20-40mm普碳鋼板材矯直機設(shè)計【帶三維SW】【含9張CAD圖紙】

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本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 課題名稱 20-40mm普碳鋼板材矯直機設(shè)計 學(xué) 號 20071971 姓 名 左一 專 業(yè) 機械工程及自動化 指導(dǎo)教師 楊會林 評閱教師 開題時間 2011 年 3 月 15 日 東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院 一、立論依據(jù) 1． 本課題的目的和意義 矯直是近百年來發(fā)展起來的工藝技術(shù)，是應(yīng)用彈塑性理論將彎曲的，斷面不規(guī)則的型材變直和整形的一種機械加工方法，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)和冶金工業(yè)中。矯直機可以單獨地用于機械加工車間，對機件或構(gòu)件坯料進(jìn)行矯直，如橋梁、船舶、汽車、鍋爐等。工廠的坯料車間等；也可以用于消除機件由于意外的創(chuàng)傷和長期蠕變而產(chǎn)生的塑性變形及變形，進(jìn)行修復(fù)性的矯直，如軸類的矯直，自行車圈的矯平，舊鋼絲繩的復(fù)原等。 矯直技術(shù)在冶金工業(yè)中用途非常廣泛，矯直機是冶金工業(yè)生產(chǎn)中常用的輔助設(shè)備。在現(xiàn)代化程度較高的連鑄生產(chǎn)線中連鑄坯的矯直設(shè)備是必不可少的，型鋼、鋼板、鋼管等軋鋼廠的精整車間，矯直機則更是必備的設(shè)備之一。 軋件在軋制生產(chǎn)過程中，由于塑性變形、冷卻不均或運輸?shù)纫幌盗性蚴管埣a(chǎn)生不同程度的撓曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭，或內(nèi)部殘余應(yīng)力，從軋機出來的軋件往往具有不平直性和形狀尺寸精度誤差較大的情形，這主要是受軋鋼生產(chǎn)工藝和冷卻過程綜合影響的結(jié)果。 矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。不過理論滯后于實踐的現(xiàn)象比較明顯，因此，必須對矯直理論、矯直機的設(shè)計不斷研究，發(fā)現(xiàn)新問題，尋找新的突破，使新產(chǎn)品開發(fā)更成熟，設(shè)計更合理、好用。軋件在矯直過程中發(fā)生彈塑性變形，內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變得復(fù)雜難于進(jìn)行精確的計算分析。因此，設(shè)計過程是在一定的假設(shè)前提下，結(jié)合試驗以及實際經(jīng)驗進(jìn)行。 本次進(jìn)行的板材矯直機開發(fā)，用于熱矯，鋼板溫度600-950℃，板寬1600mm，板厚20-40mm，鋼種為普碳鋼：45、Q235鋼等。 通過此次板材平行輥矯直機的開發(fā)設(shè)計，通過對輥式矯直機基本參數(shù)以及輥式矯直機力能參數(shù)的計算，使以后新設(shè)計時對基本參數(shù)的確定，力能參數(shù)的計算能夠更準(zhǔn)確、更合理；使整個設(shè)備更經(jīng)濟使用。 二、文獻(xiàn)綜述 1． 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 在國外，對于中厚板熱矯直機，主要制造商有德國的MANNESNN-MEER公司，英國的BRONX公司，意大利的INNST公司，日本的三菱重工等。它們的產(chǎn)品是由等輥距，等輥徑逐步發(fā)展成為變輥距，變輥徑矯直機。變輥距的矯直機優(yōu)點在于各矯直輥受力均勻，避免了等輥距嬌直機第三輥斷輥事故的發(fā)生，但其調(diào)整機構(gòu)復(fù)雜，不易制造，維護(hù)；變輥徑矯直機優(yōu)點在于矯直范圍廣泛——厚板用大輥徑，薄板大小輥徑同時矯直，矯直效果明顯，缺點是控制復(fù)雜?，F(xiàn)在國外公司新開發(fā)的矯直機是結(jié)合變輥變輥徑矯直機的優(yōu)點，把其理論運用在新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)中，使其均具有鮮明的特點。 在國內(nèi)，崔甫教授在矯直機領(lǐng)域進(jìn)行了深入的理論研究，對矯直機基本參數(shù)，力能參數(shù)的選取進(jìn)行了優(yōu)化。北京科技大學(xué)的鄒家祥教授對矯直工藝進(jìn)行研究，提出大變形矯直工藝與小變形工藝相結(jié)合的新的矯直工藝。在國內(nèi)的制造企業(yè)中，一重、二重在矯直機領(lǐng)域的制造實力相對較強，其矯直機是等輥距矯直機，主要以九輥矯直機為主；太重、中信重機的矯直機產(chǎn)品主要是引進(jìn)國外等輥距矯直機的成熟技術(shù)，開發(fā)出十一輥為主的矯直機，應(yīng)用于國內(nèi)各大鋼廠。 向自動化、高速化發(fā)展是目前矯直機發(fā)展的主要趨勢。隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，一些有限元分析軟件運用于矯直機的分析和優(yōu)化過程中，一些科研院所運用ANSYS，CATIA等三維分析軟件對矯直機的熱力場及其力場等進(jìn)行有限元分析。20世紀(jì)70年代，新型的控制技術(shù)及其理論開始應(yīng)用于矯直機，使其自動化程度不斷提高，矯直效果更加明顯，產(chǎn)品成才率高。隨著熱軋技術(shù)的不斷發(fā)展，熱軋機的軋制速度越來越高，導(dǎo)致矯直機不斷向高速化發(fā)展，此技術(shù)作為一個新的門類將獲得越來越大的發(fā)展。 本次開發(fā)的板材平行輥矯直機，其輥系參數(shù)的確定方法及輥式矯直機力能參數(shù)的計算方法，還屬于定輥距研究，這種輥系有一定的缺陷。但對目前世界最先進(jìn)的變輥距輥系由于資料及試驗條件限制還不具備獨立開發(fā)新產(chǎn)品的能力，只能對其理論進(jìn)行探討研究。 2． 所閱文獻(xiàn)的查閱范圍及手段 所查閱的文獻(xiàn)主要是通過學(xué)校的圖書館、圖書館網(wǎng)站和internet網(wǎng)站查詢，主要查閱的范圍是從2000年到現(xiàn)在的所有關(guān)于本課題的論文、期刊、學(xué)報等等。 參考文獻(xiàn) [1] 崔甫矯,直原理與矯直機械（第2版）,冶金工業(yè)出版社，2005 [2] 傅作寶,冷軋薄鋼板生產(chǎn)（第2版）,冶金工業(yè)出版社，2005 [3] 李曼云，孫本榮鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊,冶金工業(yè)出版社，1990 [4] 王廷溥,板帶材生產(chǎn)原理與工藝,冶金工業(yè)出版社，1995 三、研究內(nèi)容 1．課題的構(gòu)想與思路 了解中厚板產(chǎn)生不平直度的原因，根據(jù)國內(nèi)外中厚板矯直機發(fā)展情況，切合公司實際需要，進(jìn)行板矯直機設(shè)計。首先通過對國內(nèi)外各種板材矯直機輥系結(jié)構(gòu)研究，確定輥系結(jié)構(gòu)，其次進(jìn)行輥系參數(shù)的確定、力能參數(shù)的計算，最后完成整機機械部分、電器部分、液壓部分、潤滑部分設(shè)計，通過此次研究設(shè)計，使以后進(jìn)行新設(shè)計時更合理、更先進(jìn)。 2．主要設(shè)計內(nèi)容 （1) 輥系結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 （2）整機其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括壓下裝置及上軋輥平衡裝置，傳動裝置，軌道升降裝置，換輥裝置的設(shè)計。 （3）其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括電氣部分、液壓部分的設(shè)計。 3．?dāng)M解決的關(guān)鍵技術(shù) （1) 對力能參數(shù)的計算及強度計算，合理確定結(jié)構(gòu)，使整機設(shè)計準(zhǔn)確、經(jīng)濟、先進(jìn)。 （2) 軌道升降裝置的設(shè)計，保證輥系順利拉入拉出。 （3）輥系裝置的設(shè)計，保證實現(xiàn)每輥壓彎量的靈活調(diào)節(jié)，提高矯直質(zhì)量、效率。 4． 總體設(shè)計方案 （1）一臺完整的中厚板輥式矯直機應(yīng)由機架、上下橫梁、上下矯直輥裝置、上下支承輥 裝置、引料輥裝置、壓下機構(gòu)、彎輥裝置、傾斜機構(gòu)、換輥裝置、檢測系統(tǒng)、安全裝置、 除鐵皮與冷卻系統(tǒng)、傳動裝置、電動機及走臺等所組成。 本次開發(fā)的中厚板材矯直機是強力重式矯直機，它功能多，矯直力強，結(jié)構(gòu)獨特，適合可逆矯直的要求。 （2）機架為鑄焊結(jié)構(gòu)，兩片機架通過上下橫粱聯(lián)結(jié)。機架加工精度高、剛性大、強度高、 利于安裝和運輸，是矯直機各零部件承裝的核心骨架。 （3）壓下裝置采用電動壓下，可實現(xiàn)上輥系沿矯直方向整體少量傾斜運動及整體升降。 整個上輥系采用兩臺液壓平衡缸平衡，消除活動橫梁上面各受壓件的間隙，壓下行程需 由位移傳感器檢測，以便操作。壓下螺絲下面設(shè)有液壓保護(hù)缸，在矯直力過大或卡鋼時， 快速卸荷保護(hù)。極限位移需設(shè)極限開關(guān)。 （4）前、后導(dǎo)輥位于上部工作輥的入口和出口側(cè)，與上、下工作輥一起進(jìn)行矯直鋼板， 各由一臺交流電機經(jīng)兩臺蝸輪減速機驅(qū)動壓下螺絲可使導(dǎo)輥單獨上下升降調(diào)整，導(dǎo)輥的 平衡為彈簧平衡，其壓下行程需由位移傳感器顯示，進(jìn)行合理控制，導(dǎo)輥在參與矯直的 同時調(diào)整鋼板的平直性。 （5）上斜楔調(diào)整裝置用于單獨調(diào)整每個上工作輥升降，由電機驅(qū)動絲桿，推動斜楔運動 實現(xiàn)。需由接近開關(guān)控制上、下極限。下斜楔調(diào)整裝置調(diào)整方向與工作輥軸線垂直，可實現(xiàn)整體工作輥的升降及輥型調(diào)節(jié)，由電機驅(qū)動絲桿，推動斜楔運動實現(xiàn)。需由接近開關(guān)控制上、下極限。 （6）軌道升降裝置由交流電機驅(qū)動蝸輪蝸軒減速機抬升軌道，用于換輥時將輥系和換輥 支承架升起到位使之與機架外的固定軌道接軌，保證輥系順利拉入拉出。 （7）換輥裝置由一臺交流電機驅(qū)動鏈條拉動上下輥系，實現(xiàn)輥系拉出機架窗口或進(jìn)入窗 口，靜后兩個極限需由接近開關(guān)控制。 （8）主傳動裝置由兩臺直流電機通過減速機，傳動軸驅(qū)動工作輥和前、后導(dǎo)輥。電機準(zhǔn) 確停車由接近開關(guān)控制。 四、工作計劃 序號 階段及內(nèi)容 工作量估計 （時數(shù)） 起止日期 階段成果形式 1 學(xué)習(xí)軟件，查閱資料 80 1-2周 基本了解各軟件的操作與功能；基本了解攪拌摩擦焊接設(shè)備工作原理 2 設(shè)計機床草圖，主要構(gòu)件結(jié)構(gòu) 160 3-6周 深入細(xì)致了解機床結(jié)構(gòu)，并初步利用Soildworks出圖 3 主要結(jié)構(gòu)的校核，出圖 350 7-13周 完成機床主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算并完成繪圖 4 對圖紙進(jìn)行檢查，修改 80 14-16周 完成2-5張A0圖紙 6 寫畢業(yè)論文 40 17周 完成畢業(yè)論文 合計工作量：710小時 1.完成20-40mm板材矯直機的設(shè)計 2.論文不少于30頁 3.外文翻譯不少于3000漢字 五、評審意見 指導(dǎo)教師對本課題的評價 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 評閱教師對本課題的評價 評閱教師簽名 年 月 日 10 20-40mm板材矯直機設(shè)計 作 者 姓 名： 左一 指 導(dǎo) 教 師： 楊會林 副教授 單 位 名 稱： 機械工程與自動化 專 業(yè) 名 稱： 機械設(shè)計及自動化 東 北 大 學(xué) 2011年6月 20-40mm straightening marching design by Zuo Yi Supervisor: Yang Huilin Northeastern University June 2011 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 20-40mm板材矯直機設(shè)計 設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容： 1、 矯直機工作原理及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀； 2、 軋輥、機架結(jié)構(gòu)三維設(shè)計； 3、 軋輥、機架結(jié)構(gòu)二維設(shè)計； 4、 編寫設(shè)計說明書； 5、 外文科技文獻(xiàn)翻譯。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 無 學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計（論文）題目日期 　　　　　　　　　　　　　第 1周 指導(dǎo)教師簽字： 年　　月　　日 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 20-40mm板材矯直機設(shè)計 摘 要 在軋制生產(chǎn)過程中，由于塑性變形、冷卻不均或運輸?shù)纫幌盗性蚴管埣a(chǎn)生不同程度的撓曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭，或內(nèi)部殘余應(yīng)力，從軋機出來的軋件往往具有不平直性和形狀尺寸精度誤差較大的情形。因此矯直技術(shù)是提高板帶鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量和平坦度的重要環(huán)節(jié)。 本文介紹了平行板矯直機的結(jié)構(gòu)特點和功能。并且對矯直機的發(fā)展趨勢和實際生產(chǎn)中存在的問題做了闡述。本次設(shè)計的矯直機是用來矯正鋼板在軋制過程中產(chǎn)生的各種彎曲和瓢曲，通過矯正可消除鋼板彎曲應(yīng)力，并提高鋼板的平直度，達(dá)到用戶的要求。設(shè)計中對矯直原理做了詳細(xì)具體的闡述，對其主要零部件做了校核，對矯直機的力能參數(shù)做了計算，同時包括機架、上矯直輥系、下矯直輥系、壓下與平衡系統(tǒng)等主要部件的設(shè)計。為了避免矯正時的沖擊，壓下裝置中裝有機械式平衡機構(gòu)，平衡彈簧裝在托盤上通過拉桿來平衡上活動橫梁的全部重力，并能消除螺母與螺桿直角的竄動間隙。托盤將全部重力通過推力軸承壓到平衡螺母上，而平衡螺母又通過內(nèi)齒圈與蝸輪螺母聯(lián)結(jié)成同步轉(zhuǎn)動又互不相壓的關(guān)系。 關(guān)鍵詞：板材矯直機，平行輥式，壓下與平衡裝置 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） abstract 20-40mm straightening marching design Abstract In?rolling?production process, a number of reasons?such as plastic deformation,?uneven?cooling?or transportation?make a?rolled produce different degrees of?bending,?buckling, wave,?bend, and?the crooking,?or internal?residual stress. Rolled?from?the?rolling?mill?are often with?bad shape and size?and?larger error?precision. So the straightening marching has been an important part to enhance the surface quality and flatness of the production. This article describes?the structure, features and functions