[工学]四辊冷轧机设计之支承辊平衡系统设计说明书.doc
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1、大学 毕 业 设 计(论 文) 题目题目 190500450 四辊冷轧机之三四辊冷轧机之三 支撑辊平衡系统设计支撑辊平衡系统设计 学生姓名:学生姓名: 学生学号:学生学号: 指导教师:指导教师: 机械工程机械工程 学院学院 机械机械 专业专业 2 班班 2011 年 6 月 15 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期2011-3-6 题目题目四辊冷轧机之三190/500 450 专题专题支撑辊平衡系统设计 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 1计算本设计道次(2.4mm 2.0mm)的轧制力,轧辊驱动力矩,选择电 动机。 2
2、. 支撑辊平衡力计算,液压系统计算。 3主要零部件的强度和刚度计算。 4该系统装配图设计,轧辊锁紧系统设计。 5撰写说明书,绘制二维图,图纸分别为工作辊轴承座、支承辊轴承座、 支承辊装配图、支承辊平衡装置、轧机组装图,共计 2.5 张 A0 图纸。 主要主要 技术技术 参数参数 1轧制材料: 2 25 ro C M VA 2原料规格:3.1200mmmm 3轧制规程:3.12.752.42.01.81.4 4轧制速度:2/m s 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 3 月 14 日3 月 16 日:石横特钢参观实习,写实习报告及查阅相关资料。 3 月 17 日4 月 9 日: 比较各种结
3、构,选择最优设计方案。 4 月 10 日4 月 19 日:对整机及部件进行设计计算。 4 月 20 日5 月 24 日:CAD 制图。 5 月 25 日6 月 3 日: 编写设计说明书。 6 月 4 日6 月 16 日: 毕业答辩审查准备。 教学院长签字日 期 教研室主任签 字 日 期指导教师签字日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 (40%) 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 本科毕业设计(论文)说明书 I 摘
4、要摘要 近年来,随着冷轧带钢生产技术的的发展以及社会对冷轧带钢需求量的迅速增加, 对轧机的性能提出了更高的要求,并且推动了轧机的改进与发展。 本设计为小型四辊冷轧机,轧机尺寸为。设计主要内容包括:各190/500 450 个系统的方案选择与方案论证,支撑辊、工作辊、液压缸等零部件的选择与设计计算, 支撑辊、液压缸的结构设计,方案检验,绘制零件图和装配图。主要设计为上支撑辊 平衡系统的设计计算,计算的轧制道次为 2.4mm 2.0mm。考虑到产品的尺寸精度和 质量要求日趋严格等因素,采用了液压平衡装置。 该设计在前人成果与经验的基础上,对现有相关知识进行分析、比较、筛选、提 取加工,同时注入自己
5、的新思想与新方法,优化整合设计。产品性价比较高,会很受 欢迎与认可。 关键词关键词:冷轧,液压平衡 本科毕业设计(论文)说明书 II Abstract For the past few years, with the development of the technology of the steel strip of cold rolling and the increasing demand for it in the society, as the result, it put forward higher capability of the rolling machine, meanw
6、hile, it also promote the improvement and development of the rolling machine. The design is about the pint-sized four-roll cold rolling machine. The size is . The main content of the design contains: choosing the prospect of the 190/500 450 sorts of the system of the machine and demonstrate the pros
7、pects, choosing and calculating of the important spare parts, testing the prospects, drawing the design papers and so on. The design of the balance system of the up-support roll are important parts. The rolling process is 2.4mm 2.0mm . Considering of facts that the demand of the size precision and q
8、uality of the product becoming more and more high, it adopts the hydraulic pressure balance device and locking device. On the foundation of the former peoples achievement, I collect correlative knowledge, analyzing, comparing, filtering, exacting the useful parts, furthmore, applying to some my own
9、new methods, then arrive at the optimization design. Keywords: cold-rolling ,hydraulic pressure balance 本科毕业设计(论文)说明书 III 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACT .II 目录目录III 第一章第一章 总论总论 1 1.1 冷轧带钢生产概况.1 1.2 冷轧机的类型、特点及工作原理.3 1.3 冷轧带钢的生产工艺.5 1.4 冷轧带钢的发展前景.8 第第 2 章章 设计方案论证设计方案论证 11 2.1 上轧辊平衡装置的作用 .11 2.2 上轧辊平衡装置的形式.11 2.
