1、學號：200506030229河北理工大學課程設計說明書設計題目：板帶鋼壓下規程設計與輥型設計設計人： 專業名稱： 金屬材料工程 學院名稱： 冶金與能源學院 指導教師： 2009年3月8日目錄1 壓下規程設計21.1 坯料尺寸21.2 粗軋機組壓下量分配21.3 精軋機組的壓下量分配21.4 校核咬入能力21.5 確定速度制度3粗軋速度制度3粗軋軋制延續時間：31.5.3 精軋速度制度確定41.5.4 精軋機組軋制延續時間41.6 軋制溫度的確定4粗軋溫度確定41.6.2 精軋機溫度確定51.7 軋制壓力的計算51.7.1 粗軋段軋制力計算51.7.2 精軋段軋制力計算61.8 計算傳動力矩7

2、軋制力矩按下式計算71.8.2 傳動工作輥所需要的靜力矩7軋機的空轉力矩（Mk）82 軋輥強度校核與電機能力驗算82.1軋輥的強度校核8支撐輥彎曲強度校核8工作輥的扭轉強度校核102.2電機的校核12靜負荷圖12主電動機的功率計算13等效力距計算及電動機的校核13電動機功率的計算14板帶鋼壓下規程設計1 壓下規程設計1.1 坯料尺寸本設計為中板坯連鑄連軋生產線，板坯厚度為180mm；板坯寬度取決于產品規格；板坯長度受加熱爐爐膛寬度以及軋件溫度的限制。本次設計采用180mm板厚；1500mm板寬；12m長的板坯。1.2 粗軋機組壓下量分配1根據板坯尺寸，軋機架數，以及產品厚度等合理確定粗軋機組總

3、變形量及各道次壓下量。其基本原則是：本設計粗軋機組由兩架四輥可逆式軋機連續軋制，粗軋六道次，各道次的壓下量分配如下： 表(1-1)參數R1R2R3R4R5R6入口厚度（mm）180140105704027壓下量（mm）40353530137壓下率（）22.22533.342.933.325.91.3 精軋機組的壓下量分配表(1-2)參數R1R2R3R4R5R6入口厚度（mm）201510.56.542.8壓下量（mm）54.542.51.20.8壓下率（）253038.138.53028.61.4 校核咬入能力2熱軋鋼板時咬入角一般為1522°，低速咬入可取20°，由公式

4、(1-1)得 (1-2)將各道次壓下量及軋輥直徑代入可得各軋制道次咬入角為：表(1-3)道次R1R2R3R4R5R6R1R2R3R4R5R6h（mm）4035353013754.542.51.20.8R（mm）110011001100110011001100800800800800600600咬入（°）15.514.514.513.48.86.56.46.15.74.53.63.0根據計算結果可見咬入不成問題。1.5 確定速度制度3粗軋速度制度 由于板坯較長，為操作方便，可采用梯形速度圖。根據經驗資料，取平均加速度a=40rpms。由于咬入能力很富裕故可采用穩定高速咬入，考慮到粗軋機

5、生產能力與精軋機生產能力得匹配問題，確定粗軋速度如下：咬入速度為n1=a=40rpms，拋出速度為n2=a=20rpms粗軋軋制延續時間： 每道次延續時間 tj = tzh + t0 (1-3)其中to為間隙時間tzh為純軋制時間， tzh=t1+t2 (1-4)設v1為t1時間內的軋制速度，v2為t2時間內的平均速度，則 v1=Dn1/60 (1-5) v2=D（n1+n2）/120 (1-6)減速時間 (1-7)減速段長 l2=t2v2 (1-8)穩定軋制段長 l1=t1v1 (1-9)t1 = (l-l2)/v1 = (l-t2v2)/v1 (D取平均值) (1-10)軋制第一二道次時，

