1、摘 要 I 摘 要 现代板生产工艺在四辊可逆轧机中成为主要的机型，其工作原理是使工件通过 2 个相对旋转的轧辊产生加工压力，产生塑性变形。针对现有济钢和首钢 3500中厚板轧机，通过辊系的微尺度等效杆系分析，消除普通四辊轧机暴露出的一些弊端，设计较高性能的四辊可逆式 3500 轧机；选择计算轧机的力能参数，设计轧机结构，计算主要结构参数。 本次设计对四辊可逆轧机主传动系统进行设计分析，研究，计算，阐述了板轧机的历史发展以及国内外轧机的发展，确定坯料、轧制特点、主传动机构的组成、机架形式、轧制速度、轧辊的结构特点、轴承形式、润滑 形式及经济性和环保性。首先对主传动系统力能参数进行了计算，包括轧制
2、力、轧制力矩和主电机功率的计算及校核，其次是主要零件强度的计算，如轧辊、轴、轴承、机架。然后对系统的润滑进行分析和讨论并对本次设计中的经济性和环保性进行了详细的分析和论述。最后进行了数据的整合。 关键词 中厚板；闭式机架；轧辊；轧制力 Abstract II Abstract Modern plate production technology in four roller reversible rolling mill become the main models, the working principle is to make the workpiece through the 2 re
3、lative rotation of the roller to produce processing pressure, produce plastic deformation. In view of the existing Jinan Iron and steel and Shougang 3500 plate mill, through and micro scale equivalent linkage analysis, eliminate the common four rollers mill exposed some drawbacks, design high perfor
4、mance of four roller reversible of 3500 mill; selection and calculation of rolling force and energy parameters, design the structure of the rolling mill, main structure parameters. The design of four high reversible rolling mill main drive system design and analysis, study, calculation, expounds the
5、 plate mill of historical development and rolling mill at home and abroad development, determine the structural characteristics of blank, rolling characteristics, the main transmission mechanism composition, mount, rolling speed, roll, bearing, lubrication form and the economy and environmental prot
6、ection. First, the main drive system parameters were calculated, including rolling force, rolling torque and the main motor power calculation and check, followed by the main parts of the calculation of strength, such as roll, shaft, bearing, rack. Then the lubrication of the system is analyzed and d
