1780精轧机支撑辊设计

太原科技大学毕业设计说明书 1.1 轧钢工业概况 第 1 章 概论 世 界轧钢工业和及时的进步， 主要集中在生产工艺流程的缩短和简化，近终型连铸，轧钢性能高品化， ，品种规格的多样化，控制管理计算机化，使轧钢生产转入质量型的低成本轨道上，以扩大市场提高竞争力。 轧 钢生产工艺流程将更加紧凑 ，并趋向于轧机的一体化生产。经 历百 年的以辊轧为特点的连续变形 的轧钢技术仍然是未来钢铁工业钢 材成型 的主流技术。由于连续滚轧技 术是连续的，高效的和可控的，它 便于同 计算机等高新技术连用，因此 在计算机产业应用方面一直处于整 个钢铁 工业流程的前列，在新世纪以 四辊轧机为特征的轧钢工艺虽然不 会发生重大变革，但在轧钢前后工序的衔接技术必将发生长足的进步。 热 轧生产正在趋向生产薄（小） 规格的产品，以实现热轧产品代替 部分冷轧产品，在 20 世纪由于连续特别是近终型连铸的发展，以实现轧钢行业 淘汰了初轧工序，而即将投入 生产的薄带钢连铸将使连铸与热轧 工序合 二为一，从而取消了传统板带 材生产的热轧工序，将连铸的薄带 钢直接冷轧。 与 此同时，炼钢技术的进步提 高了钢的纯净度，近终形连铸对凝 固1太原科技大学毕业设计说明书 过 程和凝固组织的优化控制保证 钢材性能所需的最小压下比发生了 变化研究工作进一步证明，炼钢-连铸-轧钢三者技术进步的相互影响，将实现所谓的“极限近终形连铸”和“最小压缩比轧制”的低能耗，低成本的铸轧一体化。这不仅板材而且也是棒，线，型材的发展方向。 用 高新技术改造传统的轧钢工业， 20 世纪轧钢技术取得重大进 步的重要特征是信息技术的应用，AGC 的 广泛应用就是例证。以后的板形自 动控制技术等无一不是以计算机 为核心的高新技术应用的结果。 先进的 高精度，多参数在线综合测试技 术与高响应速度的控制系统相结 合，保证了轧制生产的高精度，高速度以及生产产品的高质量。 1.1.1.带钢热连轧机的发展概况 带 钢热轧机分为连续式带钢热轧机 ，四辊及多辊可逆式轧机，炉 卷轧机和行星式轧机等。在世界上美国国家钢铁公司首先在 1926 年采用了热连轧轧板机，这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司，轧制规程为 1030 毫米，是 1/2 连轧，只有一个粗扎机架，是近代热连轧板机的雏形.四十年代 以前带钢热连轧机几乎全部 集中在美国。19611971 年，美国新 建了11 台辊身长度为 1473 毫米以上的热连轧板机。称为“第二代轧机”美国道 1972 年共拥有热连轧板机 44 台，年总生产能力为 9000 万吨，占世界第一位。第二代轧机具有轧制速度高，产量高，自动化程度高的特点。 1976 年全世界共有带钢热连轧机 150 多套。年生产能力为 3 亿 5 千万吨。其中七十年代新建的有 31 套，年产能力为 9 千万吨。热轧带钢最大宽度为 2200 毫米，最大厚度增至 25 毫米。带钢热连轧机轧制速度为 30.8 米每 秒。第三代带钢热连轧机从七十 年代以后多采用子母电子计算机 ，并实行 APC 和 AGC 的 DDC 计算机全面控制（控制温度，宽度等） 七十年代我国又从日本引进了 1700 毫米 3/4 热连轧板机，已经投入生产，其 它规格是 1978 年基本建成并投入 试生产，经国家验收委员会验收于2太原科技大学毕业设计说明书 1981 年 12 月正式交付 生产，这项工程主体部分大量采用电子计算机控制，自动控制等多方面的新工艺新技术。具有七十年代技术水平。 1.1.2 带钢冷连轧机的发展概况 冷 轧薄板轧机有：连续式冷轧 机，多辊式轧机，压弯拉轧机，泰 勒轧 机等）目前用的最广泛的是连 续式冷轧机，四辊可逆式冷轧机和 二十辊式轧机。 世界第一套连续式钢板冷轧机于 1924 年在美国惠林钢铁公司投产，该轧机是四个机架，轧辊身长 812 毫米，轧制 速度为 1.8 米每秒，主 传动电机容量为 760 千瓦，冷连轧板机获得广泛的应用是在四十年代以后。 七十年代国外带钢冷连轧机共有 196 套，冷连轧带钢的轧制速度为41.7 米每秒，冷轧窄带薄至 0.001 毫米，带钢冷连轧机轧辊辊身长度 2500毫 米，冷轧带卷重量达 60 吨 ，七十年代末一套冷连轧机最大 年生产能力为 250 万吨。 我国于 1965 年末制成 300 毫米五机架试验性冷连轧机，之后又试验成功 600 毫米三机架冷连轧板机，对一些关键性技术，如液压压下机构，带 钢快速咬入，厚度自动控制， 计算机控制等进行试验研究。七十 年代从西德引进 1700 毫米五机架冷连轧板机成套机组并投入生产。 1.2 四辊轧机的技术发展概况 1.2.1.热轧板带的新技术发展 （1）连铸坯的直接热装（DHCR)和直接轧制（HDR)实现了两个工序间的连续化，具有节能，省投资，缩短交货期等一系列优点，效果显著。 （2）在线调宽，采用重型立辊，定宽压力机实现大测压，重型立辊没道次压下量一般为 150 毫 米，定宽压力机每道次宽度压下量可达 305 毫 米以上 3太原科技大学毕业设计说明书 （3）宽度自动控制（AWC）宽度精度可达 5 毫米以下 （4）液压厚度自动控制（AGC）带钢全长上的厚度精度已达到 30 微 米； （5）板形控制，研制开发了 HC、CVC，PC 等许多机型和板形仪，可实现板形的闭环控制； （6）控制轧制和控制冷却，使钢材具有所要求的金相组织和更好的力学性能； （7）卷板箱和保温罩，以减小温降，缩小带钢头尾温度差； （8）全液压卷曲机，助卷辊，液压伸缩采用踏步控制，卷筒多级涨缩； （9）无头轧制，将粗扎后的带坯在中间辊道上焊接起来，在精轧机组实现全无头连续轧制。 1.2.2 冷轧板带的新技术发展概况 （1）酸洗-冷轧联合，可提高成材率 1%3%，提高机时产量 30%50%，减少中间仓库 50001000 平方米，降低轧辊消耗 40%50%，降低了生产成本和建设投资； （2）连续退火，其产品质量高，板形好，表面光洁，性能均匀，可提高成材率 1%3%，钢种多样化，节能 20%以上， 生产周期由 10 天缩短到一天以内，设备占地面积小； （3）全氢罩式退火，比传统罩式炉效率高一倍，产品深冲性好，表面光洁，特别适合于生产批量小，品种多的冷轧带卷； （4）板形控制技术有了很大的发展，普遍采用了液压弯辊，工艺润滑与冷却，闭环控制，研制了一批能有效控制板形的新型轧机。 1.2.3.板厚调节方式的发展过程 同 其它各种技术的发展一样，板带 轧机板厚调节技术的发展也经 历了由粗到细的过程。 4太原科技大学毕业设计说明书 第 一种是手动压下调节板厚。 最早的轧机是靠手动调节压下螺丝 来进 行辊缝调节的。这种调节方式 仅能设定原始辊缝，无法达到厚度 控制精度的要求，因而在板带轧机上已基本不再采用。 第 二种是电动压下调节板厚。 手动压下的调节方式缺点很多，所 以在 电机出现之后人们就将它用到 轧机上，不但采用电机驱动，而且 压下调 节也采用电动方式，由电机通 过减速装置驱动压下螺丝来设定原 始辊缝 。这种调节方式一般不能在线 调节，无法保证严格的厚度精度。 因而现在只在开坯和厚板轧机上使用，板带轧机上很少用。第 三种是电动双压下系统调节 板厚。为了进一步控制板厚偏差， 许多 较为先进的轧机的板厚调节装 置都部分为粗调和精调两个部分， 其中粗 调装置用来设定原始辊缝，而 精调装置用来在轧制过程中，虽各 种轧制 条件的变化而进行微量在线调 整。电动双压下系统由高速和低速 两套电 动压下系统组成。其中高速电 动压下系统用来设定原始辊缝，低 速电动 压下系统用来在线调整。这种 压下系统虽然比单一的电动压下系 统要好 ，但由于他的精调系统之后比 较严重，不能适应高速轧机的需要 ，因而，现代化的轧机已基本上不再采用。 第 四种是电-液双压下系统 调节板厚。点-液双压下系统也 是由粗 条河精调两部分组成的，其中 粗调部分就是一般的电动压下装置 ，用它 来调整原始辊缝。精调部分采 用液压系统，其具体结构方式有多 种，如 用液压缸推动扇形齿轮以带动 压下螺丝以及将液压缸直接放在轴 承座与压下螺丝或压下横梁之间等方式。这种调节方式的精确系统较为灵活，调 节精度高。特别是这种系统的 粗调系统可以使一般的电动压下， 因而这方式特别适用于对原旧轧机的改造，目前任在使用。 第 五种是全液压压下调节装置 。全液压压下的厚度调节系统取消 了5太原科技大学毕业设计说明书 传 统的压下螺丝，用液压缸直接 压下，这种厚度调节方式结构简单 ，灵敏 度高，能够满足很严格的厚度 精度要求，并可根据需要，改变轧 机的当 量刚度，使现代化轧机上普遍 采用的厚度调节方式。但这回总方 式也存在着一些缺点，如系统复杂，对系统各部分哥特元件的精度要求严格，制造困难，成本高等。 第 六种是弯辊支撑辊的厚度调 节方式。尽管液压压下的厚度调节 方式 具有很多优点，目前被广泛使 用，但这种方式绝不是厚度控制发 展史噢 上 的 终 点 ， 也 不 等 于 其 它 厚 度 调 节 方 式 绝 对 没 有 市 场 。 1969 年M.D.Stone 提出了一种新的厚度调节 方式，即利用支撑辊弯曲进行 板厚调 节。新的支撑辊的弯曲方式有 多种，其中之一是增加横梁式。在 上支撑 辊的上面和下支撑辊的下面都 增加了专门的横梁。这种横梁的主 要目的 是使支撑辊弯曲力自成体系， 而不传到压下装置和牌坊中去，与 压下螺 丝和牌坊不发生关系。由于支 撑辊弯辊力不是压下装置和牌坊产 生变形 ，因而，支撑辊弯曲就可以使 滚生重点处的辊缝值产生明显的变 化，从而达到控制板厚的目的。 这 种厚度调节方式的优点是响 应速度快，可以在任何载荷下调整 ，特 别是在一些用支撑辊弯曲来调 节板形的轧机上，通过很少的改动 即可直接用来调节板厚。 这种板厚调节方式可进一步发展成新的板厚板形综合调节系统。 6太原科技大学毕业设计说明书 图 1 支撑辊弯曲结构第 七种是工作辊偏移的厚度调 节方式。针对液压压下厚度调节系 统调 节力大，对系统定位精度高， 以及液压压下的厚度调节系统对改 善板形毫无用处等特点，燕山大学刘玉礼博士提出了一种新的板厚调节方式，即 通过改变工作辊偏移量来调节 板厚的方式。