辊系三维设计论文

1、 本科毕业设计（论文）4250强力宽厚板矫直机辊系三维设计杨志东燕 山 大 学2015年 6 月 本科毕业设计（论文）4250强力宽厚板矫直机辊系三维设计学 院： 机械工程学院 专 业： 轧钢11-2 学生 姓名： 杨志东 学 号： 110101010296 指导 教师： 陈雷 答辩 日期： 2015年6月 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：机械工程学院 系级教学单位：冶金机械系 学号110101010296学生姓名杨志东专 业班 级轧钢二班题目题目名称4250强力宽厚板矫直机辊系三维设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综

2、合型（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容完成中厚板矫直机总图设计及压下系统详细设计。1.计算内容包括：矫直力、矫直力矩、主电机功率。2.支承辊强度计算、轴承校核。导辊支承辊强度计算、轴承寿命校核。3.上辊系平衡力计算、工作辊弹簧平衡力的计算。基本要求1.完成设计图纸至少6A1，其中包括典型零件图一张。2.说明书至少40页，不少于2万字；要反应和论述选题及方案的制定过程，设计过程和创新点。3.查阅文献不少于15篇，其中外文5篇以上。4.翻译与课题相关的外文资料不少于30

3、00字。参考资料1.崔蒲 矫直原理与矫直机械 2005 2.崔蒲 矫直理论与参数计算19873.王海文 轧钢机械设计 4.相关学术论文。周 次第 1 4 周第 5 7 周第8 10 周第 11 15 周 第 16 17 周应完成的内容收集资料、消化图纸、确定方案、开题报告、文献终述、计算力能参数完成主要零部件设计及相关力能参数计算；CAD录入图纸完成总体设计及图纸设计和CAD录入撰写设计说明书；翻译外文资料；审核图纸准备答辩指导教师：陈雷 职称： 副教授 2015年3 月 2 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本次毕业设计的主要任务是4250强力宽厚板矫直机辊系三维设计，并且与同组同学合

4、作完成矫直机的总体装配。矫直机是宽厚板生产的主要工艺设备之一，中厚板在加热、轧制、快速冷却、剪切以及热处理的过程当中，常出现板带材的纵向纤维在宽度或厚度方向上长度不相等的现象，钢板内部产生的内应力超过了钢板的临界屈服应力，就会形成平直度缺陷，而矫直机就是用来消除这种平直度缺陷。本次毕业设计中矫直机采用电动液压联合压下，带弯辊系统，提高了矫直质量。本次毕业设计为表达更加直观采用了solidworks三维建模。关键词：矫直机；辊系；三维设计；IAbstractAbstractThe graduation projects main task is 4250 strong three-dimensi

5、onal rolls heavy plate straightening machine design, and complete general assembly leveler cooperation with the same group of student.Straightening machine is one of the main heavy plate production process equipment .When plate heating, rolling,rapid cooling, cutting and heat treatment, witch longit

6、udinal fiber plate and strip length in the width or thickness direction is not equal phenomenon, internal stress inside the steel sheet steel production exceeds the critical yield stress, it will form the flatness defects, and straightening machine is used to eliminate the flatness defects. Hydrauli

7、c pressure is used in the leveler of the graduation project, witch with bending system to improve the equality straightening. Solidworks three-dimensional is used to express more intuitive. Keywords：Straightening machine;Rolls;Three-dimensional designI目录目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 辊式矫直机21.3

8、中厚板热矫直机31.3 中厚板热矫直机61.4 本章小结6第二章 矫直理论72.1 中厚板矫直原理72.2 弹塑性弯曲的概念9 2.2.1 轧件的弹塑性弯曲变形9 2.2.2 轧件的弹塑性弯曲过程的曲率12 2.2.3 弹塑性弯曲阶段应变与曲率的关系14 2.2.4 轧件弹塑性弯曲阶段的外力矩152.3 辊式矫直机力能参数的计算17 2.3.1 作用在矫直辊上的压力（矫直力）17 2.3.2 作用在矫直辊上的矫直力矩19 2.3.3 矫直功率的计算212.4 本章小结21第三章 中厚板热矫直机的力能参数的计算223.1 中厚板热矫直机矫直力的计算223.2 中厚板热矫直机矫直力矩的计算243.

