毕业设计-薄板六辊可逆轧机——辊系设计.pdf

太原科技大学本科课程设计（说明书）太原科技大学本科课程设计（说明书） 薄板六辊可逆轧机辊系设计 Sheet six roller reversible rolling mill - roll system design 学院（系） ：机械工程学院 专业：机械设计制造及自动化(冶金机械） 学 生 姓 名：郜志鹏 学号：201214040202 指 导 教 师：马立峰 评 阅 教 师：赵春江 完 成 日 期：二一六年五月二十五日 太原科技大学 Taiyuan University of Science and Technology 薄板六辊可逆轧机辊系设计 II 薄板六辊可逆轧机辊系设计 I 摘要 带材在经济各行各业中有着广泛且重要的应用。随着工业的发展，对板形的 精度要求也越来越高， 所以板形控制技术成为了现代板带轧机的关键和重要的发 展方向。四辊轧机的板形控制能力就显得不足，边部减薄现象非常严重。在采用 了一些办法来改善板形后，但是结果都不是很好。随后发展了 HC 轧机，是现在 新建和改造的主要的板带轧机类型。这种轧机使用了可以横向窜动的中间辊，在 工作辊上使用了弯辊技术。通过这些，可以有效的减少边部减薄现象，使板形精 度有了很大的提高，而且可以降低工作辊的弯辊力，最终使成品的质量有了很大 的改善。 关键词：关键词：HC 轧机；中间辊窜动；工作辊弯辊技术 薄板六辊可逆轧机辊系设计 II Sheet six roller reversible rolling mill - roll system design Abstract Strip has a wide range of important applications in all walks of life in the economy. With the development of industry, the flatness accuracy requirements are also increasing, so the shape control technology has become a critical and important direction of development of modern strip mill. Four-roll mill shape control capability becomes insufficient, edge drop phenomenon is very serious. After using a number of approaches to improve the flatness, but the results are not very good. Subsequent development of the HC mill, is now the new construction and renovation of the main strip mill type. This mill can use the lateral shifting of the intermediate rolls in the work roll bending technology used. With these, we can effectively reduce the edge drop phenomenon, so flatness accuracy has been greatly improved, but also can reduce the bending force of the work rolls, and finally to the finished product quality has been greatly improved. Keywords: HC mill；Shifting of intermediate rolls；Work roll bending technology 薄板六辊可逆轧机辊系设计 III 目录 摘要I AbstractII 太原科技大学毕业设计（论文）任务书- 1 - 1绪论- 2 - 1.1世界和中国的钢铁产业的发展- 2 - 1.1.1世界钢铁产业的发展概况 - 2 - 1.1.2中国钢铁的现状和展望 - 3 - 1.2世界和我国冷轧带钢的发展- 3 - 1.2.1世界上冷轧带钢的发展 - 3 - 1.2.2中国冷轧带钢的发展 - 4 - 1.3HC 轧机的应用.- 4 - 2HC 轧机的工作原理和结构特点.- 5 - 2.1HC 轧机的工作原理.- 5 - 2.2HC 轧机的结构和特点.- 5 - 2.3HC 系列轧机简介.- 6 - 2.4HC 轧机的应用.- 6 - 3轧制规程和相关参数的计算- 8 - 3.1原料和成品- 8 - 3.1.1成品规格 - 8 - 3.1.2产品性能 - 8 - 3.1.3原料卷规格及年需求量 - 9 - 3.2轧制参数的计算- 10 - 3.2.1压下制度的确定 - 10 - 3.2.2张力制度的确定 - 11 - 3.2.3各道次轧制力的计算 - 12 - 4轧辊尺寸的确定和校核- 17 - 4.1轧辊尺寸的确定- 17 - 4.2轧辊尺寸的校核- 17 - 5轴承的选取和校核- 24 - 5.1轴承的选择- 24 - 薄板六辊可逆轧机辊系设计 IV 5.2轴承的寿命校核- 24 - 6轴承的润滑- 27 - 结语- 28 - 参考文献- 29 - 附录 A外文翻译.