0005-KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（全套CAD圖+翻譯）
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
外文題目：A Design of Vision-based Location Control System for Steel Rolling Mill
譯文題目：基于視覺的軋鋼機(jī)位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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基于視覺的軋鋼機(jī)位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
陳偉，方康玲，劉新海
摘要:本文介紹了在軋鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于機(jī)器視覺理論，控制加熱后鋼坯的位置。這種控制系統(tǒng)是通過一個(gè)被稱為“工業(yè)相機(jī)”的視覺傳感器進(jìn)行觀測(cè)，然后將信息反饋給控制系統(tǒng)，用以得到鋼坯在加熱爐中的準(zhǔn)確位置信息或者用來(lái)檢測(cè)移動(dòng)中的鋼坯。本文采用了簡(jiǎn)單背景減法模型用以檢測(cè)移動(dòng)中的鋼坯，采用這種辦法可以滿足目前對(duì)于實(shí)時(shí)檢測(cè)移動(dòng)鋼坯的需求。目前的研究發(fā)現(xiàn)，不同的灰度值輪廓在應(yīng)用于檢測(cè)鋼坯的邊緣時(shí)具有一個(gè)非常好的效果。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用之中，這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在當(dāng)前工業(yè)環(huán)境下發(fā)揮出了良好的控制效果。
關(guān)鍵詞:機(jī)器視覺，被測(cè)對(duì)象的位置，背景減法建模，反饋控制。
1.基本介紹
在目前的各個(gè)鋼鐵企業(yè)中，鋼鐵在軋制過程之前要先經(jīng)過預(yù)處理，即在加熱窯中先加熱到1000至1200攝氏度，然后再扎成相應(yīng)的平坦塊。在加熱窯內(nèi)，鋼坯的布局是“一排兩坯”，即在加熱窯內(nèi)一排中有兩塊鋼坯。采用這種布局的原因是：由于加熱窯的長(zhǎng)度是27.9米，加熱窯的寬度是12.9米，這樣就會(huì)導(dǎo)致操作員不能夠直接觀察鋼坯在加熱窯內(nèi)的移動(dòng)。為了避免鋼坯在加熱窯內(nèi)移動(dòng)的過程之中產(chǎn)生碰撞，當(dāng)鋼坯被送入加熱窯中之后，移動(dòng)鋼坯的位置應(yīng)該受到相應(yīng)的控制。
另外，目前常用的接觸式位置傳感器不能承受加熱窯內(nèi)的高溫，而且在加熱窯內(nèi)也容易被鋼坯碰撞而導(dǎo)致?lián)p壞。所以，解決上述問題的可行的方法是采用一種非接觸式的檢測(cè)方法,即在加熱窯的一邊設(shè)置一臺(tái)相機(jī)（如圖1所示）用以獲得鋼坯的相關(guān)信息。這種相機(jī)拍攝的照片分辨率可達(dá)到610*170，并且相機(jī)的拍攝速度為每秒鐘30幀。當(dāng)工廠的操作員需要監(jiān)視和控制鋼坯的位置時(shí)，他們就可以使用這種相機(jī)來(lái)幫助他們。但是，人類操作員憑借觀察工業(yè)電視為基礎(chǔ)來(lái)調(diào)整鋼坯的位置時(shí)，他們是主觀的、依賴于經(jīng)驗(yàn)的，而且是勞動(dòng)密集型的（5）。這種情況在實(shí)際操作中就會(huì)出現(xiàn)一些問題,如：精度低（小于76%），控制時(shí)間較長(zhǎng)（大于2分鐘），等等。
圖1設(shè)置在加熱窯上的相機(jī)
2.問題和控制系統(tǒng)
在鋼坯的位置控制過程中有一個(gè)問題。那就是在加熱窯中，一排中有兩塊鋼坯，所以就必須在鋼坯的位置控制過程中控制兩個(gè)距離。其中一個(gè)距離是鋼坯A與鋼坯B之間的距離，而另一個(gè)距離是鋼坯和加熱窯窯壁之間的距離（如圖2所示）。
圖2鋼坯的位置控制
當(dāng)鋼坯在加熱窯內(nèi)移動(dòng)時(shí)，鋼坯A和鋼坯B之間或者鋼坯與加熱窯之間的偏差可能會(huì)導(dǎo)致兩塊鋼坯之間的碰撞。如果它們其中一個(gè)的偏差超過了一定限度，在鋼坯的移動(dòng)過程中就會(huì)導(dǎo)致兩塊鋼坯之間的碰撞或者加熱窯窯壁和鋼坯之間的碰撞。有些時(shí)候這些碰撞會(huì)引發(fā)災(zāi)難性的事故，例如：事故會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的完全中斷并且要求鋼坯的位置調(diào)整通過手動(dòng)來(lái)操作。
為了簡(jiǎn)化控制問題，我們選擇了加熱窯的中心位置作為位置的中間點(diǎn)。然后，就可以得到預(yù)期的偏差τ。τ按照下面公式可以計(jì)算出：
τ=（L-2s）/3
L:加熱窯的寬度
s:鋼坯的長(zhǎng)度
τ:鋼坯和加熱窯窯壁或鋼坯A和鋼坯B之間的預(yù)期偏差
在加熱窯一邊的相機(jī)是基于視覺控制系統(tǒng)的視覺傳感器。從而，鋼坯的位置可以反饋給PID控制器。由于相機(jī)有的視野是有限的，所以可以得到兩個(gè)反饋信號(hào)：一個(gè)是視頻信號(hào)，而另一個(gè)是計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)。
圖3基于視覺的定位控制系統(tǒng)的框架
3.視頻定位算法
在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖像序列的方法中，最常用的方法是采用背景減法。該方法是通過求出每一個(gè)輸入和每一個(gè)背景模型之間差的絕對(duì)值來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)[2][3]。但是，由于這種方法對(duì)于外部環(huán)境的變化非常敏感，例如：光照和外部無(wú)關(guān)的事件，這就可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)出錯(cuò)誤的概率降低。為了解決這一問題，采用了灰度差分析工程算法來(lái)檢測(cè)鋼坯的位置[8]。
3.1圖像中去除干擾
實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于有太多的干擾因素，所以會(huì)導(dǎo)致拍攝的圖像的質(zhì)量很差。此外，在加熱窯內(nèi)也沒有固定的照明用具。所以，光線會(huì)隨著溫度的變化而變化。在通常情況下，圖像處理的第一步都是消除或降低這些干擾因素對(duì)圖像質(zhì)量的影響。由于在加熱窯內(nèi)惡劣的條件下，很多干擾不能被消除。所以，有許多的干擾仍然偶爾會(huì)被捕獲在圖像上（如圖4所示）。
圖4典型的被相機(jī)捕獲的圖像
為了對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，需要采用硬件方法來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的去干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，得到滿足要求的圖像處理結(jié)果需要采用工程背景相減算法。
3.2特征和邊緣的獲得
目標(biāo)之間的區(qū)別是檢測(cè)一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的一個(gè)有效的辦法。一系列高相關(guān)性的圖像表明，如果這些相關(guān)性可以被減少，那么就可以使運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)更容易從背景中被分割。而差分算法就可以減少視頻中每幀之間的相關(guān)性。設(shè)fB (i, j)是一個(gè)背景圖像，而f K(i, j)是當(dāng)前圖像（K=1,2,3），然后它們之間的不同圖像為f C(i, j)：
目前，一種統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法已經(jīng)被應(yīng)用于鋼坯邊緣的檢測(cè)。眾所周知，當(dāng)目標(biāo)物體在場(chǎng)景中移動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)區(qū)域灰度值的列和背景圖像中灰度值的列是不同的。圖5就顯示了柱垂直投影的灰度值的變化，當(dāng)有運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)在圖像中出現(xiàn)，或者不在圖像中出現(xiàn)時(shí)，灰度值將會(huì)在t2或t3兩點(diǎn)發(fā)生強(qiáng)烈的變化。不同的圖像灰度值的列的投影：
f cj (i, j)：兩列垂直灰度值的投影。
因?yàn)殇撆鰽的最終位置是后邊緣，所以圖像的左邊是一個(gè)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域（灰度變化緩慢）。然而，鋼坯B的最終位置是前邊緣，所以圖像的右面由于鋼坯B會(huì)是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域?；瑒?dòng)窗口技術(shù)是用來(lái)提高獲取鋼坯邊緣特征的實(shí)時(shí)性和鋼坯位置的精確性的一種技術(shù)?；瑒?dòng)窗口是一個(gè)高170的窗口，而高小于等于50的地方是一個(gè)調(diào)整系數(shù)。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)情況下有許多干擾，這些干擾就會(huì)導(dǎo)致算法計(jì)算每一列垂直投影灰度值的變化的誤差增加和在滑動(dòng)窗口中的兩列鋼坯差異的改變。設(shè)Th1是灰度值的峰值，Th2是每列不同的灰度值，則有公式：
F1:改變列的數(shù)目
F2：不同列的變化
t：列的變化值
根據(jù)最近鄰決定理論，判別函數(shù)是：
Th：特征的變化
V=[a,b]：特征向量的邊緣在鋼坯的邊緣出現(xiàn)在圖像中時(shí)得到的結(jié)果
當(dāng)判別函數(shù)取到最小值時(shí)鋼坯的邊緣就會(huì)出現(xiàn)在滑動(dòng)窗口中。然后鋼坯的移動(dòng)距離：
?L：采樣時(shí)間間隔內(nèi)鋼坯的移動(dòng)距離
Fc:新列的改變量的最大值
Fh：前列改變量的最大值
圖5當(dāng)鋼坯移動(dòng)時(shí)，灰度值的變化。
3.3后臺(tái)維護(hù)
本文采用了一種定期升級(jí)的方式用來(lái)加速圖像的處理。背景更新算法采用了一階遞歸濾波的方法，這種方法可以將新的輸入信息和當(dāng)前背景圖像整合在一起[4]。背景更新量：
fB（I,j,k）:背景圖像
α：為一個(gè)小正數(shù)
fk（I,j）：當(dāng)前圖像
4.控制算法
由于鋼坯的質(zhì)量為1800千克，在位置控制中鋼坯的慣性是另一個(gè)問題。這個(gè)問題將導(dǎo)致當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，鋼坯會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。所以，本文采用一二級(jí)控制措施來(lái)解決鋼坯的滑動(dòng)問題。首先，鋼坯會(huì)被快速定位在加熱窯內(nèi)的一些已經(jīng)確定的位置。然后，鋼坯精確的定位在預(yù)定位置是通過視覺反饋控制算法實(shí)現(xiàn)的。
圖6鋼坯的位置控制算法流程說明
圖7快速定位的結(jié)果
圖8精確定位的結(jié)果
5.作用和總結(jié)
本文所介紹的視覺定位控制系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用了兩年。這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)中取得了良好的控制性能（如圖8所示）。
圖9視覺控制系統(tǒng)的接口
表1視頻反饋控制系統(tǒng)的控制效果
該定位控制系統(tǒng)能夠探測(cè)到每一幀的圖像內(nèi)移動(dòng)中的被測(cè)鋼坯的邊緣，然后利用工程統(tǒng)計(jì)的方法檢測(cè)這些邊緣。實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果表明，在實(shí)際生產(chǎn)的條件下，灰度值算法是可行的。但是，由于被測(cè)對(duì)象和背景之間的差異不顯著，在惡劣的工作環(huán)境下，這種定位控制系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，在復(fù)雜的生產(chǎn)條件下，即時(shí)的和抗干擾的移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法還需要進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
論文題目：KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
目錄
1 課題的來(lái)源及選題的依據(jù)
1.1基本情況介紹
1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的研究趨勢(shì)
1.3 本課題的目與意義
1.4開展研究工作的設(shè)想
2.課題研究擬采用哪些方法和手段
3.完成課題的實(shí)驗(yàn)條件
4.課題進(jìn)度安排
