燕山大学2030五机架冷连轧机压下规程及机架设计项目报告剖析

2030五机架冷连轧机压下规程及机架设计项目报告学院：机械工程学院班级：组员：指导教师：谢红飙张立刚燕山大学专业综合训练（论文）任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：冶金系目录一、前言 (4)二、原料及成品尺寸 (4)三、轧辊尺寸的预设定 (4)四、压下规程制定 (5)4.1、压下规程制定的原则及要求 (5)4.2、压下规程预设定 (5)五、轧制力能参数计算 (7)5.1确定变形抗力 (7)5.2确定前后张力 (8)5.3单位平均压力及轧制力的计算 (9)5.4轧制力矩的计算 (11)六、机架参数的设计 (13)6.1窗口宽度的计算 (13)6.2机架窗口高度H (13)6.3机架立柱的断面尺寸 (13)七、机架强度和刚度的校核 (15)八、心得体会 (17)参考文献 (19)一、 前言冷轧方法生产带钢相对于热轧方法有许多优点，例如：带钢的板厚和板形精度高，表面质量好，力学性能好等，冷轧带钢比热轧带钢的用途更为广泛。

冷轧带钢生产的带钢的厚度范围为0.01～3.5mm ，最薄可达到0.001mm 。

带钢生产的轧机机型主要有两种：连续式带钢冷轧机和可逆式带钢冷轧机。

本设计题目为2030五机架冷连轧机，主要针对不同的材质及不同的原料厚度和不同的成品厚度制定相应的压下规程及进行机架的参数的设计计算及校核。

二、 原料及成品尺寸Q235 来料尺寸1.5mm ×1850mm 成品尺寸0.5mm ×1850mm Q195 来料尺寸1.0mm ×1850mm 成品尺寸0.3mm ×1850mm 20Cr 来料尺寸1.2mm ×1850mm 成品尺寸0.4mm ×1850mm三、轧辊尺寸的设定设计课题为“2030五机架冷连轧机组压下规程设计及F1机座机架设计与分析”，则工作辊的辊身长度 L=2030mm ，辊身长度确定后即可根据经验比例值法确定轧辊直径，精轧机座设计时1L / 2.1~4.0,D =2L /1.0~1.8,D =12/1.8~2.2,D D =其中L 为辊身长度，1D 为工作辊直径，2D 为支承辊直径。

取L/D1=2.6 D2/D1=2.7 圆整可取D1=780 D2=2110四、压下规程制定4.1、压下规程制定的原则及要求压下规程设计的主要任务是确定由一定来料厚度的板坯经过几个道次后轧制成为用户所需求的，满足用户要求的板带产品。

在此过程中确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每个道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置和转速。

因此，还要涉及到各道次的轧制速度，轧制温度，前后张力及道次压下量的合理分配。

在此过程中，主要考虑设备能力和产品质量，设备能力主要包括咬入条件，轧辊强度和电机功率三个要素，而产品质量主要包括几何精度和力学性能。

压下规程制定的原则：在保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。

压下规程制定的方法及步骤如下：1）为提高热轧带钢的几何尺寸精度和表面质量，最后一架机座的相对压下量要取得比较小，一般取10%——15%。

2）为保证金相组织和力学性能，要保证终轧温度。

3）负荷的合理分配是制定精轧机组压下规程的关键，它直接影响到生产的稳定性和产品的产量和质量。

分配方法有：对数伸长率法，能耗曲线法，按最大生产率或最佳质量的目标函数优化法，动态规划法，专家系统分配法。

制定精轧机组压下规程除合理的分配各工作机座的压下量外，还需要给出各机座的速度分配和计算各机座的温度变化。

4.2、压下规程预设定ε=010h h h -=0hh ∆ ε：压下率0h ：轧前厚度 mm 1h ：轧后厚度 mmh ∆: 绝对压下量 mm五机架冷连轧机组的道次压下率分配参考分配比表根据上表初步制定压下规程：表1 Q235压下规程设计表2 Q195压下规程设计表3 20Cr压下规程设计五、轧制力能参数计算5.1确定变形抗力经过查阅资料，可以得到计算冷轧过程中Q235、Q195、20Cr的变形抗力公式。

对于Q235变形抗力计算公式为：0.56888.75(69398.436669.42)s σε=++ 对于Q195变形抗力计算公式为：0.206421.1(0.0114)s εσ⨯+= 对于20Cr 变形抗力计算公式为：0.26833s σε=⨯经过计算可以得到各道次三种材料的变形抗力如表4：表4 变形抗力表（单位Mpa ）5.2确定前后张力采用较大的轧制张力是冷轧带钢的特点之一，采用张力轧制的优点如下：（1）张力的拉伸作用会改变轧制时金属的应力状态，有利于金属的塑形变形，降低变形抗力；（2）张力有利于减少轧件厚度，控制张力可以在一定范围内控制带钢厚度；（3）张力在一定程度上改善半板形；（4）张力轧制可以防止带钢在轧制过程中跑偏；（5）张力卷曲可以使带卷卷的更紧密、整齐。

