轧钢机械课件

1 第一章 概论 计划学时 2学时主要内容 轧钢生产与轧钢机械 轧钢机的标称 分类与发展 轧钢辅设备的分类及工作制度 2 1 1轧钢生产与轧钢机械 一 轧钢生产1 目的 将钢锭通过轧制的方法变为钢材 2 特点 生产率高 品种多 质量高 易于实现机械化 自动化 与其它方法相比应用最为广泛 85 90 以上的钢材都通过轧制成材的 3 钢材分类 1 型材占钢材产量的30 35 品种最多 主要用于建材 2 板带材占50 66 应用最广 产量最高 用于造船 汽车 家电 电工 焊管等 3 按加工方法可分为 热轧板与冷轧板 按厚度可分为 中厚板 4 60mm 薄板 0 2 4mm 箔材 0 2 0 001mm 3 管材占8 15 又可分为无缝管与焊管 大多为圆形断面 用于水煤气输送 油井管 锅炉 国防军工用无缝管 此外还有少量的斜轧 横轧 楔横轧等特种轧制产品 生产机械零件毛坯 齿轮 丝杆 钢球及轴类零件 少切削 无切削零件 4 轧钢生产的产品 型材 5 钢材的截面形状 6 二 轧钢机械 RollingMachinery 二 1 定义 轧钢机械由轧制机械主设备 主轧机 使轧件产生塑性变形的设备 与辅助设备组成 除主设备及工艺设备以外的一切设备 主设备组成 轧机系统 主机或主机列 工作机座与主传动 电机组成 它决定了轧钢车间的类型与特征 辅设备组成 完成一切辅助的工序轧件的运输 搜集 剪切 矫正 清理 轧钢车间的机械化程度越高则其辅设备重量所占的比例越大 如武钢1700热轧机组 主设备重10000t 而其辅设备重量为40000t 7 2 轧钢机的标称轧机的品种繁多 它的标称与其产品及生产能力直接相关 初轧机与型钢轧机 以 最后一架轧机 即成品架次 轧辊的名义直径作为轧机的标称 钢板轧机 以轧辊的辊身长度来标称 如2050热连轧机组 表示轧机的轧辊辊身长为2050mm 钢管轧机 以能轧制钢管的最大外径来标称 如宝钢140无缝钢管轧机 表示其轧制钢管的最大外径为140mm 8 2轧钢机的分类 习惯上轧钢机的分类可按其用途 轧辊在机座中的布置及轧机的排列方式进行分类 一 按轧辊在机座中的布置方式分类可分为 具有水平轧辊的轧机 立辊轧机 万能轧机 既有水平辊又有立辊的轧机 与斜辊轧机等 1 水平式轧机 轧辊水平放置的轧机 应用最广 是最普遍的 表1 2按轧辊的数目及排列方式可分为2辊 4辊 8辊 最多达20辊 行星轧机等 以2辊4辊轧机最为常用 广泛用于初轧 型钢及板带轧机上 多辊轧机的支承辊其目的是增强工作辊的刚性 用于薄带轧制 9 2 立式轧机 表1 3轧辊垂直放置的轧机 用于不希望翻钢的场合 如钢坯连轧H V布置 带钢粗轧用于轧制板边破鳞等 3 万能轧机 具有水平辊及立辊的轧机 表1 3图2 3 4用于宽带钢 板坯 及宽边钢梁 H型钢等 4 斜辊轧机 轧辊倾斜放置的轧机 用于横向 螺旋轧制 主要用于钢管生产 钢管穿孔 延伸 精整 扩型等 并可用于轧制钢球 另外还有一些特种用途的轧机用于轧制车轮 轮箍 齿轮等 实现无切屑加工 F1 2 1 3 10 二 按轧钢机的布置形式分类轧机的生产能力除取决于标称外 还决定于布置形式 同样是250轧机横列式的与连续式的其生产能力差别极大 1 单机座 二辊 三辊 四辊及多辊轧机 应用最广 初轧 板带 钢管等 将两个单机座顺序排列便成了双机座 这种布置简单 但孔型少 2 横列式 用一台电机带动布成一列的多架工作机座 用于型钢 线材轧制 设备简单 投资少 但生产率低 大量用于中小企业 乡镇企业 11 3 连续式 轧件同时在几个机架中轧制 为避免轧件在机座间形成大的活套及拉钢 必须保持在各机座秒流量相等 即单位时间流过机座的金属体积相等 FiVi constFi 第i机座轧件的截面积Vi 第i机座轧件的速度 连续式轧机其工作机座数与轧制所需道次数相等 它的特点是 速度高 生产率高 设备紧凑 易于实现机械化自动化 广泛用于带钢 线材与钢坯生产 缺点 调整困难 难以生产复杂断面的型钢 一次性投资大 12 4 半连续式 连续式 横列式 用于生产型钢 连续式 顺列式 用于生产带钢 5 串列往复式和布棋式金属在每个机座中只轧一道 实现跟踪轧制 设备布置紧凑 排成几列 轧制时有横移 轧制速度随道次而增加 生产率高 布棋式则更为紧凑 实际上 轧机的布置形式不是一成不变的 在实际中必须根据实际情况灵活选择 13 3轧钢机的发展概况 一 初轧机落千丈一 初轧机的发展概况1 重型化 一般采用单机座可逆式轧机 其辊径最大达1500mm 最大锭重60吨 2 采用万能轧机 即带有立辊 减少翻钢道次以提高生产率 3 自动化 从均热炉到精整均采用计算机控制 4 提高产品质量 采用火焰清理 控制冷却速度等措施以提高质量 80年代以来 由于连铸技术的发展 初轧已无发展的必要 现存的初轧机面临改造 转产及淘汰的前景 14 二 板带轧机1 热带钢连轧机特点 高速V 30m s 大型 带宽2500mm 最大卷重45t 计算机控制包括从加热 轧制 冷却及精整的全过程 高精度 厚度AGC控制系统 同板差达50 15 2 冷连轧机 特点 高速 41 7m s 已实现全连续轧制 高精度 厚度AGC控制与板形控制 全液压压下 厚差达5 全部计算机控制 最小板厚达0 001mm 宝钢2030冷连轧机 最大速度 30m s 全连续无头轧制 