9、3 中厚板热矫直机矫直功率的计算263.3 本章小结27第四章 中厚板热矫直机的结构尺寸参数的计算284.1 基本参数的选择和确定28第五章 中厚板热矫直机辊子以及轴承校核315.1 工作辊的强度校核315.2 轧辊轴承的强度校核315.3 本章小结32第六章 中厚板热矫直机的设备组成336.1 十一辊中厚板热矫直机的结构组成336.2 十一辊中厚板热矫直机的辊系346.3 十一辊中厚板热矫直机的机架376.4 十一辊中厚板热矫直机的压下系统396.5 本章小结39结论40参考文献42致谢44附录145附录25481第一章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景中厚钢板是冶金产品中的重要产品之一，它

10、的生产水平和产品质量代表了一个国家钢铁工业的发展水平。尤其在当下，我国经济飞速发展，对中厚钢板的发展带来了前所未有的动力。结合我国基本政策，国内各个中厚钢板项目纷纷上马。中厚板在加热、轧制、快速冷却、剪切以及热处理的过程当中，常出现板带材的纵向纤维在宽度或厚度方向上长度不相等的现象（即存在小的长度差）。由于纤维变形的不相等，在钢板内部产生了内应力，如果此内应力超过了钢板的临界屈服应力，就容易导致版面沿纵向或横向弯曲，形成平直度缺陷。平直度实际上是指钢板实际形状与其理想的平直状态的偏差值，用不平度表示。它是衡量钢板质量好坏的一个很直观，很重要的指标。中厚板热矫直机是中厚板生产过程中非常重要的设备

11、，是用来消除中厚板经过轧机和快速冷却，钢板由于温度不均，变形不均，以及运输等原因，造成轧后的钢板常有瓢曲和波浪缺陷以满足产品标准及用户要求。中厚板矫直机作为中厚板轧制生产的重要辅助设备 ,决定着中厚板产品的交货质量和直行率的高低。特别是在中厚板生产过程中采用控轧控冷技术(TMCP)以后 ,为满足强冷后高强度钢板的低温矫直以及用户对中厚板产品的高精度要求 ,使得中厚板矫直技术的作用不断提高 ,并由此促进了现代矫直理论与矫直技术的发展。矫直机是宽厚板生产的主要工艺设备之一。现代宽厚板厂一般装备2台以上的矫直机，按照被矫直钢板的温度和厚度作合理的分工。热矫直机一般布置在冷床之前，被矫钢板的厚度范围一

12、般较大，其矫直质量影响到产品质量，并为下工序剪切过程提供板形上的保证;冷矫直机的位置相对灵活些，有的布置在精整区域内，或在线，或离线，有的则布置在热处理线后，冷矫钢板相对较薄些。根据矫直机的结构和工作原理，一共可以分为压力矫直机、平行辊矫直机、斜辊矫直机、拉伸矫直机、拉弯矫直机和扭转矫直机。压力矫直机的工作原理是型材安放于活动压头和俩固定支点之间，利用一次反弯的方法进行矫正，其特点是设备结构简单，效率低，只能用来矫正简单弯曲，主要用于大型型材补充矫直。平行辊矫直机的工作原理是金属材料在较大的弹塑性弯曲条件下，不管其弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致，随着压

13、弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一直趋近于零值而达到矫直的目的。斜辊矫直机的工作原理是在矫直辊的带动下，轧件转动中带着轴向运动，是螺旋前进运动。轧件通过由交错布置的矫直辊所构成的几个弹塑性弯曲矫直单元，各个断面得到多次反弯，达到一定程度的矫直。同时，轧件在旋转中得到不同方向的反弯，也就能够矫直多方向的原是曲率。拉伸矫直机的工作原理是对轧件施加外拉力，使其平直而达到矫直的目的。分为钳式拉伸矫直机和辊式拉伸矫直机。拉弯矫直机的工作原理是综合了连续张力矫直机和连续辊式矫直机的特点，在拉伸和连续交替弯曲的联合作用下，是型材产生塑形变形而获得矫直效果。1.2 辊式矫直机辊式矫直机的工作原理以及过程如

14、下：轧件在辊式矫直机中经过交错排列的矫直辊的多次反向弯曲，使原始曲率的不均匀度逐渐减小，进而矫平。由于轧件的材质、规格和尺寸的不相同，因而辊式矫直机的辊数有很大的区别。辊数最少的是五辊矫直机，最多的是29辊矫直机，用以矫正极薄的带材。辊式矫直的矫直辊上下平行排列成布棋式或交错排列。其轴线彼此平行，轧件通过上下矫直辊间做反复的弹塑性弯曲变形而得到矫直。由于轧件能一较高的速度在运动中矫直，故生产效率较高，易于实现机械化流水作业。因此得到了广泛的应用。辊式矫直机属于连续性反复弯曲的矫直设备，它克服了1.3 中厚板热矫直机目前我国中厚板生产线的热矫直机普遍采用9辊或11辊四重矫直机，仍有少数中板厂存在

15、二重11辊矫直机，强力冷矫直机配备很少，除首秦厚板、舞钢厚板、鞍钢厚板和宝钢厚板等板厂引进的矫直系统具有二级设定功能外，其它很少采用计算机设定矫直规程。中厚板辊式矫直机是中厚板轧制过程中的重要辅助设备，决定着中厚板的产品质量的高低。热矫直机是中厚板生产过程中的重要设备，主要用来消除轧制和轧后冷却过程中产生的瓢曲和波浪缺陷，保证板材平直精度、消除残余应力，以符合国家标准或满足用户要求。特别是在中厚板生产过程中采用控轧控冷技术以后，中厚板矫直技术不断提高，并由此促进了现在矫直理论与矫直技术的发展。中厚板生产中常用的热矫直机通常是11辊矫直机，此外还有9辊、15辊式冷/热矫直机。这些矫直机的主要特点

