寬厚板矯直機設計

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1、 本科畢業(yè)設計（論文） 寬厚板矯直機設計 大 學 2010年 6 月 本科畢業(yè)設計（論文） 4250寬厚板矯直機設計 學院（系）： 專 業(yè)：軋鋼 06-1班 學生 姓名： 王 超 學 號：061101011045

2、 指導 教師： 孫靜娜 答辯 日期： 2010.6.20 大學畢業(yè)設計（論文）任務書 學院：機械工程學院 系級教學單位：軋鋼教研室 學 號 學生 姓名 專 業(yè) 班 級 軋鋼06 題 目 題目名稱 4250寬厚板矯直機設計 題目性質 1.理工類：工程設計 （ √ ）；工程技術實驗研究型（ ）； 理論研究型（ ）

3、；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ） 2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術類（ ） 題目類型 1.畢業(yè)設計（ √ ） 2.論文（ ） 題目來源 科研課題（ ） 生產實際（ ）自選題目（ √ ） 主 要 內 容 設計方案的選擇，力能參數計算，對主要零部件進行強度計算,確定其結構參數,并對所選軸承進行壽命計算。完成矯直機的主要零部件及總體設計圖紙。 基 本 要 求 1、設計圖紙量：6張A1以上，其中至少有一張用計算機繪制的部件圖；有一張典型零件的零件圖。CAD要求有草圖。 2、設計說明書要

4、反映和論述選題及方案的確定過程，反映設計的過程和創(chuàng)新點，說明書不少于2萬字。 3、查閱資料不少于15篇，翻譯與課題相關的外文資料5千漢字。 參 考 資 料 1、塑性力學、軋鋼機械設計、軋鋼工藝及設備（下冊）、機械設計、互換性及測量等教科書。 2、相關期刊文獻。 3、機械設計手冊。 周 次 第1～4周 第5～7周 第8～10周 第11～15周 第16～17周 應 完 成 的 內 容 1.開題報告； 2.方案論證和方案設計； 3.畢業(yè)設計進度安排。 1.方案設計； 2.整體結構設計。 1.系統(tǒng)設計； 2.部件設計。 1.技術設計； 2.部件

5、設計； 3.零件設計。 1.整理設計說明書； 2.準備答辯。 指導教師：孫靜娜 職稱：講師 2010年3月1日 系級教學單位審批： 年 月 日 摘要 摘要 本文介紹了中厚板熱矯直機的結構特點和功能。并對矯直原理做了詳細具體的闡述，對其主要零部件做了校核，對矯直機的力能參數做了計算。對矯直機的發(fā)展趨勢和實際生產中存在的問題做了闡述。 關鍵詞　中厚板；熱矯直機；發(fā)展趨勢；結構特點 I 大學本科生畢業(yè)設計（論

6、文） Abstract This paper introduces the hot plate roll leveler structural characteristics and functions. Straightening of the principle of starting a detailed exposition of concrete, its main components have done a check, Straightening machine of the force and energy parameters were calculated. Stra

7、ightening machine of the development trend and the actual production problems on the done Keywords　 Plate; Hot leveler; Improvement trend; Frame characteristic 5 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1平行輥熱矯直機國內外現(xiàn)狀 1 1.1.2 平行輥

8、熱矯直機的發(fā)展趨勢 3 1.2 本文的主要內容 4 第2章 矯直原理 5 2.1 中厚板矯直原理 5 2.2彎曲變形與曲率 8 本章小結 10 第3章 矯直機相關參數計算 11 3.1輥式矯直機基本參數的確定 11 3.1.1 輥距t 11 3.1.2 輥徑D 11 3.1.3 輥身長度L 11 3.1.4 輥數n 12 3.1.5 矯直速度v 13 3.2矯直機力能參數的計算 13 3.2.1矯直力的計算 13 3.2.2矯直力矩的計算 14 3.2.3主電機功率的計算 15 3.3 工作輥強度計算 15 3.4 軸承壽命校核 17 本章小結 17

9、第4章 熱矯直機的結構特點 19 4.1 輥系結構及特點 20 4.2 機架結構分析 22 4.3 壓上系統(tǒng) 24 4.4 機架輥 25 4.5 壓下系統(tǒng) 25 本章小結 26 結論 27 參考文獻 32 致謝 34 附錄1 開題報告 36 附錄2 文獻綜述 42 附錄3 外文翻譯 48 III 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景 中厚板熱矯直機是中厚板生產過程中非常重要的設備，是用來消除中厚板經過軋機和快速冷卻，鋼板由于溫度不均，變形不均，以及運輸等

10、原因，造成軋后的鋼板常有瓢曲和波浪缺陷以滿足產品標準及用戶要求。中厚板矯直機作為中厚板軋制生產的重要輔助設備 ,決定著中厚板產品的交貨質量和直行率的高低。特別是在中厚板生產過程中采用控軋控冷技術(TMCP)以后 ,為滿足強冷后高強度鋼板的低溫矯直以及用戶對中厚板產品的高精度要求 ,使得中厚板矯直技術的作用不斷提高 ,并由此促進了現(xiàn)代矯直理論與矯直技術的發(fā)展[1-3]。 目前，軋材品種規(guī)格的多樣化和對其精度要求的提高，促進了矯直理論和矯直機結構的研究工作的快速發(fā)展及矯直技術水平的不斷提高。矯直不同品種規(guī)格的軋材，采用不同結構形式和規(guī)格的矯直機。所以矯直機的結構形式繁多，矯直方式也不相同[4]。

11、 根據其結構和工作原理，矯直機的基本形式可分為壓力矯直機，平行輥矯直機，斜輥矯直機，拉伸矯直機，拉彎矯直機和扭轉矯直機。 中厚板熱矯直機采用平行輥式設計。平行輥矯直機結構形式很多，就矯直機來說，輥數由5輥到29輥，輥徑從20mm到520mm。矯直板材的范圍很廣[5-6]。 1.1.1平行輥熱矯直機國內外現(xiàn)狀 近幾年來, 隨著控軋控冷與直接淬火的采用,軋后板溫降低、板形變壞、屈服強度增大, 板厚范圍加寬和用戶對鋼板加工自動化程度的提高, 要求生產廠交貨鋼板的平直度也更加嚴格。 因此,新建熱矯直機都要求能力強,剛度大,自動化程度高的新型設備, 經矯直后鋼板平直度好,殘余應力小且分布均勻,

