1400平整机设计

1、第 41 页辽宁科技大学本科生毕业设计论文1400平整机设计摘要 现代工业技术和生产工序自动化的迅速发展，对冷轧带钢的数量和质量的要求越来越高。冷轧带钢平整是带钢生产的一个重要环节，这也促使冷轧生产技术、装备技术和控制技术向更高的方向发展。而冷轧带钢平整作为冷轧精整生产过程中的一个重要工序，对产品质量的保证有着十分重要的作用。为了适应冷轧生产高速化、连续化、自动化的发展需要，不断提高产品质量和性能，每个钢铁企业都引进先进的平整设备。论本文阐述了1400平整机组的装机水平及特点，机组的机械设备组成，着重介绍了机组的主传动系统的设计及其主要零部件的强度校核，为平整机能更好地满足平整精度要求提供了设

2、备支持。机组设备在满足先进性、实用性的同时，考虑经济性，从研发制造以及设备维护角度考虑所需的费用支出，并且从环保角度考虑其是否适合环保节能生产，是否符合相关规定。关键词：带钢；平整机；冷轧Design for 1400 Temper Rolling MillAbstract As the modem industrial technology and the automation of production processes are developing rapidly，the request to quantity and quality of coldrolled strip is ge

3、tting higher and higherThis also contributes to the coldrolled production technology，equipment and technology and control technology to a higher directionCold-rolled strip temper as an important finishing process take an important role in ensuring the quality of products，It is a key to provide users

4、 satisfactory productsIts continuity and automation has been widespread concernIn order to adapt to the cold rolling production high speed，continuous，the automated development need，improved the product quality and the performance unceasingly，cold rolling pickled under the normal temperature conditio

5、nTemper Can enhance the strip mechanical property，improve the shape of plate，adjust the strip surface roughness and obtain the coil that meeting the requirementsKey words:strip steel;temper Rolling Mill;cold rolling目录1 绪论11.1选题背景及目的11.1.1选题背景11.1.2选题的目的与意义11.2国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果21.2.1国内研究成果21.2.2国外

6、研究成果31.3.课题的研究内容及方法31.3.1课题的研究内容31.3.2课题的研究方法42 平整机总体方案的确定52.1机座形式52.2主传动机构52.3压下机构72.4工作辊辊系82.4.1工作辊选择82.4.2工作辊轴承选择82.5支承辊辊系92.5.1支承辊选择93 力能参数计算113.1选取轧辊的参数规格113.2轧制力计算113.2.1力能参数113.2.2对工作辊受力分析143.3.1计算电机功率153.3.2电机选择163.4电机校核163.4.1主电机上的力矩163.4.2电机过载校核164 主要零件的设计及校核184.1轧辊的设计校核184.1.1工作辊轴头校核184.1

7、.2对支承辊进行弯曲校核194.1.4对工作辊与支承辊接触面进行接触应力校核214.2 轧辊轴承的选用与寿命计算234.2.1轴承的选择234.2.2轴承的寿命计算234.3机架设计校核254.3.1机架的结构尺寸254.3.2机架强度计算284.4万向接轴校核315 润滑方式的选择 315.1干油及稀油润滑325.2油气润滑336 经济可行性分析356.1设备完好率与利用率356.2预备役龄356.3设备经济寿命的确定376.4机械购置成本38结 论39致 谢40参考文献411 绪论1.1选题背景及目的1.1.1选题背景冷轧带钢生产的发展，不仅取决于轧钢主要设备(轧钢机)工作速度的提高和轧制

8、周期的缩短，也在很大程度上取决于轧钢辅助设备的不断改善和改进。轧钢辅助设备在现代轧钢生产中起着很重要的作用。其机械化和自动化程度以及生产能力的高低，直接影响着轧钢生产现代化的发展和生产率的提高。由于冷轧后的带钢产生加工硬化, 无法满足当今高质量汽车及家电外壳美观设计的要求，故必须对带钢进行退火，平整方能满足要求，因此开发设计冷轧带钢平整机组是非常必要的, 它作为冷轧机组的后续处理作业线, 可以极大地提高产品的附加值, 该机组在钢铁行业中占有非常重要的地位 。 经过再结晶退火的冷轧带钢需要进行平整，以获得交货状态需要的各种性能。从压下变形看，平整的实质是一种小压下率（0.5%4% ）的二次冷轧变

