主答热轧板材矫直机设计研究.docx
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主答热轧板材矫直机设计研究
热轧板材矫直机设计研究
北方重工集团有限公司工程成套分公司
王炳涵
2010年5月
热轧板材矫直机设计研究
轧件在加热、轧制、热处理等加工过程中,由于塑性变形不均匀、加热和冷却不均匀、运输和堆放、板材成卷放置等原因,必然产生不同程度的弯曲、瓢曲、波浪、镰刀弯等塑性变形,或内部产生残余应力。
因此要求一种专用的机械设备进行矫正加工,这就是矫直机。
矫直不同种规格的轧材,采用不同结构形式和不同规格的矫直机。
所以矫直机的结构形式多种多样,矫直方式也大不相同,按其用途和工作原理可以分为以下几种形式:
A.压力矫直机—矫直大断面的钢轨、钢梁、型材、棒料和管材;
B.平行辊矫直机—矫直板材和型材或少量的棒料和管材;
C.斜辊矫直机—矫直棒料和管材;
D.拉伸矫直机—矫直薄板及有色金属板材和型材;
E.拉弯矫直机—矫直薄带材和带材;
F.扭转矫直机—矫直型材;各种矫直机的结构形式也千差万别,就是矫直同一类产品,由于规格的不同也会有不同的结构。
就是用于同一种规格的产品也有不同的结构设计,这一方面对性能要求不一致,另一方面就是设计者的不断研究、改善。
设计者在进行结构设计时依据的矫直理论基本是相同的,轧件在矫直过程中产生弹塑性变形,内部的应力应变状态很复杂,很难精确分析和计算。
到目前为止,也是基于假设条件下,结合试验和生产实践来进行设计。
以下仅就热轧板材矫直机进行分析计算,并
就其结构特征进行论述
热轧板材矫直机均采用平行辊式,由于热轧板较厚,相对精度要求略低,在粗矫情况下,一般均采用单层辊,即只有上下两排工作辊,不加支承辊,这样在结构设计中就简单了很多,对于不同的板材,选择不同的辊径、辊身长度、辊距和辊数。
矫直速度也取决于板材的规格和产量要求。
热轧板材规格:
板宽:
b=700~1430mm
板厚:
h=1.5~12.7mm
材料的屈服极限:
(Ts=50kg.f/mm2=490N/mm2
由于板材产生弯曲时的曲率半径公式p=Eh/2(Ts可知板材弹性
模量E和屈服极限(7s均为常数,板厚h与反曲率半径p成正比,板厚愈薄,辊子直径选择愈小,反曲率半径也小。
设计一台矫直机矫直板材的厚度要有一定的范围,因此,设计时按最薄板材厚度决定辊径D和辊距t,同时用板材最大厚度校验辊的强度。
由上面公式可知,
7s愈大,应选择的辊径愈小。
1.辊径D的确定:
为保证轧件反弯到比1/p更大的曲率,因此D要小些,
可取D=p/2.5
由曲率半径公式可得:
D=Eh/2.57s
=21000X1.5/2.5X50
=252mm
取D=260mm
这里板厚h取1.5mm,是保证各种板厚均能矫直。
2.辊距t的确定:
t=D/4
①一比例系数
对于薄板:
①=0.9~0.95
对于中厚板:
①=0.7~0.9这里取①=0.87有t=260/0.87=299〜300
3.辊身长度L:
按常规辊身长度要比最大板宽加长200~300mm窄板时可少加长,由于现在对板材运行中的对中控制水平提高,就没有必要把辊身长度加长太多,辊子短些可改善弯曲强度,因此,辊身长度L=1560mm,只比最宽板材宽130mm,这是目前矫直机设计的一个改变。
4.辊数n:
根据对板材质量的具体要求而定,在能满足质量要求的条件下,
辊数少,结构可简单,设备造价可降,因此,采用五辊处加一个出口转向辊,该转向辊也可以在必要时起一定的矫直作用。
5.机组速度V:
按以前的水平,0.5~4mm板材,矫直速度(冷矫)0.5~6.0m/s;4~30mm的板材,矫直速度(热矫)1.0~3.0m/s,此热轧重卷机组中,设定:
