四辊中厚板精轧机机架的强度与刚度计算

四辊中厚板精轧机机架的强度与刚度计算

摘要

本轧机为四辊中厚板精轧机，重点设计了机架部分。机架是轧钢机的重要部件，用来安装整个辊系及轧辊调整装置，并承受全部轧制力。因机架重量大，制造复杂，一般给予很大安全系数，并作为永久使用的不更换零件来进行设计，因此机架必须有足够的强度和刚度，以保证其应力分布均匀、变形尽可能小。

由于轧机机架比较复杂、不规则，一般采用闭式机架的强度和变形计算然后采用有限单元法校核机架的应力、变形及安全系数。在以往机架的设计中，安全系数取得很高但仍不能保证机架的可靠工作，机架的破坏多在压下螺母孔、机架窗口转角处等压力集中大的部位，采列柯夫计算方法只能求得某些部位的应力值，而有限单元法能求出整个机架多部位的应力场，对其进行模拟计算，得出机架最危险的地方和应力分布规律，获得其变形，计算出轧机机架的刚度。

关键词：轧机机架、闭式机架、强度、刚度

目录

1、概述 (1)

1.1 轧机机架 (1)

1.2设计方案的确定 (1)

2设计要求 (1)

2.1设计题目及要求 (1)

2.2设计参数 (1)

3.机架的基本尺寸及校核 (1)

3.1机架的类型及结构 (1)

3.2机架的主要结构参数 (2)

3.3机架的材料和许用应力 (4)

3.4机架强度计算 (4)

3.5机架的变形计算 (9)

3.6机架的刚度计算 (11)

4.结语 (12)

参考文献 (13)

1、概述

1.1 轧机机架

轧钢机架是设备的一个重要大型部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装

在机架上，其尺寸和重量最大，在轧制过程中承受和抵消其主要负荷，而且要求

机架的变形要小，以满足产品的质量要求。因此机架必须有足够的强度和刚度，

以保证其应力分布均匀、变形尽可能小。

根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。闭式机架是

一个整体框架，具有较高强度和刚度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、

板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧机精度，需要有较高的机

架刚度，因此采用闭式机架。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。

1.2设计方案的确定

本设计采用：辊为四缸平衡，机架为闭式机架。

2设计要求

2.1设计题目及要求

设计题目：中厚板精轧机机架的强度与刚度计算

设计要求：对机架进行强度校核和刚度校核，并画出机架图。

2.2设计参数

工作辊直径：1000mm；支撑辊直径：1800mm；辊身长度：4200mm；板柸厚度：

16mm；板柸宽度：2800mm；板柸长度：11000mm；最大柸重：12t；板柸年需要量: 140万t；材质：普碳钢；第一道制前温度：1150℃；成品板厚：16mm

3.机架的基本尺寸及校核

3.1机架的类型及结构

轧钢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。机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度。

根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。

1.闭式机架

闭式机架是一个整体框架（图3-1），具有较高强度和刚度。

闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机

等。对于板带轧机来说，为提高轧机精度，需要有较高的机架

刚度。对于某些小型和线材轧机，也往往采用刚度较好的闭式

机架，以获得较好的轧机质量。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。

2.开式机架图3-1 闭式机架

开式机架由机架本体和上盖两部分组成（图3-2）,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联接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。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的联接方式。常见的上盖联接方式有五种。

图3-2 开式机架上盖连接方式

a——螺栓联接；b——立销和斜楔联接；c——套环和斜楔联接；

d——横销和斜楔联接；e——斜楔联接

3.2机架的主要结构参数

机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。

在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式

机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承的宽度。

四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.15～1.30倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比 传动侧窗口宽5～10mm ，亦可表示为

226830222082=⨯+=+=s B B Z mm

式中 B ——机架窗口宽度, mm ；

Z B ——支承辊轴承座宽度，mm ；

s ——窗口滑板厚度，mm ，一般取s =20～40mm ，此处取s =30mm ；

机架窗口高度H 主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端（至少有2～3扣螺纹长度），以及换辊等要求确定。

对于四辊轧机，可取

H =(2.6～3.5)(b W D D +)= (2.6～3.5)（1000+1800）=7280～9800mm 此时取H=9500mm ；

式中，W D 、b D ——工作辊、支承辊直径，mm ；

机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似的于其直径平方（2d ）比，故机架立柱的断面积（F ）与轧辊辊颈的直径平方（2d ）有关。在设计时，可根据比值)(2

d F 的经验数据确定机架立柱断面积，再进行机架强度验算。

表3-1 机架立柱断面积与轧辊辊颈直径平方的比值⎪⎭⎫ ⎝⎛2d F

由表3-1得，当轧辊材料为铸铁时，=2

d F 0.6～0.8，即 F =(0.6～0.8)(1000)2=600000～800000mm 2