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文档简介
摘 要 本文主要对矫直机的概念 分类及特点做了初步的概述 并对五辊矫直机主要设备参数的确定方法做了一个总结和概括 同时也给出了在实际操作过程中这种矫直机压弯量的调整方法 步骤和力能参数计算方法 关键词 五辊矫直机 压弯量挠度 弯曲曲率 极限弹性曲率 Abstract This article mainly discusses the concept straightener made a preliminary classification and features of five and the main parameters of the straightener roller method to determine the equipment made a summary and generalization Also presented in the actual operation process of the straightener adjustment methods and steps and force calculation method Keywords Five roll straightener Bending is deflection Bend curvature Extreme flexibility curvature 目 录 摘 要 I 目 录 III 第 1 章 概述 1 1 1 矫直机概述 1 1 2 矫直机的发展历程 2 1 3 矫直机的专业分类 5 1 4 矫直机在型材轧制过程中的作用 5 1 5 矫直机在冶金工业中的用途 6 1 6 矫直机的安装 7 1 7 矫直技术的发展经历 8 1 8 新式矫直机技术特点 8 第 2 章 开平线 13 2 1 开平线概述 13 第 3 章 五辊矫直机设备参数的确定 15 3 1 概述 15 3 2 主要参数确定 15 3 2 1 辊系 15 3 2 2 矫直辊径 15 3 2 3 压弯量 17 3 2 4 压弯量的调整方法 19 3 2 5 矫直弯矩与矫直力 20 3 2 6 功率计算 21 第 4 章 传动系统的形式 23 结 束 语 25 参考文献 26 第 1 章 概述 1 1 矫直机概述 矫直机是对金属棒材 管材 线材等进行矫直的设备 矫直机通过矫直辊 对棒材等进行挤压使其改变直线度 一般有两排矫直辊 数量不等 也有两辊 矫直机 依靠两辊 中间内凹 双曲线辊 的角度变化对不同直径的材料进行 矫直 主要类型有压力矫直机 平行辊直机 斜辊矫直机 旋转反弯矫直机等 等 这种矫直机的矫直过程是 辊子的位置与被矫直制品运动方向成某种角度 两个或三个大的是主动压力辊 由电动机带动作同方向旋转 另一边的若干个 小辊是从动的压力辊 它们是靠着旋转着的圆棒或管材摩擦力使之旋转的 为 了达到辊子对制品所要求的压缩 这些小辊可以同时或分别向前或向后调整位 置 一般辊子的数目越多 矫直后制品精度越高 制品被辊子咬入之后 不断 地作直线或旋转运动 因而使制品承受各方面的压缩 弯曲 压扁等变形 最 后达到矫直的目的 对金属塑性加工产品的形状缺陷进行的矫正 是重要的精整工序之一 轧 材在轧制过程或在以后的冷却和运输过程中经常会产生种种形状缺陷 诸如棒 材 型材和管材的弯曲 板带材的弯曲 波浪 瓢曲等 通过各种矫直工序可 使弯曲等缺陷在外力作用下得以消除 使产品达到合格的状态 矫直可按被矫轧件的温度分为热矫直和冷矫直 热矫直一般在 650 1000 进行 只用于中厚板 矫直温度是热矫直的重要的参数之一 矫直 温度过高 轧件在随后的冷却中还可能因冷却不均产生瓢曲 矫直温度过低会 使矫直抗力增大 矫直困难 冷矫直广泛用于矫直各类型钢和钢管 也用于中 厚板的补充矫直 热轧型材的冷矫直都在轧材冷却后进行 为保证矫直质量和 改善劳动条件 合理的冷矫直温度应低于 200 当矫直机布置在轧制作业线 上时 常因钢材冷却时间不够 矫直温度过高 一般在 200 250 以上 而达不 到预期效果 