1、 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 I 页 1780立辊轧机主传动系统设计 摘要 立辊轧机曾经一度被人们所忽视，然而随着近年 来 轧钢技术的不断进步，各种新方法的应用，立辊轧机相对于以往有了很大的改进， 它 在轧钢生产中使用越来越广泛，尤其是在热轧薄板带钢生产中的破鳞、控制板坯宽度等方面更是必不可少的轧钢设备。 本次设计的主要目的是对立辊轧机的主传动系统进行了解和研究，并对主要部件进行设计和校核计算，最终设计绘制出 1780 立辊轧机主传动系统的总装配 图。在查阅文献和相关资料的同时，通过到鞍山钢铁集团公司热轧带钢厂 1700 及 1780 生产线进行参观实习，使我对立辊 轧机有了深入的了解
2、和认识。 本次设计主要包括阐述立辊轧机的发展、结构、作用和主传动方案等，并重点对立辊轧机主传动系统中涉及的各个零部件进行了设计计算。主要包括轧机结构参数 计算 、力能参数计算、主电机选择、减速箱中齿轮传动设计、轧辊设计与校核、轧辊轴承 寿命计算 等相关内容。 关键词 ： 立辊轧机 ； 主传动系统 ； 力能参数计算 ； 零部件设计与校核 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 II 页 The Design of Edger Mill Mains Driving System Abstract The Edger mill were once ignored by many people， howe
3、ver， they have a very great improvement which compared to the past as the technique of rolling steel progressing incessantly and the application of kinds of new methods in recent years. They have been used more and more extensively in production of rolling steel. They are more essential rolling stee
4、l equipment especially in such aspects as breaking scale, controlling the width of the panel in hot-rolled sheet metal and belted steel production. The main purpose of the design is to have a further understanding to the Edger mills main driving system and to have a check and calculation to the main
5、 parts， and eventually to design the assembly drawing of the Edger mills main driving system. While consulting a large number of documents and referring to relevant knowledge, and through visiting the 1700 and 1780 rolling steel production lines in Hot Rolling mill of An Shans Iron and Steel Company
6、， I have a great improvement in rising to perceptual knowledge from rational knowledge. The design mainly includes the development, the structure and functions of the Edger mill and the scheme of the Edger mills main driving system. At the same time I have checked and calculated all parts related to
