轧机压下和平衡装置设计.docx
- 文档编号:25150792
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:66
- 大小:211.30KB
轧机压下和平衡装置设计.docx
《轧机压下和平衡装置设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《轧机压下和平衡装置设计.docx(66页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
轧机压下和平衡装置设计
第一章绪论1
1.1选题背景及目的1
1.2轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用1
1.3国内外轧钢机械的发展状况1
1.3.1粗轧机的发展2
1.3.2带钢热连轧机发展2
1.3.3线材轧机的发展3
1.3.4短应力线轧机3
1.4轧机压下装置的分类和特点5
1.4.1电动压下装置5
1.4.2手动压下装置6
1.4.3双压下装置6
1.4.4全液压压下装置8
1.5电动压下装置经常发生的事故及解决措施9
1.5.1压下螺丝的阻塞事故9
1.5.2压下螺丝的自动旋松9
第二章方案选择10
2.1轧制过程基本参数11
2.1.1简单轧制过程11
2.2.2轧制过程变形区及其参数12
第三章力能参数的计算14
3.1
轧制力能参数14
3.1.1
计算第一道次轧制力14
3.1.2
计算第二道次轧制力15
3.1.3
计算第三道次轧制力17
3.1.4
计算第四道次轧制力18
3.1.5
计算第五道次轧制力20
3.2
电机容量的选择21
3.3
压下螺丝与螺母的设计计算23
3.3.1
压下螺丝的设计计算23
3.3.2
压下螺母的结构尺寸设计24
3.4
齿轮设计计算25
3.4.1
选精度等级、材料及齿数25
3.4.2
按齿面接触强度设计26
3.4.3
按齿根弯曲强度设计28
3.4.4
几何尺寸的计算29
第四章主要零件的强度校核30
4.1圆锥齿轮轴的强度校核30
4.2轴承使用寿命的校核32
第五章润滑与维护34
5.1
润滑34
5.2
维护36
5.2.1
轧机主传动装置维护36
5.2.2
在轧机维护中应用故障诊断技术36
总结39
致谢40
参考文献41
3/30
第一章绪论
1.1选题背景及目的
随着国民经济的发展,需要更多数量、更多品种、更高质量的型钢,特别是大型型
材。
为满足这一需要,型钢轧机的发展不外于两个,一是改造旧轧机;二是更新设备,采
用新技术和新工艺在旧型钢轧机上逐渐完善及工艺改进,这是我国改造挖潜以少花钱多办
事见效快的新方针,是节约经济的客观需要。
大学生活即将结束,为了检验我们的所学是否能够真正应用到实际当中,使我们认识
到作为一个合格的设计人员应该具备的基本素质,学校为我们安排了这次毕业设计。
用半
年时间完成一个设计方案。
轧机是现代钢厂中最常见的一种冶金设备。
因此,轧机设备的好
坏对轧钢厂的效益有很大的影响。
我们的任务是通过所学的理论知识设计一台两辊轧机。
因为实际条件有限,我们的设计只是经过相关理论与经验公式的推导来设计我们所选的冶
金设备,经过理论校核检验是否达到设计要求。
1.2轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用
轧钢生产是将钢锭及连续铸坯轧制成材的生产环节。
用轧制的方法生产钢材,具有生
产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现自动化等优点。
钢材的生产方法有轧制、
锻造、挤压、拉拔等。
用轧制方法得到的钢材,具有生产过程连续性、生产效率高、品种
多、质量好、易与机械化、自动化等优点,因此得到广泛的应用。
目前,约有90﹪的钢都
是经过轧制成材的。
有色金属成材,主要也用轧制的方法。
轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。
钢铁工业生产中,除少量的钢用铸
造或铸造方法制成零件外,炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有85~90%以上要经过轧钢车间轧
成各种钢材,供应国民经济各部门。
可见在现代钢铁企业中,作为使钢成材的轧钢生产,
在整个国民经济中占据着异常重要的地位,对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。
1.3国内外轧钢机械的发展状况
十九世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机,设备简陋,产量不高;有的
