1現代機械裝備設計（上）王重陽2第四章

軋鋼機機架內容：機架類型及結構、機架主要參數、機架強度計算、閉式機架變形計算、機架材料與許用應力掌握：機架特點、主要參數機架強度計算、閉式機架變形計算學時：13第一節

機架類型及主要結構參數

軋機機架是軋機工作機座中尺寸和重量最大部件，其重量占整個工作機座的45~50%。軋件作用于軋輥的全部軋制力和水平方向張力、慣性沖擊及軋輥平衡裝置中平衡力等最終都為機架所承受。機架受力后所產生的變形直接影響軋件尺寸精度，因此機架必須具有足夠的強度和剛度，另外結構便于拆卸和換輥。正確計算和設計機架是十分必要的，安全系數n=10~15，機架是機座中最重要部件。4一、機架類型

根據軋鋼機形式和工作要求分為：閉式機架、開式機架、焊接機架、組合機架

機架形式a.閉式機架b.開式機架c.焊接機架d.組合機架51、閉式機架：具有很高強度和剛度主要用于軋制力較大的初軋機、板坯軋機和板帶軋機；對于某些小型型鋼和線材軋機，為獲得較好軋件質量，也采用閉式機架；另外多輥軋機、鋼管軋機、矯直機等均采用閉式機架。換輥，沿軋輥軸線方向從機架中抽出或者裝入，需要用專用換輥設備進行換輥。下面看實體結構：6操作側機架7傳動側機架8機架裝配9機架輥系裝配102、開式機架：有機架立柱和上蓋兩部分組成。主要在橫列式型鋼軋機或者線材軋機上，軋輥從機架上方吊出或者裝入。見書圖5-2

幾種常見開式機架結構（鄒家祥）11螺栓連接結構簡單、但螺栓較長，變形較大，機架剛度低，換輥拆卸

費時立銷連接換輥比螺栓較方便，

其他特點一樣12

套環連接換輥較方便，剛

度有所改善

圓銷連接結構簡單，圓銷在沖擊力作用下容易變形，拆

卸困難，剛度較大13斜楔連接與上述各開式機架相比具有以下優點：

上蓋彈跳小，由于連接件少，變形小

連接件結構簡單，連接堅固

機架立柱橫向變形小

換輥方便

具有較高剛度故稱之為半閉式機架綜上所述：開式機架剛度低，影響機架剛度和換輥速度的主要是上蓋的連接方式3、機架的結構雖然機架的形式很多，但它們具有很多共同特點，一般機架設計時要考慮以下問題：

機架上方中部鏜有裝壓下螺母的孔，間隙配合

機架立柱中心線與軋輥軸承座中心線重合，對于經常壓下情況，立柱內側裝有滑板

立柱外側裝有軸向固定裝置

對現代化軋機，為換輥方便，彎輥缸放在機架上，在機架內側增加附加支座

14增加凸臺焊接或者螺栓

固定15二、機架主要結構參數機架主要結構參數：窗口寬度B、高度H、立柱斷面尺寸機架結構161、機架窗口寬度B：根據軸承座尺寸確定a

對于二輥軋機閉式機架：B稍大于軋輥最大直徑，便于換輥開式機架：取決于軸承座的寬度，從上方吊走軋輥b

對于四輥軋機：閉式機架B傳動側=（1.15~1.3）D2（支撐輥直徑）B操作側=B傳動側+(5~10)

