轧钢机机架设计ppt课件

1、,1,现代机械装备设计,（上）,王重阳,1,2,第四章 轧钢机机架,内容：机架类型及结构、机架主要参数、机架强度计算、 闭式机架变形计算、机架材料与许用应力,掌握：机架特点、主要参数,机架强度计算、闭式机架变形计算,学时：1,2,3,第一节 机架类型及主要结构参数,轧机机架是轧机工作机座中尺寸和重量最大部件，其重 量占整个工作机座的4550%。轧件作用于轧辊的全部轧制 力和水平方向张力、惯性冲击及轧辊平衡装置中平衡力等最 终都为机架所承受。机架受力后所产生的变形直接影响轧件 尺寸精度，因此机架必须具有足够的强度和刚度，另外结构 便于拆卸和换辊。正确计算和设计机架是十分必要的，安全 系数n=10

2、15，机架是机座中最重要部件。,3,4,一、机架类型 根据轧钢机形式和工作要求分为：闭式机架、开式机架、 焊接机架、组合机架 机架形式,a.闭式机架,b.开式机架,c.焊接机架,d.组合机架,4,5,1、闭式机架：具有很高强度和刚度,主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机；,对于某些小型型钢和线材轧机，为获得较好轧件质量，也采用 闭式机架；另外多辊轧机、钢管轧机、矫直机等均采用闭式机 架。,换辊，沿轧辊轴线方向从机架中抽出或者装入，需要用专,用换辊设备进行换辊。,下面看实体结构：,5,6,操作侧,机架,6,7,传动侧,机架,7,8,机架 装配,8,9,机架辊系,装配,9,10,2、开式

3、机架：有机架立柱和上盖两部分组成。,主要在横列式型钢轧机或者线材轧机上，轧辊从机架上方,吊出或者装入。,见书图5-2 几种常见开式机架结构（邹家祥）,10,11,螺栓连接,结构简单、但螺栓较长，变形 较大，机架刚度低，换辊拆卸 费时,立销连接,换辊比螺栓较方便， 其他特点一样,11,12,套环连接 换辊较方便，刚 度有所改善,圆销连接 结构简单，圆销在冲击 力作用下容易变形，拆 卸困难，刚度较大,12,13,斜楔连接,与上述各开式机架相比具有以下优点： 上盖弹跳小，由于连接件少，变形小 连接件结构简单，连接坚固 机架立柱横向变形小 换辊方便,具有较高刚度故称之为半闭式机架,综上所述：开式机架刚

4、度低，影响机架刚度和换辊速度的主,要是上盖的连接方式,13,3、机架的结构,虽然机架的形式很多，但它们具有很多 共同特点，一般机架设计时要考虑以下 问题： 机架上方中部镗有装压下螺母的孔， 间隙配合,机架立柱中心线与轧辊轴承座中心线 重合，对于经常压下情况，立柱内侧装 有滑板,立柱外侧装有轴向固定装置 对现代化轧机，为换辊方便，弯辊缸 放在机架上，在机架内侧增加附加支座 14,增加,凸台焊接 或者螺栓 固定,14,15,二、机架主要结构参数,机架主要结构参数：窗口宽度B、高度H、立柱断面尺寸,机架结构,15,16,1、机架窗口宽度B：根据轴承座尺寸确定 a 对于二辊轧机 闭式机架：B稍大于轧辊

5、最大直径，便于换辊 开式机架：取决于轴承座的宽度，从上方吊走轧辊 b 对于四辊轧机：闭式机架 B传动侧=（1.151.3）D2（支撑辊直径） B操作侧=B传动侧+(510) 便于换辊 或者B=BZ+2S,式中,BZ支撑辊轴承座宽度,S窗口滑板厚度，一般S=2040,16,17,2、窗口高度H 窗口高度取决于轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端 长度、轧辊数目、辊身直径、轴承座径向尺寸以及换辊要求等。 H=H1+H2+H3+S1+S2,式中,H1两个（或者四个）轧辊接触时上下轴承座之间,最大距离 H2安全臼（或者球面垫）或测压元件的高度 H3下轴承座垫板厚度 S1轧机换辊时最大开口度 S2机架窗口

6、高度余量，一般S2=150250 对于四辊轧机：,H=（2.63.5）(D1+D2) 其中D1、D2分别为工作辊、支撑辊直径,17,18,轧机类型 开坯机 其他轧机 四辊轧机,备注 按支撑辊辊颈计算,轧辊材料 铸铁 普碳钢 铬钢 合金钢轧辊,比值F/d2 0.60.8 0.70.9 0.81.0 1.21.6 1.01.2,3、机架立柱断面尺寸：立柱应具有足够强度和刚度 根据强度条件确定机架立柱断面尺寸。 由于作用在辊颈与立柱中的力相同，而辊颈强度近似与其 直径平方成正比，故机架立柱断面积与辊颈直径平方有关。 设计时，可根据F/d2的经验数据确定机架立柱断面积， 再进行强度效验，见表4-1。

