四辊冷轧机设计之支承辊平衡系统设计说明书

1、大学毕 业 设 计（论 文）题目 190500×450四辊冷轧机之三支撑辊平衡系统设计学生姓名： 学生学号： 指导教师： 机械工程 学院 机械 专业 2班2011年6月15日毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期2011-3-6题目四辊冷轧机之三专题支撑辊平衡系统设计主要内容及要求1计算本设计道次（2.4mm 2.0mm）的轧制力，轧辊驱动力矩，选择电动机。2. 支撑辊平衡力计算，液压系统计算。3主要零部件的强度和刚度计算。4该系统装配图设计，轧辊锁紧系统设计。5撰写说明书，绘制二维图，图纸分别为工作辊轴承座、支承辊轴承座、支承辊装配图、支承辊平衡装

2、置、轧机组装图，共计2.5张A0图纸。主要技术参数1轧制材料：2原料规格：3轧制规程：4轧制速度：进度及完成日期3月14日3月16日：石横特钢参观实习，写实习报告及查阅相关资料。3月17日4月9日： 比较各种结构，选择最优设计方案。4月10日4月19日：对整机及部件进行设计计算。4月20日5月24日：CAD制图。5月25日6月3日： 编写设计说明书。6月4日6月16日： 毕业答辩审查准备。教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语评定成绩指导教师给定成绩

3、(30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩（40%）总 评答辩委员会主席签字摘要近年来，随着冷轧带钢生产技术的的发展以及社会对冷轧带钢需求量的迅速增加，对轧机的性能提出了更高的要求，并且推动了轧机的改进与发展。本设计为小型四辊冷轧机，轧机尺寸为。设计主要内容包括：各个系统的方案选择与方案论证，支撑辊、工作辊、液压缸等零部件的选择与设计计算，支撑辊、液压缸的结构设计，方案检验，绘制零件图和装配图。主要设计为上支撑辊平衡系统的设计计算，计算的轧制道次为2.4mm 2.0mm。考虑到产品的尺寸精度和质量要求日趋严格等因素，采用了液压平衡装置。该设计在前人成果与经验的基础上，对现有相关知识进行分析、比

4、较、筛选、提取加工，同时注入自己的新思想与新方法，优化整合设计。产品性价比较高，会很受欢迎与认可。关键词：冷轧，液压平衡AbstractFor the past few years, with the development of the technology of the steel strip of cold rolling and the increasing demand for it in the society, as the result, it put forward higher capability of the rolling machine, meanwhile, it

5、 also promote the improvement and development of the rolling machine.The design is about the pint-sized four-roll cold rolling machine. The size is . The main content of the design contains: choosing the prospect of the sorts of the system of the machine and demonstrate the prospects, choosing and c

6、alculating of the important spare parts, testing the prospects, drawing the design papers and so on. The design of the balance system of the up-support roll are important parts. The rolling process is 2.4mm 2.0mm . Considering of facts that the demand of the size precision and quality of the product

7、 becoming more and more high, it adopts the hydraulic pressure balance device and locking device. On the foundation of the former peoples achievement, I collect correlative knowledge, analyzing, comparing, filtering, exacting the useful parts, furthmore, applying to some my own new methods, then arr

8、ive at the optimization design.Keywords: cold-rolling ，hydraulic pressure balance 目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 总论11.1 冷轧带钢生产概况11.2 冷轧机的类型、特点及工作原理31.3 冷轧带钢的生产工艺51.4 冷轧带钢的发展前景8第2章 设计方案论证112.1上轧辊平衡装置的作用112.2 上轧辊平衡装置的形式112.3上轧辊平衡装置方案的确定14第3章 设计计算193.1 主要参数的确定193.2 咬入条件的校核223.3平均单位压力计算233.4轧制总压力的计算293.5 轧制力矩的

9、计算303.6 主电动机功率的计算及选电动机32结论39参考文献40致谢41附件142附件251第一章 总论1.1 冷轧带钢生产概况 冷轧带钢生产在国民经济中的地位轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。利用轧制方法生产钢材，具有生产效率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到了更广泛地使用。目前，约有90%的钢材都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制方法。为满足国民经济各部门的需要，除轧制一般产品外，还生产建筑、造船、汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材。板带材应用范围最广，工业先进国家钢板产量占钢产量的50%至60%。板带

10、材按制造方法可分为热轧板带和冷轧板带。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。大力发展冷轧带钢的生产，提高冷轧带钢的质量，是重型机械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而有十分紧迫的任务。在轧制板材时，以钢板厚度和用途之不同，对它们提出的技术要求虽然各不一样，但基于其相似外型特点和使用条件，其技术要求仍有共同的方面，归纳起来就是“尺寸精确板型好，表面光洁性能高”。 冷轧带钢的生产历史及发展方向冷轧带钢生产始于1660年，当时是在二辊轧机上进行的。但作为一个过程，板带钢冷轧的发展，只是在具有较