10、3 上轧辊平衡装置方案的确定 .14 第第 3 章章 设计计算设计计算 19 3.1 主要参数的确定.19 3.2 咬入条件的校核.22 3.3 平均单位压力计算 .23 3.4 轧制总压力的计算 .29 3.5 轧制力矩的计算.30 3.6 主电动机功率的计算及选电动机.32 结论结论 39 参考文献参考文献 40 致谢致谢 41 附件附件 1 .42 本科毕业设计(论文)说明书 IV 附件附件 2 .51 本科毕业设计(论文)说明书 1 第一章第一章 总论总论 1.1 冷轧带钢生产概况冷轧带钢生产概况 1.1.1 冷轧带钢生产在国民经济中的地位冷轧带钢生产在国民经济中的地位 轧钢生产是将钢
11、锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。利用轧制方法生产钢材, 具有生产效率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。 因此,它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到了更广泛地使用。目前,约有 90%的 钢材都是经过轧制成材的。有色金属成材,主要也用轧制方法。 为满足国民经济各部门的需要,除轧制一般产品外,还生产建筑、造船、 汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材。板带材应用范围最广,工业先进 国家钢板产量占钢产量的 50%至 60%。板带材按制造方法可分为热轧板带和冷 轧板带。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、房屋建设、机械制造和船舶 工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长,
12、对冷轧带钢 的需求量也迅速增加。大力发展冷轧带钢的生产,提高冷轧带钢的质量,是重 型机械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而有十分紧迫的任务。 在轧制板材时,以钢板厚度和用途之不同,对它们提出的技术要求虽然各 不一样,但基于其相似外型特点和使用条件,其技术要求仍有共同的方面,归 纳起来就是“尺寸精确板型好,表面光洁性能高” 。 1.1.2 冷轧带钢的生产历史及发展方向冷轧带钢的生产历史及发展方向 冷轧带钢生产始于 1660 年,当时是在二辊轧机上进行的。但作为一个过程, 板带钢冷轧的发展,只是在具有较小中辊的劳特三辊轧机以后,才正真得到了 推动。自此以后,无论是国内还是国外,冷轧都得到广泛应用,
13、轧辊轴颈和轴 承的改进也促进了冷轧机的应用。二十年代,随着二辊可逆轧机的出现,轧制 效率大大提高。四辊可逆轧机出现于三十年代,六十年代末,随着二次冷轧机 和箔材轧机,平整轧机光整轧机的出现,使冷轧的可轧厚度大大减少,目前, 最小可达 0.001mm。 本科毕业设计(论文)说明书 2 近年来,冷轧带钢生产技术的发展,主要是增加钢卷的重量,加快机组速度, 提高产品厚度精度,改善板形,提高自动化程度及改进轧机的结构和生产工艺, 其典型有 WRS 轧机、HC 轧机、VC 轧机、CVC 轧机、HVC 轧机、FFC 轧机, 全数字控制高精度可逆式六辊冷轧机组,或全数字控制高精度可逆式四辊冷轧机 组等。 在
14、带钢冷轧机上,广泛的采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板形, 由于冷轧带钢的厚度公差要求高,为增加轧机压下装置的响应速度,在冷轧机 上采用了全液压装置及厚度自动控制装置,对于高速,高产量的带钢冷连轧机, 实现计算机控制。 冷轧钢板及带钢今年来得到较大的发展。冷连轧机末架出口速度可达 2541.7m/s。为了提高产量,冷卷卷重已达 60t。一套冷连轧机年产量可达 250 万 t。 在带钢冷连轧机上,广泛地采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板 形。由于冷轧带钢厚度公差要求高,为增加轧机压下装置的响应速度,在冷轧 机上采用了全液压压下装置及厚度自动控制装置。对于高速、高产量的带钢冷 连轧机,
