轧机机架的机构形式及设计
轧钢机下压机构设计-正文
1 引言轧机的压下装置是轧机的重要结构之一，用于调整辊缝，也称辊缝调整装置，其结构设计的好坏，直接关系着轧件的产量与质量。
压下装置按传动方式可分为手动压下、电动压下和液压压下，手动压下装置一般多用于不经常进行调节、轧件精度要求不严格、以及轧制速度要求不高的中、小型型钢、线材和小型热轧板带轧机上。
电动压下装置适用于板坯轧机、中厚板轧机等要求辊缝调整范围大、压下速度快的情况，主要由压下螺丝、螺母及其传动机构组成。
在中厚板轧机中，工作时要求轧辊快速、大行程、频繁的调整，这就要求压下装置采用惯性小的传动系统，以便频繁的启动、制动，且有较高的传动效率和工作可靠性。
这种快速电动压下装置轧机不能带钢压下，压下电机的功率一般是按空载压下考虑选用，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故，这时上辊不能动，轧机无法正常工作，压下电动机无法提起压下螺丝，为了克服这种卡钢事故，必须增设一套专用的回松机构。
电动压下装置的主要缺点之一是运动部分的惯性大，因而在辊缝调节过程中反应慢、精度低，对现代化的高速度、高精度轧机已不适应，提高压下装置响应速度的主要途径是减少其惯性，而用液压控制可以收到这样的效果。
液压压下装置，就是取消了传统的电动压下机构，其辊缝的调节均由液压缸来完成。
在这一装置中，除液压缸以及与之配套的伺服阀和液压系统外，还包括检测仪表及运算控制系统。
全液压压下装置有以下优点：1、惯性小、动作快，灵敏度高，因此可以得到高精度的板带材，其厚度偏差可以控制到小于成品厚度的1%，而且缩短了板带材的超差部分长度，提高了轧材的成品率，节约金属，提高了产品质量，并降低了成本；2、结构紧凑，降低了机座的总高度，减少了厂房的投资，同时由于采用液压系统，使传动效率大大提高；3、采用液压系统可以使卡钢迅速脱开，这样有利于处理卡钢事故，防止了轧件对轧辊的刮伤、烧伤，再启动时为空载启动，降低了主电机启动电流，并有利于油膜轴承工作；4、可以实现轧辊迅速提升，便于快速换辊，提高了轧机的有效作业率，增加了轧机的产量。
轧钢机机架设计及机架强度和变形的计算
5——1
E——材料的弹性模量，x——计算截面与I——I截面间 中性线长，Mx——计算截面x点的弯矩，Ix——计算截面x 点的惯性矩。
7
假设弯矩的正方向——以顺时针为正。则在计算截面x 点的弯矩为：
R Mx y M 1 2
将上式对M1求导数，可得出：
代入5——1式：
Mx / M 1 1
这里介绍材料力学方法
1、基本假设 • 对称性——它反映在以下两个方面：
4
结构上的对称性——左右对称。
受力即载荷上的对称性——同样为左右对 称。 为简化计算，假设水平力很小可忽略不计。 • 机架的刚性很大，其交接处的转角变化可忽略 不计。 • 根据以上假设，将机架沿 I——I 截面剖开，即 可得出简化的相当系统。在 I——I 截面上作用有 R/2的垂直作用力（R实际是作用在一片机架上的 轧制力，对板带轧机而言，R应为总轧制力的一 半）与剖开后暴露出的内力矩M1（即所求的未 知静不定力矩）。
dx y R dx R Ix ( y M 1) 0 M1 2 Ix 2 dx L Ix
5——5
8
机架为简单框架受力与简化
9
A、简单框架——矩形框架
假定其上下横梁截面相等，即I1=I Nhomakorabea，立柱为等截面其惯 性矩为I2。 对横梁：x点到I——I截面的距离y=x；对立柱：y=l/2,可 以解出；
二、闭式机架的变形计算
机架的弹性变形由三部份组成，即由弯矩和剪力产生的 上下横梁的弯曲变形f1，f2以及立柱的拉伸变形f3，即： f=f1+f2+f3 由材料力学可知，横梁由弯矩和剪力引起的变形计算可 由卡氏定理计算。设上下横梁惯性矩相等（I1），则由弯 矩产生的上下横梁的总的弯曲变形f1为：