影响矫直质量 多数钢材只矫直一次 只有不易矫直且弯曲度要 求严格的产品 需要进行两次或两次以上的矫直 矫直方法有压力矫直 辊式矫直 包括直辊矫直和斜辊矫直 张力矫直和 拉伸弯曲矫直 拉伸弯曲矫直的原理是 当带材在小直径辊子上反 复弯曲时给 带材施加拉力 使带材产生弹塑性延伸 从而将带矫直 拉伸弯曲矫直机组一 般用在连续作业线上矫直各种带材 包括高强度 极薄带材 这种机组也用于 连续酸洗板冷却后还可采用平整的方法减少板带的厚度差和矫作业线上的带材 机械破鳞 以提高酸洗速度 矫直机的直板形 此外对一些特殊产品要采用特 殊矫直 如矫直基本类型和它们的主要用途见表 冷轧薄板或热轧薄薄壁和特 薄壁管使用转筒矫直等 1 2 矫直机的发展历程 矫直技术在欧洲出现的较早 欧洲产业革命之后 19 世纪 30 年代冶铁技 术发展起来 当时英国的生铁产量已由 7 万 t 增长到 19 万 t 增加了 2 7 倍 19 世纪 50 年代开辟了炼钢技术发展的新纪元 随着平炉炼钢技术的发明 钢 产量的比重也显著增加 这时已经出现了锻造机械 轧钢机械和矫直机械 进 入 20 世纪以电力驱动代替蒸汽动力为标志 推动了机械工业发展 英国在 1905 年制造的辊式板材矫直机大概是最早的一台矫直机 20 世纪初已经有了直 圆材的二辊式矫直机 到 1914 年英国发明了 212 型五辊式矫直机 解决了钢管 矫直问题 同时提高了棒材矫直速度 20 世纪 20 年代日本已能制造多斜辊矫 直机 20 世纪 30 年代中期发明了 222 型流辊矫直机 显著提高了管材矫直质 量 20 世纪 60 年代中期 为了解决大直径管材的矫直问题 美国萨顿公司研 制成功 313 型七辊矫直机 20 世纪 30 40 年代国外技术发达国家的型材矫直 机及板材矫直机也得到了迅速的发展 而且相继进入到中国的钢铁企业 20 世 纪 70 年代我国改革开放以后 接触到大量的国外研制成果 有小到直径为 1 6mm 金属丝矫直机 达到直径为 600mm 的管材矫直机 有速度达到 300m min 的高速矫直机和精度达到 0 038mm m 的高精度矫直机 矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足发展 相应的矫直 理论也取得了很大的进步 不过理论滞后于实践的现象比较明显 例如 矫直 辊负转矩的破坏作用在 20 世纪下半叶才得到解决 但破坏作用的机理直到 20 世纪 80 年代才被阐明 其次 就矫直理论的总体来看 仍然处于粗糙阶段 首 先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据 如 辊数 辊距 辊径 压弯量及其矫直速度等 其次是许多技术现象 如 旋转弯曲废品 矫 直缩尺 矫直噪声 斜辊矫直特性 斜辊辊形特性 拉弯变形匹配特性等都缺 乏理论阐述 再次 是理论的概括性不够 一套公式不仅不能包括各种断面型 材 甚至不能包括同类断面尺寸和材质不同的工件 如弯矩和矫直曲率等都缺 少通用表达式 20 世纪 70 年代以来 矫直技术与矫直理论的发展明显加快 如拉弯矫直技术很快走向成熟 开发成功平动万能矫直技术 行星矫直技术 全长矫直技术 程序矫直技术 变凸度及变辊距矫直技术 以及双向旋转矫直 技术等 完善了等距双曲线辊型设计法 创立了等曲率递减反弯辊形设计法 矫直耗能计算法 主要工艺参数计算法 两种拉弯制度的定性与定量分析法以 及负转矩和超前接触分析法 尤其在利用相对值概念对各种矫直过程进行定量 分析工作中取得了系统化成果 为矫直技术数字化处理打下了基础 我国古代 冶金业关于矫直的技术出现也很早 但有文字记载却很晚 从文物发掘中看到 我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经 达到很高水平 在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具 小自针锥 大到铁杵都要求用矫直技术来完成成品的制造 手工矫直与平整工艺所用的设 备与工具是极简单的 如平锤等 对大型工件手工矫直常借助高温加热进行 