- 30 - 致谢- 42 - 薄板六辊可逆轧机辊系设计 V 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 1 - 太原科技大学毕业设计（论文）任务书太原科技大学毕业设计（论文）任务书 （由指导教师填写发给学生） 学院（直属系） ：机械工程学院时间： 2016 年 3 月 15 日 学 生 姓 名指 导 教 师 设计（论文）题目 薄板六辊可逆轧机辊系设计 主要研 究内容 本设备同酸洗机组联合布置，用于酸洗后薄板的冷轧。冷轧机组由 上料小车、开卷机、夹送辊、夹送辊、带头矫直机、侧导对中装置、卷 取机前导向装置、六辊轧机组成。 六辊轧机其主要作用是用来进行带钢的往复轧制，六辊轧制由机 架、辊系、中间辊窜辊机构、支撑辊平衡和轧辊弯辊系统、传动系统、 压上油缸装置、乳化液喷射装置、空气吹扫装置等部件组成。 主要研究内容： 1 力能设计参数计算、工艺参数设计计算、设备参数设计计算 设备强度校核计算 2 设备总体设计 研究方法 1、工艺参数计算 2、薄板六辊可逆冷轧机结构设计 工艺参数 要求 钢种： 低碳钢、低合金结构钢；带钢厚度:1.8-4.0mm；带钢宽度: 1000-1250mm；钢卷外径: 1000-2000mm；钢卷内径: 610mm；钢卷重量: 最大 25t； 钢卷单重:最大 20 kg/mm， 平均 16 kg/mm； 年需求量： 220,000 t/a 主要参考 文献 1、轧钢设备设计 2、相关设计手册 3、济钢六辊轧机参考图 说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系） 。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 2 - 1绪论 1.1世界和中国的钢铁产业的发展 钢铁产业是一种生产原材料的工业，是国民经济的基础，是社会发展的支柱 产业。从上世纪开始钢铁开始大规模生产，到现在钢铁获得了长足的发展。世界 钢铁产量从 19 世纪 80 年代的 450 万吨左右，到上世纪 80 年代末期达到了 7.8 亿吨的最高产量，目前仍保持在 7.4 亿吨左右；并且在品种和质量方面，也有了 较大的发展。 尽管一个国家的钢产量的多少曾经被认为是显示经济实力最为重要的指标 之一， 然而，科学技术的发展水平在非常大的程度上依然取决于这个国家的钢铁 产业的现状。钢铁不仅对国家的经济独立性有着很大影响，而且在很大程度上也 影响了国家的政治独立性。所以，世界上各个国家的钢铁企业在金融、税收、贷 款等许多方面都获得了当地政府很大的支持。 虽然随着社会的不停进步，一些新的材料不断出现，诸如复合材料、粉末冶 金材料、高纯金属材料和微晶材料等，并且其消费量所占比例达 14%18%，然而 由于钢铁的优秀性能（高强度、可塑性好） ，消费和生产都很经济，因此，在大 多数的领域内依然没有能与钢铁匹敌的材料。 在二十一世纪，钢材依旧是最重要的结构材料，一些发达国家的钢铁用量占 总用量的比例约为百分之 70 以上左右，在发展中国家这一比例将为百分之八十 以上1。所以，在 21 世纪的前几十年，钢材在材料中的地位依旧是非常稳固的， 在其传统技术的改进的同时，一些新工艺、新技术也会得到开发和推广。钢铁企 业也会进行改革，扩大经营范围，降低钢铁主业所占集团业务的比重，发展海外 市场，才会在激烈的市场竞争中获得生存和发展。 1.1.1世界钢铁产业的发展概况 在上世纪七十年代前，钢铁、石油和汽车一直是发达国家的支柱产业。自七 十年代后，随着技术的发展，钢铁的重要性有了一定程度上的降低。但是正是由 于重要性的降低和利润的减少，才迫使各个企业开始了降低成本、改进和开发新 的工艺和技术，抢占新的市场2。 发达国家不再占据钢铁大国的龙头位置， 发展中国家的钢铁产量有了显著提 升。 曾今钢铁是发达国家的经济支柱，但随着发展中国家的经济增长和对轧钢技 术的掌握，发展中国家在钢铁行业也具有了重要的位置3。 竞争非常激烈，全球的钢铁企业都在不断的联合和重组。在中国，钢铁企业 的兼并重组一直在进行，例如邯钢兼并邢钢、石钢等，唐钢兼并承钢、宣钢等， 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 3 - 加上首钢外迁，在河北建设的新首钢，将在河北形成三个上千万吨规模的大型钢 铁联合企业。在国外，韩国的浦项制铁宣布与日本的新日铁组成战略联盟，共同 发展技术4。 钢铁公司积极开发新技术。在二十一世纪，随着钢铁的替代品的增加，用户 对钢材的质量要求更高，钢铁公司不得不积极开发新技术，研发新产品。 1.1.2中国钢铁的现状和展望 在十五期间， 中国的钢铁产业在巨大的市场需求的带动下， 获得高速的发展， 装备水品也有了很大的提升。但是这并没有达到我们的初衷，那就是彻底解决钢 材需要进口的问题。现在我们还有很多高性能和高附加值的产品需要进口。最新 的技术拿钱是买不来的，特别是核心技术更是如此。事实告诉我们：谁拥有最新 的技术，谁就拥有最大的市场。 要解决这些问题，我们必须做好中长期的发展规划，优化产品的结构，提高 企业的自主创新的能力，加大投资，培养自己的创新人才队伍，培养我们自己的 轧钢专家，积极改善人才结构，不拘一格用人才。并且要发展循环经济，提高能 源的利用率，推进增长方式的改变。 根据中国的总体战略，钢铁企业必须加快产业结构调整，优化人员的配置， 发展非钢产业，肯定能在规定的时间内完成战略调整的任务，从而实现从钢铁大 国到钢铁强国的改变。 