轧机设备讲义2
（2）轧制法－动态刚性测定
1）在保持轧辊辊缝一定的情况下，用不同厚度的板坯进行 轧制，读出轧制每块钢板的轧制力，测定每块钢板轧后
的板厚；
2）用测得的钢板厚度减去原始辊缝值，确定轧机在个对应 轧制力情况下的弹跳值； 3）绘出轧机的弹性曲线。
三、影响轧机刚性的因素
（1）轧制速度的影响
从图中发现：（1）轧制力的变化对轧机刚性不发生影响；
当弹性曲线为直线时： K=P/f
轧机弹性变形曲线愈陡，系数愈大，则轧机的刚性愈好！
2 弹塑性曲线
（1）轧机的弹性变形曲线方程 －－表示轧制力P大小与轧出钢板厚度h之间的关系
P hs f s K
0 0
p K (h s )
0
轧机的弹性变形曲线
（2）轧件的塑性变形方程
－－表示轧制力P大小与轧件变形时的压下量△h（H－h）的关系
这些参数变化会 引起辊缝波动
P hs f s K
0 0
1）对于与轧机外部条件有关的参数变化时，辊缝不变，仅轧制力发生变化
1 h P k
此时扰动影响系数为m=1/k，为减 轻引起轧制力波动等外扰量对板厚 的影响，应采用刚性系数大的轧机
2）当辊缝由于轧辊偏心和轴承油膜厚度波动而变化时，轧制力也发生变化
P p b R( H h)
m
p
m
：平均单位压力；
b ：钢板的宽度； h ：钢板的厚度；
H ：坯料厚度； R ：轧辊直径。
轧件的塑性变形曲线
（3）弹塑性曲线
p K (h s )
0
P p b R( H h)
m
可求出钢板厚度 h
工作点
轧机的弹性变形曲线
轧件的塑性变形曲线
轧机的结构型式和性能
轧机的结构型式和性能轧机的结构型式和性能主要决定于轧辊的布置形式和主机座的布置形式。
1. 二辊轧机:结构简单、用途广泛。
它分为可逆式和不可逆式。
前者有初轧机、轨梁轧机、中厚板轧机等。
不可逆式有钢坯连轧机、叠轧薄板轧机、薄板或带钢冷轧机、平整机等。
80年代初最大的二辊轧机的辊径为1500毫米，辊身长3500毫米，轧制速度3～7米／秒。
2. 三辊轧机:轧件交替地从上下辊缝向左或向右轧制，一般用作型钢轧机和轨梁轧机。
这种轧机已被高效二辊轧机所取代。
3. 劳特式三辊轧机:上下辊传动,中间辊浮动,轧件从中辊的上面或下面交替通过。
因中辊的直径小，可减少轧延力。
常用于轧制轨梁、型钢、中厚板，也可用于小钢锭开坯。
这种轧机渐为四辊轧机所取代。
4. 四辊轧机:工作辊直径较小,传递轧制力矩,轧延压力由直径较大的支承辊承受。
这种轧机的优点是相对刚度高、压下量大、轧延力小，可轧制较薄的板材。
有可逆和连轧两种，广泛用作中厚板轧机、板带热轧或冷轧机以及平整机等。
5. 五辊轧机:五辊轧机有两种：一种是C-B-S(接触-弯曲-拉直)轧机,它是一种带有使轧件弯曲的小直径（为工作辊的1/20）空转辊的四辊轧机，其压下量比通常的四辊轧机大许多倍。
轧件围绕小空转辊发生塑性弯曲变形，可轧制难变形的金属和合金带材。
另一种是泰勒轧机，中间小辊的位置可沿轧机入口或出口方向调节，以保持轧件正确的厚度，用来轧制厚度公差很小的不锈钢、碳钢和有色金属带材。
6. HC轧机:高性能的、可控制辊型凸度的轧机。
相当于在四辊轧机的工作辊与支承辊之间增设一对可轴向移动的中间辊，并将两中间辊辊身的相应端部分别调整到与带钢两边缘对应的位置，以提高压力分布和工作辊弹性压扁的均匀性，保证带钢的尺寸精度并可减少其边缘的超薄量和开裂等缺陷。
HC轧机宜用作冷轧宽带钢。
7. 偏八辊轧机:它是四辊轧机的变型。
工作辊直径为支承辊的1/6，且作相对的偏移,以防止工作辊的水平弯曲，轧制力比四辊轧机小一半。
轧机结构分析
5、辊道基本参数及确定原则： 辊道的基本参数：辊子直径、辊身长度、辊
距、辊道速度； 辊子直径主要取决于子所承受的冲击力，以