年产量达200万吨以上 图示为全连续轧制设备工艺配置图 16 三 线材轧机线材产量占钢材产量7 8 其直径一般为5 12 7mm 发展趋势 高速 连续 大盘重 高产量 高精度 发展概况 四十年代 采用横列式轧机 人工喂钢 V 10m s 盘重80 90kg 五十年代 采用半连续式 连续式 横列式 15m s 盘重125kg 连续式V 35m s 盘重300 350kg 六十年代 采用Y型轧机 V 60m s 七十年代以来 摩根45度无扭轧机 轧制速度大于100米 秒 盘重1吨以上 其精轧机座各机座互成90度 不用翻钢 采用碳化钨轧辊以及油膜轴承 由于其高的产品质量以及生产率 高线轧机成为线材轧制的主流机型 17 四 钢管轧机 钢管制造方法可分为轧制钢管与焊接钢管 一般焊接钢管产量都超过无缝管的产量尤其是大直径钢管 用于长距离输送油气 无缝钢管一般采用热轧 斜轧穿孔 方法生产 其生产工艺与设备都十分复杂 总的趋势是连续化 产品的精度与质量不断提高 18 4轧钢机辅设备的分类及工作制度一 辅设备分类完成轧制过程辅助工序的设备叫辅设备 如钢材的运输 切断 矫直 搜集与冷却等设备 典型用于剪切轧件的设备为剪切机 用于剪切钢坯 钢板与型钢 常见辅设备的分类见表1 5 一般而言 机械化程度越高 则辅设备越多 车间的生产率越高 轧钢机械辅设备在轧钢生产中起着十分关键的作用 轧钢机械辅设备的特点是种类繁多 工作条件恶劣 重载 结构复杂 19 二 轧钢机械辅设备的工作制度轧钢机械辅设备的工作制度大多比较复杂 可分为以下四种工作制度 即1 连续工作制 2 短时工作制 3 启动工作制 4 阻塞工作制 具体展开见教材有关部份 现代化轧钢车间十分复杂 往往根据工艺要求由各个工序组成 每个工序称为一个机组 它由许多单体设备组成 如冷轧中的连续酸洗机组由开卷 焊机 拉弯矫 酸洗槽 圆盘剪等单体设备组成 20 第二章轧辊与轧辊轴承 计划学时 6学时主要内容 轧辊类型与结构 尺寸参数 轧辊强度及变形计算 轧辊轴承分类与结构 承载特点 轧机用多列滚动轴承 油膜轴承特点与结构 动压 静压 静动压轴承的特点与应用 21 1轧辊 一 轧辊的类型与结构轧辊是轧机的重要部件 轧件在轧辊间产生塑性变形 轧辊承受轧制时产生的轧制力与轧制力矩 1 形状 一般为圆柱形的 带孔型 型钢轧机 或凸度 板带 2 结构 辊身 与轧件接触 轴颈 传递轧制力 与轴头 传递扭矩 轴头结构必须与传动机构一致 一般有三种 梅花轴头 万向轴头及带键槽或平台的圆柱轴头 22 二 轧辊的尺寸参数 基本尺寸参数 名义直径D 辊身长L 辊颈直径d 辊径长l1 轧辊名义直径D与辊身长度L的确定初轧机与型钢轧机轧辊直径是轧机能力的主要标志之一 是轧机的主要参数 当D确定以后 轧辊其它参数也随之确定 名义直径 对型钢轧机 为齿轮座的中心矩 对初轧机 为辊环的外径 一般名义直径D均大于工作直径D1 1 D D1 1 4确定原则 咬入条件与强度条件 咬入条件 由咬入角小于摩擦角 D1 h 1 cos 强度条件 计算应力 许用应力 安全系数n 5 23 辊身长度 由工艺条件 孔型配置 轧辊的强度与刚度确定 各类轧机的L D的比值见表3 2 从1 5 2 3 0不等 板带轧机 辊身长L与辊身直径D辊身长应大于所轧钢板的最大宽度bmax L bmax aa由板宽确定a 100 200 400mm确定辊身长度以后 再根据咬入条件 强度与刚度条件确定辊身直径D 各种四辊轧机L D比值 支承辊与工作辊直径之比D2 D1见表3 3L D比值越小 则辊系的刚度越大 24 D2 D1由工艺条件确定 D1还受弹性压扁的影响并受被轧带材最小厚度hmin的限制 一般D1 1500 2000 hmin 轧辊的重车率轧辊的重车量与名义直径的比值称之为重车率 一般为5 10 见表3 4 为节省材料 有的四辊轧机的支承辊 国产1700热连轧机 采用镶套结构 2 辊颈尺寸d与l的确定 取决于轴承的形式 见表3 5 对滚动轴承由于其体积大 d D比值偏小 3 轧辊传动端的型式与尺寸 型式的选择应与轧机的类型 布置方式及传动方式综合考虑 通常使用的类型是万向轴头 其具体尺寸均已规范化见教材82页 25 三 轧辊的材料 在轧制过程中 轧辊承受由轧制力引起的大的弯矩 扭矩及接触压力 工作条件非常恶劣 对不同的轧辊选用不同的材料十分重要 对初轧机与型钢轧机 轧辊的强度要求通常是最重要的 它的破坏形式是断辊 对板带轧机 轧辊的刚度以及辊面的硬度要求是最重要的 它直接影响产品的质量 其主要的破坏形式是剥落 磨损 轧辊的质量好坏对提高生产率 提高产品质量的意义是很大的 26 1 常用轧辊材料 合金锻钢 JB ZQ4289 86 合金铸钢 铸铁其中铸铁根据其成份及制造方法不同又可分为半冷硬 冷硬与无限冷硬铸铁 一般采用下注法 在冷型内产生白口冷硬层 27 2 轧辊材料的选择初轧机型钢轧机 受力大 冲击 要有大的抗弯扭强度 初轧采用锻钢 高强铸钢 型钢轧辊 铸钢 冷硬铸铁HS 60 带钢热连轧机 轧制力与轧制扭矩大 大的接触压力与磨损 工作辊 粗轧 铸钢 精轧 无限冷硬铸铁HS83 支承辊 含Cr的合金锻钢 带钢冷连轧机 轧制力与轧制扭矩大 大的接触压力 高的辊面质量 工作辊 合金锻钢HS90 95支承辊 合金锻钢HS50 65各类轧机轧辊材料的选择见P86表3 