轧机机架

预应力机架(液压螺母和拉杆加载) 机架的主要参数和立柱断面形状
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
闭式机架: 窗口宽度应稍大于轧辊最大直径,便于换辊; 开式机架: 窗口宽度主要决定于轧辊轴承座宽度. 四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊径的1.15～1.30倍. 换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽5～10mm. 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、以及换辊等要求 确定： H=H1+H2+H3+h1+h2 H1为两个(或4个)轧辊接触时,上、下轴承座间的最大距离(mm);H2安全臼或测压
③ 根据结构和受力特点简化模型,降低静不定阶数;
④ 根据变形协调条件,用材料力学方法求解静不定力; ⑤ 根据计算截面的面积、惯性矩、承受弯矩、拉力大小,求出应力,验
算强度.
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
静不定系统
未知力数目大于静力平衡方程数的系统.
一般是为了提高系统刚度而增加多余约束.
以多余约束力为基本未知量求解静不定结构时,建立变形协调条件是解
决问题的关键. 通过物理方程,把变形协调条件转变为包含载荷及多余约束力的补充方
程,由此解出多余约束力.
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2.1 闭式机架的强度计算
轧制中机架受力:
① 轧制力通过轴承、压下螺丝、底座分别作用在机架上、下横梁上; ② 轧件咬入或加、减速轧制时所产生的惯性力作用在机架立柱上; ③ 带张力轧制时,由前、后张力差引起的水平力作用于机架立柱上; ④ 异径轧制、异步轧制和单辊传动的轧制方式,由于轧制力的倾斜而产 生的水平分力作用于机架立柱上; ⑤ 各种水平力所形成的倾翻力矩在机架下支撑面上所引起的反力. 在各种力中, 轧制力最大!
若上下横梁截面相等,即I1=I3 ,则
l1 l 2 Pl I2 1 1 2 I1 M0 4 l1 l2 I1 I 2
式中, l1、l2为机架横梁和立柱的轴线长度(mm);
I1、I3、I2分别为机架上、下横梁和立柱截面的
惯性矩(mm4)。
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2.1.2 闭式机架的弯矩图
根据单位力法求变形(卡氏定理),可得:
M xM x dx 0 l EI x
对于上、下横梁:
P Mx 1 x M0 ; 2
l1Leabharlann Baidu2
1 Mx
对于立柱: 当 x
时,
P P 1 1 l1 M x x M0 M0 ; 2 2 2
式中, Mx为机架计算截面由力P1/2和M0产生的弯矩(N· mm);
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
因机架各截面形心位于同一平面,故,可把机架简化为平面刚架.
为了简化机架强度计算,一般假设：
① 每片机架仅在上、下横梁的中间截面处作用有垂直力P; ② 机架形状以窗口垂直中心线对称; ③ 机架变形后机架转角仍保持不变. 故,机架结构和受力都以垂直中心
线为对称.
进一步简化成悬臂支架,上横梁中央截面作用有P1/2和静不定力矩M0 .
M0计算简图及机架弯曲力矩图
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
取半结构的方法(静不定系统)
奇数跨刚架承受正对称荷载 结构只产生正对称的内力和位移. 故在对称轴处截面上的剪力为零,且该 点处的水平位移和该截面的转角均为零.
现代板带轧机上,为了提高轧制精度,有逐渐加大立柱截面的趋势！ 截面形状: 近于正方形、矩形、工字形、T字形
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2 机架的强度计算
确保机架在轧辊折断时不致产生塑性变形.
静力强度、疲劳强度. 按照材料力学方法计算机架强度步骤如下: ① 以机架各截面中性轴连线组成框架,将机架简化成平面刚架; ② 确定外力的大小及作用点;
横梁危险截面中性线距外缘距离(mm); W1e、W3e分别为上、下横梁危险截面外 缘的抗弯截面系数(mm3).
