第四章轧钢机机架

对于四辊轧机： H=（2.6~3.5）(D1+D2) 其中D1、D2分别为工作辊、支撑辊直径
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3、机架立柱断面尺寸：立柱应具有足够强度和刚度 根据强度条件确定机架立柱断面尺寸。 由于作用在辊颈与立柱中的力相同，而辊颈强度近似与其 直径平方成正比，故机架立柱断面积与辊颈直径平方有关。 设计时，可根据F/d^2的经验数据确定机架立柱断面积， 再进行强度效验，见表4-1。
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c.立柱拉伸变形：
立柱受力图
47 47
机架变形：上述三项之和
对于钢板轧机：机架允许 [ 冷轧机：[ ]=0.4~0.5 四辊热轧机：[ ]=0.5~1.0
]为：
机架变形：
<[
]
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三、开式机架强度计算 P91 轧制时，轧辊受到垂直力R的作用，机架立柱上部向窗口 内侧变形，将夹紧上辊轴承座（轴承座与机架窗口一般采用 间隙配合），以T表示轴承座作用于机架立柱上的反作用力 （水平方向）。 T可根据立柱挠度f等于轴承座和立柱间隙 确定
轧制中 心线
正方形
长方形
工字形 I最大安装 滑板方便
T形
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三、机架结构特点 1、闭式机架
1700热轧带钢连轧机精轧机座的机架 1.轨座 2、12.机架 3、10、13螺栓 4支承辊换辊小车 5横梁 20 6、8键 7滑板 9箱型横梁 11支承辊轴向压板 14测压仪 15下横 梁
图4-3所示 a.由两片机架2、12组成 b机架上方通过横梁9用12个M64螺栓10连接，并用键8定位 c.机架下部则通过两个横梁15用16个M64螺栓13连接 d.横梁5是支撑辊小车4的轨道底座，用16个M56螺栓与机架 下部连接，并用键6定位 e.横梁5中装有4个液压缸，升降成套轧辊组件，小车4与机架 下横梁间装有测压仪14 f.换辊侧，立柱上装有支撑辊固定压板11 g.整个机架用8个M150螺栓固定在轨座1上，两个轨座1用8个 M130地脚螺栓固定在地基上 此轧机正常轧制力25MN，考虑轧制不锈钢或者发生卡钢 事故等，每片机架按照承受20MN载荷设计。
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一、闭式机架确定计算 P94
为便于计算，作如下简化： 每片机架在上下横梁中间断面处，有垂直力R作用，且大小 相等，方向相反，作用在同一条直线上； 机架沿窗口垂直中心线对称，且不考虑上下横梁惯性矩不同 而引起的水平内力； 上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的，即机架变形后， 机架转角仍保持不变 根据上述假设，机架外负荷、几何尺寸与机架窗口垂直 中心线对称，将机架简化为立柱、上下横梁的中性轴组成的 自由框架，即沿窗口垂直中心线剖开，作用有R/2和静不定力 矩M1：
现代机械装备设计 （上）
于凤琴
1
第四章 轧钢机机架
内容：机架类型及结构、机架主要参数、机架强度计算、 闭式机架变形计算、机架材料与许用应力 掌握：机架特点、主要参数 机架强度计算、闭式机架变形计算 学时：1
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第一节 机架类型及主要结构参数
轧机机架是轧机工作机座中尺寸和重量最大部件，其重 量占整个工作机座的45~50%。轧件作用于轧辊的全部轧制 力和水平方向张力、惯性冲击及轧辊平衡装置中平衡力等最 终都为机架所承受。机架受力后所产生的变形直接影响轧件 尺寸精度，因此机架必须具有足够的强度和刚度，另外结构 便于拆卸和换辊。正确计算和设计机架是十分必要的，安全 系数n=10~15，机架是机座中最重要部件。
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二辊开式机架计算简图
50
开式机架内力图 a.弯矩图 b.轴力图c.切力图
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a.T力作用下弯矩图
b.R力作用下弯矩图
综上所述：开式机架刚度低，影响机架刚度和换辊速度的主 要是上盖的连接方式
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3、机架的结构
增加
虽然机架的形式很多，但它们具有很多 共同特点，一般机架设计时要考虑以下 问题： 机架上方中部镗有装压下螺母的孔， 间隙配合 机架立柱中心线与轧辊轴承座中心线 重合，对于经常压下情况，立柱内侧装 有滑板 立柱外侧装有轴向固定装置 对现代化轧机，为换辊方便，弯辊缸 放在机架上，在机架内侧增加附加支座
或者B=BZ+2S 式中 BZ——支撑辊轴承座宽度 S——窗口滑板厚度，一般S=20~40
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2、窗口高度H 窗口高度取决于轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端 长度、轧辊数目、辊身直径、轴承座径向尺寸以及换辊要求等。
H=H1+H2+H3+S1+S2
式中 H1——两个（或者四个）轧辊接触时上下轴承座之间 最大距离 H2——安全臼（或者球面垫）或测压元件的高度 H3——下轴承座垫板厚度 S1——轧机换辊时最大开口度 S2——机架窗口高度余量，一般S2=150~250