12、表面質量好且無壓痕。而且做到操作安全可靠,作業(yè)率高,換輥方便且快速,一道次矯直,矯速快,矯直時間短,提高自動化水平,以及要求投資省[7-9]。 首先，新型矯直機剛度都很大，即框架輥跳和矯直輥撓度小。結構設計成非常緊湊， 將框架立柱采用預緊力連結，當矯直時使立柱受載后伸長很小， 另外，橫梁產生撓曲變形以測得矯直力大小來調節(jié)液壓缸加以補償。矯直輥產生撓度以彎輥方式加以克服，始終保持了平行恒輥縫以達到最佳平直度的水平。 其次，采用HAGC裝置以控制輥縫，使達到恒輥縫的要求，并以厚度計A GC方式，從矯直力信號使進口與出口輥縫閉合和打開，滿足了板子頭尾部的矯直要求。 在國外為適應TMCP工藝技術

13、的應用，世界上著名的冶金機械設備制造廠家如德馬克(MDS)、西馬克(SMS)、日本的三菱重工(MHI)等紛紛推出所謂的“第3代矯直機”，代表了當今世界矯直技術的最高水平。 國內中厚板廠通過技術改造與引進，其矯直設備的技術水平正得到不斷提高。 目前，中厚板廠采用的熱矯直機多為四重11輥式矯直機，此外常見的為9輥、15輥式冷、熱矯直機。矯直鋼板厚度范圍為5mm到2100mm。其主要特點是高剛度、全液壓調節(jié)以及具有較高的自動化控制系統(tǒng)。9、11、15輥矯直機的輥系布置如圖1-1所示。 a) 11輥熱矯直機 b) 15輥矯直機 c) 9輥矯直機 d) 9輥HPL矯直機

14、 圖1-1 矯直機輥系布置 注：黑色為固定工作輥，白色為可升降工作輥 通過上述分析比較，可以看出在中厚板矯直技術研究上國內與國外還存在較大的差距，在矯直設備的設計與開發(fā)上，國外的整體技術水平要高于國內。現(xiàn)在，對中厚板產品的板形、平直度要求越來越高，矯直技術也由此向全液壓、高負荷、高剛度、多功能等方向的發(fā)展，國內正在改造或即將建設的寬厚板矯直設備應注意到這一發(fā)展方向，并在實際改造或建設過程注重先進技術的應用或引進，以提升我國中厚板矯直技術裝備水平，并由此提高我國中厚板產品質量，提高企業(yè)競爭力[10-13]。 1.1.2 平行輥熱矯直機的發(fā)展趨勢 針對高性能板材的要求，對矯直機的性能要

15、求越來越高，要求能矯直簡單及復雜的板材缺陷。 需要矯直機具有多種調節(jié)手段，1：矯直輥可以進行單獨調整；2：可實現(xiàn)大變形及小變形矯直方案；3：可實現(xiàn)上排輥的集體傾動調節(jié)；4：可實現(xiàn)液壓壓下及彎輥矯直方案；5：可實現(xiàn)矯直輥的橫向調節(jié)，用于矯直帶有浪形的板材；6：矯直輥本身帶有凸度，實現(xiàn)對板材有浪的矯直；7：矯直機帶有支撐輥以提高矯直機的剛度，可矯直板材的屈服強度范圍擴大[14]。 1.2 本文的主要內容 第2章對矯直機的矯直原理和矯直板材的彎曲變形與曲率做了詳細闡述。第3章是矯直機的力能參數的計算和主要矯直設備的強度校核，力能參數包括矯直壓力的計算，矯

16、直力矩的計算，主電機功率的計算。對工作輥支承輥、工作輥、軸承座以及軸承做了強度校核計算。 3 第2章 矯直原理 第2章 矯直原理 2.1 中厚板矯直原理 在中厚板生產中，多數被矯鋼板上的原始曲率的大小與方向均是隨機的 (在 02Cr0max之間變化)，即屬于具有多值原始曲率軋件的矯直問題。采用的一般矯直原則是:對軋件進行多次彈塑性反彎以消除其原始曲率的不均勻度，并逐漸將其矯平，達到矯直目的。目前，板材尤其是中厚板主要是采用輥式矯直機進行矯直，可分為冷矯和熱矯兩種。中厚板由于其材質、規(guī)格和尺寸的不同，需要的反彎次數也不同，因而輥式矯直機的輥數也有很大差別。通常，中厚板矯直機輥數多

17、為5-13個，其中5-7輥的多用于厚板矯直。按照每個矯直輥使鋼板產生的變形程度和最終消除殘余曲率的方法，可分為小變形矯直方案、大變形矯直方案以及整體傾斜方案。 1) 小變形矯直方案 該方案的矯直原則是:矯直反彎的壓下量用于消除鋼板在前一輥上產生的最大殘余曲率(即進入該輥的最大原始曲率)。為達到消除該輥最大原始曲率目的，該輥的反彎曲率應等于鋼板的彈復曲率， 即 。小變形矯直方案的優(yōu)點在于在軋件原始曲率較大時，能較快的消除原始曲率值的差值。 2) 大變形矯直方案 鋼板在多值原始曲率的情況下，彎曲變形總曲率越大，其彈復曲率差值越小，即鋼板彈復后的殘余曲率的變化范圍越小。根據此特點，在第二、三

18、輥上采用很大的相對反彎曲率，使軋件個部分的總彎曲變形曲率達到很大數值，則使彈復曲率接近于同方向的某一個數值，即可迅速地將殘余曲率減小，使整個軋件長度方向上幾乎成為單值曲率。然后經過幾次反彎后，軋件趨于平直，達到矯直目的。 3) 整體傾斜矯直方案 該矯直方案主要是通過調整首尾端的壓下量，使首端壓下量使其相對反彎曲率，尾端壓下量的相對反彎曲率。當確定第二輥及倒數第二輥( n - 1輥) 上的反彎曲率后，就可按線性規(guī)律確定其它矯直輥的反彎曲率。該矯直方案的優(yōu)點在于符合鋼板矯直過程的變形特點。 鋼板用戶對熱軋鋼板尺寸和形狀精度的要求越來越高。除了其他方面以外，用戶要求鋼板必須是平直的，并且沒有可