轧机是用原始的水轮来驱动。
大上个世纪五十年代以后,钢的产量大增;各先进工业国的
铁路建设与远洋航运的发展,蒸汽驱动的中型、大型轧机先后出现了。
上个世纪的电气化
1/30
使功率更大的粗轧机迅速发展起来。
上个纪50~70年代,由于汽车、石油、天然气的运
输,电器电子工业与食品罐头工业的发展,钢材生产是以薄板占优势为特征的。
总的来说,轧钢机械向着大型、连续、高速和计算机控制方向发展。
1.3.1粗轧机的发展
在发展连铸的同时,国外仍在新建后扩建粗轧机,以扩大开坯能力。
这是由于开坯机
具有产品化灵活,便于实现自动化等优点,如日本1969年有三台板坯粗轧机和一台方坯粗
轧机投入生产。
至1970年止,世界上有粗轧机达200多台。
拥有粗轧机最多的国家为美国达130
台,日本42台,绝大部分为二辊可逆式轧机,开坯能力达3亿吨以上。
七十年代的粗轧机
直径增大到1500毫M。
我国拥有1000毫M以上大型粗轧机七套,还有750~850毫M小型粗轧机八套,主要
于合金钢厂,为数不多的650毫M轧机是中小钢厂的主要开坯设备。
1959年我国开始自行
设计制造开坯机,已制成的开坯机有700、750、825、850/650、1150等毫M粗轧机。
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。
1.3.2带钢热连轧机发展
带钢热轧机分为连续式带钢热轧机、四辊及多辊可逆式轧机、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。
带钢连续式热轧机主要是生产1.0~16<20)毫M的热钢板卷的,其生产的品种以普通炭钢为主。
在世界上美国首先在1926年采用了热连轧板机,这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司,轧机规格为1030毫M,是1/2连轧,只是有一个粗轧机架,是近代热连轧机的雏形。
四十年代以前,带钢热连轧机,几乎全部集中在美国。
1961~1971年,美国新建了11台辊身长度为1473毫M以上的热连轧机,称为“第二
代轧机”。
第二代轧机具有轧制速度高、产量高、自动话程度高的特点。
我国从1966~1970年开始发展热连轧板机,1700毫M3/4热连轧板机以投产,其他规
格的热连轧板机还有1450毫M半连轧、1450毫M全连轧、750毫M全连轧等。
2/30
这些年来,薄钢板的生产比重日趋增加,这是现代轧钢生产发展的一个趋势。
热轧钢
板是汽车、造船、桥梁、电机、化工等工业不可缺少的原料,也是冷轧机的坯料,随着焊
管、冷弯型钢的发展,钢板的需要量日益增长。
现代带钢热连轧机发展趋势是提高产量、扩大品种、提高精度、提高自动化程度。
采
取的主要措施有:
提高轧制速度、加大带卷和坯料重量、建造宽辊身的全连轧、粗轧机架
近距离布置、采用快速换辊装置、提高产品精度和轧机刚度、采用板厚自动控制系统、精
轧机轧辊辊型控制、采用计算机控制。
90年代以来,钢铁生产短流程迅速开发和推广,薄板坯连铸连轧工艺的出现,正在改变着传统的热轧机市场。
自1987年7月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来,到1997年已建成的有33套。
连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型两个工序衔接起来,将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组,直接轧制成带卷产品。
德国西马克公
司的CSP技术、德马克公司的ISP技术、奥钢联开发的Conroll技术等都有用户采用。
1.3.3线材轧机的发展
近些年来,国外线材生产是稳定的,线材产量的7~8%。
用线材轧机常生产5~12.7
毫M的圆形断面轧材。
为了提高线材的质量和产量,六十年代发展了无机架轧机、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油膜轴承。
线材直径
公差可达±0.1~±0.3毫M。
20世纪70年代,摩根无扭高速线材精轧机组有很大发展,投产的以达160多套。
目
前,高速线材轧机的机型可概括为三辊式、45°、15°、75°和平-立交替式四种。
1.3.4短应力线轧机
1.提高轧机刚性的途径
提高轧机的刚性是获得高精度产品,减少轧制废品和工艺事故,稳定工艺参数,提高
轧机作业率和产品成材率,尤其是提高轧制速度的必备条件。
提高轧机刚性也正是实现轧
机机械化及电子计算机控制自动化生产的先决条件,因为轧制程序的稳定及生产过程的自
控,必须有稳定的工艺及准确稳定的指令,高速线材轧机更是如此。
3/30
提高轧机刚性的途径有:
1)增加轧辊尺寸和机架断面尺寸。
