1、辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页1 绪 论1.1 冷轧板带钢生产的发展冷轧板带钢生产从本世纪 20 年代起步，30 年代在美国、40 年代在世界各国得到发展，到 60、70 年代冷轧生产技术取得了迅猛的发展。最早的冷轧机是二辊式，以后采用工作辊辊径较小而刚性较大的四辊轧机与多辊轧机。轧制方式由单片无张力轧制发展到成卷带张力可逆轧制，进而发展到辊系全连续轧制。连轧生产较之单机架生产，其产量大、板带精度高，收得率高、自动化水平高、消耗低、发展快且应用广泛。1924 年在美国的阿姆科钢铁公司巴勒特建成了世界上第一套三机架四辊式冷连轧机。为能生产更薄的板带，从 50 年代美国开始建造五机架冷连轧
2、机，其辊身长度一般为 1065 1700 mm，轧制速度最高可达 35 m/s。近年来 2030 mm 五机架冷连轧机得到了发展。冷连轧机发展至今已拥有快速换辊、液压压下、弯辊装置和自动控制等新技术。轧制速度高达 35 41.6 m/s，卷重最大达 60 t。1.2 冷轧板带钢生产的工艺流程冷轧板带生产的工序和工艺流程与产品紧密相关，随产品的要求不同，工艺流程也有所不同。冷轧板带钢产品以热轧带钢作为原料，因其表面有氧化铁皮，所以在冷轧前要把氧化铁皮清除掉，故酸洗是冷轧生产的第一工序。酸洗后即可轧制，轧制到一定厚度，由于带钢的加工硬化，必须进行中间退火，使带钢软化。退火之前由于带钢表面有润滑油，
3、必须把油脂清洗干净，否则在退火中带钢表面形成油斑，造成表面缺陷。经过脱脂的带钢，在带有保护性气体的炉中进行退火。退火之后的带钢表面是光亮的，所以在进一步的轧制或平整时，就不须酸洗。带钢轧至所需尺寸及精度后，通常进行最终退火，为获得平整光洁的表面及均匀的厚度尺寸和调节机械性能要经过平整。带钢在平整之后，根据定货要求进行剪切。成张交货要横切，成卷交货必要时则纵切。综上所述，一般用途冷轧板带钢的生产工序是：酸洗、冷轧、退火、平整、剪切、检查缺陷、分类分级以及成品包装。其工艺流程如图 1.1 所示。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页热轧板卷料 酸洗除磷 冷轧退火检查分类 成品包装图 1.1 冷轧板
4、带钢的工艺流程1.3 冷轧板带的平整带钢的平整是带钢精整生产的一道工序，它决定钢板最终质量。平整是改善带钢表面质量和金属性能的最后工序，带钢平整后将被剪切称为成品钢板，经分选及包装送往用户。冷轧后退火的带钢或热轧后的带钢进行平整，从压下变形看，平整可使带钢在不超过百分之几毫米的深度内表面强化，平整实质是一种小压下率（0.54.0%）的二次冷轧变形。平整的目的有以下几点：1提高平直度精度。冷轧后经热处理的带钢，其板形会产生新的不平直度，经平整后会大大改善其板形，提高质量。2提高带钢厚度精度。平整机在张力作用下进行小压下量的平整，会提高带钢厚度精度。厚度为 0.2 mm 带钢经平整后其厚度精度可提
5、高 0.020.04 mm。3提高带钢表面质量。平整机工作辊表面光饥饿度较高，经平整后除了可消除轻微的表面缺陷外，还会提高带钢表面光洁度。4提高和改善带钢的机械性能。经平整后会提高冲压性能。5生产麻面和抛光带钢。用经抛丸的轧辊平整带钢，会产生带有毛糙度（麻面）的钢板，可提高工艺性能，有利于喷漆和涂层。若用抛光的轧辊平整带钢就会产生十分光亮的钢板。6消除低碳钢的屈服平台。低碳钢在拉伸变形时拉伸曲线有明显的上下屈服点。在下屈服点后有一段应力平台区域而产生屈服平台。屈服点就是金属开始塑性变形时作用在试样截面上的最低应力。剪切平整辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页由于平整压下率很小，其厚度变形难以