9、形。平整作为冷轧带钢生产的重要工序，主要目的是：消除退火带钢的屈服平台，防止在冲压加工时产生滑移线，调制好带钢的力学性能；改善带钢的平直度，得到较为平坦的带钢；通过对平整机工作辊表面的毛化处理，使带钢表面呈现不同粗糙度的表面结构，以得到镜面钢板或深冲用途的钢板。目前作为冷轧带钢先进生产工艺的连续退火机组，其实质就是把传统的退火工艺和平整处理工艺结合在一起的连续式生产工艺。选择合理的平整机机组与连退炉相结合，是连续退火机组高效率、高质量、 低成本、低消耗生产的关键。1.1.2选题的目的与意义在冷轧带钢的生产过程中，平整是十分重要而且必不可少的工艺环节之一，对于保证带的钢质量有着非常重要的作用。

10、1、 经过再结晶退火的带钢，其拉伸曲线上的屈服平台是可以直接影响再加工工序和加工质量的重要因素。如果在平整机上对带钢施加很微小的变形，便可消除这一现象。其效果可保持26个月，甚至在更长的时间内也不会再次出现。 2、通过平整机组上的弯辊装置、轧辊压下的单侧调整和轧辊凸度的设置，经过平整就可减轻或消除原料的板形不良现象，为后续加工的工序创造出良好的条件。 3、通过使用毛化处理的工作辊，可在带钢表面生成各种符合再加工工序要求的表面粗糙度。 4、通过适当控制延伸率，可对带钢机械性能起到有限的调控作用。 5、通过平整这道工序可减轻或消除连轧机由于轧辊原因造成的轻微辊印。还可以通过调整张力或速度的方式来消

11、除或减轻原料粘结对表面质量产生的影响。图1.1 带钢平整前后的应力应变曲线1.2国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果1.2.1国内研究成果从国内看，国内平整机厂家中一重，二重是很好的生产商。中国第一重型机械集团公司为鞍山股份公司设计制造的国内首台冷轧机1780平整机在中国一重的重型装备制造厂装配现场实现全面告捷，这填补了国内成套冷轧机制造长久以来的空白。该平整机每分钟的运转速度可达到1450转，好比“印钞机”一般，所以对设备制造的精度和质量的要求都很高。而这套设备在生产中也完全满足了生产要求，为企业带来了巨大的经济效益。中国二重在平整机领域也取得很好的成绩，印度JSL公司的1750mm不锈

12、钢平整机组总包合同“花落”第二重型。该合同的成功签订，标志着中国二重在不锈钢冷轧带钢的平整领域取得了重大突破，产品以及技术得到国外用户的认可。这是二重自主设计研发的第一条不锈钢冷轧带钢平整机组，总制造周期为11个月。由二重负责机械及流体设备的设计研发与供货，由宝钢工程技术集团有限公司负责这条机组生产工艺和电气控制系统设计供货。近几年我国的几大钢铁公司接连引进数条冷轧带钢生产线， 对高质量的冷轧产品来说， 光亮平整与张力平整是必要的工序，因此，适合各公司产品的各种型式的平整机得到了广泛应用, 宝钢1420冷轧生产线在连续退火机组的出口段串列式地设置了两架六辊HC 平整机，宝钢三期工程1550冷连

13、轧机组从日本引进了一套 1550CAL VC辊平整机，攀钢冷轧厂平整过程采用的是单机架四辊平整机。八钢冷轧近来从韩国引进原产于日本的二手设备，是单机架四辊平整机，这套设备电气自动化控制系统部分是由意大利DANIELI公司依据现有设备配套提供。其产品定位主要是建筑类和轻工类普通平整钢卷,到目前为止已经开发出了DC系列的汽车板。1.2.2国外研究成果从国际上看，日本三菱重工（Mitsubishi Heavy Industries）、奥地利西门子-奥钢联（SIEMENS-VAI）、德国西马克（SMS）、意大利达涅利（DANIELI）等企业无疑是冶金设备中的佼佼者。窗体顶端奥地利奥钢联在平整技术领域取

14、得了新的进展，采用Smatrcrown平直度控制系统的2机架轻摩擦平整机无需带钢润滑即可达到要求的平直度、伸长率以及表面粗糙度综合性能。不同的机架可分别为带钢施加伸长率和表面粗糙度，模型优化机架的设定。德国西马克公司的1780平整机组，是单机架四辊平整机，机架前方装配有一对大直径的张力辊，机架后则是一个导向辊。电气和传动供货商为ABB公司，电气装备采用了ABB公司基础自动化控制系统，其中恒延伸率控制系统是国际上最先进和成熟的技术之一。 日本三菱公司是设计制造冷轧钢带平整机的主要厂家之一,其产品型式有单机架的,也有两机架的;在单机架平整机既中有二辊式的,也有四辊式的,三菱公司的平整机采用了AGC