16、是高刚度、全液压调节以及具有较高的自动化控制。为了矫直高性能中厚板，矫直机采用强力四重式11辊或9辊，全液压压下，增大矫直力，带弯辊系统。当前，先进矫直机已经采用过程计算机与轧机过程机通讯，并采用计算机模型控制。计算机模型具有可根据矫直钢板厚度、宽度、平直度状况及温度来设定辊缝，自动咬钢送料，并具有过载保护和AGC弹跳补偿等功能。有些中厚板生产厂家，采用变辊距矫直机，以扩大矫直厚度范围和生产高强度钢板的需要。这种形式的矫直机生产的厚度范围相当于中板矫直机和厚板矫直机俩台矫直机的范围吗，它可以根据矫直工艺的需要对现有矫直机辊系改造，使机架受力减少，从而扩大了矫直机的矫直厚度范围或强度范围，充分发

17、挥了矫直机的矫直功能。辊缝控制系统由位置控制回路和位移传感器组成，属于液压调整位置控制回路，辊缝控制的原则是在整个矫直过程中保持辊缝恒定，补偿钢板头部、中间和尾部在牌坊间的拉伸变形。1.3.1 中厚板矫直机国外发展状况 当今世界上先进矫直机技术快速发展， 中厚板矫直机正向重型化、全液压、自动化过渡。随着用户对中厚板质量要求越来越高，钢铁市场需要具有良好的平直度、极小的内应力的产品。目前，国外的一些制造厂家，如德国的SMS、奥钢联以及DANIELI等推出的是全液压的高性能矫直机。在国外，为适应TMCP工艺技术的要求，各大厂商纷纷推出称为“第三代矫直机”，其也代表了当今世界矫直技术的最高水平。“第

18、三代矫直机”既开发有等距矫直机，同时为了扩大矫直厚度范围，也开发有变辊数、变辊距装置的矫直机(薄板用小辊径、小辊距的矫直机,厚板用大辊径、大辊距的矫直机)，另外也开发有组合式和伸缩式矫直机，矫直厚度范围从以往的45倍扩大到10倍左右。新式矫直机采用位置闭环控制回路APC，可在无负荷的情况下快速闭合或打开以及在带负荷的情况下进行辊缝调整，另外，主油缸也运用了过载保护，当超过最大矫直力时，辊缝将打到最大。此外，新式的矫直机采用了入、出口辊单独调节辊缝以利于钢板的输送；并设有快速换辊装置；采用不同辊径与辊距的组合方式以扩大矫直范围等。国外第三代矫直机通过改进结构设计，如采用矫直辊不同方向的预弯曲以消

19、除钢板边缘波浪或中心瓢曲；采用上矫直辊倾斜以消除单边波浪；矫直辊沿矫直方向倾动以调整辊缝；入、出口辊单独调节辊缝以利于钢板的输送；设有快速换辊装置；采用不同辊径与辊距的组合方式以扩大矫直范围以扩大矫直范围等。此外，新一代矫直机还通过采用自动控制、计算机模型设定和液压AGC动态辊缝调整先进技术，来提高中厚板的矫直质量。1.3.2 中厚板矫直机国内发展状况在我国，从轧机结构上来看，国内的中厚板轧机普遍存在辊身长度小，单机产能低的缺点。由于目前的中厚板轧机是在原有设备基础上经过扩宽、扩能改造的，受2300mm三辊劳特轧机对规格的影响，四辊轧机一般改为2500mm，如济钢中板厂和重钢等；也有一些改为2

20、800mm，如柳钢中板厂和安钢中板厂。近年来随着新一代强力智能矫直机在我国的推广，具有自主知识产权的新一代矫直机越来越受到国家的重视。而作为新一代强力智能矫直机的核心技术主要包括两个方面，第一个方面是多液压缸的同步控制，第二个方面是智能自学习的矫直模型。辊式矫直机的矫直过程基本都分为两个阶段，第一阶段是减少金属板材各点曲率差；第二阶段是减少板材残余曲率，直至板材的平整精度满足工艺要求。我国钢厂的矫直设备经过5辊、7辊矫直机后，目前普遍采用9辊或11辊的四重式矫直机，但仍然有少数厂家采用二重式11辊矫直机，它们都属于新一代强力智能矫直机。目前我国中厚板生产线的热矫直机普遍采用9辊或11辊四重矫直

21、机，仍有少数中板厂存在二重11辊矫直机，强力冷矫直机配备很少，除首秦厚板、舞钢厚板、鞍钢厚板和宝钢厚板等板厂引进的矫直系统具有二级设定功能外，其它很少采用计算机设定矫直规程。目前我国的中厚板矫直装备水平参差不齐。从技术水平上考虑，总体上可以把现有的中厚板矫直机分为三类：第一种是由国外的公司负责，这一类的矫直机主要集中在生产宽厚板上，而且其主要特点是运用SMS一Demag技术和奥钢联技术，这种矫直机的主要特点是全液压，全自动，高刚度。第二种是由国内公司负责或引进国外二手设备的四重热矫直机，这种矫直机主要集中在生产2500mm以上的中厚板厂。这种矫直机的主要特点是：普遍采用全液压或者电液混合调节压

