1、6 轧制力与轧制力矩计算6.1 轧制力计算6.1.1 计算公式1. S.Ekelund 公式是用于热轧时计算平均单位压力的半经验公式，其公式为（1） ；（1）)(1km（式中：m表示外摩擦时对 P 影响的系数， ；hHRf2.6.当 t800,Mn%1.0%时， K=10（14-0.01t） （1.4+C+Mn+0.3Cr ）Mpa式中 t轧制温度，C、Mn 为以%表示的碳、锰的含量； 平均变形系数， ； 粘性系数， Mpa.shHRv2 )01.4(.CtF摩擦系数， ，对钢辊 a=1，对铸铁辊 a=0.8；)05.1(taf 决定于轧制速度的系数，根据表 6.1 经验选取。C表 6.1 与
2、速度的关系C轧制速度（m/s） 6 610 1015 1520系数 C1 0.8 0.65 0.602. 各道轧制力计算公式为phRbBpFPhH26.1.2 轧制力计算结果表 6.2 粗轧轧制力计算结果道次 1 2 3 4 5T（） 1148.68 1142.76 1133.93 1117.15 1099.45H（mm） 200 160 112 67 43h(mm) 160 112 67 43 30h(mm) 40 48 45 24 13Ri(mm) 600 600 600 600 600f 0.476 0.479 0.483 0.491 0.500m 0.194 0.266 0.408 0
3、.596 0.755K(Mpa) 64.3 65.9 68.1 72.4 76.9C1 1 1 1 1 0.251 0.257 0.266 0.283 0.301v(mm/s) 3770 3770 3770 3770 37705.408 7.841 11.536 13.709 15.204(Mpa)P78.5 85.9 100.2 121.8 143.0(mm)HB1624 1621 1635.4 1623.9 1631.1(mm)hb1621 1635.4 1623.9 1631.1 1615P(KN) 19720 23743 26834 23778 20501表 6.3 精轧轧制力计算结果
4、道次 1 2 3 4 5 6 7T() 1043.65 1022.38 996.34 967.35 928.58 901.31 880H(mm) 30.00 18 11.7 8.19 6.14 4.6 3.91h(mm) 18 11.7 8.19 6.14 4.6 3.91 3.5h(mm) 12 6.30 3.51 2.05 1.54 0.69 0.41Ri(mm) 400 400 400 350 350 350 350f 0.528 0.539 0.552 0.566 0.586 0.599 0.61m 0.920 1.203 1.452 1.522 1.854 1.654 1.511K(
5、Mpa) 91.23 96.67 103.34 110.76 120.68 127.66C1 1 0.8 0.8 0.65 0.6 0.6 0.356 0.378 0.323 0.346 0.306 0.299 0.312v(mm/s) 3310 5080 7260 9690 12930 15220 1700023.89 42.93 68.38 103.50 159.72 158.82 157.04(Mpa)P191.47 248.63 307.47 369.69 484.06 464.92 457.37(mm)2hHbB1606.16 1606.16 1606.16 1606.16 1606
6、.16 1606.16 1606.16P(KN) 21307 20047 18505 15905 18050 11604 88006.2 轧制力矩的计算6.2.1 轧制力矩计算公式传动两个轧辊所需的轧制力矩为（2） ；（2）PxlMz式中：P轧制力；x力臂系数；l咬入区的长度。上式中的力臂系数 x 根据大量实验数据统计，其范围为热轧板带时 x=0.420.50.。一般的，轧制力臂系数随着轧制厚度的减小而减小。6.2.2 轧制力矩计算结果1. 粗轧轧制力矩计算表 6.4 粗轧轧制力矩计算结果道次 1 2 3 4 5Ri(mm)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.60.040197200.530