of?parallel plate?straightening marching. The development trend?of the?straightening machine?and the actual?production?problems are also described in detail. The design of the?straightening?machine is?used to correct?plate in the?rolling process?for a variety of?bending and?buckling.? By correcting plate?can eliminate?bending stress,?and improve?the flatness of?steel plate to?the user's?requirements. The design includes a detailed concrete exposition?of the principle?of?straightening,?check of?its main?components and the calculation of parameters?of the?straightening machine. It also?includes?the design of?the rack,?the upper?straightening?rolls?and lower?straightening?rolls, the pressure and balance?system,?and other major components. In order to avoid?the impact, the device?equipped with a?mechanical?balance body and balance?spring?mounted on the tray?through the?rod?to balance?all the?gravity?of the upper?moving beam and also to?remove?the nut?and?screw?at right angles to?traverse?the gap. The tray puts?all?the gravity?pressure on the?balance?through and the thrust?bearing?nut while the balance nut ring gear linked the balance nut and the worm?nut?into a?synchronous rotation?and?no pressure?between?each other. Key words: Plate straightening machine, Roll, Pressure and the balance device 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 設(shè)計背景 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 1 1.3矯直機的類型 3 1.3.1應(yīng)用彈塑性彎曲變形進(jìn)行矯直 3 1.3.2應(yīng)用彈塑性拉伸變形進(jìn)行矯直 5 1.3.3利用彈塑性扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行矯直 6 1.3.4應(yīng)用軋壓原理進(jìn)行矯直 6 1.3.5應(yīng)用組合變形進(jìn)行矯直 6 1.4 平行輥矯直機簡介 7 1.4.1平行輥矯直機的矯正過程 7 1.4.2平行輥矯直機的優(yōu)缺點 8 1.5 設(shè)備概況 8 第2章 平行輥矯直機的參數(shù)計算 11 2.1 技術(shù)參數(shù) 11 2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 11 2.3 力能參數(shù)計算 12 2.31 矯直力與矯直力矩的計算 12 2.32 矯直功率的計算 13 第3章 主要部件設(shè)計 17 3.1主傳動系統(tǒng)設(shè)計 17 3.2下矯直輥系 17 3.3上矯直輥系 18 3.4上下支承輥及調(diào)整裝置 18 3.5壓下平衡系統(tǒng) 19 3.6機架 21 3.7導(dǎo)衛(wèi)裝置 21 3.8潤滑 22 3.9電控裝置 22 3.10結(jié)論 23 第4章 主要部件的校核 31 4.1矯直輥的校核計算 31 4.1.1 矯直機矯直扭矩的計算 31 4.1.2第三輥彎曲力矩的計算 32 4.1.3支反力的確定 35 4.2矯直輥強度的計算 36 4.3 軸承壽命的校核 37 參考文獻(xiàn) - 39 - 結(jié)束語 - 41 - 附錄 42 I 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 設(shè)計背景 矯直是近百年來發(fā)展起來的工藝技術(shù)，是應(yīng)用彈塑性理論將彎曲的、斷面不規(guī)則的型材變直和整形的一種機械加工方法，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)和冶金工業(yè)中。矯直機可以單獨地用于機械加工車間，對機件或構(gòu)件坯料進(jìn)行矯直，如橋梁、船舶、汽車、鍋爐等工廠的坯料車間等：也可以用于消除機件由于意外的創(chuàng)傷和長期蠕變而產(chǎn)生的塑性彎曲及變形，進(jìn)行修復(fù)性的矯直，如軸類的矯直，自行車圈的矯平，舊鋼絲繩的復(fù)原等。 矯直技術(shù)在冶金工業(yè)中用途非常廣泛，矯直機是冶金工業(yè)生產(chǎn)中常用的輔助設(shè)備。在現(xiàn)代化程度較高的連鑄生產(chǎn)線中連鑄坯的矯直設(shè)備是必不可少的，型鋼、鋼板、鋼管等軋鋼廠的精整車間，矯直機則更是必備的設(shè)備之一。 軋件在軋制生產(chǎn)過程中，由于塑性變形、冷卻不均或運輸?shù)纫幌盗性蚴管埣a(chǎn)生不同程度的撓曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭，或內(nèi)部殘余應(yīng)力，從軋機出來的軋件往軋件在軋制生產(chǎn)過程中，由于塑性變形、冷卻不均或運輸?shù)纫幌盗性蚴管埣a(chǎn)生不同程度的撓曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭，或內(nèi)部殘余應(yīng)力，從軋機出來的軋件往往具有不平直性和形狀尺寸精度誤差較大的情形，這主要是受軋鋼生產(chǎn)工藝和冷卻過程綜合影響的結(jié)果。 為了保證產(chǎn)品的安全可靠性，國家對各類產(chǎn)品都制定了一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。軋件的變形必須限制在一定的公差范圍以內(nèi)。單純從軋制生產(chǎn)工藝方面消除軋件的撓曲和瓢曲既不現(xiàn)實也相當(dāng)困難，因而需要有專門的矯直設(shè)備，將已經(jīng)產(chǎn)生變形的軋件進(jìn)行矯正，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的公差范圍以內(nèi)，從而得到平直性好的產(chǎn)品，這使得矯直機成為冶金工業(yè)中必不可少的設(shè)備之一。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 厚板矯直技術(shù)在我國起步較晚，且理論研究較生產(chǎn)落后的現(xiàn)象突出，經(jīng)過近些年來工業(yè)的發(fā)展和自身技術(shù)的進(jìn)步，矯直機的性能和各項參數(shù)都有了很大的改善。鋼板的寬度、厚度及長度規(guī)格也在不斷擴大。我國20世紀(jì)五、六十年代的大部分矯直機的輥系都采用大節(jié)距大工作輥，矯直厚度范圍僅在4~5倍，支承輥承載能力低，使矯直能力低下，且工作輥軸承座是整體、固定不可調(diào)節(jié)的，造成矯直鋼板質(zhì)量低，產(chǎn)品成材率低。 近幾年，我國中厚板產(chǎn)量持續(xù)增長，隨著用戶對板形質(zhì)量要求的不斷提高，板材發(fā)展的重點正從追求產(chǎn)量轉(zhuǎn)移到追求質(zhì)量。