古代人在矫直及整形的时间中认识到物质的反弹特性 确立了 矫枉必须过正 的哲理 用于矫直技术颇有一语破之功 用于改造社会也有指导意义 新中国 成立初期 在太原 鞍山 天津及上海等一些冶金工厂里 可以看到德 英 日等国家制造的矫直机 20 世纪中期以后 苏联的矫直机大量进入我国 矫直 技术从根本上得到改进与提高 到 20 世纪 50 年代起 我国就有刘天明提出的双曲线辊形设计精确计算法 及矫直曲率方程式 60 80 年代在辊形理论方面有许多学者进行了深入的研究 并取得了十分可喜的成果 还召开了全国性的辊形理论讨论会 产生了等曲率 反弯辊形的计算法 与此同时 以西安重型机械研究所和太原重型机器厂为代 表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作 为我国生产提供了设备 保证 进入 90 年代 我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步 我国在反 弯辊形七斜辊矫直机 多斜辊薄管矫直机 三斜辊薄铜管矫直机 双向反弯辊 形二辊矫直机 平行异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得 成功 在矫直高强度合金钢方面已经获得很好的矫直质量 其矫直后残留挠度 为 0 2 0 5mm m 此外 从 20 世纪 60 年代以后拉伸与拉弯矫直设备得到很大 的发展 对带材生产起到重要作用 1 3 矫直机的专业分类 根据结构特点矫直机可以分为压力矫直机 辊式矫直机 斜辊矫直机和张 力矫直机四种类型 由于近些年国内外冶金技术的不断发展 现代矫直设备 品种 规格日趋繁多 按其工作原理大致可以分为五类 第一类称为反复弯曲式矫直机 如拉力矫直机及辊式矫直机 它们是靠压 头或辊子在同一平面内工件进行反复压弯并逐渐减小压弯量 直到压弯量与弹 复量相等而变直 第二类称为旋转弯曲式矫直机 是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式 从大的等弯矩区过渡 在走出塑性区时弹复变直 旋转者可以是工件 可以的 矫直工具 也可以是变形方位 如常见的斜辊矫直机及平动式矫直机 第三类称为拉伸矫直机 它依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成 等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直 如钳式拉伸矫直机及连续拉伸 矫直机 第四类称为拉弯矫直机 它是把拉弯与弯曲变形合成起来使工件两个层面 的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发生 全断面各层纤维的弹 复变形也不是同时发生的 既防止了板带的断裂 又提高了矫直质量 第五类称为拉坯矫直设备 它是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯 曲渐伸变直其拉力主要用于克服外部阻力 而铸坯本身在高温状态下所需的矫 直拉力是较小的 1 4 矫直机在型材轧制过程中的作用 在冶金工业的型材生产中 轧件在轧制 冷却 运输过程中或热处理之后 往往受到多种因素影响而产生弯曲 例如 钢管 钢轨和型钢经常形成弧形弯 曲 而钢板则会出现单向或双向浪形弯曲等缺陷 为了消除这些缺陷 轧件就 需要在矫直机上矫直 矫直机能使弯曲的轧件产生适量的弹塑性变形 以此消 除弯曲部分而得到较为平直的轧件 轧件在最初的预热 加热及热处理等工序中 由于塑性变形不均和剪切变 形等原因 将产生不同程度的弯曲 瓢曲 浪形 镰弯和歪扭的塑性变形 或 内部产生残余应力 这在成为合格的产品之前 都必须采用矫直机进行矫直加 工 矫直轧件形状和消除内应力 对于管 线 板 带等长条状的金属条材 因温度变化使其纵向纤维的变形十分明显 往往发生弯曲或扭曲变形 为了获 得平直的成品条材 必须使其纵向截面由曲变直 通常也需在矫直机上完成 所以 矫直机的轧制车间必不可少的重要设备 而且也广泛应用于以轧材作坯 