11、小中辊的劳特三辊轧机以后，才正真得到了推动。自此以后，无论是国内还是国外，冷轧都得到广泛应用，轧辊轴颈和轴承的改进也促进了冷轧机的应用。二十年代，随着二辊可逆轧机的出现，轧制效率大大提高。四辊可逆轧机出现于三十年代，六十年代末，随着二次冷轧机和箔材轧机，平整轧机光整轧机的出现，使冷轧的可轧厚度大大减少，目前，最小可达0.001mm。近年来，冷轧带钢生产技术的发展，主要是增加钢卷的重量，加快机组速度，提高产品厚度精度，改善板形，提高自动化程度及改进轧机的结构和生产工艺，其典型有WRS轧机、HC轧机、VC轧机、CVC轧机、HVC轧机、FFC轧机，全数字控制高精度可逆式六辊冷轧机组，或全数字控制高精

12、度可逆式四辊冷轧机组等。在带钢冷轧机上，广泛的采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板形，由于冷轧带钢的厚度公差要求高，为增加轧机压下装置的响应速度，在冷轧机上采用了全液压装置及厚度自动控制装置，对于高速，高产量的带钢冷连轧机，实现计算机控制。冷轧钢板及带钢今年来得到较大的发展。冷连轧机末架出口速度可达2541.7m/s。为了提高产量，冷卷卷重已达60t。一套冷连轧机年产量可达250万t。在带钢冷连轧机上，广泛地采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板形。由于冷轧带钢厚度公差要求高，为增加轧机压下装置的响应速度，在冷轧机上采用了全液压压下装置及厚度自动控制装置。对于高速、高产量的带钢冷连轧机，

13、实现了计算机控制。80年代建设的初轧机具有以下特点：1）万能式板坯初轧机得到迅速发展，60年代后新建的初轧机60%是万能式板坯轧机，这种轧机带有立辊，可以减少轧件翻钢道次，轧制时间比方坯-板坯初轧机减少39%。2）向重型化方向发展，轧制钢锭重量达4570t，最高年产量达500600万t。3）提高自动化程度，从均热炉到板坯精整均已实现自动控制。4）提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机（剪切力可达40MN）及在线火焰清理机。应该指出，自1979年开始，还出现了全连续冷连轧机这种轧机只需第一次引料穿带后，就可实现连续轧制，后续带的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊在一起，轧成后用飞剪机分卷，

14、并有两台卷取机交替卷曲带钢。全连续冷轧轧机即使在换辊时，带钢依然停留在轧机内，换辊后可立即进行轧制。由于连续铸钢技术迅速发展，连铸比将达到80%或更高。这样，初轧机将不会有更大的发展，只能起到配合和补充连铸生产的作用，许多初轧厂都面临改造的任务。近10年冷轧带钢生产技术及设备又有新的发展：1）酸洗冷轧联合机组。这种机组改变了传统冷轧生产将酸洗和轧钢两个工序分开的方式，而联合为一个机组。这样可提高酸洗、冷轧工序的成材率1%3%，提高机时产量30%50%，减少中间仓库500010000，还有降低投资及生产成本等优点。2）板形控制技术。冷连轧及普遍应用了液压弯辊技术，设置板形仪及灵敏的液压系统，改善

15、工艺冷润技术，特别是研制出一批有效控制板形的新轧机，如HC轧机、UC轧机、CVC轧机等。3）连续退火、全氢罩式退火技术的应用及多种涂镀生产技术的迅速发展，出现了许多新的生产线及新的设备，使轧钢机械在这些领域得到发展。4）带钢连铸连轧工艺。带钢连铸机浇铸出的钢坯须经热轧或稍经热轧即可进入冷轧机生产冷轧带钢。这一工艺将在今后经进一步完善和推广。当前，大力发展冷轧带钢的生产，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用品等，以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，是机械制造和钢铁生产部门

16、面临的一项重要而又十分紧迫的任务。目前，可以认为HC轧机是板带轧机改造和新建的主选优良机型，可提供具有优良板形的高精度板带满足工业领域对高精度的要求。HC轧机正逐步代替具有100多年历史的普通四辊轧机。1.2 冷轧机的类型、特点及工作原理 轧机的类型冷轧带钢机器按照轧辊的配列方案分为二辊式、四辊式、多辊式三种。按机架排列方案分为单机可逆（不可逆）式与连续多机轧制式两种。目前灵活性大，适用中小型企业及科研教研学用。连轧机生产效率高，轧制速度快，但产品单一，变动不大时，最能发挥其优越性。其类型如图1-1所示：图1-1 轧辊类型图 冷带轧机各类的特点及工作原理由于轧辊的辊数不同，则各类轧机的特点也不

