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1、全套CAD图纸，联系 153893706350中轧线材轧机设计1 绪论1.1 选择的背景和目的线材的用途很广，在国民经济各部分中都有着大量的应用。除了建筑等还可以作为其它加大工车间的原料，如拔丝车间、钢绳车间、钢丝网车间和螺丝车间等都有应用。线材生产的特点是轧制断面小、长度长的螺纹钢，最小断面为0.5毫米线材。线材轧制是将120120毫米断面轧成3333毫米的断面是粗轧阶段，从3333毫米断面轧成1717毫米断面一般称为中轧，继续将断面变小到10毫米以下称为精轧。轧制过程中轧件散热快、温变快、特别是头尾变黑，使得轧制困难。因此，控制轧制过程中的温度是最重要的。随着盘重的增加，轧件的长度加大，表
2、面散热加大，由于轧制时间长，造成轧制沿长产生不同温度，造成轧件尺寸波动大，影响轧件的机械性能。沿长度波动很大。这样就给调整工作带来更大困难。更容易出现耳子。在轧制过程盘重大的轧件轧制道次多,温降也大,温度变化是线材轧机非常重要的因素。一般为提高生产率、提高产品质量，都采用钢坯一次轧制，一次加热成材。在断面小道次多的情况下只有采用高速轧制才可以解决温降的大问题。线材轧机轧制道次多，轧机的布置就多。为保证温度，只有采用高的线速度轧制才能解决温度降的问题。由于高速轧制的发展，轧机在轧制过程中易产生冲击，给线材生产又带来安全问题，所以要孔型和前后导卫配置合理采用耐磨材料防止快速磨损。线材生产由横列式向
3、连续式发展。而且采用自动化、高速化。由于轧制速度快，轧后冷却需要配合发展不同工艺的冷却方法，使线材质量有了很大的提高。随着原料、加热、轧制和精整工序新技术的采用，使线材产品满足国民经济快速发展的线材需求量。为了提高生产率，采用钢坯一火成材，即加热一次轧制成线材产品。线材轧机合为粗轧、中轧和精轧三个机组。为保证线材的性能和表面质量以及内部晶粒组织，要求轧机进行改造更新，采用新技术改变轧制工艺。近年来采用的高速轧制，出现了无扭轧制的新型轧机。这次设计选择中轧线材轧机设计。中轧轧机可采用二重式或复二重式布置。轧机采用三辊轧机。在我国不少中小型线材厂采用，它可以满足品种繁多产品的需要，而且投资少见效快
4、。又比较灵活，仍在采用的一种轧机。350中轧线材轧机孔型采用椭圆方孔型，轧辊采用冷硬铸铁，采用“拉而不紧”的围盘、最大轧制速度为3.5米/秒。通过三辊轧机设计，提高单体机械设备的设计能力。同时也了解该轧机在线材轧机组的地位和作用，培养设计的综合能力。1.2 线材轧机在我国内部的发展趋势1.2.1 线材车间轧机布置的改进将横列式、复二重式布置向高速连轧线材生产发展。粗轧机采用箱立箱、六角方发展，中轧采用菱方发展，精轧采用椭圆方发展。这样便于轧机咬入，延伸系数相应提高。防止臂头减少轧制事故。中轧与精轧采用多线轧制。连轧机采用单线轧制，精轧机前设有活套，以补充中轧和精轧机的不同程度的延伸差。用活套补
5、偿这些特别是高速线材轧制轧机布置的重要特征。1.2.2 采用无扭精轧机组，发展现代化车间实行高速无扭线材轧制，是保证线材生产高生产率、低消耗发展趋势。轧机采用单线布置，轧后冷却自动化。最早出现的是丫型轧机，以后逐步发展框架式45无扭转精轧机，到当代最先进的45悬臂式高速无扭精轧机。它们的特点是：1、 丫型轧机丫型轧机是采用每个机架装有三个轧辊组成相似于字母“丫”形，称为丫型轧机。丫型轧机类似于生产钢管的现代化三辊减径机，每个机架有三个互成120布置的圆盘状的轧辊,由若干台机架紧凑地连续地布置在一起组成连轧机组。采用上传动或下传动。丫型轧机为三角弧边组成三角圆组成三角圆孔型系统。这类轧机前后道次