料的各种车间 如汽车 船舶制造厂等 在世界冶金工业技术迅速发展的今天 金属型材的生产和销售竞争激烈 其中质量是产品的生命 没有质量就没有数量 型材的质量往往关系着所制成 产品的优劣 如不合乎技术要求 不但影响其性能发挥 降低生产效率 甚至 引起严重的设备和人身事故 矫直技术及矫直设备多用于金属型材加工的后部 工序 在很大程度上决定着生产成品的质量水平 决定着企业的经济效益和社 会效益 所以 学习 研究和发展矫直技术及其设备技术的开发对于冶金行业 的发展意义十分重大 这样一个有意义的课题 让我们在走出校门之前 受到 实实在在的训练 其意义也非属寻常 1 5 矫直机在冶金工业中的用途 矫直是近百年来发展起来的工艺技术 是应用弹塑性理论将弯曲的 断面 不规则的型材变直和整形的一种机械加工方法 广泛应用于机械工业和冶金工 业中 矫直机可以单独地用于机械加工车间 对机件或构件坯料进行矫直 如 桥梁 船舶 汽车 锅炉等工厂的坯料车间等 也可以用于消除机件由于意外 的创伤和长期蠕变而产生的塑性弯曲及变形 进行修复性的矫直 如轴类的矫 直 自行车圈的矫平 旧钢丝绳的复原等 矫直技术在冶金工业中用途非常广泛 矫直机是冶金工业生产中常用的辅 助设备 在现代化程度较高的连铸生产线中连铸坯的矫直设备是必不可少的 型钢 钢板 钢管等轧钢厂的精整车间 矫直机则更是必备的设备之一 轧件在轧制生产过程中 由于塑性变形 冷却不均或运输等一系列原因使轧件 产生不同程度的挠曲 瓢曲 波浪 镰刀弯和歪扭 或内部残余应力 从轧机 出来的轧件往往具有不平直性和形状尺寸精度误差较大的情形 这主要是受轧 钢生产工艺和冷却过程综合影响的结果 为了保证产品的安全可靠性 国家对各类产品都制定了一定的质量标准 轧件的变形必须限制在一定的公差范围以内 单纯从轧制生产工艺方面消除轧 件的挠曲和瓢曲既不现实也相当困难 因而需要有专门的矫直设备 将已经产 生变形的轧件进行矫正 使其达到标准所规定的公差范围以内 从而得到平直 性好的产品 这使得矫直机成为冶金工业中必不可少的设备之一 1 6 矫直机的安装 热处理线温矫直机由矫直机本体 换辊装置 主传动装置三大部分组成 矫直机本体由预应力机架 液压压下装置 平衡装置 辊系 接轴托架装置 机架辊装置 液压弹簧卡紧装置 平台及梯子等部分组成 主传动部分由主电机 安全联轴器 减速机 联轴器 齿轮机座及万向接 轴等组成 两台 650kw 交流变频电机通过安全联轴器 减速机 联轴器 齿轮 机座 万向接轴 矫直辊装置 使设备转动运行 快速换辊装置包括万向接轴 夹紧和机外换辊装置 能够实现设备在线的辊系快速更换 1 7 矫直技术的发展经历 目前 我国正处于从钢铁大国到钢铁强国的过渡中 钢铁工业也处于深层 次的结构调整之中 中厚板具有较高的附加值 成为发展的重点 面对激烈的 市场竞争 中厚板的发展重点正在从追求产量转移到追求质量上来 中厚钢板 矫直机作为中厚板质量保证的一个重要环节 决定着产品的交货质量 为适应高质量钢板生产的需求 矫直机制造厂家如西马克 SMS 奥钢联 VAl 日本的三菱重工 MHT 及国内的太原重型机械集团有限公司 TZ 等纷纷 推出具有先进技术的矫直机 其中 SMS 设计制造的中厚板冷矫直机 HPL HighPerformanceLeveler 型为目前先进矫直机技术的集中代表 当今世界上先进矫直机技术快速发展 中厚板矫直机正向重型化 全液压 自动化过渡 1 8 新式矫直机技术特点 1 工艺控制系统 在中厚板生产各个工序的理论中 矫直理论发展相对薄弱 其原因有两个 一是以前矫直机作为生产辅助设备没有受到重视 二是矫直过程相对比较复杂 理论研究困难 当前 先进矫直机已开始采用过程计算机与轧机过程机通讯 并采用计算机模型控制 计算机模型具有可根据矫直钢板厚度 宽度 平直度 状况及温度来设定辊缝 自动咬钢送料 并具有过载保护和 AGC 弹跳补偿等 功能 这些技术的采用需要完善的矫直理论作为其技术支持 在这个方面 国 内矫直机制造商已联合研究机构做了研究工作 并取得了一定进展 2 强力矫直机 由于中厚板生产普遍采用控冷 控轧 热矫直机矫直温度逐步降低 中厚 