6、以第一架為計算標準，n1=40rpm/s，n2=40rpm/s，軋件長度，減速時間=s，減速時平均速度v2=D（n1+n2）/120=3.14×1100×60/120=1.727m/s，l2=0.57m，v1=2.3m/s，t1=(l-l2)/v1=(l-t2v2)/v1=（15.43-0.57）/2.3=6.46s則軋制延續時間為6.79s。按照以上公式可求得粗軋各道次軋制時間：表(1-4)道次R1R2R3R4R5R6軋制時間(s)6.796.7913.513.534.834.8由于兩架粗軋機間距7m，所以軋件尾部從前一架軋機出口到后一架入口所需時間t12=7/1.7=4

7、.1s。由于軋件較長，取間隙時間t0=6S所以粗軋總 t=6.79+1305+34.8+6×2+4.4×3=71.19s 精軋速度制度確定 確定精軋速度制度包括：確定末架的穿帶速度和最大軋制速度；計算各架速度及調速范圍；選擇加減速度等。精軋末架的軋制速度決定著軋機的產量和技術水平。確定末架軋制速度時，應考慮保證各主要設備和輔助設備生產能力的平等，一般薄帶鋼為保證終軋溫度而用高的軋制速度；軋制寬度大及鋼質硬的帶鋼時，應采用低的軋制溫度。本設計把終軋溫度設為12 ms。末架穿帶速度在410 ms左右，帶鋼厚度小，其穿帶速度可高些。穿帶速度的設定可有以下三種方式：（1）當選用表格

8、時，按標準表格進行設定；（2）采用數字開關方式時，操作者使用設定的數字開關進行設定，此時按鍵值即為穿帶速度；（3）選用按溫度計算的方式時，按溫度模型進行設定，此時應按終軋溫度預測模型反算出穿帶溫度，以便盡可能使終軋溫度接近目標值。本設計采用數字開關方式設定末架穿帶速度為8 ms。其他各架軋制速度的確定：當精軋機末架軋制速度后，根據連軋條件一秒流量相等的原則，根據各架軋機出口速度和前滑值求出各架軋制速度。即由4h1v1 = h2v2 = hnvn=C (1-11)速度的計算：已預設末架出口速度為12 ms由經驗向前依次減小以保持微張力軋制（依據經驗前一架出口速度是后一架入口速度的95）依據秒流量

9、相等得：VH6=V6×h6/H6=12×2÷208=8.57m/sVh5=0.95VH6=0.95×8.57=8.14根據以上公式可依次計算得：表(1-5)道次F1F2F3F4F5F6VH （ms）0.931.31.963.35.78.57VH （ms）1.241.863.165.48.1412 精軋機組軋制延續時間5 精軋機組間機架間距為6m，各道次純軋時間為Tzh=180×12/2.0×12=90s間隙時間分別為tj1=6/1.24=4.84s；tj2=6/1.86=3.23s；tj3=6/3.16=1.90s tj4=6/5.4

10、=1.11 s tj5=6/8.14=0.71s則精軋總延續時間為Tzh=tj=101.8s。各架軋機的速度的確定除應滿足連軋關系外，還應具有較大的調速范圍，以滿足不同品種的要求。（由末架軋機的速度的兩個極限值按流量相等推算出各架轉速再乘以一系數即可得出各架的調速范圍。）由唐鋼精軋機組的經驗數據可知末架極限速度為582r/min1260 r/min；系數為1.1。計算得軋機組的調速范圍為：表(1-6)道次F1F2F3F4F5F6速度范圍84/182143/310225/490344/748510/1100640/13921.6 軋制溫度的確定6粗軋溫度確定 為了確定各道次軋制溫度，必須求出遂道