采取措施改善板形質(zhì)量已成為生產(chǎn)者急需解決的事情。矯直機是改善板材質(zhì)量的主要設(shè)備。 目前，我國已有中厚板軋機31套，正在建設(shè)或計劃建設(shè)中厚板軋機約24套，中厚板軋機合計約55套(未含臺灣)，中厚板年生產(chǎn)能力約六千多萬噸。中厚板軋鋼廠熱矯直機有近一半已進(jìn)行了技術(shù)改造,安裝了新型四重式11輥、上輥或下輥可整體傾動、可快速換輥的恒輥距矯直機。還有一半熱矯直機和多數(shù)冷矯直機是50~60年代的臺式矯直機。目前國內(nèi)外鋼板矯直機均是恒輥距矯直機,或少數(shù)雙恒輥距矯直機使矯直機向自動化、全液壓、高負(fù)荷、高剛度、多功能、強力矯直技術(shù)發(fā)展，即采用第三代矯直機，從而進(jìn)一步提高鋼板表面質(zhì)量。 在20世紀(jì)末，世界軋鋼技術(shù)發(fā)展迅速。軋鋼生產(chǎn)在自動化、高精度化、連續(xù)化方面取得了較大進(jìn)步。軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和主要方法。因為用軋制方法生產(chǎn)出的鋼材，具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、品種多、易于實現(xiàn)機械化、自動化等優(yōu)點，而且比鍛造、擠壓、拉拔等生產(chǎn)產(chǎn)品，性能更高，成本更低。目前，約有93%的鋼都是經(jīng)過軋制成材的。有色金屬生產(chǎn)也大量應(yīng)用軋制方法。 軋鋼生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為建筑、造船、汽車、石油、化工、國防、礦山等專用鋼材。目前，我國軋鋼生產(chǎn)的鋼材品種主要有薄鋼板、硅鋼片、鋼帶、無縫鋼管、焊接鋼管、鐵道用鋼、普通大型材、普通中型材、普通小型材、優(yōu)質(zhì)型材、冷彎型鋼、線材、特厚鋼板、中厚鋼板等。軋鋼生產(chǎn)的產(chǎn)品按鋼材斷面形狀分為：鋼板、鋼管和型鋼。型鋼是一種應(yīng)用范圍廣泛的鋼材。我國型鋼產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的25%～30%。型鋼按用途分為：普通型鋼和專用型鋼。從斷面形狀又可分為異型斷面型鋼和簡單斷面型鋼。從生產(chǎn)方式的角度又可分為焊接型鋼、彎曲型鋼和軋制型鋼。 板帶材也是一種廣泛應(yīng)用的鋼材，我國的板帶材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的45%～55%。板帶鋼按應(yīng)用領(lǐng)域分為建筑板、橋板、船板、汽車板、電工鋼板、機械用板等。按照軋制溫度的不同又可以分為熱軋板帶和冷軋板帶。鋼板按厚度分為：中厚板、薄板和箔材。 鋼管的用途主要有建筑用管和石油管道等。我國鋼管產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的10%～15%，鋼管的規(guī)格一般用外形尺寸及壁厚標(biāo)稱。其斷面一般為圓形管，也有多種異型鋼管和變斷面鋼管。鋼管從制造角度劃分為無縫鋼管、螺旋鋼管與直縫鋼管、冷軋鋼管等。按斷面形狀劃分為圓形管、異型鋼管和變斷面鋼管。這些品種齊全、樣式繁多的鋼管被應(yīng)用在管道、石油運輸，鍋爐側(cè)壁、地質(zhì)鉆探、軸承及注射針管等方面。 隨著軋鋼工藝及軋鋼技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼材的生產(chǎn)范圍將不斷擴大，產(chǎn)品品種也將不斷增多。近年來我國許多有價值的鋼板產(chǎn)量大幅度增長，冷軋硅鋼片2003年已達(dá)89.6萬噸，鍍錫板2002年已經(jīng)達(dá)到110萬噸，管線鋼、石油管、耐火鋼板、冷軋不銹鋼板產(chǎn)量達(dá)55萬噸。 目前，國外對矯直機理論，矯直設(shè)備的研究正在擴展和深化，如向大截面型材，超薄壁管材，特殊截面異型材和高強度合金材料的矯直方向發(fā)展同時也向提高矯直精度，減少殘余應(yīng)力，減少功率消耗以及提高數(shù)學(xué)模型精度的方面深入。 進(jìn)入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動代替蒸汽動力為標(biāo)志，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機大概是我國見到的最早的l臺矯直機。 國際上比較著名的軋鋼設(shè)備生產(chǎn)商主要在德國、日本等西方發(fā)達(dá)資本主義國家。例如德國的德馬克、西馬克，日本的三菱重工等大集團(tuán)，他們不斷提高矯直機性能，使高剛度、全液壓和自動化功能更強，對鋼板的矯直效果更好。應(yīng)用技術(shù)一般有預(yù)應(yīng)力機架、液壓平衡系統(tǒng)、換輥裝置、壓下系統(tǒng)（AGC）、彎輥系統(tǒng)（APC系統(tǒng)）、輥系分組傳動或單獨傳動等。 1.3矯直機的類型 對于不同品種規(guī)格的軋材，需采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同規(guī)格的矯直機。所以矯直機的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，矯直方式也不盡相同，就其用途和工作原理可分為：壓力矯直機：輥式矯直機；管棒材矯直機；張力矯直機；拉伸彎曲矯直機；扭轉(zhuǎn)矯直機。各種矯直機的結(jié)構(gòu)形式也千差萬別，就是矯直同一類產(chǎn)品，由于規(guī)格的不同也會有不同的結(jié)構(gòu)。甚至用于同一規(guī)格的產(chǎn)品也有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面是因為對性能要求的不同，另一方面是由于設(shè)計人員的不斷改進(jìn)、完善。 根據(jù)使軋件產(chǎn)生彈塑性變形方式的不同，矯直機可分為下列幾類。 1.3.1應(yīng)用彈塑性彎曲變形進(jìn)行矯直 應(yīng)用彈塑性彎曲變形進(jìn)行矯直的矯直機主要有以下幾類。 (1) 壓力矯直機 壓力矯直機應(yīng)用一次彈塑性彎曲矯直軋件。軋件在活動壓頭和兩個固定支點間，利用一次反彎的方法進(jìn)行矯正。這種矯直機用來矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑鋼管或用作輥式矯直機的補充矯直。其主要優(yōu)點是可以進(jìn)行有選擇地補充矯直，但生產(chǎn)率低。常見的結(jié)構(gòu)和傳動型式有立式和臥式。近幾年來出現(xiàn)了傾斜式壓力矯直機，可以用來矯直復(fù)雜斷面的軋件，例如德國生產(chǎn)制造的傾斜式壓力矯直機，可動的C型機架沿弧形槽移動，可以與軋件形成任意角度，因而軋件進(jìn)入時可以不移動。 (2) 輥式矯直機 輥式矯直機應(yīng)用多次彈塑性彎曲進(jìn)行矯直軋件，也可以用來矯拉拔擠壓產(chǎn)品的縱彎和斷面扭曲。輥式矯直機的種類很多。按用途可分為型鋼輥式矯直機和板材輥式矯直機；按結(jié)構(gòu)型式可分為門式結(jié)構(gòu)和懸臂結(jié)構(gòu)矯直機；按輥數(shù)有5-29輥之分；按驅(qū)動方式有單排驅(qū)動、雙排驅(qū)動及混合驅(qū)動；按主傳動電機數(shù)量有一機多輥及單機單輥之分；按調(diào)節(jié)方法有上輥可調(diào)與下輥可調(diào)之分；按控制形式有手動、機動及計算機控制之分，其控制內(nèi)容主要是矯直速度和壓下量。 傳統(tǒng)的輥式矯直機是矯直輥在一個垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，即單面矯直機，主要用來矯直軋件的縱向彎曲，上輥可以單獨調(diào)整、整體調(diào)整或局部調(diào)整。最近十幾年出現(xiàn)了所謂的雙面矯直機，實際上是采用兩組互相垂直的矯直輥，一組用來矯直軋件水平面的縱向彎曲，另一組用來矯直軋件垂直面內(nèi)的縱向彎曲，也就是軋件的橫向彎曲。在兩個互相垂直的平面內(nèi)矯直，矯直質(zhì)量要比單面矯直好。包鋼軌梁廠在原來的矯直機出口處再加一水平臥矯，以矯直水平方向的側(cè)彎。 