1.2世界和我国冷轧带钢的发展 1.2.1世界上冷轧带钢的发展 (1)在质量上提出更高的要求 伴随汽车、精密仪器等产业的发展，这些厂家对冷轧带钢尺寸的精度，板形 精度，表面平直度等都提出了更严格的要求。 在尺寸精度方面，要求是各个方向的精度都要小于100m，并且有向小于 厚度的百分之一的发展趋势。这就要求轧机必须配备完善的厚度自动控制系统。 对板形精度要求的提高，使得出现了一些诸如 HC、CVC 和 ZR 系列的新式轧 机，并且都配备了倾辊调整、弯辊、分段冷却等调节手段，实现了板形的自动控 制。 (2)朝着连续化和高速化发展 随着冷轧带钢的生产规模的增加，为了满足生产的需求，把一些生产工序的 机组联系起来，进行连续化作业。这缩短了生产周期，稳定了产品的质量，也提 高了企业的效益。 (3)轧机机座的多样化 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 4 - 四辊轧机曾经在冷轧中占据主导地位， 然而由于四辊轧机对板形的控制能力 较弱，生产的产品不能满足客户的需要。随着技术的进步，相继出现了以 HC 轧 机为基础的 UC、UCMW 和以 CVC 轧机为基础的四辊 CVC 轧机、六辊 CVC 轧机等。 (4)不断更新的生产技术 在冷轧带钢的生产中，引入了很多高新技术，不断的更新设备和工艺。正是 由于这些新技术的采用，才提高了产品的质量和生产效率，减少了成本，提高了 企业的竞争力。 1.2.2中国冷轧带钢的发展 近二十年来，我国冷轧生产技术取得了很大的进步，正在向国际上的先进水 平靠近。单论工艺的话，已达到国际先进水品。 在最近的二十年间，我国建设了一大批冷轧厂，引进了一批最先进的冷轧机 组，可以生产轿车板，家电板等世界上最高质量的冷轧产品，而且培养了一大批 掌握最新技术的工程师， 能够独立自主的进行研制具有自主知识产权的工艺和设 备。 1.3HC 轧机的应用 普通的四辊冷轧机在带宽的外面存在着一个有害接触区， 如图1-1中A所示。 这个接触区的存在使工作辊产生了附加的弯曲，减弱了弯辊的效果，为了消除这 些影响，出现了 HC 轧机5。 在 1970 年日本的日立公司与新日铁开始研制新型轧机，在 1972 年成功，命 名为 HC 轧机。HC 的全称是 High Crown Control Mill（高精度辊型轧机） 。它由 上下对称的工作辊、中间辊、支撑辊组成，而且中间辊可以轴向移动，工作辊配 有弯辊装置，拥有很好的板形控制的能力，目前应用非常广泛6。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 5 - 图 1.1 四辊冷轧机的有害接触区 2HC 轧机的工作原理和结构特点 2.1HC 轧机的工作原理 四辊轧机的工作辊挠度如图 2-1 所示，由于有害接触区的存在，使得工作辊 的弯辊效果被抵消了一部分7。而 HC 轧机的中间辊可以轴向移动，这样就消除 了有害接触区，使弯辊的效果得到了很好的发挥，这就是 HC 轧机的核心技术所 在8。示意图如图 2.1 所示。中间辊轴向移动的距离可以根据原料尺寸的不同和 产品规格的不同而改变。 图 2.1 普通四辊冷轧机与 HC 冷轧机轧辊变形情况比较 2.2HC 轧机的结构和特点 HC 轧机共有三对，六个轧辊，在竖直方向上成一列布置，工作辊具有弯辊 机构，可以进行正弯辊和负弯辊，效果是四辊轧机的三倍以上，所以弯辊力通常 比四辊轧机的要小。 与四辊轧机相比，HC 轧机关键的地方是有中间辊轴向移动的装置。如图 2.2 所示。中间辊的轴向移动是依靠液压缸伸缩来实现9。中间辊轴承座和液压缸连 接的装置位于操作测，便于换辊和操作，油缸位于左右立柱内侧，方便维护。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 6 - 图 2.2HC 轧机结构简图 2.3HC 系列轧机简介 通常把中间辊可以轴向移动，工作辊可以进行弯辊的轧机叫做 HC 轧机；只 有中间辊窜辊的轧机叫做 HCM 轧机；工作辊可以轴向移动的四辊轧机叫做 HCW 轧机；工作辊和中间辊都可以轴向移动的轧机叫做 HCMW 轧机10；中间辊可以轴 向移动，并且中间辊和工作辊都可以弯辊的轧机叫做 UC 轧机；在 UC 轧机的基础 上工作辊可以轴向移动的轧机叫做 UCMW 轧机。 这些轧机都是以 HC 轧机为基础设 计的，也叫做 HC 系列轧机。 2.4HC 轧机的应用 HC 轧机主要由冷、热轧机和的四辊轧机的升级改造，包括单机架可逆轧机 和平整机及冷连轧机三种。 因为 HC 轧机具有相当多的优点，而且能可以由四辊轧机改造而来，所以其 获得了比较大的发展，下面主要说的是将四辊轧机升级为 HC 轧机最常见的两种 方法： 第一种是经过一定的加工改造后，在原来四辊轧机的工作辊和支承辊间加 入中间辊，使其成为 HC 轧机，这种方法常用于冷轧机的升级改造。另一种是在 原四辊轧机的基础上，加上一个工作辊窜辊装置，将其变为 HCW 轧机，这种方式 一般用在板带热轧机上8。下面简要说明如何将四辊轧机升级为 HC 轧机。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 7 - （1）修改辊系和机架 如果想要使用四辊轧机的支承辊时，一般使用新的机架，但是使用旧机架的 话，则必须要考虑开口高度的问题。如果想要用原来的支承辊轴承，则原机架经 过加工后可以使用，但是辊经会受到旧机架开口高度的限制，使用新的则没有限 制。当使用旧机架时，它的开口高度容纳不了六个轧辊时，可以把支撑辊的辊径 设计的小一些。