但这会使工作机座结构庞大,增加设备重量和制造困难,而且,机座刚度不仅仅决定于机架断面积的增加,也与机
架的结构和几何尺寸有关。
随着轧辊直径和机架断面积的增加,机架高度也相应增加,这
就影响了机座刚度的进一步提高。
2)改善各承载件的材质,结构及加工精度,以提高工作
机座的配合精度。
3)减少承载件的配合面。
4)缩短辊身长度。
5)缩短应力线长度。
6)施加预应力等。
这里所说的应力线是轧机在轧制过程中,轧制力所引起的内力沿各承载零件分布的应力回线,与一般力学中的应力概念有所不同。
故短应力线轧机是指应力回线缩短了的轧机,是一种高刚度轧机。
2、短应力线轧机的发展简况
意大利波M尼法雅尔公司 机。 我国在研制短应力线轧机方面起步较晚,开始于70年代末期,80年代初期,但发展速 度较快。 1981年北京科技大学成功地研制出了国内第一架新型短应力线轧一“GY-1”型短 应力线轧机,如图1-1所示。 该轧机首先在四川蛾眉型钢厂、大冶钢厂、贵阳钢厂投产,因 其具有投资少,上马快,见效快、容易掌握、调整方便、成材率高等优点,很快在全国80 多个厂家得到推广应用。 轧机类型也从“GY-1”型发展到到“GY-2”型“GY-3”型、“GY- 4”型短应力线轧机。 在“GY”型短应力线轧机投产之后,由河北冶金厅研制的“HB”型短应力线轧机。 四 川威远钢厂研制的“CW-1”型短应力线轧机和北京冶金设备研究院研制的“SY”型短应力 线轧机相继投入生产。 特别是“SY”轧机在设计、加工制造和服务一条龙的经营指导思想下,发展速度很快,在全国已有几十家企业投入生产。 3.短应力线轧机的主要特点 1)最短的应力线保证了高刚度。 这种轧机不用预应力,也不靠增大截面尺寸来提高 轧机刚度而是通过尽量缩短应力线来提高轧机刚度。 在所有轧机中这种轧机的应力线是最 短的,轧机的配合面也是最少的,轧机轴承座具有较大刚度。 2)预调性能好。 在压下螺母、球面垫与轴承之间装有密压头,与轧制负荷指示器相连,能经常测得轧制负荷,因此可模拟生产条件,在换辊前预调辊缝。 换辊后生产的第一,第二根钢即可保证为合格品,减少了试轧废品,提高了成材率,克服了旧轧机一边试轧,一边调整,造成试轧废品多的问题,这一点对于高级合金钢尤其具有经济价值。 3)实现了对称调整。 连接四个轴承座的四根拉杆上有正反丝扣,实现了相对于轧制 4/30 线的对称调整,保证了轧制线固定不变。 从而使得导位装置的调整、安装、维护都很方 便,减少了操作事故和工艺事故,提高了成材率和作业率。 4)整体换辊,减少了换辊时间,短应力线轧机都备有二套以上的辊组。 一套使用,另一套预装。 换辊时,将旧辊组取下,换上新辊组,只需几分钟时间,大量的工作都在生产线以外的预装间去完成,从而减少了在生产线上的换辊时间,提高了作业率。 5)轴承和轴承座受力情况好,提高轴承寿命。 本轧机由于取消了集中载荷的压下螺 丝,使轴承受力均匀,应力降低,包角增大,轴承寿命较现有轧机<预应力或其他形式)有 显著提高。 综合上述,轧钢生产技术七十年代的发展特点是,板带比重大,焊管多于无缝管;向 高速、大型、连续化、自动化方向发展;提高质量,扩大品种以及低成本能耗。 改造轧 机,挖掘潜力;大量采用新工艺新技术。 1.4轧机压下装置的分类和特点 1.4.1电动压下装置 电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。 按轧辊调整的距离、速度 及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。 1)快速电动压下装置: 一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上,如初轧 机、板坯轧机、中厚板轧机及万能轧机上。 在这些类型的轧机上由于上辊的调整距离大、 压下十分频繁,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率,所以采用快速电动压下装置是 必要的。 常采用的快速电动压下装置有两种类型: 一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。 两个压下螺丝是由 两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。 因此采用这种传动系统启动迅 速、传动效率高、造价低,但存在着加大了机座的总高度,增加了厂房高度基本建设投资等 缺点。 另外为了实现压下螺丝的单独调整,中间介轮可以由液压缸控制,使其与压下螺丝啮 合或脱离。 其结构简图如图1—1所示。 