熱軋鋼板校平機設(shè)計含3張CAD圖
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鋼板校平機設(shè)計
摘 要
自從上個世紀八十年代到現(xiàn)在，我國經(jīng)濟生產(chǎn)水平日新月異地提高，人們的生活水平也得到了大幅度的進步。其在很大程度上取決于冶煉、冶金領(lǐng)域在我國的建設(shè)中所做出的突出貢獻。隨著社會的發(fā)展，市場尤其是國外市場對我國產(chǎn)品的質(zhì)量提出了進一步的要求，這種要求主要體現(xiàn)在了工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)及工藝上。
板材作為工業(yè)化國家不可或缺的一種工業(yè)產(chǎn)品，其質(zhì)量的好壞體現(xiàn)了國家生產(chǎn)工藝水平，同時也是國家生產(chǎn)能力的體現(xiàn)。輥式矯直機根據(jù)貝辛格效應(yīng)（即是由于塑性變形的增加，屈服強度增加，在一個方向上加強對材料的性質(zhì)，在相反的方向同時減少原理設(shè)計）。不良板材外部表現(xiàn)有：邊浪、扭曲、中心波浪、瓢曲、鐮刀彎曲以及局部鼓包等情況。我們常常用校平機對其形態(tài)加以糾正。
關(guān)鍵詞：鋼板；校平機；設(shè)計
I
ABSTRACT
Since the 1980's， China's production of the level of economic development by leaps and bounds， people's living standards have been greatly improved. It depends largely on the mechanical， metallurgical industry in our country great contribution made by the development. With the development of society，the market，especially in foreign markets on the quality of our products made further requirements that mainly reflected in the technology
and process industrial products.
Sheet as an integral part of the industrialized countries， industrial products， its quality production process embodies a national level， but also reflect the country's production capacity. Adverse plate external manifestations: edge waves， distorted， wavy center，buckling，bending sickle and the local drum kits and so on. These defects are mainly produced in the sheet rolling， heat treatment and during transport. Often be corrected with a leveler in the industry for its form.
Key words:
Steel plate， Leveler， Design
IV
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
第 1 章 進行鋼板校平的原因 1
1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 平行多輥式校平機的發(fā)展趨勢 2
1.3 研究的內(nèi)容和意義 2
第 2 章 校平機工作原理及校平方案選擇 4
2.1 校平的概念 4
2.2 反彎校平的基本原理 4
2.2.1 包辛格效應(yīng) 4
2.3 本校平機的工作原理和壓下方案選擇 4
2.3.1 校平機工作原理 4
2.4 輥系的選擇 5
第 3 章 校平機系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)計算 7
3.1 傳動系統(tǒng)的參數(shù)計算 7
3.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 7
3.2 力學(xué)參數(shù) 9
3.2.1 確定下壓量并確定校平力 9
3.2.2 校平力計算 10
3.2.3 軸承壓力 11
3.2.4 輥子轉(zhuǎn)矩 12
3.2.5 校平功率 13
3.3 液壓的壓下系統(tǒng)設(shè)計 13
3.3.1 電液伺服系統(tǒng) 13
3.3.2 液壓壓下系統(tǒng) 13
3.3.3 液壓控制系統(tǒng)工作原理 14
3.3.4 液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算 15
3.4 校平輥及其軸承的選擇和強度校核 18
3.4.1 輥子材料選擇 18
3.4.2 輥子強度校核 19
3.4.3 軸承的選擇及壽命驗證 22
3.4.4 減速機、齒輪座、電機和萬向聯(lián)軸節(jié)的選擇計算 23
第 4 章 校平機裝、調(diào)試與潤滑 28
4.1 平行輥校平機的安裝與調(diào)試 28
4.2 平行輥校平機的維護與潤滑 30
4.2.1 校平機的維護和修理制度 30
4.2.2 校平機的潤滑 30
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻 34
XXXXXXX
第 1 章 進行鋼板校平的原因