15、系统，该系统目前在全世界处于领先水平。此外，同为日本重工企业的住友重工在平整机设计制造领域有着丰富经验及成果。1.3.课题的研究内容及方法1.3.1课题的研究内容 主要设计研究机座形式、主传动机构组成和作用、压下机构组成和作用、轧辊的结构特点及轴承形式等。主传动机构包括主电机、接轴及接轴托架，经过对比确定需要哪种形式的设备。压下机构形式有手动，电动，液压压下，比较并选择出适合的压下形式。确定平整机参数，包括辊身长度、辊径等。 平整机主传动系统力能参数的计算包括轧制力、轧制力矩和主电机功率的计算，根据轧机的工作特点选择电机并进行校核。 主要零件设计并进行强度校核，其中包括机架、轧辊、接轴、轴承等

16、。 润滑方式的选择，对于大型机械而言，润滑十分重要，本课题在设计平整机之后要确定平整机润滑方式。 进行经济可行性分析，综合考虑该平整机在设计制造以及维护过程中所需要的各项费用，分析其是否适合，如果不适合，需要做出适当修改。 最后计算机绘图，将设计结果画出来，包括零件图以及总装配图。1.3.2课题的研究方法重点进行平整机的主传动设计，首先根据有关资料确定总体设计方案，综合考虑生产要求与设计可行性，然后依照给定的设计参数，参考轧机设计理论进行平整机力能参数的计算并选择电机容量以及所需的各部件种类型号。对平整机压下装置进行设计，确定何种压下形式。确定轧辊技术参数并且选择适当的轴承。然后按照机械设计理

17、论对主要零件进行强度校核。2 平整机总体方案的确定2.1机座形式 带钢平整机主要有双机架四辊平整机，单机架四辊平整机和单机架二辊平整机几种形式。四辊双机架平整机主要用来对镀锡板和薄带钢进行平整并兼用于二次冷轧，其缺点是：1)机架间的延伸和平整速度不易调整，生产操作较难掌握；2)设备投资较大。单机架二辊可逆式平整机主要用于不锈钢带的平整。其缺点是难实现张力控制，对平整质量有影响。单机架四辊平整机是国内普遍应用的平整机。其平整品种范围广，平整张力、延伸率和速度等容易控制，能很好地满足平整质量要求。通过对以上几种形式平整机的比较，我们选择单机架四辊平整机作为平整机组的核心设备。1.机架装配 2. 工

18、作辊辊系 3.支承辊辊系 4.液压压下装置 5.斜楔调整装置 6.轧辊平衡及弯辊装置 7.平整机底板图2.1 1400平整机机架2.2主传动机构 平整机主传动包括主电机、接轴及接轴托架，主电机通过接轴与平整机下工作辊连接。主电机通过接轴直接传动轧辊，减少了传动系统的飞轮力矩和损耗，缩短了启动和制动时间，提高了生产率。 平整机的工作制度为带张力的工作制度，采用这种工作制度，轧件不仅承受轧辊所施加的轧制力，而且承受卷曲机和开卷机所施加的前、后张力，处于易塑性变形的良好应力状态，使平整条件大大改善，易于平整出平直的带材。 关于平整机电机选择，主要考虑选用直流还是交流，低速还是高速。和交流电机相比，直

19、流电机具有以下优势：1、 传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，范围i=2-28800。2、直流减速电机结构紧凑，体积小，造型美观，承受过载能力强。3、能耗低，性能优越。4、通用性强，是用维护方便，维护成本低，特别是生产线，只需备用内部几个传动件即可保证整线正常生产的维修保养。 1. 电机 2. 联轴器 3. 接轴托架 4. 万向接轴 5. 工作辊 6. 轴承图2.2 1400平整机传动简图在电机转速上，主要有高速电机和低速电机两种，与高速电机相比低速电机具有以下优势：1、 体积小、重量轻，无需再配减速装置，可以大大节省空间，与各类机械设备配套更方便，有效减轻整体设备重量。 2、输出扭矩大，

20、功率损失小，输出扭矩远大于普通电机输出扭矩。 3、超载能力强、运转平稳、噪音低、传动精度高。 4、效率高，节省能源。 5、降低成本、提高经济效益。 根据以上分析，从价格，环保，性能等方面考虑，1400平整机选取直流低速电机。接轴托架安装于平整机机架上，夹紧部分在液压缸带动下夹紧或松开。换辊操作中，工作辊被拉出后，由接轴托架锁住万向接轴。平整机正常轧制中，锁紧液压缸处于缩回位置，不允许动作。2.3压下机构板带轧机的轧辊压下装置按传动形式主要有手动、电动和液压几种。手动压下装置只在某些小轧机上使用。在大型板带轧机上，广泛使用电动和液压压下装置。电动压下装置适用于板坯轧机、中厚板轧机等要求辊缝调整范