11、次的溫度降。高溫軋制時軋件溫度降可以按輻射散熱計算，而認為對流和傳導所散失的熱量可大致與變形功所轉化的熱量相抵消。由于輻射散熱所引起的溫度降在熱軋板帶時可按下式計算： (1-12)式中 Z 輻射時間即該道次軋制延續時間T1 前一道的絕對溫度H 前一道的軋出厚度 由于軋件頭部和尾部溫度降不同，為設備安全著想，確定各道次溫度降時以尾部為準。根據現場生產經驗數據，確定開軋溫度為1200，帶入公式依次得各道次軋制溫度：表(1-7)道次R1R2R3R4R5R6T（）119811921185116811491093 精軋機溫度確定 粗軋完得中間板坯經過一段中間輥道進入熱卷取箱，再經過飛剪，除磷機后，再進入

12、精軋第一架時溫度降為1000。由于精軋機組溫度降可按下式計算： (1-13)式中t0，h0精軋前軋件的溫度與厚度 tn，hn精軋后軋件的溫度與厚度 代入數據可得精軋機組軋制溫度表（1-8）道次F1F2F3F4F5F6T（）9949859659338978501.7 軋制壓力的計算7 粗軋段軋制力計算粗軋段軋制力根據公式：P=Bl計算 求各道次的變形抗力：變形抗力由各道次的變形速度，變形程度，變形溫度共同決定。變形速度按下式計算 (1-14)式中R、v軋輥半徑及線速度。把參數代入得：表(1-9)R1R2R3R4R5R6R1R2R3R4R5R6V（m/s）2.32.323.23.33.23.21.

13、241.863.165.48.1412T()119811921185116811491093994985965933897850(%)4591415168163781151258H(mm)180140105704027201510.56.542.8h(mm)140105704027201510.56.542.82.0s(Mpa)8393103105118139149179208249286319 計算各道的平均單位壓力：根據經驗數據可取應力狀態影響系數=0.785+0.251/h，其中h為變形區軋件平均厚度，l為變形區長度，單位壓力大時（300Mpa）應考慮軋輥彈性壓扁的影響，因為粗軋時變形抗

14、力不會超過這一值，故可不計算壓扁影響，此時變形區長度。則平均單位壓力為： (1-15)將數據代入公式可得各道次軋制力。表（1-10）道次R1R2R3R4R5R6軋制力（MN）2105620.8126.2231.9524.4121.50 精軋段軋制力計算8 目前普通公認的最適合熱軋帶鋼軋制力模型的理論公式:SIMIS公式P=BQpLcKKT (1-16)式中：P 軋制力B 軋件寬度mmQp 考慮接觸弧上摩擦力造成應力狀態的影響系數Lc 考慮壓扁后的軋輥與軋件接觸弧的水平投影長度K 決定金屬材料化學成分以及變形的物理條件-變形溫度，變形速度及變形程度的金屬變形阻力K=1.15s-前后張力對軋制離的

15、影響系數；由以上公式可知平均單位壓力： QpKKT 計算Qp時用西姆斯公式的簡化公式克林特里公式 (1-17)式中：Hm= K可以按照粗軋時計算方法計算，數據如前表 KT按下式計算 (1-18)因為前張力對軋制力的影響較后張力小，所以a0.5本設計中去a=0.7，前后張力均取6Mpa. 接觸弧投影長度計算：一般以為接觸弧長度投影長度為 (1-19)表（1-11）道次F1F2F3F4F5F6軋制力（MN）16.7619.1620.0721.0618.4914.631.8 計算傳動力矩9軋制力矩按下式計算 (1-20)式中合力作用點位置系數（或力臂系數），中厚板一般取為0.40.5，粗軋道次取大值

16、，隨軋件的變薄則取小值。各道次軋制力矩值如下圖：表（1-12）各道次的軋制力矩值MNm參數第一道第二道第三道第四道第五道第六道粗軋2.882.572.963.281.791.47精軋0.640.690.750.560.290.19 傳動工作輥所需要的靜力矩除軋制力距外，還有附加摩擦力距Mm，他有以下兩部組成，即Mm=Mm1+Mm2，其中Mm1在四輥軋機可近似地得出下式計算： (1-21)式中支撐輥軸承的摩擦系數，f=0.005dz 支撐輥輥頸直徑，對于粗軋機，dz =1100m；對于精軋機dz =800mDg、Dz工作輥及支撐輥直徑，對于粗軋機Dg對于粗軋機代入后可求得：粗軋機Mm1=0.00