7、iscussed, and the economic and environmental protection in this design are analyzed and discussed in detail. Finally, the integration of the data is carried out. Keywords plate,rolling: rolling force,:rolling mill 目 录 III 目 录 摘 要 .I Abstract. II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 中厚板轧机类型及发 展 . 1 1.2 国内外轧钢机械的发展状况 . 2
8、第 2 章 轧机主传动方案及基本参数 . 6 2.1 轧机主传动方案设计 . 6 2.2 基本参数 . 8 2.2.2 轧辊形状及尺寸的确定 . 9 2.2.3 轧辊传动端及轧辊速度的 确定 . 10 第 3 章 轧制力能参数 . 12 3.1 轧制过程变形区及其参数 . 12 3.2 轧机的负荷图及电机功率 . 17 第 4 章 轧辊校核 . 21 4.1 强度校核 . 21 4.2 工作辊与支撑辊间的接触应力 . 22 第 5 章 滑动轴承、机架校核 . 25 5.1 滑动轴承校核 . 25 5.2 机架校核 . 27 5.3 机架应力及变形校核 . 33 第 6 章 可行性分析 . 36
9、 6.1 经济可行性分析 . 36 6.2 环保性分析 . 37 结 论 . 39 参考文献 . 40 谢 辞 . 41 1 第 1 章 绪论 中厚板板轧机是用于轧钢设备的轧钢设备，在国 民经济各部门都有广泛的用途。它主要用于制造运输工具（如汽车、拖拉机、船舶、铁道车辆、航空航天机械等）、钢铁机械部件，如各种储存容器、锅炉、桥梁等工业结构件、管道和一般机械产品。 1.1 中厚板轧机类型及发 展 生产中板的轧机型式很多。 根 据框架主体分类 ,可以分为两个滚筒 ,四辊、复合 ,几种通用类型。框架布局来分类 ,可分为单站、并列式和柱式、等的规格一般板轧机名义长度根据工作辊辊表面 ,如 2300 毫
10、米 ,2300 毫米和 5500 毫米。当前世界最大的一个是 5500 毫米轧机。像其他轧机 ,板轧机包括工作基础和传动装置 ,框架主要 包括轧机机架、轧辊系统 ,平衡系统 ,压力装置 ,换辊装置。传动装置组成 ,大型电机和缓慢 ,由于汽车生产技术的发展在现代板轧机通常由电动机直接驱动。 轧机的产生和发展经历了数百年 ,十九世纪中叶美国开始使用三辊劳特中板轧机 ,进入 1950 年代后 ,中国建立了 20 多套三辊劳特式轧机用于中板生产。从1980 年代开始 ,每个企业技术改造 ,用四辊可逆式中厚板板轧机取代。经历了一百年的三辊劳特式轧机退出了历史舞台。四辊可逆式成为现代板生产的主要模式 ,主
11、要是由于大型直流电机和控制系统制造技术的发展 ,解决了可逆式轧机的拉高扭矩。近 30 年 来 ,大功率变频技术的发展和轧机传动取代了直流系统。历史 ,曾经蒸汽机往复轧制电力拖动钢铁厂。早在 1890 年 ,中国的 2450 毫米板轧机的蒸汽引擎驱动。从汉口机搬到重庆在抗日战争期间 ,自 1980 年代以来一直运行 ,使用了百年之久。 在现代中厚板板轧机越来越倾向于大型化、自动化 ,以满足钢板的需求控制轧制技术 ,可以生产高强度合金板。电子计算机的应用使得磨机提高了自动化程度 ,制板厂普遍采用液压 AGC(钢板厚度自动控制系统 ),中厚板精度 ,提高生产效率。 随着市场经济的发展 ,追求高质量、