7铸造轧辊一般采用离心铸造工艺 以改善辊面性能 28 四 轧辊强度校核 为保证高的轧制生产率和产品质量 轧辊必须有足够的强度 轧辊破坏的原因是多方面的 设计强度不够 在额定的负荷下产生断辊 材质及加工不合要求 达不到设计强度 使用维护不当 冷却不足或过热 换辊不及时产生疲劳剥落 对轧辊一般应进行弯曲 扭转强度校核 对四辊轧机还应做接触强度校核 轧辊在轧机中属易损件 它的安全系数是各部件中最低的 n 5 29 1 有槽轧辊的强度校核 初轧型钢及线材轧机将轧制力看作集中力 轧辊在轧制时承受弯矩和扭矩 按材料力学方法找出其危险截面计算其相应的安全系数 在辊颈处 其受力特征是弯扭合成 应按相应的强度理论计算出当量应力 确定其安全系数 30 2 钢板轧机轧辊的强度校核 二辊轧机仍按材力方法 将轧制力当作沿板宽均布力 计算方法与1同 31 3 四辊轧机由于其支承辊直径远大于工作辊直径 故认为 支承辊承受全部弯矩 而工作辊承受全部扭矩 支承辊弯矩计算 假设工作辊 支承辊之间接触压力均布 q P L 在辊身中部 弯矩 Mw P l0 4 L 8 弯曲应力 w Mw 0 2D23 RbRb 许用弯曲应力 32 工作辊扭转应力 Mk WkMk 作用在工作辊上的传动力矩 Wk 工作辊传动端的抗扭断面系数 工作辊 支承辊之间的接触应力假设接触压力沿轧辊轴向均布 该问题可转化为弹性力学中的平面接触问题 当二者材料相同时 由赫兹公式 可以求出其最大接触压力 max 在轧辊表面 材料处于三向受压状态 难以破坏 造成剥落的是辊面以下的切应力 在z 0 78b处 45max 0 304 max 33 在z 0 5b处 zymax 0 256 max一般认为 后者是一种交变应力 是轧辊剥落破坏的根源 不同表面硬度的支承辊接触压力的许用值见表3 8 34 五 轧辊的变形计算轧辊在轧制力作用下 要产生弯曲变形 为满足板带平直度质量要求 必须对这些变形值加以限制 1 简支梁法计算轧辊挠度用材料力学中的能量法可方便的解决这一问题 由于轧辊短而粗 故其剪力对弯曲变形的影响不能忽略 其辊身中点总的挠度应为弯矩 剪力产生的挠度之和 由卡氏定理可分别求出其数值 详见公式3 22 3 23 35 2 轧辊轴承 一 工作特点1 负荷大 由于尺寸限制 单位压力p是一般轴承的2 4倍 pv值为3 20倍 2 工作条件恶劣 水 氧化铁皮等容易进入轴承内 受冲击 二 类型与特点一般而言 有滚动轴承与滑动轴承两种 滚动轴承一般采用多列 2列 4列 圆柱 圆锥 球面辊子轴承 以提高承载能力 这种轴承刚度大 摩擦系数小 但体积大 用于板带 线材 钢坯轧机 36 滑动轴承有半干摩擦轴承 如铜瓦 胶木瓦轴承 多用于初轧 型钢轧机 其结构简单 价廉 但磨损大 刚度小而且寿命短 由于以上原因 目前这种轴承大多被滚动轴承所替代 油膜轴承又称动压轴承其润滑状态为流体动力润滑 多用于板带轧机的支承辊轴承及高线轧机 其刚度大 精度高 承载力大 使用寿命长 37 三 非金属衬开式轴承及其应用 夹布胶木轴承 1 非金属衬轴承的特点这种轴承由于结构简单 承载力大 价廉 用水作润滑剂及散热剂 维修使用方便 所以早期大量的用作初轧 型钢轧机的轧辊轴承 但其低的效率 较短的使用寿命以及低的刚度 使其无法适应近年来产品质量的要求 近年来 新设计的轧机 已不再使用这种轴承 2 结构 一般为开式形状 半圆柱形 长方形及组合式 以半圆柱形应用最广 38 参数 长l 取决于辊颈长 包角 120 140度 及厚度h 20 40mm 端瓦 止推瓦 用于承受轴向力 25 60mm厚 3 非金属衬轴承在轧机上的安装分承受轧制力的主轴瓦以及辅助轴瓦 对二辊轧机 上辊上轴瓦与下辊下轴瓦是主轴瓦 上辊的下轴瓦虽不承受轧制力 但不轧制时要承受轧辊重量 是辅轴瓦 39 四 滚动轴承 1 特点 精度高 刚度大 摩擦系数小 寿命长 应用于板带 型钢 钢坯以及初轧等各类轧机 为适应轧机负荷大的特点 多采用多列轴承 2 型式 一般为四列圆锥辊子 四列圆柱辊子及双列向心球面辊子轴承 3 设计安装注意事项 轴向固定 轴承与轴必须固定 轴向固定指轴承座与机座的固定 一般是一端固定 通常是操作端 OS 另一端 驱动端DS 可自由伸缩 轴承内座圈与辊颈的配合 采用动配合 f8 以利换辊 应适当提高辊颈硬度 HRC37 38 以防止辊颈破坏 40 必须考虑轴承座的自位性 由于多列轴承无自位性 必须在轴承座受力支承处加球面垫 以保持其自位性 41 采用四列圆柱滚子轴承必须附加止推轴承 负荷按径向力5 10 内圈与辊颈固定 换辊时连同内圈一起换 外圈与滚动体可与任一内圈配合 有互换性 教材98 99 100页有不同的轧辊轴承的装配示例 供设计时参考 轴承设计时必须进行必要的寿命计算 计算步骤与机械零件课程所述方法相同 对于轴向载荷 应参照公式3 42 3 45计算 同时应考虑必要的动负荷 42 五 液体摩擦轴承 液体摩擦轴承又称油膜轴承 在工作过程中 相对运动表面被一层油膜 1 100 m 完全隔开 其摩擦力实际上是液体内部由相对运动产生的剪力 按其油膜生成的条件 又可分为动压 静压 静动压 动静压轴承 1 动压轴承特点及工作原理特点 承载力大 体积小 高效 长寿 适合在高速下工作 但结构复杂 成本高 工作原理 对无限长轴承 其油膜压力可用以下方程 雷诺方程 表示 43 