為改善鋼材在輥系內(nèi)殘余應(yīng)力狀況，以及更好地矯直軋件的頭尾兩端，國內(nèi)外出現(xiàn)了變輥距矯直機和雙交錯變輥距矯直新技術(shù)。變輥距矯直機是從改善咬入條件、減小受力最大的矯直輥矯直力出發(fā)，根據(jù)需要排列輥距，以獲得最佳的輥距配置，使前面的輥距大些可以減小矯直力，擴大矯直范圍，并便于咬入；后面的輥距小些，可以提高矯直質(zhì)量。這種矯直機的品種適應(yīng)性較強。雙交錯變輥距矯直機是針對單交錯輥系的缺點而改進(jìn)矯直輥的排列方法，圖1.1為雙交錯變輥距矯直機示意圖。單交錯輥系的輥距受輥徑的限制，不能縮??；輥徑受強度限制也不能縮小，在軋件兩端的半個輥距長度內(nèi)軋件得不到足夠的彈塑性反彎而不能矯直。雙交錯輥系則能使軋件頭尾兩端難矯直的長度盡量減小，并不再受輥距及輥徑的限制。為了避免矯直力、殘余應(yīng)力的明顯增大以及對能量消耗和斷面形狀的不利影響，必須采用變輥距的方法，當(dāng)軋件在輥系中形成連續(xù)受力狀態(tài)時，便將每對輥子中的一個退離工作狀態(tài)。隨著軋件的前進(jìn)，矯直力將不斷變化。 圖1.1雙交錯變輥距矯直機 (3) 斜輥矯直機 斜輥矯直機是旋轉(zhuǎn)矯直的主要設(shè)備，適用于矯直圓形斷面的軋件，旋轉(zhuǎn)矯直機中最常用的是多斜輥矯直機和二(斜)輥式矯直機。近年來還出現(xiàn)了八輥和九輥的斜輥式矯直機，它們的工作原理基本相同，軋件在垂直于橫斷面的各個平面上發(fā)生彎曲。多斜輥矯直機是一種規(guī)模大、品種多、規(guī)格齊全的矯直設(shè)備。其除有輥系不同之外，在結(jié)構(gòu)上有臥、立之分；按輥座數(shù)量有雙輥座和三輥座之分；按輥子長度有同輥長與異輥長之分；按驅(qū)動方式有全驅(qū)動和部分驅(qū)動之分；按傳動方式有萬向聯(lián)軸器傳動和錐齒輪傳動之分。二(斜)輥式矯直機屬于高精度矯直設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡單，品種比較單純，輥子傾角調(diào)節(jié)范圍小，操作容易，但矯直速度低。結(jié)構(gòu)上有立式與臥式之分；傳動方式上有萬向軸傳動與傘齒輪傳動之分；驅(qū)動方式上有單機驅(qū)動與集體驅(qū)動之分。 (4) 轉(zhuǎn)毅矯直機 轉(zhuǎn)毅矯直機屬于小型矯直機一類，用來矯直條材，在中小企業(yè)中大量使用，歷史悠久，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，多用于輔助生產(chǎn)。用轉(zhuǎn)毅的旋轉(zhuǎn)代替圓材的旋轉(zhuǎn)，孔模交錯布置使軋材在前進(jìn)中要經(jīng)受多次的反彎，轉(zhuǎn)毅式矯直機在國內(nèi)得到很好的應(yīng)用，在技術(shù)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用就更為廣泛，產(chǎn)品己經(jīng)形成系列化。 (5) 變斷面軋材矯直機 由于變斷面軋材的需求量越來越大，因此變斷面軋材的矯直也隨著發(fā)展起來了，在連續(xù)改變厚度的變斷面板材矯直時，矯直機的上輥能完全適應(yīng)板材厚度變化規(guī)律，同步地改變壓下量。在矯直具有接頭的管材、棒材時，矯直機的上輥能在接頭通過時迅速抬起。 (6) 振動矯直機 振動矯直機是利用孔型在相互垂直兩個方向上的高速振動，使軋材產(chǎn)生反復(fù)彎曲，并在通過幾個孔型之后，使軋材變直。這種矯直法適用于薄壁異形管材的矯直，其輥型多是多輥封閉孔型。 1.3.2應(yīng)用彈塑性拉伸變形進(jìn)行矯直 圖1.2為拉伸矯直杌示意圖，拉伸矯直機有輥式和夾鉗式拉伸矯直機之分，鉗式拉 伸矯直機是開發(fā)最早的拉停矯直機，用于矯直單根鋼筋、型材和單張薄板。不能用于連 續(xù)生產(chǎn)線上，并且由于鉗口夾緊力難以保持一致，易造成鉗口夾痕和板材幅向變形不勻 及引起切頭損失。輥式拉伸矯直機克服了夾鉗式拉伸矯直機的缺點，多用于薄帶板材的 生產(chǎn)線上，但是輥式拉紳不能代替型材的鉗式拉伸，因為型材不僅不適于纏繞在輥簡上，即使型材斷面可以繞上輥筒，也因?qū)挾刃?、厚度大而不可能產(chǎn)生足夠的拉力。 圖1.2拉伸矯直機 1.3.3利用彈塑性扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行矯直 這類矯直機主要用于矯直較大局部變形的型鋼。矯直時軋件固定夾緊，進(jìn)行反向扭 轉(zhuǎn)，達(dá)到矯直的目的。這是一種較特殊場合才使用的方法。 1.3.4應(yīng)用軋壓原理進(jìn)行矯直 這類矯直機也可以稱為平整軋機，主要是對薄板進(jìn)行小壓下量(3％以下)的軋壓，消除軋件撓曲，特別是瓢曲。這類平整軋機不易調(diào)整，矯直效果有時不理想，且不適于矯直型鋼。平整機主要用于矯正冷軋退火后的板材，平整軋制的目的在于消除屈服平臺，防止繼續(xù)加工時發(fā)生滑移線；提高抗拉強度，擴大塑性變形范圍；改善板形，增大平直度；獲得一定的表面硬度及粗糙度。 1.3.5應(yīng)用組合變形進(jìn)行矯直 應(yīng)用組合變形進(jìn)行矯直的矯直機主要有以下兩類： (1) 拉彎矯直機 圖1.3為拉彎矯直機示意圖，是在拉伸的同時加上彎曲，防止軋件的全斷面同時被 拉伸而可能出現(xiàn)的拉裂或拉斷危險，在拉伸的同時加上反復(fù)彎曲，則各斷面將在不同時 間內(nèi)兩側(cè)都受到較大的拉伸變形，可取得很好的矯直效果。拉彎矯直不僅可以改善矯直 質(zhì)量，矯直帶材的各種波浪彎、瓢曲，消除鐮刀彎，而且還可以提高帶材的機械性能， 生產(chǎn)率高，所需能量較少。這種矯正機組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯正各種金屬帶 材(包括高強度極薄帶材)。拉彎矯直機也可在酸洗機組上進(jìn)行機械破磷，以提高酸洗 機組速度。 圖1.3拉彎矯直機 (2) 拉扭矯直機 拉扭矯直機是在矯直彎曲的同時采用扭轉(zhuǎn)矯直，這種矯直方法適用于薄壁異型斷面 軋材。 1.4 平行輥矯直機簡介 1.4.1平行輥矯直機的矯正過程 平行輥矯直機的理論基礎(chǔ)為金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大，在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會顯著減小，甚至?xí)呌谝恢?。隨著壓彎程度的減小其彈復(fù)后的殘留彎曲會一致趨近于零值，從而達(dá)到矯直目的。因此，平行輥矯直機必須具備兩個基本特征，第一是具有相當(dāng)數(shù)量交錯配置的矯直輥以實現(xiàn)多次的反復(fù)彎曲；第二是壓彎量可以調(diào)整，能實現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。對于輥式矯直機，按照每個輥子使軋件產(chǎn)生的變形程度和最終消除殘余曲率的方法，可以有多種矯直方案。主要是小變形矯直方案和大變形矯直方案兩種。 小變形矯直機每個輥子的壓下量都可以單獨調(diào)整的假想矯直方案。矯直機上各個輥子的反彎曲率的選擇原則是：只消除軋件在前一輥上產(chǎn)生的最大殘余曲率(即進(jìn)入本輥時的最大原始曲率)，使之矯平。由于軋件上的最大原始曲率難于預(yù)先確定與測量，因而，小變形矯直方案只能在某些輥式矯直機上部分的實旎。這種矯直方案的主要優(yōu)點是，軋件的總變形曲率較小，矯直軋件時所需的能量也少。對于那些原始曲率較大，曲率方向變化頻繁的加工件，多采用連續(xù)式多輥遞減壓下的輥式矯直機。輥式矯直機的矯直過程，是使加工件在交替布置的多個矯直輥間經(jīng)受多次反彎，在消除原始曲率不均勻性的同時，逐漸使加工件趨于平直。 大變形方案是使具有不同原始曲率的軋件經(jīng)過幾次劇烈的反彎(大變形)以消除軋件原始曲率的不均勻度，形成單值曲率，然后按照矯直單值曲率軋件的方法加以矯直的方案。采用大變形矯直方案，可以用較少的輥子獲得較好的矯直質(zhì)量。但若過分增大軋件的變形程度，則會增加軋件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，增大矯直機的能量消耗。 1.4.2平行輥矯直機的優(yōu)缺點 輥式矯直機的主要優(yōu)點是：生產(chǎn)率高，便于機械化和自動化的連續(xù)性生產(chǎn)。輥式矯直機的主要缺點：輥式矯直機能完全消除L瓢曲和C瓢鰉，但對形狀不良矯直效果不甚明顯。