1、 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页800 大型轧机设计全套完整版 CAD 图纸，联系 1538937061 绪论1.1 选题的背景和目的鞍钢大型轧钢厂是我国较大的大型型材厂，生产全国 60%以上的铁路用轨。我国自行设计建造的南京长江大桥全部用的型材都是由大型厂提供的。鞍钢大型厂 1953 年正式投产，为 50 年代鞍钢三大工程之一，主要采用原苏联的 800 毫米大型轧机，原设计能力为年产 300KN，由于进行设备改造年产达到 90 万吨，可以生产 60kg/m 重轨和各种不同形状的大型型材。为提高产品质量，该厂引进了四辊万能大型轧机，采用第一炼钢厂的连铸坯为坯料。 随着国民经济的
2、发展，需要更多数量、更多品种、更高质量的型钢，特别是大型型材。为满足这一需要，型钢轧机的发展不外于两个，一是改造旧轧机；二是更新设备，采用新技术和新工艺在旧型钢轧机上逐渐完善及工艺改进，这是我国改造挖潜以少花钱多办事见效快的新方针，是节约经济的客观需要。按着上述精神本设计对 800 大型轧机进行调研，了解生产中存在的问题，为此在这次设计中进行改进，使旧设备更加完善。1.2 型钢轧机国内外发展状况型钢品种繁多，并且同一断面的型钢又有很多不同规格和型号，广泛用于国防、机械改造、修建铁路、桥梁、矿山、工厂及船舶制造建筑、农业及民用等各个部门。世界各国型材占钢材比重各自不同，工业发达国家的型钢生产总趋
3、势是占钢材的比重鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页越来越小，但其产量和品种不断更新，新的型钢品种不断增加。以前很多必须用锻压、冲压和机械加工方法的产品，改为能以轧制方法取而代之。因此，轧制产品的种类和生产技术,也同样在一定程度上反映了一个国家冶金工业的发展水平。1.2.1 型钢的生产方式热轧型钢有生产规模大、效率高、能耗少、成本低等特点，热轧型钢生产主要方法有:(1)普通轧法：既是在一般二辊或三辊轧机上进行轧制。孔型有两个轧辊的孔槽组成，可生产一般简单异型和纵轧周期断面型钢。(2)多辊轧法：孔型由三个以上的轧辊槽组成，从而减少了闭口槽的不利影响，轧槽残余应力小，其中 H 型钢属于这
4、一类。(3)热弯轧法：它的前半部是将坯料压成扁带或接近成品断面形状，然后在后面孔型中趁热弯曲成型。(4)热轧纵剖轧法：将较难轧的非对称断面的产品，先设计成对称断面或将小断面产品设计成并联形式的断面产品，然后在轧机上或冷却后用圆盘剪纵剖而得到两个不同尺寸的型材。(5)热轧冷技法：先热轧成型，并留有冷轧工余量，然后经酸洗、碱洗、水洗涂润滑剂后冷技成材。(6)热冷成型法：以热轧和冷轧板带钢为原料使其通过带有一定槽形而又回转的轧辊，使板带承受横向弯曲变形而获得所需断面形状的钢材。1.2.2 轧机的布置方式(1)横列式分为：一列式，二列式，三列式等。一列式大多数用一台交流电机同时传动数架水平辊轧机，设备
5、简单、造价低、建厂快、产品品种灵活。要减少首尾温度差可采用一、二列式。(2)顺列式轧机多为水平立式或多辊轧机，各架轧机顺序布置平行纵列中，轧机单独传动，每架只轧一道，但不形成连轧。(3)棋盘式它介于横列式和顺列式之间，前几架轧件较短采用顺列式，后几架精轧机布置成鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页横列式。(4)半连续式粗轧机为连续式，精轧为横列式，或者粗轧机为横列式，精轧为连续式。(5)连续式轧机纵向紧密排列为连轧机组，可采用单独传动或集体驱动，每架只轧一道，一根轧件可在数架轧机内同时轧制，各道间遵循秒流量相等的原则，轧制速度快，产量高。1.2.3 型钢生产的特点(1)产品断面比较复
6、杂。(2)产品品种多。(3)轧机类型多。1.2.4 大型轧机生产的发展趋势800 大型轧机属于轨梁式轧机，轧辊直径 750950 毫米，生产主要产品有重轨、大型工字钢、角钢、方钢、圆钢、管坯、钢桩以及其它异型钢材。(1)大型轧机布置形成的发展横列式轧机布置有一列式、二列式和三列式。发展趋势精轧和粗轧分开，提高产品的精度，防止轧制时相互影响。轧制方法，常规轧法和多辊轧法，发展趋势四辊万能式轧机。(2)现代化轧制车间该车间由开坯、第一组、第二组轧机和精轧机组成，机架采取顺列布置。用高压水除磷，热轧润滑油润滑轧槽，轧机采用直流电机，单独传动，实行自动控制，全部联接系统采用自动耦合方式，采用连续作业发
7、展。1.3 大型轧机的研究内容和方法1.3.1 车间平面布置及大型轧机的作用车间平面布置图，见图 1.1。大型轧机,将坯料轧成大型型材的主要设备,表示大型厂生产产量的主要设备。1.3.2 生产工艺流程产品的品种包括:(1)钢轨类：43kg/m，50kg/m，60kg/m(铁路用轨)Qu80，Qu100，Qu120 (吊车用轨)。鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页(2)型材类：工字钢 20，22，24，30，45。槽钢 18，20，24，30。角钢 16/16，16/10，12，5/20，20/20。(3)圆钢类：90160，管坯 90160。(4)异型钢：球扁钢，履带钢，钢板柱和方