21、围大，压下速度快的情况，或是带材冷轧机、平整机等调整精度高，压下速度低的设备。电动压下装置主要由压下螺丝和螺母及其传动机构等组成。采用电动压下装置当作用在压下螺丝上的力超过某一调定数值时，压下电动机将停止工作，此时压下螺丝将在轧制力作用下楔紧，用压下电机已不能把它松开，这就造成了卡钢事故或轧辊压靠事故。为处理这种事故，电动压下装置还需设置压下螺丝回松装置。电动压下装置机械结构复杂，其最大的缺点之一是运动部分的惯性大因而在辊缝调整过程中反应慢精度低。对现代化的高速度、高精度轧制已不适应。提高压下装置的响应速度的主要途径是减少其惯性，而用液压控制可以收到这样的效果。液压压下装置大大提高了平整机轧辊

22、辊缝的调节速度和精度，促使了轧制速度的大幅度提高和轧材质量的明显改善。液压压下装置的采用，是轧机发展史上的一个重要“飞跃”。液压压下的主要特点是：1)快速响应性好，调整精度高，液压压下装置有很高的辊缝调整速度和加速度，尤其是有很大的加速度潜在能力。动态特性的大幅度提高，使得产品的精度提高，质量更有保证，缩短了加速减速阶段带钢头尾的超差长度，节约了金属及能源，提高了产品的合格率；2)过载保护简单、可靠。液压系统可以有效地防止轧机过负荷，保护轧辊和轴承免遭损失。当事故停车时，可迅速排出液压缸的压力油，加大辊缝，避免轧辊被刮伤；3)采用液压压下可以根据需要改变平整机的当量刚度，实现对平整机从“恒辊缝

23、”到“恒压力”的控制，以适应各种平整及操作情况；4)液压压下装置采用标准液压元件，简化了机械结构；5)较机械传动效率高；6)便于快速换辊，提高平整机作业率。综合以上分析，1400平整机选用液压压下装置。 图2.3 液压压下图2.4工作辊辊系2.4.1工作辊选择1400平整机工作辊系由上下两个工作辊，工作辊轴承等组成，工作辊是直接承受带钢变形的工具，在轧制时要承受轧制力和轧制扭矩，轧辊质量的好坏对板带材质量、平整机生产率和作业率的影响很大，因此对工作辊的强度、硬度、韧性、耐磨性和表面粗糙度等都有很高的要求。尽管冷轧工作辊的硬度要求很高，但却不使用铸铁轧辊，这是因为当辊径确定以后，可能轧出的轧件最

24、小厚度值和弹性模数E值成反比。即轧辊材料的弹性模数愈大，可能轧出的轧件厚度愈小。铸铁的E值只是钢的一半，为此，在冷轧带钢时，使用铸铁轧辊是不利的。根据上面分析，1400平整机工作辊材料选用特殊合金锻钢9Cr2W。2.4.2工作辊轴承选择轧辊轴承是辊系中非常重要的部件，和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下特点：1)工作负荷大。由于轧辊的辊身直径应保证强度，而轴承座外形尺寸不应大于辊身最小直径，辊颈长度又较短，所以辊颈上所承受的单位载荷大。通常轧辊轴承所承受的单位压力，比一般用途的轴承高24倍。2)运转速度快。3)工作环境恶劣。滚动轴承具有摩擦系数小，精度高，运转安全，维护简单，产品易于系列化，能

25、成批生产等优点。双列向心球面辊子轴承既可承受径向负荷，也可承受轴向负荷，多用于小型带材冷轧机支撑辊以及小型线材轧机轧辊。四列圆锥滚子轴承可承受径向负荷和轴向负荷。可用于四辊轧机或平整机的工作辊。四列圆柱滚子轴承摩擦损混耗少，轴承径向尺寸较小。当采用这类轴承时，能加大轧辊辊径尺寸。轴承承载能力高，能适应的工作转速高。但它不能承受轴向负荷，必须增设单独的止推轴承，这使轴承部件的结构复杂了。而1400平整机的工作辊轴承座需安装平衡和弯辊装置，不适合采用此类轴承。基于对以上轧辊轴承特点的分析，1400平整机工作辊轴承选用了四列圆锥辊子轴承，这种轴承刚性大，摩擦系数小，能较好地满足耐压、耐冲击、防水和防