19、能有害于其預定用途的內應力。 內應力以及彎曲和平面度誤差是由以下的原因造成的： 1) 沿橫斷面高度方向和寬度方向上的不均勻塑性變形，例如在軋制過程中產生的。 2) 軋件沿橫斷面的不均勻冷卻，例如在冷床區(qū)域產生的或在溫控過程或在熱軋制過程之后產生的。 平面度誤差是以彎曲或邊緣波形或中央皺凸的形式而產生的，這種誤差可以被理解為沿鋼板長度或寬度方向上的長度差值。 對于一塊平直的鋼板來說，沿其長度方向和寬度方向上所有的材料纖維都具有相同的長度。 矯直的任務就是通過對平面度超差的鋼板進行特殊的成形，來補償長度差值，這種特殊的成形適合于用來消除彎曲和波形。 在這個過程中，最重要的事情就是以確

20、定的鋼板變形狀態(tài)來代替會引起內應力的不確定的變形狀態(tài)。這是通過在矯直機的入口段對鋼板進行較強的彎曲來實現(xiàn)的。 通常，彎曲一塊鋼板時會產生對稱彎曲應力分布的應力狀態(tài)。 彈性應力 彈-塑性應力 塑性應力 圖2-1 彎曲應力分布的應力狀態(tài) 圖2-2無內應力彎曲 如果在鋼板中存在不同的內部拉應力或壓應力（當存在有邊緣波形或中央凸起時），彎曲應力分布就疊加到內應力上，并且產生了不對稱于中心線的應力分布。 圖2-3鋼板中央內部應力分布 圖2-4彎曲應力與內部應力疊加 這種形式的應力分布造成

21、下述情況： 1) 在存在內部拉應力時，鋼板頂面的伸長量大于鋼板底面的壓縮量。 2) 在存在內部壓應力時，鋼板底面的壓縮量大于鋼板頂面的伸長量。 當存在內部拉應力時，通過多次交變彎曲，鋼板稍微伸長。 相反，當存在內部壓應力時，通過上述彎曲，鋼板稍微縮短。 沿鋼板縱向的內應力可導致波形，產生的長度差值就這樣通過交變彎曲而被補償，并使得中央皺凸和邊緣波形減輕。 由于使用了這些可任選的調整裝置，矯直輥可以用不同的方式沿矯直機的寬度方向或長度方向上調整，這是消除鋼板波形的先決條件。 對于矯直過程來說，必須使各輥在鋼板進入后鋼板彎曲的絕對值盡可能是均勻地遞減的。 在這個過程中，最后施加的

22、彎曲量必須剛好使得在鋼板離開矯直機時彈性恢復后得到一個平整的鋼板。 平行輥矯直機是目前應用最廣的矯直機。板材矯直機按板厚可分為中厚板矯直機、中薄板矯直機及薄板矯直機。中厚板矯直機，其能力上限可矯厚板，下限可矯中板；中薄板矯直機其能力上限可矯中板，下限可矯薄板；薄板矯直機為厚度很薄、寬度較大的薄板矯直所用。板寬與矯直機的能力及結構復雜程度有密切關系。首先板厚決定輥徑尺寸；其次是板寬決定輥長尺寸；第三是輥數決定著矯直質量；第四是輥子重疊數決定矯直質量及表面粗糙度；第五是矯直溫度決定矯直機的結構特點[15]。 2.2彎曲變形與曲率 金屬在矯直加工中的受力狀態(tài)基本上屬于集中載荷作用。在平行輥矯直

23、和壓力矯直狀態(tài)下，考慮到工件的彎曲及接觸點的彈性壓扁，載荷作用點也形成一個小面積。在力學分析上從微小線段來考慮彎曲的曲率與變形，也是極接近實際又方便的?，F(xiàn)在從微小弧段上取一單位弧長，如圖2-5所示，設工件原始狀態(tài)是彎曲的，具有原始曲率，此單位弧長即=1，它所`對應的弧心角為，它們之間的關系為： 弧長的曲率也是用表示，只是單位量綱不再是弧度rad，而是。他們的數值完全相同，故曲率也是用表示，但需寫為。 （單位為）即是原始曲率，也可以理解為原始曲率角。由于按角度概念運算會帶來許多方便，以后各種曲率皆按曲率角進行運算。 現(xiàn)在按圖2-5所對原始曲率的工件進行反彎達到狀態(tài)。此時形成的反彎曲率

24、為，其相應的曲率半徑。故有： 工件由彎到狀態(tài)，總的曲率變化量就是總的曲率角變化量為： 這個總曲率角在圖2-5中相當于一個三角形中b角的外角，他相當于曲率角由變到，總的變化當然是。在由的變化過程中曲率半徑由增到無窮大，再由無窮大減到。而新曲率半徑只能借助曲率角來計算，即： 在撤消外力后，工件必將釋放其彈性勢能形成彈性返回現(xiàn)象。由于上述彎曲包含著彈塑性變形，其塑性變形部分為永久變形，故彈復動作不能回歸原狀，只能按彈性勢能大小返回到所對應的弧心角為，稱之為殘留曲率（角），與其對應的曲率半徑為，同理=。工件由彈復到，其曲率角的變化由變到，其減小量，以表示，則： 圖2-5 彎曲時曲率

25、變化 為彈復曲率(角)，在圖1-5中表現(xiàn)為右側的與兩個半徑線間的夾角。 彈復后工件處于穩(wěn)定狀態(tài)，它與原始狀態(tài)之間的差別不會再改變，而成為永久性差別，工件的不可恢復的變形成為永久變形。它所對應的曲率變化稱為塑性彎曲曲率（角），即與兩個半徑線間的夾角： 當彎曲方向與壓彎方向一致時，即同向壓彎時，上式中的改為負值即可。當工件原始狀態(tài)無彎曲時，=0。 當工件反彎后變直時，或。此式即為矯直曲率方程式。為使工件矯直后變直，必須選用一個正好與彈復曲率相等的反彎曲率對工件進行矯直。 為了進一步認識和闡述矯直原理，需要對曲率概念作相對性處理。首先設定彈性極限曲率(角)為，它相當于工件表層纖維達