5/30 1 2 3 46 5 1-制动器2-立式电动机3-减速机4-压下螺母5-压下螺丝6-离合器 图1.1立式电机—圆柱齿轮传动的电动压下装置 另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机 构来带动两个压下螺丝,通过离合可以实现压下螺丝的单独调整。 这种快速电动压下装置 的特点是: 结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降,但传动效率低、造价高。 因此多用 在一些压下要求速度不高的初轧机上。 2)慢速电动压下装置: 这种调整装置多用于上辊调节距离在100~200毫M以下,调节速度小于1~0.2mm/s,但 调节精度要求高的薄板、带材轧机上。 在这种压下机构中,由于传速比i要求很大<最大可 以达到i=1500~2000),同时又要求能带钢压下。 因此,压下装置的设计是比较复杂的。 1.4.2手动压下装置 这种压下装置结构简单、造价低,但工人的劳动条件差、强度大,因此常用在生产效率 低的轧机上。 1.4.3双压下装置 为了控制板厚偏差在规定的范围内,在现代化的板、带材成品机座的压下装置中,分成 了精调与粗调两个部分。 其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的,.而精调装置是用来在 轧制过程中随着板、带材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化,随时对辊缝进行微量调节校 正的。 6/30 1)电动双压下装置 由于电动双压下装置的反应灵敏度差,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧机上。 在这 种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的,因此传 动系统的惯性力很大,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重,所以无法满足高精 度的板厚公差要求。 由于以上原因,目前很少采用这种板厚自动调节系统。 其简图如图1— 2所示。 2 1 1-精调电动机2-粗调电动机 图1.2电动双压下装置简图 2)电-液双压下调整装置 第一种电动双压下调整装置,它的粗调为一般的电动压下机构,通过电动压下系统带动 压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝.而精调通过液压缸推动齿条带动扇形齿轮,使压下 螺母转动,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动,其结果只能使压下 螺丝上下移动实现了辊缝的微调。 第二种,电-液双压下机构,粗调为一般的电动压下机构,而精调是用液压缸直接代替了 压下螺丝与螺母。 通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与下轴承座之 间。 该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑,消除了机械惯性力,从而大大缩短了调节 信号滞后现象,减少了压下螺丝与螺母的磨损,提高了精度机构的效率。 它的调节灵敏度比 一般电动压下要快10倍以上。 因此大大提高了板材的轧制精度,广泛的用在现代化的冷、 热成品带钢轧机上。 7/30 电-液双压下装置与电动双压下装置相比有以下特点: 结构紧凑,精调部分传动零件减 少使传动惯性力下降,因此,调节讯号滞后现象减轻,而灵敏度增加。 但仍保留着机械传动 零件,所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响,使调整精度还不够高。 1.4.4全液压压下装置 所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构,其辊缝的调节均由液压缸来完 成。 其系统示意图如图1—3所示。 全液压压下装置的特点: (1>惯性力小、动作快、灵敏度高,因此可以得到高精度的板带材,其厚度偏差可以控制到小 于成品厚度1%,而且缩短了板带材的超差部分长度,提高了轧件成品率,节约了金属,提高了 产品质量,并降低了成本。 (2>结构紧凑,降低了机座的总体高度,减少了厂房投资,同时提高了传动效率。 此处省略NN NNNNN NNN NN 字 1-压下螺丝2-压下螺母3-球面垫 4.1压下螺丝受力平衡图 1)计算作用在一个压下螺丝上的力 2)计算止推轴承阻力矩 =2926933.333N.m 3)计算螺纹摩擦阻力矩 8/30 式中——螺纹上的摩擦角 ——螺纹升角 4)计算转动压下螺丝所需的静力矩 = 5)试选电机的型号为ZD141-2B,功率为200KW,基速为500r/min,高速为1200r/min。 