530线材轧机说明书解析.docx

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530线材轧机说明书解析

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文

第1页Φ530线材轧机设计摘要线材的用途很广，在我国国民经济的各个部门中，线材占有相当重要的地位。

本次设计是针对线材生产中所用到的粗轧机（开坯机）进行设计。

首先，要根据轧制工艺对轧辊的基本尺寸进行设计，然后再根据轧制力矩选择电机。

在主传动系统中，对轧辊进行受力分析并进行必要的强度校核，对轧机的机架也需要进行相应的校核。

在设备的改进方面，对H架进行改造，优化了它的受力情况，提高了它的使用期限。

通过这次设计，我对于冶金机械的设计过程有了全新的认识。

但此过程仍有很多的不足之处需要进一步改进，能够完成此次设计离不开学院领导及老师的悉心指导，在此我仅代表个人向学院领导及老师的教诲表示感谢，同时也感的同学的帮。

关键词：

线材生产；开坯机；设计辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第2页1绪论1.1线材生产的基本知识1.1.1线材的概念和用途什么是线材？

我国现行有关标准规定，线材是指直径为5-22mm的热轧圆钢或者相当此断面的异形钢。

因以盘条形式交货，故又通称为盘条。

线材断面周长很小，常见的产品规格直径为5-13mm。

根据轧机的不同可分为高速线材（高线）和普通线材（普线）两种。

线材的用途很广，在国民经济各个部门中线材占有重要的地位。

有的线材轧制以后可直接使用，主要作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件用；有的则作为再加工原料，经过再加工后使用。

例如，经过拉拔成为各种钢丝，再经捻制成为钢丝绳，或再经编织成钢丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓，以及经过各种切削加工及热处理制成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理制成弹簧；等等。

1.1.2线材生产的工艺流程线材一般采用高线生产。

一、通过步进式加热炉将方坯加热至1100摄氏度以上；二、加热后的方坯出炉，进行高压水除鳞；三、进入粗轧机轧制，粗轧机为热连轧机组；辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第3页四、粗轧后的轧件进入水冷段进行降温，以控制其内部金相组织；五、离开水冷段后进入中轧机和精轧机进行进一步轧制；六、精轧后的轧件由吐丝机吐出形成盘卷状；七、盘卷状的线材在空冷段中冷却前进；八、在空冷段的末端，线材由集卷器打成卷筒状；九、打成卷筒状后的线材送入打捆机打捆；十、进入成品库。

1.2高速线材轧机的发展与成熟1.2.1轧制速度的发展一般将轧制速度大于40m/s的轧机称为高速轧机。

因此，轧制速度是高速线材轧机的一个重要参数。

摩根新式精轧机是当代具有代表性的高速轧机。

摩根公司从1962年就开始研制新式线材轧机，1966年第一台高速无扭精轧机在加拿大钢铁公司投产，保证轧制速度为43m/s。

摩根公司在第一台高速无扭精轧机投产后的20年间，发展非常迅速，其线材轧机的轧制速度提高得很快。

第I代至第VI代的三种速度列于表1-2。

单位m/s代IIIIIIIVVVI保证轧制速度4350617580100最大辊径时的轧制速度50607590100120电机最大转速时的轧制速度607290112120140其他高速轧机，如德马克、阿希洛、达涅利和摩哥斯哈玛，与摩根轧机一样，轧制速度发展也很快，其中德马克机型的保证轧制速度也达到了100m/s，其他机型的保证轧辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第4页制速度都达到了80m/s。

1.2.2主轧机机型高速线材轧机的轧制速度、成品盘重和坯料断面在不断增大，对半成品和成品尺寸精度的要求在不断提高，为此，除了在工艺上更完善外，在粗中精轧机机型方面，出现了一系列与其相适应的进展。

国外高速线材轧机粗轧机类型较多，据资料报道，有摆锻式轧机、三辊行星轧机（简称PSW轧机）、三辊式Y型轧机、45°轧机、平——立辊交替布置的二辊轧机、紧凑式二辊轧机和水平二辊式粗轧机等机型。

1.2.3控制与自动化高速轧机生产线材具有轧制速度快、盘重大和产量高的特点，整个轧制过程对机械化、自动化程度要求很高，因而在自动控制系统方面就有相应的进展，其主要表现是计算机在控制系统中得到应用。