17、同：1） 二辊轧机：是冷带轧机的原始轧机，功用为消除凹痕折痕及某些缺陷，平整薄板，已基本淘汰了。2） 普通的四辊轧机：是带钢冷轧机中最通用的机组，这种轧机采用闭口式机架，两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体，通常采用工作辊驱动，但是近来趋向于支承辊驱动。3） 六辊轧机：为使用直径相同的小直径工作辊并提供水平及垂直刚度。六辊式轧机得到了广泛应用通常靠弹簧压力平衡上下辊组件及消除压下螺丝于轴承座间产生的松弛或松动。工作辊靠另一侧卷行弹簧撑开，压下螺丝有电机通过齿轮传动，工作辊轴承为抗磨式，而支承辊则采用油膜轴承。4） 偏八辊轧机：结构简单，满足防止工作辊水平弯曲增加刚度，通过调节个别支承辊改变

18、工作辊的凸度，工作辊支承系统刚度大，结构简单，换辊方便，其工作辊直径可自由选择而轧制不同的品种。5） HC轧机：是高性能板形控制的简称。能有效地板形和厚度，HC轧机是在四辊基础上在支承辊之间加一可轴向窜动的轧辊，轧制时按所轧件宽度可轴向调整，其主要特点如下：（1）具有较大的刚度，稳定性。即可通过中间辊的移动控制工作辊的凸度，使工作辊挠度不受轧制力的影响。（2）具有好的控制性。即在较小的弯辊力作用下能使钢板横向厚度差发生明显变化。（3）可显著提高带钢的平整度。减小板带钢的边缘减薄，减少切边损失。（4）压下量由于不受板形的控制而显著提高。随着工业、农业、国防和科学技术的发展，对各种带钢的产量，质量

19、要求不断提高，而科技的发展又将出现新的更先进，实用的冷轧带钢设备和工艺，使冷轧带钢生产得以迅速的发展。1.3 冷轧带钢的生产工艺冷轧带钢的生产工艺总的来看有以下三点：1加工温度低，钢板在轧制过程中，将产生不同程度的加工硬化现象。它使变形抗力增加，塑性降低。这样就使轧制力增大，易发生脆裂。因此必须有软化退火，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便对轧件经行继续轧制。同理，成品冷轧板材出厂前一般也需要一定的热处理，目的是全面提高冷轧产品的综合性能，使金属软化。在冷轧生产过程中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程”，在一定的条件下，钢质愈硬，成品愈薄，所需之轧程愈多。软化处理，又称在结晶退火或

20、固溶处理。2冷轧中采用工艺冷却与润滑：1）工艺冷却：冷轧过程中变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故需要采用有效的人工冷却。轧制速度越高，冷却问题显得尤为重要。如何合理的强化冷却过程的冷却已成为发展现代冷轧机的重要的研究课题。实验研究与理论分析表明，冷轧板带钢的变形功有84%88%转变为热能，使轧件与轧辊的温度升高。因此我们必须采取适当的措施吸走或控制这部分热量，即便变形发热率，单位时间发出的热量q 。其表达式为：式中，系数= 0.840.88；小于1的修正系数；机械功的热当量；所轧材的宽度；该道次的绝对压下量；轧制速度；轧制时的平均单位压力。水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率比较高且成

21、本低廉。油的冷却能力比水差得多。水的比热比油大一倍，热传导率为油的3.75倍，挥发潜热大10倍以上。由于水具有如此优越的吸热的性能。固大多数生产轧机都倾向与水或以水为主的冷却剂。只有某些特殊的轧机，由于工艺润滑与轧辊轴承共用一种润滑剂，才采用全部油冷，但为了保证冷却效果，需给予足够大油量。从实现强大轧制的角度来看，我们所关心的是如何提高冷却液的冷却能力，即提高冷却效果。有物理学可知一定质量的液体在单位时间内所吸收的热量可表示为：式中，冷却液的比热；比重；单位时间所需冷却液的体积；、冷却液前后的温度。由以上关系可知，在冷却液种类和冷却系统均一定的情况下，为增加q，只有增加流量m，但这往往受到原有