1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在中國隨著板材生產(chǎn)的不斷擴大，每一個制造商越來越意識到板形生產(chǎn)和營銷的重要性。外部表現(xiàn)是板塊邊緣波，鋼包，扭轉(zhuǎn)中心，外傾或“隆起”，這些缺陷通常是由于溫度、輥型、壓力、冷卻溫度、水壓不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻?。如果把板材看做是由無數(shù)垂直金屬纖維材料鏈接而成的，不良板材材料內(nèi)部應(yīng)力的出現(xiàn)，就是因為相鄰纖維長度的區(qū)別所導(dǎo)致的。由于相鄰纖維之間的相互制約，長纖維周邊出現(xiàn)壓應(yīng)力和短纖維周邊的拉伸應(yīng)力。因此，板橫向厚度差與板型質(zhì)量有密切關(guān)系。厚度差越大，板材越不好，因為只是很小的厚度差異，都會導(dǎo)致比較突出的缺點。因此，一些橫向厚差小的材料，形狀也不符合要求的可能性同樣存在。
隨著民用消費品需求的不斷增長，市場需求也大幅增加，同時對板的質(zhì)量的要求也提高。只有良好的材料，才能制定出一套良好的產(chǎn)品。所以這些壞的形狀沒有得到及時有效的調(diào)整，將嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，特別是高精度的儀器和工具本身作為一種工具，他們有更苛刻的要求也不足為奇。
相對于較薄板材，經(jīng)常使用多輥校平機，它的發(fā)展也最為優(yōu)秀。校平機克服一般壓力校平機間歇工作的特點，成倍提高的效率，平整的特點，調(diào)平過程分為連續(xù)生產(chǎn)線， 可以達到非常高的水準(zhǔn)測量精度。這個主題的研究是平行輥校平機。
目前國內(nèi)的多輥校平機定位精度為+ / - 0.5 毫米，國內(nèi)外已經(jīng)可以實現(xiàn)到計算機液壓自動控制，位置精度達到了 0.1 毫米，具有良好的人機界面，方便現(xiàn)場工程師操作。高精度薄板矯平機在中國的銷售公司主要有三個，瑞士的公司，臺灣雙海莫樂宇機
械有限公司和美國愛荷華精密工業(yè)公司，這兩家公司的工藝設(shè)備平整機軋制生產(chǎn)線和瑞士的海莫樂公司作為一個專業(yè)校平機生產(chǎn)公司，性能最好。它利用液壓體系來控制校平機的輥縫，公司為應(yīng)用于汽車、玻璃、精密儀器和機械刀具和其余行業(yè)實現(xiàn)計算機數(shù)值控制整平機的三家（CNC），和壓力自動感應(yīng)海莫樂公司調(diào)平功能，實現(xiàn)了智能化，但價格高，20-30 個百萬美元。
提供產(chǎn)品。這三家的校平機都可以實現(xiàn)計算機數(shù)控(CNC)，且海莫樂公司校平機能自動感應(yīng)壓應(yīng)力，實現(xiàn)了智能化，但價格不扉，一臺 20-30 萬美金。
我們國家的形勢是:國家已經(jīng)研制出了一套校平、切割、以及很多生產(chǎn)線技術(shù)中，鋼
34
板校平機可以實現(xiàn)液壓數(shù)字控制。但平間隙調(diào)整，厚度控制，無需使用閉環(huán)控制，所以控制精度±0.5 毫米。無錫梅里精密機械、湖北重型機械集團采用手動機械式輥距調(diào)整前后，根據(jù)蝸桿傳動的控制精度。
我國許多的大學(xué)與相關(guān)機械公司或研究所為此做出過突出貢獻，歷經(jīng)多年的實際操作與經(jīng)驗總結(jié)，已經(jīng)完成了一個比較優(yōu)秀的系統(tǒng)。用機械和液壓方法相結(jié)合實現(xiàn)傳動體系，而且運用了液壓墊的技術(shù)，這樣校平機會更加緊湊、精度高、噪音低、容易控制， 不僅提供了一個良好的互動環(huán)境。并且在實施上也液壓、機械和電氣的每個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全面管理。整個控制系統(tǒng)由一個工業(yè)計算機和 PLC 組成，測量精度達到 0.1 毫米。
1.2 平行多輥式校平機的發(fā)展趨勢
在板材生產(chǎn)線輥式矯平機和熱矯直機數(shù)量居多，主要是一個強大的四重式校平機的發(fā)展，這一系列設(shè)備的總體發(fā)展趨勢如下：
一、數(shù)字控制系統(tǒng)，由上校調(diào)整輥位置，自動厚度控制的自動調(diào)平輥負荷。二、使用機械性能較好的底部結(jié)構(gòu)，可以在較大下壓力的作用下使用。
三、為了提高設(shè)備的效果，平輥式矯直機的出口可以單獨調(diào)節(jié)，在使用過程中可以調(diào)整。
四、上校輥可以單獨的橫向移動，可調(diào)整各托輥，改變矯直輥的撓度，消除單側(cè)或雙側(cè)側(cè)波板。
五、下校平輥可以沿著校平方向傾斜用來調(diào)整校平輥負荷。
1.3 研究的內(nèi)容和意義
目前，橫機技術(shù)快速發(fā)展，整平機正朝著重型液壓、自動化的方向過渡。本設(shè)計就是對現(xiàn)有校平機技術(shù)加以改進得到的一種新型設(shè)備。它的主要功能如下：
1. 異輥距輥系技術(shù)
這種形式的整平機的特點不等于輥距，輥距通常是增加側(cè)門，減少每個軋輥的入口側(cè)可以減少壓力，尤其是在第三輥軸斷裂事故的入口。出口處輥間距減少，并縮短空校正區(qū)，從而顯著降低校正工作。
2. 彎輥技術(shù)
在寬板和薄板生產(chǎn)線，能彎曲輥的校平機已成為一種選擇。設(shè)備可以產(chǎn)生一定的曲率平整工作輥，可以消除反彈，同時彎輥相同，可以有效提高橫向形狀。
3. 液壓壓下技術(shù)
液壓機械壓力下的技術(shù)成為一種趨勢。根據(jù)設(shè)定值和輥縫檢測設(shè)備之間的偏差的大小減少，液壓缸的壓力通過運行，通常固定數(shù)量價值補償。同時采用計算機控制，電腦模型的自我設(shè)定和液壓 ACC 技術(shù)調(diào)整校平壓下的大小，提升鋼板的質(zhì)量水準(zhǔn)。
4. 換輥
換輥裝置對校平機及時地更換校平輥提供了方便。
5. 中薄板調(diào)節(jié)凸起量
遇到各種彎曲度的鋼板，要求支持輥調(diào)整裝置比校復(fù)雜。
主要是支持輥可靈活調(diào)整進給量，局部彎曲效應(yīng)彎曲或邊緣彎曲的需要調(diào)整飼養(yǎng)量由電機轉(zhuǎn)動螺釘受力支承輥組上升或下降的方法。通過對平板的分析，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)可以平行輥校直機，但可以從國內(nèi)的情況看，高精度液壓鋼板矯平機越來越多，國內(nèi)缺乏。
