第1章 中板摆动辊道平衡与压杆装置改造设计与分析.龚晓伟改3

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321第1章 中板摆动辊道平衡与压杆装置改造设计与分析1.1 前言如今中国步入快速发展的阶段，各个行业都争取走在同领域的前沿。在钢铁企业，客户的需求变的更加高端、多样化。当传统的机器满足不了市场的需求时，企业就要改造、更新生产机械，设计出满足要求的产品。而又随着钢材市场供过于求局面的出现，在保证钢板内在性能的基础上,如何提高钢板外在质量也成为钢材生产厂家的重要课题Error! Reference source not found.。如本文即将研究的重点，马钢机械厂加长中板摆动辊道长度又避免钢板表面的划伤问题，进行满足要求的改造。1.1.1 辊道辊道是靠转动的辊子传送轧件的一种运输设备。目前在大多数轧钢车间内，如初轧厂、型钢厂和热轧板厂等，辊道仍是主要的运输设备，其重量有的可达车间设备总重量的40%以上Error! Reference source not found.。辊道的分类有很多种，辊道按其用途主要有如下几种类型Error! Reference source not found.：（1）工作辊道：根据辊道所在位置的不同，分为主要工作辊道和辅助工作辊道。（2）受料辊道：这种辊道也叫上料辊道，是从其他运输工具直接接受轧件，如初轧机前接受钳式吊车或钢锭车放下的钢锭的辊道段和板坯加热炉前接受桥式吊车或门式吊车放下的板坯的辊道段等，它们工作负荷较重，经常承受冲击负荷。（3）运输辊道：这种辊道主要用来按轧制工艺流程向各设备运送轧件，如加热炉、轧机、剪断机、矫正机等设备的输入辊道和输出辊道。（4）收集辊道：这种辊道位于设备加工线的尾部，用来将轧件半成品或成品收集起来，以便进行整理、打印、冷却、捆扎或其他加工工序。对于较小轧件，有的辊子为倾斜放置，可使轧件自动收集。（5）特殊用途辊道：如炉内辊道、升降辊道、冷却辊道和检查辊道等。其他类型辊道：在其他类型辊道中有加热炉的炉内辊道、升降辊道和中间辊道等。1.1.2 剪切机剪切机是机床的一种，它采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。剪切机工作刀口长度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户。安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力Error! Reference source not found.。 （1） 剪切机类型 剪切机（图1.1）又分为不同的种类有：金属剪切机、联合冲剪机、液压剪切机棒料剪切机。如马钢中板厂现有4架剪板机,如图1.5所示,2架4m纵剪,1架2.sm横剪,1架3m横剪,采用的是纵一纵一横一横布局Error! Reference source not found.。（2） 剪切机作用剪切机（图1.2）适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢及各种金属材料进行冷态剪断、压制翻边，以及粉末状制品、塑料、玻璃钢、绝缘材料、橡胶的压制成型。图1.1 剪切机展示图1.2 马钢剪切机布置1.1.3 摆动辊道摆动辊道是横切剪的主要设备,其主要功能是输送剪切后的钢板,保证钢板的顺利通过,同时,为了保证钢板的剪切质量,整组摆动辊道在剪切时要随上剪刃相应的摆动动作。摆动辊道共有8根,由电机减速机通过直齿锥齿轮带动辊道转动。1.1.4 摆动辊道平衡装置摆动辊道平衡装置：常用的轧辊平衡装置有一下几种Error! Reference source not found.：（1）弹簧式平衡装置弹簧式平衡装置是利用弹簧的弹复特性来平衡上轧辊的、多用在三辊型钢扎机、线材轧机和其他简易轧机上，弹簧的平衡力应是被平衡重量的1.2-1.4倍（即过平衡系数X=1.2-1.4），可通过拉杆上的螺母调节。当上辊下降是，弹簧压缩，上升时则放松，因此，弹簧的平衡力是变化的，弹簧愈长，平衡力愈稳定。弹簧平衡只适用于上辊调整量不大于50-100mm的轧机。它的优点是简单可靠，缺点是换辊时要人工拆装弹簧，费时、费力。（2）重锤式平衡装置重锤式平衡装置（图1.3）一般用在上辊移动量很大的初轧机上，它工作可靠、维修方便，起缺点是设备至量大，轧机的基础结构较复杂。平衡锤通常装在工作机座的下面，平衡力由杠杆和支杆传给上轧辊。图1.3 重锤式平衡机构（3）液压式平衡装置液压式平衡装置是用液压缸的推力来平衡上辊重量的。在液压系统午装有蓄势器，油泵只用来周期性的补充液体的漏损。