22、冷却设施的限制，所以通常是改变冷却液的种类和增加冷却液的温度来增加其吸热能力。冷却液简单地喷浇在轧辊和轧件上，与高压冷却液雾化，冷却效果大大不同，实际资料表明，即使在采用有效的工艺冷却的条件下，冷轧板卷在卸卷后的温度优势仍达130度至150度，甚至还要高，由此可见在轧制变形区的料温一定比这还要高，辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度的下降，并有可能促使淬火层内发生组织分解（残余奥氏体的分解），使辊面出现附加的组织应力。另外，从其对冷轧过程本身的影响来看，辊温的反常现象以及辊温分布规律的反常或突变均导致正常辊面条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。同时，辊面过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂）

23、，使冷轧不能顺利进行。综上所述，为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和轧件必须应采取有效的冷却和控温措施。2）工艺润滑冷轧采用工艺润滑的主要作用是减少金属的变形抗力这不但有助于保证已有的设备能力条件下实现更大的压力，而且还可使轧机能够经济上可行的地生产厚度更小的产品。此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的温度起到了良好的影响，在轧制某些产品时采用的工艺润滑还可以防止金属粘辊的作用。生产实践与实验表明，采用天然油脂作为冷轧的工艺润滑剂在润滑效果上优于矿物油，这是由于天然油脂与矿物油在分子的结构上与特性上有质的差别所致。冷轧润滑效果的优劣诚然是衡量工艺润滑剂的重要指标，但是一种真正有

24、经济实用价值的工艺润滑剂还应来源广，成本低，便于保存。并且易于轧后的板面去除，不留任何影响质量的残渣等特点。目前还只有为数不多的几种工艺润滑剂能满足上述要求。但是，冷轧过程中油的耗用量还是相当大的。现在，可以通过乳化剂的作用把少量油于大量水混合起来制成乳状润液。可以较好的解决油的循环使用问题，在这种情况下水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。3）冷轧中采用张力轧制张力轧制是冷却的一大特点。所谓“张力轧制”，就是轧件在轧辊中的辗轧变形是有一定的前张力与后张力作用下实现的。单位张力是作用在带材断面A上的平均张应力：（）式中，T总张力；张力的主要作用有以下几个方面：1）防止带钢在轧制过程中跑偏（即保证正

25、确对中轧制）；2）使所轧带钢保持平直（包括在轧制过程中的保持板形平直以及轧板型良好）；3）降低轧件的变形抗力，便于轧制更薄的产品；4）其适当调整冷轧机主电机负荷的作用。防止轧件跑偏是冷轧操作中关系到能否实现轧制的一个重要问题。跑偏将破坏正常板型，引起操作事故甚至设备事故，若不很好加以控制，将不能保证冷轧的正常进行。防止跑偏的方法有：（1） 采用凸行辊缝；（2） 采用导板夹逼；（3） 采用张力轧制。通过改变卷取机，开卷机及轧机主电机的转速以及各架压下可以使轧制力，张力在较大的范围内变动。借助准确可靠的测试仪，并使之与自动控制系统结成闭环，可以按要求实现恒张力控制，配备这种张力闭环控制系统是现代冷

26、轧机的起码要求。生产中张力的选择主要是平均单位，从理论上讲，单位张力似乎应当尽量选的高一些，但是不应超过带钢的屈服极限，根据以往的经验，一般轧机=（0.10.6）；而冷轧薄带刚=（0.10.3）。1.4 冷轧带钢的发展前景现代轧机发展的趋向是连续化自动化专业化、产品质量高、消耗低。 60年代以来轧机在设计研究和制造方面取得了很大的进展，使带材冷热轧机厚板轧机高速线材轧机H型材轧机和连轧管机组等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟115米的线材轧机全连续式带材冷轧机4050毫米宽厚板轧机和连续式H型钢轧机等一系列先进设备。轧机用的原料单重增大，液压AGC板形控制电子计算器过程控制及测试手段越

27、来越完善，轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧控制轧制等新轧制方法，以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。世界轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最终形成轧材性能高品质化、品种规格多样化、控制管理计算机化等。展望未来，轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面：(1)铸轧一体化。利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术，但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在20世纪，由于连铸的发展，已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带

28、钢直接进行冷轧，又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化，将使轧制工艺流程更加紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧一体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。(2)轧制过程清洁化。在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材与能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型(AFC)除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。无氧化(或低氧化)和无酸除鳞(氧化铁皮)这两项被称为绿色工艺的新技术，将使轧钢过程清洁化。(3)轧制过程柔性化。板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应

29、用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧勰技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。(4)高新技术的应用。20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。(5)钢材的延伸加工。在轧钢生产过程中，除应不断挖掘钢材的性能潜力外，还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于

