900四辊可逆冷轧机压下规程设计及机架设计与分析

1200四辊可逆冷轧机压下规程设计及机架设计与分析学院：机械工程学院班级：09级轧钢2班组员：岳猛超付振冲张刚廉慧祁福亮指导教师：许秀梅王健燕山大学专业综合训练（论文）任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：冶金系一、 原料及设计技术参数1.1、原料：08F 来料尺寸4.2mm ×1050mm 成品尺寸0.6mm ×1050mm Q235 来料尺寸4.2mm ×1050mm 成品尺寸0.6mm ×1050mm Q195 来料尺寸3.5mm ×1050mm 成品尺寸0.65mm ×1050mm1.2、成品出口速度v=8m/s 。

1.3、开卷机最大张力6吨，卷取机最大张力35吨。

二、 轧辊尺寸的预设定设计课题为“1200四辊可逆冷轧机压下规程设计及机架设计与分析”，则工作辊的辊身长度 L=1200mm ，辊身长度确定后即可根据经验比例值法确定轧辊直径，冷轧板带轧机1L / 2.3~3.0D = 常用比值为2.5 ~ 2.9；2L /0.8~1.8,D = 常用比值为0.9~ 1.4；21/ 2.3~3.5,D D =常用比值为2.5 ~ 2.9；对于支撑辊传动的四辊轧机，一般取21/3~4,D D =其中L 为辊身长度，1D 为工作辊直径，2D 为支承辊直径。

取 L/1D =2.5，12/3,D D =L=1200mm , 1D =480mm , 2D =1440mm三、 压下规程制定3.1、压下规程制定的原则及要求压下规程设计的主要任务是确定由一定来料厚度的板坯经过几个道次后轧制成为用户所需求的，满足用户要求的板带产品。

在此过程中确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每个道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置和转速。

因此，还要涉及到各道次的轧制速度，轧制温度，前后张力及道次压下量的合理分配。

在此过程中，主要考虑设备能力和产品质量，设备能力主要包括咬入条件，轧辊强度和电机功率三个要素，而产品质量主要包括几何精度和力学性能。

压下规程制定的原则：在考虑轧件塑性条件并保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。

对于单机架可逆式冷轧机，第一道次应考虑到来料尺寸误差，预留一定的轧制能力，末道次考虑板型和表面质量，应给与较小的压下量，其余道次可采用等功率原则分配压下量。

3.2、压下规程预设定ε=010h h h -=0hh ∆ '11h H=-ε ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=R h 21arccos α ε：压下率'ε：累计压下率 H ：原料原始厚度 mm0h ：轧前厚度 mm 1h ：轧后厚度 mmh ∆: 绝对压下量 mm α ：咬入角，rad R :轧辊半径，mm初步制定压下规程：表二Q235四、 轧制力能参数计算4.1、 变形抗力计算物体有保持其原有形状而抵抗变形的能力，度量物体的这种抵抗变形能力的力学指标，我们定义为塑形变形抗力。

变形抗力计算公式如下：08F '0.6225.4339s σ=+εQ235 '0.56888.75(69398.436669.42)s σ=++ε Q195'0.206842.2(0.0114)s σ=+ε其中'ε为累计压下率4.2、前后张力计算本次设计的轧机采用张力轧制，其开卷机最大张力6吨，卷取机最大张力35吨。

根据经验取其前后张力T hb σ=2s (0.330.140.02)h h σσ=-+h :轧件厚度，mm b ：轧件宽度计算时，根据前张力计算，然后取21()0.2σσ=后张应力（前张应力） 计算结果如下4.3、轧制力计算斯通在研究冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，考虑到轧辊直径与板厚之比甚大以及由于冷轧时轧制压力较大，轧辊发生显著的弹性压扁现象，近似的将薄板的冷轧过程看作为平行平板的压缩如图，并假设接触表面上的摩擦力符合干摩擦定律。

变形区中单元体应力图平均单位压力为：1(2)X m m e p k Xσ-=- 'ml X h μ=102m h h h +=2k 1.15s σ=122m σσσ+=式中：0h ：轧前厚度 mm1h ：轧后厚度 mm'l ——考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度；μ——轧件与轧辊间的摩擦系数，主要根据轧制条件确定（0.1μ=）； 根据希奇可克公式：'0l x =l =208(1)m m R x p Cp Eγπ-==28(1)R C Eγπ-=式中， R ——轧辊半径；E ——轧辊弹性模数，E=202GPa ；γ——泊松比，对于钢轧辊γ=0.3；将0x代入公式'0l x =，经整理后得：'m mml Cp h h μμ=将'0l 代入计算公式，再求出1m p ；又将1m p 代入公式求出'1l ；再将'1l 代入计算公式，再求出2m p ；又将2m p 代入公式求出'2l ，如是循环，当10.001mi mi mip p p --<时，计算结束。