26、尘等工作环境的要求。根据上述分析，设计出工作辊辊系，图2.4 工作辊辊系2.5支承辊辊系2.5.1支承辊选择支承辊为工作辊提供刚性支承，防止工作辊在轧制力作用下发生挠曲变形，故要求支承辊具有足够的刚性。多以1400平整机支承辊选用材料为9Cr2Mo的合金锻钢。通过上述对轧辊轴承的分析，支撑辊轴承我们同样选用了四列圆锥滚子轴承。此类轴承属轧钢机专用轴承，其径向尺寸小，承载能力大，允许转速高，抗冲击性能好，非常适合平整机使用。 根据上述分析，设计出支承辊辊系图2.5 支承辊辊系窗体底端 3 力能参数计算3.1选取轧辊的参数规格 1）选取轧辊辊身长度L 式中根据选取则 2）确定轧辊直径D 因为平整机

27、类似于冷轧板带轧机，由文献1,表3-3得 则 则 有因为所以选取 3).辊颈直径 工作辊 支承辊 3.2轧制力计算3.2.1力能参数1400平整机用于冷轧带钢的平整，力能参数可以根据斯通公式计算得出。表3.1 1400平整机数据类型1400平整机 工作辊尺寸5001400mm 支承辊尺寸13001400mm 进料厚度（）1.0mm 变形程度（）9% 板带宽度（）530mm 钢板材料08F 轧制前张应力 轧制后张应力 轧制速度（）3.5m/s1)初始压下量：出料厚度：2)材料变形阻力：式中：材料变形阻力、轧制前后材料变形阻力由文献1,图2-12a查出， 3) 求轧制压力：考虑加工硬化时： ； 。

28、 即 m轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数， 4)求系数： 轧件与轧辊间的摩擦系数，根据变形程度9%，本设计为湿润滑取=0.05.接触弧水平投影长度 R轧辊半径 压下量 钢板轧制前后平均厚度 5）求系数： 6）求系数：X经过查文献1,图2-25，由Z=0.0616，Y=0.0626得X=0.30则 3.2.2对工作辊受力分析1） 画出力的示意图如下： 图3.1 力的示意图2）由平衡条件可以得出，的大小为： 、：轧前后张力大小， 则，m滚动摩擦力臂，m=0.2mm摩圆半径,，其中d=260mm,则 支承辊半径,则，3）3.3电机功率选择3.3.1计算电机功率 式中 则3.3.2电机选择根

29、据以上计算结果，查阅文献3,表5-9，选择：电机型号：Z4-450-31 额定功率：200Kw 额定转速：180r/min。3.4电机校核3.4.1主电机上的力矩 因为轧件较长，所以忽略不计。3.4.2电机过载校核由文献1，P73页查得：电机过载系数，可逆运转电机K=2.53.0,取由前文可知：所以电机合格。 4 主要零件的设计及校核4.1轧辊的设计校核4.1.1工作辊轴头校核 工作辊轴头简图如下图所示：图4.1 工作辊辊头轴头截面可近似看成矩形，边缘各点的切应力与边界相切、并顺着某个流向。四个角点上切应力等于零。最大切应力在矩形长边的中点上。查文献2，P92可得： 是与截面边长比值有关的因数

30、。 查2，表3.2可得： 所以： 由于在计算轧辊强度时未考虑疲劳因素，故轧辊的安全系数一般取n=5.对于合金锻钢轧辊，强度极限，许用应力： 故工作辊轴头合格。4.1.2对支承辊进行弯曲校核支承辊如下图所示图4.2 支承辊支承辊的抗弯截面系数比工作辊大得多，即支承辊有很大刚性。因此，轧制时的弯曲力绝大部分由支承辊承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支承辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。图4.3 危险断面及弯矩最大位置根据平整机参考图纸，可以确定需要校核的各个危险断面的参数尺寸，如下所示：其中对弯矩最大处进行校核因为支承辊的材料为9Cr

31、2o根据文献1，P88选取支承辊的强度极限 查1，P87，选取安全系数n=5，则有许用应力： 。 在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需不止一次地重车或重磨。轧辊从开始使用直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。查文献1，表3-4，取重车率 8%则 故合格。对危险截面1进行校核 故合格。对危险截面2进行校核 故合格。4.1.4对工作辊与支承辊接触面进行接触应力校核四辊轧机支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计时应进行校核计算。 图4.5 工作辊与支承辊相接触情况所选支承辊与工作辊材料均为合金锻钢，查文献1，表3-7得该材料HS=60，查阅文献1，P86得轧辊许用接触