12、高品种、高效益厚板轧机将成为未来的发展 方向 ,与宽厚板为主 ,高强度 ,提高轧制力和主传动电动机的容量 ,改革与革新的重点是 : （ 1） 为了保证一致性的板坯加热、轧制钢板的尺寸和性能均匀 ,新建的加热炉都采用步进式加热炉 Abstract 2 （ 2） 放弃三辊粗轧机的使用 ,以四棍轧机取代粗轧机 ,发挥出四棍轧机精确整线轧机的能力，最终提高产品的质量。对单机架的四辊轧机 ,保留另一个轧机轧机的基础应该及时将另一个轧机安装好 ,为了实现规模经济。 （ 3） 作为用户的剪切钢板表面质量和精度的提高加强精细线的改造 ,冷却床使用冷却床的载体类型 ,与开槽剪切式双边剪和滚切式切长度。 （ 4）
13、 严格控制板坯 加热温度控制轧制和控制冷却过程中使用 ,加快钢板的冷却速度 ,防止晶粒生长 ,细化铁素体 ,珠光体均匀分布 ,以获得良好的韧性。 （ 5） 高度重视热处理设备的提高 ,并逐步改善钢的热处理生产能力 ,应优先考虑选择一个新的热处理炉热处理无氧化辊式炉。 （ 6） 厚度公差控制钢板的一个重要指标。应充分利用液压 AGC 控制技术改善钢板的尺寸精度 ,降低厚度公差。 （ 7） 扩大板形控制技术的发展和应用 ,获得良好的平整度 ,减少头部和尾部 ,两边的板切割损失 ,提高钢板的屈服。 1.2 国内外轧钢机械的发展状况 19世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟 铁条的小型轧机 ,装备很差 ,产
14、量不高 ,一些工厂是由原始水轮开车。上个世纪五十年代后 ,钢的产量增加 ,所有先进工业化国家的铁路建设和海运的发展 ,蒸汽中型和大型轧机出现。上个世纪电气化更强大的开坯机发展迅速。最后 50 70 年代 ,因为汽车、石油、天然气运输、电气和电子工业的发展和罐头食品行业 ,是基于薄板边缘钢铁生产的特点。 一般来说 ,对大型轧钢机械朝着连续、高速度和计算机控制方向发展。 （ 1）粗轧机的发展 同时在连铸的发展 ,国外还在扩张后的建筑粗轧机能力充分扩张。这是由于开坯机 灵活转换 ,容易实现自动化的优点 ,如日本在 1969 年有三个板坯粗轧机和台湾方面粗轧机投产。到 1970 年 ,世界上粗轧机是超
15、过 200 辆。最多的国家 130年粗轧机在美国 ,日本 ,42 台 ,大部分二辊可逆式轧机 ,足够的能力 3 亿吨。在七零年代粗轧机增加到 1500 毫米直径。 同时在连铸的发展 ,国外还在扩张后的建筑粗轧机能力充分扩张。这是由于分解机灵活转换 ,容易实现自动化的优点 ,如日本在 1969 年有三个板坯粗轧机和台湾方面粗轧机投产。 到 1970 年 ,世界上粗轧机是超过 200 辆。最多的国家 130 年粗轧机在美国 ,日本 ,42 台 ,大部分二辊可逆式轧机 ,足够的能力 3 亿吨。在七零年 代粗轧机增加到 1500 毫米直径。 我国拥有七套粗轧机超过 1000 毫米 ,750 850 毫
16、米小型粗轧机八套 ,主要在合金钢厂、为数不多的 650 毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。 1959 年我国开始设计和制造粗轧机 ,已经制成的开坯机有 700、 750、 825、 850/650、 1150 等毫米粗轧机。3 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。 （ 2）带钢热连轧机发展 带钢热轧机分为连续带钢热轧机、四辊和四棍辊可逆式轧机 , 炉卷轧机和行星式轧机等。带钢热连轧机分为全连轧、 1/2 连轧和 3/4 连轧 机。带钢连续热轧机主要生产 1.0 16(20)毫米钢板热 ,各种生产与普通碳钢为主。美国在 1926 年 ,世界上第一个使用条机、