第 2 章 校平機工作原理及校平方案選擇
2.1 校平的概念
金屬在滾動，加熱、運輸、鍛造、擠壓、拉拔冷卻及其他工序中，在被制造的階段， 因為外力從而形成不同程度的扭曲、彎折、變形，在金屬彎曲或扭曲現(xiàn)象的殘余應(yīng)力， 為了獲得一個平整的金屬片，九必須彎直使縱向纖維，種過程就是鋼板的校平過程。
2.2 反彎校平的基本原理
2.2.1 包辛格效應(yīng)
多輥校直機根據(jù)貝辛格效應(yīng)（即是由于塑性變形的增加，屈服強度增加，在一個方向上加強對材料的性質(zhì)，在相反的方向同時減少原理設(shè)計）。對板材多次進行正反方向的彎曲，一張具有多種原始曲率的板材在這個過程中各部分曲率將逐漸接近（或近似可看作單一曲率），經(jīng)過反復(fù)彎曲后，將鋼板校平。校厚型板材的輥式校平機只需要校少的工作輥，而校薄型板材時必須經(jīng)過多輥反復(fù)校平的方法實現(xiàn)校平要求。
2.2.2 校平的原理
在壓力校平機、輥式校平機、斜輥式校平機和拉伸校平機中，軋件都是通過反向彎曲后校平的，而軋件的卷曲狀態(tài)能夠用曲率表現(xiàn)，在軋件的彈塑性卷曲變形經(jīng)過則可以用曲率的變化來描述。
2.3 本校平機的工作原理和壓下方案選擇
2.3.1 校平機工作原理
金屬材料在彎曲中如果給以更大的彈塑性，無論原來的彎曲后的回彈有較大差異， 差異程度將大大減少，甚至消失。隨著需要彎曲程度的減小，彎曲后的曲率差會逐漸減小直到為零而達到校平目的。因此平行輥校平機需要有兩個顯著的特征：第一，具有充分數(shù)量的輥子而達到重復(fù)彎曲目的；第二，壓彎量能夠單獨調(diào)節(jié)，它可以完成所需要的卷曲程度。
圖 2.1 輥系結(jié)構(gòu)
2.3.2 幾種下壓方案
校平機下壓計劃有三種：
1. 縮小壓彎遞減法，即每一個輥矯直機的壓下量能夠單獨調(diào)節(jié)的一種假想方案。每一輪選擇的原則是：只有在反彎曲率最大的鋼板部分消除殘余曲率，使其直。
2. 最小誤差減少方法，具有板不同曲率的暴力反彎曲較少的學(xué)校數(shù)量后，迅速消除原始曲率不勻，然后按平法分離平曲率法。
3. 線性遞減法，板材校平大多數(shù)都采用這個方案，本篇文章也討論了調(diào)平方案。這種方式的特點是：從第二到第二輥嚙合輥呈線性遞減，最后二輥彎曲率彈性極限曲率， 彎曲率在二輥前一般不受限制。由于這種壓力的方法板平，通常是第二卷曲率比較高。多輥式矯直機矯直方案在一般的工業(yè)生產(chǎn)中為的 11，13，17，19，21，和 23 而且直徑盡可能的小，這種輥子可以校平較大板型。
2.4 輥系的選擇
平行輥矯直機的整個歷史很長，有很多輥的結(jié)構(gòu)和形式結(jié)構(gòu)，主要是用于相關(guān)要求的水準(zhǔn)和質(zhì)量。下面是幾種典型輥系：
圖 2.2 各種輥結(jié)構(gòu)
a 輥系統(tǒng)是一個上下輥組可以上下調(diào)整的輥系，用來加工平整板，厚板和平板開卷機后的校平工作等；b 輥系各組輥可單獨調(diào)整，有利于中間輥承受的下壓量增大，同時兩端的輥縫用來改善校平的質(zhì)量水準(zhǔn)，主要用于熱校平。c 輥系統(tǒng)是一種多用途的滾動系統(tǒng)，靈活性校大，可以調(diào)整輥平行單向坡度和輥子雙向傾斜度和傾斜形式。c 與第二和第四種輥系比校類似。d 輥系統(tǒng)是根據(jù)線性降低的壓下原理使板校平的一種。e 是校平輥系中常用的軋輥輥系，調(diào)整輥頂部可用于各種壓下條件下的校平工作。輥系的 f 是一個帶有支撐輥的輥系，支撐輥有兩個功能：第一，平板由于滾得太久，并提供足夠的剛度，支承輥用于方法增加工作輥的剛度；二，平板如果需要消除波浪可以直接對托輥更換工作輥角度。g 輥系則是 f 輥系的改進版，另加一對支撐輥。
以上分析可以看出，輥系 f 比校適合校平薄板，故選擇這種輥系。另外還可以適當(dāng)縮短兩端的輥距。同時應(yīng)設(shè)計不同類型的輥距，提供更好的性能。
第 3 章 校平機系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)計算
3.1 傳動系統(tǒng)的參數(shù)計算
3.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)
1. 輥數(shù)
輥數(shù)的選擇遵循在保證質(zhì)量的前提下，輥數(shù)盡量少。對于薄板矯平機，因為 B / H 比值大，原始曲率大，應(yīng)減少增加輥板彈塑性彎曲變形，輥間距太小，不能選擇增加輥子的數(shù)量。
查找資料從而計算輥數(shù),校平機最大負荷特性 WX：
W = s ′ b ′ h 2
(3.1)
X S max max
(sS 是板材的屈服極限，bmax 是板材的最大寬度，hmax 是板材的最大厚度)
板材的材料是 1Gr18Ni9Ti，查找資料，可得sS 3 250MPa ，我們用sS =300Mpa；所需要的板材規(guī)格是 b=1450mm，取 bmax=1500mm；h=4mm，取 hmax=5mm。所以
X
W = 300′106 ′1.5′ 0.0052 N × M = 36450mm ，查找資料[1]得知輥數(shù)為 11。
2. 輥徑、輥長和輥距
參考文獻[2]可知，單位厚度輥徑滿足公式
176 /
￡ d H
￡ 9270 /sS ,sS = 300MPa
(3.2)
所以10.16 ￡ d H
￡ 30.9 ，由于d H = DH ， H = 4mm
，所以40.64 ￡ D ￡ 123.6 ，因此
取輥徑為 D = 90 ,支持輥輥徑取F100 。
當(dāng)選擇軸承時，軸承外徑很大，應(yīng)當(dāng)近似選擇。此外，如果條件允許的情況下，過度圓角輥頸直徑和輥兩應(yīng)該得到更大。
由公式d = (0.4 ~ 0.55)D 和l = (2 ~ 3)d 確定工作輥輥頸直徑d1 = 40mm 和輥頸長度
l1 = 2.5 ′ 40mm = 100mm 。
輥距 p = a′ D （其中a= 1.1 ~ 1.2 ），壓下量應(yīng)取較大值，整體進行調(diào)節(jié)時為比較
小的值， D 是校平輥最大值），因此有： p = 1.1′123.6mm = 135.96mm 。