板在热处理后的冷矫直已成为提高产品质量的重要手段 热处理线上冷矫直机 已成为必要设备 为了提高生产效率及产品质量 矫直机矫直厚度范围逐步扩 大 为了适应市场 宽板和特宽板生产线逐步投产 由于上述原因 重型强力 矫直机已成为新建中厚板生产线的必要设备 这种形式矫直机矫直力一般在 30MN 40MN 大约为普通中厚板矫直机的 2 倍 3 变辊距技术 有些中厚板生产厂家 采用变辊距的矫直机 以扩大矫直厚度范围和生产 高强度钢板需要 这种形式的矫直机生产的厚度范围相当于中板矫直机和厚板 矫直机两台矫直机的范围 充分发挥了矫直机的矫直能力 变辊距矫直机由于 具有高的性价比 应用前景广泛 同时 变辊距技术在现有中厚板矫直机改造 中具有强的实用性 它可根据矫直工艺的需要对现有矫直机辊系改造 使机架 受力减少 从而扩大了矫直机的矫直厚度范围或强度范围 提高矫直质量和矫 直效率 4 弯辊技术 在宽板和特宽中厚板生产线 具有弯辊能力的矫直机已成为必选 这种矫 直机可以产生一定量曲率的矫直工作辊 可消除机架的弹跳 同时由于弯辊的 存在 可有效地改善板材的横向板形 目前主要的弯辊形式见下页图 2 矫直 辊上受力架分为左右两部分 中部有铰接点 液压缸通过偏心轴和该铰接点可 对上辊系进行弯辊 5 液压压下 液压压下取代机械压下成为一种矫直机技术发展趋势 根据压下量设定值 与辊缝检测装置实测压下量之间的偏差量 使压下用的液压缸运行 经常修正 设定值补偿压下量 另外通过采用自动控制 计算机模型设定和液压 ACC 动 态辊缝调整先进技术 来提高中厚板的矫直质量 6 小辊距 小辊径 由于热矫直温度逐步降低及冷矫直机的逐步采用 为了提高矫直质量 中 厚板矫直机都采用小辊距 小辊径型式 根据矫直理论 板材矫直需要数倍板 材弹复弯曲曲率的弯曲 矫直机工作辊辊径应小于工作时弯曲的弯曲半径 由于小辊径工作辊辊径小 而矫直力较大 因此普遍采用支承辊密排布棋 式分布 并且密排布棋式支承辊分布不但增加工作辊的水平刚度 而且弯辊效 果也较好 7 矫直辊单独传动或分组传动 由于在矫直过程中钢板产生塑性弯曲变形 钢板的长度将发生变化 导致 矫直辊辊子的转速和钢板运行速度分别相差达 3 矫直辊采用单独传动或分 组传动 可避免成组传动时 个别矫直辊的扭矩过大 导致接轴和齿轮损坏 当矫直辊与钢板产生速差时 矫直辊在钢板表面引起打滑现象会损伤钢板表面 单独传动可减少这些现象的发生 单独传动或分组传动可用于辊间张力控制 可有效地改善板材的横向板形 8 张力技术 带张力矫直机可以改善矫直板形 提高钢板的平直度 目前成为一些新式 矫直机选用的技术 如日本住友公司鹿岛厂采用前后两台矫直机对钢板进行张 力矫直 板间张力通过两台矫直机间的速度差实现 同时张力大小可根据矫直 力进行动态调整 这种技术的采用使产品的不平直率减少 50 9 预应力框架结构 新式矫直机普遍采用预应力框架结构的机架 预应力机架与焊接结构在相 同尺寸下 增加了机架的刚度 同时制造和安装方便 中厚板矫直机的预应力 立柱的框架包括以下几个部分 拉杆及螺母 上横梁 立柱 下横梁 预应力 拉杆和机架立柱在预紧力作用下 分别产生拉伸和压缩变形 当矫直机工作时 受矫直力的作用 拉杆和立柱的受力得到再分配 拉杆受力增加 立柱受力减 少 这充分发挥各部件材料的性能 同时这部分刚度等于立柱刚度与拉杆刚度 之和 这两年 新建的中厚板线矫直机尤其是强力 宽板矫直机都采用预应力 立柱的框架结构 10 矫直辊位置单独可调 有些新式矫直机采用矫直辊位置单独可调的结构型式 这种结构型式可根 据矫直工艺的要求 灵活调整压下量 使每个矫直辊的压下量处于最佳状态 板材可在较少的弯曲次数下得到矫直 这种结构可使矫直辊数较少 设备重量 减轻 从而节约投资 11 其他技术 随着装备和制造技术的发展 过载保护 快速换辊 自动润滑 板形仪等 先进技术的采用 使中厚板矫直机的矫直精度 工作效率 设备可靠性等都得 到大幅提高 目前 国内具有先进技术的中厚板矫直机已逐步投入使用 对先进中厚板 矫直机技术的理论研究逐步深入 矫直机的重要性已经被大家广泛认同 第 2 章 开平线 2 1 开平线概述 开平线又叫开平剪切线 开卷线 