15、实现了计算机控制。 80 年代建设的初轧机具有以下特点:1)万能式板坯初轧机得到迅速发展, 60 年代后新建的初轧机 60%是万能式板坯轧机,这种轧机带有立辊,可以减少 轧件翻钢道次,轧制时间比方坯-板坯初轧机减少 39%。2)向重型化方向发展, 轧制钢锭重量达 4570t,最高年产量达 500600 万 t。3)提高自动化程度, 从均热炉到板坯精整均已实现自动控制。4)提高钢坯质量,改进精整工序,采 用大吨位板坯剪切机(剪切力可达 40MN)及在线火焰清理机。 应该指出,自 1979 年开始,还出现了全连续冷连轧机这种轧机只需第一次 引料穿带后,就可实现连续轧制,后续带的头部通过焊接机与前一
16、带卷尾部焊 在一起,轧成后用飞剪机分卷,并有两台卷取机交替卷曲带钢。全连续冷轧轧 机即使在换辊时,带钢依然停留在轧机内,换辊后可立即进行轧制。 由于连续铸钢技术迅速发展,连铸比将达到 80%或更高。这样,初轧机将 不会有更大的发展,只能起到配合和补充连铸生产的作用,许多初轧厂都面临 改造的任务。 本科毕业设计(论文)说明书 3 近 10 年冷轧带钢生产技术及设备又有新的发展: 1)酸洗冷轧联合机组。这种机组改变了传统冷轧生产将酸洗和轧钢两个 工序分开的方式,而联合为一个机组。这样可提高酸洗、冷轧工序的成材率 1%3%,提高机时产量 30%50%,减少中间仓库 500010000,还有降 2 m
17、 低投资及生产成本等优点。 2)板形控制技术。冷连轧及普遍应用了液压弯辊技术,设置板形仪及灵敏 的液压系统,改善工艺冷润技术,特别是研制出一批有效控制板形的新轧机, 如 HC 轧机、UC 轧机、CVC 轧机等。 3)连续退火、全氢罩式退火技术的应用及多种涂镀生产技术的迅速发展, 出现了许多新的生产线及新的设备,使轧钢机械在这些领域得到发展。 4)带钢连铸连轧工艺。带钢连铸机浇铸出的钢坯须经热轧或稍经热轧即 可进入冷轧机生产冷轧带钢。这一工艺将在今后经进一步完善和推广。 当前,大力发展冷轧带钢的生产,逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重, 迅速提高冷轧带钢的质量,不断增加冷轧带钢的产品,满足各个工
18、业部门的, 特别是与人民生活密切相关的,轻纺织工业和日用电器,生活用品等,以及外 贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要,是机械制造和钢铁生产部门面临的一项重 要而又十分紧迫的任务。 目前,可以认为 HC 轧机是板带轧机改造和新建的主选优良机型,可提供 具有优良板形的高精度板带满足工业领域对高精度的要求。HC 轧机正逐步代 替具有 100 多年历史的普通四辊轧机。 1.2 冷轧机的类型、特点及工作原理冷轧机的类型、特点及工作原理 1.2.1 轧机的类型轧机的类型 冷轧带钢机器按照轧辊的配列方案分为二辊式、四辊式、多辊式三种。按 机架排列方案分为单机可逆(不可逆)式与连续多机轧制式两种。目前灵活性 大,
19、适用中小型企业及科研教研学用。连轧机生产效率高,轧制速度快,但产 品单一,变动不大时,最能发挥其优越性。 其类型如图 1-1 所示: 本科毕业设计(论文)说明书 4 图 1-1 轧辊类型图 1.2.2 冷带轧机各类的特点及工作原理冷带轧机各类的特点及工作原理 由于轧辊的辊数不同,则各类轧机的特点也不同: 1) 二辊轧机:是冷带轧机的原始轧机,功用为消除凹痕折痕及某些缺陷, 平整薄板,已基本淘汰了。 2) 普通的四辊轧机:是带钢冷轧机中最通用的机组,这种轧机采用闭口 式机架,两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体,通常采用工作辊驱动, 但是近来趋向于支承辊驱动。 3) 六辊轧机:为使用直径相同