5.設(shè)計(jì)總體方案思路
6.參考文獻(xiàn)
8
1 課題的來(lái)源及選題的依據(jù)
1.1基本情況介紹
軋鋼(steel rolling）是在運(yùn)轉(zhuǎn)的軋輥之間對(duì)鋼坯形狀的壓力加工過程。軋鋼過程的目的一方面是為了生產(chǎn)中所需要得到的形狀，例如：鋼板，帶鋼，線材，棒材及各種型鋼等；另一方面是為了改善鋼坯的內(nèi)部材料性能，例如：我們常見的汽車板、橋梁鋼、鍋爐鋼、管線鋼、螺紋鋼、鋼筋、電工硅鋼、鍍鋅板、鍍錫板，火車輪等都是通過軋鋼工藝加工出來(lái)的。
軋鋼的分類有多種方式，例如：軋鋼方法按軋制溫度不同可分為熱軋與冷軋；按軋制時(shí)軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不同可分為縱軋，橫軋和斜軋；按軋制產(chǎn)品的成型特點(diǎn)還可分為一般軋制和特殊軋制。周期軋制，旋壓軋制，彎曲成型等都屬于特殊軋制方法。
軋鋼的工藝流程主要包括:原料選定、鋼坯在加熱窯內(nèi)預(yù)加熱、除磷粗軋、預(yù)精軋、精軋、吐絲機(jī)（線材）、切定尺（棒材）、質(zhì)量檢測(cè)、成品打包、成品入庫(kù)等工序。
目前，軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要求不但要將鋼材軋制成功，而且要考慮到在整套軋鋼生產(chǎn)過程的中，每件工序的安排是否合理。從而可以使整個(gè)軋鋼生產(chǎn)更加高效、安全、適應(yīng)性強(qiáng)。所以，軋鋼生產(chǎn)線的工藝流程應(yīng)該充分考慮合理性、適用性。例如： 加熱窯進(jìn)坯輸送線與連鑄出坯線貫通, 在主軋線后緊湊地布置棒材線、大盤卷線、線材生產(chǎn)線。合理的工藝流程為整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的高效生產(chǎn)、高品質(zhì)產(chǎn)品和低成本運(yùn)行提供了有力保證 [6]。
在現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)線中，一般都會(huì)采用自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整套產(chǎn)品的加工工序。自動(dòng)控制能滿足軋制速度的不斷提高和生產(chǎn)過程的連續(xù)化，多品種范圍的尺寸變更以及對(duì)軋件尺寸的各種精度要求。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和可靠性高的檢測(cè)元件組成。計(jì)算機(jī)控制的過程有:自動(dòng)出鋼過程控制、粗、中軋機(jī)的微張力軋制控制、精軋機(jī)的活套無(wú)張力軋制控制、活套的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)切頭飛剪和自動(dòng)事故剪、盤卷推出機(jī)的自動(dòng)操作等。
采用自動(dòng)控制之后將會(huì)有諸多有利因素，比如:采用了計(jì)算機(jī)控制之后,通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)組織,統(tǒng)籌安排,可以使已有的軋鋼生產(chǎn)線內(nèi)設(shè)備安裝的各個(gè)階段有機(jī)的聯(lián)系起來(lái),使加工各工序有效的流暢運(yùn)行，而且也可以使設(shè)備安裝工期壓縮到最少。此外，通過運(yùn)用合理的控制管理程序和使用先進(jìn)的數(shù)字控制施工技術(shù)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真,就可以確保設(shè)備的安裝質(zhì)量和安全生產(chǎn)。所以，通過對(duì)軋鋼生產(chǎn)線采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝質(zhì)量最高、安裝工期最短的效果。
1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的研究趨勢(shì)
自改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的平穩(wěn)迅速發(fā)展,我國(guó)國(guó)內(nèi)的大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)以及其他國(guó)家相關(guān)支柱產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁崛起,目前對(duì)鋼材的需求量越來(lái)越大。由于這些強(qiáng)勁的需求也就促使了我國(guó)鋼產(chǎn)量的快速提升。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年的粗年鋼產(chǎn)量,已經(jīng)由幾年前的1億噸增加至2014年的16.62億噸，占全球的49.5%。但是許多鋼材加工企業(yè)的工藝落后，設(shè)備老化，導(dǎo)致軋制出來(lái)的產(chǎn)品廢品率高，精度低。所以，依據(jù)國(guó)家的相關(guān)要求,為了提高生產(chǎn)力和降低能耗、發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)，國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)在幾年前就開始進(jìn)行了優(yōu)化、整合和重組,相繼成立了以寶鋼集團(tuán)、首鋼集團(tuán)、武鋼集團(tuán)和鞍本集團(tuán)為代表的國(guó)際化的大型鋼鐵集團(tuán)。這些大型的鋼鐵集團(tuán)現(xiàn)在正根據(jù)各自的企業(yè)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)品特點(diǎn),按照市場(chǎng)的需求快速改建和新建各自的鋼材生產(chǎn)線[7]。
軋鋼生產(chǎn)線的主要設(shè)備一般是指進(jìn)行軋制的設(shè)備，即軋機(jī)。據(jù)記載，1480年意大利人達(dá)·芬奇就曾經(jīng)設(shè)計(jì)出過軋機(jī)的草圖。1553年法國(guó)人布律列爾曾經(jīng)將金和銀的板材進(jìn)行軋制,用來(lái)制造錢幣。此后在西班牙、比利時(shí)和英國(guó)相繼出現(xiàn)軋機(jī)，英國(guó)于1766年生產(chǎn)出了串列式小型軋機(jī)。
在當(dāng)代，現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)線發(fā)展的趨勢(shì)是趨于連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化。這樣發(fā)展使得產(chǎn)品的質(zhì)量高,原料消耗低。60年代以來(lái)世界上的軋鋼生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)、研究和建設(shè)方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋生產(chǎn)線、厚板軋生產(chǎn)線、高速線材軋生產(chǎn)線、H型材軋生產(chǎn)線和連軋管生產(chǎn)線等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋制生產(chǎn)線、全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)、5500毫米寬厚板軋鋼生產(chǎn)線和連續(xù)式 H型鋼軋鋼生產(chǎn)線等一系列先進(jìn)的生產(chǎn)線。目前，生產(chǎn)線用的原料的重量增大，而且采用液壓 AGC、板形控制、電子計(jì)算機(jī)程序控制等手段并且測(cè)試控制手段越來(lái)越完善，軋制品種不斷擴(kuò)大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制，還有其它適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟(jì)效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋鋼生產(chǎn)線也正在發(fā)展之中。
我國(guó)的大型鋼鐵企業(yè)從20世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始采用先進(jìn)的連軋生產(chǎn)線。連軋生產(chǎn)線采用了一系列整套的先進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，全線軋制生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控過程全部都由計(jì)算機(jī)控制實(shí)施。通過使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以使鋼坯在幾架軋機(jī)上同時(shí)進(jìn)行軋制，大大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.3 本課題的目的與意義
本課題通過對(duì)KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要確定合理的設(shè)計(jì)方案；繪制該生產(chǎn)線的總裝圖及部件圖；對(duì)主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；及校核計(jì)算。并根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)選擇合適的電機(jī)、減速器并撰寫畢業(yè)論文。通過上述程序最終完成本課題的所有內(nèi)容。
利用總共18周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，來(lái)完成軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，并輝指出其總裝圖及部件圖，而且要對(duì)主要零件進(jìn)行校核計(jì)算。通過畢業(yè)課題的設(shè)計(jì)，是本人應(yīng)用所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)完整機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。明確整套設(shè)計(jì)流程，可以為畢業(yè)后的實(shí)際設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。
1.4開展研究工作的設(shè)想
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在本科四年的生涯中第一次完整的設(shè)計(jì)一個(gè)整套的機(jī)械設(shè)備，意義非常重大。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以讓我初步了解日后實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中所需要進(jìn)行的各項(xiàng)工序，為以后展開相關(guān)的研究打下一定基礎(chǔ)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作有:首先，需要了解設(shè)計(jì)的答題要求對(duì)課題由一個(gè)基本的了解，明確索要設(shè)計(jì)的東西；其次，在了解相關(guān)信息后，需要確定合理的設(shè)計(jì)方案。合理的設(shè)計(jì)方案需要查閱相關(guān)資料，包括各類期刊、雜志、會(huì)議、報(bào)刊的關(guān)于軋鋼生產(chǎn)線的有關(guān)記錄，各個(gè)專家所撰寫的有關(guān)軋鋼生產(chǎn)線的書籍，還有專家學(xué)者們關(guān)于軋鋼生產(chǎn)線的有關(guān)成型設(shè)計(jì)等等。而且，這次軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)還需要查閱各個(gè)外國(guó)專家學(xué)者有關(guān)軋鋼生產(chǎn)線的相關(guān)研究成果，了解外國(guó)的相關(guān)發(fā)展結(jié)論。通過查閱大量的國(guó)內(nèi)國(guó)外的資料，得出最后的總體方案設(shè)計(jì)；在論證完成總體方案設(shè)計(jì)后，就要開始繪制所設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線的總裝圖及部件圖，并且要對(duì)其中主要零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及校核計(jì)算。在該步驟設(shè)計(jì)中，所需要的電機(jī)，減速器及標(biāo)準(zhǔn)件需要通過查閱機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)選擇；完成圖紙的繪制之后，我需要對(duì)之前所完成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最后的修改和整理用來(lái)完成最后畢業(yè)論文的書寫。撰寫畢業(yè)論文需要所畫出的總裝圖、部件圖、計(jì)算結(jié)果等統(tǒng)一的整理匯總起來(lái)，并對(duì)其中的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，把不合理的步驟進(jìn)行完善和優(yōu)化。通過一系列的論證完成畢業(yè)論文的書寫并最終完成整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)然后參加畢業(yè)答辯。