便于換輥或者B=BZ+2S式中BZ——支撐輥軸承座寬度S——窗口滑板厚度，一般S=20~40172、窗口高度H

窗口高度取決于軋輥最大開口度、壓下螺絲最小伸出端長度、軋輥數目、輥身直徑、軸承座徑向尺寸以及換輥要求等。

H=H1+H2+H3+S1+S2式中H1——兩個（或者四個）軋輥接觸時上下軸承座之間

最大距離

H2——安全臼（或者球面墊）或測壓元件的高度

H3——下軸承座墊板厚度

S1——軋機換輥時最大開口度

S2——機架窗口高度余量，一般S2=150~250對于四輥軋機：

H=（2.6~3.5）(D1+D2)其中D1、D2分別為工作輥、支撐輥直徑18軋機類型

開坯機其他軋機四輥軋機

備注按支撐輥輥頸計算

軋輥材料

鑄鐵

普碳鋼

鉻鋼合金鋼軋輥比值F/d^2

0.6~0.8

0.7~0.9

0.8~1.0

1.2~1.6

1.0~1.23、機架立柱斷面尺寸：立柱應具有足夠強度和剛度

根據強度條件確定機架立柱斷面尺寸。

由于作用在輥頸與立柱中的力相同，而輥頸強度近似與其直徑平方成正比，故機架立柱斷面積與輥頸直徑平方有關。

設計時，可根據F/d^2的經驗數據確定機架立柱斷面積，再進行強度效驗，見表4-1。

機架立柱斷面積與d^2關系19

機架立柱斷面尺寸對機架剛度影響很大。板帶軋機為提高軋件軋制精度，有逐漸增大立柱斷面的趨勢。

四輥厚板軋機立柱斷面尺寸增至9000~10000cm^2，剛度700~800t/mm；

四輥熱軋帶鋼軋機立柱斷面尺寸增至7000~08000cm^2，剛度625t/mm；

四輥冷軋帶鋼軋機立柱斷面尺寸增至6000~7000cm^2，剛度600t/mm；立柱斷面形狀有以下幾種形式：正方形長方形工字形I最大安裝

滑板方便T形軋制中

心線20三、機架結構特點1、閉式機架

1700熱軋帶鋼連軋機精軋機座的機架

1.軌座6、8鍵

2、12.機架

3、10、13螺栓

4支承輥換輥小車7滑板

9箱型橫梁

11支承輥軸向壓板

14測壓儀5橫梁

15下橫梁21圖4-3所示a.由兩片機架2、12組成b機架上方通過橫梁9用12個M64螺栓10連接，并用鍵8定位c.機架下部則通過兩個橫梁15用16個M64螺栓13連接d.橫梁5是支撐輥小車4的軌道底座，用16個M56螺栓與機架下部連接，并用鍵6定位e.橫梁5中裝有4個液壓缸，升降成套軋輥組件，小車4與機架下橫梁間裝有測壓儀14f.換輥側，立柱上裝有支撐輥固定壓板11g.整個機架用8個M150螺栓固定在軌座1上，兩個軌座1用8個M130地腳螺栓固定在地基上此軋機正常軋制力25MN，考慮軋制不銹鋼或者發生卡鋼事故等，每片機架按照承受20MN載荷設計。22上述機架結構特點：