矯直過程實質(zhì)就是彈塑性變形過程，塑性變形必會改變帶材原來的內(nèi)部平衡狀態(tài)，即改變了材料性能的均勻性，還會在帶材表面產(chǎn)生某些影響粗糙度的缺陷。經(jīng)過輥式矯直機的板帶材屈服極限的各向異性變得突出。最初的大變形會使其橫向產(chǎn)生密集的折裂線。整個矯直系統(tǒng)因剛性不足、安裝不良、彈性打滑等因素引起的振動，在帶材表面橫 圖1.4 20-40mm板材矯直機外形圖 向形成細(xì)紋裂痕，即通常所說的振痕。 1.5 設(shè)備概況 輥式矯直機的主要優(yōu)點是：生產(chǎn)率高，便于機械化和自動化的連續(xù)性生產(chǎn)。輥式矯直機的主要缺板材矯直機是矯直板材波浪彎機剽曲等缺陷的一種機械設(shè)備，本設(shè)備按JB/T3164（輥式板材矯正機技術(shù)條件）標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求制造，其主要用于在常溫條件下對碳鋼、低合金板材的矯平工作，經(jīng)過矯平后的板帶材其平直度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足 使用條件。本設(shè)備由機架、上矯直輥系、下矯直輥系、上下支撐輥及調(diào)整裝置、壓下與平衡系統(tǒng)等組成，如圖1.4所示。 8 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第2章 平行輥矯直機的參數(shù)計算 第2章 平行輥矯直機的參數(shù)計算 2.1 技術(shù)參數(shù) （1)矯直機型式：十一輥平行輥式矯直機 （2)工作方式：平行、傾斜式 （3)矯直鋼板：鋼板材料：普碳鋼（45、Q235鋼），矯直板材厚度:20-40mm，矯直板材寬度：1600mm，矯直板材長度:4000-6000mm，屈服極限：200-600MPa （4)矯直輥數(shù)量：9根 （5)上矯直輥數(shù)：4根 （6)下矯直輥數(shù)：5根 （7)矯直輥規(guī)格：φ380×1800 mm （8)矯直輥輥距：420 mm （9)支承輥輥徑：φ570mm （10)支承輥數(shù)量：上3下3 （11)矯直輥傳動方式：由1臺電機通過減速機、分配箱整體集中傳動 （12)矯直速度：0-60m/min （13)壓下方式：整體壓下，同時沿進(jìn)出料方向可傾斜調(diào)整 （14)壓下速度：20mm/s （15)壓下平衡機構(gòu)：采用彈簧平衡方式 （16)傳動方向：面向矯直機入口側(cè)，傳動在左側(cè) 2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 矯直機允許的最大與最小輥徑為： （3.1） ＝ （3.2） 式中： H—-被矯鋼板的最大厚度； B—-被矯鋼板的最大最大寬度，B=1600mm； 所以： ； ＝ 矯直機矯直輥徑D的范圍是： < D < ； 取D=380mm 計算矯直輥的輥距： 矯直機允許的最大與最小輥距為： （3.3） （3.4） 所以： =403.55mm； =3360mm 矯直機輥距的取值范圍：< P < ；取P=420mm 2.3 力能參數(shù)計算 2.31 矯直力與矯直力矩的計算 由公式3.3計算作用在矯直機上下棍子上壓力的總和： 由于：； 輥式矯直機屈服力矩=360=426.667kN.m， （3.5） 式中： p—矯直輥輥距，取p=420mm 由于：=0； 輥式矯直機屈服力矩=360=153.6kN.m （3.6） 所以kN.m 全部矯直力的總和可以寫成：==(n-2) 所以：== ==3.646 因此，上下機架所受的矯直力為 =26.624 塑性彎曲力矩為===230.4N.m， 其中：為被矯鋼板的屈服極限，=360MPa 因為九輥矯直機采用傾斜調(diào)整，計算總矯直扭矩M (3.7) 其中： ——矯直機方案系數(shù)，取矯直機方案系數(shù) ——原始曲率半徑，對于鋼板矯直機 （10～30）/h， ——板帶的屈服強度，=360MPa 。 所以總矯直力矩為： ==730.00N. mm 2.32 矯直功率的計算 矯直輥的驅(qū)動功率為： （3.8） 式中： v——矯直速度，取v=1m/s ——矯直機傳動效率。 矯直力作用在輥子上，將產(chǎn)生滾動阻力；作用在軸承上，將產(chǎn)生摩擦阻力。它們所形成的轉(zhuǎn)矩為 （3.9） 式中： f ——軋材與輥子間的滾動摩擦系數(shù) —— 軸承摩擦系數(shù) d —— 輥頸直徑 所以： 其中，f取 f=0.5mm，取 =0.002 當(dāng)矯直機輥數(shù)為9時，材料將受到7次的彎曲，故矯直機的總和塑性彎曲轉(zhuǎn)矩為： （3.10） （3.11） 所以有 （3.12） 材料彎曲時外力作功的一部分用于彈性變形；另外一部分用于塑性變形；還有一小部分變成熱量而散失。其中，用 代表單位長度材料塑性彎曲變形能 ： （3.13） 由式（3.11）有： （3.14） 所以： 根據(jù) 有：= 總效率 的計算： 彈性聯(lián)軸器： ；減速分速箱：；萬向聯(lián)軸器：；滾針軸承： 所以： = 矯直輥的驅(qū)動功率： = =178.86kW 4 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第3章 主要部件的設(shè)計 第3章 主要部件設(shè)計 3.1主傳動系統(tǒng)設(shè)計 本次設(shè)計的平行輥矯直機的主傳動系統(tǒng)包括電機、聯(lián)軸器、圓柱齒輪減速分配箱、萬向聯(lián)軸器等組成。 由一臺200kw電機通過減速器將動力輸送到分速齒輪箱，經(jīng)分速箱，利用萬向聯(lián)軸器驅(qū)動各固定式下矯直輥，圓柱齒輪減速分配箱采用漸開線硬齒面齒形，齒形淬火后進(jìn)行磨齒，其優(yōu)點是傳遞力矩大，使用壽命長，同時采用內(nèi)置式油池潤滑。齒輪機座采用90#工業(yè)齒輪油稀油循環(huán)潤滑，在外部有油流指示器和壓力表顯示，潤滑效果好，延長設(shè)備使用壽命。電控部分與其有聯(lián)鎖信號，只有在有稀油潤滑的前提條件下設(shè)備才能啟動工作，防止齒輪機座在無潤滑的情況下工作。 萬向接軸選用球籠式萬向聯(lián)軸器，具有傳動力矩大，傳動平穩(wěn)、維護(hù)量小的特點。 圖3.1 下矯直輥裝配體 3.2下矯直輥系 矯直輥是進(jìn)行扁鋼矯直的主要部件，采用上四下五交錯布置。 工作輥材質(zhì)為60CrMoV，輥面具有硬度高、良好的耐磨性，可承受較大的接觸應(yīng)力等特點，并且加工精度和表面光潔度高，提高了被矯扁鋼的表面質(zhì)量，工作輥淬硬層硬度HRC55-58。下矯直輥為5組固定矯直輥，通過聯(lián)軸器被電機拖動，矯直輥面與輥軸采用一體設(shè)計，鍛造加工，下輥系共用一個剖分式鑄鋼軸承座，矯直輥軸承座設(shè)置防塵密封，避免氧化鐵皮粉末研入軸承內(nèi)，影響軸承使用壽命，矯直輥軸承座、壓下等部位設(shè)有注油點。換輥時整體拉出，安裝與維護(hù)方便。矯直輥兩端各采用兩組圓錐滾子軸承支撐，軸承采用脂潤滑。 該結(jié)構(gòu)特點：有效保證實現(xiàn)矯直軸和矯直輥之間的同軸度；剛度大；換輥與維護(hù)方便。 3.3上矯直輥系 上輥系4組主動，兩側(cè)機架輥隨動，中間4組矯直輥共用一個剖分式鑄鋼軸承座，固定在上活動橫梁上，兩側(cè)邊輥軸承座獨立，且可沿豎直方向上下升降，方便帶鋼咬入。上輥系借助壓下機構(gòu)調(diào)節(jié)壓下量，上輥和下輥材料、規(guī)格與結(jié)構(gòu)相同。矯直輥兩端各采用兩組滾針軸承支撐，軸承座設(shè)置防塵密封，軸承采用脂潤滑。 上工作輥的工作行程通過高精度的位移傳感器顯示，傳感器的升降位移量可在操作臺數(shù)字顯示，顯示精度為±0.01mm，并具有斷電記憶功能。壓下位置定位精度±0.1mm。前后傾動的位移量可通過前后安裝的位置傳感器在操作臺上數(shù)字顯示，對操作者提供正確、直觀的操作依據(jù)。 圖3.2 上矯直輥裝配體 3.4上下支承輥及調(diào)整裝置 為了增加工作輥的剛性，工作輥各設(shè)置了支承輥，按下三上三交替排列，如圖3.3所示，上下支撐輥采用一對一的布置方式，支撐輥輥面與輥軸采用一體設(shè)計，鍛造加工，每個支撐輥單獨使用一個整體式鑄鋼軸承座，以便使每個矯直輥的凸度可獨立調(diào)節(jié)。軸承座設(shè)置防塵密封，避免氧化鐵皮粉末研入軸承內(nèi)，影響軸承使用壽命，支撐輥兩端各采用兩組調(diào)心滾子軸承支撐，軸承采用脂潤滑。 