20、的小直径工作辊并提供水平及垂直刚度。 六辊式轧机得到了广泛应用通常靠弹簧压力平衡上下辊组件及消除压下螺丝于 轴承座间产生的松弛或松动。工作辊靠另一侧卷行弹簧撑开,压下螺丝有电机 通过齿轮传动,工作辊轴承为抗磨式,而支承辊则采用油膜轴承。 4) 偏八辊轧机:结构简单,满足防止工作辊水平弯曲增加刚度,通过调 节个别支承辊改变工作辊的凸度,工作辊支承系统刚度大,结构简单,换辊方 便,其工作辊直径可自由选择而轧制不同的品种。 5) HC轧机:是高性能板形控制的简称。能有效地板形和厚度,HC轧机 是在四辊基础上在支承辊之间加一可轴向窜动的轧辊,轧制时按所轧件宽度可 轴向调整,其主要特点如下: (1)具有
21、较大的刚度,稳定性。即可通过中间辊的移动控制工作辊的凸度, 本科毕业设计(论文)说明书 5 使工作辊挠度不受轧制力的影响。 (2)具有好的控制性。即在较小的弯辊力作用下能使钢板横向厚度差发生 明显变化。 (3)可显著提高带钢的平整度。减小板带钢的边缘减薄,减少切边损失。 (4)压下量由于不受板形的控制而显著提高。随着工业、农业、国防和科 学技术的发展,对各种带钢的产量,质量要求不断提高,而科技的发展又将出 现新的更先进,实用的冷轧带钢设备和工艺,使冷轧带钢生产得以迅速的发展。 1.3 冷轧带钢的生产工艺冷轧带钢的生产工艺 冷轧带钢的生产工艺总的来看有以下三点: 1加工温度低,钢板在轧制过程中,
22、将产生不同程度的加工硬化现象。它 使变形抗力增加,塑性降低。这样就使轧制力增大,易发生脆裂。因此必须有 软化退火,使轧件恢复塑性,降低变形抗力,以便对轧件经行继续轧制。同理, 成品冷轧板材出厂前一般也需要一定的热处理,目的是全面提高冷轧产品的综 合性能,使金属软化。 在冷轧生产过程中,每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程” , 在一定的条件下,钢质愈硬,成品愈薄,所需之轧程愈多。 软化处理,又称在结晶退火或固溶处理。 2冷轧中采用工艺冷却与润滑: 1)工艺冷却:冷轧过程中变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高,故需要 采用有效的人工冷却。轧制速度越高,冷却问题显得尤为重要。如何合理的强 化
23、冷却过程的冷却已成为发展现代冷轧机的重要的研究课题。 实验研究与理论分析表明,冷轧板带钢的变形功有 84%88%转变为热能, 使轧件与轧辊的温度升高。因此我们必须采取适当的措施吸走或控制这部分热 量,即便变形发热率,单位时间发出的热量 q 。其表达式为: h J B q 式中,系数= 0.840.88; 本科毕业设计(论文)说明书 6 小于 1 的修正系数; 机械功的热当量;J 所轧材的宽度;B 该道次的绝对压下量;h 轧制速度; 轧制时的平均单位压力。 水是比较理想的冷却剂,因其比热大,吸热率比较高且成本低廉。油的冷 却能力比水差得多。水的比热比油大一倍,热传导率为油的 3.75 倍,挥发潜
24、热 大 10 倍以上。由于水具有如此优越的吸热的性能。固大多数生产轧机都倾向与 水或以水为主的冷却剂。只有某些特殊的轧机,由于工艺润滑与轧辊轴承共用 一种润滑剂,才采用全部油冷,但为了保证冷却效果,需给予足够大油量。 从实现强大轧制的角度来看,我们所关心的是如何提高冷却液的冷却能力, 即提高冷却效果。有物理学可知一定质量的液体在单位时间内所吸收的热量可 表示为: 12 ()qmtt c 式中, 冷却液的比热;c 比重; 单位时间所需冷却液的体积;m 、 冷却液前后的温度。 2 t 1 t 由以上关系可知,在冷却液种类和冷却系统均一定的情况下,为增加 q, 只有增加流量 m,但这往往受到原有冷却
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