利用液压缸，水平的 调节工 作辊，改变工作辊的偏移量。 由于支撑辊式圆柱形的，因而，改 变工作 辊的偏移量，必将改变辊缝值 ，从而起到调节板厚的作用。与直 接压下的板厚调节方式相比，这种调厚方式的优点主要有以下几方面： （1）调节系统所受的调节力仅仅是工作辊水平方向的作用力，它远远小于 直接压下的厚度调节方式的调 节力，这样也就可以减小液压缸和 轧机尺寸以及液压系统的压力等，从而减小投资。 （2）厚度方向的精度要求由水平方向的定位精度来保证，这样就降低了控制系统定位精度的要求，从而给控制系统的设计和制造带来方便。 （3）可以较方便的改造那些原有的使用电动压下的轧机。 （4）最主要的优点是：这种厚度调节方式可以直接与工作辊交叉的板形调 节方式相结合，仅需很少的改 动就可以达到利用一套系统，一个 执行机 构同时调节板厚和板形这两个 被调节两的目的，从而更充分的发 挥控7太原科技大学毕业设计说明书 制的作用。 1.2.4 板形控制的方式 从 板形与横向厚差的关系中， 我们可以看出轧后板形与以下几种 因素有关：来料板形，来料横向厚差，出口横向后差，金属横向流动状态。对 于某一轧制道次而言，来料板 形和来料横向厚差是不可改变的， 因而从 理论上讲，只能通过控制金属 横向流动状态和控制出口横向厚差 这两条 途径来控制板形。由于板带材 的出口横向厚度分布与轧辊辊缝形 状有直接关系，因而控制出口横向厚差实质上就是控制轧辊辊缝形状。 尽 管任何一种板形控制方式都 只是以上述两种途径之一作为主要 作用 机理，但由于改变金属的横向 流动状态也必然会影响轧制压力的 横向分 布，从而改变辊缝形状，同样 改变辊缝形状必然会影响金属的横 向流动 ，所以说任何一个板形控制方 式都包含着上述两种作用机理。因 此，板 形控制方式一般都不通过其理 论上的两种作用机理进行分类，而 只分为工艺方法和设备方法两大类。 1.板形控制的工艺方法： （1）设定合理的轧辊凸度； （2）合理安排不同规格产品的炸至顺序； （3）合理的制定轧制规程； （4）调节冷却剂的供给量及其沿横向分布，或对轧辊进行局部加热以改变轧辊的热凸度。 上述这些方法目前在板形控制中仍起着一定的作用。 除 了以上几种方法以外，通过 控制张力来控制板形的方法是近期 发展 起来的比较重要的板形控制工 艺方法。通过张力控制板形目前由 三种形式， ，即总张力控制，后张力分布控制和前张力分布控制。 2.板形控制的设备方法 8太原科技大学毕业设计说明书 尽 管板形控制可以通过一些工 艺方法实现，但人们更多的是从设 备入 手，通过该进设备来获得或强 化改善板形的手段。近年来，从设 备入手 的板形控制方法发展迅速，出 现了许多很有成效的控制方法。如 果从板 形控制的专门方式上分，可将 目前众多的可用于改进设备或加强 设备控 制能力的板形控制方式分为以 下几种形式：铅垂方向弯曲轧辊技 术，水平方向弯曲轧辊技术，阶梯形支撑辊技术，轴向移动圆柱形轧辊技术，轴向移动非圆柱形轧辊技术，轴向移动轴套或带有轴套轧辊的轧辊技术，轧 辊整体膨胀技术，轧辊端部膨 胀技术，变形自补偿技术，轧辊交 叉技术。 1）.轴向移动圆柱形轧辊技术-HC 轧机 为 克服四辊轧机横向控制能力 差和板形调整困难等缺点，日本日 立公司于 1972 年开发了一种新型带钢轧机。这种轧机是在四辊辊系上增加两 个可作轴向移动的中间辊，能 很好地控制板形，被称之为高性能 辊型凸度控制轧机，简称 HC 轧机。 图 2 轴向移动技术 通 过分析四辊轧机工作辊的挠 度可以看出，大于带材宽度的工作 辊与 支撑辊的接触区是一个有害的 接触区，它迫使工作辊承受了支撑 辊一个 附加的弯辊力，增大了工作辊 的弯曲力矩，使工作辊挠度变大， 故板形 变坏，同时由于存在这个有害 的接触区，液压反向弯曲轧辊不能 有效地发挥作用。 HC 轧机相当于四辊轧机工作辊和支撑辊之间安装了一对中间辊，使9太原科技大学毕业设计说明书 之 成为六辊轧机。中间辊可以随 着带材宽度的变化而调整到最佳位 置，使 工作辊和支撑辊脱离有害接触 区，同时工作辊又配有液压弯辊装 置，所以 HC 轧机的板形控制能力十分理想。 利用中间辊的轴向移动进行板形控制室 HC 轧机的本质所在，也是在工作原理上区别于四辊轧机的根本点，其原理如图所示。 图 3 HC 轧机原理图 HC 轧机具有以下特点： （1） 具有良好的板凸度和 板形控制能力。产品板形好，波浪度可控制在 1%以下。 （2） 带材边部剪薄量 减少，减少了裂边喝切边量，轧制成才率可提高 1%2%。 （3） 可增大道次的压 下量和减少轧制道次，可比同类四辊轧机提高产量 20%左右。对于冷轧而言，由于减少中间 退火次数等原因，可节省能耗 15%左右。 由于轴向移动辊子的方案不同，HC 轧机又分为：具有中间调动系统的 HCM 六辊轧机，用于热轧，冷轧和平整；具有工作辊移动系统的 HCW四辊轧机，用于热轧厚板材等；工作辊和中间辊都能移动的 HCMW 轧机，用 于热轧带钢。