Φ530空间自位型高刚度轧机

1、（论文） 530 空间自位型高刚度轧机 结构设计及校核 本科毕业设计（论文）530 空间自位型高刚度轧机 结构设计及校核 业：轧钢08-3学生 姓名：张白冰 号：9指导 教师：李明 答辩 日期：2012-6-24 燕山大学毕业设计(论文)任务书 学院： 机械学院 系级教学单位： 机设系 9学生 姓名 08级轧钢3 530空间自位型高刚度轧机结构设计及校核 题目性质 1.理工类：工程设计 ）；题目类型 1.毕业设计（ 题目来源科研课题（ 生产实际（）自选题目（ 了解高刚度轧机特点，设计530 短应力线高刚度轧机；查阅设计 12 棒材产品的轧制工艺，进行轧机力能参数计算；就计算力能参数进行轧机辊

2、系关键零部件的强度和刚度校核。 1、设计图纸量：7张A1 包括总图、辊系装配图、轴向调整机构图、轴承座和轧辊零件图。 2、设计说明书20000 字（45 页）以上。 3、译5000 字以上英文论文一篇。 1、机械设计专业基础书 2、轧钢机械设计和轧钢设备及工艺等专业书 3、有限元计算相关文献 4、机械设计等工具手册 调研、完成开题报告和 文献综述；方 案设计；产品 工艺设计；绘 制草图。 完成轧机 技术设计；绘制 辊系图；翻译英 文论文。 系装配图、轴向调节机构 图和总图 承座和轧辊零件图；撰写 设计说明书 完善全部图 纸和说明书，答 指导教师：李明职称：副教授 小型材在我国国民经济中需求量很

3、大，2003年我国小型材实际产量约 为4034 万吨。约占钢材总产量的25%。我国中小型轧机1350 余套，数量 居世界第一。这些轧机中90%左右为横列式轧机，技术水平落后，每套轧 机平均年产量不足3 万套。但其总产量是小型材的60%左右。 随着国内钢铁业的发展和钢材市场由卖方市场转变为买方市场，由国 内竞争转变为国际竞争的变化，中小型产品必须做到高质量，高效益，这 样才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，要做到这一点，我们必须充分 发挥以建或在建轧机的作用，在完全消化吸收引进设备的先进即使得前提 下，必须加速对现有横列式轧机的技术改造。因此，作者结合江苏永刚集 团线材分厂的实际情况，参看现有轧

4、机，对530 轧机进行了设计与改造。 近几十年来，轧钢生产的技术进步取得了长足发展，尤其是在型钢生 产方面，H 型钢自由尺度轧制，型钢的多线切分轧制，三辊Y 型轧机轧制 技术的应用和发展，标志着型钢生产已经发展到一个新阶段。 关键词：横列式轧机；H 型钢；小型材 燕山大学本科生毕业设计（论文） II Abstract Small section of Chinas national economy in great demand, in 2003 actual production of Chinas small section of about 40.34 million tons. Ste

5、el production accounts for about 25%. Small and medium-sized mill in China more than 1350 sets the number of the world. These rolling mill in about 90% for the bar mill, technological backwardness, the average annual output per mill less than millionunits. But its output is smallsection of around 60

6、%. With the development of the domestic steel industry and steel market from sellersmarket into buyersmarket, from domestic competition into the changes in international competitiveness, small and medium-sized products must be high quality, high efficiency, so as to in the fierce market competition

7、does not stand lost land, it is necessary to do this, we must bring into full play so as to construction or the role of rolling mill under construction, like found in the complete digestion of the advanced imported equipment even if the premise of the need to accelerate the existing bar mill of tech

8、nological transformation. Therefore, the authors combine wire factory in Jiangsu Yonggang Group, the actual situation, see the existing mill, 530 mill for the design and transformation. Keywords: H-shaped steel bar, small section 目录 III ABSTRACT. II .III 绪论. 1.1钢材生产概况 . 1.2线材产品 . 1.3线材轧机发展 . 1.4线材生产