32、应力：由文献1，P89查得公式 其中 所以 由文献1，P89可知： 最大切应力： 最大反复切应力：则 所以工作辊与支承辊接触面接触应力合格。4.2 轧辊轴承的选用与寿命计算4.2.1轴承的选择四列圆锥滚子轴承由于部件较少，简化了安装；四列滚子的载荷分布得到改善，从而减少磨损，并延长使用寿命；由于降低了内圈宽度公差，简化了在轧辊轴颈上的轴向定位；尺寸同带中间圈的传统四列圆锥滚子轴承相同：既可以承受径向力，又可以承受轴向力。所以本设计支承辊与工作辊都选用圆锥滚子轴承。由于工作辊辊颈处所受的弯曲力很小，弯矩主要作用于支承辊上，所以应校核支承辊上的轴承的寿命，其它轧辊上的轴承不进行校核。轧辊轴承计算主

33、要是计算轴承寿命，计算轴承寿命要求符合轴承的实际寿命，必须准确的确定动负荷、当量动负荷与轴承寿命之间关系。4.2.2轴承的寿命计算1400平整机对支承辊轴承损耗比较大，故只对支承辊轴承进行校核，即对四列圆锥滚子轴承进行校核。 图4.6 四列圆锥滚子轴承图查文献1,P100： 式中 以小时计的轴承额定寿命，; 轴承的转速，； 额定动负荷，； 寿命指数，对于滚子轴承； 当量动负荷，。 式中 径向系数，根据之比值，由轴承样本查得； 轴向系数，由轴承样本查得； 轴承径向负荷，； 轴承轴向负荷，；一般带材轧机：；取 温度系数，轧辊轴承一般只能在100温度以下工作，故而，取； 负荷系数，热轧板材轧机，本设

34、计取。查文献3,表7-5-28知：计算系数： ，同时由文献4，P120查知：当时，；当时， 。轴承的径向载荷：；轴承的轴向载荷：。计算当量动载荷： 将数据带入公式4-3得：因此由计算可知：支承辊轴承应21361h换一次，以保证轧制连续进行。4.3机架设计校核4.3.1机架的结构尺寸窗口尺寸包括机架窗口宽度（B）和机架窗口高度（H），四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.151.30倍：对于四辊轧机机架窗口高度：取： 根据平整机参考图纸可以画出机架图：图4-.7 机架图窗口尺寸： 立柱断面：图4-8 立柱断面图查阅文献1，表5-1,：机架立柱断面面积与轧辊辊颈直径平方比值 取： 横梁断面：

35、图4.9 横梁断面图4.3.2机架强度计算机架的强度按垂直轧制力P计算，水平力与垂直力相比很小，可以忽略。机架的强度一般是基于以下的基本假设：认为机架是一个对称与垂直中心线的静不定刚架，这样就可以采用材料力学中计算静不定刚架的方法来计算。设横梁和立柱之间用圆角半径过渡： 图4.10矩形框架应力图查阅文献4，P143立柱弯曲力矩：式中：作用在一片机架上的轧制压力，、横梁和立柱的长度、横梁、立柱的断面惯性矩令，则长方形机架立柱的弯曲力矩为：带入数据：查阅文献4，P143：横梁中部的弯曲力矩：带入数据：查阅文献4，P143：横梁中部的应力：立柱内表面的应力：横梁中部断面系数:立柱内表面断面系数：代入

36、数据有：轧钢机机架一般采用含碳量为0.25%0.35%的ZG-270500，其强度极限，延伸率，ZG-270500是大型铸钢件生产中最常用的碳素钢，具有较好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂，广泛应用于轧钢、锻件、矿山等设备，如轧钢机架等，由于机架是轧机中最贵重和最重要的零件，必须有较大的强度储备，一般机架的安全系数为：许用应力一般采用以下数值：对于横梁：对于立柱：即：机架满足强度要求。4.4万向接轴校核 根据实际布局需要，两个滑块式万向接轴都选用直径305mm，长度选择8228mm和5406mm。4-10 滑块式万向接轴 万向接轴连接电机与工作辊，工作时受到电机的扭转力，故只需

