热轧轧制力计算与校核

1、6 轧制力与轧制力矩计算6.1 轧制力计算6.1.1 计算公式1. S.Ekelund公式是用于热轧时计算平均单位压力的半经验公式，其公式为（1）； （1）式中：m表示外摩擦时对P影响的系数，；当t800,Mn%1.0%时，K=10×（14-0.01t）（1.4+C+Mn+0.3Cr）Mpa式中t轧制温度，C、Mn为以%表示的碳、锰的含量； 平均变形系数，；粘性系数，Mpa.sF摩擦系数，对钢辊a=1，对铸铁辊a=0.8； 决定于轧制速度的系数，根据表6.1经验选取。表6.1 与速度的关系轧制速度（m/s）661010151520系数10.80.650.602. 各道轧制力计算公式为

2、 6.1.2 轧制力计算结果表6.2 粗轧轧制力计算结果道次12345T（）1148.681142.761133.931117.151099.45H（mm）2001601126743h(mm)160112674330h(mm)4048452413Ri(mm)600600600600600f0.4760.4790.4830.4910.500m0.1940.2660.4080.5960.755K(Mpa)64.365.968.172.476.9111110.2510.2570.2660.2830.301v(mm/s)377037703770377037705.4087.84111.53613.70

3、915.204(Mpa)78.585.9100.2121.8143.0(mm)162416211635.41623.91631.1(mm)16211635.41623.91631.11615P(KN)1972023743268342377820501表6.3 精轧轧制力计算结果道次1234567T()1043.651022.38996.34967.35928.58901.31880H(mm)30.001811.78.196.144.63.91h(mm)1811.78.196.144.63.913.5h(mm)126.303.512.051.540.690.41Ri(mm)40040040035

4、0350350350f0.5280.5390.5520.5660.5860.5990.61m0.9201.2031.4521.5221.8541.6541.511K(Mpa)91.2396.67103.34110.76120.68127.66110.80.80.650.60.60.3560.3780.3230.3460.3060.2990.312v(mm/s)331050807260969012930152201700023.8942.9368.38103.50159.72158.82157.04(Mpa)191.47248.63307.47369.69484.06464.92457.37(m

5、m)1606.161606.161606.161606.161606.161606.161606.16P(KN)21307200471850515905180501160488006.2 轧制力矩的计算6.2.1 轧制力矩计算公式传动两个轧辊所需的轧制力矩为（2）； （2） 式中：P轧制力； x力臂系数； l咬入区的长度。上式中的力臂系数x根据大量实验数据统计，其范围为热轧板带时x=0.420.50.。一般的，轧制力臂系数随着轧制厚度的减小而减小。6.2.2 轧制力矩计算结果1. 粗轧轧制力矩计算表6.4 粗轧轧制力矩计算结果道次12345Ri(mm)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.60

6、.040197200.53055.010.60.048237430.493948.730.60.045268340.484232.910.60.024237780.472682.160.60.013205010.461665.752.精轧轧制力矩计算表6.5 精轧轧制力矩计算结果道次1234567Ri(m)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.40.012213070.451328.570.40.0063200470.445895.650.40.00351193190.44610.180.350.00205168770.435370.650.350.00154208540.43360.390.

7、350.00069137030.425153.280.350.00041103780.4288.557 力能参数校核7.1 轧制力能参数表7.1 轧辊的物理性质轧辊名称材质许用应力泊松比弹性模量（Gpa）工作辊F1F3实心锻钢=120MPa0.3E=206=60MPa工作辊F4F7高镍铬= 120MPa0.3E=206 =60MPa支持辊F1F7高速钢 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1工作辊合金锻钢 =120MPa0.3E=206 =60MPaR1支持辊合金锻钢 =120MPa0.3E=206 =60MPa7.2 咬入角校核在设计轧制板带钢时，必须保证其能稳定咬入。其咬入角主要