7、55.010.60.048237430.493948.730.60.045268340.484232.910.60.024237780.472682.160.60.013205010.461665.752.精轧轧制力矩计算表 6.5 精轧轧制力矩计算结果道次 1 2 3 4 5 6 7Ri(m)h(m)P(KN)xM(KN.m)0.40.012213070.451328.570.40.0063200470.445895.650.40.00351193190.44610.180.350.00205168770.435370.650.350.00154208540.43360.390.350.00
8、069137030.425153.280.350.00041103780.4288.557 力能参数校核7.1 轧制力能参数表 7.1 轧辊的物理性质轧辊名称 材质 许用应力 泊松比 弹性模量（Gpa ）工作辊 F1F3 实心锻钢 =120MPa 0.3 E=206=60MPa工作辊 F4F7 高镍铬 = 120MPa 0.3 E=206 =60MPa支持辊 F1F7 高速钢 =120MPa 0.3 E=206 =60MPaR1 工作辊 合金锻钢 =120MPa 0.3 E=206 =60MPaR1 支持辊 合金锻钢 =120MPa 0.3 E=206 =60MPa7.2 咬入角校核在设计轧制
9、板带钢时，必须保证其能稳定咬入。其咬入角主要取决于轧机的形式、轧制速度、轧辊材质、表面状态、钢板的温度、钢种的特性及轧制润滑等因素的影响。热轧带钢的最大咬入角一般为 1520 ，低速轧制时为 15.轧件能被咬入的条件为摩擦角大于咬入角，即 tantan,并且一般的，轧制速度高时，咬入能力低。根据压下量与咬入角的关系：， tan=f)cos1(Dh由此公式， 计算结果见下表 7.2。表 7.2 咬入角计算结果项目 R 第二道1 F F 第一道13F F 第四道47Tantan0.3880.4790.19880.5280.0810.566考虑到速度因素，以上计算符合要求，咬入能力满足条件。7.3
10、轧辊强度校核在本设计中，由于粗轧五道采用同一台轧机，精轧 13 机架辊径相同，47 机架辊径相同，所以对于同一辊径的情况下，只需要校核轧制力最大的一道。对于 校核1R第三道， 校核第一道， 校核第五道。由于各机架均为四辊轧机，所以本31F74F设计以粗轧轧机为例进行校核。校核时，需要校核轧制力较大，轧辊尺寸较小的道次。对于四辊轧机，当采用工作辊驱动是，由于工作辊受弯矩小，主要由支撑辊承担，两辊之间压靠会产生接触应力，因此在设计校核中，支承辊校核辊身与辊径的弯曲应力，工作辊校核辊身弯曲应力、辊头的弯扭组合应力，以及两辊间的接触应力大小。7.3.1 参数计算由于校核时应考虑危险情况，故有关尺寸应按
11、最危险情况取值，现将有关的轧辊参数列出如下：1. 工作辊：图 7.1 轧辊各部分参数图粗轧机主要尺寸为：辊径 D辊身长 L：1200mm1780mm，辊径采用滚动轴承，1R根据经验公式，其尺寸如下：d(0.50.55)D=600660，取 650mm；l=(0.831.0)d=518.8687.5，取为 600mm；图 7.2 万向接轴示意图辊头采用滑块式万向接轴，其主要尺寸如下：辊头的直径 取 1190mm。,1958)5(120)5(1 mD厚度 取 320mm，,2.3.978.2.0s取 200mm。(1b）b/s=0.625，根据下表选择抗扭断面系数 =0.208压下螺丝中心距 ml
12、La23806780表 7.3 抗扭断面系数b/s 1 1.5 2 3 4 5 0.208 0.346 0.493 0.801 1.15 1.789其他参数选择方法相同，结果列表如下表 7.4。表 7.4 工作辊参数选择结果项目辊径 D辊身长L（ mm）辊颈d（mm）辊颈l（ mm）辊头D1（ mm）辊头b（mm）辊头s（mm ）R1 轧机 12001780 650 600 1190 200 32031F7101780 390 350 700 130 180746251780 340 300 620 120 1702. 支承辊R1 粗轧机主要尺寸为：辊径 D辊身长 L：1550mm1780mm