此来确定辊子的强度，在满足强度要求的条件下， 辊子直径应该尽量小，以减小辊子重量和惯性转矩。
不同化学成分的金属，变形阻力不同， 如：合金的变形阻力要大于纯金属；组织不 同，变形阻力也不同；晶粒细小者，变形阻 力大；组织不均匀、具有加工硬化者，变形 阻力大。
各种金属，随着温度的升高，其强度指 标都降低，变形阻力随着降低。这是影响变 形阻力非常重要的指标。
变形速度在热轧生产中，速度越高、变 形阻力越大，在冷轧中，则影响不大；变形 程度对变形阻力的影响与之相反，在冷态下， 由于金属硬化，变形阻力随变形程度的增加 而增加。在热态下，则影响很小。
中厚板厂 轧机结构
轧机的作用
1、粗轧阶段 通常先将原料沿轴向轧制1~4道，对原料
的表面进行清理，消除原料的厚度不均， 得到准确的轧件厚度，提高展宽后的轧制 精度；展宽轧制为了得到既定的轧制宽度， 首先，将轧件转动90°，把轧件宽度轧至 既定宽度，然后，旋转90°，使轧件长度 方向与轴线一致。中间坯的形状、凸度、 厚度差对成品钢板有重要影响。
辊身长度：辊身长度取决于轧件宽度，一般比 轧件的最大宽度长200~500mm；
辊距：确定原则：一、辊距不能大于最短轧件
长度的一半；二、运输长钢板时，最大辊距要考虑 钢板由于自重引起弯曲这一条件。大型轧机上，间 距为：1.2~1.6m；中板轧机为：0.9~1m；薄板轧 机为：0.5~0.7m。
辊道速度：辊道速度一般根据辊道用途确
减 速机
机架辊齿轮箱结构图：
第5章 轧钢机架
5.1 机架的类型 5.2 机架的主要结构参数 5.3 机架的结构特点
5.1 机架的类型 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。
§5.1.1 机架的作用 1、作用：用来安装轧辊、轧辊轴承、 轧辊调整装置和导卫装置等工作机座中 全部零件，并承受全部轧制力的作用。 2、地位：机架是轧机工作机座中尺寸 和重量最大的部件，轧辊轴承和轧辊调 整装置都安装在机架上，机架承受巨大 轧制力的作用。
机架的材料和许用应力
机架一般采用含碳量为0.25％～0.35％的 ZG260—500，其强度限σ b =500～600MPa，延伸 率δ 5=12％～16％。 由于机架是轧机中最贵重和最重要的零件， 必须具有较大的强度储备。一般机架的安全系数 不小于10，对于ZG270—500来说，许用应力[σ ] 采用以下数值 对于横梁 [σ ]≤50～70MPa 对于立柱 [σ ]≤40～50MPa
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(d2)成正比， 故机架立柱的断面积(F)与轧辊辊颈的直径平 方(d2)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)可按表5-1选取。
a、大多是整体铸造的。当 牌坊尺寸和重量太大，受到 铸造条件或运输条件限制时， 则采用电渣焊焊成。 b、具有较高的强度和刚度。 c、主要用来轧制压力较大 或对轧件尺寸要求严格的轧 钢机上，如初轧机和板带轧 机。 d、使用闭式牌坊的轧辊换 辊时，轧辊沿轴向从牌坊的 窗口中进出。
万能轧机机架结构研究及应力分析
万能轧机通过水平辊和立辊组成的孔型，实现水平和竖直方向上同时压下，满足型钢的生产需要。
万能轧机机架除了承受竖直方向的水平辊轧制力，还承受水平方向的立辊轧制力，万能轧机机架的弹性变形受两个方向的影响。
1万能轧机组成在H 型钢生产线上，精轧机组由万能粗轧机、轧边机、万能精轧机组成。
在万能粗轧机和精轧机轧机上各装有一对水平辊和一对立辊，通过水平辊和立辊从竖直方向和水平方向同时压下实现辊缝调整。
