【正文】 附錄：四輥初軋軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙清單 .............................. 39 1 1 緒論 本課題 涉及的內(nèi)容及國 內(nèi) 外的研究現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)的綜述 設(shè)計(jì)題目 ：四輥軋機(jī)壓下系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ：完成壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)件。重點(diǎn)完成壓下傳動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪出壓下系統(tǒng)裝配圖及相關(guān)零件圖。 軋鋼機(jī)是軋鋼生產(chǎn)的主要機(jī)械設(shè)備。鋼鐵及有色金屬的 90%要通過軋機(jī)軋制成材，因此軋機(jī)的裝備水平對(duì)軋鋼的生產(chǎn)有著直接的影響。我過擁有上千臺(tái)各種類型的軋機(jī)，承擔(dān)著鋼板、型鋼及鋼管的生產(chǎn)任務(wù)。軋鋼機(jī)設(shè)計(jì)工作面臨著三個(gè)方面的任務(wù) ：一是消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立承擔(dān)大型、新型軋機(jī)的設(shè)計(jì)；二是國內(nèi)有 80%的軋機(jī)面臨技術(shù)改造的繁重任務(wù)；三是逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作現(xiàn)代化和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 現(xiàn)代軋機(jī)發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化 ,產(chǎn)品質(zhì)量高 ,消耗低。 60 年代以來軋機(jī)在設(shè)計(jì)、研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋機(jī)、厚板軋機(jī)、高速線材軋機(jī)、 H 型材軋機(jī)和連軋管機(jī)組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋機(jī)、全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)、 5500 毫米寬厚板軋機(jī)和連續(xù)式 H 型鋼軋機(jī)等一系列先進(jìn)設(shè)備。軋機(jī)用的原料單重增大，液壓 AGC、 板形控制、電子計(jì)算機(jī)程序控制及測(cè)試手段越來越完善，軋制品種不斷擴(kuò)大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，以及適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟(jì)效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋機(jī)都在發(fā)展中。 國內(nèi)外對(duì)于厚度自動(dòng)控制理論的研究是很多的，不管是什么壓下厚度控制，輥縫的調(diào)整都是通過壓下機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。 國內(nèi)外對(duì)軋機(jī)的壓下機(jī)構(gòu)做了各方面的研究及測(cè)試，以提高軋制的精度、壓下機(jī)構(gòu)的使用壽命、提高生產(chǎn)效率和效益、降低能耗等。以下列舉了一部分國內(nèi)外設(shè)計(jì)軋機(jī)壓下研究相關(guān)的論文及簡(jiǎn)介： （ 1） 淺談 2300 中板二輥軋機(jī) 壓下螺絲回松 現(xiàn) 象 重型機(jī)械 2021 年 ,第 01 期 通過對(duì)中板二輥軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)絲桿和銅螺母摩擦系數(shù)變化及平衡缸和上軋輥提升速度不同步的分析 ,提出解決二輥軋機(jī) 壓下螺絲回松 現(xiàn)象的技術(shù)措施 ,為今后軋機(jī)設(shè)計(jì)提供參考 . （ 2） 軋機(jī)壓下螺紋副承載特性測(cè)試研究 中國機(jī)械工程 2021 年 ,第 03 期 依據(jù)相似準(zhǔn)則 ,制作 3500mm 中厚板軋機(jī)電動(dòng)壓下傳動(dòng)螺紋副 1/3 的測(cè)試模型 ,采用電測(cè)法獲取懸臂螺牙彎曲應(yīng)變值 ,模擬實(shí)際軋制力和過平衡力作用下螺紋副螺牙各層載荷大小及分布 .