【正文】 許可扭應(yīng)力約為[τ]=，即[τ]=126144 MPa可見工作輥的彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該許用應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。 接觸應(yīng)力計(jì)算四輥軋機(jī)支撐輥和工作輥之間承載時(shí)有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計(jì)及使用適用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核計(jì)算。如假設(shè)輥間作用力沿軸向均勻分布，由彈性力學(xué)知，輥間接觸問題平面應(yīng)變問題。H.赫茨（Hertz）理論認(rèn)為：兩個(gè)圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部的彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應(yīng)力（圖4－2）。圖4－2工組輥與支撐輥相圖接觸情況　　圖4－3工組輥與支撐輥接觸區(qū)主要應(yīng)力的大小及分布半徑方向產(chǎn)生的法向正應(yīng)力在接觸面的中部最大。最大壓應(yīng)力及接觸區(qū)寬度2b可由下公式計(jì)算5=2q/(πb)== （4－6）式中：q—加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷；D1 、D2及r1 、r2 —相互接觸的兩個(gè)軋輥的直徑及半徑；K1，K2—與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)，K1=(1v12)/ πE1。K2=(1v22)/πE2。其中，v1 v2及E1 E2 為兩軋輥材料的波松比和彈性模數(shù)本設(shè)計(jì)取E1=210GPa；E2=190GPa。b= （4－7）若兩輥波松比相同并取v1=v2=v=，則上式可簡化為 （4－8）加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷q可有下面公式求得q = P/B （4－9）式中 q—為軋制力，KN；B—為軋件寬度，本設(shè)計(jì)不考慮寬展取B = 4000 mm。 ，；則 得其對(duì)應(yīng)的許用接觸應(yīng)力分別為：支撐輥表面硬度HS = 65 ～ 70，需用應(yīng)力,?？梢娬龖?yīng)力均小于許用正應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。此應(yīng)力雖很大，但對(duì)軋輥不致產(chǎn)生很大的危險(xiǎn)。因?yàn)樵诮佑|區(qū)，材料的變形處于三向壓縮狀態(tài)，能承受較高的應(yīng)力。在輥間接觸區(qū)中，除了須校核最大正應(yīng)力外，對(duì)于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進(jìn)行校核。圖5－3表示了輥內(nèi)切應(yīng)力分布的狀況。主切應(yīng)力在接觸點(diǎn)處其值為零，從O點(diǎn)到A點(diǎn)逐步增大，A點(diǎn)距接觸表面深度Z=，該點(diǎn)τ45。(max)=。為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞，τ45。(max)值應(yīng)小于許用值 (max)=≤[τ ](max) = ＝ *1134MP ＝ 〈 由此可見，切應(yīng)力小于許用切應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。輥身內(nèi)部平面內(nèi)的切應(yīng)力的存在，也造成軋輥剝落的原因，沿軸是反復(fù)交變存在的。由圖5－3可見，τzy在z=，y=（c點(diǎn)）達(dá)到最大值。一般稱τzy(max)為最大反復(fù)切應(yīng)力。τzy(max) = 由于最大反復(fù)切應(yīng)力小于τ45。(max)，故當(dāng)τ45。(max)滿足要求時(shí)，τzy(max)也滿足要求。 