万能粗轧机和精轧机的不同之处主要是万能粗轧机的立辊为腰鼓形，而精轧机的立辊为圆柱形，为的是把H 型钢的翼缘轧平且与腹板垂直。
轧边机位于万能粗轧机和精轧机之间，主要作用是轧制H 型钢翼缘的端部，控制腹板宽度，使翼缘的边缘整齐。
在轧制过程中，轧边机只承受竖直方向的轧制力，因此轧边机架的构成相对简单。
通过这三种轧机，实现H 型钢轧制（见图1）[1]、[2]。
可以看出，钢坯轧制从右上方孔型开始，先经过一个万能粗轧机的凸面形立辊与水平辊组成的孔型，之后通过轧边机水平轧辊，最后经过万能精轧机轧辊的孔型。
万能轧机机架分为传动侧和操作侧（见图2），传动侧机架如上图右侧所示，操作侧机架如上图左侧所示。
在传动侧和操作侧机架上，又分为水平辊机架和立辊机架，两机架用螺杆把合到一起。
在两侧机架四个角方位上有四根拉杆，当操作侧机架装入轧机之后，通过锁紧液压缸给拉杆一个预紧力，将两机架锁紧。
在轧制过程中，上、下水平轧辊由电机驱动，立辊为被动辊。
各个轧辊用液压缸调整辊缝。
1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连1166002.一重集团大连工程技术有限公司高级工程师，辽宁大连116600万能轧机机架结构研究及应力分析李龙华1、李爱臣2摘要：通过INVENTOR 建模，运用有限元分析万能轧机机架强度和刚度。
关键词：万能轧机；INVENTOR ；结构分析中图分类号：TG333文献标识码：A文章编号：1673-3355（2020）02-0004-04Universal Mill Frame Structure Research and Stress AnalysisLi Longhua ，Li AichenAbstract:The strength and rigidity of universal mills are analyzed with a INVENTOR established model by the means of a finite element analysis program.Key words:universal mill ；INVENTOR ；structure analysis10.3969/j.issn.1673-3355.2020.02.004图1万能轧机工作辊布置图2万能轧机图3轧边机轧边机（见图3）的操作侧机架上安装有换辊拖车，用于快速换辊，在机架的四个角方位上有四根拉杆，当操作侧机架装入轧机之后，通过锁紧液压缸给拉杆一个预紧力，将机架锁紧。
一种冷轧机结构设计
一种冷轧机结构设计
一种冷轧机结构设计，包括机架、轧辊、电机和减速器，其中轧辊设置在机架上，电机通过减速器与轧辊连接。
机架上设有轴承座，轴承座中装有轴承，轧辊一端通过轴承安装在轴承座中，轴承座上设有冷却水道，冷却水道与外部冷却水系统连接。
该结构设计具有以下优点：
1.通过在轴承座中设置冷却水道，可以有效地对轴承进行冷却，提
高轴承的使用寿命和稳定性。
2.轧辊通过轴承安装在轴承座中，可以方便地调整轧辊的位置和角
度，提高轧制精度和产品质量。
3.电机通过减速器与轧辊连接，可以降低轧制速度，提高轧制力和
精度，同时减小电机的负载和能耗。
4.机架采用框架式结构，具有足够的刚度和稳定性，可以保证轧机
的长期稳定运行。
5.该结构设计简单、紧凑、易于制造和维修，同时成本较低，具有
较高的实用性和经济效益。
以上仅为本设计的优选实施方式，并不用于限制本设计的保护范围。
对于本领域的普通技术人员来说，可以根据上述描述进行等效替换或者变形，这些替换和变形都应纳入本设计的保护范围内。
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联接U型架与机架盖的斜楔斜度为1：50，为加工 方便，一般将机架孔做成直的，而增加一个斜的鞍 座。 压上装置安装在U型架的下横梁中，而压下装置 安装在机架盖的两侧。压下方式为手动。