横剪线是将用于将金属卷板经过开卷 校平 定尺 剪切成所需长度的平整板料并堆垛 适用于加工冷轧和热轧碳 钢 硅钢 马口铁 不锈钢及表面涂镀后的各类金属材料 生产线主要由上料小车 开卷机 校平机 送料机构 剪板机 输送装置 堆垛装置等组成 生产线中可以配置纵剪机 将板料分切成需要的宽度定长剪 切并堆垛 是集机 电 液一体化的高性能产品 自动化程度高 操作简单可 靠 定长精度高 板料平整度高 堆垛整齐 开平厚度不一样配置不一样以 ECL 25 2300 数控开卷校平剪切生产线 为例主要工艺参数如下 板卷存放 上卷小车 开卷 引头 精校 过渡 对中 切边 过渡 导向 粗矫 测量 尾板夹送 定尺停剪 输送辊道 抛料机 落料装 置是集机 电 液一体化的高性能产品 整个生产线可实现全自动化运行 3 5 人操作 开平厚度 8 25 mm 剪切长度 4 12m 开平宽度 1000 2300mm 切边厚度 8 20 mm Q235 Q345 时板厚 16mm 定尺精度 长度 1 5mm 1000mm 板长 对角线 2mm 1000mm 板长 切边镰刀弯 5mm 12000mm 板长 生产线速度 卷材厚度 12mm 时 25m min 12 20mm 时 15m min 校平精度 1 5mm m2 连续剪切次数 8 次 min 自动线总长 92M 电力总负荷 580KW 堆垛装置 a 长度调节范围 4000 12000mm b 宽度调节范围 1000 2300mm c 最大垛重 15 吨 d 最大堆垛高度 300mm 第3章 五辊矫直机设备参数的确定 3 1 概述 五辊矫直机是平行辊矫直机类型的一种 作为平行辊矫直机 它具备有平 行辊矫直机的基本特征 1 具有相当数量交错的矫直辊以实现多次的反复弯曲 2 压弯量可以调整 能实现矫直所需要的压弯方案 3 矫直所需的张力较小 但是由于五辊矫直机只能对带钢进行较少的反复弯曲次数 所以当对矫直精度 要求较高时 五辊矫直机就不能满足要求了 因此五辊矫直机很少用来生产成 品带材 在重卷 纵剪 拼焊等精整机组中五辊矫直机一般布置在机组的开头部分 和开头机配合使用 用来对带卷的头部进行矫直 本文将主要介绍精整机组中 五辊矫直机主要设备参数的确定方法以及在实际操作过程中 压弯量的调整方 法和步骤 3 2 主要参数确定 3 2 1 辊系 在精整机组中五辊矫直机布置在机组的开头部分 仅对带钢的头部进行矫 直 用于顺利送人后部设备废料剪 因此对矫直的精度要求并不高 故五辊矫 直机能够满足要求 辊子的布置方式 根据开卷方式不同 布置为上二下三或 上三下二式 且上面的辊子可单独调整压弯量 下面的辊子固定不动 3 2 2 矫直辊径 矫直辊径可用下式确定 DJ CW S EH 式中DJ 矫直辊径 E 所矫直材料的弹性模量 H 所矫带材的厚度 s 所矫带材的屈服极限 CW 压弯曲率比 其中 CW 2 A A t w Aw 压弯曲率 At一弹性极限曲率 At 3 s EH 2 当C 1时说明带材只发生弹性变形 当C 1时说明带材发生了弹塑性变形 也就是说只有当C 1时 才有可能使带材矫直 一般对于矩形带钢取C 3 4 当辊径确定后 辊距P 1 1 1 2 DJ在一条机组中 其产品规格较多 一般选取一种主要的规格作为计算规格 以计算规格来确定辊径及辊距 当辊径确定后 可取C 1 即只发生弹性变形 来计算确定的辊径能使带钢 发生塑性变形的厚度 即 h 4 E SwJD 理论上当辊径为 DJ时 对于厚度小于等于 h 的带钢不会产生弹塑性变形 只能使其发生弹性变形 也就不能矫这种厚度规格带钢 对于厚度大于计算规格的带钢 为了保护设备可适当减少压弯曲率比来完 成矫直 改变压弯曲率比实现的方法就是改变上面两个辊子的压弯量 3 2 3 压弯量 采用如图 1 所示的辊系 下面一排三个辊子固定 上面两个辊子可以升降 因此只计算上面两个辊子 即 2 4 号辊子 的压弯量和第三个辊子的压弯挠度 e2 2 w2 5 e4 2 w4 6 w3 0 5 w2 w4 7 式中 w2 w4 分别为第2 4号辊的压弯挠度 wt 8 c 9 fw f 1 5 10 2 0 5 0 CC W