目前，高速线材轧机采用计算机进行部分或大部分控制的约有下述几种情况：

（1）常规控制加车间管理级计算机的物料跟踪功能；

（2）常规控制加车间管理级计算机进行物料跟踪和设备级计算机进行程序控制；（3）部分常规控制加车间管理级计算机进行坯料管理及物料跟踪、过程控制级和设备控制级计算机进行加热炉燃烧及轧线部分设备的自动控制。

此外，有的高速线材轧机也采用车间管理级计算机进行设备事故报警，使设备事故率降至最低。

1.2.4现代高速轧机技术的新进展

（1）全连续、无扭、高速轧制。

粗、中轧平立交替布置，精轧机前设有预精轧，设计最大终轧速度达120m/s，经生产实践最新提出的保证最大轧速将按线材不同规格分别提出。

（2）增加减定径设备，提高产品精度，解决线材精轧过程中温度控制问题。

（3）增大进料钢坯断面，既可适应上游连铸机提高铸坯生产率及质量的需要，也辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第5页可提高卷重，提高线材轧机生产率和成材率。

（4）连铸坯热装热送合格连铸坯通过热装辊道直接进人加热炉进行加热和均热，热装温度可达600℃以上，提高了加热炉的生产率，减少了钢坯加热时的能耗和钢坯在冷却、加热过程中的氧化铁皮损失，提高了金属收得率。

（5）低温轧制。

将开轧温度控制在950℃左右，在选择粗中轧机架刚度和主电机容量时均适应此要求，以达到总体节能和减小金属烧损的效果。

（6）控冷控温轧制。

（7）单一孔型系统。

所有产品（小5.0-25mm）仅需在4架减定径机组上进行换辊完成，其他机架均不需为更换轧材规格换辊，从而显著提高作业率和生产率。

（8）最新一代吐丝机和集卷站。

吐丝机采用渐近弯曲形式，给出线材在吐丝管内运动的理想轨迹，从而减吐丝机管磨损并具有运行稳定性。

1.3粗轧线材轧机研究的主要内容和方法1.3.1粗轧机主要组成粗轧机由机前机后转钢辊道、机前机后推床、地脚板、牌坊、上支承辊平衡装置、阶梯垫、工作辊、工作辊平衡、油膜轴承、支承辊、进出口导卫、传动系统和主轴平衡、工作辊换辊装置、机架辊等组成。

1.3.2课题研究的内容及方法

（1）进行现场调研，收集530轧机有关的资料，了解生产中存在的问题，轧机结构特点，主要零件材料选择。

（2）制定530轧机的设计方案，并进行方案评述。

（3）进行电机容量的选择，主要零件强度计算。

（4）绘出总图，装配图和零件图。

（5）润滑剂的特点和润滑方式的选择。

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第6页2方案的选择与评价2.1方案的选择线材轧制所用的开坯轧机是采用三辊共同驱动的线材开坯轧机，它可以在数量、品种以及规格等方面全面满足要求。

除此外更能达到为之后的中、精轧机组提供原料的要求。

它不但能充分地发挥成品车间的生产能力，而且还能保证钢坯内部的组织结构和表面质量。

除了这些之外，线材开坯机还能大大地提高成品车间的成材率，讲断面尺寸为140×140mm�0�5的来料轧制成断面尺寸为30×30mm�0�5的甚至更小的小型钢坯。

开坯机是独立的开坯轧制，它采用了双层辊道进行中上和中下轧制。

2.2开坯机的生产特点在三辊开坯机中，轧辊按照固定方向转动，在上下两条轧线上可以进行交叉过钢，在同一条轧线上又可几个孔型同时过钢，缩短了轧制时间，加快了轧制节奏，提高了轧制质量，提高了生产效率。

由于轧制过程中三辊开坯轧机的每个孔型只能够过一次钢，所以辊身上需要布置多个孔型。

允许利用辊身的长度来减少机架数量。

孔型设计采用共轭系统。

三辊开坯轧机上的中辊是固定不动的，利用上辊的压下装置及下辊的压上装置来对轧辊的位置进行调节。

同时需要注意轧辊轴向位置，保证对准孔型，因此有轴向调节系统。

值得一提的是，一般情况下奇数道次通过的孔型大都布置在下轧线上，当然有少数出现在上辊轧线上。

与此同时配合双层辊道和升降台来进行轧件的传递，此法缩短了轧制时间，加快了节奏，提高了产量。

同时也大大地改善了工人的劳动条件。

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第7页2.3方案的评述2.3.1主传动设计方案主电机选择ZJD60120-6型，功率1000KW，转速500210r/min，i=2.333。

