轧钢机械设备讲稿- 第2章

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则强度不够
(2)支承辊传动情况
q=P/L
d D2
Mn
P/2
L
c P/2
与二辊轧机轧辊校核相同
辊身:校核弯曲强度
a
辊颈:校核弯+扭组合强度
辊头:校核扭转强度
工作辊强度计算
(1)工作辊传动时,工作辊强度 (2)支承辊传动时,工作辊强度
工作辊传动
PT
b


d1
D



L

Mw

受 a


MT


图 Mn
f P 18ED4
12aL2 4L3 4b2L b3

P
G D2

L

b 2

挠度的影响因素:轧制力;轧辊的材质E、G;轧辊的尺寸 D、L;轧件的尺寸b
第六节 轧辊的辊形调节
影响辊形的因素: •原始凸度 •弹性弯曲 •温度分布不均匀 •不均匀磨损 辊形的调节方法: 1预磨工作辊凸度,以抵消轧辊弹性变形等对辊缝的影响. 2改变轧辊的热凸度,采用分段冷却的方式改变各部位的热凸度. 3改变道次的压下量,从而改变轧制力,来改变轧辊的弹性变形. 4采用液压弯辊,使轧辊产生附加的弯曲变形.达到调整辊形的目的. 5采用辊形可调的新型轧机.如HC ,CVC,UCM,VC,PC等.
f1

U1 R

1 EI
MX
M X R
dx
f2

U 2 R

1 GF
QX
QX R
dx
卡氏定理
U1 —系统中弯曲力作用时的变形能
U 2 —系统中切应力作用时的变形能
R— 求解挠度差(与中间部位的)点的作用力
M X , QX
—在任意截面上的弯矩、切力 E,G—弹性模量和剪切模量 I,F—断面惯性矩和断面面积 R—计算轧辊中间总挠度量时,R为轴承支反力,为P/2。
第三节 轧辊材料及辊面硬度
一、常用的轧辊材料
铸钢 1、钢
锻钢
合金铸钢
合金锻钢
热轧辊-合金结构钢:55Mn2,55Cr,60CrMnMo
冷轧辊-合金工具钢:9Cr, 9CrV, 9Cr2W, 9Cr2Mo
2、铁
普通铸铁 球墨铸铁
合金铸铁
半冷硬铸铁:HS>50 冷硬铸铁:HS >60 无限冷硬铸铁:HS >65

b3

64c3

D d
4
1



P
G D2
a

b 2

2c

D d
2


1


钢板边缘的挠度差f’(CC1)
f P 12ab2 7b3 Pb
18ED4
2G D2
轧辊边缘的挠度差f’’(BB1)
P2
P4
P6
360 443 443 508 498 562 543 620
98
222
290
98 214
146
216
148
150
88
222
道次
1
2
3
4
5
6
7
轧制力,t 230 200 190 170 121 112
68
计算作业题
某冷轧厂连轧机组中四辊轧机轧辊的参数如下:
直径 辊身长 辊颈直径 辊颈长 最大轧制力 扭矩, mm mm mm mm kN kNm 工作辊 560 1676 340 500 24000 100 支撑辊 1396 1676 845 960 24000
P( 4

) 8
三.四辊板带轧机强度的计算 (一)支承辊 (1)工作辊传动情况
q=P/L
d
D2
P/2
c P/2
L
a
辊身中部最大弯矩
M max P(a L) 48
辊身中部弯曲应力:

M MAX W

M MAX 0.1D23
b b
n5

则强度足够

2.三个重要的挠度值(1)辊身中央的总弯曲挠度f (AA1 )(2) 辊身中央和钢板边缘的挠度差f’ (CC1)(3)辊身中央和辊身边缘 的挠度差f’’(BB1 )。
3.产生挠度的原因(1)弯矩M(2)剪切力P 4.求解挠度的方法
只有将挠度差转换成挠度,才可以应用卡氏定理求解. 转换的方法:将简支梁转换成悬臂梁.(支点发生变化)
计算中间部位与某点的挠度差, R指在那点作用的力.
计算方法:
(1)将坐标原点移至欲求挠度差处
(2)在欲求挠度差处加一个想象的力R
(在欲求挠度差处作用的外力)
(3)写出外力引起的力矩表达式
(4)写出假想力引起的弯矩方程
(5)写出各段的被积分函数表达式
MX