為了調(diào)整支撐輥與工作輥之間的間隙，在調(diào)整盤與空心螺桿之間用鍵連接。當(dāng)調(diào)整盤的下部壓圈松開時可以自由轉(zhuǎn)動并可帶動螺桿及吊桿作升降運動，以便改變支撐輥與工作輥之間的壓緊力。調(diào)好后用壓圈壓死即可；吊桿在擰緊其上部螺母之后可使軸承座及球面墊與螺桿之間保持緊密接觸狀態(tài)，達(dá)到能同步升降的目的。上下支撐輥的調(diào)整量為±1.5mm。 圖3.3 輥系裝配剖面 3.5壓下平衡系統(tǒng) 壓下部分裝在上活動橫梁上部，由一臺交流電機通過蝸輪蝸桿減速機減速，帶動4個壓下絲母轉(zhuǎn)動使活動橫梁沿絲杠上下移動，可根據(jù)板材厚度、寬度、材料及原始曲率調(diào)整其開口度大小。壓下工作行程+30mm--3mm。最大開口度約150mm。它可實現(xiàn)矯直輥系的前后傾動功能，壓下量可通過位置傳感器顯示。 為了避免矯正時的沖擊，壓下裝置中裝有機械式平衡機構(gòu)，平衡彈簧裝在托盤上通過拉桿來平衡上活動橫梁的全部重力，并能消除螺母與螺桿直角的竄動間隙。托盤將全部重力通過推力軸承壓到平衡螺母上，而平衡螺母又通過內(nèi)齒圈與蝸輪螺母聯(lián)結(jié)成同步轉(zhuǎn)動又互不相壓的關(guān)系。因此彈簧基本處于恒壓狀態(tài)，在上活動橫梁升降時并不產(chǎn)生附加變形。壓下過平衡系數(shù)為1.2--1.4。 壓下螺絲的傳動力矩和壓下電機功率的計算 = （3.1） 其中： ——螺紋中徑，由螺紋大徑d=95mm查得=92 mm ； ——當(dāng)量摩擦角，即arctan,為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)一般取0.1， 故≈5； ——螺紋升角，壓下時用正號，提升時用負(fù)號，為壓下螺絲的螺距，對于鋼板矯直機t=(0.025～0.050)d ,所以弧度=0.474 ； ——作用在一個壓下螺絲上的力，因為9輥矯直機有4根壓下螺絲，所以 ===2.6N ； ——壓下螺絲止推軸頸直徑得，=175 mm； ——止推軸承的阻力矩，==0.005=7.6N mm； ——螺紋摩擦阻力矩 ==2.6=1.227 N mm 。 所以，壓下螺絲的傳動電動機功率為： N= （3.2） 其中： ——按公式（3.1）計算出的傳動壓下螺絲的靜力矩， =+=7.6+1.22710=1.3010N mm ； ——電動機額定轉(zhuǎn)速， =940 r/min ； ——傳動系統(tǒng)總速比，行星減速器速比為=135 ； ——傳動系統(tǒng)的總的機械效率， 所以傳動電機的功率為： ==≈1.5 KW 圖3.4 壓下與平衡裝置 3.6機架 機架由上活動橫梁和下固定橫梁組成，機架采用焊接閉式機架，鑄焊箱形結(jié)構(gòu)，具有足夠的強度和剛度，加工精度高，所有矯正力通過橫梁作用在機架上。 3.7導(dǎo)衛(wèi)裝置 導(dǎo)衛(wèi)裝置采用導(dǎo)板式，限制鋼板在喂入時的位置，達(dá)到矯直機良好的工作狀態(tài)，防止鋼板沖擊機架及防止鋼板偏離矯直線，導(dǎo)衛(wèi)板使用耐磨、抗沖擊材料制造，強度滿足沖擊載荷的要求，導(dǎo)位板的開口度根據(jù)來料寬度的不同可手動調(diào)節(jié)。 3.8潤滑 上、下輥與支撐輥軸承是在重載低速下連續(xù)工作，必須保證潤滑良好，應(yīng)選擇鋰基質(zhì)高級潤滑脂。其中，上、下輥軸承共用一個干油站集中潤滑。上輥系需要上、下調(diào)整，矯直座的各接觸面間必須有潤滑，按需進(jìn)行潤滑。 減速器的齒輪及軸承潤滑和分配箱的齒輪及軸承潤滑，采用油池的潤滑方式。 壓下機構(gòu)一般是在空載下間斷工作的，軸承采用干油潤滑，壓下的螺紋副和導(dǎo)向鍵均采用干油潤滑。 圖3.5 機架示意圖 3.9電控裝置 本系統(tǒng)采用變頻器為核心的控制系統(tǒng)。主要元件，主傳動電機變頻器采用西門子原裝變頻器；主斷路器采用施耐德NSC160S系列產(chǎn)品；主傳動電機斷路器也采用施耐德NSC160S系列產(chǎn)品；壓下電機斷路器采用施耐德GV2系列產(chǎn)品；壓下電機接觸器，均采用施耐德LC1-D系列產(chǎn)品；限位開關(guān)采用施邁賽產(chǎn)品；繼電器采用松下或歐姆龍產(chǎn)品；接線端子選用魏德米勒端子等。所有元件均為國際知名品牌產(chǎn)品，保證設(shè)備電控系 圖3.6 二維圖中擋板 統(tǒng)的可靠性。 功能說明：本控制系統(tǒng)的矯直輥壓下電機設(shè)有電動和手動操作2種方式，既可以整體調(diào)整又給每個壓下電機配置了單獨調(diào)整按鈕；主傳動電機則采用變頻器控制，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速等功能（僅自動）。 在機組旁邊設(shè)置操作臺，操作臺上對應(yīng)設(shè)計了矯直輥壓下電機和主傳動電機的操作按鈕，均具有正反轉(zhuǎn)按鈕，主傳動電機還單獨配備了停止按鈕和調(diào)速面板。另外，設(shè)備中配置了急停按鈕，用來在發(fā)生危險時及時停住設(shè)備中所有的電機。 矯直輥壓下電機和主傳動電機均由接觸器控制，均可進(jìn)行正反向運行。壓下電機配有刻度尺用于指示壓下量。 3.10結(jié)論 板形控制是冷軋板帶加工的核心控制技術(shù)之一，近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的板形控制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并日臻完善, 板形控制技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了冷軋板帶工業(yè)的裝備進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級，生產(chǎn)效率和效益大幅提升。 板形直觀來說是指板帶材的翹曲度，其實質(zhì)是板帶材內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布。只要板帶材內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，即為板形不良。如殘余應(yīng)力不足以引起板帶翹曲，稱為“潛在” 的板形不良；如殘余應(yīng)力引起板帶失穩(wěn)，產(chǎn)生翹曲，則稱為“表觀”的板形不良。 板形的表示方法有相對長度差表示法、波形表示法、張力差表示法和厚度相對變化量表示法等多種方式。其中前兩種方法在生產(chǎn)控制過程中較為常用。 常見的板形缺陷有邊部波浪、中間波浪、單邊波浪、二肋波浪和復(fù)合波浪等多種形式，主要是由于軋制過程中帶材各部分延伸不均，產(chǎn)生了內(nèi)部的應(yīng)力所引起的。 為了得到高質(zhì)量的軋制帶材，必須隨時調(diào)整軋輥的輥縫去適合來料的板凸度，并補償各種因素對輥縫的影響。對于不同寬度、厚度、合金的帶材只有一種最佳的凸度，軋輥才能產(chǎn)生理想的目標(biāo)板形。因此，板形控制的實質(zhì)就是對承載輥縫的控制，與厚度控制只需控制輥縫中點處的開口精度不同，板形控制必須對軋件寬度跨距內(nèi)的全輥縫形狀進(jìn)行控制。 影響板形的主要因素有以下幾個方面∶ (1) 軋制力的變化； (2) 來料板凸度的變化； (3) 原始軋輥的凸度； (4) 板寬度； (5) 張力； (6) 軋輥接觸狀態(tài)； (7) 軋輥熱凸度的變化。 改善和提高板形控制水平，需要從兩個方面入手，一是從設(shè)備配置方面，如采用先進(jìn)的板形控制手段，增加軋機剛度等；二是從工藝配置方面，包括軋輥原始凸度的給定、變形量與道次分配等。 常規(guī)的板形控制手段主要有彎輥控制技術(shù)、傾輥控制技術(shù)和分段冷卻控制技術(shù)等。近年來，一些特殊的控制技術(shù)，如抽輥技術(shù)(HC軋機和UC系列軋機)、漲輥技術(shù)(VC軋機和IC軋機) 、軋制力分布控制技術(shù)(DSR動態(tài)板形輥)和軋輥邊部熱噴淋技術(shù)等先進(jìn)的板形控制技術(shù)，得到日益廣泛的應(yīng)用。 抽輥技術(shù)---HC軋機軋輥橫移板形控制系統(tǒng)。 HC軋機是20世紀(jì)70年代日本日立公司和新日鐵鋼鐵公司聯(lián)合研制的新式6輥軋機。HC(High Crown)即高性能軋輥凸度。該軋機是在普通4輥軋機的基礎(chǔ)上，在支撐輥和工作輥之間安裝一對可軸向移動的中間輥，中間輥的軸向移動方向相反。 