9、的新技术 . 1.5短应力线轧机 . 轧制力能参数. 2.1机组组成概况 . 2.2机组孔型 . 2.2.1孔型设计原则 . 10 2.2.2 孔型设计 . 13 2.3 第二十一架轧机轧制力的计算 . 15 2.3.1 平均压下量 hm 的计算 . 16 2.3.2 变形抗力确定 . 16 2.3.3 轧件粘度系数 的计算 . 17 2.3.4 外摩擦影响系数m 的确定 . 17 2.3.5 平均单位压力Pm 计算 . 18 2.3.6 轧制力P 的计算 . 18 2.4 轧制时的咬入角、中性角以及前滑的计算 . 18 2.4.1 咬入角 的计算 . 18 2.4.2 中性角 的确定 . 1

10、9 2.4.3 前滑的计算 . 19 2.5 轧制力矩和电机功率 . 19 燕山大学本科生毕业设计（论文） IV 2.5.1 计算前后张力差 . 21 2.5.2 前后张力差对摇臂的倾翻力矩 . 21 2.5.3 确定电机功率 . 21 2.6 轧辊强度的校核 . 22 2.6.1 轧辊的结构特点 . 22 2.6.2 轧辊的尺寸确定 . 23 2.6.3 轧辊的强度校核 . 23 2.7 本章小结 . 26 空间自位性. 27 3.1 轧机轴承短寿损坏及不可靠性 . 27 3.2 轧机轧辊弯曲微尺度等效辊系 . 27 3.2.1 方柱型高刚度轧机 . 28 3.2.2 2050mmCVC 热

11、连轧精轧机 . 28 3.3 KZ 轧机自位性能的实现 . 29 3.3.1 530KZ 型高刚度轧机特点及主要参数 . 30 3.3.2 空间自适应机构原理 . 32 3.4 轴承寿命计算 . 33 3.4.1 轴承寿命的计算 . 33 3.4.2 轧机滚动轴承边界元法简介 . 34 3.5 轧机刚度 . 36 3.5.1 轴承座变形量与轧辊挠度 . 37 3.5.2 拉杆及压下螺母的变形 . 37 3.5.3 球面垫压缩量计算 . 38 3.6 平衡弹簧 . 39 3.6.1 下平衡弹簧的设计计算 . 40 3.7 本章小结 . 41 轧机压下. 42 4.1 轧机压下的种类 . 42 4

12、.2 压下装置的选择 . 42 4.2.1 压下装置传动方案的确定 . 42 目录 4.2.2压下装置的传动参数 . 42 4.2.3 压下装置传动的几何计算 . 43 4.3 压下装置主要零件的强度校核 . 45 4.3.1 最大及额定阻力矩 . 45 4.3.2 锥齿轮强度的校核 . 46 4.3.3 蜗轮强度的校核 . 47 4.4 压下装置指针盘系统 . 48 4.5 本章小结 . 49 轴向调节装置. 50 5.1 轴向调节机构 . 50 5.2 轧辊轴向调节端轴承座重心位置计算 . 51 5.3 本章小结 . 52 轧机操作与维护. 53 6.1 轧机的安装 . 53 6.2 轧机

13、的调整与试车 . 53 6.3 轧机润滑 . 54 6.4 轧机的维修 . 55 6.5 滚动轴承的安装与保护 . 56 6.6 本章小结 . 56 小结 . 57 参考文献 . 58 致谢 . 62 附录1 开题报告 . 63 附录2 文献综述 . 71 附录3 外文译文及外文文献 . 81 绪论1.1 钢材生产概况 近年我国小型、线材生产发展很快，其装备既有世界一流水平的，也 有具有一定水平的国产先进设备，其产品数量和质量有很大提高。在加入 WTO 后，面临着更多的机遇与挑战，相信经过轧钢界的努力会取得更大成就。 我国小型、线材无论在轧机数量上，还是产量上均为世界第1，而且其 产量逐年增长

14、很快。美国同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为17% 5%左右；日本同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为20%与 8%左 右，几年来产量平稳。而我国小型、线材平均增长速度分别为 14.56%与 10.96%，无论是所占钢材比例还是绝对产量均远高于美国与日本。 线材是钢铁产品的重要品种之一，广泛应用于建筑和制品工业，线材 生产的技术进步离不开轧机的发展。目前世界主要产钢国家普遍采用全连 续高速无扭线材精轧机组和控制冷却技术作为线材生产的主要工艺装备手 段，它集中了当代线材生产工艺和设备的新成就。其特点是：高速、单线、 无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化，采用了快速换辊和导卫 装置