17、钢铁公司、磨机安装在哥伦比亚机规格为 1030 毫米 ,是 1/2 连轧 ,只有一个粗轧机架 ,是现代机器 HSM 的原型。四十年代以前 ,带钢热连轧机几乎都集中在美国。 1961年 1971 年 ,美国建立了超过 11 辊长度是 1473毫米带钢热连轧 ,被称为“第二代”轧机。第二代轧机高速度、高产量、高度的自动的特点。从 1966 年到 1967 年我国开始发展条机、 1700 毫米 3/4 连续机器投入生产 ,其他规范的带钢热连轧 机从 1450 毫米交叉轧制 ,750 毫米全连轧 ,等等。多年来 ,钢板生产增加 ,这一趋势的比例在现代轧钢生产的发展。热轧钢板是汽车、造船、桥梁、电力、化
18、工等行业不可缺少的原材料 ,也是一种冷轧机的空白 ,与焊管、冷弯钢的发展 ,钢铁需求增长。现代带钢连轧的发展趋势是增加生产 ,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 ,增加线圈和坯重量 ,建立一个广泛的连轧轧辊 ,粗轧机关闭装置 ,使用快速换辊装置 ,提高产品精度 ,自动控制系统对轧机刚度、厚度和精轧机轧辊辊型控制 ,使用计算机控制。自 90 年代以来 , 钢铁生产短流程 快速发展和普及 ,短钢薄板坯连铸连轧的生产工艺技术 ,改变了传统的热轧机的市场。 1987 年 7 月以来的第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来 ,已建成 331997 套。连铸连轧技术
19、是钢的凝固和变形的形状形成链接两个过程 ,连铸坯在热状态继续进入精轧机组 ,直接滚成一卷产品。德国马克 CSP 技术 ,德国马克公司港 ISP 技术 ,联合开发 Conroll技术等等都有用户使用。 （ 3）带钢冷连轧机发展 第一组连续钢冷轧机于美国 1924 年慧林钢铁公司生产并投产。该轧机有四个框架 ,辊身长度 812 毫米，轧制速度为 1.8 米 /秒 ,主传动 电机 760 千瓦。冷连轧机广泛应用于 40 年代以后。现代冷轧机 ,广泛采用液压弯辊装置调整辊类型改善板式。由于冷轧带钢厚度公差 ,高需求的增加反映轧机压下装置的速度 ,采用全液压设备 ,带钢厚度自动控制装置 ,并快速自动换辊
20、机构 ,实现电子计算机控制等。冷轧钢板、带钢近年来得到更大的发展。结束的时候冷连轧机出口速度可以达到 25 41.7 m / s。为了提高产量 ,冷卷重量已达到 60 t。一组冷连轧机产量可达 250 万吨。近十年的冷轧带钢生产技术的新发展几个设备 :1)酸洗、冷轧机组 ,2)形状控制技术 3)连续退火 ,全氢钟的应用 类型退火技术和各种电镀生产技Abstract 4 术的快速发展 4)带连续铸造、冷滚压过程。 （ 4）钢管轧机的发展 工业发达国家 ,如美国 ,苏联 ,德国有一个大型现代化的热轧钢管设备 ,主要自动轧管和周期式轧管机、钢管生产占世界上 92%的热轧管生产。钢管增长率7.5%,其
21、生产的热轧管生产约占全球钢铁产量的 15%。经过几个五年计划的建设 ,我国热轧管有明显的发展 ,有各种各样的热轧管 43 套设备 ,设计产能 147 万吨 /年 ,一个小单位 ,主要用于生产 38 1143 毫米的钢管。中型和大型单位有 140 毫米单位 ,两套 (216、 318)周期轧管机组类型 ,400 毫米自动轧管机组。 （ 5）线材轧机的发展 近年来 ,国外生产的线材是稳定的 ,钢丝生产的 7 8%。线材轧机生产 5 2.7毫米圆截面轧制。为了提高钢丝的质量和产量 60 年代发展没有 轧 预应力轧机 ,Y型轧机 , 步进式加热炉等新型轧制线材设备。轧机的轴承广泛采用滚动轴承或者油膜轴
22、承。线材直径公差可达 毫米。 在 1970 年代 ,没有扭曲摩根高速线材精轧机组有很大发展 ,生产已经达到 160 套以上。目前 ,高速线材轧机的模型可以概括为三辊、 45, 15 、 75 和平 -立交替式四种。综合以上 ,轧钢生产技术的发展特点在七零年代 ,比主要 地带 ,焊管用于无缝钢管 ;高速的方向，大连续 ,自动发展 ;扩大品种和低成本的能源消耗；轧机，挖掘潜力 ,大量采用新技术新技术。 设备主要由辊轧机牌坊、轴承、轴承、工作台、滚动导轨、铁路、轧辊调整装置、辊平衡装置 ,辊装置等。工作辊直径较小 ,通过轧制力的时刻 ,滚动延迟较大直径的支承辊压力。轧机的优点是相对较高的刚度、大量的
