毕业论文-1100轧机压下和平衡装置设计-机械结构设计

第一章 绪论 . 1 题背景及目的 . 1 . 1 . 1 . 2 . 2 . 3 应力线轧机 . 3 机压下装置的分类和特点 . 4 . 4 . 5 . 5 . 7 . 8 . 8 . 8 第二章 方案选择 . 9 . 10 . 10 . 11 第三章 力能参数的计算 . 13 . 13 . 13 算第二道次轧制力 . 14 算第三道次轧制力 . 16 . 17 . 19 机容量的选择 . 20 下螺丝与螺母的设计计算 . 22 下螺丝的设计计算 . 22 下螺母的结构尺寸设计 . 23 . 24 料及齿数 . 24 . 25 . 27 . 28 第四章 主要零件的强度校核 . 29 . 29 . 31 第五章 润滑与维护 . 33 滑 . 33 护 . 35 . 35 . 35 总结 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 第一章 绪论 题背景及目的 随着国民经济的发展 ,我们需要更多的数量 ,更多的品种 ,高质量钢 ,特别是大的部分。为了满 足这种需求 ,钢厂的发展无非两个 ,一个将旧磨 ;第二个是更新设备、新技术和新技术在逐步改善旧钢铁厂和过程改进 ,这是开发潜力改变我们国家用更少的钱做更多的快速的新的指导方针 ,目标是拯救经济的需要。 我们的任务是设计一个两辊轧机理论知识学习。因为有限的实际条件 ,我们的设计理论和经验公式推导后选择来设计我们的冶金设备 ,在检查来验证这一理论 ,以满足设计要求。 轧制生产是连续板坯轧制锭和木材生产流程。生产钢材的过程、高生产率、品种、生产过程的连续性强 ,容易实现自动化的优点。的方 法生产钢轧机 ,锻造、挤压、画画等。通过轧制钢连续生产过程 ,生产效率高、品种、质量好、简单和机械化 ,自动化 ,等等 ,所以被广泛使用。目前 ,大约 90%的钢是通过滚动变得有用。有色金属木材 ,主要的方法也被滚动。 轧制生产在国民经济中起着非常重要的作用。钢铁工业生产 ,除了少量的钢由铸造或铸造方法以外的部分 ,钢锭、钢坯生产超过 85 90%经过轧制车间轧制成各种钢铁产品的各部门 ,国民经济的供应。可见在现代钢铁企业 ,如钢铁轧制生产的木材 ,在整个国民经济中占有非常重要的作用 ,促进中国经济的快速发展起着非常重要的作用。 19 世纪中期轧机机械只是一些铁艺酒吧轧机小 ,装备很差 ,产量不高 ,一些原来的厂用水轮驱动。在大上个世纪五十年代 ,在钢铁产量显著增加 ;铁路建设和发展远洋运输在发达工业国家 ,蒸汽介质、大型轧机出现。电气化上世纪更强大的开坯机发展迅速。上世纪 50 到70年 ,由于运输车辆 ,石油、天然气、电力和电子工业的发展和食品罐头行业 ,钢铁生产的特点是占主导地位的表。总的来说 ,朝着 大型轧机、连续、高速和计算机控制方向 发展 。 轧机的发展 在发展连铸的同时，国外仍在新建后扩建粗轧机，以扩大开坯能力。 这是由于开坯机具有产品化灵活，便于实现自动化等优点，如日本 1969 年有三台板坯粗轧机和一台方坯粗轧机投入生产。 至 1970年止，世界上有粗轧机达 200多台。拥有粗轧机最多的国家为美国达 130台，日本 42台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达 3 亿吨以上。七十年代的粗轧机直径增大到 1500毫米。 我国拥有 1000毫米以上大型粗轧机七套，还有 750 850毫米小型粗轧机八套 ,主要于合金钢厂 ,为数不多的 650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。 1959年我国开始自行设计制造开坯机，已制成的开坯机有 700、 750、 825、 850/650、 1150等毫米粗轧机。 粗轧机将向着万能式板坯轧机，重型化发展，并且缩短轧机辅助机械工作时间发展。 钢热连轧机发展 连续带钢热轧机带钢热轧机 ,四辊和多辊可逆式轧机 ,卷轧和行星轧机等。 热带钢轧机充分、 1/2和 3/4轧机。 带钢连续热轧机生产 16(20)毫米热钢板 ,普通碳钢的生产的主要品种。 美国于 1926 年首次采用热轧板的机器 ,这个安装哥伦比亚钢厂轧机规格为 1030 毫米 ,1/2,只有一个粗 ,这是现代带钢热轧机的原型。 我国从 1966 1970 年开始发展热连轧板机， 1700毫米 3/4热连轧板机以投产，其他规格的热连轧板机还有 1450毫米半连轧、 1450毫米全连轧、 750毫米全连轧等。 多年来 ,钢板的生产增加的比例 ,这是一个在现代轧制生产的发展趋势。热轧钢板是空白汽车、造船、桥梁、电力、化工等行业不可缺少的原材料 ,而且冷轧机 ,随着管道的发展 ,冷弯钢铁 ,钢铁需求增长。 现代钢厂热轧带趋势是增加生产 ,扩大品种、提高精度 ,提高自动化程度。