6、变形均匀，张力可控制在2的范围内，采用恒微张力轧制。该轧机的优点：由于相邻机架轧辊方位互相错开、变形均匀，因轧件六向压缩，所以轧件不会臂头，不用切头适于低塑性轧制；由于机架轧辊中心线互相错开一个角度，因此，轧件不扭转，轧制速度可以提高到5060米/秒；采用整体传动，结构紧凑，易于实现自动化。但是轧辊成形是在专用特殊磨床上加工，孔型磨损后不能在轧制线上换辊，氧化铁皮不易去除，轧辊磨损快。发展前途向无头轧制，连铸连轧发展。2、 框架式45无扭高速精轧机组机架为闭口框架，采用双支撑滚动轴承：传动轴于地面成45，各轧辊互成45，通常有8个机架组成，传动轧制速度达50米/秒。成组吊装，用液压缸移动轧辊来
7、更换孔型。其优点：轧制线固定不变、采用椭圆椭圆孔型系统实现无扭轧制、轧件免受扭转、轧废大大减少。由于传动系统中减少了接轴与联轴器，降低了传动件的振动，提高产品尺寸精度，轧辊弹跳稳定，生产率高。其缺点是：制造困难、寿命短、基建投资大、占地面积大。3、 悬臂式45高速无扭精轧机悬臂型45高速无扭精轧机是小辊径轧机，传动轴与地平面成45角，最高轧制速度为70102米/秒。该机组由架组成，单线轧制，采用椭圆圆孔型系统。采用耐磨的碳化钨轧辊，轧辊采用快速液压工具进行，节省换辊时间，占地面积小。由于采用小直径工作辊延伸率高。其优点归纳如下：(1) 轧制速度快，生产率高；(2) 成品精度高，延伸率高，线材表
8、面质量好；(3) 事故停工少，槽孔寿命长，操作效率高，快速换辊，节省换辊换槽孔时间，设备磨损少。这样的轧机应用广泛，是现代轧机的样版。1.2.3采用恒微张力轧制在高速无扭转线材轧机之间采用恒微张力轧制,即使微拉和微推相结合,消除推钢严重影响线材断面尺寸变化。减小负载，降低传动件的损坏，减少设备事故。减少轧钢过程中的过度拉钢是生产技术人员努力方向，是线材轧制水平重要标志之一。1.2.4对传动系统的改进方向1、 提高轧辊的耐磨性采用耐磨性好的轧辊材料。采用热喷涂，提高轧辊表面的耐磨性，通常采用碳化钨材料，热喷涂轧辊表面碳化钨层。由于孔型变化小，产品有较高的粗变和较好的表面质量，轧槽寿命长。2、 提
9、高机架刚变采用大断面的轧钢机机架，也可采用应力线轧机。使轧机变形小，刚度大，提高轧制精度。1.2.5控制冷却和性能控制控制冷却是工艺的需要及性能的保证，可以减少表面氧化铁皮。这是线材轧机重大技术学术之一，它可以减少氧化铁皮，改善金相组织及性能，防止马氏体及贝氏体出现，保证了线材的机械性能。高速无扭线材轧机，采用单根、高速、无扭和恒微张力轧制。它需要头越小越好，发展前途向无头轧制或连铸连轧发展，采用大压下量轧机和线材轧机组合。采取先进的散卷冷工艺，轧制中采用自动张力控制装置，连续轧制自动测径。并采用直接数字控制计算机。1.3 中轧线材轧机的研究方法和内容1.3.1 线材生产车间的平面布置和中轧机
10、的作用线材厂平面布置如图1.1所示1.500开坯线材轧机 2.400粗轧线材轧机组 3.切头事故剪4.350中轧线材轧机组 5.300精轧线材轧机 6.250精轧线材轧机图1.1 线材长平面布置图350中轧线材轧机的作用是将粗轧机组3333毫米的坯料通过中轧进一步轧制，为精轧机进一步轧制成品提供坯料。1.3.2 线材车间生产工艺产品规格：生产普碳钢、焊条钢及优质碳素钢，最小为6.5毫米线材，最多轧制10毫米的线材，也有部分为以后加工的坯料。工艺流程：原料步进式加热炉加热粗轧切头中轧精轧穿水冷却卷取空冷检验打包入库。粗轧机采用500三辊轧机，粗连轧采用400二辊轧机，中轧采用350三辊轧机。精轧