1.5mm Vmax=400m/min(6.67m⑸ 4.5mm Vmax=270m/min(4.50m/s) 重卷机组可以较高速度工作,还因为技术水平和加工精度的提高。 6.矫直板材时辊子上的作用力: 作用在矫直辊子上的力Pi,可由板材在辊间所受的弹性弯曲力矩来决定(如图一)。 图中M仁M5二0,这是因为轧件在第一个辊子和最后一个辊子不产生弯曲变形。 显然,在矫直机中第三个辊子上的力P3值为最大,由公式可求总合力P和P3的值。 P二5n-2(Ts-bh- 3t P3=2 bh2 式中n—辊数n=5 b—板宽 b=1430mm h—板厚 h=12.7mm (TS—板材屈服极限 22 (TS=50kg.f/mm=490N/mm 求得: P=-5-250x143012.7? =i92204kg.f 3300 =1883599N 7.矫直机传动功率计算: 传动总功率由三部分组成: 一、在(n-2)个辊子上轧件塑性变形 所需的矫直功率为Ns;二、所有工作辊子在轴承处摩擦消耗功率 Nm1;轧件与辊子之间流动摩擦消耗功率Nm2。 则总功率为: N=Ns+Nm1+Nm2 1)矫直功率 CTs2 Ns-VbhKskw2"02E 式中(Ts—板材屈服极限(TS=50kg.f/mm2=490N/mm2 E—板材的弹性模量E=2.1x105N/mm2 V—矫直速度V=4.5m/s b—板材宽度(取最大)b=1430mm h—板材厚度(取最大)h=12.7mm Ks—矫直机的塑性系数 Ks匹60.6635—3=2.516 1—0.66 2)轴承处摩擦消耗功率Nm1 式中P—矫直机工作辊上的总压力 P=192204kg.f=1883599N 卩一辊子轴承处摩擦系数 卩=0.005(滚柱轴承) d—工作辊枢轴直径(对于滚动轴承取平均直径) d=167.5mm=0.1675m n—工作辊的转速 Nm1-1922040.0050: 1675空=27.24kw 2975 3)滚动摩擦消耗功率Nm2 “cP.m.n、Nm2kw 975000 式中: P—矫直机工作辊上的总压力 P=192204kg.f=1883599N m—矫直机与轧件的滚动摩擦系数 矫直钢板时,取m=0.5~0.8mm 热轧板应取较大值,取m=0.8mm n—工作辊的转速n=330rpm(转/分) N=Ns+Nm1+Nm2 =120+27.24+52.04 =199.28〜200(kw) 该五辊矫直机辊系部分所需功率为200kw,另外,还有一个出口转向辊,入口夹送辊也与该矫直机经联合减速机,由一台电机传动,经全部计算功率后,主电机选用650kw(其他部分的计算略)。 因此认定,该矫直机理论设计合理,能够完成工作需要。 该矫直机结构形式分析 该矫直机用于重卷机组头部,属于粗矫直设备,对于次品板材可以剪切成定尺板,因此,也要求能使板材矫平。 板材由开卷机开卷,经穿带台进入口夹送辊,再进矫直机,矫直机出口加一转向辊,必要时也可参与矫直,然后,经侧导板使板带沿中心线运行,这样,也就使矫直辊相应缩短了。 矫直机采用框架式焊接结构,可减轻重量,保证刚度,缩短制造周期,下三辊在同一轴承座中,保证辊面与通钢线相同,辊重磨后可统一调整高度,上辊为分别调整,这样在调节压下量的同时,可保证入口与出口的压下量不同,由此来保证板材矫直质量。 每个上辊的压下量调整使用电动微调,大行程的升降是由两个液 压缸分别提升两侧的轴承座,为保证两侧平行上升,采用同轴齿轮齿 条平行机构,压下量的数据是由脉冲发生器反馈到控制台,实现自动设定调整,已不用老式的指针显示,人工调整方式。 还应提到的是矫直辊采用鼓形辊,即辊面采用弧线,(如图三a) 这样可保证矫直过程中矫直辊变形后,辊面与板材为直线接触,可获得良好的板材质量。 以前由于加工的困难,我厂都采用梯形辊面(如图三b),这只能相对改善矫直质量,前者的加工难度主要在于辊面的磨削加工。 当然,在结构设计中还有许多独到之处,如入口夹送辊与矫直机共用半个机架,使结构紧凑等等,另外加工工艺中也有很多先进之处,这里不进行探讨了。 总之,通过对该设备的分析计算研究,使自己在轧钢设备设计水 平上有了很大的提咼
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