17、303P 粗軋機：Mm1=0.00303P (1-22)式中 傳動效率系數，本軋機無齒輪機及齒輪座，但接軸傾角3°，故可取=0.94，故得Mm2=0.064（Mz+Mm1）表（1-13）各道次的摩擦力距值道次一二三四五六粗軋0.190.230.270.300.1930.163精軋0.080.00890.090.0840.050.14軋機的空轉力矩（Mk）根據實際資料可取為電機額定力矩的36，即粗軋機： 取Mk=0.13MNm精軋機： 取Mk=0.1MNm，因此電機軸上的總傳動力矩為：M=Mz+Mm+Mk (1-24)表（1-14）各道次的總傳動力矩值(MNm)道次一二三四五六粗軋3.

18、22.933.363.712.021.76精軋0.820.880.910.740.580.432 軋輥強度校核與電機能力驗算總的說來，軋輥的破壞決定于各種應力（其中包括彎曲應力、扭轉應力、接觸應力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應力以及軋輥制造過程中形成的殘余應力等）的綜合影響。具體來說，軋輥的破壞由以下三方面的原因造成： 為防止四輥板帶軋機軋輥輥面剝落，對工作輥和支撐輥之間的接觸應力應該做疲勞校驗。2.1軋輥的強度校核10 四輥軋機的支撐輥直徑D2與工作輥徑D1之比一般在1.52.9 范圍之內。顯然，支撐輥的抗彎端面系數較工作輥大的多，即支撐輥有很的剛性。因此，軋制時的彎曲力矩絕大部分

19、有支撐輥承擔。在計算支撐輥時，通常按承受全部軋制力的情況考慮。由于四輥軋機一般是工作輥傳動，因此，對支撐輥只需計算輥身中部和輥徑端面的彎曲應力。支撐輥彎曲強度校核 支撐輥的彎曲力矩和彎曲應力分布見下圖2-1。圖2-1四輥軋機支承輥計算圖在軋輥的1-1斷面和2-2斷面上的彎曲應力均滿足強度條件，即 (2-1) (2-2)式中P 總軋制壓力d1-1、d2-2 1-1和2-2斷面的直徑；C1 、 C2 1-1和2-2斷面至支反力P/2處的距離；Rb許用彎曲應力。支撐輥棍身中部3-3斷面處彎矩是最大的。若認為軸承反力距離L等于兩個壓下螺絲的中心距LO,而且把工作輥對支撐輥的壓力簡化成均布載荷（這時計算

20、誤差不超過913），可得3-3斷面的彎矩表達式 (2-3)輥身中部3-3斷面的彎曲應力為 (2-4)式中的D2應以重車后的最小直徑代入。因粗軋機是可逆軋制，精軋機組性能相同故只需校核其中受力最大的一道即可，因在粗軋機上軋制時第四道的軋制力最大，精軋機上第三架軋制力最大，故其支撐輥受力最大，所以我們計算軋機支撐輥時只計算粗軋第二架和精軋第一架的彎曲應力。 又因輥頸直徑d和長度一般近似地選： d = (0.50.55)D L/d = 0.831.0計算時以粗軋機為例：本設計取d=(0.5D) L/d=1.0所以輥頸直徑d=1100，c1、c2、r的取值查軋鋼機械（修訂版）北京科技大學鄒家祥主編P9