15、，其产品特点是盘重大、精度高、质量好。 1.2 线材产品 目前我国高速线材产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、 弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷墩钢、低合金钢等。宝 钢、武钢、马钢、酒钢等还可生产一部分钢帘线。产品规格一般为5512mm 的圆钢或螺纹钢。包钢、武钢、杭钢、马钢等可生产520mm的圆钢，邢钢 还可生产大规格的盘卷。目前我国高速线材产品大多数为建筑用材，其次为 金属制品焊丝、焊条和各类标准件用钢。线材生产的平均成材率为961， 其中唐钢、酒钢的成材率最高达9835；平均单线年产量为40万t左右， 其中天钢、湘钢、宣钢、酒钢、昆钢、沙钢、萍钢的单线年产量均已

16、达65 万t，有的已接近70万t。目前各地正在筹划和正在建设中的高速线材生产线 还有不少，预计2005年至2007年期间将有2630条生产线陆续建成投产，新 燕山大学本科生毕业设计（论文） 增产能将在l000万t以上，这对高速线材产品的将会产生较大影响1.3 线材轧机发展 高速线材轧机的发展主要体现在精轧机组和控制冷却工艺方面的发展， 它提高了线材的产量和质量。现代的高速线材轧机，其终轧速度、产品的产 量和质量，以及各项经济指标都是过去任何型式的线材轧机不能与之相匹配 的。几年来世界各线材轧机主要生产厂家，已将终轧速度提高到110120m s，在实际使用中个别厂家已达140ms。轧机的架数已增

17、加到28架，轧制 坯料可达160mm160ram 以上。一套现代化的高速线材轧机主要由坯料处 理、加热、(粗、中、精)轧、控制冷却、精整运输和计算机控制的电气设备 等各项设备组成。因而，其现代化的先进程度也就体现在上述诸多方面，但 其最主要指标还是体现在终轧速度上。 摩根新式精轧机是当今最具有代表性的高速轧机，自1966年第一台无扭 精轧机在加拿大投产后，摩根轧机的发展已进入第六代，轧制速度由第一代 的43ms发展到120ms。轧线的配置由粗中轧多线有扭轧制发展为单线 全无扭轧制，成品卷重已达2000kg以上。1998年摩根公司推出了面向21世纪 的线材轧制新技术，其核心是在精轧机后配置定径减

18、径机组，全线单一孔 型系列，实现“自由轧制”，产品尺寸范围扩展到中5025mm，定径 减径机组实行在线快速更换，离线检修、设定。进一步将精轧机组由单一电 机集体传动，发展为每两架一组单独传动，实现在线快速更换。轧机控制方 面，将发展粗中轧机孔型自动对中，辊缝自动检测，精轧机尺寸自动反馈调 整系统。 除了摩根轧机外，德国DMS公司的高速线材轧机也是目前国际上技术先 进、具有高生产能力的轧机之一，已在十六、七个国家建成20多条生产线。 我国的酒钢和唐钢就引进了该公司生产的高速线材轧机。 另外，德国SMS公司制造的高速线材轧机主要是摩根型无扭精轧机组， 斯太尔摩控冷线： 主要特点：小辊径、大延伸、成

19、品公差小、精度高、表 面质量好：斯太尔摩控冷线对线材的全长冷却处理，使之获得均匀的组织， 显著提高了线材的拉伸性能。 意大利的达涅利公司已制造了几十套线材轧机，轧制速度最高达120m s。达涅利采用了ESC先进轧制工艺，在粗轧机组中应用了无牌坊轧制新技术，它生产的轧机结构紧凑，轧制程序灵活，快速调定，无扭转轧制，产品 质量可靠。目前达涅利用新研制成功的“高压下定径机组 (HRS M)作为预精轧机组和其后布置的“双模块高速精轧机组”配髓成精轧机组， 简化了孔型系统，减少换辊时间，轧机利用系数提高到90 以上。我国的 南京钢铁厂就引进了达涅利生产的单线HV 配置无扭精轧机组。 我国中小型线材的生产