由方程可以看出 形成动压润滑的条件是 必须存在油楔 轴颈必须有足够的速度U 油液必须有合适的粘度 动压轴承的止推 一般安在操作端 径向动压轴承与前述的四列圆柱辊子轴承一样无轴向止推功能 必须另外安装轴向固定装置 一般安装双列向心推力辊子轴承 其内圈与轴颈固定 外圈固定在轴承座上 动压轴承的结构一般采用Morgoil轴承 由锥套 轴瓦 止推轴承以及相应的固定 密封件组成 图3 30a是国产1700热连轧机支承辊用的油膜轴承结构图 44 2 静压轴承 由动压轴承形成动压的条件可知 在轴颈速度U 0时 其承载能力为零 而在实际轧制过程中 在轧件咬入 穿带时 其轧制速度存在很低的情况 这时 油膜轴承将产生轴颈与轴承直接接触 而无法正常运行 为解决这一问题 发展了静压轴承 这种轴承的承载能力依靠油压系统的高压油产生 而与轴颈转速无关 特点 刚度大 油膜厚度与辊颈的转速无关 轴承寿命长 工作原理 由轴承内的静压油腔与润滑系统的节流器共同组成 主油腔与副油腔的压力差与外载平衡 各油腔的油压通过节流器控制 如节流器参数选择合理 其轴承刚度可以达到无穷大 45 轧钢机静压油膜轴承上常用的节流器有 毛细管节流器 小孔节流器 薄膜式节流器以及滑阀式的节流器 静压轴承最早由法国人Gizard于1851年发明应用在火车轮轴上 直到本世纪50年代才在天文望远镜 机床主轴 导轨 体育看台及雷达天线上广为使用 使用在轧机上是1962年开始的 静压轴承的最大缺点在于过高的供油压力 达100MPa 系统复杂 46 3 静动压轴承与动静压轴承 静动压轴承结合以上两种轴承的优点 即在低速时采用静压 高速时采用动压 油路根据轧机的转速情况自动切换 两个系统是分开的 动压 1 3bar 静压 700 1400bar 为保证动压特性 油腔不能过大 这就造成静动压系统小油腔 高油压的结构 如武钢1700冷连轧静动压轴承其静压油腔尺寸为200 76mm 节流阀采用毛细管式或薄膜式 47 宝钢2030冷轧机组支承辊轴承采用动静压轴承 即同时采用动压与静压 静压系统的节流阀采用薄膜式 这样 减少了油路切换造成的油膜波动 提高了轧制时的轴承刚度与产品精度 静压系统最大的缺点是 供油系统复杂 成本高 系统可靠性差 噪声大 武钢1700冷连轧支承辊轴承静动压系统供油系统图见教材图3 33 它的静动压系统是分开的 分别由低压泵与高压泵供油 48 六 轧辊轴承的油雾润滑及油气润滑装置 1 油雾润滑 Mistlubrication 装置将压缩空气通入油雾发生器 使润滑油雾化为粒度细小的干燥油雾并通过管路通往磨擦部件进行润滑 其结构组成见教材p108 油雾润滑装置国内已有专业厂生产 设计者主要进行选型设计即可 对于采用其它润滑方式效果不好的 采用这种润滑装置可取得较好的润滑效果 2 油气润滑 Air oillubrication 装置该装置由供油部分 供气部分及油气混合部分组成 供油部分主要部件为油箱 油泵及给油器 供气部分供给干燥的压力为3 4个压力的压缩空气 油气混合装置将油气混合并雾化成油滴 由油气分配阀分配给每个润滑点 49 油气润滑特别适用于重负荷的轧机滚动轴承如四辊轧机的工作辊轴承 在润滑的同时具有冷却效果 延长轴承的使用寿命 同时这种润滑方式的耗油量少 仅为耗脂量的1 10 1 20 由于油滴较大 不会对环境造成污染 其环保效果较好 50 第三章 轧辊调整机构与上辊平衡装置 主要内容 压下装置的作用与分类 手动压下 电动压下及结构设计 力分析与电机选择 液压压下特点与应用 上辊平衡装置的作用与分类 结构特点 平衡力的确定 计划学时 6学时 51 3 1轧辊调整装置的类型 一 轧辊调整装置1 作用 调辊缝 轧出所要求的断面尺寸 尤其是初轧 钢坯 型钢轧机等 调整轧制线的高度使其与辊道的高度一致 在连轧机上保持各架轧制线一致 对型钢轧机轴向调整轧辊以对准孔型 对板带轧机 轴向移动以调整辊型进行板形控制 CVC HC等轧机 52 2 类型 按调整对象分 上辊 下辊 中辊调整装置 立辊调整装置等 按调整时驱动方式分 手动 电动 液压压下装置 按调整速度分 快速压下 空载时压下 又称不带钢压下 慢速压下 轧制时压下 又称带钢压下 各类轧机的压下速度见表4 1 通过本课程的学习 要求了解各种压下类型的特点 选型与结构 应用范围 53 二 轧辊手动调整装置 对于型钢 轨梁轧机 在轧制品种确定以后 轧辊不须经常调整 一般采用手动压下装置 手动压下装置一般采用斜楔 丝杆 直接用手动或通过齿轮减速以后板动 也可用偏心套 如高线轧机 例 650型钢轧机的轧辊调整装置上辊调整 压下 通过圆柱齿轮减速转动压下螺丝 下辊调整 压上 同上 中辊调整 采用H架用斜楔调整中辊上瓦 下瓦固定在机架内侧的凸起上 俗称牛腿 其垂直位置可由垫片调整 54 对于下辊调整装置也有用丝杆移动斜楔以达到调整目的 丝杆可用液压马达直接驱动以加快其调整过程 也可用垫片调整 55 上辊手动 调整 压下装置 56 轧辊辊缝的对称调整装置 这种轧辊调整装置指保持轧制线高度不变的条件下 上下工作辊的中心线同时接近或分开 这种调整装置主要用于小型轧机如高速线材的预精轧 实现这种功能的机构很多 如教材117页F4 6即为用于高线预精轧的蜗杆 偏心轮辊缝调整机构 57 3 2电动压下装置 电动压下装置是最常用的上辊调整 压下 装置 