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二.闭式机架变形计算
增加
机架弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱拉伸变形组成， 影响轧件断面尺寸精度。
由于横梁的断面尺寸较其长度是很大的，应考虑横梁在横 向切力作用下变形。
机架的弹性变形 ：
由拉力引起立柱拉伸变形 由切力引起横梁弯曲变形
由弯矩引起横梁弯曲变形
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a.首先计算：
由卡氏定理可知，两个横梁的弯曲变形
横梁受力图
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因为： 所以： 积分后得到：
式中
E——机架弹性模量 ——横梁惯性矩 ——立柱力矩 ——横梁中性轴长度 R——横梁上作用力，钢板轧机R=P/2
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b.计算由切力引起横梁弯矩：
由卡氏定理或者莫尔积分计算
F1
横梁受力图
45
因为：
所以：
积分后得到：
式中
G——机架剪切弹性模量 K——断面系数，对于矩形断面，K=1.2 F1——横梁断面积
半径R=150
半径R=200
双半径R1=150 R2=100
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压下螺母镗孔圆角R
第一种方案
第二种方案
第三种方案
现代化轧机，机架窗口内侧有附加凸台，安装上支撑辊、 工作辊液压缸
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2、开式机架 目前应用较多的是斜楔连接，图4-4
650大型型钢二辊轧机工作机座 1斜楔 2定位销 3双头螺栓和撑管 4铸造横梁 5起吊用中心销 6侧支撑面 7凸出部分 8耐磨滑板
换辊，沿轧辊轴线方向从机架中抽出或者装入，需要用专 用换辊设备进行换辊。
下面看实体结构：
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操作侧 机架
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传动侧 机架
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机架 装配
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机架辊系 装配
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2、开式机架：有机架立柱和上盖两部分组成。 主要在横列式型钢轧机或者线材轧机上，轧辊从机架上方 吊出或者装入。 见书图5-2 几种常见开式机架结构（邹家祥）
介绍常用几种轨座形式：
27来自百度文库
单轨座
两个轨座铸造在一起 型钢轧机轨座
具有矩形支撑面轨座
用斜楔连接轨座
轨座形状与其机架地脚连接形式 1机架地脚 2销钉 3轨座 4垫圈 5、6上下斜楔
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第二节 机架强度和变形计算
主要介绍闭式机架和开式机架强度计算，介绍闭式机 架的变形计算
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轧钢机机架强度和变形计算，一般采用如下步骤：P94 1、将机架结构图简化成为刚架，即以机架各断面的中性轴连 线组成框架，近似处理成直线或者规整的圆弧线段，并确定 断面位置 2、确定静不定阶数，如闭式机架是三次静不定，简化模型降 低阶数，为一次静不定 3、确定外力大小及作用点 4、根据变形谐调条件，用材料力学方法求解静不定力哥力矩 5、根据计算截面面积、惯性矩、中性轴线位置和承载情况， 求出应力和变形
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上述机架结构特点： 机架窗口高度H与宽度B的比值达3.75，比一般轧机大 机架立柱断面采用近似方形，为节省金属，立柱宽度900， 厚度720，断面积6440cm^2 立柱内表面装有45＃滑板，防止磨损 换辊侧，机架窗口比传动侧大20 机架采用ZG35，焊接性能好，每片机架重130t，机架高 9250，总宽度3510 机架窗口底部圆角半径R，如图4-3所示
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650型钢机架 1机架上盖 2定位销轴 3U形架 4 斜楔 5拉紧螺丝 6铸造横梁 7凸台 8上鞍形垫板 9下鞍形垫板 10中间梁 11销子 12牌坊
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3、轨座结构 机架安装在轨座上，轨座固定在地基上。 轨座要保证机座安装尺寸精度，并承受机座重量和倾翻力 矩，轨座安装必须准确，并且具有足够的强度和刚度。 大型轧机，一般轨座采用与机架相同材料 小型轧机，则往往采用铸铁
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a.对于简单矩形断面：可将其简化为矩形框架
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根据以上公式计算M1：
式中
l1、l2——机架横梁、立柱中性线长度 I1——上横梁惯性矩 I2——立柱惯性矩 I3——下横梁惯性矩
积分后得到：
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假设上下横梁惯性矩相同，即I1=I3