6、测准，因此，平整率是采用与压下率成比例的延伸率来表示的，平整过程的工艺质量控制主要是通过延伸率来进行管理的。平整时压下量对带钢的机械性能有很大的影响，因此必须根据成品的不同要求来确定压下量。平整工艺大多数都是一道次轧制，一般用于延伸率小的冷轧带钢，称为单机架平整：只在个别情况下实行多道次轧制或可逆式平整，用累计延伸率达到产品对延伸率的要求，最常用的是双机架平整。双机架平整机可以实现较大的冷轧压下率，生产超薄厚度的表面光洁度要求高的具有较高硬度的镀锡板。平整的方法有两种：干平整和湿平整。平整中不使用任何轧制液的平整，称为干平整：而采用某些平整液的平整，称为湿平整。干平整表面质量好，用小延伸率即可
7、获得机械性能的产品，轧制力大，板形控制比较容易，平整效果较好，但干平整的变形量较小，平整效率低，一般延伸率为 0.54.0%可用单机架进行干平整。另外，干平整无防锈效果，表面质量管理困难。湿平整采用毛面工作辊，主要用于厚带钢，可提高防锈性和改善板形质量以及得到较高的延伸率。1.4 斜楔调整装置的作用在轧机生产过程中，由于需要不断重磨轧辊，导致辊径减小，从而使轧机名义轧制线的标高产生变化，因此，需要通过斜楔装置进行调整，使轧制线标高恢复到理论设计值或维持在名义轧制线标高的允差范围内。标高调整的手段很多，根据设备总体的装机水平和具体的结构来选择不同的方式，主要有电动式、液压式或液压、电动联合式，以
8、及手动式的调整方式。过去主要采用电动式和手动式，但由于自身的控制精度低、推力小、响应慢、效率低已被淘汰，而近些年由于液压技术不断的发展和自身技术的完善以被广泛应用。1.5 研究斜楔装置液压系统的意义1快速响应性好，调整精度高。因为采用比例系统，所以动态特性大幅提高，使产品的精度提高，质量更有保证，缩短了加速减速阶段的的时间。2液压装置的工作比较平稳。液压传动以液压油为工作介质，油液流动过程中有一定的阻尼作用，所以运动平稳性好，冲击小。3液压执行元件的布置比较灵活，易于实现直线运动。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页4液压元件已实现标准化，简化了机械机构。5较机械传动效率高。6便于快速换辊，
9、提高轧机作业率。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页2 液压动力元件的动力学分析和主要参数的确定2.1 设计参数设计参数：斜楔装置的重量 2000 kg斜楔装置调整速度 100 mm/s上、下斜楔移动缸行程 970 mm上、下斜楔锁紧缸行程 20 mm夹紧的速度 20 mm/s夹紧力 80000 N斜楔装置的响应速度 10Hz斜楔装置的调整精度 10 m2.2 执行元件的工况分析系统的控制原理主要是在液压轧机的工作辊的上方设置一对液压缸，由液压缸活塞杆的伸出来推动斜楔，从而改变轧辊间的距离。系统的液压执行元件为单作用活塞缸，其动作的执行为：当液压油进入到无杆腔时，活塞杆伸出，推动斜楔装置改变
10、辊缝，无杆腔油液经回油管路回油到油箱。其运动过程中也包括加速、匀速、减速三过程。最大速度出现在匀速过程中，达到 100 mm/s。当斜楔装置到达预定位置时，夹紧缸工作夹紧活塞杆。当不需要改变轧辊辊缝的形状时，由比例方向控制阀控制油液的流动方向，向无杆腔注入液压油，使活塞杆缩回，油液经另一管路回油。移动缸的负载有如下几部分：1惯性负载惯性负载是运动部件在启动加速时的惯性力，其值按牛顿第二定律求出FA=ma= （2.1）tm12=2000 =2000N.0式中：F A惯性负载力（ N） ；m斜楔的质量（kg） ；辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页斜楔的初始速度（m/s） ；1斜楔的调整速度（m