主要措施有 :提高轧制速度 ,增加线圈的重量和钢坯 ,建设整个宽桶滚动 ,粗站安排 ,容易改变主意的设备的使用 ,提高精度和刚性磨 ,使用辊精轧机类型的板 厚自动控制系统控制 ,使用计算机控制。 自 1990年代以来 ,钢铁生产短流快速开发和促进薄板连铸和轧制技术的出现 ,它正改变着传统的热轧机市场。 1987 年 7 月以来的第一套薄板坯铸造和轧制生产线在美国纽柯钢铁公司在 1997 年投入运营了 33 集。连铸连轧技术固化成型和变形钢成型连接两个步骤 ,钢坯 热状态持续进入精轧机 ,直接卷成一卷产品。德国 术 ,司的 材轧机的发展 近年来 ,国外线生产是稳定的 ,7 - 8%的线生产。经 常与一个圆形截面产生线材轧机轧制的产品 5到 提高钢丝的质量和产量 ,六十年代没有架轧机的发展 ,预应力轧机 ,热炉和其他新的金属轧制设备。轧机轴承广泛采用或油膜轴承。焊丝直径公差为 米。 1970年代末 ,摩根 产量达到 160 台以上。目前 ,高速线材轧机模型可以概括为三辊 ,45 ,15、 75和平 交替四站。 应力线轧机 1、 短应力线轧机的发展概况 意大利波米尼法雅尔公司（ 制的“ 红环”轧机也是属于短应力线轧机。我国在研制短应力线轧机方面起步较晚，开始于 70年代末期， 80年代初期，但发展速度较快。1981年北京科技大学成功地研制出了国内第一架新型短应力线轧一“ 短应力线轧机，如图 1轧机首先在四川蛾眉型钢厂、大冶钢厂、贵阳钢厂投产，因其具有投资少，上马快，见效快、容易掌握、调整方便、成材率高等优点，很快在全国 80多个厂家得到推广应用。轧机类型也从“ 发展到到“ “ 、“ 短应力线轧机。 在“ 短应力线轧机投产之后，由河 北冶金厅研制的“ 短应力线轧机。四川威远钢厂研制的“ 短应力线轧机和北京冶金设备研究院研制的“ 短应力线轧机相继投入生产。特别是“ 机在设计、加工制造和服务一条龙的经营指导思想下，发展速度很快，在全国已有几十家企业投入生产。 1) 最短的应力线保证了高刚度。这种轧机不用预应力，也不靠增大截面尺寸来提高轧机刚度而是通过尽量缩短应力线来提高轧机刚度。在所有轧机中这种轧机的应力线是最短的，轧机的配合面也是最少的，轧机轴承座具有较大刚度。 2) 预调性能好。在压下螺母、球 面垫与轴承之间装有密压头，与轧制负荷指示器相连，能经常测得轧制负荷，因此可模拟生产条件，在换辊前预调辊缝。换辊后生产的第一， 第二根钢即可保证为合格品，减少了试轧废品，提高了成材率，克服了旧轧机一边试轧，一边调整，造成试轧废品多的问题，这一点对于高级合金钢尤其具有经济价值。 3) 实现了对称调整。连接四个轴承座的四根拉杆上有正反丝扣，实现了相对于轧制线的对称调整，保证了轧制线固定不变。从而使得导位装置的调整、安装、维护都很方便，减少了操作事故和工艺事故，提高了成材率和作业率。 综合上述，轧钢生产技术七十年代的发展特 点是，板带比重大，焊管多于无缝管；向高速、大型、连续化、自动化方向发展；提高质量，扩大品种以及低成本能耗。改造轧机，挖掘潜力；大量采用新工艺新技术。 机压下装置的分类和特点 动压下装置 电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。按轧辊调整的距离、速度及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。 1） 快速电动压下装置 : 一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上 ,如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机及万能轧机上。 在这些类型的轧机上由于上辊的调整距离大、压 下十分频繁 ,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率，所以采 用快速电动压下装置是必要的。 常采用的快速电动压下装置有两种类型： 一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。两个压下螺丝是由两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。因此采用这种传动系统启动迅速、传动效率高、造价低 ,但存在着加大了机座的总高度 ,增加了厂房高度基本建设投资等缺点。另外为了实现压下螺丝的单独调整 ,中间介轮可以由液压缸控制 ,使其与压下螺丝啮合或脱离。其结构简图如图 1 1所示。 1234561制动器 2 3减速机 4压下螺母 5压下螺丝 6离合器 图 式电机 圆柱齿轮传动的电动压下装置 另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机构来带动两个压下螺丝，通过离合可以实现压下螺丝的单独调整。这种快速电动压下装置的特点是：结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降 ,但传动效率低、造价高。