达到了降低电机容量的目的。

齿轮座采用的是人字齿轮座而梅花连接轴齿轮座侧采用了滑块接头，轧机侧也选择采用梅花接头以方便轧机进行换辊操作。

轧辊轴承采用滚动轴承而没有采用滑动轴承，原因是滚动轴承精度较高，这样可以保证轧制的精度。

上轧辊平衡装置采用弹簧式上辊平衡装置，原因是出于轧辊的调整量最小的考虑。

压下方式采用电动压下，并采用有效的措施防止氧化铁皮飞入压下螺丝和压下螺母中去，保证了压下工作灵活可靠。

1-电机；2-联轴器；3-人字齿轮座；4-万向接轴；5-梅花轴头联轴器；6-开坯轧机轧辊；图2.1主传动示意图2.3.2轧辊调整装置的确定轧辊调整装置是轧机关键机构之一，其设计的好与坏直接关系到轧件的质量和产辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第8页量。

通常，轧机轧辊的调整一般包括轴向和径向两个方向。

其中，径向调整是轧钢机中主要的必不可少的装置。

调整装置的作用：

1.调整轧辊水平位置（即调整辊缝），以保证轧件按照给出的压下量轧制出所要求的断面尺寸。

尤其是在板坯轧机、初轧机和万能轧机上，几乎就是每轧一道次都需要进行轧辊辊缝的调节；2.调整轧辊与辊道水平面之间的相互位置，在连轧机上，还需要调整各个机座之间轧辊的相互位置，进而保证轧制线高度一致（调整下辊高度）；3.调整轧辊的轴向位置，以保证有槽轧辊能够对准孔型；4.板带轧机上还要调整轧辊辊型，其目的是减小板带材的横向厚度差及控制板形。

根据各类轧机的不同要求，调整装置可分为：

上辊调整装置（即压下装置）、下辊调整装置（即压上装置）、中间辊调整装置、立辊调整装置和特殊轧机的调整装置。

压下装置的用途很广，安装于所有的二辊、三辊、四辊及多辊轧机上。

压下装置有电动形式、液压形式和手动形式。

手动形式的压下装置多用于型钢轧机上。

长期以来，带钢轧机上使用的通常是电动压下装置。

近年以来，随着工业的发展，带钢的轧制速度逐步提高，产品的尺寸精度要求也日益严格，特别是采用自动厚度控制系统（AGC）后，电动压下装置由于有传动效率低、反应速度慢、运动部分的转动惯量大、调整精度低等缺点，已不能满足工艺的要求。

为了能够提高产品的尺寸精度，在高速带钢轧机上采用液压压下装置。

2.3.3轧辊平衡装置的确定设置轧辊平衡装置其目的是为了消除轧制过程中由于工作机座中相关零件间隙所导致的冲击现象，保证轧件轧制精度，改善咬入条件，及防止工作辊和支撑辊之间产生打滑现象等，几乎所有的轧机上都有平衡装置，叠轧薄板轧机除外。

由于轧机的机座中各个有关相互配合的零件间存在配合间隙，比如压下螺丝与压下螺母间、轴承与辊颈间，所以在轧机空载时由于各个零件的自重，会造成零件间可能产生一定间隙，而这种间隙必然会在轧制的过程中产生一定的强烈冲击，其结果就是使轧机的寿命降低，辊缝发生一定变化，使轧件的咬入不利。

与此同时还会导致工作辊与支撑辊间打滑，进而影响带材的质量大大降低。

另外，合理地选择平衡力还能消除平衡系辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第9页统中的滞后现象，以提高AGC的控制精度。

轧机上常用的平衡装置有：

液压式、弹簧式、重锤式。

由于弹簧式平衡装置结构简单，维修方便，且造价较低，但平衡力是变化的特点，特别适用于上辊调节高度在50~100mm的中小型钢或线材轧机上，所以决定采用弹簧式平衡装置，即可满足开坯轧机的工作要求。