37、对其进行扭转应力校核。由上可知： 则有 又因为工作辊的材料为42Cr2Mo根据轧钢机械选取工作辊的强度极限 选取安全系数n=5，则有许用应力又因为 则所以万向接轴合格。5 润滑方式的选择5.1干油及稀油润滑稀油润滑和干油润滑顾名思义，采用稀油的润滑就叫稀油润滑，采用干油的润滑就叫干油润滑。 润滑剂的选择应综合考虑摩擦接触面的工作条件、环境、摩擦面加工情况及摩擦面之间的间隙，以及润滑方式与装置特点等因素。选用的一般原则是： 1.高速、轻载荷、工作平稳选用低粘度润滑油、针入度较大(稠度低)的润滑脂。反之，低速、重载荷、有冲击载荷，或作往复与间歇运动的选用高粘度润滑油、针人度较小(稠度较高)的润滑脂

38、。在边界润滑的重负荷运动副上，宜选用极压型润滑油。 2.工作及环境温度低宜选用粘度较小的润滑油、针入度较大的润滑脂。反之，温度高则应采用粘度较大、针人度小及滴点较高的润滑脂。夏季用油的粘度一般比冬季用油的粘度高一些。在高温条件下的润滑应考虑润滑油的闪点、润滑脂的滴点，在很低温度条件下的润滑应考虑润滑油的凝固点。温度范围变化大的，可采用增粘剂以改善润滑油的粘温性。 3.潮湿条件应选抗乳化性较强和油性、防锈性好的润滑剂，不能选用无抗水能力的钠基脂。 4.摩擦面之间的间隙愈小，润滑油的粘度应愈低。一般新零件跑合期应比正常使用期的润滑油粘度低一些。 5.摩擦面加工粗糙，要求使用的润滑油粘度大、润滑脂的

39、针人度小。反之，表面光洁度高使用的润滑油粘度小、润滑脂针入度大。 6.采用循环润滑系统、油绳或油垫润滑装置的润滑，应采用粘度较小的润滑油。循环系统、油环、油勺、飞溅润滑采用的润滑油应具有抗氧化安定52一SI(AN CEMEN F性。 7.集中润滑系统中采用的润滑脂针人度宜大些，以便输送。人工间歇加油应采用粘度大一些的润滑油，以免流失太快。 干油润滑在使用过程中主要存在以下缺陷：1）流动性差，内摩擦阻力大，所需工作压力高，无法形成动压油膜；2）润滑脂难以有效迅速扩散到整个润滑面；3）受污染后难以净化。5.2油气润滑 油气润滑，在学术界被称为“气液两相流体冷却润滑技术”，是一种新型的润滑技术，它与

40、传统的单相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性。它成功地解决了干油润滑和油雾润滑所无法克服的难题，是润滑技术中的一朵正在绽放的瑰丽奇葩。它适应了机械工业设备的最新发展的需要，尤其适用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的工况条件恶劣的场合。由于它能解决传统的单相流体润滑技术无法解决的难题，并有非常明显的使用效果，大大延长了摩擦副的使用寿命，改善了现场的环境，因此正在得到越来越广泛的应用，尤其是在冶金工业领域。图5.1 轴承油气润滑技术图技术先进典型的“气液两相流体冷却润滑技术”形成的气液“两相膜”承载能力大大提高由于润滑膜厚度的增加，使润滑膜形成率提高，具有优良的润滑减磨作用

41、。实现以均等的时间分配润滑油的方式，润滑油可以连续输送。油气分配器的油气进口处的空气速度高，这是油气润滑效果是否明显的关键。因润滑剂消耗量极其微小，不会产生多余的热量。润滑油可以实现按需分配，油气分配均匀并可实现按比例分配。连续不断的压缩空气有利于轴承的冷却压缩空气在轴承内部能保持约0.3bar压，能阻止脏物和水的侵入，使轴承具有良好的密封性能。能适合不同的恶劣工况条件，如高温、重载、高速或极低速、有冷却水和脏物侵入轴承的场合。一套油气润滑系统可向多达1500个润滑点送油气流，且油气管道的走向不受限制。能使用高粘度的机械油甚至半流动润滑脂有非常完善的对油气润滑系统的工作状况进行监控的手段。润滑

42、油基本实现零排放，利用率99以上。与传统的润滑方式相比，大大减少了润滑剂的消耗量，大幅度地节省了开支。管道布置简单，大大减少了管道系统的安装和维护费用。受润滑设备的运行成本大幅降低减少了冷却水的处理费用。油气润滑它具有良好的润滑效果，耗油量小，便于控制，对轧件污染少以及成本和维修费用低等优点。近年来，油气润滑在轧机上得到了广泛应用。对环境友好不产生油雾，不污染环境，有利于环境保护避免了对循环使用的冷却水的污染。1400平整机的工作辊轴承、支撑辊轴承和万向接轴都采用了油气润滑，这种润滑方式可以实现连续、有控制的供油，使轴承在较高的轧制速度和负荷下得到良好的润滑和冷却，这样既能提高轴承的使用寿命，