因此多用在一些压下要求速度不高的初轧机上。 2） 慢速电动压下装置 : 这种调整装置多用于 上辊调节距离在 100 200毫米以下，调节速度小于 1 s，但调节精度要求高的薄板、带材轧机上。在这种压下机构中，由于传速比 大可以达到 i=1500 2000） ,同时又要求能带钢压下。因此，压下装置的设计是比较复杂的。 动压下装置 这种压下装置结构简单、造价低 ,但工人的劳动条件差、强度大 ,因此常用在生产效率低的轧机上。 压下装置 为了控制板厚偏差在规定的范围内，在现代化的板、带材成品机座的压下装置中 ,分成了精调与粗调两个部分。其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的 ,材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化 ,随时对辊缝进行微量调节校正的。 1） 电动双压下装置 由于电动双压下装置的反应灵敏度差 ,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧机上。在这种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的 ,因此传动系统的惯性力很大 ,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重 ,所以无法满足高精度的板厚公差要求。由于以上原因 ,目前很少采用这种板厚自动调节系统。其简图如图 1 2所示。 121精调电动机 2粗调电动机 图 电动双压下装置简图 2） 电 第一种电动双压下调整装置 ,它的粗调为一般的电动压下机构 ,通过电动压下系统带动压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝 使压下螺母转动 ,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动 ,其结果只能使压下螺丝上下移动实现了辊缝的微调。 第二种 ,电 粗调为一般的电动压下机构 ,而精调是用液压缸直接代替了压下螺丝与螺母。通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与 下轴承座之间。该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑 ,消除了机械惯性力 ,从而大大缩短了调节信号滞后现象 ,减少了压下螺丝与螺母的磨损 ,提高了精度机构的效率。它的调节灵敏度比一般电动压下要快 10倍以上。因此大大提高了板材的轧制精度 ,广泛的用在现代化的冷、热成品带钢轧机上。 电 构紧凑 ,精调部分传动零件减少使传动惯性力下降，因此，调节讯号滞后现象减轻 ,而灵敏度增加。但仍保留着机械传动零件，所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响，使调整精度还不够高。 液压压下装置 所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构 ,其辊缝的调节均由液压缸来完成 。其系统示意图如图 1 3所示。 全液压压下装置的特点 : (1)惯性力小、动作快、灵敏度高 ,因此可以得到高精度的板带材 ,其厚度偏差可以控制到小于成品厚度 1%,而且缩短了板带材的超差部分长度 ,提高了轧件成品率 ,节约了金属 ,提高了产品质量 ,并降低了成本。 (2)结构紧凑 ,降低了机座的总体高度 ,减少了厂房投资，同时提高了传动效率。 (3)采用液压系统可以使卡钢迅速脱开 ,有利于处理卡钢事故 ,避免了轧件对轧辊的刮伤。 (4)可以实现轧辊快速提升 ,便于快速换辊 ,提高了轧机的有效作业效率 ,增加了轧机的产量。 (5)压下系统复杂 ,工作条件要求高 ,有些元件制造困难、成本高、维护保养要求很严格以保证精度。 111013 9 C P P / p / k h h 011 电位器 2 传给另一机架的迅号 3 位移调节放大器 4 放大器 5 伺服阀 6 位移传感器 7 测厚仪 8 测压仪 9 力 位移转换元件 10 选择开关 11 压力传感器 12 柱塞缸 13 压力比较器 调节系数装置 图 全液压压下系统示意图 动压下装置经常发生的事故及解决措施 由于初轧机、板坯轧机和厚板轧机的电动压下装置压下行程大、速度快、动作频繁，而且是不带钢压下，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故。这时上辊不能移动，电机无法启动，轧机不能正常工作。 为了处理堵塞事故，很多轧机都专门设置了压下螺丝的回松机构。 压下螺丝的自动松问题主要发生在初 轧机上，尤其是采用立式电动机压下时，问题尤为严重，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。 