機架窗口高度H與寬度B的比值達3.75，比一般軋機大

機架立柱斷面采用近似方形，為節省金屬，立柱寬度900，

厚度720，斷面積6440cm^2

立柱內表面裝有45＃滑板，防止磨損

換輥側，機架窗口比傳動側大20

機架采用ZG35，焊接性能好，每片機架重130t，機架高

9250，總寬度3510

機架窗口底部圓角半徑R，如圖4-3所示半徑R=150半徑R=200雙半徑R1=150

R2=100

壓下螺母鏜孔圓角R

現代化軋機，機架窗口內側有附加凸臺，安裝上支撐輥、

工作輥液壓缸

23第一種方案第二種方案第三種方案24

650大型型鋼二輥軋機工作機座1斜楔

2定位銷

3雙頭螺栓和撐管

4鑄造橫梁

5起吊用中心銷6側支撐面7凸出部分8耐磨滑板2、開式機架

目前應用較多的是斜楔連接，圖4-425結構特點：

由兩個U型架3、12和一個上蓋組成，用1：50斜楔4連接

上蓋1與U型架立柱用銷軸2軸向定位

上蓋與U型架都裝有安裝壓下、壓上裝置的齒輪殼體

由于中輥軸承座采用H形瓦架，上蓋下部開有燕尾槽，便于安裝H形瓦架

U形架立柱上裝有支撐中輥軸承座的凸臺

與下輥軸承座接觸機架側裝有滑板7

機架采用ZG35

U形架下部通過中間梁10用螺栓連接，U形架上部通過橫梁6和拉緊螺栓5連接

整個機架用8個M72螺栓固定在地腳板上26650型鋼機架1機架上蓋

2定位銷軸

3U形架

4

斜楔

5拉緊螺絲

6鑄造橫梁

7凸臺

8上鞍形墊板

9下鞍形墊板

10中間梁

11銷子

12牌坊273、軌座結構機架安裝在軌座上，軌座固定在地基上。

軌座要保證機座安裝尺寸精度，并承受機座重量和傾翻力矩，軌座安裝必須準確，并且具有足夠的強度和剛度。

大型軋機，一般軌座采用與機架相同材料

小型軋機，則往往采用鑄鐵介紹常用幾種軌座形式：28

單軌座具有矩形支撐面軌座

兩個軌座鑄造在一起型鋼軋機軌座

用斜楔連接軌座軌座形狀與其機架地腳連接形式1機架地腳2銷釘3軌座4墊圈5、6上下斜楔29第二節

機架強度和變形計算主要介紹閉式機架和開式機架強度計算，介紹閉式機架的變形計算30軋鋼機機架強度和變形計算，一般采用如下步驟：P941、將機架結構圖簡化成為剛架，即以機架各斷面的中性軸連線組成框架，近似處理成直線或者規整的圓弧線段，并確定斷面位置2、確定靜不定階數，如閉式機架是三次靜不定，簡化模型降低階數，為一次靜不定3、確定外力大小及作用點4、根據變形諧調條件，用材料力學方法求解靜不定力哥力矩5、根據計算截面面積、慣性矩、中性軸線位置和承載情況，求出應力和變形31一、閉式機架確定計算

P94為便于計算，作如下簡化：

每片機架在上下橫梁中間斷面處，有垂直力R作用，且大小相等，方向相反，作用在同一條直線上；

機架沿窗口垂直中心線對稱，且不考慮上下橫梁慣性矩不同而引起的水平內力；

上下橫梁和立柱交界處（轉角處）是剛性的，即機架變形后，機架轉角仍保持不變

根據上述假設，機架外負荷、幾何尺寸與機架窗口垂直中心線對稱，將機架簡化為立柱、上下橫梁的中性軸組成的自由框架，即沿窗口垂直中心線剖開，作用有R/2和靜不定力矩M1：32機架計算簡圖及彎矩圖中性軸33求解靜不定力矩M1：

對于I-I斷面，轉角

等于0，按照卡氏定理，即由M1引起的轉角：式中x——I-I截面與計算截面間機架中性線長度

——機架計算截面上的彎矩

——慣性矩由圖可知：式中y——垂直力相對于計算截面的力臂①②③34將②③代入①式得到：所以：35a.對于簡單矩形斷面：可將其簡化為矩形框架根據以上公式計算M1：式中l1、l2——機架橫梁、立柱中性線長度

I1——上橫梁慣性矩

I2——立柱慣性矩

I3——下橫梁慣性矩積分后得到：

3637假設上下橫梁慣性矩相同，即I1=I3立柱上彎矩M2：由此可見：減少立柱慣性矩I2和增大橫梁慣性矩I1，可以部分減少立柱彎矩M238b.對于復雜斷面：將機架分成若干段，進行求和用圖解法求力矩M139c.求機架應力橫梁：內側壓應力：

外側拉應力：立柱：

內側拉應力：

外側應力：式中——機架橫梁內外側斷面系數——機架立柱內外側斷面系數F2——立柱斷面積40d.機架立柱斷面積選擇

根據力矩分配條件，找到立柱斷面積選取原則，常見立柱斷面積形狀：矩形、長方形、工字型、T形

設計機架，根據軋機類型、受力特點及制造條件等確定斷面積形狀。斷面形狀與力矩關系41

對于寬度較大二輥軋機，即l2/l1=1，特別是水平力較大軋機，由于M2較大，要求I2大，選擇慣性矩較大工字鋼

對于窄而高閉式軋機，即l2/l1=2，水平力不大，M2較小，要求I1大，可選擇慣性矩較小的近似正方形斷面，一般實際選擇矩形斷面二.閉式機架變形計算

機架彈性變形是由橫梁的彎曲變形和立柱拉伸變形組成，影響軋件斷面尺寸精度。

由于橫梁的斷面尺寸較其長度是很大的，應考慮橫梁在橫向切力作用下變形。機架的彈性變形：

由拉力引起立柱拉伸變形

由切力引起橫梁彎曲變形由彎矩引起橫梁彎曲變形

42增加43a.首先計算：由卡氏定理可知，兩個橫梁的彎曲變形

橫梁受力圖44因為：

所以：

積分后得到：式中E——機架彈性模量

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