由WX = 36450N × M 知輥距合適 。下 p = 160mm 面確定各處輥距如圖所示：
[2]
圖 3.1 各輥距大小
max
輥長 L = B + a ' = 1500 + 200 = 1700mm 。
max max
當(dāng) B ￡ 1000mm 時， a ' = 50 ~ 200mm ；當(dāng) B > 1000mm 時， a ' = 200 ~ 350mm 。
3. 支撐輥
計算出的支撐輥直徑為F100 。接下來確定支撐輥的具體位置與相關(guān)尺寸：
由于所選擇的輥距校小，同時工作輥輥徑與其輥長比例處于中間值，因此采用的是垂直布置方案。為方便調(diào)節(jié)做輥的繞度，以及有效的調(diào)節(jié)與校平板材的局部鼓包，此處采用多個支撐輥的校平方案，并且各個支撐輥可以單獨壓下，因此沿著工作輥長度方向可以進行不同壓下量的校平， 方便消除各個部位鼓包與突起等缺陷。
圖 3.2 支撐輥位置圖
（圖 1 消除雙邊波形；圖 2 消除中間波形；圖 3 單邊波形圖）
經(jīng) 過 計 算 得 到 支 撐 輥 輥 頸 直 徑 為
l2 = 1.5 ′ d 2 = 60mm 。
3.2 力學(xué)參數(shù)
3.2.1 確定下壓量并確定校平力
1．下壓量
d 2 = 0.4 ′ D2 = 40mm
和 輥 頸 長 度
前面（具體在哪一章哪一小節(jié)）已經(jīng)確定下壓方式為線性遞減方式，因此現(xiàn)在確定入口處的下壓量，選擇校平機為11 - F90 / F100 ′1700 類型。工件尺寸為 B ′ H = 1450 ′ 4 ，
并且校平鋼種為1Gr18Ni9Ti ，其sS
= 300MPa, E = 200000MPa 。
規(guī)定的新變量的范圍為CS ￡ 5 。CS 包含C0 與CW ，在鋼板經(jīng)過第二輥后，C0 的方向趨于相同，但是C0 中包含最小與最大下壓量，C0 最小為C0 = 0 ，如果使得C0 在反彎之后同樣獲得與其他部分相同的反彎量，就必須加大至CW 3 2M max 。因為 M max = 1.48 ，
因此CW = 2 ′1.48 = 2.96 。假如鋼板原始曲率為C0 = 5 ，那么在經(jīng)過了第二個輥的彈復(fù)
曲率為：
C f 2 = M
S2
= 1.5 - 0.5 / C 2
= 1.5 - 0.5 / 7.962 = 1.49
(3.3)
并且殘留曲率比為：
CC 2 = CW 2 - C f 2 = 2.96 - 1.49 = 1.47
(3.4)
C 2
這個C > 1。由公式 1-165 參考文獻[2]知
dW 2 = df 2 +dC 2
(3.5)
其中df 2
= 1.5 - 0.5 / C 2
= 1.49
S 2
dC 2
= (20C 4
- 18C 3
+ 2CC 2
) /(9C 4
- 6C 2
+ 1) = 1.30
C 2
C 2
C 2
C 2
所以dW 2 = df 2 +dC 2 = 2.79
2l 2s
d = d ×d = 2.79 ′ ?S
= 0.89 。彎曲撓度的出口d
= d = 0.32 因此出口入口
W 2 W 2 t
3EH
W 10 t
壓下量為d2 = 2dW 2 = 1.78 ，出口為d10 = 2dt
= 0.64 ：因此出口入口壓下，由于輥數(shù)是 11，
所以對輥組的傾向為：
tanj=
（2 dW 2 -dt）= （4 dW 2 -dt）
4 ′（0.89 - 0.32）= 0.002087
(3.6)
=
（n - 2）× p / 2
（n - 2）× p
9 ′121.4
所以：j= arctan 0.002087 = 0.1196 。
由d2 = 1.78 ，d10 = 0.64 ， tanj= 0.002087 ，dWi
= di
2dt
得表 3.1 如下：
表 3.1 各輥子壓彎量
d2 = 1.78
dW 2 = 2.79
d3 = 1.59
dW 3 = 2.48
d4 = 1.43
dW 4 = 2.23
d5 = 1.27
dW 5 = 1.98
d6 = 1.14
dW 6 = 1.78
d7 = 1.00
dW 7 = 1.56
d8 = 0.88
dW 8 = 1.38
d9 = 0.76
dW 9 = 1.19
d10 = 0.64
dW 10 = 1.00
二對各輥的壓下量的第十，從這個圖清楚的看到線性遞歸方式下壓：
圖 3.4 線性遞減方式壓下
3.2.2 校平力計算
查詢資料可以得出：
CW 2 = 2.79,CW 3 = 2.48,CW 4 = 2.23,CW 5 = 1.98,CW 6 = 1.78,CW 7 = 1.56,CW 8 = 1.38,CW 9 = 1.19,CW 10 = 1
根據(jù)公式Mi
= Mt
(1.5 - 0.5 C 2
得到各個輥處的彎量是：
Wi
2 3
4 5
6 7
8 9
10
M = 2.60 ′103 N × M , M = 2.57 ′103 N × M , M = 2.54 ′103 N × M , M = 2.49 ′103 N × M , M = 2.43 ′103 N × M , M = 2.35 ′103 N × M , M = 2.24 ′103 N × M , M = 2.08 ′103 N × M , M = 1.81′103 N × M
(3.7)
根據(jù)連續(xù)量的三彎矩方程：
Fi =
2 (M
p
i -1
+ 2Mi
+ Mi +1)Mt
(3.8)
計算后寫出校平力為：
F1 = 32.5KN , F2 = 97.1KN , F3 = 139.4KN , F4 = 150.2KN , F5 = 159.2KNF6 = 168.7KN ,
F7 = 171.9KN , F8 = 173.0KN , F9 = 163.4KN , F10 = 116.3KN , F11 = 36.9KN
3.2.3 軸承壓力
(3.9)
由于校平力直接作用的位置在軸承，因此我們采用簡支式支架結(jié)構(gòu)。如圖 3.5 為軸承受力圖：
圖 3.5 校平輥軸承的受力圖
Fa =
b F a + b
Fb =
a F a + b
Fa + Fb = F
(3.10)
FS = FaS + FbS 為軸承受力總和，當(dāng) a 等于 b 時。各輥子兩端軸承受力如下：