近年来，为了轧 制宽薄而硬度又高的产品，还出现 了在10太原科技大学毕业设计说明书 HC 六辊轧机基础上增设中间辊弯辊装置的轧机，称为 VCM 六辊轧机。HC轧机的分类如图 图 4 HC 轧机的分类 2).菲圆柱形轧辊轴向移动技术-CVC 技术 轴 向移动带有某种特定辊型的 轧辊与轴向移动圆柱形轧辊相比具有更大的板凸度控制能力。这种技术主要有如图所示的 4 种形式。其中轴向移动带有 S 形辊型的中间辊或工作辊是比较常用的，这方面的实例有受到普遍重视的 CVC 轧机。另外，设定更合理的轴向移动辊的辊型是这种技术的一个有效的发展方向，UPC 技术就是这方面的一个进展。 图 5 轴向移动非圆柱形轧辊 WRS 型四辊轧机上下工作辊左 右相对轴向移动，可以分散轧 辊的磨损 和热凸度，但是对板材的凸度 控制能力较低。而德国西马克公司 将轧机的上下工作辊均磨成“S”形，上下辊形状完全相同，将其中一根绳子11太原科技大学毕业设计说明书 旋转 180 布置，辊缝可 以形成对称的厚度断面形状，图 为 CVC 轧机的各 种辊缝轮廓形状简图。当上下 轧辊沿轴向相对移动时，辊缝的凸 度也是 正反变化，辊缝轮廓也相应发 生变化。因轧辊移动量是可以无级 设定的，辊缝的凸度也使连续可变的，CVC 轧机由此而得名。 上 下两轧辊在基准位置为中性 凸度，辊缝两侧对应的高度相同， 和一 般的轧辊相同。当上辊向右移 动，下辊对称的向左移动时，辊缝 中间薄，相当于轧辊的正凸度；反之，当上辊向左，下辊向右做对称移动时，则辊缝中间厚，相当于轧辊的负凸度。 通常 CVC 轧机的设计是基于轧辊移动距离等于轧辊辊身支撑长度的5%7%，每一根辊子的凸度设定范围大致为 0.5 毫米。CVC 轧机可以 是而 辊式，四辊式或六辊式。这种 轧机凸度调节范围大，可以预设定 ，也可以在轧制过程中调整辊型，在热带和冷带轧机中得到广泛采用。 a零凸度 b正凸度 c负凸度 图 6 CVC 各种辊缝轮廓形状 3）.轧辊交叉技术-PC 轧机 任何轧机的轧辊轴线之间都不可能是绝对平行的，工作辊轴线与带材运 动方向也不可能绝对垂直，它 们之间都会有交叉角存在。最早开 始利用轧辊交叉现象来改变辊缝形状的是美国的 BETHLEHEM 公司，它们是利12太原科技大学毕业设计说明书 用支撑辊或工作辊的单独交叉来改变辊缝形状的，1981 年日本的河野辉雄 等人对工作辊交叉的轧机进行 了研究。之后日本的新日铁公司和 三菱重工业公司又开发了工作辊与支撑辊同时交叉的 PC 轧机，并对这种轧机的各种特性进行了大量的理论和实验研究。除此之外，1982 年安田健一在 他的博士论文中还提出了六辊 轧机的轧辊交叉方案。图 给出了以上 四种交叉辊轧机的交叉形式。 与现有的其它板形控制方式相比， 轧辊交叉有一个突出的优点，就是其板形控制能力强，特别是在轧制宽带时，其凸度可控范围远远大于其它任何以中板形控制方式。 实际上，双交叉方式的凸度控制能力仅占第二位，凸度控制能力最大的 是工作辊交叉方式，它的凸度 控制能力是双交叉及支撑辊交叉二 者之和 。因此，工作辊交叉方式的凸 度可控范围大这一优点比双交叉方 式更明显。 a b c da工作辊交叉 b中间辊交叉 c支撑辊交叉 d双交叉交叉图 7 轧辊交叉形式在现有的 4 种轧辊交叉方案中，支撑辊交叉和中间辊交叉两种方案，由 于其凸度可控范围比双交叉和 工作辊交叉的可控范围小，且有轧 辊磨损 和轧辊轴向力相对较大等缺点 ，所以，这两种交叉方式叫难发展 。尽管 工作辊交叉方式也存在磨损和 轴向力较大的缺点，但由于它具有 板形13太原科技大学毕业设计说明书 控 制能力最强，凸度可控范围最 大这样一个突出的优点，同时还可 以通过 减小最大交叉角（牺牲部分凸 度控制能力）给轧辊以合理的硬度 值以及 采用合理润滑方式减小它的轧 辊磨损量和轴向力，所以，这种交 叉方式仍是一种很有发展前途的板形控制方式。 第二章 轧辊的设计 轧 辊是轧机的重要部件。按照 轧机类型可分为板带轧机、型钢轧机和 钢管轧机三大类。板带轧机轧 辊的辊身呈圆柱形，热轧板带轧辊 的辊身 微凹，当受热膨胀时，可保持 较好的板型；冷轧板带轧辊的辊身 呈微凸 ，当它受力弯曲时可保证良好 板型；型钢轧机轧辊的辊身上有轧 槽，根 据型钢轧制工艺要求，安排孔 型。钢管轧制中采用斜轧原理轧制 的轧辊有圆锥形、腰鼓形或盘形。 轧辊按辊面硬度可分为： (1) 软辊：肖氏硬度约为 3040HS，用于开坯机、大型型钢轧机的粗轧机等。 (2) 半硬辊：肖氏硬度约为 4060HS，用于大型、中型、小型型钢轧 机和钢板轧机的粗轧机。 (3) 硬面辊：肖氏硬度约为 6085HS，用于薄板、中板、中型型钢和 小型型钢轧机的精轧机及四辊轧机的支撑辊。 (4) 特硬辊：肖氏硬度约为 85100HS，用于冷轧机。 轧 辊由辊身、辊颈和轴头三部分 组成。辊颈安装在轴承中，并通过 承座和 压下装置把轧制力传给机架。 轴头和连接轴相连接，传递轧制扭 矩。轴头有三种主要形式：梅花轴头、万向轴头、带键槽的或圆柱形轴头。 