2.課題研究擬采用哪些方法和手段
（1）對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行深入探索的方法：在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過發(fā)掘國(guó)內(nèi)外最新的工程經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)以及有關(guān)理論。參考已有的理論結(jié)果，支撐和組建本課題的理論框架和相關(guān)的方法。
（2）深入調(diào)查研究的方法：通過總結(jié)整理所有最新資料，得出對(duì)軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的最終結(jié)果。然后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行深入的論證，找出其中的不足并加以改進(jìn)。最終確定這次軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的最佳結(jié)論。
（3）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)觀察的方法：通過操作變量的變化，經(jīng)前后測(cè)定對(duì)比，分析該實(shí)驗(yàn)的因果關(guān)系，并最終得出最佳的方案。是整套軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)的最終結(jié)果更加完善。
（4）進(jìn)行實(shí)際操作并進(jìn)行研究的方法：軋鋼生產(chǎn)線是一種在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中工作的設(shè)備。所以，對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)就要邊實(shí)踐邊總結(jié)邊研究，及時(shí)制定、修訂設(shè)計(jì)方案，真正的把本科四年所學(xué)的理論應(yīng)用恰當(dāng)。
在上述四種研究方法中，行實(shí)際操作并進(jìn)行研究的方法，是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究方法。這是因?yàn)樵趯?shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，加工過程受各種因素、各個(gè)方面的綜合干擾。僅僅通過查閱相關(guān)資料是不能夠完整的考慮到各個(gè)因素的影響。所以，要親自到實(shí)踐中去，理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能把本次畢業(yè)設(shè)計(jì)做好。
3.完成課題的實(shí)驗(yàn)條件
（1）在圖書館網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)資料,了解國(guó)內(nèi)外最新的前沿資訊。這是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
（2）指導(dǎo)老師對(duì)本課題的指導(dǎo)。指導(dǎo)教師從業(yè)已有近30年，對(duì)本次的軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)一定有比本人更高的見解。通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)可以少走彎路，更高效的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（3）充裕的設(shè)計(jì)時(shí)間。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)以來(lái)第一次獨(dú)立完成整套機(jī)械設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)。我在很多方面一定會(huì)有各種不足之處，所以我需要18周的時(shí)間來(lái)完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（4）良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在設(shè)計(jì)中，相關(guān)的計(jì)算及零件選用需要一定的技術(shù)手段來(lái)檢驗(yàn)其是否最優(yōu)，所以，我需要一定的實(shí)驗(yàn)條件來(lái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。這樣才能最終將畢業(yè)設(shè)計(jì)完成至一個(gè)令人滿意的結(jié)果。
4.課題進(jìn)度安排
1
3月2日至3月6日
查閱相關(guān)的資料，了解本課題的相關(guān)內(nèi)容
2
3月9日至3月13日
翻譯相關(guān)的英文資料，綜述整理資料
3
3月16日至3月20日
撰寫開題報(bào)告
4
3月23日至3月27日
完成英文翻譯及開題報(bào)告
5
3月30日至4月3日
論證設(shè)計(jì)方案
6
4月6日至4月10日
確定設(shè)計(jì)方案，選擇標(biāo)準(zhǔn)件
7
4月13日至4月17日
繪制總裝圖，確定相關(guān)零件尺寸
8
4月20日至4月24日
繼續(xù)繪制總裝圖
9
4月27日至5月1日
繪制總裝圖
10
5月4日至5月8日
完成總裝圖，繪制部件圖
11
5月11日至5月15日
繪制部件圖及主要零件圖
12
5月18日至5月22日
完成圖樣繪制，校核主要零件
13
5月25日至5月29日
撰寫畢業(yè)論文修改圖樣錯(cuò)誤
14
6月1日至6月5日
撰寫畢業(yè)論文
15
6月8日至6月12日
撰寫修改畢業(yè)論文
16
6月15日至6月19日
修改完成圖樣及論文
17
6月22日至6月26日
整理上文答辯材料
18
6月29日至7月3日
畢業(yè)答辯
5.設(shè)計(jì)總體方案思路
（1）總裝配圖的設(shè)計(jì)
（2）上輥盒的設(shè)計(jì)
（3）機(jī)架的設(shè)計(jì)
（4）換輥裝置的設(shè)計(jì)
（5）接軸夾緊裝置的設(shè)計(jì)
（6）電機(jī)的選用
6.參考文獻(xiàn)
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
Design of the KZ0615.01.01.00 Steel Rolling Production Line.
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
35
摘 要
近年來(lái)隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，導(dǎo)致了我國(guó)工業(yè)對(duì)鋼鐵的需求越來(lái)越大。但是，由于我國(guó)工業(yè)起步較晚，發(fā)展期間也走了許多彎路，這就導(dǎo)致我國(guó)的鋼鐵企業(yè)的技術(shù)水平仍然有待提高。所以，國(guó)家近期重大的改革目標(biāo)就是逐步淘汰小型的鋼鐵企業(yè)，大力扶持大型鋼鐵企業(yè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的升級(jí)，這就對(duì)大型鋼鐵企業(yè)的軋鋼生產(chǎn)線提出了新的要求。在接到設(shè)計(jì)任務(wù)后，經(jīng)過認(rèn)真的思考和分析，并且結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，設(shè)計(jì)了這套軋鋼生產(chǎn)線。在設(shè)計(jì)初步完成后，對(duì)各零件校核合格后，使所設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線完全了達(dá)到所須要求。經(jīng)大量計(jì)算過后，發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線性質(zhì)比原來(lái)的軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備有所提高，在穩(wěn)定性上也有很大的提高。其經(jīng)濟(jì)性完全也適合現(xiàn)在市場(chǎng)的需求。
由于設(shè)計(jì)的是軋鋼生產(chǎn)線的相關(guān)配套設(shè)備，設(shè)計(jì)初根據(jù)任務(wù)書的要求和所需要達(dá)到的使用目的來(lái)設(shè)計(jì)軋鋼生產(chǎn)線。首先設(shè)計(jì)和選用了合適的軋輥，并且選擇了合適的軋輥軸承；然后根據(jù)軋輥的性能將其設(shè)計(jì)加入換輥機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；其次根據(jù)軋制的性能和換輥機(jī)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)了軋機(jī)的機(jī)架和壓下裝置；再次，設(shè)計(jì)完成軋機(jī)后根據(jù)軋機(jī)的各項(xiàng)屬性設(shè)計(jì)出輸入的各項(xiàng)裝置和主電機(jī)；最后，經(jīng)過力學(xué)計(jì)算后校核主要零件并使之達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，使整套軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束。
關(guān)鍵詞：軋鋼生產(chǎn)線；軋鋼機(jī)；軋輥；軸承
Abstract
In recent years, with the rapid development of Chinese economic, the demand for iron and steel in industry in China is more and more expanding. Because of the late development of our industry, the development of the industry has also left many detours, which leads to the technical level of iron and steel enterprises in China still need to be improved. So the recent national major reform goal is phasing out small iron and steel enterprises, vigorously support large-scale iron and steel enterprises to implement technology upgrade, which in large iron and steel enterprises steel rolling production line proposed new requirements. After receiving the design task, by careful thinking and analysis, and the existing equipment, I design this rolling production line. When I finish the elementary design, and the completion of the parts, the design of the steel rolling production line is fully achieved. After a lot of calculation, I found that the new design of the rolling production line is improved, and the stability of the rolling production line is also greatly improved. Its economy is also suitable for the present market demand completely.
The design is the related equipment of steel rolling production line, initial design according to the requirements of the task and the need to achieve the purpose to design the rolling line. Firstly, I design and select of the appropriate roll, and select the appropriate roll bearing. Then I design the change roller mechanism and the input of the device and the main motor. Finally, After the calculation of mechanics, the main parts were checked and the design requirements were met, and the design of the whole rolling line was concluded successfully.