通過對普通4輥軋機軋輥撓曲的分析，工作輥與支撐輥之間超出軋件寬度區(qū)域的有害接觸區(qū)，導(dǎo)致了軋輥的過度撓曲。這種撓曲不僅取決于軋制力的大小，而且取決于軋件寬度。另一方面，在工作輥上施加彎輥力時，軋輥的撓曲會在超出軋件寬度部分受到支撐輥的約束。HC軋機是通過中間輥的橫移，消除了支撐輥與工作輥之間的有害接觸區(qū)，提高了軋制的板形控制能力，可適用于任何寬度帶材的軋制。HC軋機目前已發(fā)展出多種形式，如中間輥傳動的HCM 6輥軋機；中間輥和工作輥均能竄動的HCMW 6輥軋機；中間輥帶輥型曲線的HC--CVC軋機；及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多種改進(jìn)型軋機。 HC軋機的優(yōu)點∶板形控制能力強，不需要太大的彎輥力即可較好的調(diào)整板形；可消除支撐輥與工作輥邊部的有害接觸部分，減輕邊部減簿和裂變傾向；由于工作輥徑較小(比普通4輥軋機小30%左右) ，可加大壓下量，實現(xiàn)大壓下量軋制，并減少能耗；采用標(biāo)準(zhǔn)無凸度輥，就能滿足各種寬度帶材的軋制，減少了軋輥的備件。從20世紀(jì)70年代以來，世界各國已建HC軋機200多架，直到至今仍是一種較流行的機種。 CVC輥板形控制：CVC輥板形控制技術(shù)是德國西馬克-德馬格公司于1980年開發(fā)的。CVC(Coutinuously Variable Crown)的原意是連續(xù)可變凸度。經(jīng)過20多年的發(fā)展與完善，CVC軋機已發(fā)展出很多種機型，廣泛應(yīng)用于冷軋板帶生產(chǎn)中。先進(jìn)的控制策略和控制手段相結(jié)合，使CVC技術(shù)成為目前世界上最先進(jìn)的軋制技術(shù)之一。它的控制原理很簡單，就是將上、下軋輥輥身磨削成相同的S形CVC曲線，上、下輥的位置倒置180度，當(dāng)曲線的初始相位為零時，形成等距的S形平行輥縫，通過軋輥竄動機構(gòu)，使上、下CVC軋輥相對同步竄動，就可在輥縫處產(chǎn)生連續(xù)變化的正、負(fù)凸度輪廓，從而適應(yīng)工藝對軋輥在不同條件下，能迅速、連續(xù)、任意改變輥縫凸度的要求。 UPC輥板形控制：UPC軋機是德國MDS研制的萬能板形控制軋機，是繼HC、CVC技術(shù)之后又一種可改善板形的軋輥橫移式軋機。其原理是將普通4輥軋機的工作輥磨成雪茄型，大、小頭相反布置，構(gòu)成一個不同凸度的輥縫。UPC軋機投產(chǎn)的數(shù)量不及HC軋機和CVC軋機，最早使用UPC技術(shù)的是德國克虜伯1250軋機和芬蘭2000軋機。 交叉輥技術(shù)---PC軋機軋輥交叉板形控制：PC(Pair Cross)的原意是軋輥成對交叉，即軋機軋輥交叉板形控制技術(shù)。軋輥交叉系統(tǒng)的設(shè)計原理與采用帶凸度的工作輥相同。通過調(diào)整軋輥的交叉角，使得距軋輥中心越遠(yuǎn)的地方輥縫越大，實現(xiàn)對輥縫形貌的控制。軋輥交叉等效凸度與軋輥交叉角、軋輥直徑和軋件寬度有關(guān)，其關(guān)系式如下∶ Cr=Se-Sc=(br)^2/(2Dw) （3.3） 式中∶ Cr ----等效凸度； b----軋件寬度； Se----中心輥縫； r----軋輥偏轉(zhuǎn)角； Dw----軋輥直徑； Sc----邊部輥縫。 常用的軋輥交叉系統(tǒng)有∶只有支撐輥交叉的支撐輥交叉系統(tǒng)；只有工作輥交叉的工作輥交叉系統(tǒng)；每組工作輥與支撐輥的軸線平行，而上、下輥系交叉的對輥交叉系統(tǒng)。 漲輥技術(shù)—VC板形可變凸度支撐輥板形控制技術(shù)：VC (Variable Crown)原意為在線可變凸度支撐輥，是由日本住友金屬公司于1977年開發(fā)成功的，軋機的軋輥為輥套型軋輥，主要由芯軸、輥套、密封油腔、油路、旋轉(zhuǎn)連接器和高壓泵站等部分組成。VC輥控制板形的原理較簡單，輥套和芯軸之間設(shè)有密封油腔，通過改變油腔內(nèi)的壓力，即使支撐輥改變輥形(軋輥凸度)油腔壓力與直徑脹大在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，且可做無級調(diào)節(jié)，因此，可以參與到閉環(huán)板形控制系統(tǒng)中。VC具有較多優(yōu)點∶減少支撐輥的換輥次數(shù)，避免貯存多個不同輥型的軋輥；可補償軋輥磨損及熱輥形；在帶材軋制加、減速階段，可有效補償因軋制速度的變化引起的軋制力波動和軋輥凸度變化；在線改造方便，僅需用VC輥代替原有支撐輥即可。但VC也有局限性∶VC輥制造較困難；高壓旋轉(zhuǎn)接頭及油腔密封維護(hù)難；調(diào)整軋輥凸度的幅度較小。 軋制力分布控制技術(shù)—DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制(即軋制力分布控制) 技術(shù) ，是由法國VAI Clecim公司于20世紀(jì)90年代推出的，主要由靜止輥芯、旋轉(zhuǎn)輥套、7個柱塞式液壓缸、推力墊及電液伺服閥等部分組成。 DSR動態(tài)板形輥多用于四輥軋機的支撐輥，可成對使用，也可單獨使用。其工作原理∶根據(jù)板形儀測量計算出的實際曲線與目標(biāo)板形曲線比較，得到一組偏差，通過7個單獨調(diào)控的液壓壓下缸，沿整個帶寬經(jīng)旋轉(zhuǎn)輥套給板帶分布相應(yīng)的軋制力，來進(jìn)行高精度的板形(平直度) 控制。DSR動態(tài)板形輥高精度板形控制具有突出的優(yōu)點，是高精度板形控制執(zhí)行器的一次歷史性飛躍。主要表現(xiàn)在∶ 能消除對稱性和非對稱性的板形缺陷；板形控制不影響厚度控制；能動態(tài)高精度控制板形。 充分發(fā)揮DSR方式高精度板形控制能力的關(guān)鍵，在于板形儀系統(tǒng)的測量精度、計算精度以及偏差轉(zhuǎn)換為伺服閥調(diào)控信號的精度。一般板形儀應(yīng)達(dá)到1I單位的測量精度。DSR雖有突出的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，檢修和維護(hù)難度大，且價格昂貴，因此目前尚未大范圍普及。 在中國，DSR技術(shù)率先在上海寶鋼2030冷軋機上得到應(yīng)用，中國鋁業(yè)河南分公司鄭州冷軋廠正在建設(shè)的四輥2300冷軋機也引進(jìn)了該技術(shù)，該項目預(yù)計2008年年底正式投產(chǎn)。 目前，在世界上還流行一種稱為軋輥熱噴淋板形控制先進(jìn)技術(shù)，它具有投產(chǎn)小、改造周期短的特點，比較適合已建設(shè)備的在線改造。這項軋輥熱噴淋板形控制先進(jìn)技術(shù)是由澳大利亞工業(yè)自動化服務(wù)公司開發(fā)的，該系統(tǒng)是由計算機控制軟件和邊部熱噴淋系統(tǒng)組成。在軋輥兩側(cè)安裝有兩個熱噴淋裝置，每個裝置上安裝有數(shù)個噴嘴，每個噴嘴的控制范圍為25毫米，在軋機工作時實施噴淋加熱。該系統(tǒng)有效地解決了高速軋制時，因軋輥熱凸度引起的邊部張緊的板形缺陷，提高了軋制速度，減少了斷帶幾率。 10 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第4章 主要部件的校核 第4章 主要部件的校核 4.1矯直輥的校核計算 4.1.1 矯直機矯直扭矩的計算 矯直機各輥矯直力矩： = （4.1） 其中： ——矯直機的總矯直力， 26.624 ——總矯直扭矩，=kN.m ——矯直機各輥承受的矯直力 所以矯直機上下輥的矯直扭矩為： ==1060.6=N mm ==3036.4=N mm ==3949.7=N mm 其中由式（3.5）得： 矯直機矯直輥的摩擦力矩，即第三輥上的摩擦力矩 = （4.2） 其中： ——矯直輥與軋件的滾動摩擦系數(shù)，mm ； ——支承輥軸承摩擦系數(shù)，滾針軸承取摩擦系數(shù) ； d —— 軸承處直徑, d=150 mm 。 所以，摩擦力矩為 ： ==3949.7=55.29 N mm 第三輥的傳動力矩為：=+=210.393+=260.399N mm 4.1.2第三輥彎曲力矩的計算 第三輥的壓力為均布載荷單位長度上的壓力q為： q ===2468.56 （kN /mm） （4.3） 沿矯直輥輥身長度上有5個支承輥，可以是一個7支點的連續(xù)梁，如圖4.1對此連續(xù)梁進(jìn)行分段計算，求出各支點的彎曲力矩和支反力。 圖4.1支承輥受力分析圖 0