11、采用280和250二辊二重式轧机。1.3.3 中轧线材轧机的研究内容和方法1、 下厂实习了解中轧生产工艺、轧制规程、轧机生产中存在问题、收集有技术性能系数和结构特点，为制定合理方案收集资料。2、 通过认真研究选择中轧机设计方案，提出改进措施，对设计方案进行评述。3、 对主要零件进行强度计算。4、 画出方案总图，部分部件图和零件图。5、 对自动控制提出要求选择润滑方法和润滑油和润滑脂。6、 提出设备的安装方案和维修规程。7、 对设计进行分析与评价。2 方案的选择与评价2.1 方案的选择方案选择三辊中轧线材轧机。它可以满足生产品种和规格的要求。提供的原料允许发挥成品车间的生产能力，保证坯料的内部组
12、织和表面质量。从而保证成品车间成材率和生产率不断上升。轧机前后采用正、逆围盘保证安全生产。主传动如图2.1所示.主电机.电机联轴器.减速机.齿形万向连接轴.齿轮座.梅花连接轴.三辊轧机.二辊轧机图. 350中轧线材轧机组传动示意图2.2 方案评述1、 主电机选择异步电机，通过棒销联轴器传动减速机。棒销联轴器比其他联轴器容易调整安装误差，工作可靠，安装方便。齿轮万向连接轴，精度高，调整13满足调整要求。采用梅花连接轴便于换辊，拆卸方便。最后一架采用二辊以便为精轧提供原料。轧辊轴承采用胶本瓦轴承，造价低，压下采用手动压下，平衡采用弹簧平衡。因为轧机小，满足要求。采取改进措施：将压上机构改成调整楔块
13、和调整丝杆。解决压上装置的密封问题。如图2.2所示.轴承座.楔块.机架.调整丝杆图. 压上系统的改进2、 取消H形架，由2根撑杆和一个中辊上瓦座代替。消除H形架变形断裂事故，保证轧制生产的稳定性。如图2.3所示( a ) ( b )a.改造前 b.改造后图. 形架的改进将形架合成两部分保证原形架的作用。3 主电机容量的选择3.1 轧制力的计算3.1.1 轧辊主要尺寸的确定轧辊的主要尺寸是：轧辊的名义直径，辊身长度，辊颈直径，辊颈长度，辊头直径，辊头长度。下面根据已给定的参数mm确定其它主要尺寸。由参考文献1，79表3-2可知： (3.1)即 =350（1.52.5） =525875mm根据轧件
14、宽度的需要和考虑机组体积的情况下，选择前六道次轧辊的辊身长度为750mm，最后一道次轧辊的辊身长度为550mm。即mmmm 由参考文献1，81表3-5可知： (3.2)即 =350（0.530.55） =185.5192.5mm选mm。 mm (3.3)即 mm选mm。由参考文献1，81可知： mm (3.4) mm选mm。 (3.5) mm 选mm。3.1.2 轧制规程1、压下统计表 表3.1 350中轧机组压下统计表 (mm)道次轧前高度轧后高度轧前宽度轧后高度平均压下量17048.683246.6820.5323319.50335219.3535232.5319.532.516.4942
15、313.50233713.5553724.0513.524.511.2161711.5017248.9572418.3911.518.395.652、孔型图图3.1 轧机孔型图3.1.3 轧制力的计算由参考文献1，53可知，采用艾可隆德方法可计算线材轧机的平均单位轧制力：即 (3.6)式中:考虑外摩擦对单位压力的影响系数；轧制材料在静压缩时变形阻力,MPa；轧件粘性系数,kgs/mm；变形速度,s。其中： (3.7)式中：摩擦系数。对于硬面铸铁可按下式计算，其中为轧制温度； (3.8) 、轧制前后轧件的高度，mm；轧辊半径，mm。利用L.甫培（Pomp）热轧方坯的实验数据，得到（MPa）的计算