它的结构与轧辊的移动距离 压下速度和工作频率有关 一般按压下速度分为两类 即用于可逆式热轧机快速压下装置与用于板带精轧机的慢速压下装置 对于压下螺丝必须具有良好的自锁性能 同时其调整要求能既能同时调又能分开调 一 快速压下装置1 工艺特点 大行程 高速同时压下次数频繁 压下速度 1mm s 最大达200mm s以上 58 不带钢压下 即压下时不轧钢 调整时轧辊及压下装置不承受轧制力 对设备要求 1 反应快 惯性小 2 效率高 3 必须考虑处理阻塞与坐钢事故 其典型设备是 初轧 板坯 粗 轧机 2 结构特点 一般为电机 减速机 压下螺丝结构 为了减少GD2 一般使用两台电机 可以是卧式电机或立式电机 59 采用卧式电机 电机与压下螺丝成交叉布置 这样必须加蜗杆减速机 采用这种装置的速比较大 适用于压下速度较慢的 20 40mm s 的四辊可逆式粗轧机 例 国产1700热连轧四辊可逆式粗轧机压下装置 通过卧式电机 150 300kw 480 960rpm 圆柱齿轮副速比i 1 蜗杆 速比i 12 75 压下螺丝 四线蜗杆 其压下速度为9 6 19 2mm s 两套装置中间装有电磁离合器 以实现联动与单动 60 生产中遇到的事故与处理 又如教材示例武钢1700R2压下机构 其特色是其联动装置是一个差动机构 对于快速压下装置设计时不考虑带钢压下 并且压下速度大 行程大 这样实际生产中易产生误操作 卡钢 坐辊 超限提升等事故 这时产生压下螺丝的堵塞事故 压下螺丝的堵塞事故 机理分析 在压下操作时 M阻 M电 J d dt 4 1 61 当发生阻塞时 M阻与M电都达到最大值 将上式移项可以看出 M电max M阻max J d dt 即 M阻max M电max在这种情况下 电机的最大力矩小于最大堵转力矩 电机无法启动以消除堵塞现象 电机在堵塞过程中所做的功变成压下螺丝 机架等部件的变形能 在堵塞以后并没有消失 仍以压力的形式存在 阻塞力矩大于电机的启动力矩 电机无法转动 62 处理方法 用人工 将钢坯割除 或用专用工具 大板手 将其旋松 专门设计压下螺丝的回松机构 其力参数按最大轧制力的1 6 2 0考虑 63 压下螺丝的自动旋松 主要产生在初轧机上 由此影响辊缝开度并影响轧件的精度 产生轧件的厚薄不均 1 原因 压下螺丝螺距过大 螺蚊升角大于或接近螺纹的自锁角 无自锁性 2 解决方法 适当加大压下螺纹直径 tg h d 减少螺纹升角 增加自锁能力 但过大的直径引起轧机尺寸过于庞大也应予以考虑 增大压下螺纹球面垫直径与开孔直径d4 d3 从而加大摩擦力矩 见教材公式4 4 此外选用适当的润滑剂 也可解决压下螺丝的旋松问题 64 装配式压下螺丝头部结构图 阻力矩M计算公式 65 二 板带轧机的电动压下装置 板带轧机在轧制过程中要进行辊缝调整 即所谓的带钢压下 由于调整量小所以速度限制在0 02 1 0mm s范围内 又称慢速压下机构 必须指出的是 在板带轧机AGC Automaticgaugecontrol 系统中 为动态控制其板厚精度 其响应速度极快 如20Hz 1 板带轧机的电动压下装置的特点 调整量小 100 200mm 不超过300mm 空行程如换辊时 实际轧制过程中调整量只有10 25mm 最少只有几个微米 精度高 冷轧5微米 热轧50微米 带钢压下 压下与轧制同时进行 66 反应速度快 由于机械压下惯性大 满足不了轧制精度的要求 目前在热轧的成品架次及冷轧的全部架次 已全部由液压压下代替 两套系统既可单动又可联动 以满足轧辊平行度调整的要求 67 2 结构形式 四辊轧机电动压下一般采用圆柱齿轮 蜗轮蜗杆 或二级蜗杆传动形式 后者速比大 还有采用行星齿轮减速的 速比大但结构复杂 制造较困难 各种传动的配置方案见图4 13 示例 国产1700热连轧机组精轧压下结构与传动简图 见教材p125 126 带钢精轧机系采用带钢压下 由于压下调整时机座中有轧件也就是作用有轧制力 为减小由此产生摩擦力矩 其压下机构一方面采用速比较大的蜗轮蜗杆减速 另一方面在压下螺丝头部采用不同的结构设计 没有采用球面垫而是采用有止推及自位功能的滚动轴承 68 轧钢机械第三章轧辊调整机构与上辊平衡装置第二讲 3 2电动压下装置 续 压下螺丝与压下螺母 69 三 压下螺丝与压下螺母 1 压下螺丝结构 压下螺丝分为三部份 头部 尾部与螺纹本体 头部 通过球面垫或止推轴承与轧辊轴承座相接触 承受来自辊颈的轧制力与上辊的过平衡力 压下螺丝头部一般做成凹形 做成球面的目的是使轴承座具有自位能力 并使青铜球面垫处于受力较好的受压状态 初轧机为增加其压下的自锁能力 压下螺丝头部通常做成装配式的以增加摩擦力矩 板带轧机由于带钢压下 为减少摩擦力矩 压下螺丝头部一般用止推的滚动轴承而不用铜垫 螺丝本体 一般使用锯齿形或梯形螺纹 大多是单线的 以增加自锁能力 设计参数 螺丝外径d与螺距t 注意该参数要标准化 70 尾部 传递电机的驱动力矩 在旋转的同时 带动轴承座上下运动以实现辊缝的调整 尾部形状有 方形 快速压下 镶有铜滑板 花键 用于低速重载带钢压下 及平键 轻载 71 螺丝外径d 由强度条件 抗压强度 确定 螺纹最小断面直径d1由下式确定 P1 作用在压下螺丝上的轧制力 Rd 材料的许用应力 Rd b n 安全系数n 6 经验公式 d 0 55 0 62 dgdg 轧辊辊颈直径 