8、钢。以重轨为例说明生产工艺流程：钢坯验收上垛火焰清理加热轧制锯切打印缓冷矫正加工（端部淬火，打孔）探访成品检查分类入库。1.3.3 研究的内容和方法(1)进行现场调研，收集 800 轧机有关资料，了解生产存在的主要问题，轧机的结鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页构特点，主要零件材料选择。(2)制定 800 轧机的设计方案，并进行方案评述。(3)进行主电机容量的选择，主要零件的强度计算。(4)绘出总图，部分部件图和零件图。(5)指出对控制系统的要求，润滑方法选择和润滑油的选用。(6)设备安装方法，维护检修规程。(7)对设备的设计进行经济分
9、析与评价。1.3.4 轧机生产中存在的问题为保护设备过载情况不被损坏，采用齿形联轴器，用 6 个安全销螺丝联接，见图1.2。当轧制过载时，安装安全销断开，使电机和设备停转起到安全作用。但是在使用中，安全销破坏部位达到过载不剪断，有时达不到过载也剪断，主要因为是 6 个安全销受力不均。剪断后更换不方便安全销螺丝局部变形不易取出，只好用电焊切断，修理一次需 3 个多小时，影响轧钢生产，之后改成 3 个安全螺丝，效果不佳，如果安全销直径大些，不起安全作用。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101左半联轴器 2安全销 3定位套 4安全销套 5左齿套6轴承 7齿形轴 8右齿套 9定位环 10右半联轴器
10、图 1.2 齿形联轴器示意图鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页2 方案的选择与评述2.1 选择与评述800 大型轧机采用横列式布置，三重式轧钢机采用集中驱动，为单向不可逆式传动，其主传动示意图见图 2.1 所示。采用直流低速可调电机，无减速器，通过齿轮座带动轧辊转动。选用低速电机，取消减速机是因为减速机造价高，又有功率消耗其费用比选择低速电机和高速电机的差价还高，所以选择低速电机，投资低，又不经常启、制动，提高传动效率。齿轮座采用人字齿轮，万向连接轴采用梅花接轴，因为调节范围小，梅花轴满足要求，而与齿轮轴端采用滑块式万向接轴，这样减少齿轮座与第一架轧机的距离。电机与齿轮座采用齿形联
11、轴器，并对安全销进行改进设计。轧辊选用滑动轴承，压下、压上选择电动压下、压上机构，改变原来轧机的手动传动方案。轧辊平衡选用弹簧平衡，因为调整范围小，弹簧平衡安全可靠，保证在正常平衡力之内，轴向调整采用斜楔，机架采用开式机架，U 形架和上横梁，用斜楔联接，比其它联接刚度好，拆卸方便，满足换辊要求。主电机 齿形联轴器 齿轮座 万向接轴 1 号机座 2 号机座 3 号机座图 2.1 800mm 大型轧钢机主机列鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页2.2 设计改进2.2.1 齿形联轴器的改进图 2.2 齿形联轴器改进部分结构示意图。从图中可见联轴器的形状和尺寸与原设计相同，只改变半联轴器和齿
12、套，使其均布三个安全环，在安全环处，半联轴器和齿套凸缘加工成二个半圆，安全环就在其上，更换时去掉压板装上新环。此结构主要优点是结构简单紧凑，安装更换方便，计算简易可靠，寿命长，灵敏性好。1 2 3 4 5 61半联轴器 2压板 3定位销 4凸缘 5安全环 6齿套图 2.2 齿形联轴器改进部分示意图鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 9 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由 60kg/m 重轨轧辊图和孔型图得轧辊主要尺寸，如表 3.1。表 3.1 计算数据根据表道次 R (mm) R (mm) Q (mm) Q (mm) b (mm) b (mm) t
13、(s) 1201011 419 419 52500 45390 250 260 3.22 385 419 45390 42070 260 280 3.53 365 473 42070 35970 180 220 4.14 347 495 35970 27000 220 260 5.05 368 481 27000 21320 260 280 5.96 485 541 21320 16410 142 152 6.57 475 525 16410 13000 152 159 8.18 475 521 13000 10900 159 164 9.59 467 514 10900 9445 164 1