当想要使用原有液压系统，一般使用新的机架或者采用小直径支 承辊，而且需要加工机架的底部。 （2）安装窜辊装置 安装窜辊装置时，必须重新加工机架的窗口，如有需要，增加工作辊负弯装 置。 （3）修改轧制线调整装置 因为升级改造后的轧机变为 HC 轧机，轧制线一般情况下会发生变化，所以 需要对轧制线的调整装置作出修改。 （4）改造传动装置 改造后的 HC 轧机的工作辊辊径一般比原来的小，而且传动力矩也发生了变 化，所以其传动装置需要改造甚至重新设计。 （5）轴向挡板 在轴承座发生变化时，一般情况下都需要换轴向挡板。 （6）更换齿轮箱 当工作辊的辊径变化较大时， 原有的齿轮箱高度通常难以配合改造后的轧机， 所以需要更换。 （7）增加新的设备 增加的设备包括快速换辊装置、中间辊窜辊装置、润滑设备、各种装备的液 压管路系统等。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 8 - 3轧制规程和相关参数的计算 3.1原料和成品 3.1.1成品规格 性能等级：CQ、DQ、HSS 带钢宽度:1000-1250mm 带钢厚度：0.20-1.2mm 钢卷外径:1000-2000mm 钢卷内径：610mm 钢卷重量：最大25t 钢卷单重：最大20 kg/mm，平均16 kg/mm 按照宽度厚度分配的产品大纲见表3.1。 表3.1按宽度厚度分配产品大纲 宽度 厚度 100011501150-1250合计 t%t%t% 0.2-0.3120006.0100005.02200011.0 0.3-0.42000010.03000015.05000025.0 0.4-0.53000015.03800019.06800034.0 0.5-0.82000010.02600013.04600023.0 0.8-1.260003.080004.0140007.0 合计8800044.011200056.0200000100.0 产品满足本厂热镀锌机组基板要求，以卷状态交货。 3.1.2产品性能 按产品性能等级及厚度宽度分配的产品大纲见表3.2。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 9 - 表3.2按性能等级及厚度宽度分配产品大纲 钢种 厚度 宽度（mm） 合计 100011501150-1250 mmt%t%t% CQ 0.2-0.3120006.0100005.02200011.0 0.3-0.42000010.03000015.05000025.0 0.4-0.52779414.03520618.06300032.0 0.5-0.891305.0118706.02100011.0 0.8-1.217141.022861.040002.0 小计7063935.08936145.016000080.0 DQ 0.4-0.522061.027941.050003.0 0.5-0.843482.056523.0100005.0 0.8-1.221431.028571.050003.0 小计86974.0113036.02000010.0 HSS 0.5-0.865223.084784.0150008.0 0.8-1.221431.028571.050003.0 小计86654.0113356.02000010.0 合计8800044.011200056.0200000100.0 3.1.3原料卷规格及年需求量 钢种： 低碳钢、低合金结构钢。 带钢厚度:1.8-4.0mm 带钢宽度:1000-1250mm 钢卷外径:1000-2000mm 钢卷内径:610mm 钢卷重量:最大 25t 钢卷单重:最大 20 kg/mm，平均 16 kg/mm 年需求量：220,000 t/a 按照性能等级及宽度厚度分配原料需求见表1-3。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 10 - 表3.3原料规格矩阵 性能 等级 厚度 宽度（mm） 合计 100011501150-1250 mmt%t%t% CQ 1.8-2.5132006.0110005.02420011.0 2.5-3.02200010.03300015.05500025.0 3.0-3.53960018.05280024.09240042.0 3.5-4.022001.022001.044002.0 小计7700035.09900045.017600080.0 DQ 2.5-3.024261.030741.055002.0 3.0-3.547832.062173.0110005.0 3.5-4.023571.031431.055002.0 小计95664.0124346.02200010.0 HSS 3.0-3.571743.093264.0165008.0 3.5-4.023571.031431.055002.0 小计95314.0124696.02200010.0 合计220000 3.2轧制参数的计算 带材压下制度是带材轧制制度最核心的内容， 它直接关系到产品的产量和质 量，压下规程的中心任务就是要确定由一定板坯轧成所需要的产品的变形制度， 也就是要确定所采用的轧制方法，轧制道次及各道次压下量大小，以及各道次轧 制速度，温度及前后张力制度的确定和原料尺寸的合理选择11。 制定压下制度的方法很多，一般来说为理论方法和经验方法两大类。理论方 法：1）在设备能力范围内尽可能的提高产量；2）在保证操作和安全的条件下尽 可能的提高产品质量。