螺紋副測(cè)試結(jié)果和邊界元、有限元法數(shù)值計(jì)算結(jié)果相比 ,螺牙層載荷大小和分布規(guī)律基本吻合 ,證明電測(cè)法可行、直觀且可靠 .通過測(cè)定數(shù)據(jù) ,證實(shí)了輕重兩種載荷工況的不同承載特性 ,還發(fā)現(xiàn)螺母與絲桿軸線錯(cuò)移或傾斜的微尺度行為對(duì)載荷大小及分布影響極大的重要現(xiàn)象 ,為提高壓下傳動(dòng)螺紋副壽命及可靠性提供了重要思路 . 2 （ 3） 2021 熱軋機(jī)壓下系統(tǒng)的技術(shù)改造 有色設(shè)備 2021 年 ,第 03 期 介紹 2021 熱軋機(jī)壓下控制系統(tǒng)改造的要求、功能及其改造方案 ,改造后提高了控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 ,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益 . （ 4） 2800 中厚板軋機(jī)壓下螺母磨損嚴(yán)重問題的分析與處理 重型機(jī)械 2021 年 ,第 06 期 針對(duì)國內(nèi)某中板廠 2800 中厚板軋機(jī)壓下螺母、螺絲及止推軸承磨損嚴(yán)重等問題進(jìn)行了調(diào)查研究 ,應(yīng)用 雙球鉸理論 ”找出磨損問題關(guān)鍵所在 ,提出了改進(jìn)方法 ,較好地解決了問題 。 （ 5） 例如如舞鋼公司的 4200 軋機(jī)壓下裝置的回松是造成了該公司鋼板質(zhì)量低，軋制精度不高、設(shè)備運(yùn)行事故多的主要原因，對(duì)之進(jìn)行研究和技術(shù)改造已成為十分迫切的任務(wù)。 造成壓下系統(tǒng)回松的因素諸多，從根本上解決非常復(fù)雜。理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)影響回松的諸因素如工藝參數(shù)、潤滑油、溫度和振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行分析研究。根據(jù)軋機(jī)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了改善軋機(jī)壓下系統(tǒng)的相應(yīng)措施。 通過以上的理論分析和實(shí)驗(yàn)，分析壓下系統(tǒng)回松的根本原因是由于螺紋副的自鎖條件被破壞，絲杠能夠在微尺度 空間內(nèi)上下竄動(dòng)和回松，同時(shí)加重了螺紋副的磨損。 選題的依據(jù)和意義 在初軋機(jī)，板柸軋機(jī)、萬能軋機(jī)等軋機(jī)上，幾乎每一道軋制都需要調(diào)整輥縫，以保證軋件按給定壓下量軋出所要求的斷面尺寸。在軋制過程中要輥縫的調(diào)整直接影響板厚誤差，根據(jù)各類軋機(jī)的工藝要求，調(diào)整裝置可分為：上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。 上輥調(diào)整裝置也稱壓下裝置，它用途最廣，安裝在所有軋機(jī)上，壓下機(jī)構(gòu)的選擇要滿足工藝的要求，其中電動(dòng)壓下是最常用的壓下裝置。通常包括電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、壓下螺絲、 壓下螺母、壓下位置指示器、球面墊塊、和測(cè)壓儀等部件。在可逆軋機(jī)上還安裝有壓下螺絲回松機(jī)構(gòu)，以處理卡鋼事故。 在軋制過程中，有很多因素會(huì)引起軋件的厚度偏差。這些因素都與軋件和軋機(jī)有關(guān)。軋件方面的因素有：軋件厚度不均勻、軋件沿長度方向溫度或機(jī)械性能不均勻等。軋機(jī)方面的因素有：軋制速度和張力的變化、軋輥熱膨脹和磨損及軋輥偏心、軋制過程中機(jī)架的變形等。 軋機(jī)參數(shù)的變動(dòng)將使輥縫發(fā)生周期性的變化，因而導(dǎo)致軋件厚度發(fā)生變化，為了提高軋件的厚度精度，在現(xiàn)代化軋機(jī)上，往往設(shè)置厚度自動(dòng)控制裝置，使軋機(jī)在軋制過程中能調(diào)整輥縫，以 控制和減小軋件縱向厚度偏差。 壓下控制系統(tǒng)輥縫的控制最后都是由軋機(jī)的壓下機(jī)構(gòu)來執(zhí)行的，選擇合理的壓下機(jī)構(gòu)，及合理的設(shè)計(jì)壓下機(jī)構(gòu)以調(diào)整輥縫。 