16、公式： (3.9)式中：轧制温度，；碳的质量分数，；锰的质量分数，；铬的质量分数，。由参考文献2，127表6.4查得，轧件中：； ； 。即 (3.10) MPa轧件粘度系数（kgs/mm）按下式计算： (3.11)式中：考虑轧制速度对的影响系数。因为轧制速度小于6m/s，故取。即 kgs/mm艾克隆德用下式计算变形速度： (3.12)式中：轧制速度，mm/s；、轧制前后轧件的高度，mm；轧辊半径，mm。第一道次： s则 MPa第二道次： s则 MPa第三道次： s则 MPa第四道次： s MPa第五道次： s则 MPa第六道次： s则 MPa第七道次： s则 MPa由参考文献1，56可知轧制力
17、的计算公式： (3.13)式中：、轧制前后轧件的宽度；接触弧长度的水平投影。由参考文献1，56可知接触弧长度的水平投影的计算公式： (3.14)式中：轧辊半径；平均压下量。由参考文献1，57可知线材轧机平均压下量的计算公式：对于椭圆轧方形： (3.15)对于方形轧椭圆： (3.16)第一道次： mm则 mm则 N第二道次： mm则 mm则 N第三道次: mm则 mm则 N第四道次: mm则 mm则 N第五道次: mm则 mm则 N第六道次: mm则 mm则 N第七道次: mm则 mm则 N3.2 电机轴上力矩的计算由参考文献1，60可知轧制力矩的计算方法： (3.17) (3.18) (3.1
18、9)式中：轧制力；轧制力臂，即合力作用线与两个轧辊中心连线的垂直距离；轧辊轴承处摩擦圆半径；轧辊直径；轧辊轴颈直径；合力作用点角度；轧辊轴承摩擦系数，对于胶木瓦轴承取。对于简单的轧制，每个道次两个轧辊总驱动力矩为： (3.20)由 参考文献1，65可知的计算方法：热轧时： (3.21)式中：咬入角，其计算公式为： (3.22)第一道次： 则 则 Nm第二道次： 则 则 Nm第三道次： 则 则 Nm第四道次： 则 则 Nm第五道次： 则 则 Nm第六道次： 则 则 Nm第七道次： 则 则 Nm电机轴上的力矩为： Nm3.3 电机容量的选择由参考文献1,73可知，根据过载条件选择电动机功率 (3.
19、23)式中:最大静负荷力矩,Nm； 传动系统总效率，初选时选；电机过载系数，取；轧辊转数，r/min。其中： (3.24) r/min则 KW由参考文献3可查得应该选用的电动机为：，KW，r/min。由参考文献1，68可知，主电动机轴上的力矩的计算方法： (3.25)式中：轧辊上的轧制力矩；轧辊轴承上的摩擦力矩；传动机构及其它转动件中的摩擦力矩；空转力矩；动力矩，由于轧件很长，故可忽略不计；电动机和轧辊之间的传动比。其中： (3.26)式中:轧辊轴承摩擦系数,对胶木瓦轴承,取。轧辊轴颈直径；11轧辊数量。即 Nm (3.27) (3.28)式中：电动机到轧辊之间的传动效率，取。即 Nm (3.
20、29)其中：主电动机额定力矩。即 (3.30) Nm则 Nm则 Nm过载系数为： (3.31) 选择的电动机符合过载要求。4 主要零件的强度计算4.1轧辊的强度计算由参考文献4,18可知轧辊强度的计算方法:以载荷最大的第一架轧机的中辊进行计算。通常对辊身仅计算弯曲,对辊颈则计算弯曲和扭转,对传动端辊头仅计算扭转强度，如图4.1所示。1、 辊身带孔型轧辊的危险断面在轧槽上,则 (4.1)式中：辊身危险断面弯矩；作用在轧辊上的轧制力；压下螺丝中心矩；危险断面到压下螺丝间的距离，取mm，mm。则 Nm Nm作用在轧辊辊身危险断面的弯矩为。则 (4.2)式中：计算断面的直径。则 MPa是铸铁轧辊MPa则 (4.3) MPa合格。2、 辊颈由图4.1可看出断面载荷最大,所以只需计算此断面的强度。辊颈危险断面上的弯曲应力和扭转应力分别为： (4.4) (4.5)式中：轧辊直径；辊颈危险断面处的弯曲力矩；辊颈危险断面处的扭转力矩。其中： Nm Nm Nm Nm则 MPa MPa图4.1 轧辊的载荷计算简图对于铸铁轧辊，根据莫尔理论，合成的计算应力为： (4.6) MPa合格。3、 辊头