26、到彈性極限變形時的曲率值。 現(xiàn)在定義：各種曲率對彈性極限曲率的比值為曲率比，用表示，也是采用各種腳標以區(qū)別各種曲率比的不同名稱?？倧澢时葹椋? 其它如：原始曲率比、反彎曲率比、彈復曲率比、殘留曲率比及塑性曲率比等分別表示為： 前面給出的各種曲率方程式可以用曲率比寫出： 或 或 或 從上述分析中看出：殘留變形是殘留彎曲所反映的變形，是外在可見的變形。彎曲變形可以理解為矯直時的反彎變形，明確了彎曲變形就等于明確了矯直變形[16]。 本章小結 本章對矯直機的矯直原理和矯直時板材的彎曲變形和曲率做了說明。 17 第3

27、章 矯直機相關參數計算 第3章 矯直機相關參數計算 3.1輥式矯直機基本參數的確定 輥式矯直機基本參數包括輥徑D、輥距t、輥數n、輥身長度L和矯正速度V。其中最主要的是D和t。矯直機基本參數的正確選擇對軋件的矯正 質量、設備的結構尺寸和功率消耗等都有重要的影響。 輥數多少取決于壓下方案及矯直質量要求。輥徑和輥距受結構條件，咬入條件、強度條件及矯直可能性的約束，不僅限定它們的尺寸范圍，而且限定它們之間的比例關系。輥身長度則取決于軋材的寬度。 3.1.1 輥距t 確定輥距時，應該考慮滿足最小軋件的矯正質量要求，又要考慮滿足矯正最大斷面軋件時矯正輥的強度要求。為此，應分別計算最大允

28、許輥距和最小允許輥距。最后確定< t < 。 由公式： （3－1） 其中：=162Mpa E =206Gpa 選?。簍=300mm 3.1.2 輥徑D 對于鋼板，輥距t與輥徑D有以下關系: D=（0.9~0.95)t （3－2） 取 D= 0.95t 所以 D=285mm 3.1.3 輥身長度L 輥身長度L與軋件最大寬度有關，通常： L=bmax+a

29、 （3－3） 由于矯直輥是光輥，板帶材矯直時容易跑偏，為此輥端的余量必須加大，根據慣用的規(guī)定： 當 bmax<=1000mm時，a=50~200mm； 當 bmax>1000mm時，a=200~350mm； 取 bmax=3980mm，a=270mm 故 L=3980+270=4250mm 3.1.4 輥數n 增加輥數即增加軋件的反彎次數，可以提高矯直質量但也會增加軋件的加工硬化和矯直機的功率。為此，選擇輥數n的原則是在保證矯直質量的前提下，使輥數盡量少。 對于板材輥式矯直機，輥數n隨著軋件寬厚比(b／h)的增加而增加。因為軋件寬厚比愈大，它的浪形彎曲亦愈顯著，需要多次的

30、反復彎曲才能保證矯直質量。輥數與殘余曲率關系如圖3－1所示。 圖3-1 殘余曲率與輥數的關系 從圖3-1中可以看出，7輥輥系完全可以滿足高精度矯直需要，超過7輥后，對提高矯直精度的效果緩慢。但實際上，各輥壓彎量的調整由于材質不勻及尺寸公差會造成理論與實際之間有差距。另外，機架剛度、側彎、扭曲等對矯直效果都有影響，為此常用增加輥數的辦法來彌補上述的不足，根據熱矯板材矯直機的經驗輥數(一般板厚4～60mm的寬板輥數n=9～11)及此次開發(fā)的要求，取工作輥9輥，前后導輥各1個，共計11輥。 3.1.5 矯直速度v 矯直速度的大小，首先要滿足生產率的要求，要與軋件生產能力相協(xié)調，要與所在

31、機組的速度相一致。 由于矯直速度的上限至今尚沒有理論的計算方法，但人為設定矯直速度所依據的經驗是可以遵循的。本矯直機速度取為0.4～1.35m/s。 3.2矯直機力能參數的計算 本節(jié)對矯直機的矯直力、矯直力矩和主電機功率做了計算。 3.2.1矯直力的計算 1.作用在矯直輥上的壓力可按照軋件彎曲時所需的力矩來計算。此時，將軋件看成是受很多集中載荷的連續(xù)梁，這些集中載荷就是各個輥對軋件的壓力。它們在數值上等于軋件對輥子的壓力，即矯直力。 按照圖3-2，各輥子上的力可根據軋件斷面的力矩平衡條件求出 圖3-2 矯直輥受力圖 1、 軋件的彈性彎曲力矩為 ===386

32、.856 ∵塑性力矩與彈性力矩的比值是 e= ∴=e 其中e為斷面的形狀系數，對于矩形軋件e=1.5 ∴=386.8561.5=580.284 2、 軋件的矯直力： 今假設各輥子處在軋件斷面的彎矩分配為： =，， ∴===2901.42 ===11605.68 ===15474.24 ==14829.48 ==13539.96 ==12895.2 ==12250.44 ==10960.92 ==10316.16 ==7737.12 ==2579.04 上工作輥矯直力之和為=++++=5

33、8028.4 下工作輥矯直力之和為=+++++=57061.26 3.2.2矯直力矩的計算 在輥式矯直機上，軋件是隨著矯正輥的轉動不斷前進并反復彎曲的。因此，矯正輥上的扭矩可以按照功能相等的原理來確定。 = 其中：D=285mm， n=11 平均原始曲率=，=(10～30)/h 小變形矯正方案的殘余曲率最大值=0.44 ∴= =4.814 3.2.3主電機功率的計算 輥式矯直機的電動機功率為： N= 其中，f

34、為輥子與軋件的滾動摩擦系數，f=0.0002; 為輥子軸承的摩擦系數，=0.005； d為輥子軸承處直徑； 為傳動效率，=0.8； 假設當矯正板厚為50mm時，矯直速度為0.5m/s ∴N = =349.2kw 所以，兩臺電機總功率為349.22=698.4kw 3.3 工作輥強度計算 工作輥的強度條件是工作輥各處的計算應力應小于許用應力。工作輥的許用應力是其材料的強度限除以安全系數。通常工作輥的安全系數選取5。 矯直輥的材料為55Cr，查閱機械設計手冊知 由于工作輥有支承輥，故無需考慮工作輥的