20、与发达的工业国家相比差距很大，尤其是产品质 量，品种不能适应市场对中小型线材的需求，主要表现在以下几个方面： 横列式轧机数量多，这部分轧机平均产量，大部分不能形成经济规模，导致耗能高劳动生产率低，成本高，经济效益差。 原料断面小，单重低，成材率低，国内横列式轧机的成材率一般为60%80%，而美国可以达到92%，德国则高达94%96%。 车间综合装备水平低，缺乏机械化和自动化。随着国内钢铁工业的发展以及市场竞争的国际化，中小型材产品必须做 到高质量，高效益才能在市场中立于不败之地，要做到这一点我们必须在吸 收引进设备的先进技术的前提下，对现有轧机进行合理化改造，改造原则是： 对一些具有炼钢，连铸

21、设备的企业，要充分发挥本企业的优势，采用可靠的新工艺，新技术，新设备对现有轧机进行全面改造，争取 实现连续化，采用连铸坯，一火成材。 对那些改造连轧有困难，但自身条件较好，具有特色的调坯生产的横列式轧机，要提高轧机的装备水平，采用高刚度轧机，提高产品 尺寸精度，降低能耗，提高产品在市场上的竞争能力，以最低的产 品成本参与市场竞争。 小型材轧机改造要立足于国内设计，改造。燕山大学本科生毕业设计（论文） 1.4线材生产的新技术 20世纪80年代以来，世界新建的小型轧机绝大多数为全线无扭转连续式 轧机。由于机械和电气控制技术的进步，孔型设计的进步，特别是上游连铸 技术的进步，小型线材轧机产生了根本性

22、的变革。现代小型线材轧机的主要 特点是： 设备和布置都比以前大大简化，除合金小线材轧机外，一般小型轧机加热炉前不再复杂的坯料检查和修磨设备； 轧线主轧机平/立交替布置，全线无扭转轧制，粗轧4架，中轧5架，精轧6架的组合成为普通线材小型轧机的标准布置形式； 采用新型轧机，粗轧机多位悬臂式或短应力线式，中轧机则大部分采用高刚度的短应力线轧机； 曾在50年代至70年代流行的双面冷床，被一台高效率的单面步进式冷床锁代替； 10) 除少数合金钢小型轧机外，一般成品的小型轧机已不需要在线探伤 和检查设备；在线矫直和在线飞剪定尺剪切的开发成功，一改70年 代繁杂庞大的线材精整系统，使精整线的设备和面积大大减

23、少，把 线材生产技术推向了一个新的阶段。现在线材轧机的轧制速度提高 到120-140m/s，单线产量达到40-45万t。 1.5 短应力线轧机 提高轧机的刚性是获得高精度产品, 减少轧制废品和工艺事故,稳定工 艺参数, 提高轧机作业率和产品成材率, 尤其是提高轧制速度的必备条件， 提高轧机刚性的最合理途径是尽量缩短轧机应力线长度，为此诞生了一种 新型高刚度轧机短应力线轧机,其发展速度十分迅速, 各种类型的短应力 线轧机纷纷出现。短应力线轧机又称为无牌坊轧机, 是一种高刚度轧机, 在做为型钢轧 机使用时, 它不仅应该具有较高的径向刚度, 而且还应该具有较高的轴向 刚度。目前国内已经研制出多种型式

24、的短应力线轧机如 GY 型,HB 型,CW 型,SY 型,GW 型,DW 其中有代表性的有三种,它们是GY 型短应力线 轧机,HB 型无牌坊轧机,SY 型高刚度轧机。这几种轧机都是参考了瑞典的P-600 型无牌坊轧机, 结合各自不同情况自行研制的, 所以它们主要受力部 份的短应力线结构是相似的, 只在支承方式及某些具体结构上有些不同, 各有其特点。 据悉, 某些短应力线轧机在使用过程中出现了一些问题, 如轧辊轴向 轧机轴向刚度差,对某些厂来说, 轧辊轴向调节量偏小, 轧机调整 不灵活等。这些问题的出现, 原因可能是多方面的, 但最主要的还是结构上 的问题, 如能从结构上改进, 这些问题是不难解