P1

x

a
2
b


1 2
qx
3、硬质合金:WC
二、轧辊材料的选择 1、初轧机和型钢:以强度为主,用合金铸钢和锻钢;在型钢 轧机第二架,可用球墨铸铁,后几个机架和成品机架,可以 用冷硬铸铁。
2、热轧板带轧机:工作辊;粗轧机座采用钢,精轧可用铸铁。
支撑辊:合金锻钢。
3、冷轧板带轧机:工作辊、支撑辊全部考虑辊面硬度和强度, 都用合金工具钢,或用WC辊套。不可用铸铁,因为E仅为钢 的1/2,最小可轧厚度与E成反比。
正弯辊
负弯辊
减小挠度
增加挠度
油缸在上下工作 油缸在支撑辊和
辊之间
工作辊之间
调整边浪
调整中浪
最好
良好
中间辊弯曲
工作辊 支撑辊
2.5~4.0 1.3~2.5
D
d
d3
l
L
l3
各类轧机的最大允许咬入角
轧制情况 带润滑的光冷轧辊
粗糙辊面冷轧 热轧钢板 热轧型钢
咬入角,α 3~4 5~8
15~22 22~24
各类轧辊的重车率
轧辊
重车率,%
初轧机 型钢轧机 中厚板轧机 薄板轧机和冷轧机
10~12 8~10 5~7 3~6
第2章 轧 辊
第一节 工作特点和分类
轧辊的工作特点:
(1)承受很大的轧制压力和力矩,还有动载荷。 (2)在高温和温度变化大的条件下工作,轧辊在交变应力的作 用下,易使轧辊产生龟裂和裂纹。 (3)在轧制过程中被磨损,影响轧件的质量和轧辊的使用寿命。
轧辊的分类:
(1)平辊:轧板带(有辊型) (2)型辊:轧型钢(有孔型) (3)特殊轧辊:轧钢管、车轮等(桶形,菌形)
接触应力过大时,会使辊面金属产生剥落.
max
q(r1 r2 )
2 (K1 K2 )r1r2
z x
y
σz
max 0.418
qE(r1 r2 ) r1r2
K1

1 12 E1
,
K2

1 22 E2
q- 接触表面单位长度上的负荷 r1,r2−轧辊半径
σx σy
Dmax

0.28Ehmin
(K P)
④ 轧辊的强度和刚度
辊身长度L: L/D比例。 L/D小,刚度大,不易弯 曲。(查表,经验数值)
辊颈直径d: d/D有比例, 0.5-0.8(滚动轴承取下限)
辊颈长度l: d/l≈1
初轧机 型钢轧机
四辊板带
各种轧机L/D的比值
粗轧机座 精轧机座
2.2~2.7 2.2~3.0 1.5~2.0
第四节 轧辊的强度计算
1) 二辊型钢轧机强度的计算
包括
2)二辊板带轧机强度的计算 3) 四辊板带轧机强度的计算
工作辊传动 支承辊传动
工作辊校核 支承辊校核
原则:
辊身:计算(校核)弯曲强度 辊颈:计算(校核)弯扭组合 辊头:计算(校核)扭转应力
步骤:
1)对受力及几何形状进行简化 2)进行辊系的受力分析 3)找出可能的危险断面,画出力矩图 4)对危险断面的弯曲力矩进行计算 5)计算弯曲应力 6)求出许用应力 7)作出安全或是否符合强度要求的判断
辊颈强度校核
M d R1gc
d

Md Wd

Md 0.1d 3
钢轧辊, 第四强度理论:


Mn Wn

Mn 0.2d 3


2 d

3
2
铸铁轧辊,第二强度理论:
0.375d 0.625

2 d

4
2

强度校核合格 强度不够
辊头强度校核
tmax
一. 二辊型钢轧机强度的计算 辊身强度校核
a
P
l
R1 c x
al M X R1 x a P x M MAX R1 l
M MAX M MAX
W 0.1D3
R2
b
n
b
5
( b
600 ~ 900MPa)
强度校核合格
强度不够
辊形调整装置-弯辊装置
作用:使工作辊或支撑辊产生附加的弯曲,以改变辊缝的形状,保证轧 出的钢板的平直度和厚度公差的要求。 类型:正弯工作辊,负弯工作辊(弯曲中间辊)
正弯辊:轧制 力方向与弯辊 力同向(平辊 或小凸度) 负弯辊:轧制 力方向与弯辊 力反向(预磨 辊形凸形较大)
种类 性能 结构
用途 控制效果
2.如图所示为630三辊型钢轧机的中辊各部分尺寸(已考虑了重车量),轧辊材料为钢轧辊(抗拉强 度取为700 MPa).轧制60×60方坯时,第一、第二道采用共轭孔型,其它交叉轧制,共轧七道,各道 轧制力的值见表,第二 、第四、第六道可以同时过钢,试计算轧辊强度.(扭转力矩为21.9tm,中间 辊环宽皆为98mm)
工作辊传动,轧件宽度为1400 mm,入口厚度为2.8 mm,出 口厚为2.3 mm,前后机架的张力差为120 k N,一个工作辊 的传动扭矩为100 kNm,轧辊材质为合金锻钢,极限强度为 900MPa,试对工作辊的辊身强度进行校核。(要求画出工 作辊受力图及弯矩图)
第五节 轧辊的挠度
1. 确定挠度的目的和意义:确定辊型凸度并磨床上加工出辊型, 可以实现在线辊形控制,从而保证轧出厚度均匀的钢板。
2
Rx
M X x R
R0
f1'

1 EI1
b 2 0
P1

x

a
2
b


1 2
qx2


xdx

P 18.8ED4
(12ab2

7b3 )
5.三个挠度差的计算公式:
辊身中央的 总弯曲挠度 f(AA1)
f

P 18ED4
8a3

4ab2
每次重车0.5-5mm,重磨0.5-0.01mm。 例:首秦:每次重车+重磨量1mm,重磨100mm报 废。
辊身长度L的确定:
对于型钢轧机: 考虑轧辊强度和孔型个数 对于板带轧机: L=B+a 当 b=400~1200 , a=100
b>1200 , a=200~400 例如:首秦4300轧机: b=4100,a=200。
PT q=P/L
d3
c
辊身中部垂直弯矩
Mwmax P (l b) 8
辊身中部水平弯矩
T a b
MT max
2
() 48
辊身中部合成弯矩
M
M
2 W max

M
2 T max


M W

M 0.1D13
T PT 4
辊颈处的弯曲应力和扭转应力
MWT

T 4
C
d
MWT W
a
b
Mn Mn Wn b3

辊头强度合格
a/b
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
η 0.208 0.346 0.493 0.645 0.801
二. 二辊板带轧机强度的计算
弯矩表达式
b
MD

P 2

aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2

bq 2

b 4
d D
P/2
L
c P/2
P bq
Mw a
ab
MD

图3.1 轧辊结构 1-辊身;2-辊颈;3-辊头
900
450
900
型辊上配置的孔型形状
棒线材轧机的型辊
板带轧机的平辊
桶形辊 二辊斜轧穿孔机轧辊形状
第二节 轧辊的结构和参数
结构:辊身、辊颈、辊头 辊身:与轧件直接接触并产生塑性变形的部分,D、L 辊颈:轧辊的支撑部分,固定位置,将轧制力经压下装置 传递到机架上,d, l
MWT 0.1d 3
d

Mn W

Mn 0.2d 3


2 d

3 d 2
作用在一个工作辊上的扭矩
Mn

1 2
MZ

1 4
T

D1
“_”前张力大于后张力 “+”后张力大于前张力
支承辊传动时,工 作辊受力情况
Px/2
b
d1
D
px’ px
L Mw
a
Mn
M
Px/2 q=P/L
c
接触强度地计算
辊头: 传递轧辊扭矩的部分, d3,l3 …
形状:… …
轧辊的辊头基本类型
(a)梅花轴头(b)万向轴头(c)双键槽轴头(d)平台式轴头
第二节 轧辊的结构和参数
参数: 辊身直径D :①咬入条件(热轧)
Dmin

h
1 cos
② 轧辊的热平衡: 轧辊直径使轧辊的工作温度≯100℃.
③ 轧辊的最小可轧厚度(冷轧)
max 0.304max
σmax
τmax=0.304σmax
0.5σmax
σy
σz
σx
0.78b
习题:
1.如生产1750mm的热轧板,已知在2500mm二辊热轧机上进行轧制,最大轧制力为1000t,轧辊直 径为960mm,辊颈直径为580mm,辊颈长度为580mm,梅花辊头外径d1为520mm,辊头长360mm, 作用在一个辊头上的扭转力矩为64t.m, 采用轧辊材质为球墨铸铁,其抗拉强度为400-600 MPa, 请校核轧辊各部分强度.
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