23、压力和轧制力很小 ,可以轧制薄板。可逆的连续轧制机有两种 ,广泛用于制板厂、带钢热轧和冷轧机平整机，等等。 工作原理 :将金属 坯料 通过一对旋转 轧辊 的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法 。轧 机维护 :由于工厂的工作条件 ,在工作的过程中 ,遇到红 热钢坯轧制冷却水快速雾化 ,夹带着从钢坯表面的氧化铁粉末注射 ,轴承架拱圆滚的大的影响 ,使轧机机架的住房在窗户表面 ,机架底部出现不同程度的腐蚀磨损 ,使难以控制和轧机机架辊轴承间 隙管理 ,频繁的轧机机架、轧辊轴承间隙超过管理限制的现象。轧机拱差距日益恶化的轧机主传动系统的工作条件 ,使主传动振动影响
24、,锭位时尚容易滑动 ,影响板形控制 ,使一个伟大的对产品质量的影响。 大部分的牌坊的常见的钢铁厂 ,长期服务窗口表面容易腐蚀磨损的影响工作环境的恶化引起的。通常采用的方法在线加工修理的牌坊 ,即通过机械加工去除材料 ,把弓表面平整损坏层接口 ,扩展的大小来补偿通过增加衬砌厚度。这种修复方式 ,操作简便 ,但并没有改变表面的牌坊属性 ,一 段时间后 ,牌坊表面受到腐蚀和磨损 ,失败 ,和几个加工会产生不利影响拱的强度和5 刚 度。考虑到轧机刚度灵敏度 ,少量用于处理 ,修复方法只能一个临时解决方案。使用手工电弧焊可以扩大规模经济复苏后加工去除材料 ,但在如此大面积的电弧堆焊刚性结构 ,可能会导致
25、拱结构的变形。如果结构变形、翘曲变形 ,将是致命的 ,不能再正确 ,这是不允许发生在工厂生产。所以修复方法将导致更大的风险 ,一般不得使用。今天高分子复合材料可用于解决轧机拱穿。聚合物复合修复材料有优异的附着力 ,能坚定地坚持贱金属的表面 ,长期工作 ,不会脱落 ,产品本身有很高的抗压强度 ,即使在高达 1900 吨的轧制力的影响 ,材料不会被破坏 ,独特的结构使高分子材 料良好的耐冲击性 ,能吸收对牌坊轴承的影响 ,避免了磨损的生产 ,同时 ,该产品具有良好的耐蚀性 ,可以使弓表面侵蚀的冷却水。轧机拱磨损 ,使用特殊材料修复不去除材料 ,不影响拱整体强度和刚度 ,而且没有修复焊接变形由热应力
26、引起的 ,一个好的解决方案为企业多年来无法解决这个问 题。轧机辊的工作条件最为复杂。在制造和使用的辊的制备过程中产生的残余应力和热应力。在各种周期性应力的应用中，包括弯曲、扭转、剪切、接触应力和热应力等。由于应力分布的不均匀性和变化性，不仅是设计因素的原因，而且是轧辊在使用中的磨损、温度和辊形的变化。此外， 滚动条件往往出现异常情况。轧辊在使用中不适当的冷却，还受到热应力的损害。所以辊除了磨损，还经常出现裂纹、断裂、剥落、压痕等局部损伤和表面损伤。一个良好的滚动，它的强度，耐磨性和其他性能指标应该有一个更好的匹配。 应从减少残余应力、机械应力、组织应力和热应力四个方面对裂缝进行预防。一般大部分
27、的残余应力都会在热处理过程中消除，并随着辊的储存时间的延长而逐渐消除，所以新轧辊的使用时间要在一段时间内使用，可以减少故障和风险。避免大的机械应力法主要是为了避免冷钢。利用热处理法对轧辊的工作层中残余奥氏体含量进行控制的方法 。减少热应力的方法是使轧辊在轧制过程中有良好的冷却效果。残余应力、机械应力、组织应力和热应力是高铬钢轧辊断裂的主要原因，良好的热处理、轧制和冷却可以有效预防和处理高铬钢轧辊断裂。 第 2 章 轧机主传动方案及基本参数 6 第 2 章 轧机主传动方案及基本参数 2.1 轧机主传动方案设计 轧机设备主要 由轧辊轧机牌坊、轴承包、轴承工作台、轧钢导卫、轨座轧辊调整装置上轧辊平衡