按现有的条件通过数学模型计算或图表的方法，得出求最 佳的轧制规程。经验的方法是参照现有类似轧机的实际压下规程，也就是根据经 验资料进行压下量的分配及校核计算12。 3.2.1压下制度的确定 计算轧制压力的常用方法有采里柯夫公式、西姆斯公式、卡尔曼公式、奥罗 万公式和斯通公式，这里采用的是斯通公式来进行轧制压力的计算。 由于原料的品种和规格较多，经过计算和比较，性能等级 HSS 的带材从厚度 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 11 - 4mm 轧到 0.8mm 中产生最大轧制力，这里对这个道次进行计算说明，其余道次的 计算方法相同，不一一列举。 按照经验可将总压下量按给定的分配比将其分配给各道次, 即: 式中为第i道次的压下量分配系数，为第i道次的压下量，为总压下量。 对单机架可逆轧制来说,的值如表3.4所示。 表3.4压下量分配系数 道次 数1234567 30.48-0.540.34-0.370.09-0.10 50.23-0.390.25-0.290.16-0.180.09-0.120.05-0.08 70.30-0.360.22-0.270.16-0.170.09-0.110.06-0.080.04-0.070.02-0.05 选取的到分别为 0.39，0.29，0.17，0.1，0.05。 总压下量=4-0.8=3.2mm，则各道次压下量分别为： =0.393.2=1.248mm =0.293.2=0.928mm =0.173.2=0.544mm =0.13.2=0.32mm =0.053.2=0.16mm 表 3.5各道次压下量 道次12345 入口厚度4.00002.75201.82401.28000.9600 出口厚度2.75201.82401.28000.96000.8000 压下量1.24800.92800.54400.32000.1600 道次压下率31.2%33.72%29.82%25.00%16.67% 总压下率 31.2%54.4%68%76%80% 3.2.2张力制度的确定 张力轧制是轧件在轧制时是在一定大小的前张力和后张力的作用下实现的。 其作用为:（1）防止带材跑偏； （2）使带材具有良好的板形和保持平直； （3）是 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 12 - 金属的变形抗力降低，有利于轧制更薄的带材； （4）适当的调节主电机的符合； （5）有利于带卷卷曲紧密整齐。 带材轧制时在前后张力的作用下，如果出现不均匀的延伸，则在带材宽度方 向上的张力分布会产生相应的变化，也就是延伸大的一侧张力减少，延伸小的一 侧张力变大， 从而可以补偿沿宽度方向的不均匀变形14。 并且这种作用是瞬间的， 同步的，没有滞后，在一些情况下完全可以替代凸形辊缝法和导板夹逼法，使带 材能够稳定轧制，这有利于提高带材的精确度，而且可以简化工人的操作。但是 这种方法也有一定的局限性，就是张力的大小不能超过一定的限度，否则有可能 造成裂边甚至是断带。 作用在带钢上的最大张应力应满足： maxs max作用在带钢单位截面积上的最大张应力； s带钢的屈服极限。 一般情况下单位张力 q 为（0.30.5）s，且后张力要比前张力大一些。 各道次张力如表 3.6 所示： 表 3.6各道次张力 道次12345 后张力/Kn183.825106.25695.57177.29960.345 前张力/Kn106.25695.57177.29960.34549.825 平均张力/kg/mm23.4523.7154.6045.0315.1078 3.2.3各道次轧制力的计算 首先是各机架摩擦系数的选取,由经验可得取 0.08。 从 4mm 轧到 0.8mm 中，轧制力最大出现在第二道次，这里就以第二道次为例 进行计算说明。 计算步骤： （1）计算： 21 0.6 0.4 ，由图 3.1 查出对应于 值的的值； 其中 为平均总压下率， 1 为第一道次总压下率， 2 为第二道次总压下 率。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 13 - 0102030405060708090 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 变形抗力 kg/mm2 变形量 % CQ DQ HSS 图 3.1 变形量和变形抗力关系图 21 0.6 0.4 =0.431.2%+0.654.4%=45.12% =78 （2）求出； =3.715 =1.1578-3.715=85.985 (3)计算，的值，并求出； =13.3656mm =2.288mm =0.4673 故=0.2184 (4) 计算:，其中； =285.985 =0.12184 (5)由图，得出的值； 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 14 - 图 3.2 轧辊弹性压扁时平均单位压力(斯通图解法) 可得 x=0.49 （6）查表 3.7，得出的值； 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 15 - 表 3.7的值 x0123456789 0.01.0001.0051.0100.0151.0201.0521.0301.0351.0401.046 0.11.0511.0571.0621.0661.0781.0781.0841.0891.0951.100 