1、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页热轧热卷箱偏转辊和成形辊液压系统设计摘 要热卷箱技术在国外的钢铁公司中得到了广泛地应用，国内几家大型钢铁企业也已经开始使用该装置。在宽带钢热连轧生产线中， 热卷箱起到了非常重要的作用，它能否正常投入运行关系到整条生产线能否高产轧出高质量的产品。热卷箱的使用为公司带来了可观的经济效益由于热卷箱设备众多，工艺要求复杂，因此它的控制历来被冶金自动化控制界看作是一个十分难于控制的机电液一体化设备，尤其是其中的控制模型和算法的推导更是鲜见文献报导，国内外能够独立对其进行技术开发和编程的公司也只有为数甚少的几家。因此目前还不能真正地做到热卷箱设计“ 国产化”。本文在
2、弹塑性弯曲变形理论的基础下，从实际情况入手，借助几何成形的方法，提出了计算热卷箱结构参数、运 动参数、位置参数、力能参数和工 艺参数的数学模型，并在此基础上编制了一套完整的为热卷箱设计的液压系统。关键词：热卷箱，液压系统，偏 转辊，成形辊辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页Hydraulic system design of Hot-rolled coil box and deflection roller and the forming roller AbstracCoil box is widely used in the overseas steel companies，and so
3、me biginternal steel companies started to use it recently. The coil box plays a very important part in the production of the Hot Continuous Wide Strip Steel Rolling. Company can achieveconsiderable benefit from it . Because of many devices of hot coiling box and complex requirement of thetechnology,
4、 its control system is very difficult in the field of the metallurgy and control. Little literature describes its control model and arithmetic. There are very few companies can developthe technology and the program independently in the entire world. So real “national“ coil box design can not to be d
5、one presently.On the basis of the theory of stretch distortion，according to the reality facts，with the geometrical figuration method，this paper affords the mathematical modules about the structural parameters，the dynamicparameters，the positional parameters，the mechanical parameters and the technical
6、 parameters of coil box， and programs a Hydraulic system.Keywords： hot Coil box ，Hydraulic System ，Deflection roller，Roll Forming辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III 页目 录摘 要 IAbstracII目 录 III1 绪论11.1 热卷箱技术11.2 提出研究热卷箱的要求11.3 热卷箱的发展历史11.4 热卷箱的主要优势：21.5 热卷箱相关区域设备组成21.6 热卷箱工作过程31.7 成形辊41.8 偏转辊42 设计依据62.1 工作过程62.2 给定参数如