主電機(jī)能力校核為了校核和選擇主電機(jī)，除知其負(fù)荷之外，尚須知軋機(jī)負(fù)荷隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，力矩隨時(shí)間變化的關(guān)系圖稱為靜負(fù)荷圖。繪制靜負(fù)荷圖之前，首先要決定出軋件在整個(gè)軋制過程中在主電機(jī)軸上的靜負(fù)荷值，其次決定每個(gè)道次的純軋時(shí)間和間隙時(shí)間。如上所述，靜力矩按下式計(jì)算： 數(shù)值詳見壓下規(guī)程表。靜負(fù)荷圖中的靜力矩可以用上式加以確定。每一道的軋制時(shí)間可由下式確定： （4－10）式中： — 軋件軋后長度 — 軋件出軋輥的平均速度，它等于軋輥的圓周速度。各道次的軋制時(shí)間和間隙時(shí)間見壓下規(guī)程表。主電機(jī)負(fù)荷圖請(qǐng)點(diǎn)擊。 主電機(jī)的功率計(jì)算當(dāng)主電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)負(fù)荷圖確定后，就可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行計(jì)算。這項(xiàng)工作包括兩部分。一是由負(fù)荷圖計(jì)算出等效力矩不能超過電動(dòng)機(jī)的額定力矩；二是負(fù)荷圖中的最大力矩不能超過電動(dòng)機(jī)的允許過載負(fù)荷和持續(xù)時(shí)間。等效力矩計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的校核軋機(jī)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷是間斷式變化的不均勻負(fù)荷，而電動(dòng)機(jī)的額定力矩是指電動(dòng)機(jī)在此負(fù)荷下長期工作，其溫升在允許的范圍內(nèi)的力矩。為此必須計(jì)算出負(fù)荷圖中的等效力矩，其值按下式計(jì)算5： （4－11）式中： — 等效力矩； — 軋制時(shí)間內(nèi)各段純軋時(shí)間的總和； — 軋制周期內(nèi)各段間隙時(shí)間的總和； — 各段軋制時(shí)間內(nèi)所對(duì)應(yīng)的力矩； — 各段間隙時(shí)間內(nèi)所對(duì)應(yīng)的空轉(zhuǎn)力矩。將前面數(shù)據(jù)代入上式得：1) 對(duì)于軋機(jī)的主電機(jī)： ；；則 ：校核電動(dòng)機(jī)溫升條件為： 軋機(jī)的電動(dòng)機(jī) ，可見能滿足要求。校核電動(dòng)機(jī)大的過載條件： （4－12）式中： — 電動(dòng)機(jī)的額定力矩； — 電動(dòng)機(jī)的允許過載系數(shù)，設(shè)計(jì)為直流電動(dòng)機(jī)??；本次設(shè)計(jì)的，可見小于，故能滿足要求。電動(dòng)機(jī)達(dá)到允許的最大力矩時(shí)，其允許持續(xù)時(shí)間在15s以內(nèi)，電動(dòng)機(jī)溫升將超過允許范圍。對(duì)于新設(shè)的軋機(jī)，需要根據(jù)等效力矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率，即 （4－13）式中： — 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，； — 由電動(dòng)機(jī)到軋機(jī)的傳動(dòng)效率。由上式求出的電動(dòng)機(jī)的額定功率為7000KW，所選電機(jī)的額定功率為15000KW，可見能滿足要求。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過電動(dòng)機(jī)的基本轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)對(duì)超過基本轉(zhuǎn)速部分對(duì)應(yīng)的力矩加以修正，即乘以修正系數(shù)。校核電動(dòng)機(jī)的過載條件為： 。