3 本課題有待解決的關(guān)鍵問題 (1) 根據(jù)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)完成壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。技術(shù)參數(shù)如下：軋件厚度230250mm,寬度 8002150mm，長度 550011000mm，最大重量 噸。計(jì)算軋制力能參數(shù)是主要的。 (2) 壓下螺絲和止推軸承： ① 壓下螺絲螺紋的選擇（鋸齒形或梯形）； ② 壓 下螺絲直徑一般按強(qiáng)度選擇，加大直徑繪使傳動(dòng)力矩增加，但可以顯著提高軋機(jī)工作機(jī)座的剛度，一般來說，壓下螺絲和螺母在負(fù)荷下的的變形值僅次于軋輥和機(jī)架。 ③ 止推軸承有銅墊滑動(dòng)止推軸承和滾動(dòng)止推軸承兩種； ④ 壓下螺絲傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)形式選擇。 ⑤ 強(qiáng)度校核。 (3) 壓下螺母的選擇： ① 壓下螺母的結(jié)構(gòu)形式（整體或組合式）； ② 壓下螺母在機(jī)架上的固定方式。 (4) 解決壓下裝置在 生產(chǎn)中常遇到的問題： ① 壓下螺絲的阻塞事故，設(shè)置壓下螺絲回松機(jī)構(gòu)； ② 軋制過程中防止壓下螺絲自動(dòng)旋松，壓下螺絲自動(dòng)旋松使輥縫值發(fā)生變動(dòng)，造成軋件厚度不均勻，嚴(yán)重影響軋件質(zhì)量。 (5) 潤滑。對(duì)于壓下螺絲在螺母中頻繁快速移動(dòng)的初軋機(jī)，采用稀油潤滑，螺母壽命可提高 倍。 4 2 軋制 過程簡(jiǎn)介 軋制過程是考旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件咬進(jìn)輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過程。軋制的目的是使被軋制的材料具有一定形 狀、尺寸和性能。為了控制軋制過程，必須對(duì)軋制過程有一定的了解。 在再結(jié)晶溫度以上的軋制稱為熱軋；在再結(jié)晶溫度以下的軋制稱為冷軋。 我們常見的汽車板、橋梁鋼、鍋爐鋼、管線鋼、螺紋鋼、鋼筋、電工硅鋼、鍍鋅板、鍍錫板包括火車輪都是通過軋鋼工藝加工出來的。我國大鋼廠從 70 年代已用先進(jìn)的連軋軋機(jī) ，連軋機(jī)采用了一整套先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控均由計(jì)算機(jī)控制實(shí)施，軋件在幾架軋機(jī)上同時(shí)軋制，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 3 軋輥及軋制力能參數(shù) 軋輥的尺寸參數(shù) 軋輥的基本尺寸參數(shù)是：軋輥名義直徑 D，棍身長度 L,輥頸 d 和輥頸長度 l。 軋輥 直徑和棍身長度的確定 方法一 初軋機(jī)和型鋼軋機(jī)的軋輥名義直徑 D，既是軋機(jī)的主要參數(shù)，也是軋輥尺寸的主要參數(shù)。當(dāng)軋輥的直徑確定以后，軋輥的其他參數(shù)受剛度、強(qiáng)度或機(jī)構(gòu)上的限制也隨之確定。初軋機(jī)的軋輥棍身是有孔型的，因此，軋輥的名義直徑應(yīng)有確切的含義。通常初軋機(jī)把棍環(huán)外徑作為名義直徑。因此，有孔型的軋輥其名義直徑均大于其工作直徑。為避免孔型槽切入過深，軋輥名義直徑與工作直徑的比值一般不大于 。 軋輥的工作直徑 D1 可根據(jù)最大咬入角和軋輥的強(qiáng)度要求來確定。 最大咬入角和軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)有關(guān)，各種軋機(jī)的最大咬入角可參考表 。 表 各種軋機(jī)的最大咬入角和 1/HD? 軋制情況 最大咬入角 ()? 最大比值 1/HD? 軋輥與軋件的摩擦系數(shù) 熱軋 在有刻痕或焊痕的軋輥中軋制初軋柸或鋼柸 24～ 32 1/6～ 1/3 ～ 軋制型鋼 20～ 25 1/8～ 1/7 ～ 軋制帶鋼 15～ 20 1/14～ 1/8 ～ 5 自動(dòng)軋管機(jī)熱軋鋼管 12～ 14 1/60～ 1/40 在潤滑條件下冷軋帶鋼 在較光潔的軋輥上軋制 5～ 10 1/130～ 1/23 ～ 在表面經(jīng)很好磨光的軋輥中軋制 3～ 5 1/135～ 1/130 ～ 同上，用潤滑油潤滑 2～ 4 1/600～ 1/200 ～ 軋輥的強(qiáng)度條件是軋輥各處的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力。