【《森吉米尔二十辊轧机辊系受力探析计算过程案例》4000字】

森吉米尔二十辊轧机辊系受力分析计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u9493森吉米尔二十辊轧机辊系受力分析计算过程案例 1177211.1辊系布置 1212211.2轧机辊系参数 215471.3静压时的辊系受力 394141.4轧制过程中的辊系受力 4312291.4.1轧辊各接触点上作用力的方向 562281.4.2轧辊各接触点上作用力的大小 732751.4.3轧机传动力矩 1011841.4.4总轧制力计算 1147121.4.5辊系各分力的计算 13272431.4.6传动力矩计算 19314221.4.7计算机计算程序框图 19274921.4.8轧制力计算程序以及计算结果 211.1辊系布置辊系作为二十辊轧机的核心部件是高精度部件，用于轧制带材成形。其中2根工作辊用来进行轧制，4根带锥度的第一中间辊控制带钢边部板形，通过液压缸进行横向移动。第二中间辊数量为6，其中有4根称为传动辊，通过齿轮分配箱和连轴器与电机连接，辊子前端安装有止推轴承，后端与传动轴星形连接。另外2个是情辊，前后都装有止推轴承。背衬辊有8根，分别称为A、B、C、D、E、F、G、H，其中：B、C背衬辊有两个偏心环，大的偏心环是通过2个液压缸驱动与辊子前端齿轮捏合的齿条来实现进行压下调节。小的偏心环是通过5个液压缸驱动B、C辊中间凸度齿轮进行凸度调节。A、D、E、H背衬辊通过偏心调节轧机辊系。偏心调节通过电机马达来实现。F、G背衬辊用来调节轧制线高度。通过液压缸来驱动与辊子前端齿轮啮合的齿条来实现。二十辊轧机是呈叠加式塔形布置的，上下对称结构，如图3-1所示。ab图3-1辊系塔形布置a、b1.2轧机辊系参数工作辊：2根；直径：16mm（公称直径）；材料：高合金锻钢辊面；长度：280mm；辊面硬度：62~64HRc。第一中间辊：4根；直径：29mm（公称直径）；材料：高合金锻钢；辊面硬度：56~58HRc。第二中间辊：6根（2根惰辊和4根传动辊）；直径：51mm（公称直径）；材料：高合金锻钢；辊面硬度：58~60HRc。B、C背村辊：B、C辊各一根；芯轴直径：40mm（公称直径）；芯轴材料：31CrMov9；鞍座数量：每个轴5个；鞍座固定：手动；轴承类型：2列圆柱滚子轴承；数量：每根轴4个；润滑方式：穿过轴心的轧制油。A、D、E、H背衬辊：A、D、E、H辊各一根；芯轴直径：40mm；芯轴材料：31CrMoV9；鞍座数量：每个轴5个鞍座；固定：手动；轴承类型：2列圆柱滚子轴承；数量：每根轴4个；润滑方式：穿过轴心的轧制油。F、G背衬辊：F、G辊各一根；芯轴直径：40mm；芯轴材料：31Crlov9；鞍座数量：每个轴5个；鞍座固定：手动；轴承类型：2列圆柱滚子轴承；数量：每根轴4个；润滑方式：穿过轴心的轧制油。1.3静压时的辊系受力静压时轧辊辊系受力如图3-2所示。图3-2静压时辊系受力由于轧机的塔形辊系分布，辊系所受的轧制力为P，辊间接触力的大小分布如图3-2所示，各辊之间的计算公式：(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)其中，P是轧制力，P1、P2、P3、P4、P5、P6是各辊间压力，其余各角是辊间压力与水平线的夹角，如图3-2所示。1.4轧制过程中的辊系受力本次计算得轧制工艺参数如表3-1所示：表3-1轧制工艺参数由于二十辊轧机辊系呈上下对称分布，上部十个辊系和下部十个辊系相似，除背衬辊B、C和背衬辊F、G不同外，其余都是基本相似的，受力分析基本相同，所以在分析的时候，只需要取上工作辊的十各辊系进行分析。辊系的一些基本直径尺寸相同。在计算过程中，方便计算，取＝、＝＝、＝＝＝。图3-3静压时辊系受力1.4.1轧辊各接触点上作用力的方向作用在背衬辊上的作用力的方向求解第二中间辊4与背衬辊7之间的作用力为，力与辊4、辊7的连心线之间的夹角用下式确定：(3-7)同样，背衬辊和第二中间辊的接触点上作用力计算：(3-8)(3-9)(3-10)(3-11)(3-12)因为角很小，近似等于1，因此可以认为=，所以：(3-13)(3-14)作用在工作辊上的作用力的方向根据力矩平衡条件，可知：(3-15)为简化计算，取，则：(3-16)作用辊5上力的方向根据力矩平衡条件，可知：(3-17)为简化计算，取，，则：(3-18)作用在第一中间辊上作用力的方向根据力矩平衡条件，可知：(3-19)则：(3-20)同样：(3-21)则：(3-22)1.4.2轧辊各接触点上作用力的大小工作辊上的作用力、根据受力分析，把力、垂直投影到的方向上，则得到：(3-23)因为、在力的垂线方向上的投影应彼此相等，所以：(3-24)解方程式3-23、3-24得到：(3-25)将式3-25代入3-23得到：(3-26)整理得：(3-27)(3-28)支撑辊上的作用力、 根据力平衡条件，把力、投影到力的方向上，得到：(3-29)因为力、在力的的垂线方向上的投影应彼此相等，所以：(3-30)解方程式3-29、3-30得：(3-32)将式3-32代入3-29得到：(3-33)(3-34)(3-35)支撑辊上的作用力、 