【UCM六辊轧机设计7600字（论文）】

UCM六辊轧机设计TOC\o"1-2"\h\u16352摘要 17344第一章绪论 2289371.1课题背景 2107101.2UCM轧机的特性 3151881.3UCM轧机的结构特点和工作原理 331449第二章压下规程的制订 4105622.1制订压下规程需要考虑的因素 4154402.2轧辊的类型的选择 4145202.3轧辊的具体尺寸参数的确定 4126602.4UCM1700冷轧机压下规程的制订 54436使轧辊转动所需力矩为 76059第三章UCM1700冷轧机主要结构组成 717970(1)机架 87078(2)轧辊系统 818212(3)中间辊轴移装置 85192第四章液压缸的选取 81135从机械设计手册上选择合适的液压缸数据如下 86640第五章轧辊力的分析 985745.1轧辊受力分析 912395.2稳定性条件要求 11138725.3角度的计算公式 1129606第六章轧辊的强度校核 12234766.1工作辊的强度校核 12172616.2支撑辊的强度校核 1326886第七章机架的结构设计及强度校核 14278107.1机架结构的类型和选择 1493527.2机架主要尺寸的确定 1453347.3机架强度的校核 157001第八章轧辊轴承寿命校核 1725401(8-1) 175196下面为当量动载荷计算公式 1722060结论 18摘要我国冷轧板带工业起步较晚，但改革开放之后已经得到了快速的发展，特别是近10年来，由于包装、家电、电子行业的兴起，对轧制板带材产品的质量要求逐渐变高，生产已经向更高的速度和精密度方面追求。所以采用新型轧机，新型轧制技术来已经是必要的。UCM六辊轧机在高精度板带轧制方面发挥了重要的作用，并已在实际生产中满足用户要求。这种轧机采用中间辊轴移，中间辊弯辊，工作辊弯辊等板形控制手段相结合，可以有效地提高板带的板形精度。关键词：板形精度；中间辊轴移；工作辊弯辊；新型轧机绪论课题背景钢的冷轧源于德国，19世纪以来德国，美国，英国所生产出来的冷轧带钢宽度不断增加。之后，冷轧带钢宽度进一步扩大，冷轧带钢飞速发展，辅助设备开始出现，如剪切、卷取、平整设备等，冷轧带钢的产品质量有了快速的提高。从德国二轧辊与四轧辊的可逆式冷轧机开始使用以后，冷轧带钢的有效宽度不断被扩大，同时在一定条件下的最小轧制厚度不断减小。70年代后，美、日、英、德、俄等国家由于全球能源危机导致冷轧带材行业发展受阻，基本没有新建的冷轧机。这些国家开始改造现有冷轧机上，即改善板材产品的板形，降低使用能耗，提高轧制速度，减小板材的厚度，并且提高轧机的装备水平，增加新的控制手段和技术应用轧机上，部分轧机应用了新设备与新工艺来提高冷轧产品的质量和产量。同时世界上开始出现能够控制板形的新轧机，同时也出现了可以做到生产工序连续化的新轧机。我国冷轧板带工业起步较晚，建国初期引进了苏联的1250mm，1700mm单机架可逆式轧机。70年代武钢引进了1700冷连轧机设备。总体来说我国冷轧板带工业发展较为迟缓。我国从国外引入大型不同尺寸冷连轧机，这些冷轧机机型都以板形控制手段为特色，例如CVC、HC、UC、UCM等都采用了世界上最先进的工艺和控制手段，如厚度控制和板形控制等。布置方式也已经从酸洗，单卷轧制变为无头轧制和联机酸轧。鞍钢在国内首先实现了1780mm酸洗冷连扎机组的独立设计，实现了国产化机组建设。