Fa1 = Fb1 = F1 2 = 16.25KN , Fa 2 = Fb 2 = 48.55KN , Fa3 = Fb3 = 69.7KN
Fa 4 = Fb 4 = 75.1KN , Fa5 = Fb5 = 79.6KN , Fa6 = Fb6 = 84.4KN , Fa7 = Fb7 = 85.95KN Fa8 = Fb8 = 86.5KN , Fa9 = Fb9 = 81.7KN , Fa10 = Fb10 = 58.15KN , Fa11 = Fb11 = 18.45KN
(3.11)
FS = FaS + FbS = 1408.6KN
(3.12)
3.2.4 輥子轉(zhuǎn)矩
輥子在校平過程中需要克服的機械阻力包含與軸承之間的摩擦阻力、輥子與鋼板之間的滾動摩擦阻力以及鋼板在塑性變形中的阻力。
1. 軸承摩擦阻力
我們已經(jīng)設(shè)計機架結(jié)構(gòu)為簡支機架，參考文獻[3]后得出如下公式求摩擦阻力：
Tm = ( f
+ md
2
)FS = (0.0008 +
0.008 ′ 50 ′10-3
2
′1408.6 ′103
N × M
= 1408.6N × M
(中： f 為輥子與鋼板的滾動摩擦系數(shù)，板材的 f
(3.13)
= 0.0002 ~ 0.0004 ；經(jīng)高溫后的板
材的 f
= 0.0008
； m 是軸 承摩 擦系 數(shù)， 尼龍 軸承 m= 0.02 ~ 0.03 ； 青 銅軸 承
m= 0.03 ~ 0.05 ；滾動軸承m= 0.005 ~ 0.01。d 為軸頸的直徑。)
2. 工件塑性變形阻力：
n-1 n-1
Tj = ?tJi = R?u Ji
(3.14)
2 2
i
2
(tJi 為i 處輥的轉(zhuǎn)矩，mJi 為i 處輥的變形量)，其中：
i
m = m(1 -x)2 [ 3
+ 1 (1 -x)(3 +x )]
(3.15)
Ji t
其中：mt 可用下式計算：
xi 4
m = BH s2 = 1.45 ′ 0.005 ′ (300 ′106 )2 N × M / M
= 543.75N × M / M
(3.16)
t 6 S 6 ′ 2 ′1011
將C 代替C 代入x= 1 ：
C
W S
S
x2 = 0.358,x3 = 0.403,x4 = 0.448,x5 = 0.505x6 = 0.562,
x7 = 0.641,x8 = 0.725,x9 = 0.841,x10 = 1
(3.17)
根據(jù)上式知各輥變形為：
mJ 2
mJ 4
= 1998 .08 N × M / M
= 1189 .43 N × M / M
mJ 3
m
= 1539 .32 N × M / M
= 849 .27 N × M / M
mJ 6
mJ 8
mJ 10
= 598 .00 N × M / M
= 181 .58 N × M / M
= 0
J 5
mJ 7
mJ 9
= 351 .21N × M / M
= 52.66 N × M / M
(3.18)
工件塑性變形阻力為：
TJ = 0.045 ′ (1998.08 + 1539.32 + × × × + 52.66 + 0)N × M
= 304.18N × M
(3.19)
3. 總轉(zhuǎn)矩
上面兩個數(shù)據(jù)相加得總轉(zhuǎn)矩：
T = Tm + TJ
= 1408.6 + 304.18 = 1712.8N × M
(3.20)
3.2.5 校平功率
為使得校平機適合要求，取生產(chǎn)線的速度為v = 1.25m / s 。由于存在支撐輥，校平機傳動系統(tǒng)效率可取h= 0.72 。則計算到電機處的功率為：
3.3 液壓的壓下系統(tǒng)設(shè)計
3.3.1 電液伺服系統(tǒng)
N = Tv
hR
= 1712.8 ′1.25 = 66.1KW 0.72 ′ 0.045
(3.21)
電液伺服系統(tǒng)出了其他多數(shù)液壓系統(tǒng)固有的特點之外自身也有著顯著的特點。該系統(tǒng)動作敏捷，控制精度高，只是價格校貴，效率低下。系統(tǒng)中最為重要的部為伺服閥。伺服系統(tǒng)通常由下面幾個部分組成：控制放大器，指令原件，伺服閥，液壓馬達，
被控制對象與其相對應(yīng)的檢測原件。
3.3.2 液壓壓下系統(tǒng)
圖 3.6 電液伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)
平行多輥校平機的歷史很長，也因此輥系的結(jié)構(gòu)很多。我們設(shè)計了線性遞減矯平機設(shè)備結(jié)構(gòu)用于用于本文：壓輥固定在上輥傳動板或連接裝置，通過控制面板來控制壓力大小的量。
其結(jié)構(gòu)如圖 3.7 所示：
圖 3.7 線性遞減壓下法的輥系結(jié)構(gòu)
從圖軸可知，組成系統(tǒng)的主要元素就是上下兩排輥。我們要求前后輥縫要可控，且兩排輥子可以轉(zhuǎn)動。液壓系統(tǒng)由三個部分組成：電氣控制柜，PLC 控制主要由泵和液壓柜閥，液壓缸和馬達、上下輥主要由機械結(jié)構(gòu)。
液壓柜下面是液壓油上面是泵和閥；機械部分的上半部分為液壓缸（缸體安裝有壓力傳感器），多個位移傳感器裝配在在上下兩部分之間。
3.3.3 液壓控制系統(tǒng)工作原理
在這里對液壓系統(tǒng)的工作原理進行介紹，以及液壓元件的設(shè)計計算。該設(shè)計采取閉環(huán)控制方法，且液壓控制系統(tǒng)直接影響到校平的效果。
圖 3.8 液壓控制系統(tǒng)原理圖
用 O 型三位四通伺服閥掌控一端液壓缸。液壓缸油閥復(fù)雜，壓力增大，所以平滾下， 使輥縫減小。卸載后液壓缸的壓力下降，上升的板塊運動，使輥間隙增大。
位移傳感器用來檢測平板的具體位置，并對系統(tǒng)進行發(fā)聵，通過對伺服閥的控制來控制下腔的油壓以及油液的流量，最終輥縫隙講保持不變。而液壓缸上腔 的壓力由另一個閥提供，其流量可視為是一個常數(shù)。大流量泵對下方供油，小流量泵對上方供油。在我們的設(shè)計中有三排支撐輥，因此設(shè)置六個缸，每排都有兩個缸控制壓彎量。每個缸由一個伺服閥控制。這樣就能對鋼板各個位置的鼓包進行適合的調(diào)整。
工作參數(shù)可人工設(shè)置實現(xiàn)對壓彎量的控制，校平也校準(zhǔn)確。電器柜是由 PLC 為主題的設(shè)備，具有優(yōu)秀的人際控制面板。