较小的系数用于铸铁 较大系数为钢轧辊 72 螺距t 必须综合考虑压下速度及压下机构的自锁性能 设螺丝外径为d t 0 12 0 16 d初轧开坯机t 0 025 0 05 d热带轧机t 0 017d冷轧带钢轧机压下螺丝的稳定性问题 一般由于其长径比不大 不存在失稳问题 73 2 压下螺母 压下螺母安装在机架上横梁的镗孔中 一般用青铜 黄铜制成 与机架的配合为H8 h9或H8 f9 结构 分整体式与组合式两种 前者用于中小型轧机 后者节省青铜 用于大轧机 另外还有加冷却水套的 加箍的 加青铜衬及拼合结构 在结构上必须充分考虑压下螺丝的冷却与润滑 以延长其使用寿命 与机架固定 首先必须与机架固定 其固定方式一般采用压板 压板通过双头螺栓T型螺栓固定在机架上 其目的是防止压下螺母的上下串动与转动 74 尺寸 螺母的外径D与高度H 可按强度条件确定 按螺纹的许用挤压应力确定螺母高度H 一般 H 1 2 2 d d 螺纹外径按螺母端面与机架接触部份的许用应力 确定螺母外径D 一般D 1 5 1 8 d教材上有强度计算的公式 供设计时参考 75 四 压下螺丝的传动力矩和压下电机功率 转动压下螺丝所需的静力矩Mj包括球面垫 或止推轴承 产生的摩擦阻力矩M1和螺丝副之间的磨擦力矩M2 1 静力矩Mj的确定 Mj M1 M2对不带钢压下 用球面垫 M1 1P1d3 3d3 实心轴颈的直径 1 摩擦系数0 1 0 2 76 对带钢压下 M1 1P1dp 2dp 滚动轴承的平均直径 1 0 005而M2 P1 d2 2 tg d2 螺丝中径 螺丝的摩擦角 arctg 2 5 40 2 0 1 螺丝升角 tg t d2 t 螺距 在提升时为负压下时为正 P1 作用在一个压下螺丝上的力 77 P1 作用在一个压下螺丝上的力 其计算方法如下 不带钢压下时 P1 Q G 2 0 1 0 2 GQ 上辊平衡力 1 2 1 4 G G 被平衡部件的重量 在处理卡钢 阻塞事故时 压下螺丝所受的力是正常轧制力的1 6 2 倍带钢压下时 P1 P 2为轧制力的一半而平衡力不计 对高速压下装置 除考虑静力矩外 还必须考虑动力矩 有关计算方法请参阅有关资料 如王海文编 轧钢机械设计 78 Mj 静力矩 Nm n 电机的转数 rpm i 传动系统的速比 传动机构总效率 对于频繁启制动的压下系统 如初轧 应考虑压下系统的动力矩 作出负荷图 并对电机进行发热计算 2 压下螺丝的功率计算 79 3 3带钢轧机的液压压下装置 一 带钢压下装置的特点随着轧制速度以及轧制精度的不断提高 原有的板带轧机上应用的电动压下装置已不能满足生产的需要 为了提高产品的尺寸精度 在高速带钢轧机上开始采用液压压下装置 目前新建的冷连轧机组几乎全部采用液压压下 热带轧机的成品机架往往也装有液压压下装置 液压压下由压下液压缸以及与之配套的液压伺服系统 包括相应的检测仪表及控制系统组成 80 特点及优点 反应速度快 比传统的电动压下惯性小 精度高 有利于提高产品质量 易于实现板厚自动控制 适应各种轧制工艺要求 AGC系统 过载保护简单可靠 易于处理事故 如卡钢事故 机构简单 简化了机械传动系统 传动效率高 损失小 缺点 系统及元件复杂 成本高 易漏油 在大行程的工况下 如初轧 不适用 液压压下系统一般采用电液反馈式的 它的特点是惯性小 反应灵敏 81 二 压下液压缸及其在轧机上的配置 压下液压缸在轧机上的配置有压下式与压上式两种 压下式液压缸安装在机架上横梁与支承辊轴承座之间 悬挂系统较为复杂 造价高 但工作条件好 维护方便 压上式液压缸安装在机架下部 其拆卸方便 但工作条件差 环境恶劣 对液压系统的密封要求可以低一些 因而其造价也可以低一些 实际设计时可以根据具体情况进行选择 在液压元件过关的情况下 选用压下式为佳 82 1 压下式液压压下装置其典型实例是1700冷连轧液压压下装置 其配置见图4 23 主要结构特点如下 压下液压缸3安装在上支承辊轴承座6与机架上横梁之间 压下液压缸活塞直径 965mm 最大压下行程100mm 最大轧制力12 5MN 工作压力21MPa 液压缸上安有压力传感器4及光栅式位置传感器以测定活塞的位移 为方便换辊 在液压缸与机架上横梁之间安装有弧形垫块 同时可起自位作用 在换辊时 安装在上连接梁下的双向液压缸可将两弧形垫块同时抽出以方便换辊 安装在连接梁中部的平衡缸1通过平衡梁 平衡拉杆 平衡架 将压下液压缸悬挂在机架的顶部 轧机的测压仪安装在机架底部 下轴承座与斜楔调整装置之间 83 2 压上式压下装置 压上式压下装置其功能与特点已在前面论述 以下以1700热连轧机组精轧F7机架机械 液压压上装置为例 介绍其主要结构特点 该装置又称双压下装置 即既具有机械压下又具有液压压下功能 在空载粗调时采用蜗杆 蜗轮 压下螺丝进行机械压下 螺母转动压上螺丝上下运动 精调时带钢压下采用液压压上装置 采用浮动活塞环结构 适应热轧咬钢时的冲击 减少液压油的泄漏 其主要结构为 活塞在下 缸体套在活塞上面 其内径比活塞大10mm 活塞上装有浮动活塞环5 二者之间有8mm的间隙 这样可使活塞在缸体内径向窜动而不漏油 压上时活塞不动 高压油使得缸体上下运动 84 采用装在活塞 铁心 和缸体 线圈 内的差动变压器式的位置传感器测定液压缸的位置 其压上机构的工作参数为 总行程40mm 