轧制张应力大小在不超过屈服极限的范围内选择，一般取（0.1～0.6）σs 。

轧制带材越薄，变形抗力越大，张应力应取较大值。

但成品道次考虑到断带和罩式退火炉的粘卷问题，张应力不能取较大值，一般取50MPa 。

具体三种材料的张力数值见表5。

表5 各道次的张力数值（单位t ，前张力T 1，后张力T 0）所确定数值均满足设计要求，即开卷机最大张力10吨，卷取机最大张力25吨。

5.3单位平均压力及轧制力的计算斯通在研究冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，考虑到轧辊直径与板厚之比甚大，另外，由于冷轧时轧制压力较大，轧辊发生显著地弹性压扁现象，近似的将薄板的冷轧过程看作为平行平板间的压缩。

斯通公式：））（（hl 1hlexp-p 2p μμσ-=公式中的l 值，应以考虑轧辊弹性压缩的变形区长度l'带入。

20x x h 'l ++∆=R （赫希柯克公式）式中，x 0为在载荷不变的情况下轧辊间直接接触时的接触宽度的一半。

E R πν201p8x -=L 和l'需要进行不断地迭代计算，直到计算出的p 与上次计算出的p 之间的误差不超过0.001。

进行人工迭代计算繁琐且易出错，所以采取编程计算得方法。

编程时使用Visual Basic 进行，具体代码为： Dim r#, h1#, h2#, l#, k2#, o#, x#, p0#, p1# r = Val(Text1.Text) '轧辊半径 h1 = Val(Text2.Text) '压下量 h2 = Val(Text3.Text) '平均厚度 l = Val(Text4.Text) '变形区长度 k2 = Val(Text5.Text) '变形抗力2k o = Val(Text6.Text) '平均水平法应力 Do n = n + 1p = (k2 - o) * ((Exp(0.05 * l / h2) - 1) / (0.05 * l / h2)) '斯通公式x = 8 * r * p * 1.58 * 10 ^ -6 '赫希柯克公式中x 的求法 p0 = p * l * 900 / 1000000 p1 = p0l = Sqr(r * h1 + x ^ 2) + x p0 = p * l * 900 / 1000000Loop Until Abs(p1 - p0) / p0 < 0.001 Text7.Text = lText8.Text = p '斯通公式Text9.Text = p0 '计算轧制力Print nEnd Sub具体程序截图如下：原始数据从表格中读取，计算得出的单位平均压力、接触区弧长和总的轧制力直接在表格中进行输出，大大的减少了工作量。

5.4轧制力矩的计算现代化的连续式轧机多是驱动工作辊，随着轧制速度的不断提高，为了省去后面几个机座传动系统的增速装置，有时亦采用由电动机直接驱动支承辊的方案。

此外，当工作辊直径很小时，轧辊轴头承受不了轧制力矩，亦需驱动支承辊。

本设计采用驱动工作辊的方式。

传动轧辊所需力矩为轧制力矩MZ ，由工作辊带动支承辊的力矩MR与工作辊轴承中摩擦力矩Mf1三部分之和，即：M K =M Z +M R +M f1其中，由于由工作辊带动支承辊的力矩MR 与工作辊轴承中摩擦力矩M f1之和较小，相对于轧制力矩M Z 来说可以忽略不计。

直接计算轧制力矩M Z 即可。

轧制力矩的计算公式如下：M Z =Pa式中，P 表示轧制力；a 表示轧制力力臂，其大小与轧制力作用点及前后张力的大小有关。

当T 1>T 0时，）（ϕβ-=sin 2a 1D ；当T 1<T 0时，）（ϕβ+=sin 2a 1D ；当T 1=T 0时，βsin 2a 1D =，其中：D 1为工作辊直径；β为不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角；ϕ为前后张力对轧制力方向影响的偏转角。

当T 1>T 0时，P T T 2arcsin01-=ϕ；当T 1<T 0时，P TT 2arcsin 10-=ϕ。

具体的计算数值见表6。

表6 各道次的轧制力矩（单位N*m ）六、机架参数的设计轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。

机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度。

根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。

闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度，主要用于轧制力比较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等，在换辊时轧辊延其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，一般都设有专用的换辊装置。

开式机架由机架本体和上盖两部分组成，主要用在横列式型钢轧机上，主要优点是换辊方便。

综上所述，本设计采用闭式机架。

机架的主要结构参数包括窗口宽度、窗口高度和机架立柱的断面尺寸6.1窗口宽度的计算四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.15～1.30倍。

为换辊方便换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽5～10mm，本次设计选取窗口宽度B=2532mm。

6.2机架窗口高度H对于四辊液压压下轧机，可取H=（4.0～4.2）×（D1+D2）故取H=9248式中D1、D2——工作辊、支承辊直径，mm。

6.3机架立柱的断面尺寸机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的。

由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似地与其直径平方(2d)成正比，故机架立柱的断面积(2d)与轧辊辊颈（对于四辊轧机则是支承辊辊颈）的直径平方(2d)有关。

在设计时，可根据比值(F/d2)的经验数据确定机架立柱断面积，再进行机架强度验算。

根据轧辊材料和轧钢机类型，比值F/d2=1.0～1.2，可取F=1562500mm2。

取机架立柱的断面形状:a、方形断面b、长方形断面、c、工字形断面d、T字形断面。