當(dāng)設(shè)備運行時，先是人工在界面上設(shè)定前后輥縫以及輥子壓彎量。在輥縫等具體參數(shù)的過程的平面可以顯示在界面上。
當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，控制油缸卸載，輥子上移，指示燈報警。
圖 3.9 閉環(huán)系統(tǒng)
電氣控制原理簡介：在一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，電氣設(shè)備，通過位移傳感器測量各液壓缸控制的上下輥之間的距離，原則是位置信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流，輸入到 PLC 模塊，而PLC 控制系統(tǒng)會計算出輸出量，輸出電壓，經(jīng)過放大后轉(zhuǎn)化為電流，并輸入到控制閥， 控制流量而改變壓彎量。
3.3.4 液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算
1. 液壓缸
每個驅(qū)動板是由兩個液壓缸控制的壓力大小，為分析方便，它分為兩個部分，忽略了相互之間的耦合所產(chǎn)生的作用。和液壓缸相連的驅(qū)動平板的二分之一部分的受力如圖
3.10 所示。
平衡方程：
圖 3.10 受力分析圖
P1 A1 + mg - P2 A2 = FL
(3.22)
FL 是作用在上排輥子上的力； m 為總質(zhì)量 M 的一半。各參數(shù)的確定：
1） 供給油液時壓強 PS ：由于液壓設(shè)備和伺服閥有著額定的壓強，取 PS = 28MPa ；
2） FL 作用下的壓力 PL ：為保證伺服閥有著良好的運行效果，取 PL = 23MPa ；
3） 行程S ：力氣缸行程：根據(jù)板的厚度，厚度和故障狀態(tài)下鋼的要求，確定
S = 45mm ；
4） 液壓缸背壓 Pr ：取 Pr = 0.5MPa ；
5） 上、下腔面積 Ar 和 Ac ；
由上面平衡方程得壓下力：
令面積比a= Ac / Ar 得：
FL = Ac PL - Ar Pr + mg
Ac = (FL - mg) /(PL - Pr /a)
(3.23)
(3.24)
因為
帶入a= 4 ：
F = 2 ′ FS
L 6
= 469.5KN , mg = 20KN
(3.25)
c
A = 196.5 ′10-4 m2
從而得缸體直徑為 D = 158.2 ′10-3 m ，參考液壓缸直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取
D = 160 ′10-3 m 。
令d 2 / D = 2 / 3 ，那么d 2
2
d = 110 ′10-3 m 。從而
= 160 ′10 -3 ′ 2 / 3m
= 106.7 ′10 -3 m ，同樣選取
a= Ac
/ Ar
= 200.96 ′10-4 / 94.99 ′10-4 = 2.1 ， P
= 22.6MPa
(3.26)
L
1.伺服閥參數(shù)的確定
1) 負載流量
c
壓下時v = 0.1m / s ，帶入的伺服閥工作時的流量：
qVL
= m′ Ac
= 60v ′ A (m3 / min) = 1205.76 ′10-4 m3 / min = 120.576L / min
(3.27)
2) 伺服閥的選擇及其參數(shù)
使用莫格（MOOG）D791 伺服閥，伺服閥主要參數(shù)為：
額定流量
qVN = 160L / min （單邊Dp = 3.5MPa ）
額定供油壓力
31.5MPa
滯 環(huán) 分辨率
< 0.5%
< 0.2%
3) 伺服閥的工作流量
閥口實際壓降
Dp = PS - Dp1 - PL - DpT
由于 PS = 28MPa ，液壓至管道的總壓力差為Dp1 ? 0.5MPa ，伺服閥管路壓力差為
DpT
? 0.3MPa ，額定負載壓力 PL = 22.6MPa 。將數(shù)據(jù)帶入上面方程可知：
Dp = 4.6MPa
于是伺服閥的工作流量：
qVL
= qVN ′
= 160′
4.6 L / min = 183.43L / min 3.5
(3.28)
4) 實際壓下速度的校驗
由qVL
= 183.43L / min, Ac
= 200.96 ′10-4 m2 ，可得實際壓下速度
v = qVL / Ac = 0.152m / s > 0.1m / s
(3.29)
滿足靜態(tài)要求。
1. 液壓泵的選擇
可選擇一種壓力補償型變量葉片泵，它可根據(jù)外負載（泵出口壓力）的大小自動調(diào)節(jié)泵的排量。其特征是：零件少、可靠性高、容積效率和總共用高、耐久度好。
2. 液壓缸間的同步控制策略
為了獲得優(yōu)秀的校平效果，務(wù)必把控高低排輥的平行度，也就是控制液壓缸之間的同步度。因為把控出口端或者進口端的三個液壓缸可以由各自的伺服閥控制，于是， 這三個缸之間的同步區(qū)別務(wù)必控制在所需范圍內(nèi)。
通過參閱相關(guān)材料，采取主/輔把控單邊工作方法的串連構(gòu)造。其方案圖如 3.10 所示。
圖 3.11 串聯(lián)結(jié)構(gòu)
其中 1 表示主液壓缸，2、3 表示輔助液壓缸。由于電液伺服閥的輸入電壓，液壓缸向下移動，輥間隙變小，所以 2，3，在加法器的堆棧的同步誤差反饋部分應(yīng)減少。
這種結(jié)構(gòu)是基于主缸 1，通過調(diào)整輔助缸 2，3 到三之間的同步而設(shè)計的。主缸 1 以所需位移為輸入信息，輔缸 2、3 以主缸的現(xiàn)實位移輸出為輸入信號，也就是輔缸來跟蹤主缸，輔缸與主缸之間的方位差反應(yīng)給輔缸，調(diào)節(jié)后使兩者同步。
3.4 校平輥及其軸承的選擇和強度校核
3.4.1 輥子材料選擇
參考文獻[6]，可以知道校平輥材料的要求一般如下：
1. 為了保證矯直輥具有足夠的表面硬度和耐磨性，使用壽命，盡量不要使用含錳材料，因為，錳和鐵的碳化物，形成的顆粒太硬，坑的形成。此外，工作輥的硬度應(yīng)大于 H = 7 。
2. 下壓輥和輔助輥的硬度差不可以過小，不然，支承軸對工作輥表面出現(xiàn)磨損， 從而直接影響鋼板的外部質(zhì)量?？梢哉J為HS = 10為適當(dāng)?shù)挠捕炔睢?