（2）立柱受拉、弯组合变形,其内侧的合成拉应力为:
M 2Y2 P M2 P 1 2i 1 I2 2 A2 W2i 2 A2
式中,σ2i为立柱内侧合成拉应力(MPa);Y2为立柱横截面中性线距内缘距离
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2.1.1 静不定力矩M0的计算
根据变形协调条件,M0应保证上横梁中央截面相对转角为零.
则从变形协调条件θ=0出发,即可求出静不定力矩M0 .
M0计算简图及机架弯曲力矩图
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
f1
E p1 R

M x 1 M dx x EI R
元件以及均压块的高度(mm);H3下轴承座低垫板厚度(mm);h1轧辊换辊时的最大开
口宽(mm);h2机架窗口高度尺寸裕量,通常h2=150～250mm . 四辊轧机,可取 H=(2.6～3.5)(D1+D2) 式中,D1、D2分别为工作辊、支持辊辊身直径(mm).
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
轧机机架
单向不可逆 四辊冷轧机
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
300吨重的唐钢 3.5m精轧机传动侧 “牌坊”
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
我国生产的最大轧机牌坊
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
5米精轧机机架
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
6辊轧机牌坊
20辊、12辊轧机牌坊
《材料成型设备》 讲授人：程振邦

l2
0
1 1 l2 P P 1 l1 1 M ( 1)d x x M 0 0 (1)dx 0 0 EI3 2 2 2
由上式积分求得静不定力矩M0，
l1 l l 2 1 I 2 4I3 Pl 1 1 4 I1 M0 4 l1 l2 l1 2 I1 I 2 2 I 3
F 1
在F方向产生的位移(mm· N-1 ).
M y y
C Mx
1 对于横梁： M P x FC , x
2
二辊开式机架的弯矩计 算图 a-二辊机架结构及受力 图;b-弯矩计算图;c-二辊 轧机机架合成弯矩
650型钢轧机斜楔连接的开式机架结构 1-上盖；2-销钉；3,12-U形架；4-斜楔；5-拉紧螺栓；6-横梁；7-滑板；8-上鞍形垫板；9-下 鞍形垫板；10-中间梁；11-销轴
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
7.1.2.2 机架的主要参数
主要参数: 窗口宽度(B)、高度(H),地脚螺栓
间距b,立柱截面尺寸等.
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
（2）开式机架结构
斜楔连接：应用较多. 预应力机架. 用液压螺母和拉杆连接剖分的上、下半牌坊. 轧前, 液压螺母已对牌坊施加约1.2～1.5倍轧制力的预应力;轧制 时可减少牌坊变形,提高轧机刚度. 用于小型型钢轧机、线材轧机上具有明显优越性。
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
1 Mx
为单位力 Mx
矩
M 1
在计算截面产生的弯矩(N· mm/N· mm );Ix为计算截面的惯性矩
(mm4);E为机架材料的弹性模量(MPa); x为机架中心线至计算截面的水平距离 (mm).
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
将上述结果代入方程并积分,
1 1 l2 1 P 1 x M ( 1)d x 0 EI1 0 2 EI 2
(mm);A2为立柱横截面面积(mm2);W2i为立柱危险截面内缘的抗弯截面系数 (mm3).
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2.2 二辊开式机架的强度计算
二辊开式机架上横梁通常用螺栓紧固在立柱上,当机架上作用有轧制力时,连接 螺栓仅承受拉力;但下横梁在轧制力作用下产生弯曲,立柱将跟随着向内变形. 二辊开式机架仍然是一次静不定结构. U形架体的结构和受力以垂直中心线为对称,且下横梁中央截面刚性转角为零. 故,可研究半机架、且简化成悬臂梁形式.
机架立柱截面尺寸及形状对机架强度和刚度有很大影响！
截面积根据强度条件确定.
机架立柱截面积与轧辊辊颈直径平方的比值(A/d2) 轧辊材料 轧机类型 开坯机 其他轧机 四辊轧机 比值(A/d2) 备注
铸铁
碳钢 铬钢
0.6～0.8
0.7～0.9 0.8～1.0 1.2～1.6 按支持辊辊颈尺 寸计算
将机架沿垂直对称轴剖开,得到两 个结构和载荷完全相同的半机架.