14、69 1110 463 511 9445 8605 169 174 12.111 414 507 8605 7690 174 178.3 13.2注：R 、R 两轧辊的最大半径；Q 、Q 轧件轧制前后的断面积； b 、b 轧件轧制前后的宽度；1201 01t轧制时间。3.1.2 轧制规程轧制时间表，如附录表 B1。压下量统计表平均压下量(mm)为1,57 (3.1)10bQhm在型钢轧机上各道次压下量的分配，一般存在着两头小中间大的规律。因为在头几道中，轧件表面上氧化铁皮较多，降低了摩擦系数；中间道次处在高温塑性好的加工条件下，压下量高些，各道次压下量如表 3.2。鞍山科技大学本科生毕业设计（
15、论文） 第 10 页表 3.2 压下量统计表道 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11压下量 35.42 24.33 70.22 59.65 27.70 42.18 26.2 15.30 10.58 6.43 6.323.1.3 轧制力的计算一般常采用艾克隆德方法来计算型钢轧机的轧制力。轧制中厚板、板坯、方坯及异性断面轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象。当两个轧辊直径相同的情况下，接触弧长度的水平投影为l = (3.2)hR式中 R轧辊半径；h压下量。第一道轧制时l = = =121.82 (mm)hR42.3519当两个轧辊直径不相同的情况下，接触弧长度的水平投影为l =
16、(3.3)h21第二道轧制时l = = =98.809 (mm)hR21 4193853.轧制异型断面时，当量半径 R 为dR = (3.4)d1212)(mhR式中 h 轧制后轧件平均高度 h =Q /b 。1mm第二道轧制时R = = =325.99 (mm)d1212)(mhR25.1049385)87)(.(鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 11 页变形速度 u(1/s)为u (3.5)102hRv式中 轧制速度， =2.8mm/min；vv轧制前后轧件的高度。h10第一道轧制时u = =4.234 (1/s)102hRv21058.749.3轧件粘度系数 (kgs/mm )为2
17、 =0.01(14-0.01t)c (3.6)式中 c考虑轧制速度对 的影响系数，查文献1根据轧制速度可查系数 c 的值，c=1.0；t轧制温度， C。第一道轧制时 =0.01(14-0.01t)c=0.01 (14-0.01 1150) 1.0=0.025k 的计算公式k=(14-0.01t)1.4+( C)+(Mn)+0.3(Cr ) 9.8 (3.7)式中 (C)碳的质量分数，；(Mn)锰的质量分数，；(Cr)铬的质量分数，。轧制 60kg/m 重轨时，碳的质量分数为 0.7，锰的质量分数为 0.8，铬的质量分数为 0.25。第一道轧制时，k =(14-0.01t)1.4+(C)+(Mn
18、)+0.3(Cr ) 9.8鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 12 页=(14-0.01 1150) 1.4+0.7+0.8+0.3 0.25 9.8=72.8875系数 m 为m= (3.8)1010)(2.)(6.1hR式中 摩檫系数，对于钢轧辊 =1.05-0.0005t。第一道轧制时m= 1010)(2.)(6.1hR= 58.742)58.17420()(4975. =0.13平均单位压力 p 为mp =(1+m)(k+ u) (3.9)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。第一道轧制时p =(1+m)(k+ u)=(1+0.13) (7
19、2.8875+0.025 4.234)=83.535接触面积 F(mm )为2F= (3.10)lb210第一道轧制时F= = =31064.10lb2108.1605轧制力 P(KN)为P= p F (3.11)m第一道轧制时鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 13 页P = p F=83.535 31064.10=2594.94m由上述式子和表 3.1 中的已知数据计算出 11 道次各道次的轧制力，如表 3.3 所示。3.2 电机轴的力矩的计算3.2.1 轧制力矩的计算轧制力矩 M ( Nm)ZM =Pa (3.12)Z式中 P轧制力；a轧制力力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直