6)计算所选电机的额定转矩 7)对所选电机进行过载校核: 满足要求。 3.3压下螺丝与螺母的设计计算 3.3.1压下螺丝的设计计算 1)压下螺丝螺纹外径确定 预选螺纹外径及其它参数 由经验公式得 查机械设计手册,预选。 式中----压下螺丝外径; ----轧辊辊颈; 螺纹螺距: 取螺距为。 9/30 根据和可确定压下螺丝的中径和内径; 2)压下螺丝的强度校核 式中----压下螺丝中实际计算应力,单位为; ----压下螺丝所承受的轧制力,单位为; ----压下螺丝螺纹内径,单位为; ----压下螺丝许用应力,单位为; ----压下螺丝材料强度极限,单位为; ----压下螺丝的安全系数,; 其中 3)压下螺丝的尾部形状设计 <1)本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。 <2)压下螺丝端部形状选择 压下螺丝的端部选用凸形球面,因为球面垫采用青铜材料,青铜球面垫的主要 特点是具有较好的抗压性能,采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块使用寿 命,减少有色金属的消耗。 10/30 3.3.2压下螺母的结构尺寸设计 压下螺母的材料选为铸造无锡青铜,其许用挤压应 。 1、压下螺母高度的确定 从而解得 取。 式中----螺纹受力面上的单位挤压应力,单位为; ----轴颈上的最大压力,单位为; ----压下螺母中的螺纹圈数; ----压下螺丝的螺纹外径,单位为; ----压下螺丝的螺纹内径,单位为; ----压下螺母与螺丝的内径之差,单位为; ----压下螺丝材料许用应力,单位为; 2、压下螺母外径的确定 从而有 取。 11/30 3.4齿轮设计计算 3.4.1选精度等级、材料及齿数 <1)按所设计的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。 <2)选用7级精度 <3)材料选择: 由《机械设计》表10-1可选择小齿轮材料选用,硬度为; 大齿轮材料为45钢,硬度为,硬度差为。 <4)选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取为80。 <5)选取螺旋角。 初选螺旋角β=8°。 3.4.2按齿面接触强度设计 <1)确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由图选取区域系数。 由图查得,,则。 由表选取齿宽系数。 由表查得材料的弹性影响系数。 由《机械设计》图按齿面硬面查得小齿轮接触疲劳强度极限, 小齿轮接触疲劳强度极限。 计算小齿轮传递的转矩 =9.55×= 计算应力循环次数 查取弯曲疲劳寿命系数 12/30 由图查得,; 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1得: 许用接触应力 <2)计算 计算小齿轮分度圆直径d1t,由计算公式得: 计算圆周速度 计算齿宽b及模数 计算纵向重合度 计算载荷系数K 已知使用系数=1.75。 根据v=4.26m/s,7级精度,查得动载系数;由表查得的计算公式: 故 13/30 查得,。 故载荷系数: 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径, 即: 计算模数 3.4.3按齿根弯曲强度设计 (1>确定计算参数 1>计算载荷系数 2>根据纵向重合度,由图查得螺旋角影响系数。 3>计算当量齿数 4>查取齿形系数 由表查得,;。 5>查取应力校正系数 由表查得,;。 查取弯曲疲劳强度极限 由图查得,小齿轮MPa;大齿轮MPa。 由图10-18查得: 弯曲疲劳极限寿命系数: 14/30 6>计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数,得: MPa MPa 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 (2>设计计算 已可满足弯曲强度。 但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强 度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。 于是由: 取,则,取。 3.4.4几何尺寸的计算 (1>计算中心距 将中心距圆整为667mm。 (2>按圆整后的中心距修正螺旋角 30'07'' 因β值改变不多,故参数、、等不必修正。 (3>计算大、小齿轮分度圆直径 15/30 (4>计算齿轮宽度
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 轧机 压下 平衡 装置 设计