8、取决于轧机的形式、轧制速度、轧辊材质、表面状态、钢板的温度、钢种的特性及轧制润滑等因素的影响。热轧带钢的最大咬入角一般为15°20°，低速轧制时为15°.轧件能被咬入的条件为摩擦角大于咬入角，即tantan,并且一般的，轧制速度高时，咬入能力低。根据压下量与咬入角的关系： ， tan=f由此公式，计算结果见下表7.2。表7.2 咬入角计算结果项目R第二道FF第一道FF第四道Tantan0.3880.4790.19880.5280.0810.566考虑到速度因素，以上计算符合要求，咬入能力满足条件。7.3 轧辊强度校核在本设计中，由于粗轧五道采用同一台轧机，精轧13

9、机架辊径相同，47机架辊径相同，所以对于同一辊径的情况下，只需要校核轧制力最大的一道。对于校核第三道，校核第一道，校核第五道。由于各机架均为四辊轧机，所以本设计以粗轧轧机为例进行校核。校核时，需要校核轧制力较大，轧辊尺寸较小的道次。对于四辊轧机，当采用工作辊驱动是，由于工作辊受弯矩小，主要由支撑辊承担，两辊之间压靠会产生接触应力，因此在设计校核中，支承辊校核辊身与辊径的弯曲应力，工作辊校核辊身弯曲应力、辊头的弯扭组合应力，以及两辊间的接触应力大小。7.3.1 参数计算由于校核时应考虑危险情况，故有关尺寸应按最危险情况取值，现将有关的轧辊参数列出如下：1. 工作辊：图7.1 轧辊各部分参数图粗轧

10、机主要尺寸为：辊径D×辊身长L：1200mm×1780mm，辊径采用滚动轴承，根据经验公式，其尺寸如下： d(0.50.55)D=600660，取650mm； l=(0.831.0)d=518.8687.5，取为600mm；图7.2 万向接轴示意图辊头采用滑块式万向接轴，其主要尺寸如下：辊头的直径取1190mm。厚度 取320mm，取200mm。b/s=0.625，根据下表选择抗扭断面系数=0.208压下螺丝中心距表7.3 抗扭断面系数b/s11.523450.2080.3460.4930.8011.151.789其他参数选择方法相同，结果列表如下表7.4。表7.4 工作辊

11、参数选择结果项目辊径D×辊身长L（mm）辊颈d（mm）辊颈l（mm）辊头D1（mm）辊头b（mm）辊头s（mm）R1轧机1200×17806506001190200320710×1780390350700130180625×17803403006201201702. 支承辊R1粗轧机主要尺寸为： 辊径D×辊身长L：1550mm×1780mm 辊颈：d=800mm,l=720mm 压下螺丝中心距a=1780+720=2500mm表7.5 支承辊参数选择结果项目辊径D×辊身长L（mm）辊颈d（mm）辊颈l（mm）R1轧机1550

12、×17808007201400ࡩ.2 轧辊强度校核由于,轧机均为四辊轧机，校核方法相同。比较轧制力的大小，校核道次分别选用,第三道次，精轧机组FF第一道次，FF第五道次。工作辊与支承辊辊身中央处的弯矩可按下列公式计算： 式中： 工作辊辊身央处的弯矩； 支承辊辊身央处的弯矩； P轧制力； L辊身长度； a压下螺丝中心距； b所轧板带钢宽度。1. R1粗轧机强度校选轧制力较大的第三道次进行校核，已知数据P=26834KN，辊头宽度1) 工作辊辊身的弯曲应力 Mpa =120Mpa2) 工作辊辊头的扭转应力图7.3 工作辊辊头受力示意图根据上图的辊头结构

13、图，其合力作用在扁头一个支叉的外侧的b/3处扭转力矩 式中： M接轴所传递的力矩;N.m 扁头的总宽度与扁头的一个支叉宽度； ； P电机功率，KW，P=7000KW； n转速，r/min ； v速度，m/s ; ; 辊头直径，m 。所以扭转力矩等于 扭转应力 MPa=60Mpa3) 两辊的接触应力 接触应力按赫兹公式计算 式中 q加在接触便面单位长度上的负荷， 相互接触的工作辊与支撑辊的半径； 与轧辊材质有关的系数， 、, 其中、两轧辊材料的泊松比和弹性模量 和粗轧第三道次的板宽相等即： =1635.4mm由于工作辊与支承辊的材质相同，并且泊松比=0.3，所以上式可写为：Mpa4) 支承辊的辊