Keywords: Rolling production line; rolling mill; roller; the bearings
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題的來(lái)源及選題的依據(jù) 1
1.1.1 基本情況介紹 1
1.1.2 本課題在國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì) 2
1.1.3 本課題的目的與意義 6
1.1.4 開展研究工作的設(shè)想 6
1.2 課題研究采用哪些方法和手段 7
1.3 完成課題的實(shí)驗(yàn)條件 7
1.4 設(shè)計(jì)總體方案思路 8
第2章 設(shè)備的主要參數(shù)及計(jì)算 9
2.1 軋機(jī)參數(shù) 9
2.2 軋制力的計(jì)算 9
2.3 軋制力矩的計(jì)算 10
第3章 軋輥的相關(guān)設(shè)計(jì) 11
3.1 軋輥的工作特點(diǎn) 12
3.2 軋輥的尺寸相關(guān)設(shè)計(jì) 13
3.2.1 輥身 13
3.2.2 輥頸 14
3.2.3 輥頭 14
3.3 軋輥的材料及輥面硬度 14
3.3.1 常見的軋輥材料 14
3.3.2 軋輥材料的選擇 15
3.4 軋輥的強(qiáng)度驗(yàn)算 18
3.4.1 軋輥強(qiáng)度的計(jì)算方法 19
3.4.2 軋輥的安全系數(shù) 20
3.4.3 軋輥斷裂形式 23
3.4.4 軋輥撓度的計(jì)算 23
第4章 軋輥軸承的設(shè)計(jì) 25
4.1 軸承的概況 25
4.2 軋輥軸承的選擇 25
第5章 壓下裝置的選擇 27
5.1 壓下裝置簡(jiǎn)介 27
5.2 壓下裝置的分類 27
5.3 壓下裝置的選擇與設(shè)計(jì) 28
5.3.1 電動(dòng)壓下裝置的形式 28
5.3.2 壓下裝置參數(shù) 29
5.3.3 壓下裝置齒輪軸承的選擇 30
5.3.4 軸承校核 30
第6章 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 32
致謝 34
第1章 緒論
1.1 課題的來(lái)源及選題的依據(jù)
1.1.1 基本情況介紹
軋鋼(steel rolling）是在運(yùn)轉(zhuǎn)的軋輥之間對(duì)鋼坯形狀的壓力加工過程。軋鋼過程的目的一方面是為了生產(chǎn)中所需要得到的形狀，例如：鋼板，帶鋼，線材，棒材及各種型鋼等；另一方面是為了改善鋼坯的內(nèi)部材料性能，例如：我們常見的汽車板、橋梁鋼、鍋爐鋼、管線鋼、螺紋鋼、鋼筋、電工硅鋼、鍍鋅板、鍍錫板，火車輪等都是通過軋鋼工藝加工出來(lái)的。
軋鋼的分類有多種方式，例如：軋鋼方法按軋制溫度不同可分為熱軋與冷軋；按軋制時(shí)軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不同可分為縱軋，橫軋和斜軋；按軋制產(chǎn)品的成型特點(diǎn)還可分為一般軋制和特殊軋制。周期軋制，旋壓軋制，彎曲成型等都屬于特殊軋制方法。
軋鋼的工藝流程主要包括:原料選定、鋼坯在加熱窯內(nèi)預(yù)加熱、除磷粗軋、預(yù)精軋、精軋、吐絲機(jī)（線材）、切定尺（棒材）、質(zhì)量檢測(cè)、成品打包、成品入庫(kù)等工序。
目前，軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要求不但要將鋼材軋制成功，而且要考慮到在整套軋鋼生產(chǎn)過程的中，每件工序的安排是否合理。從而可以使整個(gè)軋鋼生產(chǎn)更加高效、安全、適應(yīng)性強(qiáng)。所以，軋鋼生產(chǎn)線的工藝流程應(yīng)該充分考慮合理性、適用性。例如： 加熱窯進(jìn)坯輸送線與連鑄出坯線貫通, 在主軋線后緊湊地布置棒材線、大盤卷線、線材生產(chǎn)線。合理的工藝流程為整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的高效生產(chǎn)、高品質(zhì)產(chǎn)品和低成本運(yùn)行提供了有力保證 [6]。
在現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)線中，一般都會(huì)采用自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整套產(chǎn)品的加工工序。自動(dòng)控制能滿足軋制速度的不斷提高和生產(chǎn)過程的連續(xù)化，多品種范圍的尺寸變更以及對(duì)軋件尺寸的各種精度要求。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和可靠性高的檢測(cè)元件組成。計(jì)算機(jī)控制的過程有:自動(dòng)出鋼過程控制、粗、中軋機(jī)的微張力軋制控制、精軋機(jī)的活套無(wú)張力軋制控制、活套的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)切頭飛剪和自動(dòng)事故剪、盤卷推出機(jī)的自動(dòng)操作等。
采用自動(dòng)控制之后將會(huì)有諸多有利因素，比如:采用了計(jì)算機(jī)控制之后,通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)組織,統(tǒng)籌安排,可以使已有的軋鋼生產(chǎn)線內(nèi)設(shè)備安裝的各個(gè)階段有機(jī)的聯(lián)系起來(lái),使加工各工序有效的流暢運(yùn)行，而且也可以使設(shè)備安裝工期壓縮到最少。此外，通過運(yùn)用合理的控制管理程序和使用先進(jìn)的數(shù)字控制施工技術(shù)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真,就可以確保設(shè)備的安裝質(zhì)量和安全生產(chǎn)。所以，通過對(duì)軋鋼生產(chǎn)線采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝質(zhì)量最高、安裝工期最短的效果。
1.1.2 本課題在國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)
自改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的平穩(wěn)迅速發(fā)展,我國(guó)國(guó)內(nèi)的大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)以及其他國(guó)家相關(guān)支柱產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁崛起,目前對(duì)鋼材的需求量越來(lái)越大。由于這些強(qiáng)勁的需求也就促使了我國(guó)鋼產(chǎn)量的快速提升。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年的粗年鋼產(chǎn)量,已經(jīng)由幾年前的1億噸增加至2014年的16.62億噸，占全球的49.5%。但是許多鋼材加工企業(yè)的工藝落后，設(shè)備老化，導(dǎo)致軋制出來(lái)的產(chǎn)品廢品率高，精度低。所以，依據(jù)國(guó)家的相關(guān)要求,為了提高生產(chǎn)力和降低能耗、發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)，國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)在幾年前就開始進(jìn)行了優(yōu)化、整合和重組,相繼成立了以寶鋼集團(tuán)、首鋼集團(tuán)、武鋼集團(tuán)和鞍本集團(tuán)為代表的國(guó)際化的大型鋼鐵集團(tuán)。這些大型的鋼鐵集團(tuán)現(xiàn)在正根據(jù)各自的企業(yè)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)品特點(diǎn),按照市場(chǎng)的需求快速改建和新建各自的鋼材生產(chǎn)線[7]。
軋鋼生產(chǎn)線的主要設(shè)備一般是指進(jìn)行軋制的設(shè)備，即軋機(jī)。據(jù)記載，1480年意大利人達(dá)?芬奇就曾經(jīng)設(shè)計(jì)出過軋機(jī)的草圖。1553年法國(guó)人布律列爾曾經(jīng)將金和銀的板材進(jìn)行軋制,用來(lái)制造錢幣。此后在西班牙、比利時(shí)和英國(guó)相繼出現(xiàn)軋機(jī)，英國(guó)于1766年生產(chǎn)出了串列式小型軋機(jī)。
在當(dāng)代，現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)線發(fā)展的趨勢(shì)是趨于連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化。這樣發(fā)展使得產(chǎn)品的質(zhì)量高,原料消耗低。60年代以來(lái)世界上的軋鋼生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)、研究和建設(shè)方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋生產(chǎn)線、厚板軋生產(chǎn)線、高速線材軋生產(chǎn)線、H型材軋生產(chǎn)線和連軋管生產(chǎn)線等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋制生產(chǎn)線、全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)、5500毫米寬厚板軋鋼生產(chǎn)線和連續(xù)式 H型鋼軋鋼生產(chǎn)線等一系列先進(jìn)的生產(chǎn)線。目前，生產(chǎn)線用的原料的重量增大，而且采用液壓 AGC、板形控制、電子計(jì)算機(jī)程序控制等手段并且測(cè)試控制手段越來(lái)越完善，軋制品種不斷擴(kuò)大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制，還有其它適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟(jì)效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋鋼生產(chǎn)線也正在發(fā)展之中。
我國(guó)的大型鋼鐵企業(yè)從20世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始采用先進(jìn)的連軋生產(chǎn)線。連軋生產(chǎn)線采用了一系列整套的先進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，全線軋制生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控過程全部都由計(jì)算機(jī)控制實(shí)施。通過使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以使鋼坯在幾架軋機(jī)上同時(shí)進(jìn)行軋制，大大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。
圖1-1 軋鋼生產(chǎn)線的一般構(gòu)成