0.21.1051.1121.1181.1281.1311.1371.1431.1491.1551.160 0.31.1661.1721.1781.1841.1901.1961.2021.2091.2151.222 0.41.2291.2361.2431.2501.2561.2631.2701.2771.2841.290 0.51.2971.3041.3111.3181.3261.3331.3401.3471.3551.362 0.61.3701.3781.3361.3931.4011.4091.4171.4251.4331.442 0.71.4501.4581.4671.4751.4831.4911.4991.5081.5171.525 0.81.5381.5411.5501.5581.5671.5771.5861.5951.6041.613 0.91.6231.6321.6421.6511.6611.6701.6811.6901.7001.710 1.01.7191.7291.7391.7491.7501.7701.7801.7901.8001.810 1.11.8201.8301.8401.8501.8601.8711.8841.8961.9081.920 1.21.9351.9451.9571.9681.9781.9902.0012.0132.0252.037 1.32.0492.0622.0752.0882.1002.1132.1262.1402.1522.166 1.42.1812.1952.2092.2232.2372.2602.2642.2782.2912.305 1.52.3202.3352.3502.3652.3802.3952.4102.4252.4402.455 1.62.4702.4862.5032.5202.5362.5532.5702.5862.6032.620 1.72.6352.6522.6702.6862.7032.7192.7352.7522.7692.799 1.82.8082.8262.8462.8632.8802.9002.9182.9362.9552.974 1.92.9953.0143.0333.0523.0723.0923.1123.1313.1503.170 2.03.1953.1703.2403.2603.2823.3023.3233.3463.3683.390 2.13.4123.4353.4583.4803.5043.5303.5533.5753.6993.623 2.23.6483.6723.6973.7223.7473.7723.7983.8243.8493.876 2.33.9023.9283.9553.9824.0094.0374.0644.0924.1194.148 2.44.1764.2054.2344.2634.2924.3224.3524.3814.4124.412 2.54.4734.5044.5354.5674.5984.6304.6634.6954.7274.761 2.64.7944.8274.8614.8954.9294.9644.9985.0345.0695.104 2.75.1415.1765.2165.2505.2875.3245.3625.4005.4385.477 2.85.5165.5555.5955.6345.6745.7155.5565.7975.8385.880 查得=1.29 (7)计算冷轧平均单位压力； =（1.15 其中； 对应于冷轧平均总压下率的平均屈服应力； 平均单位张力； 轧制时的摩擦系数； h 该道带钢在变形区的平均厚度； 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 16 - 考虑弹性压扁后的变形区长度; =（1.15 =85.9851.29 =110.92 (8)根据，求出； =14.014mm （9）总轧制压力 P=B； P=B=125014.014110.9219000kN 轧制力矩,其中 X 为力臂系数，按经验取 0.4。 得出轧制力矩 M=203kNm。 其余各规格和各道次的计算方法相同，这里就不一一叙述。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 17 - 4轧辊尺寸的确定和校核 4.1轧辊尺寸的确定 HC 轧机的轧辊尺寸并无明确的公式可以计算，因此，只能根据经验进行设 计。有人曾统计过现有 HC 轧机的辊身直径 D 和辊身长度 L 的关系，其关系如表 4.1 所示。 表 4.1 辊身直径和长度关系的统计 工作辊传 动 r 0.5767899 0.5528582 0.6040426 中间辊传 动 r 0.9324084 0.9244513 0.9553308 中间辊传 动 r 0.6590127 0.823909 0.7254313 本设计轧机传动方式为工作辊传动， 经过计算和优化可初步得到辊身直径和 长度如表 4.2 所示： 表 4.2轧辊参数 轧辊种类辊身直径 D辊身长度 L 工作辊385mm1400mm 中间辊492mm1400mm 支撑辊1264mm1300mm 辊系结构如图 4.1 所示。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 18 - 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 17 - 图 4.1辊系示意图 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 18 - 六辊轧机辊系分为工作辊，中间辊，和支撑辊。