14、身弯曲应力=120Mpa5） 支承辊辊颈处的弯曲应力 =120Mpa 符合强度要求。同理，通过以上公式计算精轧机组第一架轧机和第五架轧机符合要求，因此，可知其他四辊轧机符合要求。7 刘鸿文主编，材料力学高等教育出版社，20046） R1粗轧机弯矩图图 7.4 R1粗轧机弯矩扭矩图7.4 电机功率校核以粗轧机R1的第三道次进行校核1. 轧机功率是轧机电气设备选择的重要参数依据，电机传动轧辊所需的力矩为：由公式 式中： 轧制力矩，N.m，已求得； 附加摩擦力矩，N.m； 空转力矩，N.m 动力矩，N.m，匀速转动动力矩； i主电机的减速比，取2. 2. 附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由两部分组成：轧辊

15、轴承中的摩擦力矩与传动机构中的摩擦力矩. 其中： 附加摩擦力矩， N.m 有轧辊轴承引起的摩擦力矩，N.m 由传动机构引起的摩擦力矩，N.m 传动效率，取0.95； f轧辊轴承中的摩擦系数，为滚动轴承，取0.003. d轧辊辊径直径。 P轧制力。则： 3. 空转力矩 空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩，通常由各转动零件自重产生的摩擦力计算值。按经验方法，空转力矩通常约为主电机额定力矩的3%6%，取5%。式中： 电机的额定功率，KN.m； 空转力矩，KN.m； P电机功率，kw; n电机转速,rpm。4. 电机能力校核作用在主电机轴上的力矩为： 24000KN.m 因此电机满足要求。同理，

16、对F1、F4、F6轧机进行校核，满足要求，可以使用。7.5 年产量计算常用的轧机产量有轧机小时产量和轧钢年产量两种。他们是轧钢车间设计中极重要的工艺参数，是衡量轧机技术经济效果的主要指标。7.5.1 工作制度与工作时间 本设计热轧生产线实行三班连续工作制，节假日不休息，年工作时间见下表7.6。表7.6 热轧生产线工作时间表日历天数检修天数额定工作时间换辊时间（h）事故时间(h)年工作时间(h)365大中修 小修 小计天数 小时数700420680012 23 35330 7920其中：1) 大修每四年一次，中修每年一次，有大修年份无中修；2) 计划小修每710天一次，每次816小时；3) 每天

17、换工作辊8次，每次15分钟；4) 计划小修时间换支持辊；5) 年工作时间包括各工序间干扰时间；7.5.2 加热炉能力校核 加热炉小时产量计算： 由公式： 式中： Q加热炉小时产量，t/h； L加热炉内有效长度，40.02m； n加热炉内装排数，取 1； G每个钢坯重量，30t； t加热时间，h；t=2.44h； b加热钢料断面宽度，为1.6m。 则： 所以加热炉的年加热量为： 万吨>367万吨。7.5.3 轧机生产能力校核1. 轧机小时产量实际生产中，由于种种原因轧机小时产量为 ； 式中： A轧机小时产量； Q原料重量（t）； T轧机节奏时间（s）； b成材率； K轧机利用系数; L坯料

18、长度； B坯料宽度; 钢的密度，7.8 H坯料厚度。以精轧机第七架进行计算，,K=0.8,b=0.985，T=65.45s 2. 轧钢机平均小时产量当一个车间生产若干个品种时，每个品种或出于选用坯料断面尺寸不同，或由于轧制道次不同，其产量也就不同。为考核一个车间的生产水平和计算年产量，就需要计算各种品种所占不同比例的小时产量，称为平均小时产量。 本设计按劳动量换算系数计算。 劳动换算系数X为：式中： 标准产品的小时产量（t/b）; A某种产品的小时产量（t/b）。取 3.5mm 的带钢为标准产品，按厚度进行换算后，各规格小时产量列表7.7。表7.7 各种厚度规格的小时产量厚度2.03.03.14.04.15.05.18.08.111.511.517.017.120.0Xi2.481.821.550.971.521.852.49Ai(t/h)43759669911