22、下，这种调节压下的方式有利于提高矫直能力；机架的选择采用预应力机架，矫直质量相对较好，矫直钢板的范围扩大，具有工作辊整体倾动、边辊单独调整以及弯辊功能，并且还具有快速换辊和安全保护装置。第三种是制造年代比较早的二重热矫直机，这种矫直机主要集中在生产2800mm以下的中板厂。这一类矫直机的主要特点是：设备比较陈旧，辊系中无支撑辊，且矫直辊容易弯曲，矫直能力小于10MN，矫直范围小，自动化水平低，故障率高。1.3 中厚板热矫直机本课题研究的是十一辊中厚板热矫直机总图以及辊系设计，主要包括矫直机的总装配图及辊系的详细设计；辊系内容有参数计算、结构设计和强度校核。其中，第二章主要介绍了矫直理论；第三章

23、为矫直机的力能参数计算，包括矫直力、矫直力矩、矫直功率；第四章主要介绍矫直机的结构组成和压下系统详细结构；第五章对关键部件做了有限元分析，校核其强度、刚度。1.4 本章小结本章主要介绍了毕业设计的选题意义以及毕业设计的主要内容。第二章 矫直理论第二章 矫直理论轧件的矫直就是使轧件承受某种方式的一定外力作用，产生一定的弹塑性变形，当上述外力去除后，在内力的作用下又产生弹性恢复，直到内力达到新的平衡，得到所有的形状，矫直过程实质就是弹塑性变形的过程。2.1 中厚板矫直原理在中厚板生产中，多数被矫钢板上的原始曲率的大小与方向均是随机的 (在 02±Cr0max之间变化)，即属于具有多值原始

24、曲率轧件的矫直问题。采用的一般矫直原则是:对轧件进行多次弹塑性反弯以消除其原始曲率的不均匀度，并逐渐将其矫平，达到矫直目的。目前，板材尤其是中厚板主要是采用辊式矫直机进行矫直，可分为冷矫和热矫两种。中厚板由于其材质、规格和尺寸的不同，需要的反弯次数也不同，因而辊式矫直机的辊数也有很大差别。通常，中厚板矫直机辊数多为5-13个，其中5-7辊的多用于厚板矫直。按照每个矫直辊使钢板产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法，可分为小变形矫直方案、大变形矫直方案以及整体倾斜方案。1) 小变形矫直方案该方案的矫直原则是:矫直反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)。为

25、达到消除该辊最大原始曲率目的，该辊的反弯曲率应等于钢板的弹复曲率， 即 。小变形矫直方案的优点在于在轧件原始曲率较大时，能较快的消除原始曲率值的差值。2) 大变形矫直方案钢板在多值原始曲率的情况下，弯曲变形总曲率越大，其弹复曲率差值越小，即钢板弹复后的残余曲率的变化范围越小。根据此特点，在第二、三辊上采用很大的相对反弯曲率，使轧件各部分的总弯曲变形曲率达到很大数值，则使弹复曲率接近于同方向的某一个数值，即可迅速地将残余曲率减小，使整个轧件长度方向上几乎成为单值曲率。然后经过几次反弯后，轧件趋于平直，达到矫直目的。3) 整体倾斜矫直方案该矫直方案主要是通过调整首尾端的压下量，使首端压下量使其相对

26、反弯曲率，尾端压下量的相对反弯曲率。当确定第二辊及倒数第二辊( n - 1辊) 上的反弯曲率后，就可按线性规律确定其它矫直辊的反弯曲率。该矫直方案的优点在于符合钢板矫直过程的变形特点。钢板用户对热轧钢板尺寸和形状精度的要求越来越高。除了其他方面以外，用户要求钢板必须是平直的，并且没有可能有害于其预定用途的内应力。内应力以及弯曲和平面度误差是由以下的原因造成的：1) 沿横断面高度方向和宽度方向上的不均匀塑性变形，例如在轧制过程中产生的。2) 轧件沿横断面的不均匀冷却，例如在冷床区域产生的或在温控过程或在热轧制过程之后产生的。平面度误差是以弯曲或边缘波形或中央皱凸的形式而产生的，这种误差可以被理解