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650型钢轧机开式机架结构图
19
机架窗口尺寸：窗口宽度 由轴承座的宽度确定，同时 应该适当考虑H架的支腿强 度。但也不能过宽，这样对 轧制短轧件不利。 窗口高度由轧辊最大直径， 最大开口度以及轴承座的高 度，压下螺丝伸出尺寸、球 面垫的尺寸确定。
5
横列式轧机
6
开式机架的五种不同类型
7
二、机架的主要结构参数
机架的主要结构参数指机架窗口尺寸（窗口高及宽）、 立柱断面尺寸。 1、机架宽度 B • 闭式机架——由于闭式机架只能从侧向换辊，其机架开 口宽度必须大于轧辊的最大直径Dmax。对四辊轧机为换辊 方便，其换辊侧（操作侧）开口宽度应比驱动侧宽5—— 10mm；其窗口宽为支承辊直径的1.3~1.5倍。由于机架内侧 与支承辊轴承座之间通常安装有滑板，在设计时，机架开 口宽度还应考虑（加上）滑板的厚度。 • 开式机架——决定于轧辊轴承座的宽度，同样也要考虑 机架内侧的耐磨滑板的厚度。（其开口大小与轧辊直径无 关）
13
•在机架下部专门设有支承辊换辊小车，采用4个液压缸 控制小车的升降。同时在机架下部装有测量轧制压力用 的测压头。 • 机架内表面镶有耐磨滑板，同时在操作侧，装有轧辊 轴向定位的压板。 在四辊轧机中，用于弯辊、平衡的液压缸很多，都通 过机架进行固定，在机架设计时必须考虑周到各个缸的 位置及固定方法。
20
3、轨座的结构
•
轨座的作用—— 通过轨座将轧机固定在基础上，在轧制时承受倾翻力矩。 轨座必须保持足够的强度和安装精度。 轨座一般是铸钢的，对小型轧机，也有铸铁的。
每台轧机有左右两个轨座，用横梁或撑管连接以增加其 刚性。对轧辊直径小于500毫米的小型轧机也有将其做成 整体的。 型钢轧机轨座通常做成中间带凹槽的（用于穿螺丝 用），两边与垂直面成15度的斜面，以便于对轧机进行轴 向调整。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ11
三、机架的结构特点
1、闭式机架的结构 闭式机架通常用于强度、刚度要求高的初轧、板带轧机；其 典型设备是1700四辊轧机。 最大轧制力为25MN，考虑到轧制 不锈钢及发生卡钢事故等情况，单片机架按承受最大轧制力 20MN设计。
12
•
1700 四辊轧机精轧机架
左右两片机架通过上下连接梁连接成一 体，并通过轨座固定在地基上。机架上横 梁中部加工有安装压下螺母的镗孔。每片 机架130吨，机架总重327吨，其主要特点 是： • 高而窄——立柱采用近似正方形的截面 920*700，截面积F=6440cm2。机架材料 采用强度及韧性均较好的铸钢 ZG270-500 (老牌号为ZG35)。 • 采用液压平衡——平衡缸采用八缸式结 构。
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3、立柱截面——由强度及刚度条件确定
截面形状：矩形或接近正方形的形状，工字形（初轧机） 截面尺寸：由于立柱受力（轧制力）与工作辊辊颈相同 而辊颈的强度近似与其直径d的平方成正比，故初步设计时 可根据比值（F/d2）确定机架立柱断面面积F的值，然后再 根据实际轧制时的受力工况进行精确校核。 不同轧机其立柱截面积的确定见教材表5——1，注意对 不同的轧辊材料，其（F/d2）的比值是不同的。 轧机工作机座的强度与刚度性能在很大程度上取决于机 架立柱的截面尺寸，目前为提高轧制精度，热带钢轧机的 立柱断面积达7000cm2，厚板轧机达10000 cm2，(1平方 米）。
8