同样，根据辊6力的平衡，解方程得到：(3-36)(3-37)支撑辊上的作用力、同样，根据辊5的平衡，解方程得到：(3-38)(3-39)解方程3-38、3-39得：(3-40)将式3-40代入3-38得：(3-41)为简化计算，取，，则：(3-42)(3-43)(3-44)作用力作用在辊5上的作用力用和来表示，辊5是二十辊中的第二中间辊，是惰辊，不起传动作用，只是起到支撑传递受力的作用，力是力和的合力的大小，受到的合力与辊1、辊5之间的连心线的夹角大小为，受力分析如图3-4所示图3-4非传动第二中间辊受力图因为、，因此：(3-45)由图中可见：(3-46)因为：(3-47)所以：(3-48)(3-49)作用力、根据辊2的力受力，可得到：(3-50)(3-51)解方程式3-50、3-51得到：(3-52)(3-53)作用力、根据辊3的受力条件，解联立方程得：(3-54)(3-55)1.4.3轧机传动力矩辊4及辊6是在辊系中主要起传动的作用，在传动的过程中，带动其它辊系转动工作，辊4的传动力矩为，辊6的传动力矩为，所需总传动力矩为：(3-56)传动力矩根据已知的辊4的受力分布，由力矩平衡条件列出方程式，求得传动力矩的大小为：(3-57)将上述式子代入方程式整理的：(3-58)传动力矩(3-59)同样，将式子整理得到：(3-60)总传动力矩将及代入式并整理得到：(3-61)1.4.4总轧制力计算由于冷轧薄板的厚度较小，而且在轧制过程中会受到弹性变形，所以，通常计算复杂，公式繁琐，因此，大多数的计算都是采用斯通公式来进行的，根据经验公式来进行粗略计算下：(3-62)式中K—平均变形抗力，MPa，其计算公式为：(3-63)、—轧制前、后屈服强度（MPa）；—轧件的平均厚度，mm，其计算公式为：、—分别为轧制前、后的轧件厚度，mm；—平均单位张力，MPa，其公式为：(3-64)、—轧件进出口的单位张力，Mpa；C—应力增强系数，随而变，其计算公式为：(3-65)f—摩擦系数，查图3-5得到。l—由于轧制过程中相互接触，弹性压扁后，轧辊的弧长水平投影，mm，其公式为：(3-66)并令：—轧辊材料的泊松比；E—轧辊弹性模量，MPa；R—轧辊半径，mm。对于钢轧辊，取，，所以：(3-67)(3-68)将两上式并乘以得：整理化简后得：(3-69)将式子代入得：(3-70)根据所计算的l值，即可计算出平均单位压力：(3-71)总压力即轧制力则为：(3-72)式中：B—轧件宽度，mm。1.4.5辊系各分力的计算根据辊系受力得：、的合力为：(3-73)、的合力为：(3-74)根据以上公式可以看出，上式各力得求解均与角度有关，所以代入辊系得几何角度值，就可以求出辊系得各力大小。有关几何角度的确定计算背衬辊中心线位置，已知轧机的整体式结构与梅花孔的分布，以此确定辊系的位置分布，背衬辊位置分布，可以的到轧机各辊的定位尺寸位置，第一、二中间辊以及工作辊以此确定。背衬辊是通过鞍座扇形片固定在机架上，所以其定位要根据机架梅花孔的位置来确定。根据背衬辊几何结构，对辊系在压下过程中，其偏心环得偏移量与压下角度的关系，偏移量与压下进程进行计算。轧辊几何关系如图，如图3-6所示。图3-6轧辊几何关系图(3-75)(3-76)(3-77)(3-78)(3-79)(3-79)(3-80)(3-81)轧制力、夹角、力臂轧机的轧制力，以及其夹角、其力臂，根据轧制的方向和轧制力的大小得，张力大小的变化，如图3-7所示：(3-82)图3-7轧辊几何关系图式中：—工作辊直径；—考虑轧制过程中，由于挤压，所引起的辊系的变形，弹形变形的弧长的水平投影值为：(3-83)式中：X—表示板带在轧制前和轧制后所具有的张力的大小差值的一半。即：、—分别为轧机前、后张力；(3-84)当时：(3-85)当时：(3-85)—工作辊半径；轧制力臂。摩擦圆半径、滚动摩擦力臂m二十辊轧机具有8个背衬辊，每个背衬辊均具有背衬轴承，由于在轧制过程中背衬轴承自身摩擦力的存在，所以，将会产生力矩，使其产生的合力发生微小的偏移，导致它不能通过轧辊的中轴线，而是只能与它本身的产生的摩擦圆相切，所以，可以以此计算值的大小为：(3-85)(3-85)式中：—摩擦圆半径；—轧辊轴承的摩擦系数；—轧辊轴承的直径（滚柱中心）。因此：(3-86)二十辊轧机的辊系呈层状分布式，所以各层轧辊之间相互接触摩擦，并切通过摩擦来进行传动，在其相互接触的面上，将会产生一定大小的滚动摩擦，摩擦力臂的大小受到接触长度的关系的影响，其值的大小可以根据下式进行计算：(3-87)式中：—不对称分布系数，是由于轧辊之间接触分布不均匀所引起的；c—两个轧辊间的扭曲段长度值。对于冷轧机，可采用K=0.1。(3-87)式中：、—接触的两个轧辊的材料的弹性模量；、—接触的两个轧辊的半径；—轧辊辊身长度；—轧辊上的轧制力。因此：(3-88)各受力的方向角根据辊受力分析，各分力的方向角为：并且：并且：并且：可以得到：(3-89)(3-90)(3-91)(3-9