板带轧辊轧机可以细分为为二轧辊轧机、四轧辊轧机、六轧辊轧机和多轧辊轧机，不同轧辊数量导致轧机功能不同，但是二轧辊轧机已经由于控制精度的原因，不用于薄板轧制，一般薄板与超薄板的轧制更多使用多轧辊轧机，中厚板轧制使用四轧辊轧机；此次设计的UCM轧机属于六轧辊轧机，相较于四轧辊轧机有很多优点也用于薄板轧制；钢板轧制的机型也分为连续式和可逆式，连续式轧机生产率较高，更多用于一定规模的生产，可逆式轧机则在一个机架上进行连续反复的轧制，效率高，节省占地体积，应用范围广泛。UCM轧机是在HCW的基础上创造出来的，拥有了新的技术，即中间辊轴向移动，这使得UCM轧机的范用行更加高，基本上可以适应各种宽度的轧制钢材，并使用轴向移动和调整轧辊弯辊力，消除有害的挠曲，以获得更加优秀的板形控制能力。UCM轧机的特性首先UCM轧机板形控制能力十分优秀，由于中间轧辊可以轴向移动，轧机的横向刚度就得到了调整，中间轧辊位于不同位置使得板材的凸度得到了调整，板形也得到了调整，由于可以调整中间轧辊的位置，就可以寻找到一个板形与轧制张力无关的位置，这种状态与理想轧制状态更加相似，这样就可以得到平直度更高，板形也更加优秀的产品，同时，由于UCM轧机良好的轧制板材形状控制能力，相比比四轧辊轧机可以采用更小的轧辊尺寸，在此前提下可以增大每个道次的压下量，减少总的轧制道次，这样就提高了钢材料的利用率，也变相提高了产品的生产率。但有优点就有缺点，UCM轧机的缺点就是由于中间辊的轴向移动是相对于其他量轧辊的，所以很容易导致损伤轧辊的表面；每次换辊时都需要工作辊复位，所以耗费时间较长；由于轧制的不对称性，导致辊系受力情况很难准确计算出来。UCM轧机的结构特点和工作原理工作辊与正负弯辊缸分开设置,反应快。中间辊可以轴向移动,这样可以减少工作辊的挠度，增加工作辊寿命,并使工作辊正负弯辊可以随时调节。轧制出来的钢材板形稳定性良好，各种浪形都可以做到优秀板形的产品。边裂宽度和带钢边部减薄都明显降低,可以提高成材率。由于可以较小的辊径和较大的压下量，减少了轧制道次和轧机数量。一种初始工作辊凸度可以满足多种条件轧制，轧辊备品数，维修次数，换辊次数都有明显的减少。UCM轧机是使用中间辊进行轴向位置移动的技术与工作辊、中间辊弯辊等技术结合在一起，可以达到直接调整辊缝的目标，以满足板形的不同形状的需求。压下规程的制订制订压下规程需要考虑的因素在制订压下规程时，要分别从各个方面考虑生产产品的质量和设备技术能力两个主要因素、其中关于生产设备技术能力方面的因素包括了以下几点：咬入条件：不同的轧机型号的咬入角不同。轧辊强度：必须确保轧辊的强度以保证轧辊表面不被破坏。轧辊的类型的选择冷轧机的轧辊辊身呈现圆柱形，冷轧板带轧钢机的轧辊的辊身微凹，当它受力弯曲时，板形能够保持在最好的状态。轧辊由轧辊身、轧辊颈和轧辊轴头构成。直径超过400mm的冷轧辊，常在中心镗一个直径70mm到80mm的通孔。一方面轧辊表面淬火时可以通水内冷以保证更好的效果，另一方面可使轧辊经热处理后的内应力均匀。轧辊的具体尺寸参数的确定轧辊的尺寸主要包括辊体直径与辊颈直径，辊体长度与辊颈长度。根据题目条件选择辊体尺寸如下：辊颈尺寸的选择辊颈尺寸与轴承选用有关，一般情况下与辊身尺寸差距较大。所以说轧辊的辊身和辊颈的交界处是强度最低的地方。所以说一般情况下，交界处的过渡圆角的选择应该较大一点。