河北理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 5 軋輥強(qiáng)度及主電機(jī)能力的校核6 板凸度和彎輥設(shè)計(jì)原始輥型時(shí)，只考慮正常生產(chǎn)中相對(duì)穩(wěn)定的工藝條件。而控制輥型的目的就是控制板形，故輥型控制技術(shù)實(shí)際就是板形控制技術(shù)，而后者含義更廣，它往往把板形檢測(cè)以及許多旨在提高板形質(zhì)量的新技術(shù)和新軋機(jī)都包括了進(jìn)去。這方面的技術(shù)近年來發(fā)展很快，可以分為常用輥型控制技術(shù)及板形控制的新技術(shù)和新軋機(jī)兩類。 板型控制理論為了保證板形良好，必須遵守均勻延伸或所謂“板凸度一定”的原則去確定各道次的壓下量。圖6 軋制前后板帶厚度變化 如圖6所示，設(shè)軋制板、帶邊緣的厚度等于H，而中間厚度等于H+△，即軋前厚度差或稱板凸量為△；軋制后鋼板相應(yīng)橫斷面上的厚度分別為h和，即軋后厚度差或板凸量為。而△/H及/： （19） （20）式中 、 為成品板的厚度差及厚度。表26 板凸度分配道 次R1R2R3R4R5R6R7R8粗軋出口()道 次F1F2F3F4F5F6F7——精軋出口()——由此可見，想要成品穩(wěn)定軋出合格產(chǎn)品。 板型控制策略為保持板形良好應(yīng)使帶鋼橫向各點(diǎn)的壓下率相等，即應(yīng)保持相對(duì)凸度恒定。即各道次都是同一比例凸度。厚板軋制400mm到16mm的最后四個(gè)道次，設(shè)定出口厚度為40mm、28mm、20mm、16mm來說，各道出口凸度剛好為50、3220。實(shí)際當(dāng)中，對(duì)于寬板軋制來說，由于前幾個(gè)道次處厚度尚較厚，軋制時(shí)還存在一定的恢復(fù)，因而減弱了對(duì)相對(duì)凸度嚴(yán)格恒定的要求。40mm以上厚度時(shí)相對(duì)凸度的改變受到的限制較小，不會(huì)因?yàn)檫m量的相對(duì)凸度改變而破壞平直度，因此將會(huì)允許有一定的不均勻延伸而不會(huì)產(chǎn)生翹曲。Shobet等曾進(jìn)行許多試驗(yàn)，并由此得出圖9所示的Shobet和Townsend臨界曲線，此曲線的橫坐標(biāo)為b/t，縱坐標(biāo)則為變形區(qū)出口和入口處相對(duì)凸度差△CR圖7 Shobet和Townsend臨界曲線 (21)式中 CRh，CRH——出口和入口帶鋼板凸量； h，h0——出口和入口帶鋼厚度。此曲線的公式為 (22)圖9中上部曲線是產(chǎn)生邊浪的臨界曲線，下部曲線為產(chǎn)生中浪的臨界線，超過此量將產(chǎn)生翹曲。因此在精軋的前幾道可以適當(dāng)?shù)母淖儊砹系南鄬?duì)凸度而不破壞產(chǎn)品的平直度，后幾道則必須保持相對(duì)凸度恒定，由此最終保證產(chǎn)品的平直度。 板凸度計(jì)算各道出口帶鋼凸度CR為 （23）式中 ——軋制力；——彎輥力；——軋制力對(duì)輥系彎曲變形影響的橫向剛度；——彎輥力對(duì)輥系彎曲變形影響的橫向剛度；——軋輥熱輥型；——軋輥磨損輥型；——軋輥原始輥型；——可調(diào)輥型；Ec，E∑——相應(yīng)系數(shù)，CR0為來料入口凸度。 上式表示，軋機(jī)出口凸度為各因子影響之和。其中，來料凸度CR0已由成品凸度CR反推分配（前面表26）。軋輥撓度可由材料力學(xué)公式計(jì)算得出。彎輥力取調(diào)解范圍中間值（100T），彎輥量可由雙作用力簡支梁求出，也可由經(jīng)驗(yàn)圖表查出。軋輥熱輥型，軋輥磨損輥型，軋輥原始輥型可以按經(jīng)驗(yàn)確定。 故最后進(jìn)行板形控制量設(shè)定，即通過對(duì)竄輥(CVC)抽動(dòng)量或上下輥交叉角(PC)的設(shè)定，使帶鋼軋出厚度獲得要求的成品斷面形狀和平直度。 影響輥縫形狀的因素如若忽略軋件本身的彈性變形，鋼板橫斷面的形狀和尺寸，取決于軋制時(shí)輥縫（工作輥縫）的形狀和尺寸，因此造成輥縫變化的因素都會(huì)影響鋼板橫斷面的形狀和尺寸。影響輥縫形狀的因素有：1. 軋制力使輥系彎曲和剪切變形(軋輥撓度)； 2. 軋輥的熱膨脹；3. 軋輥的磨損；4. 原始輥型；5. VC輥，HCW軋機(jī)，CVC軋機(jī)或PC軋機(jī)對(duì)輥型的調(diào)節(jié)；6. 彎輥裝置對(duì)輥型的調(diào)節(jié)。 