7、机架立柱断面积与d2关系,18,19,机架立柱断面尺寸对机架刚度影响很大。板带轧机为提高 轧件轧制精度，有逐渐增大立柱断面的趋势。 四辊厚板轧机立柱断面尺寸增至900010000cm2，刚度 700800t/mm； 四辊热轧带钢轧机立柱断面尺寸增至700008000cm2，刚 度625t/mm； 四辊冷轧带钢轧机立柱断面尺寸增至60007000cm2，刚度 600t/mm；,立柱断面形状有以下几种形式：,正方形,长方形,工字形,I最大安装 滑板方便,T形,轧制中 心线,19,20,三、机架结构特点 1、闭式机架 1700热轧带钢连轧机精轧机座的机架,1.轨座 6、8键,2、12.机架 3、10

8、、13螺栓 4支承辊换辊小车 7滑板 9箱型横梁 11支承辊轴向压板 14测压仪,5横梁 15下横,梁,20,21,图4-3所示,a.由两片机架2、12组成,b机架上方通过横梁9用12个M64螺栓10连接，并用键8定位 c.机架下部则通过两个横梁15用16个M64螺栓13连接,d.横梁5是支撑辊小车4的轨道底座，用16个M56螺栓与机架 下部连接，并用键6定位,e.横梁5中装有4个液压缸，升降成套轧辊组件，小车4与机架 下横梁间装有测压仪14,f.换辊侧，立柱上装有支撑辊固定压板11,g.整个机架用8个M150螺栓固定在轨座1上，两个轨座1用8个 M130地脚螺栓固定在地基上,此轧机正常轧制力

9、25MN，考虑轧制不锈钢或者发生卡钢,事故等，每片机架按照承受20MN载荷设计。,21,22,上述机架结构特点： 机架窗口高度H与宽度B的比值达3.75，比一般轧机大 机架立柱断面采用近似方形，为节省金属，立柱宽度900， 厚度720，断面积6440cm2 立柱内表面装有45滑板，防止磨损 换辊侧，机架窗口比传动侧大20 机架采用ZG35，焊接性能好，每片机架重130t，机架高 9250，总宽度3510 机架窗口底部圆角半径R，如图4-3所示,半径R=150,半径R=200,双半径R1=150 R2=100,22,压下螺母镗孔圆角R,现代化轧机，机架窗口内侧有附加凸台，安装上支撑辊、 工作辊液

10、压缸 23,第一种方案,第二种方案,第三种方案,23,24,650大型型钢二辊轧机工作机座 1斜楔 2定位销 3双头螺栓和撑管 4铸造横梁 5起吊用中心销,6侧支撑面,7凸出部分,8耐磨滑板,2、开式机架 目前应用较多的是斜楔连接，图4-4,24,25,结构特点：,由两个U型架3、12和一个上盖组成，用1：50斜楔4连接 上盖1与U型架立柱用销轴2轴向定位,上盖与U型架都装有安装压下、压上装置的齿轮壳体 由于中辊轴承座采用H形瓦架，上盖下部开有燕尾槽，便,于安装H形瓦架,U形架立柱上装有支撑中辊轴承座的凸台 与下辊轴承座接触机架侧装有滑板7 机架采用ZG35,U形架下部通过中间梁10用螺栓连接

11、，U形架上部通过横,梁6和拉紧螺栓5连接,整个机架用8个M72螺栓固定在地脚板上,25,26,650型钢机架,1机架上盖 2定位销轴 3U形架 4 斜楔 5拉紧螺丝 6铸造横梁 7凸台 8上鞍形垫板 9下鞍形垫板 10中间梁 11销子 12牌坊,26,27,3、轨座结构,机架安装在轨座上，轨座固定在地基上。,轨座要保证机座安装尺寸精度，并承受机座重量和倾翻力 矩，轨座安装必须准确，并且具有足够的强度和刚度。 大型轧机，一般轨座采用与机架相同材料 小型轧机，则往往采用铸铁,介绍常用几种轨座形式：,27,28,单轨座 具有矩形支撑面轨座,两个轨座铸造在一起 型钢轧机轨座 用斜楔连接轨座,轨座形状与

12、其机架地脚连接形式,1机架地脚,2销钉,3轨座,4垫圈,5、6上下斜楔,28,29,第二节 机架强度和变形计算,主要介绍闭式机架和开式机架强度计算，介绍闭式机,架的变形计算,29,30,轧钢机机架强度和变形计算，一般采用如下步骤：P94,1、将机架结构图简化成为刚架，即以机架各断面的中性轴连 线组成框架，近似处理成直线或者规整的圆弧线段，并确定 断面位置,2、确定静不定阶数，如闭式机架是三次静不定，简化模型降 低阶数，为一次静不定,3、确定外力大小及作用点,4、根据变形谐调条件，用材料力学方法求解静不定力哥力矩,5、根据计算截面面积、惯性矩、中性轴线位置和承载情况， 求出应力和变形,30,31