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
在截面处三个力分量x1、x2、x3中,按
照剪力x1的反对称条件,可确定x1=0;
当不考虑上、下横梁惯性矩差所引起 的水平内力,可确定x2=0 . 则原先的三次静不定问题简化成了一 次静不定问题(静不定力x3分量).
9.1 机架的类型及其结构参数 9.1.1 机架的类型 闭式机架、开式机架. 闭式机架: 将上下横梁与立柱制成封闭式整体框架. 大多整体铸造,当受铸造和运输条件限制时,则采用电渣焊焊成.
具有较高强度、刚度. 主要用于轧制力较大、或轧件尺寸要求严格的
轧机.如,初轧机、板带材轧机; 也在质量要求较高的高速线材轧机和型材 轧机上得到广泛应用. 换辊时,轧辊沿其轴线方向从 机架窗口抽出或装入,一般设有 专用的换辊装臵.
上、下横梁弯矩方程：
P M1 M 3 1 x M 0 2
M1max M3max M 0
立柱的弯矩M2 ：
l1 l1 I1 I 3 Pl Pl 11 11 M2 M0 4 16 l1 l2 l1 2 I1 I 2 2 I 3
若上、下横梁截面相等,即I1=I3 ,则
二辊开式机 架的弯矩计 算图 a-二辊机架 结构及受力 图;b-弯矩计 算图;c-二辊 轧机机架合 成弯矩
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
静不定力F根据下面变形条件决定(变形协调方程):
FP F FF 0
式中,Δ为立柱和轴承座间的侧向间隙(mm); ΔFP为作用力P1在F方向产生 的位移(mm); δFF为单位力 对于立柱： M y Fy ,
机架的主要形式 a-闭式机架；b-螺栓连接；c-斜 楔连接
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
开式机架为非整体结构框架: 机架本体、上盖.
结构形式: 用螺栓、套环、销轴、立销、斜楔将上盖和U形架连接
的各种方式. 应用最多的是螺栓和斜楔连接. 主要用于横列式型材轧机. 主要缺点: 刚度较差. 影响刚度的关键是上盖 连接方式.
工作机座的骨架.
安装轧辊、轧辊轴承座、轧辊调整装臵、导卫装臵、换辊及冷却润
滑装臵等. 机架承受着经轧辊、轴承座、压下螺丝等传来的全部轧制力.
要求机架具有足够的强度和刚度,且,其结构要适应轧辊调节和快速
换辊需要. 取很大的安全系数,并作为永久使用、不更换的零件进行设计.
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
Pl 1 11 M2 8 1 I1l2 I 2l1
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.2.1.3 闭式机架的强度校核
（1）上、下横梁受弯矩作用,横梁中部外缘为危险截面,应力为:
M 0Y1 M 0 1e I1 W1e
M 0Y3 M 0 3e I3 W3e
式中,σ1e、σ3e分别为上、下横梁中部外缘拉应力(MPa) ; Y1、Y3分别为上、下
机架的主要形式 a-闭式机架；b-螺栓连接； c-斜楔连接
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
9.1.2 机架的结构
及其主要参数
9.1.2.1 机架结构 （1）闭式机架结构
1700 热轧带钢连轧 机精轧机座机架 1-轨座; 2,12-机架; 3,10,13-螺栓; 4-支 持辊换辊小车; 5横梁; 6,8-键; 7-滑 板; 9-箱形横梁; 11-支持辊轴向压 板; 14-测压头; 15下横梁
一般,对称结构在正对称荷载作用下: 若所取基本体系的基本未知量都是正 对称力和反对称力,则反对称未知力必等 于零; 只需计算正对称的未知力; 结构最后的内力图也是正对称的. 机架受力分析 a-非对称力系；b-对称力系
《材料成型设备》 讲授人：程振邦
简单闭式机架受力变形时,上、下横梁中点挠角为零,故,可将平面刚架