14太原科技大学毕业设计说明书 2.1 轧辊材料及主要参数的确定 不论热轧或冷 轧，轧辊都是 实现轧制过 程中金属变 形的直接工具，因 此，对轧辊质量要求严格。其 主要质量要求有强度、硬度、耐热 性及耐 用性。轧制强度是最基本的指 标，在满足强度要求的同时，还必 须有一 定的耐冲击韧性。要使轧辊具 有足够的强度，主要从选择轧辊材 质及确 定合理的轧辊结构与尺寸上全 面考虑。轧辊强度足够与否，可根 据轧辊 强度计算确定。硬度通常是指 轧辊工作表面的硬度，也是轧辊的 主要质 量指标。它决定轧辊的耐磨性 ，在一定程度上决定轧辊的使用寿 命。轧 辊的硬度可通过材料选用及对 轧辊表面进行某种热处理来满足要 求。另 外，对于热轧辊来说，它还应 具有一定的耐热性，以保证轧制产 品的精度，同时也决定轧辊的使用寿命。 2.1.1 常用轧辊的材质选择 工作辊材质的选择 粗轧前段工作辊（R1）：粗轧前段工作辊必须具有强韧性、耐磨性及抗热裂性。硬度范围为 HS4055 左右。一 般选用 60CrNiMo 铸钢 等材质轧辊。 粗轧后段工作辊（R2）：粗轧后段工作辊要求使用耐热裂性能良好的材质。一般选用半钢、高铬钢、高速钢等材质。 精轧前段工作辊（F1-4）：精轧前段工作辊温度高，负荷大。一般选用 铸造半钢和高铬离心复合铸铁 等材质。高铬离心复合铸铁具有较 高的辊面耐磨性和抗热裂性，而且能抑制辊面斑带缺陷。 精轧后段工作辊（F5-7）：精轧后段工作辊使用在轧制的最终阶段，对 产品质量，表面状态产生非常 重要的影响。对轧辊性能需要主要 是高硬 度、耐磨损、耐压痕、抗剥落 和抗热裂，一般选用无限冷硬铸铁 （普通型、改进型）等材质。 支承辊材质的选择 无 论是粗轧用的或是精轧用的 支承辊都要求有好的抗热裂性、耐 磨性、耐疲劳性和较高的强度。材质方面一般选用复合铸钢、合金锻钢（Cr3、Cr5）等材质。本次设计的轧辊材料取 50CrNiMo 2.1.2 轧辊辊身长度 Lh 和轧辊名义直径 D 的确定 辊身直径主要是根据轧辊强度及允许咬入角 a 确定，即在保证轧辊15太原科技大学毕业设计说明书 强度的前提下，同时满足下列咬入条件： 1 -cos aDg-轧辊的工作直径 Dh -压下量 a-咬入角辊身长度的确定 辊身长度 L 应大于所轧钢板的最大宽度 Bmax ，式中BL 辊身长度； 板带材的最大宽度； L = Bmax +amax式 中 a 值视钢 板宽度 而定， 当 B max =400 1200mm 时 ，取 a =100mm； 当Bmax=1000mm2500mm 时，取 a =150200mm；当钢板更宽时， a =200400mm。 本次设计为 1780mm 轧机，则有 Bmax =1600mm a=180mm 取 L=1760mm 查表知，L/D=1.01.8，常用比值为 L/D=1.31.5；则辊径 D=9771760mm，本次取最大辊径 1550mm。 2.1.3 支承辊辊颈尺寸 d 和 l 的确定 辊颈尺寸是指辊颈直径 d 和 l ，它与所 用轴承型式及工作载荷有关。辊颈直 径因轴承径向尺寸所限，致使 辊颈与辊身交界处通常成为轧辊发 生破坏 的薄弱环节。因此，在轴承外 围尺寸允许的条件下，应尽可能使 辊颈直径取得大一些。 16DhDg即太原科技大学毕业设计说明书 支承辊： 对于支承辊传动的四辊轧机： 1即有： D2 =2.5D1 =1550mm辊颈： 取 21= 2.5 辊 颈是轧辊的支承部分，轧辊依靠 辊身两侧的滚几难过支承在轴 承上。使用滚动轴承时： d = 0.5 0.55D考虑到支承辊传动，还要收扭转力矩。 d 2 = 0.55D2 =850mm由实际情况故取d=620mml/d=0.83z根据理论与实际的考虑 l =500mm。 式中 l 支承辊辊颈长； 17D =2.2 3.5DDD太原科技大学毕业设计说明书 工作辊和支撑辊简图 2.1.4 轧辊辊头的结构尺寸确定 辊头尺寸指的是轧辊传动端的辊头尺寸。轧辊的辊头基本类型有 a )梅花辊头； b) 万向辊头；c ) 圆柱形辊头； d ) 带平台的辊头。为了装卸轧辊轴承的方便，辊 头用可装卸的动配合扁头。此时 辊头平台更为适合，其结构尺寸 如图2.1 所示： A-AAda A图 2-2 带平台的辊头4d式中 d 轧辊辊头直径； d 轧辊辊颈。 d = (0.9 0.95) dd =（0.90.95） 620=558589mm，取 d =520mm 183a=太原科技大学毕业设计说明书 式中 d 支承辊辊头直径； 4式中 a 支承辊辊头平台； 2.2 轧制力和轧制力矩的确定 精轧机组（F1F7） 七 台四辊精轧机机座之间以 6000mm 的间距串联布置形成了一 条七机 架连轧精轧机组。每个机座的 上下工作辊用一台直流马达通过马 达接手、齿轮减速（或齿轮座）以及轧机的主传动轴驱动。 精轧机组主要技术参数： 工作辊：F1F4 辊径辊身长825/735mm1780mm； F5F7 辊径辊身长680/600mm1780mm； 支承辊：F1F7 辊径辊身长1550/1400mm1760mm； 轧制力：F1F4max4200t； F5F7max3500t； 马达参数：F1F7 2AC7800kw190/550rpm。 