30、各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上，在保证满足环保要求的条件下，达到钢材生产的高质量和低成本。第2章 设计方案论证2.1上轧辊平衡装置的作用为了消除在轧制过程中，因工作机座中有关零件间的配合间隙所造成的冲击现象，以保证轧件的轧制精度，改善咬入条件，以防止工作辊与支撑辊之间发生打滑等现象，几乎所有的轧机（叠轧薄板轧机除外）都设置上轧辊平衡装置。由于

31、轧钢机机座中各有关相互配合的零件（如压下螺丝与螺母、轴承与辊径等）存在着配合间隙，因此在轧钢机空载的情况下，因各零件的自重作用，将会造成压下螺丝与螺母螺纹间、压下螺丝枢轴与止推垫块间、工作辊与支撑辊表面间以及辊径与轴承间均可能产生一定的间隙。而且这种间隙必然会在轧制过程中产生强烈的冲击现象（轧制速度越高越严重），其结果使轧机寿命降低，辊缝发生变化对咬入不利。同时还会造成工作辊与支撑辊之间发生打滑等现象，从而引起轧件产生波浪，以及擦伤轧辊表面的现象，使板带材的质量大大降低。另外合理的选择平衡力，还可以消除平衡系统中的滞后现象，以便提高板厚自动控制系统的控制精度。2.2 上轧辊平衡装置的形式上轧辊

32、平衡装置有重锤平衡、弹簧平衡、液压平衡三种形式。轧机的型式不同，对平衡装置的要求也不一样。（1）弹簧式平衡装置弹簧式平衡装置结构比较简单，多用在三辊型钢轧机、线材轧机或其他简易轧机上。三辊型钢轧机的上辊平衡装置见图2-1。图2-1弹簧式平衡它由四个弹簧拉杆组成，弹簧1放在机架盖上部，上辊的下瓦座7通过拉杆6吊挂在平衡装置上。弹簧的平衡力应是被平衡重量的1.21.4倍，可以通过拉杆上的螺母调节。当上辊下降时，弹簧压缩，上升时则放松，因此，弹簧的平衡力是变化的，弹簧愈长，平衡力愈稳定。弹簧平衡只适用于调整量不大于50100mm的轧机。它的优点是简单可靠，缺点是换辊时要人工拆装弹簧，费时、费力。（2

33、）重锤式平衡装置重锤式平衡装置广泛用在轧辊移动量很大的初轧机上，它工作可靠、维修方便。其缺点是设备重量大，轧机的基础结构较复杂。平衡锤通常装在工作机座的下面，平衡力由杠杆和支杆传给上轧辊。如图2-2为重锤平衡简图。图2-2重锤平衡简图（3）液压式平衡装置液压式平衡装置是用液压缸产生的推力来平衡上辊重量的。在液压系统中装设有蓄势器，油泵只用来周期性地补充液体的漏损。与其他平衡方式比较，液压平衡装置结构紧凑，使用方便，易于操作，工作灵敏度高，平衡效果好，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动。所有这些都有利于换辊操作。缺点是投资大，维修也较复杂。初轧机、板坯初轧机的平衡装置需适

34、应上轧辊的快速、大行程、频繁移动的特点，并且要求工作可靠、换辊和维修方便，在这种轧机上广泛使用重锤式或液压式平衡装置。在三辊型钢轧机上，上辊的移动量很小，一次调好后，在轧制过程中一般不再调整，因此多采用弹簧平衡。四辊板带轧机上轧辊平衡装置有以下特点：（1）由于工作辊和支承辊之间靠摩擦传动以及工作辊和支承辊的换辊周期不同，故工作辊和支承辊应分别平衡；（2）上辊移动的行程较小（最大行程是按换辊决定的），移动的速度不高；（3）工作辊换辊频繁，平衡装置的设计需要使换辊方便；（4）在单张轧制的可逆四辊轧机上，工作辊平衡装置应满足空载加、减速时工作辊和支承辊之间不打滑的要求。由于以上特点，四辊板带轧机主要

35、采用液压平衡，2.3上轧辊平衡装置方案的确定四辊轧机的液压平衡有八缸和五缸两种形式。国产1700热连轧精轧机座八缸平衡装置结构简图如图2-3。四个安装在下工作辊轴承座的液压缸3支撑着上工作辊的轴承座，用以平衡上工作辊组和上支撑辊本体的重量。这四个液压缸还同时起着工作辊弯曲缸的作用，用来调整辊型。平衡缸除平衡支撑辊轴承座及压下螺丝重量外，还平衡支撑辊重量。八缸式平衡装置结构比较紧凑，但缸的数目较多，而且在每套下工作辊和下支撑辊轴承座部件中都必须设置平衡缸，从而增加了轴承座加工的复杂性。此外，每次换辊都必须拆卸油管，换支撑辊时，为了将整个辊系抬起，还需在机座下部另外设置提升液压缸。图2-3 国产1