圖1-2 軋鋼生產(chǎn)線的樣式
圖1-3 鞍鋼1700mm軋鋼生產(chǎn)線
圖1-4 鞍鋼1700mm軋鋼生產(chǎn)線的產(chǎn)品
1.1.3 本課題的目的與意義
本課題通過對(duì)KZ0615.01.01.00軋鋼生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要確定合理的設(shè)計(jì)方案；繪制該生產(chǎn)線的總裝圖及部件圖；對(duì)主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；及校核計(jì)算。并根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)選擇合適的電機(jī)、減速器并撰寫畢業(yè)論文。通過上述程序最終完成本課題的所有內(nèi)容。
利用總共18周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，來(lái)完成軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，并輝指出其總裝圖及部件圖，而且要對(duì)主要零件進(jìn)行校核計(jì)算。通過畢業(yè)課題的設(shè)計(jì)，是本人應(yīng)用所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)完整機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。明確整套設(shè)計(jì)流程，可以為畢業(yè)后的實(shí)際設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。
1.1.4 開展研究工作的設(shè)想
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在本科四年的生涯中第一次完整的設(shè)計(jì)一個(gè)整套的機(jī)械設(shè)備，意義非常重大。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以讓我初步了解日后實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中所需要進(jìn)行的各項(xiàng)工序，為以后展開相關(guān)的研究打下一定基礎(chǔ)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作有:首先，需要了解設(shè)計(jì)的答題要求對(duì)課題由一個(gè)基本的了解，明確索要設(shè)計(jì)的東西；其次，在了解相關(guān)信息后，需要確定合理的設(shè)計(jì)方案。合理的設(shè)計(jì)方案需要查閱相關(guān)資料，包括各類期刊、雜志、會(huì)議、報(bào)刊的關(guān)于軋鋼生產(chǎn)線的有關(guān)記錄，各個(gè)專家所撰寫的有關(guān)軋鋼生產(chǎn)線的書籍，還有專家學(xué)者們關(guān)于軋鋼生產(chǎn)線的有關(guān)成型設(shè)計(jì)等等。而且，這次軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)還需要查閱各個(gè)外國(guó)專家學(xué)者有關(guān)軋鋼生產(chǎn)線的相關(guān)研究成果，了解外國(guó)的相關(guān)發(fā)展結(jié)論。通過查閱大量的國(guó)內(nèi)國(guó)外的資料，得出最后的總體方案設(shè)計(jì)；在論證完成總體方案設(shè)計(jì)后，就要開始繪制所設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線的總裝圖及部件圖，并且要對(duì)其中主要零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及校核計(jì)算。在該步驟設(shè)計(jì)中，所需要的電機(jī)，減速器及標(biāo)準(zhǔn)件需要通過查閱機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)選擇；完成圖紙的繪制之后，我需要對(duì)之前所完成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最后的修改和整理用來(lái)完成最后畢業(yè)論文的書寫。撰寫畢業(yè)論文需要所畫出的總裝圖、部件圖、計(jì)算結(jié)果等統(tǒng)一的整理匯總起來(lái)，并對(duì)其中的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，把不合理的步驟進(jìn)行完善和優(yōu)化。通過一系列的論證完成畢業(yè)論文的書寫并最終完成整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)然后參加畢業(yè)答辯。
1.2 課題研究采用哪些方法和手段
（1）對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行深入探索的方法：在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過發(fā)掘國(guó)內(nèi)外最新的工程經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)以及有關(guān)理論。參考已有的理論結(jié)果，支撐和組建本課題的理論框架和相關(guān)的方法。
（2）深入調(diào)查研究的方法：通過總結(jié)整理所有最新資料，得出對(duì)軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的最終結(jié)果。然后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行深入的論證，找出其中的不足并加以改進(jìn)。最終確定這次軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的最佳結(jié)論。
（3）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)觀察的方法：通過操作變量的變化，經(jīng)前后測(cè)定對(duì)比，分析該實(shí)驗(yàn)的因果關(guān)系，并最終得出最佳的方案。是整套軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)的最終結(jié)果更加完善。
（4）進(jìn)行實(shí)際操作并進(jìn)行研究的方法：軋鋼生產(chǎn)線是一種在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中工作的設(shè)備。所以，對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)就要邊實(shí)踐邊總結(jié)邊研究，及時(shí)制定、修訂設(shè)計(jì)方案，真正的把本科四年所學(xué)的理論應(yīng)用恰當(dāng)。
在上述四種研究方法中，行實(shí)際操作并進(jìn)行研究的方法，是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究方法。這是因?yàn)樵趯?shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，加工過程受各種因素、各個(gè)方面的綜合干擾。僅僅通過查閱相關(guān)資料是不能夠完整的考慮到各個(gè)因素的影響。所以，要親自到實(shí)踐中去，理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能把本次畢業(yè)設(shè)計(jì)做好。
1.3 完成課題的實(shí)驗(yàn)條件
（1）在圖書館網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)資料,了解國(guó)內(nèi)外最新的前沿資訊。這是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
（2）指導(dǎo)老師對(duì)本課題的指導(dǎo)。指導(dǎo)教師從業(yè)已有近30年，對(duì)本次的軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計(jì)一定有比本人更高的見解。通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)可以少走彎路，更高效的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（3）充裕的設(shè)計(jì)時(shí)間。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)以來(lái)第一次獨(dú)立完成整套機(jī)械設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)。我在很多方面一定會(huì)有各種不足之處，所以我需要18周的時(shí)間來(lái)完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（4）良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在設(shè)計(jì)中，相關(guān)的計(jì)算及零件選用需要一定的技術(shù)手段來(lái)檢驗(yàn)其是否最優(yōu)，所以，我需要一定的實(shí)驗(yàn)條件來(lái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。這樣才能最終將畢業(yè)設(shè)計(jì)完成至一個(gè)令人滿意的結(jié)果。
1.4 設(shè)計(jì)總體方案思路
（1）總裝配圖的設(shè)計(jì)；
（2）壓下裝置的設(shè)計(jì)；
（3）機(jī)架的設(shè)計(jì)；
（4）換輥裝置的設(shè)計(jì)；
（5）電機(jī)的選用。
第2章 設(shè)備的主要參數(shù)及計(jì)算
2.1 軋機(jī)參數(shù)
軋輥直徑：1200mm；
輥身長(zhǎng)度：2050mm；
軋制速度：0～1.11/2.12m/s；
主電機(jī)功率：2x2850kw；
主電機(jī)轉(zhuǎn)速：0—20/30r/min；
最大軋制壓力：30000kN；
最大軋制力矩：6250kN·m。
2.2 軋制力的計(jì)算
本論文的設(shè)計(jì)采用熱軋鋼板軋機(jī)平均壓力計(jì)算公式：熱軋鋼板軋機(jī)的軋制壓力，可以采用愛克隆的軋制壓力公式計(jì)算。同時(shí)，熱軋帶鋼渣機(jī)的軋制壓力也可采用R.B.西姆斯公式計(jì)算。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于西姆斯公式的計(jì)算過程較為復(fù)雜，因此一般用她的簡(jiǎn)化公式。
由于變形區(qū)的長(zhǎng)度（即接觸弧水平投影的長(zhǎng)度l與軋件厚度h的比值）是左右單位壓力的大小和分布的主要因素。 為乘坐變形區(qū)形狀系數(shù)，其大小反映了接觸面（如摩擦力）對(duì)軋制件變形區(qū)的影響情況。
對(duì)于熱帶鋼連軋機(jī)，考慮到前后張力對(duì)軋制壓力的影響，請(qǐng)平均壓力為：