11、/s） ；2斜楔从初始速度到调整速度所需时间（s ） 。t2摩擦负载力摩擦负载力主要包括液压缸运动的摩擦力 Ff、上下斜楔间的摩擦力 Fg、上斜楔与牌坊间的摩擦力 Fi。液压缸运动的摩擦力与液压缸的密封形式有关。初步设计时，普通液压缸的摩擦力取 30 bar 的油压对应的推力为Ff=3A1 （2.2）式中：F f移动缸运动的摩擦力（N） ；A1移动缸活塞面积（m 2） 。3粘性负载力该系统中粘性负载力很小，近似等于 0，故在此不考虑粘性负载力。4任意外负载力任意外负载力是指在系统中干扰系统工作的力，在该系统中不存在干扰力，故认为干扰力 FL=0。夹紧缸的负载情况：相对于夹紧力，液压缸本身的自重
12、和摩擦可以忽略不计，所以需要考虑夹紧力。2.3 初选系统压力选好供油压力可以有效减小液压动力元件、液压能源装置和连接管道等部件的重量和尺寸，可以减小压缩性容积和减小油液中所含空气对体积弹性模量的影响，有利于提高液压固有频率。该系统为电液位置控制系统，具有控制精度高、响应速度快、结构紧凑等优点。该系统所作用的负载力较小，所以液压缸无杆腔的压力较小，所以不需要有较大的供油压力就能达到系统的工作要求。故选取泵的供油压力Ps=10 MPa就能满足要求。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页2.4 确定非对称液压缸的主要参数2.4.1 移动缸的主要参数移动缸的受力分析如图 2.1 所示。图. 移动缸的受
13、力分析移动缸活塞面积的估算为= PFpFAsigfALmax1 PmggAmas)130(cos30co31510)(s2.cos2.032011 mm2164A式中：F g上下斜楔间的摩擦力（ N） ；Fi上斜楔与牌坊间的摩擦力（N） ；Ps泵的供油压力（MPa） ；管道损失（MPa） ，取 MPa。5P活塞杆直径为mm 146490.7AD按标准系列取标准缸径 D=125 mm，活塞杆直径为 d=90 mm，所以活塞面积为mm2。液压缸活塞行程为 L=970 mm，所以液压缸可表示为 125/90 970。16A 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页2.4.2 夹紧缸的主要参数夹紧缸活塞
14、面积的估算 3405713LsFAP夹 夹mm2 式中：F 夹 夹紧缸的夹紧力（ N） ；管道损失，取 MPa。P3活塞杆直径为 3457148.32ADmm 按标准系列取标准缸径 D=100 mm，活塞杆直径为 d=70 mm，所以活塞面积为mm2，液压缸活塞行程为 L=20 mm，所以液压缸可表示为 100/70 20。17850A 2.5 计算非对称液压缸的工作压力、流量和功率2.5.1 计算非对称液压缸的工作压力移动缸环形腔的面积为mm2 222()(1590)744ADd面积比为 5.0126A无杆腔压力为(2.3)21LsP有杆腔压力为(2.4)221)(LsP等效面积为辽宁科技大
15、学本科生毕业设计 第 9 页(2.5)213)(Aemm232(10.5)609.4eA负载压力为(2.6)(1igfAeLFPMPa49726.503.无杆腔压力为MPa21.5.560P有杆腔压力为MPa2.5(14.)0夹紧缸环形腔的面积为mm2224()(17)404ADd面积比为 7.05142A等效面积为 213)(emm232(10.7)540.eA负载压力为 MPa407.513LeFPA夹辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页2.5.2 计算非对称液压缸工作所需的流量液压缸工作所需的流量为液压缸无杆腔的流量 ，其流量按下式计算Q(2.7)Av式中：Q液压缸无杆腔的流量（L/min） ；A液压缸活塞的面积（mm 2） ；v活塞杆的移动速度（m/s） 。由式(2.7)得移动缸无杆腔的流量为L/min631210.07.6QAv夹紧缸无杆腔的流量为L/min6323574.2.9v2.5.3 计算非对称液压缸的输出功率移动缸输出功率为W11()497260.14972.6AfgiNFv式中：v 1移动缸活塞杆移动速度（m/s） 。夹紧缸输出功率为W240.280NFv夹式中：v 2夹紧缸活塞杆移动速度（m/s） 。