7、 the main driving system which insists of mill structural parameters, force and energy parameters, the main motor choice, speed gear box design, Design and Verification roller, roller bearings and other related content. Keyword: the Edger mill; the main Driving system; force and energy parameters ca
8、lculated; parts design and verification 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 III 页 目录 1. 绪论 1 1.1 选题的背景及目的 1 1.1.1 选题背景 1 1.1.2 选题目的 1 1.2 立辊轧机的发展概况 2 1.2.1 立辊轧机的 发展过程 2 1.2.2 立辊轧机的新 发展 2 1.2.3 AWC 技术 3 1.3 立辊轧机的类型、用途、特点、结构组成及工作原理 3 1.3.1 立辊轧机的类型 3 1.3.2 立辊轧机的用途 4 1.3.3 立辊轧机的特点 4 1.3.4 立辊轧机的结构组成 5 2. 总体方案的确定 6 2.1 主传动
9、系统 6 2.1.1 传动形式的选择 6 2.1.2 电机的选择 6 2.1.3 联轴器 7 2.1.4 减速器 7 2.1.5 万向接轴 7 2.2 轧辊装置 8 2.2.1 立辊 8 2.2.2 轧辊轴承 8 2.2.2 轧辊平衡装置 9 2.3 侧压系统 9 2.4 主机架 10 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 IV 页 3. 立辊 轧机相关参数的计算 11 3.1 立辊轧机结构参数的计算 11 3.2 立辊轧机力能参数的计算 11 3.2.1 平均单位应力 mp 的计算 11 3.2.2 立辊轧机轧制力及力矩计算 13 3.3 轧机主电机的确定 14 3.3.1 初选主电机 14
10、3.3.2 轧机主电机力矩计算 15 3.3.3 电机过载校核 16 4.主要零部件的校核计算 17 4.1 减速机的设计与校核计算 17 4.1.1 确定传动方案、精度等级、材料及齿数 17 4.1.2 按齿面接触强度设计 17 4.1.3 按齿根弯曲强度校核设计 19 4.1.4 齿轮几何尺寸计算 21 4.2 齿轮轴的校核计算 22 4.2.1 齿轮轴上载荷计算 22 4.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度 25 4.2.3 根据轴的安全系数精确校核轴 25 4.3 轴承寿命验算 29 4.3.1 轴承所受载荷计算 29 4.3.2 验算轴承寿命 32 4.4 轧辊校核计算 33 4.4
11、.1 轧辊基本参数 33 4.4.2 轧辊校核 33 4.5 轧辊轴承寿命 计算 36 4.5.1 轧辊轴当量动载荷 36 4.5.2 轧辊轴承寿命计算 37 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 V 页 5. 设备润滑 38 5.1 摩擦、磨损、润滑的概念 38 5.2 润滑的 作用 38 5.3 润滑的 类型 39 5.4 润滑油的选择原则 39 5.5 1780 立辊轧机设备润滑方法 39 6 机械设备的环保、可靠性和经济 性分析 40 6.1 设备的环保 性 40 6.2 设备的可靠性 40 6.2.1 设备的可靠性 定义 40 6.2.2 可靠 度的定义 40 6.2.3 设备平均寿命
12、 40 6.2.4 机械设备的有效度 41 6.3 设备的经济性评价 41 6.3.1 投资回收期 41 6.3.2 盈亏平衡分析 41 6.3.3 设备合理的更新期 42 结论 43 致谢 44 参考文献 45 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 1 页 1 绪论 1.1 选题的背景及目的 1.1.1 选题的背景 钢铁的生产水平是衡量一个国家现代化水平的重要标志，而钢铁生产总量的 90%以上 都 是通过轧制成材的，因此，钢铁轧制技术的发展一直备受关注，其发展速度也在与日俱增。随着各种 新技术和新工艺的不断应运而生，对轧钢设备的性能要求也在不断的提高，各种新型设备也不断涌现。 热轧板带钢的生产