13、辊颈：d=800mm,l=720mm压下螺丝中心距 a=1780+720=2500mm表 7.5 支承辊参数选择结果项目 辊径 D辊身长 L（mm） 辊颈 d（mm） 辊颈 l（ mm）R1 轧机 15501780 800 72071F14001760 750 7007.3.2 轧辊强度校核由于 , 轧机均为四辊轧机，校核方法相同。比较轧制力的大小，校核道次1R7分别选用 ,第三道次，精轧机组 F F 第一道次， F F 第五道次。1347工作辊与支承辊辊身中央处的弯矩可按下列公式计算：),4(21bLPMD )2(2LaPMD式中： 工作辊辊身央处的弯矩；支承辊辊身央处的弯矩；D2P轧制力；
14、L辊身长度；a压下螺丝中心距；b所轧板带钢宽度。1. R1 粗轧机强度校选轧制力较大的第三道次进行校核，已知数据 P=26834KN，辊头宽度 mSDb 1460592)(2210 1) 工作辊辊身的弯曲应力Mpa03.2.10)46978(6834.21.0)4( 331 DbLPWMD=120Mpa2) 工作辊辊头的扭转应力图 7.3 工作辊辊头受力示意图根据上图的辊头结构图，其合力作用在扁头一个支叉的外侧的 b/3 处扭转力矩63260bMbPn式中： M接轴所传递的力矩;N.m扁头的总宽度与扁头的一个支叉宽度；b与0；nP95P电机功率， KW，P=7000KW；n转速，r/min ；
15、v速度，m/s ; ;60v1nD辊头直径，m 。1D所以扭转力矩等于NbnPbMbPn 258796.032146.85793295063260 扭转应力 MPa=60Mpa80.32.08.5793SMn3) 两辊的接触应力接触应力按赫兹公式计算 2112max)(rKq式中 q加在接触便面单位长度上的负荷， ；接 触LPq相互接触的工作辊与支撑辊的半径；21r与轧辊材质有关的系数， 、 ,21K、 12EK22E其中 、 、 、 两轧辊材料的泊松比和弹性模量121E2和粗轧第三道次的板宽相等即：接 触L=1635.4mm接 触由于工作辊与支承辊的材质相同，并且泊松比 =0.3，所以上式可
16、写为：21max)(48.0rqEMpa1.30275.06)75.6(1354.648.097max 4) 支承辊的辊身弯曲应力=120MpaMPaDLp 0.295.1048.234.21.0)( 373 ）（5） 支承辊辊颈处的弯曲应力=120MpaPadlPMd 34.98.01476.21.0. 333max 符合强度要求。同理，通过以上公式计算精轧机组第一架轧机和第五架轧机符合要求，因此，可知其他四辊轧机符合要求。i6） R1 粗轧机弯矩图图 7.4 R1 粗轧机弯矩扭矩图7.4 电机功率校核以粗轧机 R1 的第三道次进行校核1. 轧机功率是轧机电气设备选择的重要参数依据，电机传动
17、轧辊所需的力矩为：由公式 dofzhMiMmax式中： 轧制力矩，N.m，已求得；zh附加摩擦力矩，N.m；f空转力矩，N.mo动力矩，N.m，匀速转动动力矩；dMi主电机的减速比，取 2.工 作 辊 辊 头 扭 矩 2. 附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由两部分组成：轧辊轴承中的摩擦力矩 与传动机构中的摩擦力1fM矩 .2fM21fffiMpdf1)(12fzhf 其中： 附加摩擦力矩， N.mfM有轧辊轴承引起的摩擦力矩，N.m1f由传动机构引起的摩擦力矩，N.m2f传动效率，取 0.95；f轧辊轴承中的摩擦系数，为滚动轴承，取 0.003.d轧辊辊径直径。P轧制力。则： mKNpfMf .34