2.3.4机架形式的确定在轧制过程中，轧件对轧辊的反作用力通过轧辊的轴承、轴承座、压下螺丝和压下螺母传递给机架，并由机架吸收进而传递到地基。

因此，机架是工作机座的重要部件，轧辊的轴承和轧辊调整装置均安装在机架上。

机架需要承受轧制力，就要有足够的刚度和强度。

根据轧机的工作要求及形式，机架分为开式机架、闭式机架和半闭式机架三种。

闭式机架是一整体的框架，有着较高的刚度和强度。

闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机上，板坯轧机和板带轧机上等等。

对于板带轧机，为了提高其轧制精度，就要有较高的机架刚度。

对于某些线材轧机或者是小型轧机来说，常采用刚度较好的闭式机架，来获得较好的轧件质量。

采用闭式机架的机座在换辊时轧辊将沿其轴线方向从机架的窗口处抽出或装入。

此类轧机一般都配有专用的换辊装置。

开式机架由机架本体及上盖组成，主要用于横列式型钢轧机。

其优点是换辊方便，缺点在于刚度稍逊。

上盖的联接方式会影响开式机架的换辊速度和刚度。

常见的上盖联接方式：

1.机架上盖用两个螺栓与机架的立杆联接。

这种联接方式结构比较简单，但由于螺栓较长，变形较大，机架的刚度较低。

另外，换辊的时候拆装螺母较费时；2.斜楔与立销联接的开始机架，其换辊比螺栓联接方便；3.斜楔与套环联接的开式机架同上述两种机架形式比较，取消了上盖上的垂直销孔和立柱，并用套环替代圆柱销或螺栓。

套环的下端使用横销铰接于立柱上，套环的上端用斜楔把立柱同上盖联接起来。

这种结构的特点是换辊比较方便。

由于套环的断面可以大于圆柱销或螺栓，轧机的刚性有所改善；4.斜楔同横销联接的开式机架，立柱同上盖用横销联接后，再用斜楔楔紧。

这种结辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第10页构的优点是联接件变形小，结构简单。

但是在冲击力与楔紧力的作用下，当横销沿着剪切力的断面发生变形以后，拆装会比较困难，而使换辊时间延长；5.用斜楔联接的开式机架，与上述几种开式机架相比较有着如下的优点：

联接件的结构简单，上盖的弹跳值小，联接较坚固；机架立柱的横向变形较小，机架立柱的上部被斜楔和机盖止口紧紧地挤住，大大减小了立柱的横向变形。

由以上分析得出，用斜楔进行联接的开式机架，除了换辊会更加方便以外，还有着更高的刚度，因此称为半闭式机架。

这种机架的使用效果较好，而且已得到广泛的使用。

因此本次课题选用的机架形式就是半闭式机架。

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第11页3主电机容量的选择3.1轧制力的计算3.1.1轧辊主要尺寸的确定压下量h=140-100=40mm；咬入角=22.4°，则cos=0.9245轧辊的辊身直径D=530mm轧辊的长度L根据实际的工作情况，取L=1500mm；轧辊的辊颈直径d和长度l，在一般情况下，近似地取轧辊的辊颈直径与辊身的直径关系如下：

d=（0.5~0.55）D则d=0.5×530=265mm，且l与d的关系为l/d=（0.83~1.0），则取l=250mm；梅花接轴轴头的直径d1=d-（10~15）=250-10=240mm；3.1.2孔型布置表3.1压下规程单位：

mm道次h0h1hhmI1401004024IIm155906539III120804024注：

hm=（0.55~0.6）�7�4h辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第12页根据所定的压下规程，设计孔型如下：

图3.1孔型布置图3.1.3轧制力计算考虑到轧机工作环境的温度是1050℃，而且轧制线材，所以选择艾克隆德公式来计算平均单位轧制力（此公式适用于热轧型钢轧机和线材轧机轧制）。

Pm=（1+m）（k+9.8ηu）式中m——考虑外摩擦对单位压力的影响系数；k——轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa；η——轧件粘性系数，kg�7�4s/mm�0�5；u——变形速度，s1。

艾克隆德根据其研究，给出下式计算系数mm=hhhhhh101010）（2.1）（R6.1式中�0�8——摩擦系数，建议采用下式计算，对钢轧辊�0�8=1.05-0.0005t，对硬面铸铁轧辊�0�8=0.8（1.05-0.0005t），t为轧制温度；h0、h1——轧制前后轧件高度，mm；R——轧辊的半径，mm。

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第13页代入数据，得m=80120）80120（2.1）80120（265525.06.1=0.19m=100140）100140（2.1）100140（265525.06.1=0.16m=80120）80120（2.1）80120（265525.06.1=0.19计算变形阻力k，利用L.甫培热轧方坯实验数据，得到k（MPa）的计算公式k=（14-0.01t）（1.4+ω）c（+ω）Mn（+0.3ω）Cr（）×9.8式中t——轧制温度，℃；ω）c（——碳的质量分数，%；ω）Mn（——锰的质量分数，%；ω）Cr（——铬的质量分数，%。