13、在钢铁轧制生产中占据了非常重要的地位。随着热轧板带钢生产技术和工艺的不断进步，其 原料由 原来的 初轧板坯向连铸板坯转变， 出现了连铸连轧的生产模式，随之而来的则是 对板坯宽度侧压设备性能要求 的不断提高 。 初轧板坯宽度在开坯轧制过程中可由初轧机的立辊根据热轧带钢轧机需要的各种宽度规格进行 宽度的 控制。 而在 连铸板坯生产中，虽然连铸机也有连续改变宽度的装置，但 却不能安全 满足热轧带钢轧机 对 各种宽度规格的板坯用料 的要求 ， 有时 甚至会降低连铸机的产量。 随着连铸板坯比例的增大，要减少板坯宽度进级，提高连铸生产能力，实现连铸板坯热装 、热运等 节能 降耗的优势， 就要求热轧与连铸相
14、匹配， 使 使用连铸板坯的热轧带钢轧机具有调节板坯宽度的功能，即要有板坯宽度大侧压设备。基于上述诸多原因，热轧带钢轧机发展了立辊轧机、定宽压力机等形式的板坯宽度侧压设备。 其中立辊轧机在对板坯进行宽度控制、调整宽展量、 改善边部质量等 方面起到了重要的作用 。 1.1.2 选题的目的 近年来， 立辊轧机在热轧带钢生产 过程 中 起到了 越来越大的作用， 其发展 也 取得了很大的 进步 ， 在整 个轧机系统中 应用了 自动 宽度 控制 (AWC 控制 )等 多项 先进 控制 技术 ，从而大幅度 提高了立辊轧机的整体性能 。 在 本次 立辊轧机 主传动系统 的设计计算 中 包含了机械 设计 专业所
15、学的大部分专业课 程 内容，对 以往的 学习 起到了一个很好的巩固和获得新知识的作用，对以后的 工作 也会有很大的帮助 。 这就是选择这个题目的目的。 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 2 页 1.2 立辊轧机的发展概况 1.2.1 立辊轧机的发展过程 中厚板轧机上附设立辊轧机 , 最早于 40 年代用在万能式中厚板轧机上 ,50 年代用于大型钢锭的轧边以消除锥度 ,60 年代开始把立辊轧机用于齐边与破鳞 ,70 年代连铸板坯迅 速发展 ,而钢锭急剧减少 ,轧机生产能力重于成材率 ,曾提出过“立辊无用论” ,80年代以来 ,厚板轧机上附设立辊轧机开始多起来 ,主要用于平面板形控制 ,使成材率
16、有所提高 ,目的是想生产出无切边钢板。 在中厚板轧机上附设立辊轧机后 ,轧边道次的间歇时间增加 ,使轧机的生产能力有所下降 ,一般要下降约 10% 20%，这也是“立辊无用论”提出的一个重要原因。 70 年代后期 ,日本厚板轧机开工率已降到 60%以下 ,轧机生产能力也降至次要地位 ,而降低成本 ,节约资源则升至主导地位 ,因此 ,出现了成材率重于轧机生产能力的局面 ,立辊轧机功能又被人们 重视起来 ,一些原先预留好立辊轧机的厚板轧机也都纷纷安装上了立辊轧机 ,使成材率普遍提高了 2 个百分点 ,取得了应有的效益。特别是 1975 年日本采用立辊轧机开创了无切边轧制厚板的生产技术 ,保证了用户
17、不需要再加工 ,使立辊轧机的作用更加被重视起来。 1.2.2 立辊轧机的新发展 新型立辊轧机从换辊方便、快捷等方面考虑 ,把机架辊系的更换设计为从传动分配箱下方将辊系由机架侧面移出进行换辊。这样 ,使换辊操作空间不受到任何的障碍 ,轧机在结构上变得简单、适用。对传统立辊轧机的结构也进行了改进设计 ,将主电动机、减速机、传动分配箱等 驱动和传动系统集中设计在位于机架辊系上方的轧机传动平台上 ,使传动系统变得简单、适用。取消了传统立辊轧机的侧面传动支架等 ,让出的位置安装侧移换辊的地脚板滑轨 ,使机架辊系能够由机架侧面沿着地脚板滑轨移出。 改进设计后制造出的新型立辊轧机投入热轧带钢生产线使用 ,生
18、产实践表明其具有以下特点： (1) 轧机传动机构集中、结构紧凑、重量轻、造价低 ; (2) 轧制力适应范围大 ; (3) 换辊方便、快捷 ; (4) 操作、维护、检修方便 ,劳动强度低。 辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 3 页 新型立辊轧机深受用户的欢迎。目前 ,已在吉林建龙钢铁有限公司、新疆八家户钢铁 公司、唐山国丰钢铁有限公司、唐山轧钢厂、唐山银丰钢铁有限公司、胜芳前进钢铁总厂、宁波全兴不锈钢制品有限公司、天津钢厂、津西钢厂等厂家使用 ,产生了显著的经济效益。 1.2.3 AWC 技术 AWC（ Automatic Width Control） 指宽度自动控制技术 ,在立辊轧机上的宽度