27、为沿钢板长度或宽度方向上的长度差值。对于一块平直的钢板来说，沿其长度方向和宽度方向上所有的材料纤维都具有相同的长度。矫直的任务就是通过对平面度超差的钢板进行特殊的成形，来补偿长度差值，这种特殊的成形适合于用来消除弯曲和波形。在这个过程中，最重要的事情就是以确定的钢板变形状态来代替会引起内应力的不确定的变形状态。这是通过在矫直机的入口段对钢板进行较强的弯曲来实现的。通常，弯曲一块钢板时会产生对称弯曲应力分布的应力状态。如果在钢板中存在不同的内部拉应力或压应力（当存在有边缘波形或中央凸起时），弯曲应力分布就叠加到内应力上，并且产生了不对称于中心线的应力分布。这种形式的应力分布造成下述情况： 1)

28、在存在内部拉应力时，钢板顶面的伸长量大于钢板底面的压缩量。2) 在存在内部压应力时，钢板底面的压缩量大于钢板顶面的伸长量。当存在内部拉应力时，通过多次交变弯曲，钢板稍微伸长。相反，当存在内部压应力时，通过上述弯曲，钢板稍微缩短。沿钢板纵向的内应力可导致波形，产生的长度差值就这样通过交变弯曲而被补偿，并使得中央皱凸和边缘波形减轻。由于使用了这些可任选的调整装置，矫直辊可以用不同的方式沿矫直机的宽度方向或长度方向上调整，这是消除钢板波形的先决条件。对于矫直过程来说，必须使各辊在钢板进入后钢板弯曲的绝对值尽可能是均匀地递减的。在这个过程中，最后施加的弯曲量必须刚好使得在钢板离开矫直机时弹性恢复后得到

29、一个平整的钢板。平行辊矫直机是目前应用最广的矫直机。板材矫直机按板厚可分为中厚板矫直机、中薄板矫直机及薄板矫直机。中厚板矫直机，其能力上限可矫厚板，下限可矫中板；中薄板矫直机其能力上限可矫中板，下限可矫薄板；薄板矫直机为厚度很薄、宽度较大的薄板矫直所用。板宽与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先板厚决定辊径尺寸；其次是板宽决定辊长尺寸；第三是辊数决定着矫直质量；第四是辊子重叠数决定矫直质量及表面粗糙度；第五是矫直温度决定矫直机的结构特点。2.2 弹塑性弯曲的概念 在辊式矫直机中，轧件是经过弹塑性反弯后矫直的。为此，应简要介绍弹塑性弯曲的基本概念及轧件的反弯矫直原理。2.2.1 轧件的弹塑

30、性弯曲变形轧件在外力矩M的作用下弯曲变形时，中性层以上的各层纵向纤维产生拉伸变形，中性层以下的各层纵向纤维产生压缩变形。轧件中既有弹性变形层又有塑形变形层时的弯曲，称为弹塑性弯曲。 图2-1 轧件弯曲变形图图2-2a是有加工硬化材料的应力-应变曲线。图2-2c是为简化后的加工硬化材料的应力-应变曲线，其弹性模量为，屈服点以上的硬化模量为。在屈服点以上应力值不随应变值增加的材料称为梁弹塑性材料（图2-2b）。炽热状态下的钢材，可近似认为是理想弹塑性体。图2-2 轧件材料的应力-应变曲线a-有加工硬化材料的曲线；b-理想弹塑性材料的曲线；c-简化的有加工硬化材料曲线超过材料屈服点后的变形属于塑形变

31、形。塑形变形时，材料的加载与卸载过程是不同的。第一次加载时，应力与应变沿OAB曲线变化（图2-2），并在A点超过屈服极限。当外载荷消除而卸载时，应力、应变将沿直线变化，最终产生残余变形重复加载时，将沿线变化。下面分析轧件弹塑性弯曲时，断面上各层纤维的应力与应变的变化。随着轧件弯曲变形程度的增大，轧件断面上的应力将呈现不同的状态。图2-3绘出了弹塑性弯曲阶段，轧件的几种变形状态。1） 弹性弯曲的极限状态：在外力矩的作用下，轧件表面层应力达到了材料屈服极限，应变为，各层纤维都处于弹性变形状态。外力矩去除以后，在弹性内力矩的作用下，各层纵向纤维的应变将全部弹性恢复。2） 弹塑性弯曲状态：外力矩继续增

32、大，一部分纤维层产生塑形变形。外力矩越大，塑形变形区由表层向中性层扩展的深度也越大。 图2-3 弹塑性弯曲阶段，轧件的几种变形状态a-弹性弯曲的极限状态；b-弹塑性弯曲阶段；c-全塑性弯曲阶段3） 全塑形弯曲状态（假想的弹塑性弯曲极限状态）：对理想弹塑性材料，这是外力矩增加到使整个断面上各层纤维的应力都达到屈服极限时的假想状态。此时，外力矩达到了最大值。外力矩消除后，各层纤维的变形只能部分地恢复。在图2-3b中，也绘出了有加工硬化材料的轧件弹塑性弯曲时断面上各层纤维的应力状态。由上可知： 1）在弹塑性弯曲阶段，随着外力矩的增大，轧件可出现三种弯曲变形状态；2）轧件弹塑性弯曲变形过程由俩个阶段组