工作行程4mm 油压21MPa 最大作用力14 7MN 注 教材图形有误 应为P136图4 25 85 液压系统设计注意事项 必须采取措施提高液压缸的响应频率 如 减少液压缸的油柱高度 适当提高供油压力 尽量缩短从伺服阀到液压缸的管路的长度 采取措施减少活塞与缸体之间的摩擦 液压系统内必须有排气装置 86 轧钢机械第三章轧辊调整机构与上辊平衡装置 第三讲 3 4上辊平衡装置 3 5轧辊的轴向调整与固定 87 3 4上轧辊平衡装置 一 上轧辊平衡装置的作用与特点1 作用 消除轴承座 压下螺丝 螺母之间由于零件自重而产生的间隙 消除冲击 2 类型 取决于轧机的型式型钢轧机 调整量小 采用弹簧平衡 初轧机 调整量大 快速 频繁采用重锤或液压平衡 四辊轧机 调整量小 低速 但要考虑打滑条件采用液压平衡 88 二 弹簧式平衡装置1 特点 结构简单 多用于调整量小的三辊式型钢轧机 2 结构 通过安装在机架盖上的弹簧与上辊下轴承座拉杆平衡上辊 其平衡力可通过拉杆上端的螺母调节 缺点 弹簧力与其压缩量有关 不稳 换辊时必须拆装弹簧 89 三 重锤式平衡装置 1 特点 可靠方便 广泛用于调整量大的初轧机上 缺点 设备庞大 基础复杂 2 结构 重锤安装在机座两侧的下部 通过连杆 穿过机架立柱的顶杆 将上轴承座顶起 左右顶杆通过横梁连接以保持同步升降 换辊时 由压下螺丝将上辊压到最低 这时平衡锤升到最高 用横销插在机架立柱内的纵向槽内销住顶杆 即可对轧辊解除平衡 90 四 液压式平衡 1 特点 结构紧凑 使用方便 易于操作及换辊 缺点 系统复杂 投资大 维修困难 液压式平衡装置广泛应用于四辊轧机 同时在新设计的初轧机上也开始使用 如宝钢1300初轧机 根据液压缸的数量 可分为五缸式与八缸式的两种 2 八缸式液压平衡装置其典型设备是本钢1700热连轧机的平衡装置 91 安装在下工作辊轴承座上的液压缸3支撑上工作辊及其轴承座 平衡上工作辊及其轴承 支承辊本体重量 其目的是消除支承辊轴承的上部间隙 安装在下支承辊轴承座里的支承辊平衡缸4 平衡上支承辊轴承座及轧辊的重量 在换辊时 这是必要的 工作辊平衡缸还起着工作辊正弯辊缸的作用 起着板形调控的作用 92 1700冷连轧机液压平衡装置 工作辊平衡 正弯及压紧缸4 4 2 8工作辊负弯缸24 2 8上支承辊平衡缸32 2 4 兼提升轨道 93 3 五缸式平衡装置 所谓五缸式平衡装置是指工作辊平衡缸仍为四个 而支承辊平衡缸公用一个液压缸 采用悬挂式的结构 通过横梁及拉杆 将左右两个支承辊的轴承座吊起 液压缸总数为五个 优点 结构简单 换辊方便 工作条件好 缸的数量少 缺点 笨重 机座高度高 示例1 本钢1700热连轧粗轧机座支承辊平衡装置图 它由装置在上连接梁内的立式液压缸 通过水平平衡横梁 两根拉杆 以及三角形的平衡梁将上支承辊的吊耳吊起 94 示例2 武钢1700热连轧机精轧F7窗口布置图 它采用五缸式的平衡装置 上支承辊平衡缸1个 上工作辊平衡缸2 2 4个 下工作辊压紧缸2 2 4 工作辊负弯辊缸4 2 8 总计 为17个液压缸 另外还有压上的液压缸2个 教材还介绍了1300初轧机的上工作辊的液压平衡机构 用两个液压缸将上工作辊及轴承座悬挂起来 起到平衡上工作辊的作用 95 五 上辊平衡力的确定 平衡力Q1为被平衡重量G的1 2 1 4倍 即过平衡系数k 1 2 1 4Q1 1 2 1 4 G液压平衡时 油液的工作压力按下式计算 p k 4G n d2N cm2G 被平衡零件的总重 单位 Nn 平衡液压缸的数量d 液压缸柱塞直径k 过平衡系数 k 1 2 1 4 96 被平衡零件重的确定 对四辊轧机工作辊平衡时被平衡零件重应包括上支承辊本体重量以消除支承辊轴承的上部间隙 支承辊平衡时 其被平衡重量应包括上支承辊总体 压下螺丝 球面垫等零部件的重量 工作辊换辊时 上支承辊必须由其平衡缸连同其上部的压下部件一起提升 97 4 工作辊 支承辊之间的打滑条件 四辊轧机在空载启动 制动和反转时应考虑工作辊与支承辊辊面之间不能打滑 即空载时 其被动辊的启动力矩应小于主动辊作用于从动辊的摩擦力矩 四辊轧机其驱动方式大多由工作辊驱动 其支承辊转动系由工作辊通过辊面的摩擦力带动 对于支承辊驱动的情况 只用于工作辊直径较小的轧机中 以下分两种工况进行讨论 98 工作辊主动 支承辊被动不考虑支承辊轴承的摩擦阻力则不打滑条件为 D1 D2 工作辊 支承辊直径 米 GD2 2 支承辊飞轮力矩 kg m2dn dt 工作辊的角加速度 rpm sec 辊间摩擦系数 99 工作辊 支承辊之间过平衡力Q的确定 工作辊主动 支承辊主动 100 2 支承辊主动 根据相同的原理 可以推导出支承辊主动时支承辊从动时 过平衡力Q所应满足的条件 101 这里所说的工作辊过平衡力Q与前面所说的工作辊的平衡力Q1是有差别的 过平衡力Q是总平衡力Q1的一部分 总的平衡力Q1 1 2 1 4 G 其方向与被平衡件的重力方向相反 实际的Q是工作辊通过平衡机构作用的平衡力Q1 向上 除去工作辊及其轴承 轴承座的重量的剩余平衡力 这个剩余量必须满足不打滑条件的要求值 如果满足不了 则必须增加其大小 直到满足打滑条件为止 对于下工作辊尽管没有平衡上的要求 同样存在打滑的问题 实际上 下辊需要压紧力 四辊轧机的下工作辊一定要有压紧缸 上式中的Q力应为压紧力与工作辊及其轴承座的重量的和 