28、装置和换辊装置等组成。 工作辊直径较小 ,传递轧制力矩 ,轧延压力由直径较大的支承辊承受。轧机的优点是相对刚度高、压下量大、轧延力小，可轧制较薄的板材。有可逆和连轧两种，广泛用作中 厚板轧机、板带热轧或冷轧机以及平整机等。 工作原理： 将金属 坯料 通过一对旋转 轧辊 的间隙（各种形状），因受轧辊的 压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法 。 轧钢机械主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。这里参考轧钢机械中的主传动 装置如图 2.1。 图 2.1 四辊轧机的主传动装置 主要装置的作用 1、 减速机：在轧钢机械中，减速器的作用是电机转速越高，所需的转速就越高，可用于高速电机的主传
29、动。另外，由于使用了减速器的重要条件是比较减速器和摩擦损失的成本比低速电机和高速电机之间的差异性差。一般来说，当辊速度小于 200 250r/min，采用减速器。但由于这种设计型四辊可逆轧机，当第 2 章 轧机主传动方案及基本参数 7 速度小于 200 250r/min，也不使用减速电机和低速电机的使用，在主传动方式选择的综合视图更为合适。 2、 连接轴：可逆轧钢机电动机的运动和力矩，都是通过 连接轴传递给轧辊的，在横列式轧机上，一个工作机座的轧辊传动另一个工作辊机座的轧辊，也是通过连接轴传动的。本次设计的连接轴采用万向接轴。 3、 轧辊：轧辊是轧钢机械的主要部件，本次设计的为板型轧机轧辊，其
30、辊身呈圆柱形，有事，热轧板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型；冷轧机轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好板型。 4、 机架： 由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置，需有足够的强度和钢度承受轧制力。机架形式主要有闭式和开式两种。 闭式机架 是一个整体框架，具有较高强度和刚度，主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。开式机 架 由机架本体和上盖两部分组 成，便于换辊，主要用于横列式型材轧机。 5、 齿轮座：由两个或三个直径相同的人字齿轮组成的齿轮箱，它不改变转数，只用于将运动和力矩均匀传递给各个轧辊 6、 轧辊轴承：支承辊和保持架固定位置。重载和滚动轴承的变化很大，所
31、以轴承的摩擦系数很小，有足够的强度和刚度，并促进轧辊的变化。不同类型轧机轧辊轴承的选择。滚动轴承刚度较大，摩擦系数小，承载能力较低，在带钢轧机工作辊上采用大尺寸的外形。有 2 种半干滑动轴承摩擦和摩擦。半干摩擦滚子轴承主要含铜、尼龙、胶木瓦、更便宜、更形象。动态压力，静压力和静压力的液体摩擦轴承三。摩 擦系数小、承载能力大、速度快、刚度高，缺点是油膜厚度和速度的变化。带轧机轴承滚子与其它高速轧机的液摩擦轴承。 7、 换辊装置 : 提高操作效率 ,轧辊变化迅速和方便。滚动变化意味着 C 形钩类型 ,套筒 ,汽车类型和机架四辊类型。在使用卷之前改变起重机辅助操作在两个方面 ,和机架辊改变需要有两套
32、住房 ,这个方法对小型轧机。汽车换辊适用于大型工厂 ,这有利于自动化。目前 ,在轧机采用快速自动换辊装置 ,只在一卷 5 8 分钟。 8、 轧辊调整装置： 用于调整辊缝 ,使轧件的断面尺寸。辊调整设备上也被称为“压下装置” ,有手动、电动和液压。手动 轧机和小型轧机压下装置多用在概要文件。包括电动压下装置的电动机、减速器、制动器、按下螺丝 ,螺母在压力下 ,位置指示器 ,球面垫和压力表等部分 ,其传动效率低 ,移动部件的转动惯量 ,反应迟缓 ,调整精度低。使用自 70 年代以来 ,板带轧机 AGC(自动测量控制 )系统 ,一个新的带冷热轧机和厚板磨机采用液压压下装置 ,具有小板的厚度偏差和产品合格率高。 9.上轧辊平衡装置：用于升降辊 ,防止辊轧件在进入或离开 ,影响设备。形式有 :弹簧、多功能概要轧机 ;重锤类型 ,常用在初轧机轧辊的大量移动 ;在四辊