33、成：在外力矩作用下的弯曲阶段和外力矩去除后的弹性恢复阶段（轧件产生弹性恢复变形）。2.2.2 轧件的弹塑性弯曲过程的曲率 轧件弯曲变形过程可以用其曲率变化来说明。 （1）原始曲率（图2-4a）轧件初始状态下的曲率为原始曲率，用表示。是轧件的原始曲率半径。曲率的方向用正、负号表示。当轧件需反弯时，原始曲率的正、负号与反弯曲率的正、负号有关。与反弯曲率方向相同时符号相反；方向相反时，符号相同。时，表示轧件原始状态是平直的。 （2）反弯曲率（图2-4a）在外力矩M作用下，轧件强制弯曲后的曲率为反弯曲率。在压力矫正机和辊式矫正机上，反弯曲率是通过矫正机的压头或辊子的压下来获得的。 （3）总变形曲率 它

34、是轧件弯曲变形曲率变化量，是原始曲率与反弯曲率的代数和，即 （2-1)使用上述公式时，应将曲率的正、负号代入。 （4）弹复曲率 它是轧件弹复阶段的曲率变化量，其数值取决于弹复力矩。 （5）残余曲率（图2-4b）它是轧件弹复后的曲率。如果轧件被矫平，则；若轧件未被矫平，则在连续弯曲过程中，这一残余曲率将是下一次反弯时的原始曲率，即下标是指第次弯曲。残余曲率是反弯曲率与弹复曲率的代数差，即 (2-2)显然，为使残余曲率（即将轧件矫平），按照式2-2，应是 (2-3)式2-3是一次反弯矫正时，选择反弯曲率的基本原则。图2-4 弹塑性弯曲时曲率的变化及其与断面纤维的关系a-弯曲阶段；b-弹复阶段现在，

35、可以用上述的曲率变化来进一步说明弹塑性弯曲的变形过程。弹塑性弯曲的变形过程分为弹塑性弯曲和弹复俩个阶段。在弹塑性弯曲阶段，在弯曲力矩的作用下，将具有原始曲率的轧件向相反方向弯曲，其反弯曲率为；当外载荷去除后，进入弹复阶段。此时，在弹性内力矩的作用下，轧件弹性恢复（弹复曲率为），最终得到残余曲率。如果所取得的反弯曲率在数值上等于弹复曲率，则弹复后的轧件将得到矫平。2.2.3 弹塑性弯曲阶段应变与曲率的关系由图2-4a可见，具有原始曲率的轧件上有垂直于中性层的断面。在外力矩的作用下，轧件反弯至时，根据平断面假设，断面仍为垂直于中性层的平面。距离中性层处的纵向纤维的应变将是 （2-4）式中 -该处纤

36、维拉伸或压缩的变形量 -该处纤维的原始长度 -弯曲前，横断面与垂直轴线间的夹角 -反弯后，横断面与垂直轴线间的夹角 -轧件的原始曲率半径； -纤维距中性层的距离。式2-4分母中的与相比，数值很小，可忽略不计并考虑到中性层纤维长度在弯曲前后是不变的，即，则可以得出 （2-5）这一表达式与材料力学中弹性弯曲的应变与曲率的关系式是一致的，当时 （2-5a）由式2-5，可进一步分析轧件在弹塑性弯曲阶段三种弯曲变形状态下的应力与应变。图2-5可认为是图2-4的放大。原始断面被反弯至。随着弯曲程度的增大，在产生弹塑性弯曲变形后，断面上将可能出现图2-3a、b、c的三种应力状态。图中称为半断面上弹性变形区高

37、度。区以内的纤维层处于弹性变形状态；区以外各层纤维的应变值仍沿直线关系增加，但其应力值，对理想弹塑性材料为，对有加工硬化材料为，纤维处于塑形变形状态。处的应力为，应变为，即 （2-5b）由此可得出 （2-5c）或 （2-6） 的大小表示了轧件弹塑性弯曲变形的程度。的变化范围是。图2-3a中，是弹性弯曲最大极限状态，图2-3c中，是假想的全塑形弯曲状态。2.2.4 轧件弹塑性弯曲阶段的外力矩 1. 外力矩计算式的一般形式轧件弹塑性弯曲时外力矩是与轧件断面上各层纤维应力引起的内力矩相平衡的。由图2-3b，按照静力矩平衡条件，可写出中性层关于中性层对称的理想弹塑性材料轧件外力矩的计算式 （2-7）式

38、中 -距中性层处轧件断面的宽度； -距中性层z处的微分断面面积， -距中性层z处纵向纤维的应力，区以内的值可以用屈服极限表示，即 将代入上式，得出外力矩计算式： （2-8）令 外力矩计算式可写成 （2-9）式中 -轧件弹性变形区的断面系数 -俩倍的半断面塑形变形区面积对中性层的面积矩。2.屈服力矩与屈服曲率在后面分析矫正原理时，将应用俩个临界参数和。将轧件弯曲至表层纤维的应变时的外力矩，称为屈服力矩，以表示。它是最大弹性弯曲力矩，也是最小弹塑性弯曲力矩。按照式2-8，当时，d额计算式为 （2-10）式中 -断面形状对称轧件的断面系数，。 外力矩达到时，轧件的总变形曲率称为屈服曲率，以表示。它是