43、又不会污染带钢和平整液。6 经济可行性分析6.1设备完好率与利用率设备完好率、利用率是评价工业机械技术管理水平的两项重要指标，它们在一定程度上反映了企业的设备管理水平和技术装备素质。设备完好率是设备管理一个重要的考核指标，它反映工业企业机械设备管理、使用、保养、维修工作的情况，对促进企业的设备管理发挥重要作用。完好率是具有横向联系的一种指标，它既能反映设备的技术状态水平，又能反映设备点检工作的状况和生产维修的工作效果。考核完好率的最终目的是保证装卸设备始终处于良好的技术状态。完好率的公式为： （6.1） 设备利用率是一种纵向延伸的指标，考核它不仅可以反映设备的投资效果、设备的转运率和作业效率，

44、而且可以反映设备系统功能的投入及性能发挥的状况，考核的最终目的在于提高设备的利用效率，充分发挥设备的能力和潜力，利用率的公式是： （6.2） 6.2预备役龄机械设备的役龄影响到机械的完好率、台时产量、维修费用等一系列指标，是确定设备合理配置、更新改造等决策的重要影响因素，图6-1概念地表示了机械的故障率与时间相对应的寿命特征曲线。该曲线分为三段：早期故障期：偶发故障期：耗损故障期。 第一阶段为早期故障期。机械设备从投入使用到时刻为止，这个阶段的特点是开始时故障率很高，但随着运转时间的增加，故障率很快又减少下来，进入故障率恒定阶段。 第二阶段为偶发故障期，这一阶段的故障率最低，而且故障率恒定。一

45、般情况下，这一阶段不应该发生故障，属机械设备的最佳工作时期。第三阶段为耗损故障期。在这一时期因为设备内部的零件接近“额定”寿命，而出现零件的正常磨损、化学腐蚀、物理性变化及材料的疲劳等老化过程，因此设备开始出现退化现象，故障率开始重新升高。 图6.1 机械设备寿命曲线 上述的浴盆曲线表达了机械设备整个寿命周期特性，但对于实行大修制度的设备来说，用浴盆曲线来表示机械的一个大修周期更为确切。图9-2为用几个浴盆曲线来表达机械的全寿命特性。历次大修后，浴盆曲线的各种参数会有一定变化：1.最高故障率可能逐次增大，即2.偶发故障期逐次缩短，即3.大修周期逐次缩短，即图6-2 故障率曲线复杂设备由大量的零

46、部件组成，在运行中究竟哪个零件、何时会发生故障是随机的，零件数目越多，这种随机性很强。6.3设备经济寿命的确定设备老化引发的直接问题是设备更新。合理确定冶金机械设备的使用年限，是影响机械设备合理拥有量以及设备更新的重要因素。设备的寿命，是指设备从交付生产开始使用直到不能使用直到报废所用的时间。设备的寿命可以分为以下三种： 1.自然寿命，指设备经使用后的有形磨损，丧失技术性能和使用性能，又无修复价值的时间。 2.技术寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有效性能和效益低劣，继续使用在经济上不合算，且又无改造价值的时间。3.经济寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有形磨损和无形磨损从而造成的经济

47、效益低劣，继续使用在经济上不合算，又无大修和改造价值的时间，或者说从经济角度来选择最佳使用年限。 追求技术进步和提高经济效益是研究设备更新问题的根本出发点，而技术进步最终目的是提高经济效益。因此，研究设备更新问题应该从经济效益出发，来寻求设备的合理使用年限。设备经济寿命的确定与设备的使用成本有关，设备的年使用成本包括固定成本与变动成本两部分，前者随着使用时间延续而变小，后者随着使用时间延续因磨损加重而增多，这就存在一个使两者之和最小的最佳设备使用时间，即设备的经济寿命，计算设备经济寿命可以采用低劣值法。 由于设备投入使用后，各年度将形成设备的低劣化，设备的年经营费用也将随之增加，如果这种增加的低劣化是等值的，其值为 元，即年经营费用将由第一年的 变为第年的 ，n年内的年经营费的平均值为。如果以与从代表设备原值，代表设备残值，则设备折旧额的年均值可以表示为，从而企业维持设备运行的年均年度费用C为： （10.3） 利用求导的方法，平均年度费用最小时求出： (10.4)若考虑资金时间价值，可以利用复利现值系数及年金现值系数进行调整，式中的与如何科学的确定，是研究设备经济寿命的重点与难点。若年低劣值的