液压平衡装置结构紧凑，使用方便，易于操作，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而下移。这些都有利于换辊操作。但其投资较大，维修也较复杂。马钢第一钢轧总厂中板厂的2#剪切机后的摆动辊道采用的是重锤式平衡机构，机构简图如图1.3。1.2 辊道系统结构型式1.2.1 辊道传动方式辊道的传动方式（图1.4）分集体传动、单独传动和不传动而空转的三种Error! Reference source not found.。前两种应用较广，尤其是单独传动方式发展较快。而不传动的空转辊道应用较少，如重力辊道，或在长轧件的运输辊道辊子中间间隔放置空转辊子，仅起支承作用。（1） 集体传动辊道集体传动辊道（图1.4）仅用在工作负荷特别沉重的条件下，通常是运送短而粗的轧件，轧件的重量集中作用在为数不多的几个辊子上。通过一个或几个电动机、减速器和较长的分配齿轮箱同时传动若干个辊子，辊道长度一般不宜超过6米。轧件自始自终由一台电动机传动，这样可充分利用电动机的功率，能够降低电气设备容量。当较大负荷集中在个别辊子上时，由于较大功率的电动机和较大的系统飞轮矩，能够保证辊道的正常工作。因此，可用于大型开坯的辊道上，轨梁、厚板和其他轧机的工作辊道及输入辊道上，或加热炉前的受料辊道和炉后的运输辊道上Error! Reference source not found.。图1.4 集体传动辊道辊子剖面图（2） 单独传动辊道单独传动辊道，这种传动方式具有以下特点：1）飞轮矩小，启动和制动容易。2）可单独快速换辊，维修方便，而不影响生产。3）辊子高度易于调整。4）结构简单、重量小和易于加工。5）易于实现标准化；辊子、支座、减速器、联轴器和电动机均可标准化。 实现生产专业化。单独传动辊道更适于运送较长的轧件，轧件的重量分配在许多棍子上，此时集体传动能充分利用电机功率的优越性已不存在了。单独传动辊道的优点完全胜过因其电力传动部分造价高的缺点，所以是有发展前途的方案，一般约占全车间辊道数量的60%以上，随着生产的发展所占比重将逐渐增长。单独传动辊道的电机的安装型式有三种：用地脚固定的普通型式。、法兰式和空心轴式。图1.5 原摆动辊道传动示意图1.2.2 辊道的结构类型辊道按结构可分为固定式（图1.6），吊挂式（图1.7）Error! Reference source not found.图1.6 固定式辊道热轧带钢厂的轧件质量大、温度高、氧化铁皮多，要求辊道结构既要抗冲击、耐高温、有利于氧化铁皮脱落，又要实现系列化、组合化，有利于维护检修和减少备品备件，降低生产成本Error! Reference source not found.。图1.7 吊挂式辊道辊道由辊子、辊道架、侧导板、盖板和传动装置组成。辊道的结构形式有固定辊道、升降辊道、倾斜辊道、旋转辊道和摆动辊道等。辊子结构形状有实心辊、空心辊、圆盘辊。辊子材质有锻钢、铸钢、厚壁钢管、铸铁。辊子冷却方式有外部冷却、内部冷却、辊颈冷却。1.2.3 辊道参数辊道参数选择：辊道的主要参数有辊子直径、辊身长度、辊距及辊道速度Error! Reference source not found.。（1）辊子直径的选择：辊子直径必须尽可能地小,以减少重量及飞轮转距,这样做的主要目的在于减小传动电机的功率.辊子直径减小的极限受强度限制,在轧件有横向移动的情况下,还要受轴承及传动机构的外形尺寸限制,而且还要尽可能利用已有条件.按通常设计原则,本例中的辊径应不低于5250 mm.按我们的成功经验,选取本厂已有的5219和5194两种无缝钢管,完全能满足使用要求。（2）辊身长度的选择：轧机前后工作辊道的辊身长度,应等于或大于轧辊的辊身长度,有时可稍长一些,以便更充分地利用轧辊.本例中,在一架机前使用了1 300 mm的辊身,第二和第三架机前后都选用了1200 mm.(轧辊辊身长度1 100 mm)。辅助工作辊道的辊身长度比工作辊道辊身长度短一些,因为轧件只在后几道轧制时才需要辅助工作辊道工作.运输辊道辊身长度必须比被运输的钢件(1根或1排)的宽度大150250 mm.运输热钢锭时,辊子辊身长度比钢锭最大宽度约大300500 mm,以保护辊子的轴承不被加热.本例中,出炉辊道的辊身长度取600 mm,其它运输辊道根据轧件的运送情况及轧件尺寸而选取。（3）辊道辊距的选择：辊道辊距不能大于最短轧件长度的一半,这样才可保证轧件同时放在两个辊子上.而运输钢锭时,辊距不能大于钢锭重心到宽端面的距离,如图2所示,否则,运动着的钢锭将冲击辊子,加速辊子的磨损及轴承的损坏.其出炉辊道、一架机前工作辊道及剪后辊道的辊距就是依据以上原则选取的.