立柱上弯矩M2：
由此可见：减少立柱惯性矩I2和增大横梁惯性矩I1，可以部分 减少立柱弯矩M2
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一、机架类型 根据轧钢机形式和工作要求分为：闭式机架、开式机架、 焊接机架、组合机架
机架形式
a.闭式机架
b.开式机架
c.焊接机架
d.组合机架
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1、闭式机架：具有很高强度和刚度 主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机； 对于某些小型型钢和线材轧机，为获得较好轧件质量，也采用 闭式机架；另外多辊轧机、钢管轧机、矫直机等均采用闭式机 架。
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中性轴
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机架计算简图及弯矩图
求解静不定力矩M1： 对于I-I断面，转角 等于0，按照卡氏定理，即由M1引起 的转角 ：
①
式中
x——I-I截面与计算截面间机架中性线长度 ——机架计算截面上的弯矩 ——惯性矩
②
由图可知： 式中 y——垂直力相对于计算截面的力臂
③
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将②③代入①式得到：
所以：
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b.对于复杂断面：将机架分成若干段，进行求和
用图解法求力矩M1
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c.求机架应力 横梁：内侧压应力：
外侧拉应力：
立柱： 内侧拉应力：
外侧应力：
式中
——机架横梁内外侧断面系数 ——机架立柱内外侧断面系数 F2——立柱断面积
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d.机架立柱断面积选择 根据力矩分配条件，找到立柱断面积选取原则，常见立柱 断面积形状：矩形、长方形、工字型、T形
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螺栓连接
立销连接 换辊比螺栓较方便， 其他特点一样
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结构简单、但螺栓较长，变形 较大，机架刚度低，换辊拆卸 费时
套环连接 换辊较方便，刚 度有所改善
圆销连接 结构简单，圆销在冲击 力作用下容易变形，拆 卸困难，刚度较大
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斜楔连接 与上述各开式机架相比具有以下优点： 上盖弹跳小，由于连接件少，变形小 连接件结构简单，连接坚固 机架立柱横向变形小 换辊方便 具有较高刚度故称之为半闭式机架
凸台焊接 或者螺栓 固定
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二、机架主要结构参数 机架主要结构参数：窗口宽度B、高度H、立柱断面尺寸
机架结构
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1、机架窗口宽度B：根据轴承座尺寸确定 a 对于二辊轧机 闭式机架：B稍大于轧辊最大直径，便于换辊 开式机架：取决于轴承座的宽度，从上方吊走轧辊 b 对于四辊轧机：闭式机架
B传动侧=（1.15~1.3）D2（支撑辊直径） B操作侧=B传动侧+(5~10) 便于换辊
机架立柱断面积与d^2关系
轧辊材料
铸铁 普碳钢 铬钢 合金钢轧辊
轧机类型
开坯机 其他轧机 四辊轧机
比值F/d^2
0.6~0.8 0.7~0.9 0.8~1.0 1.2~1.6 1.0~1.2
备注
按支撑辊辊颈计算
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机架立柱断面尺寸对机架刚度影响很大。板带轧机为提高 轧件轧制精度，有逐渐增大立柱断面的趋势。 四辊厚板轧机立柱断面尺寸增至9000~10000cm^2，刚度 700~800t/mm； 四辊热轧带钢轧机立柱断面尺寸增至7000~08000cm^2，刚 度625t/mm； 四辊冷轧带钢轧机立柱断面尺寸增至6000~7000cm^2，刚度 600t/mm； 立柱断面形状有以下几种形式：
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结构特点： 由两个U型架3、12和一个上盖组成，用1：50斜楔4连接 上盖1与U型架立柱用销轴2轴向定位 上盖与U型架都装有安装压下、压上装置的齿轮壳体 由于中辊轴承座采用H形瓦架，上盖下部开有燕尾槽，便 于安装H形瓦架 U形架立柱上装有支撑中辊轴承座的凸台 与下辊轴承座接触机架侧装有滑板7 机架采用ZG35 U形架下部通过中间梁10用螺栓连接，U形架上部通过横 梁6和拉紧螺栓5连接 整个机架用8个M72螺栓固定在地脚板上
设计机架，根据轧机类型、受力特点及制造条件等确定断 面积形状。
断面形状与力矩关系
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对于宽度较大二辊轧机，即l2/l1=1，特别是水平力较大轧机， 由于M2较大，要求I2大，选择惯性矩较大工字钢 对于窄而高闭式轧机，即l2/l1=2，水平力不大，M2较小，要 求I1大，可选择惯性矩较小的近似正方形断面，一般实际选择 矩形断面