36、700热连轧精轧机座八缸平衡装置结构简图1700冷连轧机座的八缸式（由于工作需要实际上是20个液压缸）平衡装置如图2-4图2-4 1700冷连轧机座的八缸平衡装置为适应连轧机组快速换辊的需要，工作辊平衡缸4与支撑辊平衡缸3均设置在机架窗口上，换工作辊时不需要拆卸油管。上下支撑辊轴承座内还装设有工作辊负弯辊缸2，用以调整辊型。工作辊平衡缸4和下工作辊压紧缸5同时也是工作辊正弯辊缸。五缸式平衡装置的工作辊平衡方式和八缸式类似。只是支撑辊的平衡方式不同。图2-5是国产1700热连轧粗轧机座的支撑辊平衡简图。五缸式平衡装置的优点是：（1）缸的数目少，简化了下支撑辊轴承座的加工；换支撑辊时不必拆卸油管；

37、（2）更换支撑辊时增大液压缸工作压力，可将整组支撑辊系提起，有利于换辊操作；（3）液压缸放在机架顶上，工作条件较好。诸如以上原因及特点，本次设计采用五缸式平衡装置。图2-5 国产1700热连轧粗轧机座的支撑辊平衡简图第3章 设计计算3.1 主要参数的确定以轧制道次2.42.0为例计算过程如下：（1）道次压下量（2）道次平均压下率 冷轧时由于存在加工硬化现象，在计算冷轧薄板平均单位压力时，轧件材料变形阻力（对冷轧亦可成为屈服极限）需按考虑加工硬化后的选用。由于存在加工硬化的影响，各道次的变形阻力不仅与本道次的变形程度有关，而且还与前面各道次的总变形程度有关。对本道次来说，沿接触弧也是变化的，出口

38、处比入口处要大，计算时一般把变形区作为圆弧（或抛物线）变化来计算平均总变形程度，并按此平均总变形程度来选取平均变形阻力。平均总变形程度用下式计算 【1】2-108式中 本道入口处的总变形程度（从退火状态开始各道次变形程度的累计）,；本道出口处的总变形程度，；H退火状态坯料原始厚度；、该道次轧制前与轧制后轧件厚度；系数，一般取=0.250.4；系数，一般取=0.750.6。通常取=0.4，=0.6；在选取、数值时，与的和必须等于1。， （3）金属的变形阻力金属的变形阻力是指单向应力状态下金属材料产生塑性变形时所需的单位面积上的力。它的大小取决于金属材料的化学成分和组织状态、变形程度、变形速度、变

39、形温度及加工历史。金属塑性变形阻力又称真正应力，一般用或表示。冷轧变形阻力可以用相应公式计算 【1】2-39式中、与含碳量有关的系数，见表3-1表3-1 碳钢的加工硬化系数含碳量(%)0.140.200.230.310.450.610.971.16n0.290.290.260.260.280.270.280.27(Mpa)9008108508901580182021402240材料的变形阻力（4）变形抗力k,冷轧时由于存在加工硬化现象，当考虑加工硬化现象时采用公式、轧制前后轧件材料的变形阻力；计算、利用以上（2）、（3）的步骤计算：为2.4-2.0mm轧制后的变形阻力,即（5）张力的选取张力轧

40、制是冷轧带钢的特点，也可以减少轧制力防止带钢跑偏，由经验可知对于低碳钢和普通碳钢材料张力可取小点，取。（6）轧件入口和出口断面上作用的水平张应力式中 、入口和出口断面上的实际张应力值。, 式中 、轧件入口和出口处断面的面积。（7）摩擦系数的确定冷轧时由于出口和入口轧件的速度与轧辊的速度不同步，从而产生前滑和后滑现象。摩擦将阻碍金属的力变形，摩擦系数对轧制力影响较大，并且是变化的。为计算方便初步取其为常数。由参考资料【1】中碳钢时的摩擦系数如表3-2 取。表 3-2碳钢时的摩擦系数润滑油摩擦系数无润滑剂0.09煤油润滑0.08乳化液0.053.2 咬入条件的校核进行轧制时，要经过自然咬入阶段和继