其中两根支撑辊承受轧制时 绝大部分的轧制力，结构较为简单，这里不多做介绍。下面简单介绍一下工作辊 和中间辊的结构和功能。 工作辊结构如图 4.2 所示，中间辊结构如图 4.3 所示。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 19 - 图 4.2工作辊结构图 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 20 - 图 4.3中间辊结构图 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 21 - 工作辊工作时直接与轧件接触，发生变形，辊身产生挠度，为了消除这个有 害的挠度，工作辊要进行弯辊，从而消除这个挠度，有利于板形的提高。弯辊是 通过每根辊左右各两个液压缸经行的，弯辊时，液压缸推动弯辊块，弯辊块与工 作辊轴承座接触，传递弯辊力，从而经行弯辊。工作辊采用了唇形密封圈密封， 可以有效的隔开外界的杂质和内部的润滑油气，提高使用寿命。 中间辊的结构与工作辊类似，其不同之处是中间辊不进行弯辊，只进行左右 移动，俗称窜辊，这是六辊 HC 轧机的特殊之处。进行窜辊时，有窜辊装置的液 压缸提供窜辊力，通过窜辊块把力传递给中间辊轴承，从而推动中间辊的移动， 上下中间辊可以分别动作，互不影响。 4.2轧辊尺寸的校核 与一般四辊轧机相比，HC 轧机的支承辊受力有很大差别，它所承受的轧制 压是不对称分布的，并且是非常复杂的状态。到现在为止，依然没有准确的计算 方法来对此进行受力分析。所以，为了简化，我们把 HC 轧机支撑辊的受力形式 认为和四辊轧机的相同。在此基础上，我们认为轧机进行工作时的轧制力有很大 一部分是作用在支承辊上的。在计算时，经常按支承辊承担全部轧制力考虑。由 于本次设计的 HC 轧机是由工作辊传动的，所以对支承辊只需要校核辊身中间部 分和辊颈断面的弯曲应力即可。 支承辊的强度校核： 轧辊选用的材料为 9Cr2Mo，查手册克制，当强度极限为，安全系数取 n=5 时，材料的许用应力=b/n，即。 对于脆性材料来说，许用切应力 支承辊的简图和弯曲力矩如图 4.1 所示。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 22 - 图 4.1 支承辊弯曲力矩图 其中， d1-1=750mm， d2-2=1040mm， d3-3=1264mm， c1=422mm， c2=522mm， c=100mm， L=1300mm，L0=2344mm。 校核。选取轧制力最大者进行校核，即在所有产品规格中，最大轧制力 P=19000kN。查公式可知： 在辊颈 1-1 断面和辊颈 2-2 断面上，弯曲力矩应满足条件 3 11 1 11 2 . 0 d Pc 3 22 2 22 2 . 0 d Pc 式中 P总轧制压力； 许用弯曲应力； 11 d 1-1 断面直径； 22 d 2-2 断面直径； 1 c 1-1 断面到支反力 P/2 的距离； 2 c 2-2 断面到支反力 P/2 的距离。 代入数据，经计算得 轧辊中间的 3-3 断面的强度校核。查公式可知 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 23 - 其中 z d 为重车后轧辊的最小直径。 查手册可知，额薄板轧机最大重车率为，取支承辊的最大重车率为 6， dz=D3（1-6）=140094=1316mm 得 所以，经校核可得支承辊强度是符合要求，是安全的。 工作辊强度校核： 因为工作辊受到的弯曲力矩和扭转力矩相比很小，可以忽略，所以工作辊的 校核只要考虑扭转力矩即可。 查手册可知 kk WM 其中为作用在一个工作辊上的最大力矩； 为工作辊传动端的扭转断面系数。 轧制力矩最大为，近似认为这就是作用在工作辊上的最大力矩，即： 计算得 所以工作辊也是安全的。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 24 - 5轴承的选取和校核 5.1轴承的选择 轧机上用的轴承分为滚动和滑动两个大类。滚动轴承主要有圆锥、圆柱和球 面滚子轴承。而滑动轴承包括开式的和液体摩擦的，和其他机械上所使用的轴承 相比，轧机上的轴承有如下的特点： 1.载荷大。轧机上的轴承所承受的载荷是一般机械上的 35 倍之高，而 PU 值（单位压力和线速度的乘积）是可以达到 20 倍之多。 2 极限转速差别巨大。高速轧机的转速可达 150m/s，最低仅有 0.3m/s。 3 所处环境差。热轧时温度非常高，并且有高温的铁皮飞溅；冷轧时乳化液 由容易进入到轴承内，损坏轴承，这就对密封提出了很高的要求。 因为轧辊轴承的大小受到的影响因素较多，主要有机架开口的大小，辊颈直 径的大小等，而且载荷非常大，所以一般都采用多列的。这类轴承的尺寸小，而 且能够承受较大的载荷和冲击，但有时也需要另外采用其他类型的轴承辅助。 经过综合考虑，选取的轴承如下 工作辊轴承： 四列圆锥辊子轴承， 代号 382040， 基本尺寸 dDT=200310 275。 中间辊轴承： 四列圆锥滚子轴承， 代号 382960， 基本尺寸 dDT=300420 300。 双列圆锥滚子轴承，代号 382948，基本尺寸 dD=240320 116。 