19、自动控制功能主要由立辊实现。应用 AWC 后 ,能提高板坯宽度的精确性和均匀性 ,降低带钢切头尾、切边的损耗 ,提高带钢的成材率和经济效益。使用 AWC 可以有效控制板带的宽度 ,克服主轧后头尾收缩变形造成板带边部缺陷、水平轧制后的宽展等对板宽精度 造成的影响。 1.3 立辊轧机的类型、用途、特点、结构组成及 工作原理。 1.3.1 立辊轧机的类型 立辊轧机 可 按 着 轧制力、用途、传动方式、机架结构及布置位置 等分成 不同 的 型式。 1. 按轧制力分 有：有 重型、中型及轻型 三 种； 重型轧机 :轧制力 约为 4000 8000KN 用于厚度达 1100mm的 钢锭 或 500mm的钢
20、坯。 中性轧机：轧制力约为 2000 4000KN 用于厚度达 700mm的钢锭或 500mm 的钢坯。 轻型轧机：轧制力约为 1000 2000KN 用于厚度达 400mm的钢坯。 2. 按用途分为 轧边 (Edging),齐边 (Tirmming)及破鳞 (ScaleBreeking)3 种； 轧边主要用于 消除 钢锭 的 锥度 ,设在以钢锭为原料比例较大的中厚板轧机前面 ,成形阶段中首先消除其锥度 ,一般均采用重型立辊轧机，钢锭厚在 700mm以下时 ,也可用中型立辊轧机。 齐边是中厚板轧机立辊轧机的主要功能 ,将平轧板边展宽量压缩回去 ,保持既定的板宽 ,并可消除凸凹形板边 ,形成平直
21、角板边。若只用板坯为原料时 ,一般采用中型立辊轧机。 破鳞是挤压原料边部 ,使原料表面铁皮挤破碎后用高压水冲除 ,一般都采用轻型立辊轧机 ,现因高压水除鳞箱 水压的提高 ,除鳞技术的完善 ,立辊破鳞机基本已被淘汰了。 3. 按传动方式分 有： 上传动和下传动； 一般近接布置采用上传动较多 ,与四辊式主轧机配置比较紧凑 ,立辊轧机电机布置也有较大的空间 ,下传动不占地面 ,但检修麻烦。两种方式均需权衡车间平面布置的优缺辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 4 页 点 ,根据设备与电机设计要求而抉择。 4. 按机架结构分 有： 闭口式和开口式； 一般重、中型立辊轧机都采用闭口式 ,可承受轧制力比较大
22、 ,但妨碍四辊式轧机操作视线。开口式用于轻型立辊轧机比较经济 , 但轧制力不能太大。 5. 按布置位置分 ： 有主机前后之分，近接与非近接之分； 6. 按辊型分 有： 平辊与形辊； 形辊可将板边轧制出斜坡 ,使以后平辊轧制板边比较规整 ,但灵活性受限制 ,80 年代也出现了平辊和形辊共用立辊 ,立辊可上下串动互换平辊和形辊 ,但立辊轧机结构比较复杂。 1.3.2 立辊轧机的用途 1. 经过轧制消除钢锭的锥度； 2. 通过侧压改善金属组织，减少轧材缺陷 ，提高成材率（轧制板坯侧边，可以防止轧件边部产生鼓形或裂边等缺陷）； 3. 与四辊轧机相配合进行轧边，减少切边量，提高收得率； 4. 调整水平轧
23、机压下产生的宽展量，能调节钢板或带钢的宽度规格，改善边部质量； 5. 万能轧机的立辊还起到对准轧制线的作用 ； 6. 与高压水除鳞装置相配合除去轧件表面生成的氧化铁皮，提高钢板质量 。大立辊能起疏松板坯表面炉生氧化铁皮的作用，实验表明：当大立辊的侧压下量在 50mm 左右时，可使距板坯边缘 300mm处的氧化铁皮疏松，接着用高压水冲去，可得到较好的除磷效果。 1.3.3 立辊轧机的特点 独立的立辊轧机直接固定在地基上，万能轧机的立辊机座有的和水平的机座相连接，有的附设在水平辊机座侧。立辊轧制线与水平辊一致，同一机座的两立辊可相对于轧制线做对中调整，由侧压装置保证所需的开口度。 在现代热带钢连轧
24、机上，每一板坯只在破鳞机上轧一道。 由于不与粗轧机形成连轧，因此立辊轧机主电动机一般采用同步交流电动机。而在某些半连续式轧机和钢板轧机上，大立辊轧机除了轧制窄坯的侧面取得破鳞效果外，根据轧制工艺要求，将窄坯横轧以得到宽展钢板。为了保证轧件宽展后的宽度均匀，需要用立辊进行侧边轧制，有时还辽宁科技大学本科 生 毕业设计 第 5 页 同粗轧机形成连轧，因此这类立辊轧机往往采用直流电动机。 1.3.4 立辊轧机的结构组成 立辊轧机通常 由 电机、 主传动装置、万向接轴、 立 辊、滑架、机械侧压装置、侧压缸、机架牌坊、导板、平台等部分组成 。 图 1.1 立辊轧机正视图 也可按下述列表分类： 1) 主传动装置 ： 由主电机、主减速器 、 接轴 和立辊 等组成； 2) 侧压装置 ： 由侧压电机、减速器、接轴和 侧压螺丝、侧压螺母 等组成； 3) 立辊箱 ： 由箱体、立辊、轴承和轴承座等组成。在调整立辊开口度时，可作往 复移动； 4) 机架 ： 用来装设立辊箱、侧压装置和机架辊道，并直接承受轧制力 。