c 11 169 21820 12 34 CC CCC Cc Ccc CC CW 1 5 12 2 0 5 0 CC W 式中 t 弹性极限挠度 t 13 EI M p t 3 25 0 2 P 辊距 Mt 弹性极限弯矩 Mt 14 6 2 SH B E 弹性模量 I 瞬性矩 压弯挠度 W W 压弯挠度比 f 反弯挠度比 c 残留挠度比 c 最大原始曲率比 采用大变形压弯 即先采用很大的反复压弯 再采用较小压弯 便可使残留 曲率差迅速减小后被矫直 方案时 在计算中忽略C 所造成的误差很小 故 计算中常忽略c0不计 对带钢以上面计算的压弯量进行矫直 矫直后对于在1 m长的带材理论上残 留的挠度为 15 Ac4 1 500 2 2 4 1 c A 式中Ac4 Cc4 At 16 At 弹性极限曲率 At 17 EH S 2 3 2 4 压弯量的调整方法 压弯量确定后 可按下述方法调整压弯量 如图 2 所示 图 2 中 a 是当辊 子对带材不产生任何弯曲时上下两辊的中心距 L1 L1 D H 18 D 辊径 H 所矫带材厚度 当辊子之间没有带材时 将上下两排辊子靠 在一起时 上下辊子的中心距是 L2 图 2b L2 19 22 5 0p D 其中 P 为辊子的中心距 图 2c 所示的为给带钢一个压弯量 e 时 上下两辊 的中心距 L3 L3 L1 一 e 20 在实际操作中 L1 测量起来较为困难 所以在压弯量调整时采用下面的方 法 1 将上面的可调辊与下面的固定辊靠上 记下标尺位置 2 将上面的可调辊向上调 L4 L1 一 L2 一 e 21 此时辊子对带材的压弯量即为 e 3 2 5 矫直弯矩与矫直力 当矫直压弯方案确定后 便可据此确定矫直弯矩与矫直力 其中矫直弯矩 为 M M 1 5 0 5 Cw Co 2 22 Mt 弹性极限弯矩 Mt 23 6 2 BH Cw 压弯曲率比 采用大压弯方案时 Cw 为人为设定值 C 最大原始曲率比 采用大压弯方案时 C C 即前一辊残留曲率比 对于五辊矫直机来说 各辊的矫直力计算表达式如下 F1 2M2 p 24 F2 2 2M2 M3 p 25 F3 2 M2 2M3 M4 p 26 F4 2 M3 2M4 p 27 F5 2M4 p 28 由上可知 第三辊所受力最大 可根据此力对矫进行强度和刚度的校核 3 2 6 功率计算 矫直机的总功率有两部分组成 1 矫直单元的驱动功率 2 矫直时用于塑 性变形所消耗的功率 1 矫直单元的驱动功率 a 矫直单元的总驱动扭矩为 T f 29 2d F 式中 f 带钢与辊面的滚动摩擦系数 f 0 0002 0 0004m 轴承摩擦系数 滚动轴承为 0 005 0 01 d 矫直辊的轴颈直径 矫直单元总的驱动功率为 P1 30 R Tv 式中 辊子所承受的扭矩 单位为 KNm v 夹送辊的速度 单位为 m s 传动系统效率 0 85 0 9 R 矫直辊的半径 2 矫直功率 对带钢进行矫直时 带钢发生的是弹塑性变形 变形的初始阶段都是弹性 变形 然后进入到弹塑性变形阶段 两种变形混在一起 弹性变形是一种蓄能 变形 他决定着金属的弹复能力 这种变形在矫直过程中是不耗能的 塑性变 形是永久变形 它决定着能耗的多少 所以在确定矫直功率时应该把两者分开 带钢在矫直的过程发生的塑性变形能 可表达为下式 UJ Ut 31 J u Ut 弹性极限变形能 Ut 32 E BH 6 2 矫直能量比 J u 33 3131 2 J u 其中为弹区比 W C1 总的矫直转矩为 Tj Ruj 35 总的矫直功率为 P2 36 R vTJ 矫直机的总功率为 P P1 P2 37 第4章 传动系统的形式 主传动系统包括减速机 齿轮座和万向联轴节等 1 减速机 在矫直机主传动系统中 减速机除有减速作用外 还有均衡分 配传动扭矩的作用 因此也称减速分配器 减速机有三种主要形式 圆柱齿轮 型 圆柱圆锥齿轮型和蜗轮型 这三种形式中 每种又可分为单支 双支 三 支和四支等结构 辊数大于7的矫直机上 不宜使用单支减速分配器 这是因为传递的总扭矩 大 齿轮座的齿轮也大 使齿轮座出轴的间距很难与矫正辊间距相适应 因此 