代入数据，得k=（14-0.01×1050）×（1.4+0.2）×9.8=54.88计算轧件的粘性系数η按下式计算η=0.01（14-0.01t）c式中c——考虑轧件的轧制速度对η的影响系数，其值如下：

轧制速度v/（m�7�4s1）<66~1010~1515~20系数c1.00.80.650.6由于轧制速度为7m/s，查得系数c=0.8，则η=0.01×（14-0.01×1050）×0.8=0.028艾克隆德用下式计算变形速度辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第14页u≈hh10Rhv2式中v——轧制速度，mm/s；h0、h1——轧制前后轧件的高度，mm；R——轧辊半径，mm。

代入数据，得u=10001001402654072=22.66u=1000901552656572=28.30u=1000801202654072=27.20计算各道次平均轧制力，第一道次：

Pm=（1+0.19）×（54.88+9.8×0.028×22.66）=72.71MPa第二道次：

Pm=（1+0.16）×（54.88+9.8×0.028×28.30）=72.67MPa第三道次：

Pm=（1+0.19）×（54.88+9.8×0.028×27.20）=74.19MPa轧件与轧辊接触弧水平上投影长度l（mm）的计算公式为l=hR代入数据，得第一道次：

l=40265=102.96第二道次：

l=65265=131.24第三道次：

l=40265=102.96辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第15页计算总轧制力PP=Pm�7�4FF=2bb10第一道次：

P=96.102215514071.72=1104.22KN第二道次：

P=24.13121209067.72=1001.41KN第三道次：

P=96.10221009019.74=725.67KN3.2电机轴上力矩的计算轧制力力臂a的计算a=sin2D21为咬入角）Dh1arccos（=22.4°则a=2.11sin2530=51.47mm轧制力的力矩Mz=P�7�4a则辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第16页M1Z=1104.22×51.47=56834.20N�7�4mM2Z=1001.41×51.47=51542.57N�7�4mM3Z=725.67×51.47=37350.23N�7�4m摩擦力矩Mf=�0�8d其中�0�8=0.03（由胶木瓦轴选取）Mf=0.03×265=7.95N�7�4m则轧辊轴承处摩擦阻力矩MK=Mz+Mf则M1K=56834.20+7.95=56842.15N�7�4mM2K=51542.57+7.95=51550.52N�7�4mM3K=37350.23+7.95=37358.18N�7�4m3.3主电机的选择轧制速度nH=Dv60代入数据，得nH=5301000760=252.25r/min电机功率N=k9550nMHmaxK辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第17页代入数据，得N=85.02955025.25215.56842=883.18KW选用YB25003-2型号电机，基本转速为2580r/min，功率1000KW。

传动比i=25.2522580≈10.24主电机轴上力矩MD=MMMMdonkon2fZi附加摩擦力矩M2f=）11（iMK代入数据，得M2f=）185.01（83.1115.56842=847.93N�7�4m空转力矩Mkon=（0.03~0.06）MerMer=nNerer9550=258010009550=3700N�7�4m代入数据，得Mkon=0.05×3700=185N�7�4m由于轧件的长度较长，所以动载力矩Mdon可以忽略不计。

则第一道次：

MD=18593.84724.1020.56834=6583.14N�7�4m辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第18页第二道次：

MD=18593.84724.1057.51542=6066.38N�7�4m第三道次：

MD=18593.84724.1023.37350=4680.39N�7�4m电机过载系数校核2K78.1370014.6583MMerD故电机过载校核合格。

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第19页4主要零件的强度计算4.1轧辊的强度计算轧辊的破坏取决于各种不同的应力（包括扭转应力、弯曲应力和接触应力，由于温度分布不均匀或者是交替变化引起的温度应力和轧辊制止过程中形成的残余应力等等）的综合影响。

具体的说，轧辊的破坏可能是由以下几个方面原因造成的：

1.轧辊的形状设计不合理或者是设计的强度不够。

例如，在额定负荷下，轧辊由于强度不够而断裂或是接触疲劳超过了许用值，使辊面疲劳剥落；2.轧辊的材质、热处理或者加工工艺不符合要求。

例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性和耐磨性差，材料中有夹杂或是残余应力过大；3.轧辊在生产过程中使用不合理。

热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会由于热疲劳而产生辊面热裂；冷轧时候的事故黏附也会导致其热裂甚至是表层剥落；在冬季新换上的冷轧辊如果突然进行高负荷热轧或冷轧机停车，轧热的轧辊骤然遇冷，往往会因为温度应力过大，进而导致轧辊表面剥落甚至断辊；压下量过大