（2-1）
式中：、——為軋機(jī)單位前后張力
（2-2）
（2-3）
其中：、—機(jī)前后張力（kg）；
b—寬度（mm）；
h—前后軋件的平均厚度；
l—變形區(qū)長(zhǎng)度；
—變形阻力。
軋制時(shí)，軋件與軋輥接觸弧上軋制單位壓力的總和。軋制總壓力P用下式計(jì)算：
P=pF （2-4）
經(jīng)過計(jì)算后并參考設(shè)備許用應(yīng)力及實(shí)際情況取軋制的壓力為18000kN
2.3 軋制力矩的計(jì)算
軋制時(shí)，乍見在軋制壓力的作用之下產(chǎn)生塑性變形，與此同時(shí)，軋件也給軋輥同樣大小但方向相反的作用力，當(dāng)軋件上作用前后不相等的作用力的時(shí)候則軋制力與垂直方向成一個(gè)角度。由此，可以求出所需的兩軋輥上的軋制力矩。
（2-5）
經(jīng)過計(jì)算并結(jié)合實(shí)際情況及許用應(yīng)力后取軋制力矩M為3500kN
第3章 軋輥的相關(guān)設(shè)計(jì)
在軋鋼工業(yè)的生產(chǎn)中，軋輥的作用不容置疑。它直接與扎件接觸并且與金屬作用使之產(chǎn)生塑性變形。并且，它也是消耗品，他在軋鋼生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)量的提高、產(chǎn)品質(zhì)量的提升、降低各項(xiàng)物品的消耗等指標(biāo)有很大的影響。軋輥的分類有多種情況，按構(gòu)造分類可分為兩種：應(yīng)用于軋制板帶材料的光面軋輥和應(yīng)用于軋制型鋼線材和鋼坯的有槽軋輥；按照用途分類可分為工作輥和支承輥。生產(chǎn)中的的軋輥選用要根據(jù)實(shí)際的軋制情況進(jìn)行分析。
圖3-1 軋輥
圖3-2 軋輥輥頭
3.1 軋輥的工作特點(diǎn)
軋輥在工作時(shí)需要承受很大的軋制壓力和軋制力矩，而且有時(shí)候會(huì)有動(dòng)載荷。基于以上條件，所以要求軋輥能在高溫或溫度變化很大的條件下工作。并且，由于軋件溫度很高而且需要在冷卻水作用下工作，所以軋輥在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)受到冷熱雙方面的作用，工農(nóng)工作條件極為繁重。
經(jīng)過相關(guān)查閱資料，本設(shè)計(jì)選擇平面軋輥。
圖3-3 軋輥的結(jié)構(gòu)
a—梅花型輥頭；b—扁頭型輥頭；c—帶雙鍵型輥頭；1—輥身；2—輥頸；3—輥頭
3.2 軋輥的尺寸相關(guān)設(shè)計(jì)
3.2.1 輥身
軋輥的輥身與軋件直接接觸并使金屬產(chǎn)生塑性變形，它是軋輥的工作部分。現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)對(duì)軋輥有很多要求，例如：需要有很高的強(qiáng)度，足夠的剛度，較高的表面硬度和耐磨性，有良好的組織穩(wěn)定性，以抵抗軋件的高溫影響等等。所以，輥身直徑D是軋鋼機(jī)的一個(gè)重要的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)在選擇上有多種選法。
軋輥的直徑分為兩種，即公稱直徑D和工作直徑Dg。軋輥的公稱直徑D是指軋鋼機(jī)的節(jié)圓直徑或齒輪座的中心距。對(duì)軋輥分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的初軋機(jī)來(lái)說，公稱直徑D是按最末道次的軋輥中心矩來(lái)計(jì)算；對(duì)于型鋼軋機(jī)來(lái)說以齒輪座的中心距作為軋輥公稱直徑；對(duì)于初軋機(jī)則把輥環(huán)外徑稱為公稱直徑。型鋼軋機(jī)以軋輥的公稱直徑來(lái)作為軋機(jī)標(biāo)稱的組成部分，因?yàn)樾弯撈贩N規(guī)格與軋輥輥身直徑的大小成正比，輥身直徑的數(shù)值即可反映該軋機(jī)所生產(chǎn)的品種規(guī)格。但是，由于生產(chǎn)不同品種規(guī)格所對(duì)應(yīng)的軋輥輥身直徑不同，因此通常習(xí)慣采用和軋輥輥身直徑有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系而數(shù)值保持恒定不變的人字齒輪機(jī)座的中心距作為型鋼軋機(jī)的名義直徑。
軋輥的工作直徑Dg是指軋輥與軋件接觸進(jìn)行變形而直接工作的直徑，在有槽軋輥上是指槽底處直徑。
所以，選擇軋輥的直徑為1200mm。
軋輥直徑選擇之后需要滿足一定的工作條件：
（3-1）
在軋制過程中，因?yàn)檐堓伇砻娴哪p，經(jīng)過一段時(shí)間后軋輥的磨損將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，此時(shí)需要對(duì)軋輥進(jìn)行重車或重磨。每次重車0.5mm～5mm,重磨量0.01～0.5mm，當(dāng)軋輥直徑減小到一定程度時(shí)，就不能再使用了，但可以采用堆焊辦法修復(fù)以延長(zhǎng)軋輥壽命。
一般情況下軋輥允許重車率用新輥直徑百分比數(shù)表示：板軋機(jī)3～6%
輥身長(zhǎng)度的確定：對(duì)于一般的鋼板軋機(jī)來(lái)講輥身長(zhǎng)度L都由鋼板的最大寬度b決定：
L=b+a （3-2）
式中：a—根據(jù)不同鋼板寬度選取的余量；
b—鋼板最大的寬度。
綜合各項(xiàng)參數(shù)考量之后，選擇輥身長(zhǎng)度為2050mm。
3.2.2 輥頸
在軋鋼生產(chǎn)中，輥頸直徑d 和輥頸長(zhǎng)度 l 與其軸承的型式和工作載荷有關(guān)，輥頸的直徑受軸承徑向尺寸的限制，而且輥頸與輥身的交界面，往往是最薄弱的環(huán)節(jié)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的中厚板軋機(jī)而言一般可選輥頸直徑為0.5倍輥身直徑。
所以，最終選取的輥身直徑為600mm。
3.2.3 輥頭
輥頭的作用是傳遞軋輥扭矩，其參數(shù)根據(jù)各個(gè)形式而不同。
其中輥頭形狀最常見的是梅花形，它主要使用于轉(zhuǎn)速不高、壓下調(diào)整量小的軋鋼機(jī)當(dāng)中。
本文根據(jù)各項(xiàng)情況考量后選擇梅花輥頭。
3.3 軋輥的材料及輥面硬度
軋鋼生產(chǎn)已經(jīng)經(jīng)過多年，經(jīng)驗(yàn)積累也越來(lái)越豐富。各種軋鋼機(jī)軋輥的選材，根據(jù)具體情況，還可以根據(jù)自己設(shè)計(jì)的常見形式的造成損傷的原因選擇合適的材料。
生產(chǎn)板帶材料時(shí)，由于產(chǎn)品精度的不斷提高，軋制的工藝條件越來(lái)越嚴(yán)格。軋輥的質(zhì)量好壞對(duì)板材的質(zhì)量，生產(chǎn)率，作業(yè)率影響非常大。如果有一個(gè)破碎輥，輥面或滾筒表面不耐磨，熱裂紋等問題，就會(huì)使軋輥成本升高并繼續(xù)影響生產(chǎn)。在軋鋼生產(chǎn)中，尤其是在薄板生產(chǎn)，相當(dāng)大比例的費(fèi)用是軋輥產(chǎn)生的。為此，各國(guó)都進(jìn)行了軋輥材質(zhì)，加工和熱處理工藝的研究。
3.3.1 常見的軋輥材料
常見的軋輥材料主要有：鑄鐵軋輥，合金鍛鋼軋輥，合金鑄鋼軋輥和半鋼軋輥。
（1）鑄鐵軋輥
鑄鐵可分為普通鑄鐵，合金鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄鐵軋輥不同硬度是由不同硬度的鑄型得到。其主要種類有半冷硬，冷硬鑄鐵軋輥，和無(wú)限冷硬軋輥。
（2）合金鍛鋼軋輥
按我國(guó)Q/ZB62-73標(biāo)準(zhǔn)，熱軋和冷軋機(jī)軋輥材料有：
熱軋軋輥：55Mn2、55Cr、60 Cr MnMo、 60 Si Memos
冷軋軋輥：9 Cr、9 CrV、9 Cr2W、9 Cr2Mo、60 Cr2MoV、80CrNi3W、8CrMoV
（3）合金鑄鋼
沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并與電渣重熔技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，合金鑄鋼的質(zhì)量
逐漸提高。
（4）半鋼
含碳量1.4%~1.8%，雜質(zhì)含量低，具有共析鋼，成分也添加Ni，Cr，Mo加強(qiáng)基礎(chǔ)組織，它既有鋼的強(qiáng)度和耐熱鑄鐵耐磨性綜合性能的優(yōu)點(diǎn)。
3.3.2 軋輥材料的選擇
（1）初軋和型鋼軋機(jī)的軋輥
這類軋輥經(jīng)常受到?jīng)_擊載荷且受力較大。因此，應(yīng)該要有的強(qiáng)度。但是，輥面的硬度卻又不能過高（HS〈35~40）。所以，主要的材料有40Cr、 50CrNi、 60 CrMoV、 60SiMnMo等。軋制合金鋼適合用含有Cr、Ni、Mo等合金元素的軋輥。軋制普通碳鋼的粗軋機(jī)的機(jī)座上常用含Mn和高碳鑄鋼軋輥。球墨鑄鐵軋輥的低價(jià)格，抗磨損，而且具有高的強(qiáng)度的特點(diǎn)，適用于在橫列式的型鋼軋機(jī)的第二架粗軋機(jī)的機(jī)座上使用。
（2）熱連軋帶鋼軋機(jī)的工作輥與支撐輥
在熱軋帶鋼四輥軋機(jī)中，除了一些粗軋機(jī)的工作輥由于強(qiáng)度和咬入條件有限采用鑄鋼材料外，其它各類軋機(jī)工作輥的工作特點(diǎn)是主軸承的扭矩和壓力，彎曲應(yīng)力較小，轉(zhuǎn)速高，用以確保工件表面質(zhì)量的軋輥表面的要求。因此，工作輥的材料選擇依據(jù)是輥面硬度，故多采用鑄鐵軋輥。
一些工業(yè)企業(yè)使用冷硬鑄鐵（C=3.0～3.5%；Si=0.5～1.87%；Mn=0.4～0.7%；Mo≈0.3%；P≤0.4%；S≤0.11%，輥面硬度58~68）來(lái)制作軋輥；還有些工業(yè)企業(yè)在粗軋生產(chǎn)線中采用半鋼軋輥，以減緩表面糙化過程，然后再布置精軋生產(chǎn)線。然后，在精軋生產(chǎn)線中采用含Ni、Cr較高的高硬度鑄鐵復(fù)合澆鑄以使表面形成無(wú)線冷硬層，這樣來(lái)提高輥面的硬度（HS=75~83）并且也提高了精度。另一些工業(yè)企業(yè)在精軋部分使用硬度層很厚、耐磨、使用壽命長(zhǎng)的高鉻鑄鐵復(fù)合澆鑄軋輥來(lái)提高精軋的軋制精度。
熱連軋帶鋼四輥軋機(jī)的支承輥所受應(yīng)力主要為彎曲應(yīng)力而且其直徑較大?？紤]到這些特點(diǎn)這些輥的材料一般采用9Cr2Mo、9CrV鍛鋼（輥面硬度HS=45～50）來(lái)制造。這些材料中Cr占據(jù)重要作用?？紤]到大直徑系列軋輥的淬透性，所以選擇Cr合金鋼。在國(guó)產(chǎn)的1700mm熱連軋生產(chǎn)線的鑲套支承輥之中，輥套采取8CrMoV或8Mn2MoV鍛鋼制造，輥心采取37SiMn2MoV鍛鋼制造。為了保證輥套的高強(qiáng)度，國(guó)產(chǎn)的輥套常使用C=0.4～0.8%、Ni=2.5～3%、Cr=0.6～2.0%、Mo=0.6%的合金鑄鋼鑄造而成。此外，也有的工業(yè)企業(yè)的棍套是有鑄鋼或鑄鐵制成的。
（3）冷軋帶鋼四輥軋機(jī)的工作輥和支撐輥
冷軋生產(chǎn)機(jī)組四輥軋機(jī)的工作輥、支撐輥所受的壓力打，軋制速度高，且有高質(zhì)量的軋輥表面要求。所以，其對(duì)輥身強(qiáng)度及輥面硬度都有很高的要求。
在中國(guó)，9Cr2W、9CrV鍛鋼等這些材料常用來(lái)鑄造冷軋工作輥。而國(guó)外的軋輥近年來(lái)使用復(fù)合鑄鋼材料制成，這種材料的輥心強(qiáng)度、韌性好并且輥面的硬度高、耐磨。所以，我國(guó)的材料仍需改進(jìn)以跟進(jìn)先進(jìn)制造的腳步。