7、下63 工况分析73.1 运动分析73.1.1 加速度和位移分析73.2 循环周期计算103.2.1 成形辊：103.2.2 偏转辊：113.3 负载分析113.4 负载计算式: 124 初步拟定液压系统原理图14辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页5 初步确定液压系统参数165.1 确定液压缸工作压力 p165.2 确定液压缸主要结构参数165.3 绘制液压工况图175.3.1 液压缸压力计算175.3.2 液压缸流量计算205.3.3 液压缸功率计算216 液压元件的计算和选择226.1 液压缸的计算226.1.1 液压缸壁厚及材料的确定226.1.2 活塞杆的校核236.2 液压泵的
8、选择246.2.1 计算液压泵的最高工作压力 pb246.2.2 确定液压泵的流量 qv246.2.3 选择液压泵的规格246.3 选择电动机256.4 液压控制阀的选择256.4.1 节流阀的选取：256.4.2 换向阀的选取：266.4.3 溢流阀的选取：266.5 油箱容积的确定276.5.1 油箱设计要点276.5.2 油箱容量计算276.6 管道尺寸的确定286.7 蓄能器的选择296.7.1 优点和功用296.7.2 类型的选择296.7.3 蓄能器的容积计算30辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页7 液压系统性能演算327.1 液压系统压力损失327.1.1 液压缸匀速快上时3
9、27.1.2 液压缸匀速快下时338 液压控制系统的安装调试和故障处理348.1 液压控制系统的安装与调试348.1.1 液压系统的安装348.1.2 液压系统的调试348.2 液压系统容易出现的故障和维护359 环境性能分析369.1 液压工业对环境的危害369.2 解决方法36结 语38致 谢39参考文献40辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 热卷箱技术热卷箱技术是热轧带钢生产中一项实用、成熟的技术，适合旧有热轧线的改造。是提高热连轧产品质量的关键工艺设备，它与轧机及辊道的速度匹配更加重要，直接影响整条生产线的稳定性及产品质量。设计合理的速度匹配的关系对整个生产线的稳定生
10、产，提高效率及产品质量至关重要。1.2 提出研究热卷箱的要求在现代热连轧板带生产线的设计中，为了在轧制速度较高的粗扎机（最高速度一般 5 米/秒以上）和速度较慢的切头飞剪及精轧第一机架（咬入速度一般不高于 2 米/ 秒）之间协调物料流，末架粗扎机和精轧第一机架间都设有很长一段输送辊道。这样的设计就不可避免的存在一个问题：由于设备平面布置带来的极大的中间坯热量损失。同时，在中间坯进入精轧第一机架时，由于带坯头部从粗扎末机架传送到精轧第一机架所用的时间通常比尾部少。尾部热辐射损失时间比头部长，这样就造成了中间坯的头尾温差。1.3 热卷箱的发展历史为了解决中间坯头尾温差问题，在上个世纪六十年代末加拿
11、大钢铁公司组织特别小组研制开发了热卷箱技术，并首先在加拿大斯太尔克钢铁公司成果应用。该技术主要通过安装在粗扎机与精轧机组之间靠近精轧机组一侧的热卷箱设备将粗扎中间坯进行无芯卷取，通过头尾颠倒并进行保温均热等手段解决中间坯的头尾温差问题。加钢联 Stelco 研究中心于 19721973 年在希尔顿厂 1420mm 宽带钢轧线上完成工业实验，1974 年完成生产用热卷箱样机，1980 年 3 月第一台生产用热卷箱在澳大利亚BHP 公司西港厂的新宽带热轧带钢厂投入运行。主要设备有 1 台可逆式粗轧机、短距离延迟辊道、热卷箱及机架精轧机组。为提高生产能力和改善带钢产品质量，1980 年加钢联对希尔顿
12、 1420mm 宽带钢轧机的热卷箱进行改造，之后，又有 4 台热卷箱投入运行，3 台在欧洲，1 台在美洲。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页1983 年加钢联依利湖 2050mm 热连轧机投入生产运行。该轧机生产的带卷单位卷重 19.6kg/mm，最小厚度为 2.3mm。延迟辊道长度为 75m。当轧制长中间坯时，热卷箱将与粗扎机形成连轧关系。国内引进热卷箱的技术较晚，而且一开始都是引进国外二手设备，其控制技术也相对比较落后。进入 21 世纪以来，由于国内钢铁事业的蓬勃发展，热卷箱作为提高生产效率和节约能源的设备，其技术也得到进一步的发展。然而，对于这项新工艺和控制技术，还是具有很多的研究空