39、由弹性弯曲进入弹塑性弯曲临界总变形曲率。由式2-5a，当时，的表达式为 （2-11）另外，由于仍是弹性弯曲的外力矩，材料力学中曲率与力矩的关系式对与仍然成立，从而得出的另一个表达式是 （2-12）式中 -轧件断面的惯性矩。，对中性层对称的断面 3.理想弹塑性材料轧件的塑形弯曲力矩与断面形状洗漱e 当轧件弯曲至2-3c的全塑形弯曲状态时，整个断面上纤维的应力均达到，这时，外力矩达到最大值，称为塑形弯曲力矩。由2-7，当断面上应力均为时，外力矩应是 （2-13）式中 -轧件的塑形断面系数，它在数值上等于轧件断面的面积矩 由上可知，对理想弹塑性材料轧件，其弹塑性弯曲力矩的俩个极限是与。一班情况下的弯

40、曲力矩介于这俩者之间。 塑形弯曲力矩与屈服力矩的比值是 （2-14）比值称为断面的形状系数。由于轧件断面的形状与尺寸给定后，它的S与W均是定值。因此，一定放置形式下的轧件形状系数是常量。它是断面形状与放置方式的特征参数。2.3 辊式矫直机力能参数的计算辊式矫直机的力能参数包括作用在矫直辊上的矫直力，矫直力矩还有矫直机的点击功率。2.3.1 作用在矫直辊上的压力（矫直力）作用在矫直辊上的压力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。此时，将轧件看成是受很多集中载荷的连续梁，这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。他们在数值上等于轧件对辊子的压力。 图2-5 作用在矫正辊上的压力（矫正力）按照图2-5，各辊子

41、上的力可根据轧件断面的力矩平衡条件求出，即 （2-15）式中 -矫直辊辊距作用在上、下排辊子上的压力总和为 （2-16）今假设：1）第2、3、4辊下轧件的弯曲力矩为塑形弯曲力矩，即;2)第、辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩，即；3）其余各辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩和塑性弯曲力矩的平均值，即。将上述三个假设代入上式可得各辊下矫直力的计算式为 （2-17）2.3.2 作用在矫直辊上的矫直力矩矫直力矩的计算公式是从下列假设条件出发的：1）认为各辊下的弯曲力矩均是塑性弯曲力矩；2）认为弹复变形不属于耗能变形；3）为了简化计算，除原始曲率外，其余各辊下的残余曲率都等于小变形矫正方案中的残余曲率最大值对具有

42、原始曲率为的轧件，可假设其平均原始曲率为 （2-18）式中的数值：对于钢板，；对于型钢，。是轧件的厚度。按照上述假设，当矫直轧件上原始曲率凸度向下部分时，矫直总扭矩应该是 （2-19）矫直轧件上原始曲率凸度向上部分时，由于其凸度方向与第2辊的弯曲方向相同，因为只在第3辊后才产生残余曲率。这时，矫直总扭矩应该是 （2-19a）式中2倍曲率是由于公式的假设条件是前一辊的残余曲率与本辊的残余曲率相等，而塑性变形曲率是二者之和。由于轧件上原始曲率的方向难于预先确定，因而，设中的矫直扭矩是与的平均值。此外，因，因此，总的矫直扭矩计算式是 （2-19b）按照假设条件，及均是小变形矫正方案的残余曲率最大值。

43、因此式2-21b可写成 （2-19c）式中 -平均原始曲率 -小变形矫正方案的残余曲率最大值。按照式2-21c计算矫直扭矩，方法简单。但在计算时，的选值对计算结果影响较大。为此，在选择的数值时，应使之尽量接近实际生产情况。此外，由于是的一半，因此，和以直接作为原始曲率进行计算的其他矫正扭矩公式相比，其计算结果偏小。2.3.3 矫直功率的计算辊式矫直机的电机功率计算式为： （2-20）式中 -辊子与轧件之间的滚动摩擦洗漱， -辊子轴承的摩擦系数， -辊子轴承处直径 -矫直速度 -传动效率2.4 本章小结本章主要介绍了矫直的原理，从根本上分析了矫直的原理，重点介绍了矫直机的力能参数的计算。第三章

44、中厚板热矫直机的力能参数计算第三章 中厚板热矫直机的力能参数的计算3.1 中厚板热矫直机矫直力的计算 1、作用在矫直辊上的压力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。此时，将轧件看成是受很多几种载荷的连续梁，这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。他们在数值上等于轧件对辊子的压力，即矫直力。已知板宽每隔200一个规格，板厚分别为，来料为Q345。则各辊子上的力可根据轧件断面的力矩平衡条件求出。图3-1十一辊中厚板热矫直机受力分析2、 轧件的弹性弯曲力矩 因为塑性力矩和弹性力矩的比值为：当时，不同板宽下对应的弹性弯曲力矩和塑性力矩如表3-1所示：表3-1 时不同板宽下的 和 板宽2400260028003