冷轧机选用滚动轴承时，辊颈尺寸不能过大，所以选：d=UCM1700冷轧机压下规程的制订平均压下率的计算要想计算平均压下率，第一步需要计算平均延伸率延伸率计算公式：λn=B第二步根据平均压下率与平均延伸率关系公式如下得出结果：λ=11−ε（λ为平均延伸率；n为轧制道次（选择5个道次的轧制）B为轧制前的板材厚度；b为轧制后的板材厚度；ε为平均压下率将轧制前后材料厚度代入公式（2-1）得λ=再将平均延伸率代入公式（2-2）得ε=1−即平均压下率为35.5%压下量的分配在分配各道次的压下量时需要注意的一点就是轧制中所用材料的加工硬化现象，加工硬化现象指的是材料在冷变形程度发生改变大时，材料的强度与硬度也都会得到明显的提高，这不利于板材的轧制，但在板材的轧制初期，由于轧制中钢板的冷变形的程度较小，强度与硬度相比比较轧制中后期小，塑性韧性相比比轧制中后期好，所以在最初开始的道次里选择比较大的压下量，后面一个道次的压下量选择慢慢地减小，减少由于加工硬化导致的不良影响。下面是本次轧制的次以及压下量选择：轧制张力的选择张力轧制即指材料在轧制过程中伴随一定的前张力和后张力。与轧制同向的的就是前张力，与轧制反向的就是后张力。在进行张力轧制时，张力越大，轧机承担的轧制负荷就越小，这样既能保护轧机主体，又可以提高产品的质量，所以说轧制张力应该尽量取较大值，但不得超过材料的屈服极限，但考虑到不同的实际情况，轧制张力应在0.2倍的屈服极限到0.6倍的屈服极限范围内选取。一般情况下本道次的后张力等于下一道次的前张力，而在本道此中，一般选取前张力要大于后张力。UCM1700冷轧机不同道次轧制力选择情况：轧制力、力矩计算计算平均单位压力冷轧带钢轧机板材尺寸的宽度比厚度大得多，这里认为是平面变形问题。冷轧时由于是采用张力轧制，因而计算平均单位轧制压力时需要考虑张力的问题。斯通公式在考虑冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，把轧制过程看成符合干摩擦定律的平板压缩。根据上述约束条件后得出的平均单位压力公式：p=2k−σ为轧制摩擦系数，取0.08；l为接触区长度，单位mm；ℎ为轧制前与轧制后厚度之和的一半；σ为轧制前张力与后张力之和的一半；计算接触面积：由于轧制力的影响，轧件将被显著地弹性压扁，使得轧辊与被轧制材料的相互接触长度增大。接触区长度计算公式为：l=RΔℎ+x0X0为轧辊接触区域长度的一半；计算公式为：x0=8RP1−为w辊半径为242.5mm；为w辊的材料的弹性模量，220；为系数取0.3；轧制力的计算将l=RΔℎ代入式（2-3）中求得p，然后再将计算结果代入式(2-5)，求得x0，再代入（2-4）中求出l，再带入（2-3）中，如此反复计算，最后使得前后两次结果之间相差小于0.01即可，再通过（2-6）p=p轧制力矩的计算：由于轧制材料作用在轧辊上的作用力P在垂直方向倾斜很小，大致上可以等于垂直分量，因此可以按照按钢材产生在轧辊上的总作用力P来计算轧制力矩。使轧辊转动所需力矩为M=2Pψl（2-7）φ