（4）疊軋薄板軋機(jī)軋輥
疊軋薄板軋機(jī)軋輥工作在400~450℃之間，軋輥的表面比較光滑，軋制的壓力較大。所以，該軋輥的硬度要求較高，多用冷硬球墨鑄鐵澆鑄成軋輥。
參考上述各個(gè)資料并匯總，本文的軋鋼生產(chǎn)線中的軋機(jī)為二輥熱軋機(jī)，由于沒有支承輥導(dǎo)致軋輥需要有足夠的強(qiáng)度和硬度。綜上，本次設(shè)計(jì)采用半鋼作為軋機(jī)軋輥的材料。
圖3-4 輪式離心鑄造機(jī)
1—電機(jī)；2—主動(dòng)軸；3—拖輪；4—鑄型；5—軸承；6—澆口小車
3.4 軋輥的強(qiáng)度驗(yàn)算
軋輥的性質(zhì)決定整個(gè)軋機(jī)的負(fù)荷能力。它屬于消耗性零件，直接承受軋制壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥的傳動(dòng)力矩。他的安全性在軋機(jī)的整體中是最小的。
軋輥需要有足夠的抗彎曲，扭轉(zhuǎn)，接觸應(yīng)力的能力來(lái)保證產(chǎn)品的高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、消耗低。在實(shí)際生產(chǎn)中影響軋輥復(fù)合的因素有許多。所以，本文采用靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，并且將其他影響因素歸入軋輥安全系數(shù)中。
在計(jì)算中，對(duì)軋輥計(jì)算彎曲應(yīng)力，對(duì)傳動(dòng)端輥頭計(jì)算扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，對(duì)輥頸計(jì)算彎曲應(yīng)力和扭矩強(qiáng)度。下圖為軋輥受力的簡(jiǎn)圖：
圖3-5 軋輥的受力簡(jiǎn)圖
3.4.1 軋輥強(qiáng)度的計(jì)算方法
（1）輥身的強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)于鋼板軋機(jī)而言。在平輥軋制條件下，設(shè)軋制壓力沿軋制寬度均勻分布，支反力左右相等各位P/2，并作用在壓下螺絲中心線位置上。鋼板軋輥輥身危險(xiǎn)斷面位于輥身中間。
則此斷面的彎曲應(yīng)力為：
MD=P（a/4-b/8） (3-3)
式中：P——作用在軋輥上的軋制力（kg）；
a—壓下螺絲間的中心距離（cm）；
b—鋼板厚度（cm）。
（2）輥頸的強(qiáng)度計(jì)算
輥頸斷面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分別為：
（3-4）
（3-5）
式中：d—輥頸直徑；
、：輥頸危險(xiǎn)斷面處的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。
鋼板軋鋼機(jī)的輥頸彎矩為：
=P/2×c= P1 （3-6）
式中：c—輥身邊緣至壓下螺絲中心線的距離，可近似取c=0.5。
（3）輥頭
軋輥的的傳動(dòng)端輥頭只受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，輥頭是屬于非圓截面扭轉(zhuǎn)問題，使用彈性力學(xué)有薄膜理論方法求解。
本次設(shè)計(jì)選用的是最大的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力產(chǎn)生在槽底上的梅花形輥頭，對(duì)于一般的梅花型輥頭來(lái)說，它的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
（3-7）
式中：—花輥頭外徑；
—梅花輥頭槽底直徑。
3.4.2 軋輥的安全系數(shù)
設(shè)計(jì)部件時(shí)，采用靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)由于忽略了其他情況所以需要引入材料強(qiáng)度極限來(lái)對(duì)軋輥進(jìn)行安全系數(shù)校核。安全系數(shù)n：
（3-8）
在實(shí)際生產(chǎn)中，精確計(jì)算軋輥實(shí)際負(fù)荷是困難的。原因是軋鋼生產(chǎn)工藝對(duì)軋輥負(fù)荷影響因素較多，波動(dòng)較大，還有沖擊動(dòng)負(fù)載、疲勞、溫度等因素影響。所以，采用靜浮載計(jì)算軋輥強(qiáng)度是經(jīng)過簡(jiǎn)化的一般方法。這種計(jì)算方法已經(jīng)經(jīng)過了生產(chǎn)實(shí)踐的證實(shí)，大家一般公認(rèn)的安全系數(shù)為n=5是足夠的。
表3-1 各種軋輥材料許用應(yīng)力值
材料名稱
極限強(qiáng)度（kg/mm2）
許用應(yīng)力（kg/mm2）
合金鍛鋼
碳素鍛鋼
碳素鑄鐵
球墨鑄鐵
合金鑄鐵
鑄鐵
70～120
60～70
50～60
50～60
40～45
35～40
14～24
12～14
10～12
10～12
8～9
7～8
圖3-6 型鋼軋輥的受力圖
圖3-7 四輥軋機(jī)受力分析圖
a—工作輥驅(qū)動(dòng)；b—支承輥驅(qū)動(dòng)
3.4.3 軋輥斷裂形式
保證工廠正常生產(chǎn)的重要部件為軋輥。所以，除了正常磨損期進(jìn)行更換外，消滅斷輥事故也是非常重要的。
軋輥的斷裂原因有兩類：第一類為軋輥材質(zhì)或制造質(zhì)量等內(nèi)在原因造成;第二類是由工藝條件和使用情況等外在原因?qū)е隆Ｓ捎谥圃烊毕莼蜍堓伈馁|(zhì)造成的斷裂，一般在斷口處可檢查出，如沙眼、夾雜、裂紋、沙眼等。
在實(shí)際生產(chǎn)中，曾經(jīng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)軸或軋輥突然斷裂的事故。經(jīng)過專業(yè)的研究后發(fā)現(xiàn)，這種事故的原因是傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象有關(guān)。它可使應(yīng)力負(fù)荷增加數(shù)倍，并且扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力也會(huì)引起零件的疲勞破壞。由于目前高速度、大功率、多電樞電機(jī)傳動(dòng)為發(fā)展趨勢(shì)，這將會(huì)導(dǎo)致這一現(xiàn)象日益嚴(yán)重。解決這種現(xiàn)象需要提高部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
圖3-8 軋輥斷裂形式圖
3.4.4 軋輥撓度的計(jì)算
在工業(yè)生產(chǎn)中，需要計(jì)算軋輥輥身中間的總撓度與邊緣和輥身中間饒度差值來(lái)確定軋機(jī)的剛度。以此來(lái)確保軋出的鋼板厚度均勻。
由于軋輥支點(diǎn)與軋輥直徑距離比值較大，所以計(jì)算軋輥的撓度量需要考慮到切應(yīng)力的影響。故，軋輥中間得總撓度為：
f=f1+f2 （3-9）
式中：f1—彎曲應(yīng)力引起的撓度量
f2—剪切應(yīng)力引起的撓度量
由卡氏定理：
.（3-10）
（3-11）
式中：U1—系統(tǒng)中僅彎曲力矩作用的變形能
U2—系統(tǒng)中由于切力作用的變形能
R—在計(jì)算撓度位置所作用的外力
與—在任意截面上的彎矩和切力
E與G—性摸量和剪切摸量
I與F—斷面慣性矩和斷面面積
輥身中間總撓度：
f= （3-12）
綜上并經(jīng)過計(jì)算，此軋輥合格。
第4章 軋輥軸承的設(shè)計(jì)
4.1 軸承的概況
軸承的大類有兩種，即滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。其中，滾動(dòng)軸承的功率消耗少，摩擦阻力小，啟動(dòng)容易而且大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以它是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。本次設(shè)計(jì)中，除了要使設(shè)計(jì)的部件的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求而且要使設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性最好。
滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等四部分組成。其中各項(xiàng)部件的主要作用為：內(nèi)圈用來(lái)和軸頸裝配：外圈用來(lái)和軸承座孔裝配 。通常情況是內(nèi)圈會(huì)隨著軸頸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，外圈固定不動(dòng)。但是，有些情況下也可以內(nèi)圈不動(dòng)而外圈動(dòng)。
滾動(dòng)體是在內(nèi)圈的滾道間滾動(dòng)。常用的滾動(dòng)體有球，圓柱滾子，球面棍子，圓錐棍子，滾針，球面棍子等幾種。軸承內(nèi)外圈的滾道的作用是限制滾動(dòng)體沿軸向的位移。
保持架的主要作用是均勻的隔開滾動(dòng)體。并且阻止相鄰滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因?yàn)榻佑|處產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)速度而導(dǎo)致的磨損。
滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈和滾動(dòng)體一般使用高碳鉻軸承鋼（GCr15）或滲碳軸承鋼（G20CrNi4A）制造的，經(jīng)過熱處理之后硬度一般不低于60HRC。并且經(jīng)過150℃的回火處理，所以元件硬度在工作溫度不超過120℃時(shí)不會(huì)下降。
綜上，本文使用滾動(dòng)軸承作為軋輥軸承與壓下裝置軸承。
4.2 軋輥軸承的選擇
軋輥軸承用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，而且要保持軋輥在機(jī)架中正確的位置。這就導(dǎo)致軋輥軸承應(yīng)具有較小的摩擦系數(shù)，壽命長(zhǎng)，足夠的強(qiáng)度和剛度，而且還要便于換輥。
本次設(shè)計(jì)選擇深溝球軸承作為軋輥軸承，型號(hào)為60/600.軸承內(nèi)徑為600mm外徑870mm，軸承寬度為118mm。
選擇軸承之后，需要對(duì)軸承進(jìn)行校核。軸承的強(qiáng)度的校驗(yàn)檢測(cè)軸承是否達(dá)到額定的要求。
軸承壽命計(jì)算公式為：
（4-1）
n= （4-2）
（4-3）
式中：Lh—軸承額定壽命（h）
n—軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）
p—當(dāng)量動(dòng)載荷（kg）
c—軸承額定動(dòng)載荷
v—線速度
R—軋輥半徑
Fa—軸向載荷
Fr—徑向載荷
X—徑向動(dòng)載荷系數(shù)
Y—軸向動(dòng)載荷系數(shù)
—指數(shù)，對(duì)于球軸承為3，對(duì)于滾子軸承為 。
對(duì)軋輥軸承計(jì)算：
=3600h
所以，此軸承滿足設(shè)計(jì)要求。
第5章 壓下裝置的選擇
5.1 壓下裝置簡(jiǎn)介