20、距离,a=l /2。第一道轧制时M = Pa=2594.94 121.82/2=158057.8Z3.2.2 轧辊轴承处摩擦力矩的计算轧辊轴承处摩擦力矩 M ( Nm)1fM =P (3.13)1f式中 轧辊轴承处摩擦圆半径, =d /2；1d 轧辊轴颈直径；轧辊轴承摩擦系数，胶木及塑料瓦 =0.02。第一道轧制时M =P = 2594.94 450/2 0.02=11677.231f3.2.3 主电机轴上的附加摩擦力矩的计算主电机轴上的附加摩擦力矩 M ( Nm)2fM = (3.14)2f iK1式中 主电机到轧辊之间的传动效率， =0.85；i电动机和轧辊之间的传动比， i=1。鞍山科技
21、大学本科生毕业设计（论文） 第 14 页第一道轧制时M = = =29958.232f iK1123.678.50)18.0(3.2.4 主电机轴上力矩的计算主电机轴上力矩 M ( Nm)DM =( M + M )/i+ M +M (3.15)Z1f2fkon式中 M 空转力矩。kon3.3 主电机容量的选择及校核 3.3.1 主电机容量的选择由轧制速度得轧制转速n = (3.16)HDv60式中 D轧辊直径。根据轧辊最大力矩M =9550 可得出maxKHnNkN= (3.17)kK950ax式中 k电动机过载系数，直流电动机 k=22.5，交流电动机 k=1.52；主电动机到轧辊之间的传动
22、效率， =0.85；N电动机功率，kw。由 60kg/m 重轨轧制规程时间表得，在同时轧制第 4、6、8 道次时轧制力矩最大M = M +M +MmaxK46K=720712+323891+232401+16290.1+40521.8+29930.7=1363746.6( NM)N= = =4492.34knHK950max85.0261374鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 15 页查文献10 ，选择 2-ZJD215/135-10 直流电动机，N =2 3000kw，n =90r/min，Merer=636666.67( Nm)，90/32950erernNM =（0.03-0.06
23、）M =0.05 636666.67=31833.33( Nm)。koer第一道轧制时M =( M + M )/i+ M +MDZ1f2fkon=(15805.78+11677.23)/1+29958.23+31833.33=224099表 3.3 各道次计算结果表道次 p (MPa) P(KN) M (Nm) M ( Nm) M ( Nm) M ( Nm) M ( mZ1f 2f konDNm)1 83.54 2594.94 158057.8 11677.23 29958.23 31833.33 2240992 86.038 2295.36 113401 10329.12 21838.37
24、31833.33 169974 3 86.42 2625.64 558390 12078 74128.6 31833.33 6663564 101.51 3541.33 720712 16290.1 95768.7 31833.33 8545315 116.0 3205.7 459379 14746.6 61609.5 31833.33 5574956 124.05 2112.5 323891 40521.8 9717.7 31833.33 4984967 131.4 2234.29 342556 10277.7 52722.3 31833.33 4273168 144.85 1970.64
25、232401 29930.7 9064.45 31833.33 3668129 159.27 1852.84 181239 23987.7 8523.09 31833.33 28855210 176.45 1648.03 125655 17850.8 7580.93 31833.33 2351231 190.62 1689.88 119065 17098.2 7773.43 31833.33 223833电动机静负荷图如附录图 B所示。3.3.2 主电机的校核(1)电动机发热校核由电动机静负荷图得各段时间内的主电动机力矩，如表 3.4 所示。等值力矩 ( Nm)junM鞍山科技大学本科生毕业设
26、计（论文） 第 16 页(3.18)ijuntM2由表 3.6 得 =619720.66junM合格max4.4.2 滑块式万向联接轴的验算滑块式万向接轴主要结构尺寸是叉头直径 D(mm)，为轧辊名义直径的8595。叉头直径为D=(0.85-0.95) D (4.21)1式中 D 轧辊名义直径，D =800mm。11D=(0.85-0.95) D =(0.85-0.95) 800=680-7601取 D=760mm。万向接轴的许用应力 为 = nb式中 材料的抗拉强度，MPa；bn安全系数，最小安全系数不应小于 5。选择材料为 ZG35CrMo， =686MPa。b = = =137.2nb5