35、彎曲力矩，而只需考慮其扭轉。由于各輥系中的第三個輥受力最大，當第三輥滿足要求時起于各輥均可以滿足要求，所以只校核第三輥即可。 第三輥扭矩為： 其中， D ——工作輥直徑； ——塑性彎曲力矩； ——鋼板在相應輥子下的彎曲半徑。 對于11輥矯直機， =90h=9060=5400mm 假定倒數第二個輥僅實現(xiàn)彈性彎曲，則其曲率半徑為 即： 則帶入值得： 則工作輥危險斷面在輥徑處，扭轉應力為:（工作輥輥徑取150mm） 合成應力按第四強度理論計算：

36、 由計算結果可知：矯直輥滿足扭轉強度要求。 3.4 軸承壽命校核 矯直機所有支承輥及工作輥均采用調心滾子軸承，且支承輥和工作輥大徑端的軸承為 24130 CC/W33，其內徑d= 150，外徑D=250，寬度B=100 。 壽命計算： 所以，查手冊得：基本額定動載荷Cr=890kN，基本額定靜載荷Cr0=1600kN 由前面計算可知，該軸承所承擔最大頸向力為Fr=250kN，F(xiàn)a=0 ∵ ∴徑向當量動載荷= ——為沖擊載荷系數 查手冊得：1.2～1.8，取 P=1.7250kN=425kN 第3章 矯直機相關參數計算 本章小結 本章對

37、矯直機的力能參數做了計算并對工作輥做了強度校核以及軸承壽命計算。 第4章 熱矯直機的結構特點 第4章 熱矯直機的結構特點 4250熱矯直機主要由以下幾部分組成：主傳動系統(tǒng)、機架、壓下系統(tǒng)、 輥系、上輥平衡系統(tǒng)、導輥升降裝置、彎輥（輥型調整）裝置及換輥裝置等。如圖4-1所示。 圖4-1 矯直機總裝圖主視圖 4.1 輥系結構及特點 圖4-2 輥系 圖2 輥系的總裝圖 輥系的結構布局如圖4-2，4-3，4-4所示：工作輥上5下 6，其中下工作輥含前后導輥，前后導輥輥徑加大并可以實現(xiàn)垂直方向上的單獨調整，導輥既可以作為矯直輥，又作為矯直鋼板咬入的調整裝置。在工作輥長度

38、方向上通常有6根短支承輥實現(xiàn)對工作輥的支撐，上支承輥與工作輥通常采用交 錯布置，在 X、Y方向都極大的提高了工作輥的剛度。下支承輥與下工作輥正對布置，有利于氧化鐵皮的順利排出。 圖4-4中從上到下依次為上輥座，上支承輥，上工作輥，下工作輥（含前后導輥），下支承輥，下輥座。 上輥系輥座由兩個相同的整體鑄件組成，工作時由平衡缸吊裝在機架上，在壓下系統(tǒng)中中間部分由鉸鏈連接，通過彎輥液壓缸作用，可以實現(xiàn)上工作輥的彎輥。通過調整板材入口和出口端壓下液壓缸的壓下量，可以實現(xiàn)工作輥的整體傾斜，這樣的設計能夠使板材經過矯直后得到剛好的板形和平直度。 圖4-3 輥系 圖4-4 輥系剖視圖 上

39、輥座上開有與軸承座配合的槽，將軸承座安裝在上輥座的槽上并通過螺栓固定在輥座上，每個工作輥都通過單獨的軸承座和蝶形彈簧拉靠在支承輥輥面上，矯直輥軸承不承受矯直力， 而完全由支承輥軸承來承擔。并且工作輥和支承輥交錯布置，使矯直鋼板時工作輥更加穩(wěn)定，進而提高了工作輥的剛度。 下輥座由5個鑄件和若干輔助板焊接而成，如圖4-5所示。5個主體部件之間焊接的板都與豎直方向成一定的角度，這樣方便氧化鐵皮和冷卻水排出。以免卡在工作輥或只承輥上。下支承輥座也安裝在下輥座的槽內，防支承輥沿軸向移動，并且在輥座槽的兩端開槽，槽內安裝檔板，檔板用螺栓連接在輥座上，這樣可以避免軸承座沿的方向上移動，實現(xiàn)對支承輥輥座的固

40、定[17]。 圖4-5下輥系 下工作輥安裝在下輥座最外端的兩個槽內內，槽的內側和工作輥軸承座上安裝有滑板，方便工作輥在重車時的安裝與拆卸。前后導輥支承輥安裝在可上下自由移動的力柱上，在壓上液壓缸的作用下，可實現(xiàn)導輥的單獨調節(jié)。 工作輥與軸承座的安裝形式如圖4-6所示。 工作輥（見圖 6）采用輥頸（材質為碳鋼）、輥身 （材質為鎳、 鉻、 鉬合金鋼） 分體制作， 經熱裝后加工而成， 既保證了輥身材料高磨性、高淬透性材質的要求又能在保證使用的前提下使得輥頸的加工更為容易，成本更為低廉。工作輥芯部為中空結構，可進行通水冷卻。 圖4-6 工作輥裝配圖 支承輥材質采用中碳鎳、鉻、鉬合金

41、鋼，熱處理后表面硬度略低于工作輥面，在工作輥輥身長度方向上通常采用六根支承輥進行支撐，從而保證了工作輥在矯直狀態(tài)下的輥身剛度。 支承輥采用分組安裝在軸承座上，形成一整體，上支承輥為五個一組，下支承輥為四個一組，導輥支承輥單獨安裝，可以單獨調整導輥的升降。上支承輥裝配如圖4-7所示。 圖4-7 上支承輥 4.2 機架結構分析 本矯直機采用的是預應力機架。預應力機架主要由拉桿及預應力螺母、上橫梁、機架立柱和機架底座組成。預應力機架與傳統(tǒng)機架相比， 由于在預緊力的作用下，機架立柱發(fā)生壓縮變形，當正常矯直時，作用在機架立柱的矯直力與預緊力部分抵消，因此很大程度地增加了機架的剛度，剛度