25、决的。 轧机的结构特点及其原理：目前我们称之为短应力线轧机的, 其实就是 无牌坊轧机。这种轧机的结构与传统轧机的不同, 为了取得短应力线的效果, 它去掉了牌坊, 上下辊轴承座直接用四根立柱!丝杠 浮动球绞联结, 构成 平行六面体形状的轧辊组合, 由四根立柱承受轧制力, 当轧辊受力弯曲时, 轧辊轴承自动找正, 减少轴承的边缘压力。立柱的位置紧靠轧辊轴承的外圈, 螺母设置在轴承座应力线上，使得轧辊组合的应力线呈扁椭圆状。此外, 量减少应力线上零件的数量和接触面的数量,加大轧辊平衡力保证接触部 位紧密接触, 使轧机的弹性曲线上初始的非线性段减少。轧机设置了从上面 对上下轧辊进行调节的径向调节机构,

26、把受力的立柱与传动丝杠巧妙地结 合起来, 立柱一端为右旋螺纹,另一端为左旋螺纹, 均与球面端螺母相配合, 螺母与球面垫浮动联结, 形成球绞, 球面垫放置轴承座上, 依靠轧辊平衡力 压紧, 当立柱转动时, 螺母不能转动, 从而使上下辊轴承座沿立柱对称移动, 轧辊分离或靠近, 实现轧辊径向调节。两双蜗轮减速机之间装有离合联轴器, 接通离合联轴器时, 两端轴承座同步移动,断开离合联轴器时, 两端轴承座 单独调节。在轧辊轴承的非传动侧设置有能够承受双向轴向力的止推轴承 机构, 非传动侧轴承座的侧盖与支座立柱相连, 构成了刚度较大的轧辊轴 燕山大学本科生毕业设计（论文） 向调节机构。轧辊轴承采用刚度大精

27、度高的内座圈可拆卸的四列短圆柱滚子轴承,轧制力通过轴承向轴承座的两侧传递到立柱上, 改善了轧辊轴承负 荷的分布, 延长了轴承的使用寿命。轧辊平衡多数采用同步弹份平衡机构, 封闭在轴承座内, 平衡力大小与辊缝无关。对轴向调节盆很小的轧机, 以采用普通的弹黄平衡,把弹簧放在上下辊轴承座之间。 整体轧机（图1）可以拆分为三大部份。 轧辊组合，双蜗轮减速机组， 支座。轧辊组合是轧机的核心, 它包括四个立柱, 上下轧辊轴承座, 螺母和 球面垫及轧辊平衡机构等。双蜗轮减速机组是轧辊径向调节机构的传动装 它包括两台双蜗轮减速机及相配合的联轴器等。支座是轧辊组合的支承部份, 支承它的重量, 同时对轧辊组合起定

28、位作用。 轧辊轴向调节及换辊：短应力线轧机的轧辊调节与传统轧机的不同, 辊的径向调节,如图2所示, 是利用在一根立柱上有正反扣螺纹的方法, 过双蜗轮减速组带动立柱转动,使上下轧辊轴承座对称移动, 实现辊缝调 节。轧辊轴向调节, 如图3所示, 是利用改变轧辊组合平行六面体形状的方 首先,推动上轧辊轴承座, 使立柱少许倾斜,调节上下轧辊的水平方向 的相对位置, 对正孔型。上下轧辊轴向均固定在支座的立柱上。轧辊的换辊, 是采取轧辊组合或者整台轧机成组更换方式, 轧辊组合在轧辊间利用专门 设备, 按要求进行予装和予调, 因此大大简化了在线调整工作 目前短应力线轧机的轧辊轴向调节量都比较小,一般取23m