为力臂系数，取0.4；综合以上的数据可得Q235号钢1.8—0.2的压下规程。UCM1700冷轧机主要结构组成UCM1700冷轧机的组成包括机架、轧辊系统、中间辊横移装置、压下装置、弯辊机构等下面对这些部件作一些简单的介绍：机架UCM1700冷轧机选用了闭式机架，上部分用横梁连接，下部分固定在轨座上，机架窗口两侧装有抬升装置，机架材料为ZG270-500铸钢。轧辊系统轧辊系统由支承辊、中间辊、工作辊，以及相对应的轴承座组成，液压缸主要安装在轴承座附近处，由于支承辊和相应的工作辊承主要是承受较大的径向载荷，所以在这里统一选取了双列圆柱滚子轴承；因为中间辊要进行轴向移动，所以还会受到轴向力的影响，由此可以选择双列圆锥滚子轴承。中间辊轴移装置中间辊横移装置主要由横移缸和紧锁装置构成，在此装置的帮助下，中间辊可以进行轴向移动，到达合适位置并被锁紧装置锁紧。液压缸的选取弯辊力在板形控制中起到重要作用，它可以控制轧辊的形状间接能够起到控制轧制板形的效果，从而达到控制板形的目的。但由于弯辊力不是在全过程中起到效果，因此弯辊力的选取可以比一般情况小一些即可。如下式：P在UCM轧机里选取液压缸要比较弯辊力和平衡力，如果弯辊力较大则按照弯辊力设计液压缸，如平衡力较大则使用平衡力设计液压缸，在本次设计中，弯管力明显大于平衡力，所以设计如下：弯辊力由10个液压缸承受P从机械设计手册上选择合适的液压缸数据如下液压缸分为活塞式和柱塞式两种，出于对尺寸和质量的考虑，选取柱塞缸。轧辊力的分析轧辊受力分析出于对稳定性的考虑，工作辊要在支承辊和工作辊的中心连线水平距离上存在一定位置的偏置，为了求出这个偏置量，现对UCM轧机中的轧辊进行力分析如下图。在w辊中：如图a水平方向上：Psin如图a竖直方向上：Pcosα−如图b水平方向上： Psin如图b竖直方向上：PcosP为轧制力；N1为w辊和m辊的相互作用力；α为轧制力与垂线的夹角；φ1为N1与w辊、m辊连线的夹角；γ1为m辊与w辊中心点连线与垂线之间的夹角；α、φ1、γ1过小以导致忽略。工作辊平衡方程变为N1≈P 将（5-5）式反带回上面四式便可以求出作用在轴承座上力如图aF1如图bF1在m辊中 如图a水平方向：N1垂直方向：N1如图b水平方向：F2垂直方向：N1sinγN2为m辊和b辊间的相互作用力，φ2为N2与m辊、b辊中心点连线的夹角；γ2为m辊与b辊中心点连线与垂线之间的夹角；γ1、γ2、φ1、φ2过小以导致忽略；m辊平衡方程变为：N1将（5-12）式带入上面四式，即可求出支反力如图a：F2如图b：F2在b辊中：如图a水平方向：N2如图b水平方向:F3稳定性条件要求当正向轧制与反向轧制时轧辊想要稳定，一定要保证其轴承座上的反力要大于零，即F1、F2、F3都要大于零，即得到下面六个公式：γ1γ1γ1γ1γ1γ2角度的计算公式γ1γ2α≈sina≈sinφρB=uBRφ1φ2ρMe为偏置值Rw、Rm、Rb为轧辊半径；T1、T0为轧制前后张力；ρb、ρm为摩擦圆半径；μb、μm为轴承摩擦系数Rb’、Rm’为轴端半径；（上面w指代工作辊，m指代中间辊，b指代支承辊）将角度公式代入稳定性条件中，以下是所需要的第一道次的具体数值：Rw=242.5mm；Rm=290mm；Rb=700mm；Rb’=425mm；Rm’=155mm；T1=80N；T0=60KN；P=13430KNμb=μm=0.002最终结果得到偏置结果要大于3.1mm最后取偏置为5mm轧辊的强度校核工作辊的强度校核工作辊受力如图所示。在考虑中间辊上的力的影响的情况下，假设轧制板材宽度为1550mm。