42、可以達到10000 kN/mm左右。同時其余各件均采用了鑄焊結構，方便加工、運輸和安裝。 預應力拉桿和機架立柱在預緊力作用下，分別產生拉伸和壓縮變形。當矯直機工作時受矯直力的作用，拉桿和立柱的受力得到再分配，拉桿受力增加，立柱受力減少，這充分發(fā)揮各部件材料的性能，同時這部分剛度等于立柱剛度與拉桿剛度之和。這兩年，新建的中厚板線矯直機尤其是強力、寬板矯直機都采用預應力立柱的框架結構[18]。 其中立柱是左右兩片，通過上下橫梁裝配在一起，再與預應力拉桿裝配。 通過力能分析我們知道， 1.預應力機架加載前，機架表面主要受壓應力作用，拉桿承受了較大的拉應力。 2.預應力機架加載后，機架表面壓

43、應力提高，拉桿承受的拉應力也相應得到提高。加載后與加載前相比，橫梁與立柱交界處的應力分布狀態(tài)都較為均勻，未出現(xiàn)閉式機架常見的應力集中現(xiàn)象。 圖4-8上橫梁 上橫梁（如圖4-8）：前后兩個上橫梁不僅連接起左右兩片立柱，同時通過凸起吊環(huán)吊起四個平衡缸，進而達到與壓下系統(tǒng)連接。 圖4-9 預應力螺母 預應力螺母（圖4-9）：由進油孔打入高壓油，實現(xiàn)預應力 機架底座：如圖4-10所示 圖 4-10機架底座 底座是安裝在地面之下，與壓上系統(tǒng)一體，上附四個液壓缸。大部分的氧化鐵皮通過底座內部的通道和擋板作用，落到外面。 機架是矯直機的基本結構框架，如圖4-11所示。壓上

44、系統(tǒng)，壓下系統(tǒng)和輥系均安裝在機架上面，所以對其強度剛度要求很高，現(xiàn)在新式矯直機都采用預應力機架。 4.3 壓上系統(tǒng) 矯直機的壓上系統(tǒng)有兩個，分別裝在機架底座的兩側。壓上系統(tǒng)是由液壓馬達帶動，帶起蝸桿轉動，再通過蝸輪實現(xiàn)立柱升降，進而調整前后導輥位置。各個壓上油缸之間通過聯(lián)軸器相連接。 圖4-11 機架 4.4 機架輥 機架輥單獨傳動，安裝在機架前后兩側，起到運輸鋼板的作用 4.5 壓下系統(tǒng) 圖4-12為壓下系統(tǒng)裝配圖，主要部分為壓下框架、彎輥、平衡缸、液壓壓下缸和底座。 矯直機壓下框架分為兩部分，中部有鉸接點，彎輥液壓缸通過偏心軸和

45、鉸接點可對上輥系彎輥控制。 采用矯直輥預彎。因為在負載矯直力的作用下，矯直輥呈拋物線形狀， 采用液壓壓下控制方式通過彎輥系統(tǒng)補償這種附加變形，即通過彎輥液壓缸使輥縫在鋼板寬度方向達到希望的平行度。另外，通過不同的彎輥方式也可以有效矯直邊浪和中浪缺陷。 壓下系統(tǒng)是通過四個不同的底座來與機架連接的，而四個底座分別采用了不同的連接方式。 液壓壓下給與一定的壓下量，彎輥部分補償矯直輥的變形。壓下液壓缸只能單方向運動，通過彎輥座裝載的復位彈簧來使液壓缸復位。平衡缸通過與機架連接用來平衡壓下系統(tǒng)的重量。 中間鉸接在施加外部載荷的狀態(tài)下上半部分受拉力，下半部分受壓力，這是設計的獨特點。

46、 圖4-12 矯直機壓下系統(tǒng)裝配圖 本章小結 本章對矯直機總體結構做了簡單說明，重點對矯直機輥系的各個結構和特點做了介紹。 25 結論 27 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 結論 近年來， 由于控軋控冷與直接淬火等新技術的應用，軋后板溫降低、板形變壞，屈服強度增大板厚范圍加寬和用戶對鋼板加工自動化程度的提高， 對生產的鋼板的平直度的要求更加嚴格，因此，新建的熱矯直機都要求剛度大、自動化程度高，經矯直后鋼板平直度好，殘余應力小且分布均勻，表面質量好且無壓痕;而且操作安全可靠，作業(yè)率高

47、，換輥方便且快速;一道次矯直， 矯直速度快，矯直時間短;普遍采用計算機模型控制，可根據矯直鋼板厚度、寬度、平直度狀況及溫度來設定輥縫;以及要求投資省等。 在矯直的實際生產過程中存在以下幾個問題： (1)隨著入口矯直輥壓彎量的增加，矯后板材的不平度迅速降低;隨著壓彎量的繼續(xù)增加，不平度將呈波浪型變化。 (2) 隨著出口輥壓彎量的增加，不平度在一定程度上有所減小，但出口輥壓彎量增加到一定量后(一般相對總變形曲率超過1)，板材的不平度又開始增加。 (3) 對出口下輥位置進行適當地調整，可使出口時向下彎曲(下扣)的板材不平度有明顯改善效果。另外，單獨調整出口下輥的位置，只改變板材在出口處的彎曲

48、狀態(tài)，避免了調整上排出口輥位置導致其它矯直輥位置也發(fā)生變化的狀況發(fā)生。 中厚板生產線在線的輥式矯直機以熱矯直機數量為多，總的趨勢是以發(fā)展大矯直力的強力四重式矯直機為主，該系列設備總體趨勢如下： 1．用數字控制系統(tǒng)精確調整上矯直輥位置，并借助自動測厚儀自動控制矯直輥負荷和在線過程計算機進行全自動操作。 2. 高剛度矯直機機座，可滿足大矯直力條件下的使用，變形小，精度高。 3．為了提高矯直效果，矯直機出口處的上（或下輥） 可以單獨調整，且在矯直過程也可以進行調整。 4.上矯直輥可以橫向傾動，能分別調整各段支承輥，以改變矯直輥的撓曲，消除鋼板的單側或者雙側邊浪。 5.下矯直輥可以沿矯直方