21、4取r=0.12d=72mm，c1=460mm，c2=550mm，d1-1=1100，d2-2=2000mm上面的D2重車后的最小直徑為：D2=1300mm，P=16414KN把前面的數據代入上式計算：本設計支撐輥為合金鍛鋼Rb = 140150MPa，可見支撐輥的彎曲應力遠遠小于該許用應力，故滿足要求。精軋第一架用以上的方法計算得1-1、2-2、3-3數值都滿足彎曲應力要求。工作輥的扭轉強度校核11由于有支撐輥承受彎曲力矩，故工作輥可只考慮扭轉力矩，即僅計算傳動端的扭轉應力。扭轉應力為 (2-5) Mk作用在一個工作輥上的最大傳動力矩；Wk工作輥傳動端的扭轉斷面系數。驅動一個工作輥的傳動力距

22、Mk1有軋制力矩M1、工作輥帶動支撐輥的力矩 Ms和工作輥軸承的摩擦力距 Mf1組成，即 Mk= M1+Ms+ Mf1 (2-6)工作輥傳動斷面的扭轉斷面系數為： 則扭轉應力 (2-7)表(2-1)參數R4F3F5Mk1(MNm)3.040.810.48Wk(M3)0.260.100480.042T(MP)11.698.06111.43本設計工作輥為合金鑄鐵b=350400MPa,而許可扭應力約為=0.36b即=126-144 MPa可見工作輥的彎曲應力遠遠小于該使用應力，故能滿足生產要求。工作輥與支撐輥間的接觸應力12 四輥軋機支撐輥和工作輥之間承載時有很大的接觸應力，在軋輥設計及使用適用時

23、應進行校核計算。如假設輥間作用力沿軸向均勻分布，有彈性力學知，棍間接觸平面應變問題。H·赫茨（Hertz）理論認為：兩個圓柱體在接觸區內產生局部的彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應力 圖2-1 工作輥與支承輥相接觸情況 圖2-2接觸區主要應力分布半徑方向產生的法向正應力在接觸面的中部最大。最大壓應力及接觸區寬度2b可由下公式計算式中q加在接觸表面單位長度的負荷；D1 ， D2及r1 ，r2 相互接觸的兩個軋輥的直徑及半徑；K1，K2與軋輥材料有關的系數，K1=（1-v12）/E1。K2=（1-v22）/E2。其中，v1 v2及 E1 E2 為兩軋輥材料的波松比和彈性模數本設計取E1=

24、210GPa；E2=190Gpa。 (2-9)若兩輥波松比相同并取v1=v2=v=0.3則上式可簡化為 (2-10)加在接觸表面單位長度上的負荷q可有下面公式求得q=P/B式中P為軋制力，KN；B為軋件寬度，本設計不考慮寬展取B=1500mm。（1）對于粗軋機：q=31.95MN/1.5m=21.3MN/m，r1=0.55m，r2=1m則查（軋鋼機械（修訂版）北京科技大學，鄒家祥主編P96）得其對應得許用接觸應力分別為：支撐輥表面硬度HS=4550,需用應力=2100Mpa，=630Mpa可見正應力均小于許用正應力，故能滿足生產要求。此應力雖很大，但對軋輥不致產生很大的危險。因為在接觸區，材料

25、的變形處于三向壓縮狀態，能承受較高的應力。在輥間接觸區中，除了須校核最大正應力max外，對于軋輥體內的最大切應力也應進行核校。圖3-13表示了輥內切應力分布的狀況。主切應力在接觸點處其值為零，從0點到A點逐步增大，A點距接觸表面深度Z=0.78b，該45°（max）=0.304max為保證軋輥不產生疲勞破損，45°（max）值應小于許用值45°（max）=0.304max 45°（max）=0.304max=0.304×967.8MP=294.2MP=630MP由此可見，切應力小于許用切應力，故能滿足生產要求。輥身內部平面內的切應力的存在，也造

26、成軋輥剝落的原因，沿軸是反復交變存在的。由圖可見，zy在z=0.5b， y=0.85b處（c點）達到最大值。一般稱zy（max）為最大反復切應力。zy（max）=0.256max = 307.6MPa由于最大反復切應力小于45°（max）,故當45°（max）滿足要求時，zy（max）也滿足要求。（2）對于精軋機： ， r1 = 0.4m ，r2 =0.75m查（軋鋼機械（修訂版）北京科技大學，鄒家祥主編P96）得其對應的許用接觸應力分別為：支撐輥表面硬度HS=4550,需用應力=2100MP,=630MP。可見正應力均小于許用正應力，故能滿足生產要求。此應力雖很大，但對軋