精轧阶段工艺计算 在本设计为生产 4 1600 5000mm 板材的工艺设计。这次设计中主要设 计精轧机组。由 48 1600mm 轧 制到 4 01600mm，粗轧结束的 温度为1178.88 C ，考虑到轧件进入精轧机之前需进行剪切，损失一部分热量，定进入精轧区温度 1000 C 。支轧辊尺寸按名义尺寸 1。2.2.1 压下规程的分配 精 轧机组的主要任务是在七架 连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、 尺寸 符合要求的成品带钢，并需保 证带钢的表面质量和终轧温度。拟 定精轧 压下规程就是合理分配各架的 压下量及确定各架的轧制速度。精 轧机组典型的压下率分配见表 2-7。 2.2.2 F1 机架压下率 ( e% )的确定，求出 hi连 轧机组分配各架压下量的原 则：其原则一般也是充分利用高温 的有力条件，将压下量集中在前几架，对于薄规格产品，在后几架轧机上，193a= 620 =465mm，取 a =420mm 太原科技大学毕业设计说明书 压下量慢慢减少，以保证板型、厚度精度和表面质量。 在具体分配压下量时一般考虑：1）第一架考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难，压下量略小于最大压下量。2）第二、三架给予尽可能大压下量，以充分利用设备能力。3）以后各架慢慢减少压下量，到最末一架一般在 10-15%左右，以保证板型，厚度精度及性能质量。 根据设备负荷允许和轧制工艺特点，轧制 10 1600mm 带钢的各架压下量可用经验法直接分配给各架，分配如下表： 精轧机组轧制分配如表： 项目 / 架次 F1 2.2.3 校核咬入能力 入口厚度（mm） 相对压下率( e% ) 出口厚度（mm） 绝对压下量（ Dh） 48 40 28.8 19.2 热轧钢板时最大咬入角一般为 15-22，低速咬入时取 20，则最大压下量 Dh max = D(1 -cos 20) = 825 (1 -cos 20) 48.25 mm 绝对压下量均小于 48.25mm，故咬入不成问题。 20太原科技大学毕业设计说明书 2.2.4 轧制速度的确定 确定各架的速度 图 2-3 精轧速度图精轧机组各机架速度应满足体积不变条件，即 h1v1 =h2v2 =L = hi vi L = hnvn =Ci(2.5) 式中： i 机架号； hi 第 i 架出口板带厚度； v i 第 i 架速度。设 精轧机最后一架的抛出速 度为 10m/s，则根据上式可计算 出前六23.51 +s(2.6) 1 +0.11设 精轧机组最后一机架经过 一级加速后的速度为 15m/s，则根 据上23.5设 精轧机组最后一架的咬入 速度为 10m/s，则根据上式计算 出前六架轧机的咬入速度： 23.52110 2架的抛出速度。代入数据得：v = =0.85m / s v由 前 滑 定 义 知 ： 轧 辊 速 度 v =0.85则轧辊速度： v = =0.77m / s 15 2式计算出前六架轧机的速度：v = =1.28m / s 10 2v = =0.85m / s 太原科技大学毕业设计说明书 2.2.5 确定轧件在该道次中的轧制时间 精 轧 机 组 的 间 隙 时 间 ： t0 =s0 ( 1 + 1 +L + 1 )(2.7) v1 v2 vn-1式 中： s 0精轧 机组各机架间的 距离，取 s1 1 10 = 6m。 v 精 轧机组各机架的咬入速度。则 t0 =s 0 (v1 v2 vn-1) =16.50s 第一机架各阶段的轧制时间： 1.5一级加速 A 段：取加速度 a1 = 0.13m / s 则： 0.13二级加速 B 段：取加速度 a1 = 0.17m / s 则： 0.17稳定轧制时间： tc =70.10s 则该周期轧制时间 t=14.45+3.33+2.5+70.10=86.4s 2.2.6 轧制温度的确定 带 坯在中间辊道上的冷却时间 ，等于间隙时间加上精轧第一架的 纯轧 时间。精轧第一架的纯轧时间 ，等于轧制周期减去尾部通过各架 的时间。 v1 v2 vn-1(2.8） 22+ +L +6带钢咬入阶段：t =10.46 + =14.45 s 21.28 -0.58t = =3.33s21.7 -1.28t = =2.5s1 1 1轧件 尾 部 通 过 精 轧 各 架 的 时 间 为 ： t = s ( + +L + )太原科技大学毕业设计说明书 式中： s 0机架间距离； v 轧件的抛出速度。 代入数据得： t0 =16.5s 故精轧第一架的纯轧时间为 T -t0 =83.4 -16.5 =66.9 s 带坯在中间辊道上的冷却时间为 z =15 +66.9 =81.9 s 故 带 坯 进 入 精 轧 第 一 架 的 温 度 为 ： T1 =3T0z T0 4(2.9) 1 +0.0386 h 1000)式中：T0 粗轧第六道次的尾部温度；h 进入精轧第一架的轧件厚度。 