49、向傾斜以調整矯直輥負荷。 6. 裝備液壓安全裝置和快速松開裝置以便在設備過載、卡鋼和停電時快速松開矯直輥。 7. 上、下矯直輥和支承輥分別裝在各自的框架上，框架及其輥子可以側向移動進行快速換輥，實現(xiàn)輥系的線外整備（即擁有兩套以上的輥系裝備供給一套矯直機使用）。 8. 矯直機入口處裝有水或壓力空氣，以清除殘留的氧化鐵皮。 9. 在矯直輥入口處安裝一彎頭壓直機，消除頭部鋼板的上翹； 10．為了避免矯直輥輥面的滑傷，輥面應具有一定的硬度。對四重輥式矯直機必須保證工作輥和支承輥的輥面硬度有一個差值。 參考文獻 參考文獻 [1]徐樂江.冷

50、軋行業(yè)的現(xiàn)狀及對策.軋鋼,1999,(3):35-37 [2]陳守群.寶鋼3套冷連軋機板形控制技術簡介.軋鋼,1999,(3):24-26 [3]王效崗,黃慶學.新式中厚板矯直機的技術特點,山西冶金,2006,（2):223-225 [4]曹曉琪,梁永祥,常瑜.厚板壓力矯平機機架預應力系數的理論計算及驗證. 山西冶金,2008,3:134 [5] E.Doegel,R.Menzl, S.Huinink. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model.1982,5-8 [6]F.D.Fi

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52、胡高舉. 寬厚板熱矯直機技術研究,寬厚板,2002,(6):2-3 [9]孫本榮,王有銘,陳瑛.中厚鋼板生產.北京:冶金工業(yè)出版社,1993,1-4 [10]于世果,李宏圖.國外厚板軋機及軋制技術的發(fā)展.鋼鐵技術,2000,(5):11-12 [11]A.C.R.Lima,W.B.Hoogmoed,E.A.Pauletto,L.F.S.Pinto. Management systems in irrigated rice affect physical and chemical soil properties. Soil&Tillage Research.2009;103:92-97.

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54、tem on Strip Rolling Mill.2002;42:1880-1900 [16]Bathe K J.Finite Ekement Procedure in engineering Analysis.Pentice Hall Englewood Cliffs，NJ，1982，5-8 [17]F.D.Fisch，F(xiàn).G.Rammerstorfer，N.Friedl. Buckling phenomena related to rolling and levelling of sheet metal. International Journal of Mechanical Sc

55、iences.2002;42:1887-1910 [18] Turley Jw. Contralable tension reel.Iron and steel Engineer，1974，(11):46-49 29 致謝 致謝 畢業(yè)設計是大學四年所學的知識的綜合性檢查，也是每個學生在邁向社會以前，運用所學知識進行鍛煉的最后一次機會，是從理論到實踐的一個跨越。 為了做好畢業(yè)設計，我學習了二維制圖軟件，這不僅鍛煉了我的畫圖能力，同時，也增強了我的看圖能力。為了了解

56、矯直機，我常常去圖書館查閱資料，溫習以前學過的軋鋼專業(yè)知識弄清了矯直機原理。為了弄懂寬厚板矯直機內部具體構件，我向孫靜娜老師要了德國西馬克矯直機所有的工程圖，并自己仔細研究學習，也經常遇見難解之處，我不斷的問同學，問老師，非常感謝孫靜娜老師常常不厭其煩的為我講解里面復雜的圖紙，講解各種構件的作用原理。 之前，我們去鞍山鋼鐵集團參觀受益匪淺，看到了先進的軋制生產線，為這次設計做好了必要的準備。在孫靜娜老師的精心指導和幫助下，我順利的完成了這次的畢業(yè)設計。她耐心的指導，細心的講解，都給我留下了深刻的印象。在此，我再次向她表示深深地感謝。 本次畢業(yè)設計過程中我得到了孫登月老師、李學通老師，周慶田

57、老師的悉心指導，從他們那里學到了很多知識和經驗，在此對他們表示衷心的感謝。同時，設計過程中也得到了許多軋機研究所老師的熱心指導和幫助，以及我的同學對我的設計給予的幫助和提出的寶貴意見，在這里對他們表示萬分的感謝。 其次，我感覺到這次畢業(yè)課設非常之重要，它充分的將我們過去四年學過的專業(yè)知識聯(lián)系了起來，使我們將其充分的融會貫通。以前感覺學這枯燥的專業(yè)知識沒用沒意思，現(xiàn)在終于看見了以前知識派上了用場，內心感覺十分高興，發(fā)現(xiàn)自己能夠運用所學的知識去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，感覺自己作為燕大一名軋鋼專業(yè)學生非常的自豪。 現(xiàn)在，設計馬上就要完成了，而大學四年美好的生活也接近了尾聲。但是，這一切都將成為我一生

58、最美好的回憶。我永遠難忘。 在此，向在大學四年來，對我言傳身教的老師們和對給予過我耐心幫助的同學們表示衷心的感謝！祝我的同學們以后前程似錦，祝我的親愛的老師們以后工作順利，事事順心。 47 附錄1 開題報告 燕 山 大 學 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱：4250寬厚板矯直機設計 學院（系）： 里仁學院 年級專業(yè)： 06軋鋼一班

59、 學生姓名： 指導教師： 孫靜娜 完成日期：2010年3月23日 附錄1 開題報告 一、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 中厚鋼板是冶金產品中的重要產品之一，它的生產水平和產品質量代表了一個國家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平[1]。隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，特別是“西氣東輸”等重點基建項目和造船工業(yè)的急速拉動，國內的中厚板新建項目紛紛上馬。 寬厚板矯直機是寬厚板生產線上重要的輔助設備，決定著寬厚板產品平直度質量。隨著對寬厚板產品矯直的平直度質量、板厚范圍要求的提高，現(xiàn)代寬厚板矯直設備正向高負荷、高剛度、多功能等方向發(fā)展[2-5]。 近幾年來

