校核和辊型设计

6 校核和辊型设计6.1 咬入条件的校核由于压下量、轧辊直径、咬入角三者关系式如下。所以， 表6.1 咬入角道次12345678910/13.8715.7415.7413.8711.729.077.405.233.312.34热轧中厚板的最大咬入角在之间，所以轧制各道次咬入角均符合咬入条件。设备的限制条件主要是轧辊的强度和主电机的能力，在本次设计中，主要校核轧辊的强度和主电机的能力。6.2 轧辊强度校核最大轧制压力和最大轧制力矩一般取决于轧辊等零件的强度条件，在制定轧制压下规程时应进行强度校核。四辊轧机辊系受力状况如图6.1所示： 图6.1 四辊轧机辊系受力图在四辊轧机上，轧制过程中的弯矩主要由支承辊承担。同时，在四辊轧机中，一般均为工作辊驱动。所以，校核轧辊时，校核工作辊辊头处的扭转应力、支承辊辊身中央和辊颈的弯曲应力。另外，工作辊和支承辊之间还存在较大的接触应力，也需要校核。在校核过程中，考虑到轧辊材质不均，轧制力计算不准确以及轧制时的冲击载荷、应力集中等影响，在轧辊的静强度计算中，选轧辊的安全系数 进行计算，许用应力。 表6.2 轧辊材料许用应力值材料名称极限强度许用应力合金锻钢碳素锻钢碳素铸钢球墨铸铁合金铸铁铸铁6.2.1 工作辊强度校核工作辊选择球墨铸铁，。71.06MPaL/ mm图6.2 工作辊扭矩图轧件所施加均布力支承辊所施加均布力工作辊只需校核辊头的扭转应力。在总共10道次中，第3道的力矩最大，一个工作辊所受的扭矩为 工作辊的辊头形式为平台式，因此 （6.1）式中 ； ； 是轧辊重车后的最小辊身直径，取。所以；，取； ，取。代入公式（6.1）得： 工作辊强度满足。工作辊的扭矩图，如图6.2所示。6.2.2 支承辊强度校核支承辊材质选合金锻钢。通过第五章的计算可得，在第1道轧制力最大，即。1支承辊辊身中央强度校核支承辊辊身中央弯矩计算式如下： (6.2)由，代入式(6.2)中得：其弯曲应力为校核通过。2、支承辊辊劲强度校核 支承辊辊劲危险断面弯矩计算如下: (6.3)将，代入式(6.3)中得： 其弯曲应力为由此可见支承辊的强度满足要求。支承辊弯矩图，如图6.3：MPa图6.3 支承辊弯矩图L/mm49.66MPa均布力qP/2P/2 6.2.3 工作辊与支承辊间的接触应力四辊轧机工作辊和支承辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用时应进行校核计算。因为两辊的材质不同，接触应力的计算公式为 （6.4）式中 加在接触表面单位长度上的负荷，； 、相互接触的两个轧辊的半径，； 、与轧辊有关的系数，；、及、两轧辊材料的泊松比和弹性模数。支承辊选合金锻钢 E1=186206GPa，取E1=200GPa=0.250.30，取=0.27 工作辊选球墨铸铁 E2=78.5157GPa，取E2=100GPa=0.230.27，取=0.25 代入上面公式得 代入公式(6.4)得： 对于通常轧辊的许用接触应力值在之间，许用剪切应力，所以满足强度。6.3 主电机功率校核 由鞍钢电机设备可知电机功率为，转速为，在本次设计采用的是可逆式轧制，因此在进行校核时采用可逆式工作制的主电机容量计算，考虑电机的允许过载能力与电机发热两方面的因素。6.3.1 可逆式轧机主电机过载校核 在可逆式轧机中，轧制过程是轧辊首先在低速咬入轧件，然后提高轧件的速度进行轧制，之后又降低轧制速度，实现低速抛出。主电机的过载校验： 8 （6.5）式中 电机在轧制过程中承受的最大转矩； 电机的额定转矩； 电机的允许过载系数。一般型与型直流电动机在额定磁通下，值可选为。对于专为轧钢机使用的型和型电机以及同步电机，过载系数为。因此本次设计中。电机的过载校核，则电机的额定力矩为：由表5.1可知，在第1道轧制时有最大转矩，按公式(6.5)有： 即 6.3.2 典型产品轧制图表轧制图表主要反映轧制道次和轧制时间的关系，它是研究和分析轧制过程的主要根据，通过这些关系的研究与分析可以清晰地看到：轧件在轧制过程中所占的轧制时间、各道次之间的间隙时间、轧制一块钢板所需要的总的延续时间和轧制过程中轧件交叉轧制情况、轧件在任意时间所处的位置等。 图6.4 典型产品轧制图表此次设计采用的是单机架可逆式中厚板轧机，轧制图表如图6.4所示。