小型轧钢机设计

小型轧钢机设计

设计的轧钢机为300×3型钢轧钢机，轧辊的直径为300 mm。轧钢机主要用来为轧制小型线材，采用三辊式工作机座。轧钢机的主要设备是由一个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。采用的配置方式为电动机——减速机——齿轮机座——轧机。由于轧辊的转向和转速不可逆转，原动机采用造价较底的高速交流主电机。考虑到轧制负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内。联轴器：在减速器与齿轮机座之间采用的是安全连轴器。而主联轴器采用的的梅花接轴联轴器。

第1章绪论

1.1轧钢机的定义

轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。大多数情况下，轧制生产过程要经过几个轧制过成，还要完成一系列的的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印，轧件收集、卷取成卷等。

一个轧件的全过程由多种机械按工艺顺序而成机组来完成，这种机组或机器体系叫轧钢机械或称轧钢机。第一种情况轧钢机由一个或几个工作机座（执行机构）传动机构（齿轮传动、连轴器）和使轧辊转动的电动机组，后一情况轧钢机是由若干台工做机组成，这些机组数目与加工轧材工艺过成生产率相适应，因此，轧钢机按顺序排列并且用辊道或其他运输装置连成一条工艺流水线机器组成机组。

轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。主要使设备排列成一定形式的工作线称为轧钢机的主机列。用以完成其他工序的机械设备称为辅助机械。

1.2轧钢机的标称

轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来标称。

初轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊名义直径，因为轧辊的名义直径的大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直径标称的。

小型轧钢机的名义直径为：180——450mm.

1.3轧钢机的用途

轧钢机形式有两种：冷轧与热轧，热轧主要用于开坯，兼生产一部形钢，这这种轧机的型号有630-650型轧机，500-550型轧机、650中型轧机与2300中板轧机等，冷轧主要用于终级轧制，轧带钢的产品很多，具有代表性的冷轧

板带钢产品金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲板（以汽车钢板最多）、电工硅钢板、不锈钢和涂层钢板。现也促使冷轧机的装备技术和控制技术向更高的方向发展。型号有1400mmNKW、1250mmHC单辊可逆式轧机. 1150mm 二十辊冷轧机,。

设计的轧钢机为300×3轧钢机，轧辊的直径为300 mm.，轧钢机主要用来为轧制小型线材。25—50毫米的圆钢，20—40毫米的方钢；螺纹钢等。

其结构的特点为：

1采用三辊式工作机座，主电机不可逆转，中上辊与中下辊交替过钢，实现多道次的轧制。

2由于轧辊的转向和转速不可逆转，可采用造价较底的高速交流主电机在传动装置中装有减速机和齿轮机座。考虑到第一机座轧件较短，轧制次数较多，负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。

3多数300型钢轧机要求既开坯又轧件，具有一机多能的特性，因此，轧机急需要较强的能力，又需要较强的刚度，而且由于经常需要更换品种，在轧机结构上需考虑换辊方便。

4为了便于换辊，三个机座的轧辊都采用梅花接轴连接。

1.4小型轧钢机的主机列

轧钢机的主要设备是由一个或数个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。

1工作机座：工作机座为轧钢机的执行机构，它由轧辊及其轴承轧辊的调整机构和上轧辊的平衡机构，引导轧件的轧件进入轧辊用的导装置，工座机座的机架及支撑机座并把机座固定在地基上用的轨零、部件的和机构组成。

2传动装置：联轴器：联轴器包括电机联轴器和主联轴器，电机联轴器用来连接电动机与减速器的主动齿轮轴；而主联轴器则用来连接减速器与机轮机座的传动轴，既自减速器将转矩传至齿轮机座的主动齿轮。

减速器：在轧钢机中减速器的作用将电动机较高的转速变成轧机所需的转速，因而可以在主传动中选用价格较底的高速电动机。确定是否采用减速器的一个重要条件，就是比较减速器及其摩擦损耗的费用是否低于低速电机的与高速电机的之间的差价，一般情况下，当电机的转速小于200—250转/分才采用减速器。小型轧钢机转速小于200转/分，因而采用减速器。

采用减速器时，根据传动比的大小选用一级（传动比i小于等于8）二级（传动比等于8—40）或三级（传动比i大于40）减速器。与这些减速器相对应的轧辊速度分别为200-250转/分，40—50转/分，以及10—15转/分。

连接轴：轧钢机齿轮机座，减速器或电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的。设计采用横列式布置轧机，一个工作机座的轧辊是通过连接轴传动的。轧钢机采用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿轮接轴等。

设计的轧钢机采用梅花接轴它常用在横列式轧机上。

飞轮：设计的是一个飞轮装置在减速器的小齿轮轴上。它的作用是在通过轧辊与轧辊空转时，作动蓄能器以均衡传动负荷；既轧辊空转时，飞轮加速，积蓄能量；而轧件通过时，飞轮减速。放出能量，帮助轧制。

齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内

3电动机的选择：轧钢机的电动机的形式的选择与轧钢机的工作制度有着紧密的联系。设计的轧钢机是轧制速度不需要调节的不可逆式轧钢机，采用异步电动机。

异步电动机主要用在有剧烈尖峰负荷的轧机上，为了减少电动机的容量，有时装有飞轮，异步电动机投资费用较底，在小形轧钢机上很适合。

4小型轧钢机的工作制度：一般中小形轧钢机的工作制度可以分为：不可逆式的，可逆式的与带张力轧制等几种方式

设计采用不可逆轧机的工作制度，在这种工作制度下，每个轧辊的方向不变扎辊的转速为不可变的。

三辊轧钢机

图1—1 轧机的工作制度

小型轧钢机的总体布局

轧钢机的主要设备由一列主机列，此轧机的总体布局基本上与主机列一致，结构如下：

主机列三个基本部分组成，主电机，传动机械，工作机座。

设计中的传动装置由齿轮机座，减速器，联轴器，接轴组成，在电机与减速器之间用飞轮连接，在齿轮机座与减速器之间是用飞轮连接。在齿轮机座与减速器用安全联轴器。因以上中除安全联轴外，均在主机列中给以介绍，现对安全联轴器作以介绍。

安全联轴器：一般带有飞轮的轧机，都有安全联轴器。当轧机上的转矩超过额定的转矩时，联轴器能够分开，保护轧机的零部件，使之免受损坏。

工作机座为两个三辊工作机座和一个二辊工作机座，总体结构如图：

图 1—2 轧钢机总装图

1主电机 2联轴器3减速器4安全联轴器5齿轮机座6梅花万向接轴联

轴器 7工作机座8梅花接轴

第2章 轧制压力和轧制力矩的计算

在验算轧机的强度、挖掘轧机的潜力和设计新的轧机时，轧机的尺寸、传动的功率和允许的压下规程均取决于轧制压力的大小与方向。在设计新的轧机时，为了零件的强度和选择电动机的功率，就必须知道轧机在一定轧制条件下的轧制压力、轧制力矩和轧制功率

2.1轧制平均单位压力的确定

在轧制的过程中，轧件在轧辊见承受轧制压力的作用而发生塑性变性，由于轧件塑性变形时的体积不变。因此变形区的轧件在垂之方向上产生压扁，在轧件方向上产生延伸，大量的实验资料证实，开坯，型钢，线材轧机的轧制压力，采用S 。爱克隆德公式计算与实测结果比较接近。

爱克隆德公式的适用范围：轧制温度高于800度，轧制材质为炭钢，轧制速度不大于20米/秒。

在爱克隆德的公式中，轧制的单位不仅是轧件机械性能的函数，而且是变形速度、摩擦系数、接触弧长和轧件平均高度之比的函数，轧制平均单位压力由三部分组成：

P =K +u P +v P (kg/2mm )

（1） Ｋ值:Ｋ为轧件在轧制温度t 度下的单向静压缩时的单位变形阻力，计算

公式为:

K =(14-0.01t )W (kg/2mm )

式中 t ——轧制温度；

W ——轧件的化学成分，计算公式为：

W =1.4+C+0.3Cr+Mn

其中 C 为百分含量；

Mn 为百分含量；

Cr 为百分含量。

轧制的材料设为A3钢，则C 取0.3

W=1.4+0.3=1.7带入K 式中为

K =（14-0.01×1000）×1.7=6.8（ kg/2mm )

（2） u P 值：u P 值为变形速度引起的变形阻力，其计算公式为：

u P =ηU(kg/2mm )

式中 η——轧件在轧制温度为t 度时的粘度系数，其计算公式为：

η=0.01（14-0.01t ）￠(kg ·s/2mm )

￠为轧钢机的轧制速度的修正系数；

U ——变形速度，计算公式为：

U=1.6 1.212

h h h ?+（/s ） 其中 R 为轧辊的半径；

V 为轧辊的圆周速度（轧制速度）（mm/s ）； h ?为道次压下量，计算公式为

h ?=h1-h2( 毫米)

h1,h2为轧制前后的轧件的高度(毫米)；

查表2—1的轧制的修正系数为1

所以 η=0.01（14-0.01×1000）×1=0.04 （kg ·s/2mm ) 以上取值，有赖于轧辊的转速，其值为40——49转/分。 初选V, 由现场以h ?同类轧机取得，V=700（mm/s ）

h ?=25mm(最大的压下量)

h1=60 mm(初使的高度)

h2＝35 mm (轧制后的高度)

带入 U ＝2×70035)+=6（mm/s ） 所以 u P ＝0.04×6=0.24（kg/2mm )

（3） v P =（K +u P ）M （kg/2mm ）

式中 M ——表示外摩擦对轧制平均单位压力的影响系数，其计算公式为