支撑辊轴承：四列圆锥滚子轴承，代号 3811/750，基本尺寸 dDT=750 1220840。 其中中间辊的双列圆锥滚子轴承装在有窜辊装置的一侧，为单个，其余轴承 均为两个，分别位于轧辊两侧。 5.2轴承的寿命校核 四列圆锥滚子轴承的受力情况及其复杂，四列滚子的受力并不相同，并且是 受到径向和轴向载荷的双重作用。所以为了合理的校核，需要进行适当的简化和 计算当量载荷。 当轴承在很大的静载荷或者是在低速下受到冲击载荷时， 滚子和辊道的接触 表面可能产生永久的变形，这种变形会随着载荷的增加而增加。当超过限度的时 候，轴承会不能正常工作。这是，我们引进基本额定静载荷的概念，用表示。基 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 25 - 本额定静载荷是一种假想的载荷， 代表了轴承可以承受最大静止载荷的能力。 在， 受到最大应力作用的滚子与辊道接触的部分的永久变形量为滚子直径的万分之 一，这时的接触应力高达。 为了防止轴承的接触表面产生大的变形，需要对静载荷能力进行校核，校核 公式如下： 其中 表 5.1 旋转轴承的安全系数 使用要求或载荷性质 球轴承滚子轴承 对旋转精度及平稳性要求高， 或受到冲击载荷 正常使用 对旋转精度及平稳性要 求较低，没有冲击和震动 HC 轧机静止时绝大多数的载荷都是作用在支撑辊轴承上的，且主要是径向 力，因此，只需校核支撑辊轴承的径向静载荷能力即可。 查资料可得：3810/750 的额定静载荷 42400kN。取 9000kN。 则 所以，静载荷能力安全。 通常情况下， 轧机轴承由于受到轧制时交变应力的影响而使滚子和内外圈的 接触表面产生疲劳损坏。 其中发生时间最短的工作时间或者是转数成为轧机轴承 的寿命。由于材料自身的属性，两个完全相同规格轴承在同一个轧机上的实际寿 命也会千差万别。所以只能从统计学的角度来考虑计算轴承的寿命。于是就有了 基本额定寿命的概念，用来表示。就是将相同规格的轴承在完全相同的条件下进 行工作，把其中 90%的不会出现损坏的总圈数称为轴承的基本额定寿命，也就是 可靠性是的寿命。 轴承的寿命计算可用如下公式表示： 其中； 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 26 - 设计的轧机的最大轧制速度理论上为 1250,近似取。 工作辊轴承的寿命校核： 工作辊的转速。 工作辊轴承承受的是工作辊的弯辊力，取最大轧制力的 1.5%，两个轴承各 承受一半，其当量动载荷近似为 142.5kN。 查手册可知，其基本额定动载荷 C=1760kN。 则带入数据得=73317h。 中间辊轴承的寿命校核： 中间辊的转速。 中间辊轴承主要承受的是窜辊的轴向力，虽然多了一个双列圆锥滚子轴承， 但是其只是起调节作用，精确计算过于复杂，故忽略了这个轴承的承载。其当量 动载荷近似为 646kN。 查手册可知，其基本额定动载荷 C=2330kN。 则带入数据得=1544h。 支撑辊轴承的寿命校核： 支撑辊的转速。 支撑辊轴承主要承受的是轧制时的轧制力，两个轴承各承担一半，其当量动 载荷近似为 8000kN。 查手册可知，其基本额定动载荷 C=21900kN。 则带入数据得=1578h。 由于轴承的校核使用的载荷和速度都是最大值，而在实际生产中，是不可能 时时刻刻都以这种状态工作的，因此，轴承的校核时间虽略有偏小，但是也是合 格的。还有就是轧机轴承的受力极其复杂，甚至每一个辊道的受力都不同，其损 坏的先后和程度也是不同的。而且在实际生产中的影响因素太多，无法一一考虑 到，因此，校核出的时间只能作为参考值使用。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 27 - 6轴承的润滑 润滑是摩擦学中的内容，通常情况下是通过调价润滑剂来达到润滑的目的。 积极使用润滑技术可以大大提升机械的性能并且能减少损耗，提高使用寿命。液 压润滑的工作原理就是把润滑剂通过压力输送的需要的地方， 以此来降低摩擦阻 力，减轻磨损。 液压润滑系统由如下装置组成： 油箱， 管路和街头， 压力装置， 控制系统等。 按照润滑介质来说的话可以分为干油、稀油和油气润滑。 本次设计选用的是油气润滑，是一种近年来兴起的新型的润滑技术，适用于 极其恶劣的环境，如高温，高速，外界灰尘和其它污染物较多的环境。由于使用 的是气液两相流体，所以它能解决一些传统的润滑方法解决不了的问题，效果非 常显著，可以极大的提升轴承的寿命。所以油气润滑的应用范围越来越广，特别 是在钢铁冶金方面有着不错的成绩。 油气润滑系统主要有主站，分配器，工业计算机，管路等组成。润滑油通过 分配器与压缩的空气混合，形成油气两相的气流，通过管路向前流动，附着在管 壁上的油膜越来越薄， 而且连成整片， 最后以极细的油滴的形式被喷射到润滑点。 薄板六辊可逆轧机辊系设计 - 28 - 结语 从轧制技术的进步来看，冷轧轧机的现代化发展是最快的，工艺和新型钢材 的研究成果非常显著。 从国际上的轧钢技术发展来看，中国还有很多的工作需要做，例如：如何调 整产品结构，降低污染实现可持续发展等等，另外一些冷轧中的关键问题，仍然 需要我们自己去解决，只有关键技术掌握在自己的手里，才能在市场竞争中处于 不败之地。 我们需要以以下几点作为发展方向： 首先，必须注意的是绿色发展，可持续发展。我们需要自行研制无污染的工 艺和润滑剂，加强对污染物的回收。 其次，我们需要改变单一的产品结构。目前市场对冷轧板的要求是批量小， 规格越来越多，我们需要积极改变产品结构，不能一味的上马冷连轧项目，要注