13、间，使其进一步完善。1.4 热卷箱的主要优势1.缩短轧线的长度。在粗、精轧机之间使用热卷箱，可以将中间辊道的长度缩短 50%以上，从而减少了厂房面积和设备投资。2.节约轧机电机容量和加热炉燃料，节省投资和能源。3.可大量减少废品，增强除鳞效果，提高带卷表面质量。通过热卷箱卷取后再开卷，二次氧化铁皮经反复弯曲后，铁皮自动脱落，得到了很好的处理效果。4.提高钢材收得率。均衡中间坯头尾温差，提高成品带材质量。1.5 热卷箱相关区域设备组成1.热卷箱前设备与热卷箱工艺控制有关的热卷箱前设备有末架粗轧机、末架粗轧机后工作辊道、延迟辊道、热卷箱入口道、热卷箱入口辊道。2.热卷箱后设备热卷箱后设备有飞剪、飞
14、剪后侧导板、除鳞箱后辊道除鳞箱、精轧 F1、F2 轧机。3.热卷箱本体设备热卷箱本体设备有偏转辊、上下弯曲辊、成形辊、#托卷辊、开卷器、稳定器、托卷辊、托卷辊、保温侧导板及开尾销、开尾辊及夹送辊、出口侧导板。热卷箱相关区辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页域设备如图 1.1 所示。热卷箱热卷箱 粗轧精轧机组卷取机切头飞剪 除鳞箱 层流冷却除鳞箱图 1.1 热卷箱前后设备示意图1.6 热卷箱工作过程先将末架粗扎机运来的中间坯进行无芯卷曲，然后将卷取的中间坯带卷进行反开卷，把中间坯尾部变成头部，头部变成尾部，送进精轧机组进行轧制。热卷箱处于卷取状态时，要求成型辊、1 号托卷辊、进口导槽上的辊子均
15、处于上升位置，速度设定以 R2 轧机出口速度为基准。带坯出 R2 轧机后，沿辊道、进口导槽进人热卷箱。中间坯头部经弯曲辊作用产生一次弯曲，再经成型辊二次弯曲形成内圈，在 1 号托卷辊、弯曲辊成型辊共同作用下，绕自身缠绕形成中间坯带卷。R2 抛钢时，上弯曲辊抬起，1 号托卷辊落下，实现尾部定位。此后 1 号托卷辊停转，移送臂芯轴插人内圈，起落臂下降，擂入份铲头打开带卷尾部，将带尾压于轧制线上，1 号托卷辊及辊道反转将中间坯带卷打开，经夹送辊送人精轧机组轧制。轧机咬钢后，热卷箱起落肴抬起，卷径减少一半时，移送臂作弧线摆动，把带卷平移到开卷站继续开卷，开卷完毕后，移送臂芯头缩回，准备下次开卷。辽宁科
16、技大学本科生毕业设计 第 4 页图 1.2 热卷箱设备示意图1.7 成形辊成形辊为实心锻钢件，冷却为内部通水连续冷却方式，其端部装有滚动轴承。成形辊设计为不传动的惰辊，以便卷形调整控制。成形辊护板内侧安装有外冷水集管，进行间歇式喷水冷却，同时冲刷氧化铁皮。成形辊的功能:成形辊和一号托卷辊与弯曲辊系统 (含热卷箱入口导槽)构成热卷箱卷取站，接收由弯曲辊弯曲变形的中间坯，与成形辊上下护板共同作用使中间坯头部形成第一圈。另外与一号托卷辊共同支撑卷取过程中的钢卷。当热卷箱工作在卷取方式时，成形辊升到最高位置。此时的成形辊位置即为卷取准备好位置。当热卷箱工作在直通方式时，则成形辊应处于轧线高度 (最低)
17、位置，仅起辊道作用，将来自 R2 粗轧机的中间坯直接送到热卷箱出口侧的夹送辊处。成形辊与其护板是连动的。成形辊为花辊形式，以增加与钢卷间的摩擦作用有利于中间坯卷取成圆。1.8 偏转辊偏转辊的作用是将中间坯正确地导入弯曲辊。它的工作原理就是工作时由两侧液压缸驱动，使偏转辊组件抬升至工作位置，与入口侧上横梁的圆弧护板及上弯曲辊架上的导板形成入口导槽，将中间坯正确导入上下弯曲辊之间。当热卷箱选择直通方式时，偏转辊在轧线位置上，这时偏转辊只起辊道作用。偏转辊由辊架、辊子、摆动导板固定导板，升降液压缸等组成。辊架为焊接结构，其入口端通过销轴铰接在机架上，辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页通过升降液压
18、缸，可绕其转动，将偏转辊及导板抬至工作所需位置。即卷取工作时偏转辊与轧线成 24角，当直通工作时，偏转辊在轧线位置上。辊子采用实心锻钢辊，经电动机、万向接轴传动分别两辊子。辊子通过轴承座把合在机架上。摆动导板可绕其铰点随辊架转动而随动，铰点支座把合在入口端的下横梁上。液压缸头部与偏转辊辊架，缸体与机架铰接。两偏转辊均采用外冷水冷却、偏转辊轴承采用杆油集中润滑。热卷箱技术开发至今，遍布世界各地热轧生产线上的热卷箱已有近 45 套。其设备结构和控制系统得到不断优化，已适应传统热轧带钢、薄板坯连铸连轧及中薄板坯连铸连轧 3 种不同形式热轧带钢生产工艺流程的需要。在宽带钢热连轧生产线中，热卷箱起到了非
19、常重要的作用，它能否正常投入运行关系到整条生产线能否高产轧出高质量的产品。由于热卷箱设备众多，工艺要求复杂，因此它的控制历来被冶金自动化控制界看作是一个十分难于控制的机电液一体化设备，尤其是其中的控制模型和算法的推导更是鲜见文献报导，国内外能够独立对其进行技术开发和编程的公司也只有为数甚少的几家。液压传动与机械传动相比，液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。