壓下裝置主要用來(lái)調(diào)整換輥機(jī)構(gòu)在機(jī)架中的位置。用來(lái)保證獲得所需要的壓下量、形狀和正常的軋制條件、精確的軋件尺寸。其主要作用有：
（1）調(diào)整工作輥軸線之間的距離，以保證正確的輥縫，給定所需的壓下量；
（2）調(diào)整工作輥高度，保證軋制線高度一致；
（3）調(diào)整工作輥的平行度；
（4）軸向調(diào)整與固定，帶孔型的初軋機(jī)、型鋼軋機(jī)：對(duì)正孔槽；板帶軋機(jī)：板型控制，如HC、CVC軋機(jī)等。
（5）板帶軋機(jī)上的軸向調(diào)整，保證輥型和板型；
（6）換輥和事故處理操作
5.2 壓下裝置的分類
壓下裝置的分類有許多種：例如：按軋輥調(diào)整移動(dòng)方向可分為軸向調(diào)整裝置和徑向調(diào)整裝置；按軋機(jī)類型及工藝要求可分為一般軋機(jī)壓下裝置和特種軋機(jī)壓下裝置：按驅(qū)動(dòng)方式可分為手動(dòng)壓下裝置、電動(dòng)壓下裝置、液壓壓下裝置。
（1）手動(dòng)壓下裝置
手動(dòng)壓下裝置主要用在不經(jīng)常調(diào)整輥縫的型鋼軋機(jī)和線材軋機(jī)上也用于小型熱軋或冷軋鋼板和帶鋼軋機(jī)上。
它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是壓下速度和壓下能力較小，體力勞動(dòng)繁重壓下速度和壓下能力較小。
（2）電動(dòng)壓下裝置
電動(dòng)壓下裝置是目前最常用的壓下裝置。它的原理是電動(dòng)機(jī)通過渦輪減速箱或圓柱齒輪減速箱（有時(shí)也用行星輪減速箱）來(lái)傳遞傳遞運(yùn)動(dòng)并最終實(shí)現(xiàn)壓下功能。它的用途十分廣泛幾乎可以用于所有軋機(jī)上，如：它可以用于所有的軋機(jī)上，如初軋機(jī)、板坯軋機(jī)、厚板、薄板及熱、冷板帶軋機(jī)。
電動(dòng)壓下裝置的優(yōu)點(diǎn)是可移動(dòng)較大的數(shù)值，達(dá)到較高的速度和加速度，壓下能力也較大。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。
（3）液壓壓下裝置
隨著目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼材的軋制速度逐漸提高，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的精度要求也日益嚴(yán)格。由于電動(dòng)壓下裝置傳動(dòng)效率低、運(yùn)動(dòng)部分慣量大、反應(yīng)速度慢、調(diào)整精度低等缺點(diǎn)，已不能滿足目前的工藝要求。所以，近年來(lái)在高速精鋼軋機(jī)上已經(jīng)開始采用液壓壓下裝置?，F(xiàn)在，新建的冷連軋機(jī)組幾乎全部采用液壓壓下裝置，熱帶鋼連軋機(jī)的精軋機(jī)組的最后一架也往往使用液壓壓下裝置。
液壓壓下裝置的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整精度高，過載保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠，采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，快速性好。他的缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，對(duì)操作維護(hù)的要求高，對(duì)故障的分析、排除較困難。對(duì)檢測(cè)元件、液壓元件要求制造精度高。液壓系統(tǒng)對(duì)油的臟污也很敏感。
5.3 壓下裝置的選擇與設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線為初軋生產(chǎn)線，其軋機(jī)為初軋機(jī)。對(duì)精度要求不高，需要控制成本。所以，本文采用電動(dòng)壓下裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5.3.1 電動(dòng)壓下裝置的形式
本次設(shè)計(jì)中的軋機(jī)為立式軋機(jī)，所以壓下裝置需要使用立式壓下裝置。立式壓下裝置中，使用圓柱齒輪傳動(dòng)可以使傳動(dòng)效率高，零件的壽命長(zhǎng)，并且節(jié)約了有色金屬。所以本次設(shè)計(jì)采用圓柱齒輪電動(dòng)壓下裝置
圖5-1 立式電動(dòng)機(jī)圓柱齒輪壓下裝置原理圖
1—立式電動(dòng)機(jī)；2—制動(dòng)器；3—平衡液壓缸；4—圓柱齒輪機(jī)構(gòu)；5—壓下螺絲；6—壓下螺母
5.3.2 壓下裝置參數(shù)
壓下電機(jī)功率：110kw；
壓下電機(jī)轉(zhuǎn)速：0—1020r/min S3—30%ED；
壓下速度：20mm/s；
壓下螺絲直徑：500mm；
壓下螺絲螺距：30mm。
本此設(shè)計(jì)的壓下裝置如下圖：
-
圖5-2 壓下裝置
5.3.3 壓下裝置齒輪軸承的選擇
由于壓下裝置為立式壓下裝置，所以齒輪軸同時(shí)受徑向力和軸向力。因此，本次設(shè)計(jì)采用角接觸球軸承作為所選軸承。
軸承型號(hào)：
QJ1060M
內(nèi)徑：300mm；
外徑：460mm；
寬度：74mm。
Cr=630kn
脂潤(rùn)滑轉(zhuǎn)速：700r/min；
油潤(rùn)滑轉(zhuǎn)速：950r/min；
重量：27.5kg。
5.3.4 軸承校核
采用第四章所述的方法對(duì)軸承壽命進(jìn)行校核：
Lh=1334h
該軸承可以實(shí)施更換，所以該軸承壽命合格。
第6章 結(jié)論
在現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)線中，其發(fā)展的趨勢(shì)是趨于連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化。這樣發(fā)展使得產(chǎn)品的質(zhì)量高,原料消耗低?，F(xiàn)在，世界上的軋鋼生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)、研究和建設(shè)方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋生產(chǎn)線、厚板軋生產(chǎn)線、高速線材軋生產(chǎn)線、H型材軋生產(chǎn)線和連軋管生產(chǎn)線等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋制生產(chǎn)線、全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)、5500毫米寬厚板軋鋼生產(chǎn)線和連續(xù)式 H型鋼軋鋼生產(chǎn)線等一系列先進(jìn)的生產(chǎn)線。目前，生產(chǎn)線用的原料的重量增大，而且采用液壓 AGC、板形控制、電子計(jì)算機(jī)程序控制等手段并且測(cè)試控制手段越來(lái)越完善，軋制品種不斷擴(kuò)大。
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)有了一定的了解，經(jīng)過整理分析后確定了合理的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)側(cè)重于軋鋼機(jī)部分，在選擇設(shè)計(jì)重要零部件時(shí)，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了校核。
（1）對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的工作原理進(jìn)行闡述，正確地選擇各項(xiàng)參數(shù)，用來(lái)提高所設(shè)計(jì)的軋鋼生產(chǎn)線的工作能力。
（2）設(shè)計(jì)了換輥機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)線的快速換輥，以此優(yōu)化軋鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。將軋輥整合于換輥機(jī)構(gòu)中并用軌道實(shí)現(xiàn)換輥機(jī)構(gòu)的進(jìn)入與放出，便于軋輥的快速調(diào)整和拆裝。以此實(shí)現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)線的模塊化，便于安裝和日后的維修。
（3）對(duì)壓下裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，用來(lái)將換輥機(jī)構(gòu)更好的固定在軋機(jī)機(jī)架上并可以調(diào)整輥縫。其工作原理為電動(dòng)圓柱齒輪式，該裝置技術(shù)成熟，而且本生產(chǎn)線為粗軋生產(chǎn)線，所以其精度也可達(dá)到要求。而且電動(dòng)圓柱齒輪式壓下裝置成本較低，壽命可靠，易于維護(hù)，較好的符合本設(shè)計(jì)的理念。
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
在王老師的帶領(lǐng)與指導(dǎo)下，緊張而短暫的畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束了。通過這次的設(shè)計(jì)我我學(xué)到了很多，就我個(gè)人而言我有三點(diǎn)體會(huì)：
一：在設(shè)計(jì)當(dāng)中要認(rèn)真考慮絕不能草率
在這次設(shè)計(jì)中，我想趁趁這次的機(jī)會(huì)為以后的實(shí)際工作做準(zhǔn)備。開始設(shè)計(jì)前面部分是很認(rèn)真，后來(lái)漸漸心態(tài)比較急躁了，設(shè)計(jì)時(shí)遇到小問題的計(jì)算時(shí)很不放在心上。后來(lái)在王老師的認(rèn)真指導(dǎo)下，我重新查閱了相關(guān)書籍，最終成功完成了設(shè)計(jì)。所以我學(xué)到了做事要認(rèn)真，不要急躁不耐心。
二：設(shè)計(jì)時(shí)要綜合分析
在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)設(shè)計(jì)零件是合格，是否容易生產(chǎn)，在非用不可的情況下考慮是否容易制造；零件是專用的還是通用的，在組裝配合時(shí)，是否影響機(jī)械精度，必須設(shè)計(jì)合理。所以設(shè)計(jì)是要考慮周密。
三：在設(shè)計(jì)中要取長(zhǎng)補(bǔ)短發(fā)揮集體合作
這次設(shè)計(jì)老師給予了我莫大的指導(dǎo)，鍛煉了我的設(shè)計(jì)能力?，F(xiàn)在社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)激烈，在企業(yè)單位都講究集體合作，所以老師教育我們不懂就查閱資料，再不懂就多問同學(xué)問老師，學(xué)會(huì)依靠集體發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。所以我們要相互幫助，團(tuán)結(jié)緊密。
最后我要衷心感謝我們的王老師，對(duì)她的親切指導(dǎo)表示感謝。
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