目前防止压下螺丝自动旋松的主要办法是加大螺丝的摩擦力矩。这可以两方面入手，一是加大压下螺丝止推轴颈的直径，并且在球面垫上开孔。二是适当增加螺丝直径。 第二章 方案选择 习惯上把不“带钢”的压下装置称为快速压下装置。这种装置多用在可逆热轧机上，如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组的可逆式粗轧机组等。按照传动的布置形式，快速电动压下装置有两种方案：一种是由台 卧式电动机来驱动两个压下螺丝的升降，另一种是由两台立式电动机来驱动两个压下螺丝的升降。 第一种方案采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置的形式，这种形式中常见的布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的特点是能够采用普通卧式电动机，机构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副后，传动效率显著提高，因此在压下速度不太快板坯轧机上经常采用这种布置形式。如图 1制动器 2电动机 图 第二种方案是采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平 衡布置的形式，压下装置的两台立式电动机通过圆柱齿轮减速机来传动压下螺丝，这种布置形式可使每个压下螺丝单独调整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。因为 1100 初轧机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用第二种方案。 1 2 23 1 123 31 电动机 2 小惰轮 3 大惰轮 图 立式电机传动压下装置的配置方案 在毕业设计中， 本人 对压下系统中的指针传递装置进行了改进，原结构中一端采用双列圆柱滚子轴承，另一端采用单列圆柱滚子轴承。其 主要缺点是不能承受轴向力。经计算校核采用一对圆锥滚子轴承完全可以替代原方案，改进后的主要优点是：（ 1）可以承受一定的轴向力，从而保证了该装置工作的可靠性。（ 2）便于安装、拆卸，减轻了维修工作量，同时降低了成本。 制过程基本参数 单轧制过程 在一般的轧制过程中，轧件只是在一对工作辊中受到压力而产生塑性变形。为了研究，一般都以简单的（即理想的）轧制过程作为研究的开端。具有下列条件的轧制过程称为简单轧制过程： 1）两个轧辊都驱动； 2）两个轧辊直径相等； 3）两个轧辊转速相同； 4）被轧金属作等速运 动； 5）被轧金属上除轧辊施加的力以外，无任何其它作用力； 6）被轧金属的机械性质是均匀的。 由前确定的方案可知，此计算即可按照简单轧制计算。 制过程变形区及其参数 变形区是指轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图 示。其基本参数为： 图 形区几何图形 10 轧制前、后轧件的高度（厚度）， 轧制前后轧件的平均高度， 10 ；h 压下量（绝对压下量）， 0 ； 0b 、 1b 轧制前、后轧件的宽度， b 宽展量（绝对宽展量）， 1 ； 轧制前、后轧件长度， 咬入角（变形区所对应的轧辊中心角）， 1； l 接触弧水平投影长度， 近似认为 ； 临界角（中性角）； D、 R 轧辊直径、半径， 第三章 力能参数的计算 典型钢件： 20# 化学成份： C= 算第一道次轧制力 （ 1） 计算压下量 03 1 03 8 010 （ 2） 计算接触弧水平投影长度 07021 1 5 0 （ 3） 计算轧制后轧件的平均高度 452 3103802 10 （ 4） 计算外区应力状态的影响系数 00 （ 5） 计算 变形速度 因为 以采用粘着理论计算0 0 3 5 6） 计算相对压下量 %0038070%1000 h h（ 7） 计算平均变形程度 1 3 其中 % m（ 8） 计算 20#的变形阻力 60查轧钢机械表 20#变形阻力公式系数值 B C 7310501000 273 变形温度影响系数 t 3 2 x p 2） 变形速度影响系数 3） 变形程度影响系数 （ 9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 np m 9 （ 10） 计算轧制力 02 3 803 837 计算第二道次轧制力 （ 1） 计算压下量 0 （ 2） 计算接触弧水平投影长度 5 0 （ 3） 计算轧制后轧件的平均高度 902 2703102 10 （ 4） 计算外区应力状态的影响系数 51 （ 5） 计算变形速度 因为 0 1 以采用粘着理论计算 10ln 6） 计算相对压下量 %1000 %10031040 % （ 7） 计算平均变形程度 1 1 其中 % m（ 8） 计算 20#的变形阻力 60查 