60、，隨著控軋控冷與直接淬火的采用，軋后板溫降低、板形變壞、屈服強度增大，板厚范圍加寬和用戶對鋼板加工自動化程度的提高，要求生產廠交貨鋼板的平直度也更加嚴格[6-8]。 因此，新建熱矯直機都要求能力強，剛度大，自動化程度高的新型設備，經矯直后鋼板平直度好，殘余應力小且分布均勻，表面質量好且無壓痕。而且做到操作安全可靠，作業(yè)率高，換輥方便且快速，一道次矯直，矯速快，矯直時間短，提高自動化水平，以及要求投資省[9-10]。 首先，新型矯直機剛度都很大，即矯直輥撓度小[11]。結構設計非常緊湊，將框架立柱采用預緊力連結，當矯直時使立柱受載后伸長很小，另外，橫梁產生撓曲變形以測得矯直力大小來調節(jié)液壓缸

61、加以補償。矯直輥產生撓度以彎輥方式加以克服，始終保持了平行恒輥縫以達到最佳平直度的水平[12]。 其次，采用HAGC 裝置以控制輥縫，使達到恒輥縫的要求，并以厚度計AGC 方式，從矯直力信號使進口與出口輥縫閉合和打開，滿足了板子頭尾部的矯直要求[13]。 在國外為適應TMCP工藝技術的應用，世界上著名的冶金機械設備制造廠家如德馬克(MDS)、西馬克(SMS)、日本的三菱重工(MHI) 等紛紛推出所謂的“第3代矯直機”，代表了當今世界矯直技術的最高水平[14]。 國外第三代矯直機通過改進結構設計，如采用矯直輥不同方向的預彎以消除鋼板邊緣波浪或中心瓢曲；采用上矯直輥傾斜以消除單邊波浪；矯直輥

62、沿矯直方向傾動以調整輥縫；入、出口輥單獨調節(jié)輥縫以利于鋼板的輸送;設有過載保護、快速換輥裝置；采用不同輥徑與輥距的組合方式以擴大矯直范圍以擴大矯直范圍等。此外，新一代矯直機還通過采用自動控制、計算機模型設定和液壓AGC動態(tài)輥縫調整先進技術，來提高中厚板的矯直質量[15]。 目前，我國中厚板廠采用的熱矯直機多為四重 11 輥式矯直機，此外常見的為9輥、15輥式冷、熱矯直機。其主要特點是高剛度、全液壓調節(jié)以及具有較高的自動化控制系統(tǒng)。 為提高中厚板矯直質量，提高產品競爭力，濟鋼中板廠已與北京科技大學展開合作，對其使用的11輥矯直機進行了技術改造，并取得較好的矯直效果;首鋼也已與太原重型機器廠、

63、太原重型機械學院展開技術合作，共同改造其原有的11輥中厚板熱矯直機，以提升其矯直能力，提高矯直質量。國內中厚板廠通過技術改造與引進，其矯直設備的技術水平正得到不斷提高[16]。 通過上述分析比較，可以看出在中厚板矯直技術研究上國內與國外還存在較大的差距，在矯直設備的設計與開發(fā)上，國外的整體技術水平要高于國內?，F(xiàn)在，對中厚板產品的板形、平直度要求越來越高，矯直技術也由此向全液壓、高負荷、高剛度、多功能等方向的發(fā)展，國內正在改造或即將建設的寬厚板矯直設備應注意到這一發(fā)展方向，并在實際改造或建設過程注重先進技術的應用或引進，以提升我國中厚板矯直技術裝備水平，并由此提高我國中厚板產品質量，提高企業(yè)競

64、爭力。 二、研究的基本內容，擬解決的主要問題 本課題研究的主要內容包括4250寬厚板熱矯直機的設計方案的選定，矯直力、矯直力矩的計算以及矯直機主電機功率的計算，對主要零部件進行強度計算，確定其結構參數，并對所選軸承進行壽命計算。完成矯直機的主要零部件、總體設計圖紙。 要解決的主要問題：通過方案設計矯直機主體結構，包括機架，壓下系統(tǒng)，輥系以及傳動系統(tǒng)等并闡述矯直機結構原理和設計特點，介紹工藝過程。 三、研究步驟、方法及措施 1．搜集和查閱國內外相關文獻資料，了解寬厚板矯直機的國內外發(fā)展狀況并確定寬厚板矯直機的類型。 2. 消化圖紙資料，分析其結構的組成、設計及各設計部分功能和作用、參

65、數選擇和整體布局。理解設計的原則和目的，找到并學習創(chuàng)新點。 3．進行力能參數計算、結構參數計算、強度計算及軸承壽命校核。 4．繪制輥系、機架以及壓下等主要零部件的圖紙。 5. 繪制總體設計圖紙 6．翻譯外文資料，撰寫設計說明書。 四、研究工作進度： 第1～2　周 搜集資料，完成開題報告和文獻綜述。 第3～4　周 消化圖紙資料，確定方案。進行力能參數、結構參數計算。 第 5 　周 進行主要部件結構設計。 第6～7 周 進行總體和零件的設計。 第8～10周 　系統(tǒng)設計、進行圖紙設計。 第　11　周 　繪制總圖、CAD錄入。 第　12　周 完成全部圖紙繪制工作。

66、 第13～14周 編寫設計說明書和翻譯外文資料。 第　15　周 完成設計說明書和外文資料翻譯。 第　16　周 完成全部設計內容，準備答辯。 第　17　周 答辯。 五、主要參考文獻： [1] 孫本榮，王有銘，陳瑛.中厚鋼板生產.北京:冶金工業(yè)出版社，1993，1-4 [2] 王國棟，劉相華，王君.我國中厚板生產技術進步20年.軋鋼，2004，21(6)：5-9 [3] 周存龍，王國棟，劉相華等.輥式矯直機矯直輥的彎輥模型.東北大學學報(自然科學版)，2005，26(5):460-462 [4] 王建強，袁建光.寶鋼寬厚板全液壓冷矯直機的選取.寶鋼技術，2003，(5):17-21 [5] 陳瑛.中厚板矯直技術的發(fā)展.寬厚板，2002(6):1 [6] 鄒家祥.冶金機械.北京:冶金工業(yè)出版社，2000，2:366 [7] 徐樂江.冷軋行業(yè)的現(xiàn)狀及對策.軋鋼，1999，(3):35-37 [8] 陳守群.寶鋼3套冷連軋機板形控制技術簡介.軋鋼，1999，(3):24-26 [9] 王效崗，黃慶學.新式中厚板矯直機的技術特點 山西冶金 2006