27、輥不致產生很大的危險。因為在接觸區，材料的變形處于向壓縮狀態，能承受較高的應力。在輥間接觸區中，除了須校核最大正應力max外，對于軋輥體內的最大切應力也應進行校核。圖3-13表示了輥內切應力分布的狀況。主切應力在接觸點處其值為零，從0點到A點逐步增大，A點距接觸表面深度Z=0.78b，該點45°（max）=0.304max 。 (2-11)由此可見，切應力小于許用切應力，故能滿足生產要求。輥身內部平面內的切應力的存在，也造成軋輥剝落的原因，沿軸是反復交變存在的。由圖2-3可見，zy在z=0.5b，y=0.85b處（c點）達到最大值。一般稱zy（max）為最大反復切應力。zy（max）

28、= 0.256max=330.20MPa (2-12)由于最大反復切應力小于45°（max），故當45°（max）滿足要求時，zy（max）也滿足要求。2.2電機的校核靜負荷圖為了校核和選擇主電動機，除知其負荷之外，尚須知軋機負荷隨時間變化的關系圖，力矩隨時間變化的關系圖稱為靜負荷圖。繪制靜負荷圖之前，首先要決定出軋件在整個軋制過程中在主電機軸上的靜負荷值，其次決定這個道次的純軋和間歇時間。如上所述，靜力矩按下式計算：Mj = Mp/i + Mk (2-13)將前面的數據代入上式得表（2-2）道次R1R2R3R4R5R6MP(MNm)2.882.572.963.281.97

29、1.47i4.24.24.24.24.24.2Mm(MNm)0.190.230.270.300.190.16Mk(Nm)0.130.130.130.130.130.13Mj(MNm)1.000.971.101.210.750.64靜負荷圖的靜力矩可以用上式加以確定。每一道次的軋制時間可由下式確定：表 (2-3)道次R1R2R3R4R5R6T(s)6.796.7913.513.534.834.8間隙時間按間隙動作所需時間確定或按現場數據選用，本設計選取tn=6s。已知上述各值后，根據軋制圖表繪制出一個軋制周期內的各個電簡圖。主電動機的功率計算當主電機的傳動負荷圖確定后，就可以對電機機的功率進行計

30、算。這相工作包括兩部分。一是由負荷圖計算出等效力距不能超過電動機的額定力矩；二是負荷圖中的最大力矩不能超過電動機的允許過載負荷和持續時間。等效力距計算及電動機的校核軋機工作時電動機的負荷是間斷式的不均勻負荷，而電動機的額定力矩是指電動機在此負荷下長期工作，其溫升在允許的范圍內的力矩。為此必須計算出負荷圖中的等效力距，其值按下式計算： (2-14)式中Mjum 等效力距；軋制時間內各段純軋時間的總和；軋制周期內各段間隙時間的總和(S) MN 各段軋制時間所對應的力矩MN， 各段間隙時間對應的空轉力矩將前面的數據代入上式計算得：表 (2-4)道次R1R2R3R4R5R6Mn (MNm)1.000.971.101.210.750.64Mn (MNm)0.130.130.130.130.130.13tn(S)6.796.7913.513.534.834.8tn(S)666666110.1836MH0.56校核電動機溫升條件為：MjumMH 我們已知各道次的MH為：表 (2-5)道次R1R2R3R4R5R6MH(MNm)3.53.53.53.53.53.5可見各道次均能滿足要求。校核電動機的過載條件為：MMAXKG×MH式中MH電動機的額定力矩；KG電動機的允許過載系數，直流電動機KG=202.5；交流電動機KG=2.53.0