18、80.1604.268331 fzhf .25).9.2)(5.()(12 ifff .673/348/213. 空转力矩空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩，通常由各转动零件自重产生的摩擦力计算值。按经验方法，空转力矩通常约为主电机额定力矩的 3%6%，取 5%。;.57860950mKNnpMe 39.ek式中： 电机的额定功率，KN.m；空转力矩，KN.m；kMP电机功率， kw;n电机转速,rpm。4. 电机能力校核作用在主电机轴上的力矩为： mKNMiMkfzh .23.467.39.27.4361/max 24000KN.m因此电机满足要求。同理，对 F1、 F4、F6 轧机进
19、行校核，满足要求，可以使用。7.5 年产量计算常用的轧机产量有轧机小时产量和轧钢年产量两种。他们是轧钢车间设计中极重要的工艺参数，是衡量轧机技术经济效果的主要指标。7.5.1 工作制度与工作时间 本设计热轧生产线实行三班连续工作制，节假日不休息，年工作时间见下表 7.6。表 7.6 热轧生产线工作时间表日历天数 检修天数 额定工作时间换辊时间（h）事故时间(h)年工作时间(h)大中修 小修 小计 天数 小时数36512 23 35 330 7920700 420 6800其中：1) 大修每四年一次，中修每年一次，有大修年份无中修；2) 计划小修每 710 天一次，每次 816 小时；3) 每天
20、换工作辊 8 次，每次 15 分钟；4) 计划小修时间换支持辊；5) 年工作时间包括各工序间干扰时间；7.5.2 加热炉能力校核加热炉小时产量计算：由公式： )/(tbGnLQ式中： Q加热炉小时产量，t/h；L加热炉内有效长度，40.02m；n加热炉内装排数，取 1；G每个钢坯重量，30t；t加热时间，h；t=2.44h；b加热钢料断面宽度，为 1.6m。则： htttnLQ /350/.7)4.261/(302.4)/( 所以加热炉的年加热量为：万吨367 万吨。.883603A7.5.3 轧机生产能力校核1. 轧机小时产量实际生产中，由于种种原因轧机小时产量为； QKbTA360LBH式
21、中： A轧机小时产量；Q原料重量（t） ；T 轧机节奏时间（s） ；b成材率；K轧机利用系数;L坯料长度；B坯料宽度;钢的密度，7.8 3/cmgH坯料厚度。以精轧机第七架进行计算，,K=0.8,b=0.985，T=65.45stQ25106.8.73tA108495.80245.632. 轧钢机平均小时产量当一个车间生产若干个品种时，每个品种或出于选用坯料断面尺寸不同，或由于轧制道次不同，其产量也就不同。为考核一个车间的生产水平和计算年产量，就需要计算各种品种所占不同比例的小时产量，称为平均小时产量。本设计按劳动量换算系数计算。劳动换算系数 X 为： Ab式中： 标准产品的小时产量（t/b）
22、;bA某种产品的小时产量（t/b） 。取 3.5mm 的带钢为标准产品，按厚度进行换算后，各规格小时产量列表 7.7。表 7.7 各种厚度规格的小时产量厚度 2.03.0 3.14.0 4.15.0 5.18.0 8.111.5 11.517.0 17.120.0Xi 2.48 1.82 1.55 0.97 1.52 1.85 2.49Ai(t/h) 437 596 699 1118 713 586 435比例（%）7.6 34.28 23.85 15.81 11.09 4.37 3.0本设计平均小时产量 用下式计算：pAnpaaA21吨/小时2.65310/)43.5867.109.8.56
23、9.358.4376.( 其中： 不同轧制品种在总产量中的百分数比值，%；ia各种品种的轧机小时产量，吨/ 小时。iA3. 车间年产量计算车间年产量是指在一年内轧钢车间各种产品的综合产量，以综合小时产量为基础进行计算。计算公式如下：2KTAfwp其中： A年产量，吨/年；轧机的平均小时产量，吨、小时；p轧机一年内最大可能工作时间，小时；fwT时间利用系数，取 0.86.2K由上面可知， ， ，则年产量为：htAp/.653hTjw680360wt。wtj 382.2.532所以年产量能够满足生产需要。ii7 刘鸿文主编，材料力学高等教育出版社，20048 刘宝珩，轧钢机械设备冶金工业出版社，2007