已知如下数据：FW=671.5KN；LW=1700㎜；B=1550㎜；SW=363㎜；SW`=292mm；P=13430kn；DB`=485㎜；DB=310㎜q1q2M1M1M2将上述数值带入计算得到弯矩为：M1=439.8KNmM1’=243.7KNmM2=392.3KNm又有扭矩等于轧制力矩弯扭结合计算应力公式：(6-6)=32所计算应力在许用范围内，工作辊强度合格支撑辊的强度校核支承辊受力如图所示已知数据如下：LB=1650mm;SB=805mm;P=13430KN;DB=850;DB’=1400;F=269KNqM3M4将上述数值带入计算得到弯矩为：q因为轧辊辊身和辊颈的过渡处为轧辊强度最薄弱的环节，所以优先计算这个截面的弯曲强度，其计算公式如下：σmax将交界处弯矩带入上式中得到结果σ该截面的弯曲应力在许用应力条件之内，所以该截面强度合格。轧辊的中间截面也是相对受到弯曲程度严重的区域，所以再次进行弯曲强度校核，将中间截面出的弯矩带入应力计算公式可得：σmax该截面处的应力也满足许用应该，所以说中间截面的强度也合格。机架的结构设计及强度校核机架结构的类型和选择机架要承载轧制力，同时机架受到冲击而产生的形状变化将直接影响轧制产品的品质，为了提高生产产品的质量，机架的抗冲击，抗形变能力极为重要，所以机架的强度刚度一定要满足规格，同时也要满足拆辊和换辊，因为它的重要性一般取安全系数大于10。由于闭式机架拥有较高的强度和刚度，所以在这里选用闭式机架。机架主要尺寸的确定机架的主要尺寸包括窗口宽度b、机架整体高度h、立柱断面尺寸f机架的窗口高度的选择：一般情况下传动侧的窗口高度为1.15到1.3倍的支承辊直径操作侧的窗口高度为传动侧窗口高度+5到10根据本次设计选取结果如下：传动侧窗口高度=1.15-1.30）1400=1610-1820mm,取传动侧窗口高度为1700mm操作侧窗口高度=传动侧窗口高度+(5-10)=1615-1830mm,取操作侧窗口高度为1710mm机架整体高度的选择机架整体高度的选择主要取决于轧辊的最大径向尺寸、轴承座径向尺寸以及换辊和拆卸要求等。对于UCM轧机一般情况下选择机架整体高度为三个轧辊直径之和的2.5到4倍即H=(2.5-4.0)2462=（6162.5-9848）mm取9650mm机架立柱断面尺寸选择：当辊颈直径变大时，轧辊的强度呈现二次方式的增长，又由于辊颈与立柱中的作用力相同，因此断面面积与轧辊辊颈的直径平方有关，所以按照F/d2找出符合的机架立柱断面积，并强度校核。取f=(1.2-1.6)8502=(867000-1150000)mm2最终结果取1000000mm2机架强度的校核机架弯矩计算假设作用力r作用于机架横梁断面处,垂直方向且大小相当,方向反向;假设在整个机架发生了变形之后,该机架的转角保持不变。符合约定条件以后将机架简化为立柱、上下横梁的中性轴组成的自由框架，即沿窗口中央剖开，有R/2和静不定力矩M1：将I3等价成I1得到如下结果：M1=rM2=rll1、l2为中性线长度I1、I2I3为惯性矩r为轧制力的一半得到最终计算结果为如下数值：M1=8040.55KNmM2=250.5KNm机架应力计算横梁内外侧压力计算公式如下：σn1=−Mσa2立柱内外侧压力计算公式如下：σn2=σa2=Wn1、Wa1为横梁内外侧断面系数；Wn2、Wa2为立柱内外侧断面系数；将弯矩带入应力公式后得到σn1σσ横梁材料应满足的不超过的许用应力值在50MPa到70MPa之间立柱材料应满足的不超过的许用应力值在40MPa到50MPa之间机架和立柱上的应力在满足上述条件。轧辊轴承寿命校核选择轧辊转速最大时的支承轧辊进行轴承寿命校核：根据轧辊辊颈尺寸选择轴承参数如下：轴