其余辊道的辊距为了避免热轧件因自重而产生附加弯曲,辊距不宜太大,本例最大所取为1 000 mm。（4）辊道速度的选择：在选择辊道速度时,工作辊道和运输辊道应有不同.工作辊道的作用是在轧机前后将轧件输送给轧机进行轧制,应与轧机线速度相适应,即要保证顺利喂入轧件;而运输辊道的速度要求既能保证平稳迅速地运输轧件,又不致因速度过快而使轧件在辊道上打滑或撞击侧挡板.一般辊道速度是轧制速度的1.11.4倍。1.3 辊道研究现状在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等Error! Reference source not found.。2009年4月份，梅山炼钢厂连铸机切割摆动辊道液压系统投人使用，在短短6个月的时间里，系统的3台恒压柱塞泵出现了漏现象，并日趋严重，先后全被“烧”坏，导致该液压系统无法正常运转，严重影响了板坯的正常切割生产。针对连铸机切割摆动辊道液压系出现的这一故障,通过分析：（1）对泵的吸油口处过滤器滤芯进行改选,改用精度为10拌的滤芯代替原设计中的20拌的滤芯,使金属污染物不能进人泵体;(2)增设一台齿轮泵作为循环泵,并把原液压系统中冷却能力较低的管式冷却器改为冷却能力较强的螺旋式冷却器,采用一套独立的循环过滤冷却回路,加大油液的冷却过滤能力。效果对连铸机切割摆动辊道液压系统改造后,对其使用过程进行了跟踪分析Error! Reference source not found.。中国公司 3500 mm 中板轧机进行改造。3500 中板轧机的电动压下装置由两台直流电动机通过联轴节、电磁离合器驱动两台组合式斜齿蜗轮蜗杆减速机带动压下螺丝上、下移动。两台电机通过电磁离合器串联在一起, 可以很好解决两台电机之间转速不同步问题从而实现轧机两侧同步压下。压下螺母用压板固定在机架窗口上部阶梯孔内, 在压下螺丝下端有带凸球面的重型止推轴承, 该轴承装在液压压下缸活塞杆的凹孔里。在每个压下减速机两侧各加两台气动抱闸主要防止当压下电机失电时, 轧钢时由于钢板冲击轧辊引起压下螺丝振动回松,采用气动抱闸因为其外形小、速度快还节省前期投资Error! Reference source not found.。1.4 研究目的和意义 马钢第一钢扎总厂中板厂2#剪切机用于中厚板的切头、切尾和剪切定尺，原摆动辊道长度6660mm，当剪切钢板长度大于7m，在中厚板切尾时，钢板一部分位于固定辊道上，而摆动辊道和固定辊道分别采用不同点击驱动，二者速度不同步，造成钢板表面划伤等问题，因此需要将摆动辊道延长至11-12m左右。这就要对辊道做出改造方案来满足要求，为了保证企业成本尽量利用原有设备和零部件，并进行相应的设计技术和校核。所以研究结果是为了保证剪切机在切尾时整个钢板都能停留在摆动辊道上从而解决钢板表面的划伤问题，从而加长摆动辊道的长度，使产品的质量得意保证。1.5 研究内容（1）文献检索，撰写开题报告（2）总体结构方案设计（3）原摆动辊道和改造后摆动辊道的平衡计算（4）平衡装置的三维模型与强度有限元计算（5）压杆装置的三维模型与相应计算结构设计（6）平衡和压杆庄主其他零部件的设计或校核1.6 有限元法本次毕业设计主要利用通用有限元软件ANSYS进行计算,有限单元法起源于20世纪40年代初期，第一次出现这个名词是在1960克拉夫的一篇论文中。直到70年代初，有限单元法理论上已基本成熟，并开始陆续出现商业化的有限元分析软件Error! Reference source not found.。有限元法在制造业、医学、物流、建筑等各领域中都得到了广泛应用,但是由于计算能力等条件的限制,国内有限元法的应用相比于国外而言还有一定的差距。不过随着我国高性能计算机和计算技术的日益发展,计算能力逐步提高,有限元法将成为更有效的一种分析方法Error! Reference source not found.。ANSYS软件是融结构、流体、电磁、声学于一体，以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，它是由总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡的ANSYS公司开发的，该公司于1970年创建。ANSYS软件可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天等科科学研究。同时，该软件也是世界上第一个通过ISO 9000认可的有限元分析软件，在国内，第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。ANSYS可运行于PS机、NT工作站、UNIX工