27、68(1) 扁头强度计算P图 4.5 扁头受力简图鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 27 页扁头受力情况如图 4.5 所示。扁头厚度 S(mm)S=(0.25-0.28)D (4.22)S=(0.25-0.28)D=(0.25-0.28) 760=190-212.8取 S=210。查文献1倾斜角 = ，K=1.05 。201万向接轴力臂 (mm)为x(4.23)10sin)32(5.xbx式中 万向接轴铰链中心至断面-的距离， =130(mm)；1xb 扁头的总宽度，b =760(mm)；00b扁头一个分支的宽度，b=260(mm) 。=0.5(760- +130=136.8310sin
28、)32(5.xbx201sin)632应力 (MPa)按下式计算j= (4.24)j 2220 )6(9)3(. bxbSM式中 M万向接轴传递的扭转力矩，M=636666.67( Nm) ；计算矩形断面抗扭断面系数时的转化系数，它决定于矩形断面尺寸 b 与 S之比，可查文献1选取， =0.277。=j2220 )6(93)(1. bxbS= 222 )7.06(83.1983.106)2376(17=88.47 合格(2)叉头强度计算鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 28 页应力 (MPa)按下式计算j=75.6 (4.25)jKDM3=75.6 =75.6 =115.13 合格jKD
29、M3 05.176.4.4.3 梅花轴头的计算梅花轴头最大剪应力发生在梅花瓣的凹部，其值按下式计算(4.26)3107.dMK式中 作用在轧辊上最大的传动力矩， =681873.3( Nm)；KM梅花轴头直径， =450(mm)；1d1d许用剪切应力，合金结构钢 =151.2(MPa)。= =106.9 合格3107.dK3450684.5 齿轮的强度计算800 大型轧机原来用于 50kg/m 重轨轧制，现改为轧制 60kg/m 重轨，设计是仍采用原来的齿轮轴，对其进行齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算。齿轮已知数据： 齿轮材料 35CrMoV，齿轮精度 8 级，模数 Mn=33mm，
30、齿数Z=21，变位系数 x=0，中心距 d=800mm，齿宽 B=1600mm，传动比 =1，圆周力uFt=1559.83KN，法向压力角 ，螺旋角 30，当量齿数 。20n5293VZ4.5.1 齿根弯曲疲劳强度计算齿轮弯曲疲劳强度公式为(4.27)FSaFtbMnYK式中 K载荷系数， 包括使用系数 K ，动载系数 ，齿间载荷分VA AV配系数 ，齿向载荷分布系数 ，查文献1 ， ， ， 5.115.V2.F， ；41.2F 9.41.25.1鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 29 页齿形系数，由当量齿数查文献 1， =2.478；FaY FaYS应力校正系数，由当量齿数查文献1，
31、S=1.64；螺旋角影响系数，数值查文献1， =0.75；齿轮端面重合度，查文献1， =1.62； 齿轮的许用应力， MPa。F1058F= =277.35 合格FSatbMnYK 62.34.17504.9.4 F4.5.2 齿面接触疲劳强度计算齿轮接触疲劳强度公式为(4.28)HEHtHZubdKF1式中 K载荷系数， 包括使用系数 K ，动载系数 ，齿间载荷分VA AV配系数 ，齿向载荷分布系数 ，查文献1 ， ， ， 5.115.V2.H，5.1H；105.32.K区域系数，查文献1得 =2.02；HZHZ弹性影响系数，查文献1得 =189.8MPa ；E E2/1螺旋角系数，查文献9
32、得 =0.72； 许用应力， =740.6MPa。HHHEHt ZubdKF1= 72.08192.18063.59.3=596.63 合格H鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 30 页5 润滑方法的选择润滑，就是在机械相对运动的接触面间加入润滑介质，使接触面间形成一层润滑膜，从而把两摩擦表面分隔开来，减小摩擦，减低磨损，延长机械设备的使用寿命。此外，润滑还能起到冲洗、冷却、阻尼振动、防锈、密封等作用。润滑材料一般有气体、液体、固体三种。通常采用液体润滑。在 800 大型轧钢机中，主电动机轴承座采用干油润滑，齿形联轴器采用干油润滑，轧辊轴承座采用干油润滑，机架窗口采用干油润滑，齿轮座采用稀油油池润滑，滑动轴承采用水润滑。