注 ：在轧制不锈钢时，考虑到 奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢在进 入精轧机的温度应不低于 1000。所以为减少轧制过程中的温降，在粗轧到 精轧的中间辊道上设置保温罩 。故取轧件进入精轧第一机架的温 度为1000。 尾 部 通 过 精 轧 机 组 的 总 温 降 为 ： eDt =17.2(2.10) 式中： Vn 第七机架的抛出速度； S0 (n -1)Vn hn( T11000)4代入数据得： eDt =17.2 6 (7 -1) (1000 +273 )4 =81.3 即每架温降为 Dt = 81.3610 2=13.6 1000故尾部终轧温度为 1000-81.3=918.7 23(太原科技大学毕业设计说明书 2.2.7 计算该道次的平均变形速度 ( H +h)R V(2.11) H式中： 轧辊半径，mm；h轧辊在该道次的最高线速度，mm/s； 轧制前的轧件厚度，mm；60D轧制后的轧件厚度，mm； n(2.12) 式中： 轧辊直径，mm； 轧辊最大转速，mm； 则精轧 F1 机架平均变形速度计算如下： 39.2 +23.5 412.52.2.8 计算各道平均单位压力 h式中： h 变形区轧件平均厚度，mm； l 变形区长度， mm； 代入数据得： h1 =1.43 平均单位压力： P =1.15 hdS 式中： dS 材料的变形抗力，Mpa。 则各道次的平均单位压力为：P1 =1.15 1.43 235 =385.58Mpa 24pDn122V( )RV =2 1700 15.7e= =10.59 sl应力状态影响系数：h= 0.785 +0.25太原科技大学毕业设计说明书 2.2.9 计算该道次总压力 轧制压力： P = BLP 式中： L 变形区长度，mm； B 轧件宽度，mm；则 P1 =31029.49 KN 2.2.10 计算该道次的轧制力矩 轧 制力矩由下式计 算： M z = 2 Py ( RDh) ，y 为合力作用点系数 。一 般对热轧板带轧制约为 0.420.50，取 y =0.48。 ( R Dh) 2 = l ， 为变形区长度，mm； 计算结果如下： M z1 =2247.39 KN m 2.3.轧辊的强度校核 四 辊轧机，由于有支承辊，给 轧辊计算带来新的特点。首先工作 辊和 支承辊之间有弯曲载荷的分配 问题；其次是工作辊和支承辊之间 存在着相当大的接触应力。 由于工作辊与支撑辊压靠在一起，故其负荷特点为： 1）由于支撑辊作用，工作辊承受弯矩很小，而弯矩主要由支撑辊承受。 2）在工作辊与支撑辊压靠辊面产生接触应力。 25121太原科技大学毕业设计说明书 对于支承辊： 图 9 四辊轧机轧辊受力变形情况 由于支承辊的辊径比工作辊 的辊径大的多，显然，支承辊的 抗弯断面 系数较工作辊大的多，即支承 辊有很大的刚性。因此，轧制时的 弯曲力 矩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。由于是工作辊传动 ，因此，对支承辊只需计算辊身中 部和辊径断面的弯曲应力。 支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图 ： 图 10 四辊轧机支撑辊计算简图 在辊颈的 1-1 断面和 2-2 断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即 26太原科技大学毕业设计说明书 s1-1 =Pc0.2d11-13 =147.6MP aN erIDQ5852-8DA0D-Z8000 功率 8000KW 转速 40/90 r / minGD = 250t / m30h=h h2 2太原科技大学毕业设计说明书 M er = 9.55 Nn er = 9.55 800040 =1910 er3.2 计算轧机主电动机上的力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，由1，2-149可知 ii式中 M D 主电动机力矩； M Z 轧辊上的轧制力矩； （3.1）MMf 附加 摩擦力矩， 既当轧制时 由于轧制力 作用在轧辊 轴承 、传动机构及其他转动 件中的摩擦而产生的附加 力矩。 