3. 工作輥硬化層深度為10mm為最佳。
此外，影響淬透性及淬透性的主要元素是 C，Cr，Mo，Ni。抗裂性可以用 C 來降低鉻淬火耐磨性；Cr 材料的含量的增加可以增加耐磨性；Mo 的加入，可以提高鋼的淬透性和硬化層厚度輥；鎳可以提高鋼的淬透性，但會增加脆性。
此外，如果合適的 V，就能細化晶粒，構(gòu)成微許的含 V 的碳化物，增加耐磨性和回
火穩(wěn)定性。（見參考文獻[7]）
綜合分析以上的原因，最后明確采取下壓輥和輔助輥均選擇 35CrMoV。所需要的是其通過外部淬火后的表面硬度為 HS = 65 ，輔助輥為 HS = 55 。別的部位的調(diào)質(zhì)硬度為
240 ~ 280HBS 。通過查找相關(guān)材料[6]，可知 35CrMoV 的構(gòu)成結(jié)構(gòu)為：C 0.3 ~ 0.38% ，
Mn 0.40 ~ 0.70% ，Cr
1.00 ~ 1.30% ，Mo
0.20 ~ 0.30% ，V
0.10 ~ 0.20% ；；力學(xué)性能
為：sb = 1080MPa,sS
= 930MPa
對于選用的材料，其熱處理，一般過程如下：
1. 預(yù)先熱處理——等溫球化退火：減少鑄造應(yīng)力、細化晶粒、減少硬度、便于工業(yè)加工等。
2. 調(diào)質(zhì)處理：改善心部組織，保證心部有良好的綜合機械性能，為最終表面淬火做好組織和性能準(zhǔn)備。
3. 工作輥表面應(yīng)淬火：隨著間隙傳感器的增加，強硬層深度增加；隨著移動傳感器速度，淬硬層深度的增加而降低。因此，要適當(dāng)調(diào)整間距和深度。保證表面硬度
4. 然后進行低于回火溫度的除應(yīng)力回火。
3.4.2 輥子強度校核
先前已肯定了下壓輥直徑為f90 ，縱長 1700，輔助輥直徑為f100 。采用滾動軸承，
軸承外，軸頸尺寸不太大時，近似的選擇。此外。如果條件允許的情況下，過度圓角直徑和軸徑軸較大。
參考文獻[3]根據(jù)公式： d = (0.4 ~ 0.55)D ， l = (2 ~ 3)d 得
工作輥：
d1 = 0.4 ′ D1 = 40mm ， l1 = 2.5 ′ 40mm = 100mm ， r1 = 10mm
(3.30)
支撐輥：
d 2 = 0.4 ′D 2 = 40mm ， l2 = 1.5 ′ 40mm = 100mm ， r2 = 10mm
(3.31)
1）彎曲強度在托輥，只有彎曲輥身中部輥直徑截面的應(yīng)力計算，如圖 3.11 所示的彎矩和應(yīng)力分布：
圖 3.12 支撐輥彎曲力矩和應(yīng)力分布圖
第二輥彎矩最大軋制力，最大第八輥，支撐輥和相應(yīng)的強度校核。1 節(jié)直徑的輥 1 和 2 個截面上的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足的條件，即：
s1-1
= PC1
1-1
0.2 ′ d 3
￡ Rb
s2-2
= PC2
2-2
0.2 ′ d 3
￡ Rb
(3.32)
式中： P ——軋制壓力；
d1-1 ， d 2-2 ——該處的斷面直徑；
C1 , C2 ——1-1、2-2 剖面——力在 P/2 距離處的距離；
Rb ——許用彎曲應(yīng)力；
第二輥：
1-1 2-2
現(xiàn)已知： P = 97.1′103 N ， d = 40mm ， d = 60mm,
Rb = 216MPa .（經(jīng)插值法算得）
C1 = 20mm,
C2 = 30mm
那么：
s1-1 =
97.1′103 ′ 2 ′10-3
0.2 ′ 0.0403
Pa = 152 ′106
Pa = 152MPa
(3.33)
s2-2 =
97.1′103 ′ 30 ′10-3
0.2 ′ 0.0603
Pa = 67.4MPa
(3.34)
輥身中部 3-3 斷面處彎矩最大， M 2 = 2.60 ′103 N × m
那么
o = =
32M 2
pd
3-3 3
3-3
32 ′ 2.60 ′103
3.14 ′ 0.103
Pa = 26.5MPa
(3.35)
第八輥： P = 173′103 N ,
其余參數(shù)一樣。
s1-1 =
s2-2 =
173 ′103 ′ 20 ′10-3
0.2 ′ 0.0403
173 ′103 ′ 30 ′10-3
0.2 ′ 0.0603
Pa = 270.3MPa
Pa = 120.1MPa
(3.36)
(3.37)
s3-3
32M 8
pd
=
3
3-3
= 32 ′ 2.24 ′103 3.14 ′ 0.13
Pa = 22.8MPa
(3.38)
材料35CrMoV 的彎曲疲勞極限s-1 = 0.27(sb +sS ) = 542.7MPa ，安全系數(shù) S=1.8，
因此 [s-1
] = s-1
S
= 301.5MPa 。顯然，彎曲應(yīng)力小于極限彎曲應(yīng)力，所以正確。
對于工作輥，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
t= M K ，
WK
方程中： M K ——為最大轉(zhuǎn)動力矩，WK ——扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。此外還要考慮應(yīng)力系數(shù) K = 2.5 ，故：
t= K ′ M K
WK
(3.39)
第二輥
t= 2.5 ′