45、000320034003600380040004200220.8239.2257.6276294.4312.8331.2349.6368386.4331.2358.8386.4414441.6469.2496.8524.4552579.6根据第2章中的分析可得出各辊在对应板宽下的矫直力如图3-2所示：图3-2 当板厚时不同板宽对应的的矫直力同理可得，当板厚时，不同板宽下的和如表3-2所示：表3-2 时不同板宽下的 和 板宽2400260028003000320034003600380040004200345373.8402.5431.3460488.8517.5546.3575603.8517

46、.5560.6603.8646.9690733.1776.3819.4862.5905.6 各辊在对应板宽下的轧制力如图3-3所示：图3-3 当板厚时不同板宽对应的的矫直力当板厚时不同板宽下的和如图3-3：表3-3 时不同板宽下的 和 板宽2400260028003000320034003600380040004200496.8538.2579.6621662.4703.8745.2786.6828869.4745.2807.3869.4931.5993.61055.71117.81179.912421304.1各辊在对应板宽下的轧制力如图3-4所示：图3-4 当板厚时不同板宽对应的的矫直力3

47、.2 中厚板热矫直机矫直力矩的计算在辊式矫直机上，轧件是随着矫直辊的转动不断前进并反复弯曲的。因此，矫直辊上的扭矩可以按照功能相等的原理来确定。 （3-1）式中，原始曲率小变形矫正方案的残余曲率最大值当板厚时板宽与矫直力矩的关系如图3-5所示：图3-5 当板厚时不同板宽对应的的矫直力矩当板厚时板宽与矫直力矩的关系如图3-6所示：图3-6 当板厚时不同板宽对应的的矫直力矩当板厚时板宽与矫直力矩的关系如图3-7所示：图3-7 当板厚时不同板宽对应的的矫直力矩3.3 中厚板热矫直机矫直功率的计算辊式矫直机的电机功率为： （3-2）式中 -辊子与轧件的滚动摩擦系数， -辊子轴承的摩擦系数， -辊子轴承

48、处直径， -传动效率，当板厚时板宽与电机功率的关系如图3-8所示：图3-8 当板厚时不同板宽对应的的电机功率当板厚时板宽与电机功率的关系如图3-9所示：图3-9 当板厚时不同板宽对应的的电机功率当板厚时板宽与电机功率的关系如图3-10所示：图3-10 当板厚时不同板宽对应的的电机功率3.3 本章小结本章主要介绍了我所研究的十一辊热矫直机的力能参数的计算，包括矫直力，矫直力矩，矫直机点击功率。第四章 中厚板热矫直机的结构尺寸参数的计算第四章 中厚板热矫直机的结构尺寸参数的计算辊式矫直机的基本参数包括：辊径D、辊距、辊数、辊身长度和矫直速度。其中最主要的就是D与。矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫

49、正质量、设备的结构尺寸和功率消耗都有重要的影响。4.1 基本参数的选择和确定1. 辊径D与辊距的确定辊距是矫直机最基本的参数，辊径D与辊距有一定的比例关系，在辊距确定后，按比例关系可以确定辊径D并圆整至矫直机参数系列中的数值。对于厚板矫直机来说,取0.70.85.辊径D确定后，辊子轴颈与万向接轴连接处轴颈的强度可按一般强度计算公式校核。辊子上的矫正扭计按第三辊的计算扭矩考虑。因为第三辊矫直力最大。确定辊距时，应该既考虑满足最小厚度轧件的矫直质量要求，又要考虑满足矫直最大断面轧件时矫直的强度要求。为此，应分别计算最大允许辊距和最小允许辊距。最后确定的辊距应该是（尽量取最小值），而且应圆整至矫直机

50、参数系列中的相应数值。1） 最大允许辊距的确定 决定轧件的矫直质量。值过大，轧件难以产生必要额弹塑性弯曲变形。计算的出发点是：平直的最小厚度轧件经矫直辊反弯时，断面上塑形变形区高度应不小于，即或。由此，轧件的反弯曲率应是 （4-1）若假设这一反弯曲率半径等于矫直辊的半径等于矫正辊的半径，即，对于厚板矫正机，与的关系有： （4-2）将式4-1代入得 （4-3） 通常，只对板带厚度小于的矫正机才校核条件。因为计算结果表明，当大于时，值远远大于按强度条件计算出的值，而值是应靠近值选取的。2） 最小允许辊距的确定 辊距越小，对轧件可能产生的反弯曲率越大，矫正质量越高。但从式2-19可以看出，越小，矫正力越大。故最小允许辊距受工作辊扭转强度和辊身表面接触应力限制。辊子表面的接触应力可近似地用圆柱体与平面相接触时的应力公式计算。辊子上的最大接触应力应小于允许值，即