41、续咬入阶段，为了完成正常连续的轧制过程，轧件与轧辊之间需要满足一定的咬入角。在润滑条件下，轧辊的表面经过很好的磨光时进行冷轧带钢，冷轧薄带钢时允许咬入角为。图3-1 开始咬入后作用于轧件上的力按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径应满足下式：式中的是最大咬入角，它和轧辊与轧件间的摩擦系数有关。由公式所以满足开始咬人阶段的要求。3.3平均单位压力计算（1）斯通公式计算在轧制薄板时，由于轧辊直径相对薄板厚度来说很大，考虑到轧辊压扁现象故斯通近似认为冷轧轧制过程相当于两平行平板的压缩过程。根据平板间的压缩变形推导出平均单位压力公式如下 【2】2-65式中 考虑轧辊弹性压扁的接触弧长度；轧制前后轧件的平均

42、高度，。设，则公式【2】2-56可写成 【2】2-65式中 考虑轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数：,根据希奇可公式，式中 接触弧的水平投影，其值近似取；轧辊弹性模数，对于钢轧辊；泊松比，对于钢轧辊；常数，对于钢轧辊。将代入公式，经过整理变换后 【2】2-66将公式2-65代入2-66经过整理变换，得出： 【2】2-67令，,则根据此式以Y为右坐标系、Z为左坐标系、X为中间曲线坐标，做成诺谟图，如图3-2所示。计算得：由Y、Z及诺模图查得X=0.28，根据资料【2】中系数m与X的关系如表3-3，查得m=1.154。图3-2 决定压扁后接触弧长度诺谟图表3-3系数m与X的关系所以，（2）

43、迭代计算在热轧及冷轧薄板时由于单位压力较高，因此轧辊产生局部弹性压缩变形，它将使得接触弧长度有较显著的增加，如图3-3：图3-3 轧辊弹性压扁后接触弧变化轧辊弹性压扁对接触弧长度的影响，可根据两个圆柱体弹性压扁公式推得 【1】2-113为了简化计算，建议采用下式 【1】2-114式中 轧辊半径；不考虑压扁时接触弧长度；压扁系数；在冷轧薄板时，压扁系数为 . 【1】2-116式中 平均单位压力咬入角，计算公式中还包含，因此，计算时还得和公式联解。般采用迭代法，其具体步骤如下：选择不考虑弹性压扁计算公式计算；（1）将计算的代入公式求出；（2）再将代入计算公式，再求出；（3）又将代入公式求出。这样反

44、复数次，使计算所得的或，如此才能达到要求。以道次2.42.0计算为例，计算步骤：代入公式 【1】2-116得将代入斯通公式得由X查表得，将代入式2-116得由得即为所求终值。3.4轧制总压力的计算轧件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积，即，式中 ，轧制前，后的轧制宽度，此过程中=200mm；接触弧长度的水平投影。上述在热轧及冷轧薄板时由于单位压力较高，因此轧辊产生局部弹性压缩变形，它将使得接触弧长度有较显著的增加。采用公式2-114及上述计算值得各轧制道次参数计算结果如下表3-4 道次参数123453.12.752.42.01.82.752.42.01.81.40.

45、350.350.40.20.4011.322.635.541.911.322.635.541.954.86.7818.0830.3439.3449.644275516316757170.090.090.090.090.094915626807518002.9522.5752.21.91.65.775.776.164.366.160.0320.0410.0640.0430.12Y0.0260.0340.0480.060.075X0.200.230.280.250.401.1071.1241.1541.1361.230448.58522.05652.01703.26789446520655.470

46、37896.346.346.975.257.16P(KN)5746699137381130表3-4各轧制道次参数计算结果3.5 轧制力矩的计算现代化的连续轧机多是驱动工作辊，随着轧制速度的不断提高，为了省去后面几个机座传动系统的增速装置，有时由采用电动机直接驱动支承辊的方案。此外，当工作辊直径很小时，轧辊辊头承受不了轧制力矩，亦需驱动支承辊。本次设计的是带张力的四辊轧机，轧辊工作辊的辊径相对较小，因此采用电机驱动支撑辊的驱动方式。为了计算传动支承辊所需的力矩，首先分析工作辊上力的平衡，由于工作辊是不传动的，因而支承辊反力方向应使工作辊上作用力所产生的力矩和为零，即力臂与驱动方式无关，当时，有

47、（1）采利柯夫认为冷轧时，-0.45式中 取，则工作辊轴承处作用力F可以从工作辊在水平方向力的平衡求得，当时，有 （2）工作辊与支承辊间反力R的大小，可以从工作辊在垂直方向的平衡式求得，于是当时，。有受力图可求得力臂c的大小为 （3）将（1）、（2）、（3）代入平衡公式得轧辊连心线与反力R的夹角，；轧辊轴承摩擦圆半径，；轴承处摩擦系数，取0.004。支承辊摩擦圆半径，。与摩擦系数及变形区特征系数有关系数，。传动一个工作辊力矩为：传动两个支撑辊的总力矩为：3.6 主电动机功率的计算及选电动机（1）轧辊与电机的速比由于传动支承辊，两支承辊间距较大，可选两电机。可逆轧制选用直流电动机的转速一般为。工