设计中采用此轧制图表的特点是 8式中 轧制节奏时间，s； 前后两块坯料的轧制间隙时间，s；根料轧制总延续时间，s；式中 各道次纯轧时间之和，s；各道次间隙时间之和，s；6.3.3 轧机电机的发热校核电机的发热是由于实现能量变换过程中，在电机内部产生损耗并变成热量，使电机的温度升高。电机的发热校验通常采用等效法，即等效电流法、等效转矩法和等效功率法。在进行设计时，出于计算方便和实用，常应用等效转矩法。其公式如下： （6.6） （6.7）式中 电机的额定转矩； 电机的等效转矩； 各段轧制时间所对应的力矩； 轧制时间内各段纯轧时间的总和； 各段间隙时间所对应的空转力矩； 轧制周期内各间隙轧时间的总和。 因此，电机的发热校核按公式（6.7）进行计算得： .9 代入公式（6.7）得 该值小于电机的额定力矩，发热校核通过。6.4 辊型设计热轧中厚板时，由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，而使空载时的平直辊缝在轧制时变得得不平直了，致使板带的横向厚度不均和板形不良。为了克服这些因素，弥补轧制时辊缝形状的变化，必须预先将轧辊辊身磨成具有一定的凸凹度的轮廓曲线，以得到横断面厚度均匀的产品。在设计新辊时，对轧辊的磨损不必考虑，只考虑不均匀热膨胀和轧辊的弹性变形弯曲。 辊型设计的内容包括确定轧辊中部的磨损总凸度值、总凸度值在一套轧辊上的分配以及确定适应于辊身中部凸度的辊面磨削曲线。由于轧辊的不均匀磨损小，在本次设计中忽略轧辊的不均匀磨损。6.4.1 轧辊的不均匀热膨胀在钢板的轧制过程中，沿辊身长度方向上，其边部受热较小、散热较快，而中部受热较多、散热较慢。因而，中部膨胀大一些。通常将辊身中部与边部半径上的热膨胀差值称为轧辊的热凸度，用表示。 9 (6.8)式中 、辊身中部和边部温度； 轧辊直径；轧辊的线膨胀系数，钢辊取为，铸铁辊取为； 轧辊中心与表面不均匀系数，一般。我们根据工作辊和支承辊的已知数据以及鞍钢设备要求求解各辊的凸度。工作辊材质选球墨铸铁，根据鞍钢中厚板厂实际生产情况，工作辊辊身中部与边部的温度差为1112。 将， 代入式（6.8）得： 取 支承辊材质选合金锻钢，根据鞍钢中厚板厂实际生产情况，支承辊辊身中部与边部的温度差为23。将，3， 代入式(6.8)得：取 6.4.2 轧辊的弹性弯曲变形这主要包括轧辊的弹性弯曲和弹性压扁。轧辊的弹性压扁沿辊身长度分布是不均匀的，这主要是由于单位压力分布不均匀所致。此外，在靠近轧件边部的压扁也要小一些，使轧件边部出现变薄区，随着轧辊直径的减小。边部变薄区也减小，一般情况下这个区域虽然不很大，却也影响成材率。在工作辊与支承辊之间也产生不均匀弹性压扁，它直接影响到工作辊的弯曲挠度。理论和实践都表明，轧制时工作辊的实际挠度比支承辊大的多。这主要是因为工作辊与支承辊之间存在有弹性压扁变形，结果使位于板宽范围之外的那一部分工作辊受到支承辊的悬臂弯曲作用，从而大大地增加了工作辊本身的挠度。轧件的宽度愈小，工作辊的挠度便愈大。四辊轧机工作辊的弯曲挠度不仅取决于支承辊的弯曲挠度，而且也取决于支承辊和工作辊之间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。如果支承辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊挠度为： （6.9）式中 工作辊的弯曲挠度： 支承辊的弯曲挠度； 支承辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差。根据有关资料介绍，工作辊挠度计算公式为： (6.10) 支承辊的挠度计算公式： (6.11) 式中 轧制力；工作辊柔度；支承辊柔度；、系数，可按下式计算： ； ； ， 这里 两压下螺丝中心距； 辊身长度； 轧件宽度。工作辊和支承辊之间不均匀弹性压扁所引起的挠度为： 其中 ， 式中 、工作辊、支承辊直径； 工作辊与支承辊间的平均单位压力， 。在本设计中工作辊为球墨铸铁的，支承辊为合金锻钢的，则： 6.4.3 辊型设计在设计新辊的辊型凸度时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时应按热凸度与挠度合成的结果，定出磨新辊的凸度。由前所述，工作辊的不均匀热膨胀产生的热凸度为 工作辊的挠度为 将工作辊热凸度和挠度叠加起来，得出工作辊在实际轧制过程中的辊缝