：knff ra 9 .1369502. 002. 0=。 计算当量动载荷： tfar r a fffyfpe f f )(,02 . 0 695 9 .13 1 +=ll 3.大修周期逐次缩短，即 012ddddn ttttll 图 6- 2 故障率曲线 复杂设备由大量的零部件组成， 在运行中究竟哪个零件、 何时会发生故障是随机的， 零件数目越多，这种随机性很强。 第 37 页 6.3 设备经济寿命的确定 设备老化引发的直接问题是设备更新。合理确定冶金机械设备的使用年限，是影响 机械设备合理拥有量以及设备更新的重要因素。设备的寿命，是指设备从交付生产开始 使用直到不能使用直到报废所用的时间。设备的寿命可以分为以下三种： 1.自然寿命，指设备经使用后的有形磨损，丧失技术性能和使用性能，又无修复价 值的时间。 2.技术寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有效性能和效益低劣，继续使用 在经济上不合算，且又无改造价值的时间。 3.经济寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有形磨损和无形磨损从而造成的 经济效益低劣，继续使用在经济上不合算，又无大修和改造价值的时间，或者说从经济 角度来选择最佳使用年限。 追求技术进步和提高经济效益是研究设备更新问题的根本出发点，而技术进步最终 目的是提高经济效益。因此，研究设备更新问题应该从经济效益出发，来寻求设备的合 理使用年限。 设备经济寿命的确定与设备的使用成本有关，设备的年使用成本包括固定成本与变 动成本两部分，前者随着使用时间延续而变小，后者随着使用时间延续因磨损加重而增 多，这就存在一个使两者之和最小的最佳设备使用时间，即设备的经济寿命，计算设备 经济寿命可以采用低劣值法。 由于设备投入使用后，各年度将形成设备的低劣化，设备的年经营费用也将随之增 加，如果这种增加的低劣化是等值的，其值为 元，即年经营费用将由第一年的 0 c 变 为第年的 0+(n- 1) c ，n 年内的年经营费的平均值为 0 1 2 n c +。如果以与 0 k 从代表设 备原值，v代表设备残值，则设备折旧额的年均值可以表示为 0 kv n ，从而企业维持设 备运行的年均年度费用 c 为： c = 0 0 1 22 kvn c + （10.3） 利用求导的方法，平均年度费用最小时求