48、作辊转速：支承辊转速：电机与轧辊的速比：（2）轧辊与电机间的效率主电机经过人字齿轮座、减速器、万向接轴传动到轧辊，各个部件的传动效率为：人字齿轮座传动效率为0.930.96，取；减速器的传动效率为0.930.96，取；万向接轴的传动效率为0.960.98，取；主电动机到轧辊间的传动效率。（3）轧机主电机力矩若选一电机驱动，则 （4）轧机主电机功率查设计手册选取电动机，若选用一电机驱动，则型号为：；额定功率为160KW；最高转速2100；重量为880。36上支撑辊平衡系统设计（1）上轧辊平衡力的确定在计算四辊轧机工作辊平衡油缸时，被平衡零件应包括上工作辊辊系及上支撑辊本体；在计算支撑辊平衡缸时，

49、被平衡零件应包括上支撑辊辊系、压下螺丝、球面垫及平衡机件等（为考虑更换工作辊的操作，支撑辊平衡系统中仍包括上支撑辊本体的重量）。上支撑辊辊系： 上工作辊辊系： 上支撑滚平衡装置： 压下系统： 球面垫： 所以被平衡零件总重量： 采用液压缸平衡时，油缸的工作压力可按下式计算, 【1】4-12式中 被平衡零件总重量（重力），；平衡液压缸的数量；液压缸柱塞直径，；过平衡系数，（考虑到液压缸的摩擦阻力，宜取较大值）。为防止可逆式四辊轧机空载启动、制动和反转时，工作辊与支撑辊之间打滑，工作辊平衡力应该照工作辊与支撑辊接触表面不打滑的条件来确定。即轧机空载加、减速时，主动辊作用于被动辊表面的摩擦力矩应大于被

50、动辊的动力矩。 【1】4-13式中 、工作辊、支撑辊的直径，；支撑辊飞轮力矩，；工作辊角加速度，；工作辊与支撑辊间滑动摩擦系数。当支承辊主动，工作辊被动时，简图为图3-4中b图3-4上工作辊平衡力计算简图上工作辊与上支承辊的作用力Q应满足式子： 【1】4-15式中 工作辊飞轮力矩，； 工作辊角加速度，； 工作辊与支撑辊间滑动摩擦系数。Q的值，应满足的条件（为上工作辊系重量，G为上工作辊平衡重量）。此时，平衡液压缸油压计算式子为： 【1】4-16式中 上工作辊系重量；上工作辊平衡重量。当计算下工作辊对下支承辊压力时，式4-16中的Q应包括下工作辊及其轴承座的重量。该液压缸设计为单缸，根据经验预取

51、液压缸工作压力为。由圆整结果，取。所以平衡液压缸的参数为：柱塞直径： ；液压缸压力： ；最大行程： ； 图3-5 支撑辊平衡装置简图结论本次设计的轧机是小型四辊冷轧机，设计要求为：轧辊尺寸为，轧制材料为，原料规格为，轧制规程为，轧制速度为。本设计虽为个例设计，但采用了轧机设计的基本原理与设计过程。设计型式为普通的四辊冷轧机，四辊轧机是带钢冷轧机中最通用的机组，这种轧机采用闭口式机架，两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体，通常采用工作辊驱动方式，受工作辊尺寸影响可用支撑辊驱动。该设计的重点是四辊冷轧机的支撑辊平衡系统。经过方案论证比较，最终确定采用液压式平衡装置。设计中采用液压平衡装置，与其

52、他平衡方式比较，液压平衡装置结构紧凑，使用方便，易于操作，工作灵敏度高，平衡效果好，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动，所有这些都有利于换辊操作。在对其它系统进行了分析及设计后，最终确定设计方案为：可逆工作制度，电动机驱动工作辊，压下装置为电动压下，上辊为单缸平衡，上辊采用液压式平衡装置。参考文献1. 邹家祥. 轧钢机械（第三版），北京：冶金工业出版社，2000；2. 成大先. 机械设计手册（第一版）第一卷，北京：化学工业出版社，2002；3. 成大先. 机械设计手册（第一版）第二卷，北京：化学工业出版社，2002；4. 成大先. 机械设计手册（第一版）第四卷，北京：化学工业出版社，2002；5. 成大先. 机械设计手册（第一版）第五卷，北京：化学工业出版社，2002；6. 濮良贵，纪名刚. 机械设计，北京：高等教育出版社，2007；7. 王兰美. 机械制图，北京：高等教育出版社，2005；8. 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理（