空转力矩，即轧机空转时，由于各转动件的重量所产Mkondon生的摩 擦力矩及其它阻力矩 动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩； i 电动机和轧辊间的传动比 2150 轧机采用电机直接带动轧机靠变频调速则 i =1 f 2（3.2）1h1-1) M Z +Mi f 131M +MM= +M +M MM= +M +M MM = (太原科技大学毕业设计说明书 h1 -主电机到轧辊之间的传动效率，其中不包括空转力矩的损失取 h1 =0.98 0.98空转力矩一般取额定功率的 5 kon er38.2 38.2M D = 2304.36 +47.03 +95.5 +125.65 =2572.54KN mM j max = 2304.36 +47.03 +95.5 = 2446.89 KN m3.3 电动机校核 3.3.1 过载校核 ner 90M e 848.89所选电机合格 3.3.2 发热校核 由1，2-162知 （3.3）式中（3.4） 32M1M = ( -1) 2304.36 = 47.03KM mM = 0.05M =0.05 1910 =95.5KN m2GD 320M = a = 15 =125.65 KN m N 8000M =9.55 = 9.55 = 848.89KN mj maxK = = = 2.88 2313.46 即 M D M3.4 电机能力校核 jun 则电机合 轧机在工作 时的负荷是间 断式不均匀负 荷，而电机额 定力矩是指电机 在此负荷下长期工作，其温升 在允许范围内，为此要校核其发热 。在轧 制过程中，电机允许短时间过 载，但过载后轧制力矩必须在电机 的额定 力矩范围内，所以电机能力校 核主要是发热校核和过载校核。其 公式35n19.25 +160.62+2太原科技大学毕业设计说明书 如下： 校核电机温升条件为： M校核电机过载条件为： MjummaxMkGHM H式中： M H 电机额定力矩； M jum为负荷图中等效力矩； M max 为轧制周期内最大力矩； kG为电机允许的过载系数，k G2.5。 其中等效力矩 M jum利用下式计算： M t + M tM jum = n n n nt + tn n式中： tn 轧制时间内各段纯轧时间的总和，； t轧制周期内的各段间隙时间的总和，； nM n 各段纯轧时间所对应的力矩，N； n3.5 R1 电机能力校核 3.5.1 等效力矩计算 由前面工艺计算可知，在轧制 1Cr18Ni9 产品板带时产生最大轧制力矩，所以按其进行校核。 代入公式，计算得， M jum =3180 KN m 3.5.2 电机温升校核 因为 M H =3581KNm ，所以 M jum 1 MT 1720 409（ls ） +0.75( lt+yt) 3.4 ） +0.75(2.41 )（2000T 2000 199工作面的比压为：P = = =9.72 14 公斤 / 毫米 。 2 2太原科技大学毕业设计（论文） 由 d =C 3 pn =1003 44 278 = 0.54m =54.0mm 考虑轴端有键槽，轴颈应增大 4%-5%，故取 d=60mm。 滑 套与轴之 间的配合 为间隙配 合，暂取 H9/h8，滑套 外径与轴 承内径的配 合为H9/f9。 6.2.3 垂直轴的疲劳强度校核 S = M249T 2 = 1720 249153.6 2 =0.83 1（ls Z ） +0.75(l t+yt) Zp 3.4 98.2 ） +0.75( 2.41 261,4)6.2.4 垂直轴静强度校核 S = Mmax 2sTmax 2= 43002853072 2 =1.94 （ Z ） +3 Zp） （ 98.2 ） +3 196.4）所以静强度校核通过。 6.2.5 键的强度校核 大齿轮与水平轴的联结，选用 A 型平键（GB 1096-79） ，双键联结。取轴颈d=60mm，查表键的尺寸为：bxhxL=18x11x（6080） 。 键的平稳工作比压P=1012Kg/mm2 ， 当在冲击工况下取P=69Kg/mm2 K=0.5h=5.5mm，l=L-b=（6080）-18=4262mm dkl 60 5.5 （42 62）对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： - 27 - 2000T 2000 154工作面的比压为：P= = =15 22 公斤 / 毫米 。采用双键，太原科技大学毕业设计（论文） 7.5 11 公斤 / 毫米2 6 9 公斤 / 毫米 2。 所以还需加大轴颈。将轴颈加大至 d=75mm. 查表键的尺寸为：bxhxL=20x12x（6080） 。 键的平稳工作比压P=1012Kg/mm2 ， 当在冲击工况下取P=69Kg/mm2 K=0.5h=6mm，l=L-b=（6080）-20=4060mm dkl 75 6 （40 60）采用双键，对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 5.5 8 公斤 / 毫米 6 9 公斤 / 毫米 。 所以，键的强度满足要求。 6.3 联轴器的选择 联轴 器是用来连接两轴或其他旋转件，是其一同转动并传动转矩的通用机械部件。 用联轴器连接的轴，在机器运转时两轴不能分离，只有停车后经过拆卸才能分离，某些联轴器还具有保护和自我控制的作用。 根据载荷大小机特性、工作转速、补偿性能、工作环境等因素，选则型号为，选则型号为 GICL 6 的鼓形