29、m。因 为这种轧机的制造及装配精度比较高, 轧辊轴承又采用了滚动轴承, 轧辊 组合进行予装及予调,所以当轧辊组合装入轧机的支架后勿需更多的调整。 轧辊轴向调节量2-3mm就足够了。但我们目前情况是轧机制造厂家很多, 水平高低不齐。使用厂家更多, 有的条件很差, 一时还不能适应短应力 线轧机的要求。目前为了便于在我国更广泛地推广使用短应力线轧机, 应该 适当地增大轧辊轴向调节量。 双蜗轮减速机组是轧辊径向调节机构的传动装置是由两台双蜗轮减速 机及其联结组合而成。双蜗轮减速机是由一个蜗杆同时与两个蜗轮相啮合的 减速机, 其结构与一般的蜗轮减速机相似, 为了同时向四根立柱输入转矩, 必须用联轴器把蜗

30、杆轴联结起来。蜗轮输出端与四根立柱的联接方式, 以及 两蜗轮减速机之间的联连方式须要根据立柱机构的动作原理确定。 短应力线轧机的轧辊平衡, 是用来消除球面垫与轴承座, 球面垫与螺 母球面端及立柱与螺母螺纹之间的间隙。为了能够有效地消除这些间隙, 证轧机的刚度,轧辊平衡力的选取比通常要大些, 取轧辊平衡力为被平衡 重量的两倍。短应力线轧机的轧辊平衡, 一般是采用弹簧平衡, 同步弹簧平 衡或简单弹簧平衡。同步弹赞平衡整个机构放置在轴承座内, 弹簧放在支承 垫板与轴承上压盖之间, 支承垫板与立柱之间为螺纹联接, 与球面端螺母 燕山大学本科生毕业设计（论文） 同移动。上压盖用螺栓把合在轴承座上,平衡重

31、量经过弹簧通过支承垫板传 递到立柱上。轧辊径向调节时, 转动立柱时支承垫板与轴承座同步移动, 持弹簧压紧力不变,从而使轧辊平衡力保持不变。 短应力线轧机做为型钢轧机使用时,它的轴向刚度是一项重要指标。轧 机的轴向刚度应该是综合性的, 它包括轧辊轴必要的串动量和轧机的轴向 受力系统弹性变形量的总和。短应力线轧机在轧辊组合的非传动侧装备有足 够双向支承受力的止推轴承组,利用轴承压盖做为受力件, 直接支承在支座 的立柱上, 轧制时上下轧辊轴向力相反, 共同作用在支座的立柱上, 一辊拉构成了轴向力的短应力线。在横列式轧机上选用短应力线轧机时,成品前各架次轧机轴向力的支承, 受到轧机布置的限制, 支承点

32、不可能放 在轧辊轴线上, 一般是采用悬臂支承机构, 这种支承刚性比较差, 影响轧 机的轴向刚度。据了解有些单位的短应力线轧机的轧辊轴向串动量达到了 0.3mm。这么大的轴向串动是不正常的, 但是轧辊轴向串动量为0也是不容易 办到, 串动量大的原因很多, 有制造上的原因和装配上的原因, 最主要的 还是结构上的原因。为了减少轧辊轴向串动, 提高轧机的刚度, 首先是正确 选择止推轴承, 其次是轴承部件结构组合。在保证受力条件之下,选择那些 结构简单, 便于调整, 必要游隙小的止推轴承, 在结构上保证能够调整轴 承间隙,便于调整间隙, 为加强支承的刚性, 可以改变单侧悬臂支承为双侧 悬臂支承。轧辊轴承

33、的零部件要保证加工袋配精度, 在装配轴承时要仔细而 精确进行调整, 保证其最小必要的间隙, 在经过使用磨损以后, 还可以重 复进行调整, 使轧辊具有最小的轴向串动 轧制力能参数2.1 机组组成概况 本套轧机机组共有21 架轧机组成，其中第一架轧机至第四架轧机为粗 轧区，第五架轧机至第九架轧机为中轧区，第十架轧机至第十五架轧机为 预精轧区第十六架轧机至第二十一架轧机为精轧区。整套连轧机组的布置 形式为水平辊立辊水平辊交替布置，应用此种布置形式，可以较大幅 度的提高轧制速度，避免了在轧制过程中对轧件的扭转翻钢，在该机组中， 最后一架轧机（21）的轧件出口速度可以达到31.7m/s。这样，就可以大 大缩短轧制周期，为提高生产率、提高经济效益奠定了坚实的基础。 本套连轧机组的坯料为mm，在加