102 3 5轧辊的轴向调整与固定 一 轧辊轴向调整及其机构1 作用型钢轧机必须对准上下轧辊形成的孔型 调整轴瓦的轴向间隙 承受轴向载荷 固定轧辊 CVC HC轧机通过轴向移动轧辊 串辊 控制板带材的板形 采用液压缸 2 常用结构 103 对轧辊不经常升降的轧机上 采用凸缘 压板与螺栓 用于滑动轴承 对于采用滚动轴承的轧机 只需要移动一个轴承座 一般是非传动侧的 采用双拉杆装置 正反螺丝 104 二 轧辊的轴向固定 轧辊的轴向调整装置同时也可以实现轧辊的轴向固定 但也可以设置单独的轧辊轴向固定装置 在板带轧机上 一般采用由液压缸控制的压板对轴承座实现轴向固定 采用液压缸的目的是适应轧机快速换辊的要求 105 轧钢机械 第五章 轧机主传动装置计划学时 6学时主要内容 轧机主传动的组成和类型 联轴节与联轴器 接轴 滑块式万向接轴的结构与强度计算 齿轮机座与主减速机的结构特点与设计 106 第五章 轧钢机主传动装置 1 轧钢机主传动装置的组成和类型 一 轧机主传动装置的组成功用 将电机的运动和力矩传给轧辊 组成 如图7 1 减速机 齿轮座 联接轴 联轴节等组成 对型钢轧机 主传动装置由减速机 主联轴节 齿轮座 联接轴 轧辊 组成 另外在主传动装置中 还有装置在减速机高速轴上的飞轮与接轴平衡装置 107 以下分述各组成部份的作用及类型 1 减速机 作用 将电机的高转速变成轧辊所需的低转速 选用原则 高速电机价格 减速机价格200rpm 可不用减速机 可逆式轧机 如初轧 开坯轧机 一般用电机直接带动 以利反转 2 齿轮座 作用 分配和传递扭矩 即将电机或减速机的扭矩传递和分配给2个或3个轧辊 对功率大的初轧 板带轧机 通常由两台电机分别直接驱动轧辊 108 3 联接轴 作用 将 电机 减速机 齿轮座的 运动和力矩传递给轧辊 在横列式轧机上 各架之间也是通过联接轴传动的 类型 万向接轴 梅花接轴 齿式接轴 选型原则 允许倾角 传动扭矩以及转速 以万向接轴允许倾角最大 达8 12度 广泛用于轧辊开度调节量大的初轧 板坯粗轧 热连轧机 最简单的是梅花接轴 用于无法侧向换辊的横列式轧机 齿型接轴运行平稳 适用于高速 广泛用于板带 线材轧机 为减轻对联接零件的负荷及铰链的磨损 在接轴直径D 450 500mm的接轴上 一般装有接轴平衡装置 109 4 联轴节包括电机联轴节 从电机到减速机 和主联轴节 减速机到齿轮座 大多为齿轮联轴节 对带飞轮的轧机采用安全联轴节以保护电机 110 二 轧机主传动装置的类型 由于轧机的轧制特点不同 轧机主传动也有不同的类型 见表7 11 单机座轧机的传动型式电机 减速机 齿轮座 传动轴 轧辊 用于二辊开坯 型钢 四辊轧机 三辊开坯轧机 一般是不可逆的 a c 电机 接轴 轧辊其上下轧辊单独驱动 用于初轧 厚板轧机 其接轴为滑块式的 可逆式 d 电机 齿轮座 接轴 轧辊 e 如D 1000的初轧机 其空间结构限制 不能采用双电机单独驱动 111 2 多机座的传动方式 一列或多列式 电机 减速机 轧辊其实际的减速机由两台单独的减速装置组成 用于高速冷轧机上 f 另外在迭轧薄板或平整机上 由于是单辊驱动的 采用表7 1g所示的电机 减速机 接轴 轧辊系统 横列式电机 减速机 齿轮座 接轴 轧辊 下一机座 一般由一台电机集体驱动 多用于型钢生产 h 双列式 j 用一台电机驱动两列轧机 其减速机有两根输出轴 通过齿轮座驱动两列轧机 又称之为复二重轧机 112 多机座连轧机分集体驱动和单独驱动两种 前者调整不便 减速机十分庞大 目前大多用后者 为减少飞轮矩 采用双电枢电机 以提高其启动性能 113 2联接轴与联轴节 联接轴作用 将扭矩从齿轮座或马达传给轧辊 或在横列式轧机上将扭矩从一台轧机传给另一台轧机 分类 万向接轴 滑块式及带滚动轴承式 弧形齿接轴与梅花接轴 各种接轴的特点和适用范围见下表 114 一 滑块式万向接轴功能 用来传递两根在空间成交叉位置的轴的转动 特点 允许倾角大 10度以上 传动平稳 传递扭矩大 广泛用于初轧 中厚板与钢管轧机的传动系统 1 滑块式万向接轴的结构结构类型 由扁头 叉头 滑块 半月块 和销轴组成 如图7 15 安装在叉头镗孔中的半月块一般由青铜制成 扁头可随之一起绕叉头镗孔中心转动 半月块中心有一小轴 扁头可随小轴一起绕垂直轴转动 115 滑块式万向接轴 开式铰链 结构 116 滑块式万向接轴铜滑块的装拆 117 开式铰链 扁头上沿轴向开一长槽 允许扁头从轴向装拆 这样轧机可从轴向换辊 而轧辊轴头做成扁头的形状 闭式铰链 在扁头上开一孔 通过销子将扁头 半月块及叉头连接 闭式铰链的拆卸只能从侧向进行 先拆去销子 然后将扁头与滑块一起取出 由于叉头上有销孔 故对叉头强度减弱较大 其具体结构见下图 118 滑块式万向接轴闭式铰链结构 119 尺寸参数 滑块式万向接轴的主要尺寸参数是叉头直径D 很显然D值必须小于轧辊的最小直径 小5 15mm 一般而言 叉头直径应为轧辊的名义直径的85 90 以免轧辊与其发生干涉 而齿轮座端的直径可取稍大些以增加其强度 以免产生破坏 各部尺寸一般以经验取 具体数据见教材有关部份 p224 225图7 18 滑块式万向接轴的材料接轴本体 45 50 40CrNi等优质碳素钢及合金钢 滑块 青铜 如ZQAL9 4等 120 润滑滑块式万向