軋輥的許用應(yīng)力是其材料的強(qiáng)度極限除以安全系數(shù)，通常安全系數(shù)選取 5。 板帶軋機(jī)軋輥的主要尺寸是輥 身長度 L(L 也標(biāo)志著板帶軋機(jī)的規(guī)格 )和直徑 D。決定板帶軋機(jī)軋輥尺寸時(shí)，應(yīng)先確定輥身長度，然后再根據(jù)強(qiáng)度、剛度和有關(guān)工藝條件確定其直徑。 通常各種軋機(jī)的軋輥的 L 與 D 均有一定的比例，其比值參考表 。 表 各種軋機(jī)的 L/D 軋 機(jī) 名 稱 L/D 軋 機(jī) 名 稱 L/D 初軋機(jī) ～ 中厚板軋機(jī) ～ 型鋼軋機(jī) ～ 裝甲板軋機(jī) ～ 開柸和粗軋機(jī)座 ～ 二輥薄板軋機(jī) ～ 精軋機(jī)座 ～ 二輥鐵皮軋機(jī) ～ 輥 身長度 L 應(yīng)大于所軋鋼板的最大寬度 maxb ,即 L= maxb +a () 式中 a 值視鋼板厚度而定。當(dāng) maxb =400～ 1200 時(shí)， a≈ 100mm；當(dāng) maxb =1000～ 2500時(shí)， a≈ 150～ 200mm；當(dāng)鋼板更寬時(shí)， a=200～ 400mm. 在本設(shè)計(jì)中 maxb =2150，故 取 a=190mm 則 L=2150+190=2340mm 對(duì)于四輥軋機(jī)，為減小軋制力，應(yīng)盡量使工作輥直徑小些。但工作滾最小直徑受棍頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和軋件咬入條件的限制。支撐輥直徑主要取決于剛度和強(qiáng)度的要求。 四輥軋機(jī)的輥身長度 L確定以后，可根據(jù) [1]表 32和表 33確定 工作輥直徑 1D 和支撐輥直徑 2D 。表中，比值2LD 標(biāo)志著輥系的抗彎剛度，其值愈小則剛度愈高。一般來說，輥身長度較大時(shí)，選用較大比值。 6 由 [1]表 33查得 在本設(shè)計(jì)中取1LD =4 2LD = 21DD = 由于 L=2340mm 則 1D =585mm 2D =936mm 在軋制過程中 ,軋輥輥面因工作磨損，需不 止一次地重車或重磨。軋輥工作面的每次重車量為 ～ 5mm；重磨量為 ～ ，軋制直徑減小到一定程度后，就不能再使用。軋輥從開始使用直到報(bào)廢，其全部重車量與軋輥名義直徑的百分比稱為重車率。 由 [1]表 14，取最大重車率為 6％ 考慮重車率，并圓整得 1D =650mm 2D =1000mm 軋輥軸頸和 輥頸長度 的確定 輥頸直徑1d和長度 1l 與軋輥軸承形式及工作輥載荷有關(guān)。由于受軋輥軸承徑向尺寸的的限制，輥頸直徑比輥身直徑要小得多。因此輥頸與輥身固定處，往往是軋輥強(qiáng)度最差的地方，只要條件允許，輥身直徑和輥頸與輥身的過渡圓角 r 均應(yīng)選大些。 使用滾動(dòng)軸承時(shí)，由于軸承外徑較大，輥頸尺寸不能過大，一般近似地選1d=(～)D1 11ld ＝ ～ 在本設(shè)計(jì)中取1d＝ 1D ＝ 650＝ 輥頸的直徑還應(yīng)根據(jù)滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑選取，根據(jù) 參考文獻(xiàn) [2], 選取工作輥 取 11ld ＝ 1l =560mm 軋輥傳動(dòng)端的尺寸 工作輥輥頸直徑與傳動(dòng)端直徑之比值約為 ～ (輥頸直徑稍大于傳動(dòng)端直徑 )。傳動(dòng)端長度與直徑之比，冷軋機(jī)上 取 ～ 。熱軋機(jī)上取 ～ 。扁頭寬度 0B 與傳動(dòng)端直徑 2d 之比值約為 ～ 。 在本設(shè)計(jì)中取 12dd ＝ 22ld = 02Bd = 則 2d =341mm 2l =443mm 0B ＝ 273mm 7 軋輥的 直徑 的 棍身長度 確定 方法二 初軋機(jī)與型鋼軋機(jī)的軋輥名義直徑 D，既是軋機(jī)的主要參數(shù)，也是軋輥尺寸的主要參數(shù)。當(dāng)軋輥的直徑 D 確定以后，軋輥的其它參數(shù)受強(qiáng)度、剛度或結(jié)構(gòu)上的限制也將隨之確定。 初軋機(jī)和型鋼軋機(jī)的軋輥輥身是有孔型的，因此，軋輥的名義直徑應(yīng)有確切的含意。通常，型鋼軋機(jī)以齒輪座的中心距作為軋輥名義直徑；初軋機(jī)則是把輥環(huán) 外徑作為名義直徑。因此，有孔型的軋輥其名義直徑均大于其工作直徑。 軋輥的 棍身長度 L 和 輥徑 D 的確定 輥身長度 L 應(yīng)大于所軋鋼板的最大寬度 maxb ,即 L= maxb +a （ ） 式中 a 值視鋼板厚度而定。當(dāng) m