軋輥撓度計(jì)算由軋制力產(chǎn)生的軋輥撓度曲線，一般也可以按拋物線的規(guī)律計(jì)算：yx=y[1(x/L)2] (24)式中 yx——距輥身中部為x的任意斷面的撓度；y——輥身中部與邊部的撓度差；本設(shè)計(jì)工作輥撓度按下式計(jì)算y1=Kw1P (25)式中 P——軋制力；Kw1——工作輥柔度；其中 Kw1=(A0+φ1B0)/[Lβ(1+φ1)]其中φ1 φ2系數(shù)，可按下式計(jì)算：φ1=(+3n2ζ+18β)/(+3ζ) (26)φ2=(+3ζ+18βK)/(+3n2ζ) (27)A0=n1(a/L7/12)+n2ζ (28)B0=(34u2+u3)/12+ζ(1u) (29) 式中 a——兩壓下螺絲中心距；L——輥身長度；B——軋件寬度。其中 u=b/Ln1=E1/E2(D1/D2)4= (D1/D2)4n2=G1/G2(D1/D2)4= (D1/D2)4ζ=kE1/(4G1)(D1/L)2=(D1/L)2β=πE/2(D1/L)4=346000(D1/L)4將前面的數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得相應(yīng)參數(shù)數(shù)值如下表28 相應(yīng)參數(shù)參數(shù)n1n2βξA0B0相應(yīng)數(shù)值 將相應(yīng)參數(shù)代入公式（19）中得到各道次的軋輥彎曲撓度如下表29 各道次軋輥彎曲撓度道次R1R2R3F1F2F3F4φ1Kw1 109/mm 軋輥熱膨脹對(duì)輥縫的影響熱軋時(shí)工作輥由于與高溫軋件接觸而使溫度升高，同時(shí)冷卻水會(huì)使之冷卻。在多數(shù)場(chǎng)合下，輥身中部的溫度高于邊部(但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)相反的情況)，并且在一般情況下，傳動(dòng)側(cè)的輥溫稍低于操作側(cè)的輥溫。在直徑方向上，輥面與輥心的溫度也不一樣，在穩(wěn)定軋制階段，輥面的溫度較高，但在停軋時(shí)由于輥面冷卻較快，也會(huì)出現(xiàn)相反的情況。軋輥斷面上的這種溫度不均使輥徑熱膨脹值的精確計(jì)算很困難。動(dòng)態(tài)熱輥形是影響出口處帶鋼板形的重要因素。熱輥形計(jì)算分為兩步，首先計(jì)算工作輥的溫度場(chǎng)，然后由溫度場(chǎng)計(jì)算出軋輥表面的熱變形。這是一個(gè)復(fù)雜的熱傳導(dǎo)問題，在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮如下因素：1. 軋制前帶材的熱含量；2. 接觸弧處變形功和摩擦產(chǎn)生的熱量；3. 通過接觸弧傳導(dǎo)給軋輥的熱量；4. 由于冷卻導(dǎo)致的軋輥表面的熱量散失；5. 傳導(dǎo)給軋輥軸承的熱量。由于軋制時(shí)軋輥的不均勻熱膨脹、軋輥的不均勻磨損以及軋輥的彈性壓扁和彈性彎曲，致使空載時(shí)原本平直的輥縫在軋制時(shí)變得不平直。如果沒有輥型控制致使板帶的橫向厚度不均和板形不良。為了補(bǔ)償上述因素造成的輥縫形狀的變化，需要預(yù)先將軋輥車磨成一定的原始凸度或凹度，賦予輥面以一定的原始形狀，使軋輥在受力和受熱軋制時(shí)，仍能保持平直的輥縫。在設(shè)計(jì)新軋輥的輥型曲線（凸度）時(shí)，主要是考慮軋輥的不均勻熱膨脹和軋輥彈性彎曲（撓度）的影響。由于軋輥熱膨脹所產(chǎn)生的熱凸度，在一般情況下與軋輥彈性彎曲產(chǎn)生的撓度相反，故在輥型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按熱凸度與撓度合成的結(jié)果，定出新輥的凸度（或凹度）曲線。根據(jù)大量的實(shí)踐資料統(tǒng)計(jì)，軋輥不均勻熱膨脹產(chǎn)生的熱凸度曲線，可近似地按拋物線計(jì)算 （30)式中 ——距輥中部為x的任意斷面上的熱凸度；——輥身中部的熱凸度；L——輥身長度之半；X——從輥身中部起到任意斷面的距離，在輥身中部X=0；在輥身邊緣X=L。 軋輥輥身中部的熱凸度 軋制過程中軋輥的受熱和冷卻條件沿輥身分布式不均勻的。在多數(shù)場(chǎng)合下，輻身中部的溫度高于邊部（但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)相反的情況），并且一般在傳動(dòng)側(cè)的輥溫稍低于操作例