在辊式钢板矫直机上大多使用多支的减速分配器 这样可以使齿轮座的载荷均 匀 由于矫直机的第三辊 或第二辊 受的矫正扭矩最大 因此 该辊要尽可 能由减速机的一根出轴经齿轮座直接传动 以减轻齿轮座的负荷 有时 为适 应矫直机在连续机组中的安装 将矫直机设计成可以双向进料的结构 这时 矫直机另一端的第三辊由一根输出轴直接传动 2 齿轮座 一般情况 为防止钢板在工作辊间打滑 辊式钢板矫直机的所 有工作辊都是驱动的 齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给各个矫正辊 齿轮座输入轴数目与减速机支数相同 每根输入轴带动一组齿轮 在输入轴数 量较多时 各组齿轮之间互补联接 以避免功率传递线路闭和 恶化齿轮啮和 条件 按照齿轮的啮合列数 可分为单列齿轮座和多列齿轮座 单列齿轮座的制造和 安装简单 各齿轮轴和轴承可以通用且切齿轮轴的刚性高 一般在工作辊距小 于50mm时 宜采用这种形式 与单列齿轮座比较 多列齿轮座的中心距较小 因为每对齿轮座的齿宽是根据传递的扭矩确定的 同时 齿轮避免了重复啮合 因而可以适当减小中心距 多列齿轮座的齿轮轴刚性较低 为保证齿轮轴的刚 度 通常只在辊距大于50mm时才采用这种结构 3 万向联轴节 由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距 因此 齿轮座 出轴与矫正辊采用万向联轴节连接 矫直机常用的万向联轴节除了一般的滑块 式 叉头 扁头型外 在辊径小于1200mm时 也采用球形万向联轴节 在小辊 距矫直机上 也可以采用简易型刚球万向接轴 这种联轴节采用标准刚球 它 只起定心作用 矫正扭矩是靠两叉头的侧面直接接触来传递的 结 束 语 经过几个月的努力 现已完成了毕业设计任务 通过这次设计 我对五辊 矫直机进行了全面的研究 分析 设计 虽然不是深刻的理解个部分的功能 但对我我的自身设计能力和分析问题的能力有很大的提高 使我收获不小 在设计过程中 通过运用所学的知识 老师的指导 同学的帮助和查阅大 量的资料 使自己受益匪浅 对于我这个即将踏上工作岗位的学生来说 这次 设计不仅是我的毕业设计 它也是我步入社会参加工作的第一份答卷 这次设计在王老师的指导下和其他设计者经验的吸取 自己逐渐掌握了相 关的设计方法 经过反复的思考和验算 完成了我的第一份设计 当然 由于 自己所学的知识有限 经验又少 在设计中难免会出现错误 还请各位老师批 评指正 可以让我在以后的工作 学习当中改正错点 最后 衷心感谢各位老 师的悉心指导和帮助 参考文献 1 唐增宝 何永然 刘安俊主编 机械设计课程设计 M 华中科技大学出版社 1995 1 2 轧钢工艺学 东北工学院 M 冶金工业出版社 1980 7 3 黄庆学 梁爱生编 轧钢机械设计 M 太原重型机械学院 2004 1 4 崔甫 矫直原理与中厚板矫直机械 M 冶金工业出版社 2005 4 5 王海文 轧钢机械设计 M 机械工业出版社 1983 6 6 施东成 轧钢机械设计方法 M 冶金工业出版社 1991 3 7 冶金工业部武汉钢铁设计研究院 板带车间机械设备设计 M 1981 6 8 黄庆学 肖宏 孙斌煜 等 轧钢机械设计 北京 冶金工业出版社 2007 9 北京钢铁学院压力加工教研组编 轧钢车间设计 中国工业出版社 10 曲克 轧钢工艺学 北京工业出版社 1990 7 11 秦建平 轧钢工艺学 太原科技大学 2008 10 12 王延溥 轧钢工艺学 北京 冶金工业出版社 1980 7 13 陈瑛 浅谈中厚板矫直机车间平面布置设计 J 2007 年 10 月 第 13 卷第 5 期 14 孙卫华 孙浩 孙伟 我国中厚板矫直机生产现状与发展 J 2000 年 6 卷 6 期 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈 螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈 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