187
0.07 ′ d 3
= 9.16MPa
(3.40)
因為有彎輥裝置，還要考慮彎曲應(yīng)力，s= s3-3 = 26.5MPa
按第四強度理論：
同樣第 8 輥：
s 總 =
s 總 =
= 30.89MPa < [s-1 ]
= 27.5MPa < [s-1 ]
(3.41)
(3.42)
2）接觸強度
根據(jù)[5]方程（3—11）是（平均負荷q =
173 N
0.3 ′ 3
m = 192.2 N
m ）。
-4
b = 1.52
= 1.52 ′
m = 2.26 ′10
m (3.43)
o = 0.637 ′ q = 0.637 ′
max b
192.2 ′10-3
2.26 ′10-4
Pa = 541.7MPa
(3.44)
式中： q ——均布載荷， R1 , R2 ——輥子半徑， E ——彈性摸量，
2b ——接觸區(qū)寬度。式子（3—13）得
tmax = 0.304smax = 164.7MPa
(3.45)
3-8 接觸應(yīng)力壓力表，[s] = 2250MPa , [t] = 675MPa ，安全系數(shù)為S = 3.8 。
然后 [s]￠ = [s] = 592.1MPa S
求。
,[t]￠ = [t] = 177.6MPa ，經(jīng)過驗證，接觸強度滿足要
S
3.4.3 軸承的選擇及壽命驗證
工作條件：校平輥的徑向載荷的整平機，軸向載荷很小，同時，軸的彎曲變形，軸的工作速度不是很高，所以選擇球面滾子軸承。深入研究中國北方軸承，軸承的額定載荷比傳統(tǒng)軸承的兩倍，它可以使用[4]。
h
在表 13—3 主要對軸承的使用壽命, L' = 12000h ，并以其工作溫度為 600°C 上下[9]。
1) 支撐輥
d = 40mm,
Fr 最 大 = Fa8 = Fb8 = 865KN
轉(zhuǎn)速
n = v
pd
= 1.25 r
p′ 0.1
s = 240 r
min
(3.46)
速度正常工作條件下的可靠性為 90%。徑向當(dāng)量動載荷：軸向力小，在所有可以省
略。
因此 Pr = f p ′F r = 1.2 ′ 8686.5KN = 103.8KN ，對動載系數(shù) FP ，由表（13—6）可知：
計算基本額定動載荷：
C = P ×
f
(3.47)
t
方程里 P = P = 103.8KN ，n = 240 r min ， L' = 12000h ，e= 10 f
= 1.00（查閱資
r
料后得表 13-4）,則：
C = 103.8
1
h
′ ( 60 ′ 240 ′12000 10
3
)10
3 t
= 486.9KN
(3.48)
按軸承樣品或工程手冊取用尺寸為“f40 ′f90 ′ 40 ”的密封型軸承，其根本額定載荷約為同類型軸承（22308TN1/W33）的兩倍。
即
C0r
= 148 ′ KN = 296KN ， Cr
= 130 ′ 2 = 260KN
Pr = f p ′ 86.5KN = 103.8KN ，取用上面密集類型軸承 2 個，那么
P = Pr
2
= 51.9KN
(3.49)
壽命：
106
f × C
106
1′ 260 10
Lh =
60n
( t )e =
P
60 ′ 240 (
51.9
) 3 h = 14939h
(3.50)
滿足要求。靜載荷：
徑向當(dāng)量載荷： P0r
= 86.5KN
由 C0 = S0 P0 得（ S0 為靜強度系數(shù)，取S0 = 1.2 ）
那么 C0 = 1.2 ′ 86.5KN = 103.8KN < 269KN ，滿足要求。
2) 工作輥
工作輥不承擔(dān)下壓力，所以我們可以根據(jù)軸承的靜強度的選擇。
P0r
= Fr
= 86.5KN
(3.51)
由
C0 = S0 P0r
= 1.2 ′ 86.5KN = 103.8KN
(3.52)
查表或手冊，用尺寸為“f40 ′f80 ′ 50 ”的密集型軸承，其功能相當(dāng)于同類型 22208
的兩倍以上。
C0r
= 2 ′ 68.5KN = 137KN ,
Cr = 2 ′ 49.8KN = 99.6KN
(5.53)
故 C0 < C0r ，滿足要求。
3.4.4 減速機、齒輪座、電機和萬向聯(lián)軸節(jié)的選擇計算
1. 減速機
主傳動系統(tǒng)，除了一個緩慢的減速器，和驅(qū)動力矩平衡分布，所以它也被稱為代理的錯誤率。它主要有三種形式：圓柱齒輪式，圓柱和圓錐齒輪和蝸桿齒輪類型。在每個分為單，雙三的形式，三或四的支撐結(jié)構(gòu)。
在輥式矯直機數(shù)大于 7 時，不應(yīng)使用一個高速機。這是由于傳送的總扭矩大， 齒輪座是齒輪參數(shù)也大，使齒輪座出軸的間距很難與改正輥間距相適應(yīng)，所以，在輥式鋼板矯正機上，大多用多支的分配器。這樣也可以使齒齒輪座的載荷均勻。
在最大的平地機整平二輥轉(zhuǎn)矩，因此輥盡可能的減速器軸通過齒輪座直接驅(qū)動，以減少齒輪座負載。為適當(dāng)?shù)男Ｆ綑C在持續(xù)機組中的裝配，將矯正機設(shè)計成可以雙向進料的構(gòu)造。然后，一個直接驅(qū)動二輥矯直機的輸出軸與減速器的另一端。
那樣，減速機中央距和 A4 應(yīng)等于齒輪座雙邊第二軸之間的間隔 A3 ，如圖 3.12 所
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