由于计算过程较复杂，故我们用EXCEL 中的VB 编辑器进行计算，其程序框图如下总轧制力 'm P p l b =计算结果如下4.3、轧制力矩计算传动支承辊的轧辊受力如图为了计算窗洞支承辊所需的力矩，首先分析工作辊上力的平衡，由于工作辊是不传动的，因而支承辊反力方向使工作辊上作用力所产生的力矩和为零，即1Pa F Rc +=ρ力臂a 与驱动方式无关，仍是当12T T >时，1sin()2D a =β-ψ;当12T T <时，1sin()2D a =β+ψ；当时12T T =，1sin 2D a =β。

其中 β=φα冷轧时~φ=0.350.45，取=φ0.4 α为咬入角工作辊轴承处作用力F 可以从工作辊在水平方向力的平衡求得。

当12T T >时，s i n s i n F R P =-γψ；当12T T <时，s i n s i F R P =+γψ；当时12T T =，sin F R =γ。

支承辊与工作辊间反力R 的大小可以从工作辊在垂直方向力的平衡求得。

cos cos R Pγ=ψ于是得：当12T T >时，(tan cos sin )F P =-γψψ 当12T T <时，(tan cos sin )F P =+γψψ 当时12T T =，tan cos F P =γψ可求得力臂系数c 的大小为1sin cos 2Dc m =-γγ整理得1111sin()cos sin 2()cos 2D m D ±+±-βψψρψγ=arctan ρψ 当12T T >时，±取负号，相应的122T TP-ψ=arcsin ；当12T T <时，±取正号，相应的122T TP-ψ=-arcsin 。

求得γ角后，则反力R 对支承辊的力臂'a 为'2sin cos 2D a m =+γγ 传动一个支承辊的力矩为'2()k M R a =+ρ22cos (sin cos )cos 2k D M Pm γ=++ψγγρ 传动两个支承辊的总力矩为k 2k M M =∑计算结果如下各道次的轧制力矩k M ∑（N.m ）4.4、轧制功率计算轧制过程中轧制功率等于支承辊角速度w 与作用于支承辊的轧制力矩k M 的乘积。

因此计算轧制功率应先计算出支承辊的角速度w 。

1）轧件前滑系数计算如下2121(1)1242T T h h s R h P ⎡⎤-∆=--⎢⎥⎣⎦（）μ式中 h ：轧件厚度，mm R ：工作辊半径，mm h ∆：绝对压下量，mmμ：轧辊与轧件间的摩擦系数 12T T ，：前后张力，KN P ：轧制力，KN2）工作辊圆周速度,1v v s=+ 式中v ：轧件出口速度，m/ss ：轧件前滑系数3）支承辊角速度w工作辊与支承辊圆周线速度,v 相等，则支承辊角速度,2v w R = 2R 为支承辊半径，m4）轧制功率计算传动一个支承辊的功率为k N M w =传动两个支承辊的总哦那个绿为k 2k N N =∑计算结果如下各道次的轧制功率k N ∑（KW ）五、 压下规程修订分析轧制力,轧制力矩和轧制功率的计算结果可知初始分配轧制力不合理。

压下规程制定的原则：在考虑轧件塑性条件并保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。

对于单机架可逆式冷轧机，第一道次应考虑到来料尺寸误差，预留一定的轧制能力，末道次考虑板型和表面质量，应给与较小的压下量，其余道次可采用等功率原则分配压下量。

然后通过Excel表格进行轧制力调整，得到以下优化结果：08F来料尺寸4.2mm×1050mm六机架设计计算1、机架的类型轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。

机架要承受全部轧制力，必须有足够的强度和刚度。

根据轧钢机架结构不同，轧钢机机架分为闭式和开式两种。

（1）闭式机架如图所示，闭式机架是一个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式整体框架，具较强的强度和刚度，但换辊不便。

它常用在受力大或要求轧件精度高而不经常换辊的轧钢，如轧制力较大的轧机、板坯轧机和板带轧机等。

对于板带轧机来说，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度。

采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。

闭式机架结构及简图（2）开式机架开式机架由机架本体和上盖两部分组成，如图，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。

因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难得。

采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。

开式机架主要缺点是刚度较差。

影响开式机架刚度和换辊速度的主要关键是上盖与U 型架体的连接方式。

常见的上盖连接方式有四种。

（a）螺栓连接(b)套环连接(c)销轴连接 (d)斜楔连接机架上盖连接方式因机架重量大、制造复杂，一般给予很大的安全系数，并作为永久使用的不更换零件来设计。

本次设计中选用闭式机架。

2、机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、窗口高度和立柱端面尺寸。

（1）机架窗口高度H机架窗口高度H 与轧辊数目、辊身直径、辊颈直径，轴承、轴承座径向厚度，以及上辊的调整距离等因素有关。

主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端，以及换辊等要求确定。

对于四辊轧机可取12(2.6~3.5)((2.6~3.5)(4801440)4992~6720H D D mm =+=+=） 式中：1D 、2D ——工作辊、支承辊直径，mm ；取H=5500mm 。