2、机架开口高度 H 对于不同的轧机其开口高度H取值不同。主要取决 于：轧辊的中心距、最大开口度、轧辊轴承座高度、 压下螺丝的伸出长度和垫板（球面垫）的高度，必要 时还要考虑换辊的要求。 对于四辊轧机，其窗口的开口高度H可由下式确定： H=(2.6~3.5)(Dw+Db)
9
轧钢机机架窗口的开口尺寸
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16
2、开式机架的结构
以下用斜楔连接的650型钢轧机工作机座的开式机架为例。 左右两片机架通过两根拉紧螺栓和撑管以及下联接梁联 接后固定在轨座上。具有箱形结构的机架盖通过4个斜楔 与U形架相联接。机架盖上部有一横销，可供安装时整体 吊装或换辊时将机架盖连同中下辊同时吊装出来。 U形架内表面上有两个凸台，俗称《牛腿》，是固定中 辊下轴瓦用的。中辊的上轴承座安装在H架上。机架内侧 的竖直槽是安装导板梁用的。 在窗口的内表面上一般装有耐磨滑板。也有的轧机考虑 到H架的强度要求为尽可能地扩大窗口的宽度而不加滑板。
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• 型钢轧机轨座
22
初轧、开坯、板带轧机上轧机不须作轴向调整，轨座通 常做成工字形的，与底脚相连处，做成矩形断面。
1700冷连轧机的轨座实际只起到垫板的作用，如图5— —9所示。 为拆装方便，在某些型钢轧机上，机架底脚与轨座采 用斜楔连接，通过销子、斜楔将机架固定在轨座上。
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1700 带钢 冷连 轧机 的轨 座
轧机机架
轧机机架的机构形式 牌坊的设计及计算
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§1 轧钢机机架的类型与结构
一、机架的类型 轧钢机机架是轧机的重要部件，轧辊、轧辊轴承以及轧 辊调整装置都安装在机架上。机架在轧制过程中承受巨大 的轧制力，必须有足够的强度与刚度。 轧钢机机架按其结构一般分为闭式机架与开式机架两种。 1、闭式机架 它是一个整体框架，一般通过上下联结梁将左右两片机 架联结在一起，并通过轨座将其安装在地基基础上。 特点：强度、刚度大，整体性强；但只能从其侧边换辊。 用途：轧制力大的初轧机、钢坯轧机；轧制力大并且轧 制精度高的板带轧机；精度高的小型轧机。
2
闭式机架的装配关系示意图
3
闭式机架简图
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2、开式机架
它的每片机架均由机架本体与上盖两部份组成；其两部 份联结方式有多种：螺栓、立销、套环、横销、斜楔等五 种。以最后一种斜楔联接性能最佳因而应用最广。 开式机架刚度较差，但换辊方便：可卸下联接斜楔打开 机架盖用吊车从上面将机架盖连同中上辊一起吊出U型架。 换辊以后再安装复位。 这种机架主要用于横列式轧机（因为这种轧机无法侧向 换辊！） 简图所示为用斜楔联接的开式机架的结构简图，其联接 零件少，拆装方便，是开式机架中刚度最好的一种，应用 广泛，主要用于横列式轧机（型钢轧机，轨梁轧机），一 般又称其为半闭口机架。
14
1700热连轧机精轧机座机架总图
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1700精轧机工作机座机架
机架窗口的宽高比为1:3.75，属高而窄的类型，机架的总 高度为9250毫米。为防止立柱表面磨损，机架内侧装有45 号钢制成的耐磨滑板。为换辊方便，操作侧窗口比驱动侧 宽20毫米。 为了减小机架窗口转角处和压下螺丝镗孔处的应力集中， 根据某重机厂的光弹实验结果比较，在机架窗口采用双圆 角的结构，使转角处的应力集中达到最小。