轧钢机械 表 20#变形阻力公式系数值 B C 7310451000 273 变形温度影响系数 t 3 1 x p 2） 变形速度影响系数 3） 变形程度影响系数 M （ 9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 np m （ 10） 计算轧制力 计算第三道次轧制力 （ 1） 计算压下量 0 （ 2） 计算接触弧水平投影长度 5 0 （ 3） 计算轧制后轧件的平均高度 552 2402702 10 （ 4） 计算外区应力状态的影响系数 31 （ 5） 计算变形速度 因为 25 1 5 1 以采用粘着理论计算0 0 3 1 02 7 1 6） 计算相对压下量 %1000 %10027030 % （ 7） 计算平均变形程度 1 1 其中 % m（ 8） 计算 20#的变形阻力 60查 轧钢机械 表 20#变形阻力公式系数值 B C 7310401000 273 变形温度影响系数 t 3 1 x p 2）变形速度影 响系数 3）变形程度影响系数 M P （ 9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 np m 4 （ 10） 计算轧制力 计算第四道次轧制力 （ 1） 计算压下量 8 （ 2） 计算接触弧水平投影长度 17821 1 5 0 （ 3） 计算轧制后轧件的平均高度 492 3103882 10 （ 4） 计算外区应力状态的影响系数 11 （ 5） 计算变形速度 因为 9 1 以采用粘着理论计算 10ln 6） 计算相对压下量 %1000 %10038878 % （ 7） 计算平均变形程度 1 1 其中 % m（ 8） 计算 20#的变形阻力 60查 轧钢机械 表 20#变形阻力公式系数值 B C 7310351000 273 形温度影响系数 t x p 2）变形速度影响系数 3）变形程度影响系数 M P （ 9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 np m 6 （ 10） 计算轧制力 m 算第五道次轧制力 （ 1） 计算压下量 0 （ 2） 计算接触弧水平投影长度 560 （ 3） 计算轧制后轧件的平均高度 802 2503102 10 （ 4） 计算外区应力状态的影响系数 85 （ 5） 计算变形速度 因为 0 5 以采用粘着理论计算 10ln 6） 计算相对压下量 %0031060%1000 h h（ 7） 计算平均变形程度 1 3 其中 % m（ 8） 计算 20#的变形阻力 60查 轧钢机械 表 20#变形阻力公式系数值 B C 7310301000 273 ） 变形温度影响系数 t 3 0 x p 2） 变形速度 影响系数 3） 变形程度影响系数 M P （ 9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 np m 1 （ 10） 计算轧制力 机容量的选择 1) 计算压下螺丝的转速 4890r 2) 计算被平衡部件总重量 35 700 091 000 G 0 3) 对压下螺丝进行受力分析，如图 示。 1 压下螺丝 2 压下螺母 3 球面垫 下螺丝受力平衡图 4) 计算作用在一个压下螺丝上的力 5) 计算止推轴承阻力矩 331 3111 349 089 6000. 2 =) 计算螺纹摩擦阻力矩 )(t a 12 )405036.0(t a 式中 螺纹上的摩擦角 螺纹升角 7) 计算转动压下螺丝所需的静力矩 21 = 33 95501000 0. 9895 5010 0011 2. 5110 875 836 8) 试选电机的型号为 率为 200速为 500r/速为 1200r/ 9) 计算所选电机的额定转矩 n 109550 500 109550200 3 3800000N 10) 对所选电机进行过载校核： a x m 满足要求。 下螺丝与螺母 的设计计算 下螺丝的设计计算 1） 压下螺丝螺纹外径确定 预选螺纹外径 d 及其它参数 由经验公式 得 查机械设计手册，预选 20 。 式中 d 辊颈 螺纹螺距： 取螺距为 根据 d 和 t 可确定压下螺丝的中径 和内径 ； 2） 压下螺丝的强度校核 2114 位为 2； 1p 位为 1d 位为 位为 2/ b 位为 2/ n 6n ； 21 2 236 9 6 101 1 3 6 64 其中 M P an b 5910590 3） 压下螺丝的尾部形状设计 （ 1）本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。 （ 2）压下螺丝端部形状选择 压下螺丝的端部选用凸形球面，因为球面垫采用青铜材料，青铜球面垫的主要特点是具有较好的抗压性能， 采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块