13、,一、闭式机架确定计算 P94,为便于计算，作如下简化：,每片机架在上下横梁中间断面处，有垂直力R作用，且大小,相等，方向相反，作用在同一条直线上；,机架沿窗口垂直中心线对称，且不考虑上下横梁惯性矩不同,而引起的水平内力；,上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的，即机架变形后，,机架转角仍保持不变,根据上述假设，机架外负荷、几何尺寸与机架窗口垂直 中心线对称，将机架简化为立柱、上下横梁的中性轴组成的 自由框架，即沿窗口垂直中心线剖开，作用有R/2和静不定力 矩M1：,31,32,机架计算简图及弯矩图,中性轴,32,33,求解静不定力矩M1： 对于I-I断面，转角 等于0，按照卡氏定理，即由M1

14、引起,的转角,：,式中,xI-I截面与计算截面间机架中性线长度 机架计算截面上的弯矩 惯性矩,由图可知：,式中,y垂直力相对于计算截面的力臂,33,34,将代入式得到：,所以：,34,35,a.对于简单矩形断面：可将其简化为矩形框架,35,根据以上公式计算M1：,式中,l1、l2机架横梁、立柱中性线长度,I1上横梁惯性矩 I2立柱惯性矩 I3下横梁惯性矩 积分后得到： 36,36,37,假设上下横梁惯性矩相同，即I1=I3,立柱上弯矩M2：,由此可见：减少立柱惯性矩I2和增大横梁惯性矩I1，可以部分 减少立柱弯矩M2,37,38,b.对于复杂断面：将机架分成若干段，进行求和,用图解法求力矩M1

15、,38,39,c.求机架应力 横梁：内侧压应力： 外侧拉应力： 立柱： 内侧拉应力： 外侧应力：,式中,机架横梁内外侧断面系数 机架立柱内外侧断面系数,F2立柱断面积,39,40,d.机架立柱断面积选择 根据力矩分配条件，找到立柱断面积选取原则，常见立柱 断面积形状：矩形、长方形、工字型、T形 设计机架，根据轧机类型、受力特点及制造条件等确定断 面积形状。,断面形状与力矩关系,40,41,对于宽度较大二辊轧机，即l2/l1=1，特别是水平力较大轧机， 由于M2较大，要求I2大，选择惯性矩较大工字钢,对于窄而高闭式轧机，即l2/l1=2，水平力不大，M2较小，要 求I1大，可选择惯性矩较小的近似

16、正方形断面，一般实际选择 矩形断面,41,二.闭式机架变形计算,机架弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱拉伸变形组成， 影响轧件断面尺寸精度。 由于横梁的断面尺寸较其长度是很大的，应考虑横梁在横 向切力作用下变形。,机架的弹性变形,：,由拉力引起立柱拉伸变形 由切力引起横梁弯曲变形 由弯矩引起横梁弯曲变形 42,增加,42,43,a.首先计算：,由卡氏定理可知，两个横梁的弯曲变形 横梁受力图,43,44,因为： 所以： 积分后得到：,式中,E机架弹性模量 横梁惯性矩 立柱力矩 横梁中性轴长度 R横梁上作用力，钢板轧机R=P/2,44,b.计算由切力引起横梁弯矩：,由卡氏定理或者莫尔积分计算,F1

17、横梁受力图 45,45,46,式中,G机架剪切弹性模量 K断面系数，对于矩形断面，K=1.2 F1横梁断面积,因为： 所以： 积分后得到：,46,47,c.立柱拉伸变形：,立柱受力图,47,48,机架变形：上述三项之和,为：,对于钢板轧机：机架允许 冷轧机： =0.40.5 四辊热轧机： =0.51.0,机架变形：,48,49,三、开式机架强度计算 P91 轧制时，轧辊受到垂直力R的作用，机架立柱上部向窗口 内侧变形，将夹紧上辊轴承座（轴承座与机架窗口一般采用 间隙配合），以T表示轴承座作用于机架立柱上的反作用力 （水平方向）。,T可根据立柱挠度f等于轴承座和立柱间隙,确定,49,50,二辊开

18、式机架计算简图,50,51,开式机架内力图,a.弯矩图 b.轴力图c.切力图,51,52,a.T力作用下弯矩图,b.R力作用下弯矩图,52,53,按照卡氏定理：,立柱：,横梁：,立柱的挠度由立柱和横梁的弯矩引起的变形，即：,53,积分化简得到：,式中,R作用在一片机架上的轧制力,下横梁、立柱惯性矩 轴承座与机架立柱之间的间隙 下横梁长度 注意：T只能为正或者零，不能为负。如果T是负的，即f小于 ， T是不存在的。 54,54,55,下面计算立柱和横梁中的应力：,立柱的应力计算：按照T最大条件，即 横梁应力计算：按照T=0计算,下横梁最大弯矩：,立柱最大弯矩：,55,56,立柱内表面应力：,立柱外侧应力：,立柱受力图,56,下横梁内表面应力：,M1,下横梁 下横梁外侧应力： 57,57,四、机架材料和许用应力 机架材料一般采用：ZG260500，含碳量为0.250.35% ， 机架是轧钢机中最重要和最贵重零件，要求有较大强度， 安全系数n不小于10。,对于ZG260500，,采用以下数值：,对于横梁： 对于立柱： 58,58,为防止机架过载破坏，轧辊断裂时机