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初轧机设计说明书 第４９页
初轧机设计说明书
1绪论
初轧机在轧钢生产中的作用是开坯，随着连铸技术的发展，初轧机的作用随之下降，但初轧机不能被淘汰，轧制某些特殊用途的钢材，由于连铸坯有缺陷，故必须采用模铸，初轧机开坯。
1.1轧辊调整装置的用途
轧辊调整装置是轧钢机中关键机构之一,其结构的好坏，直接关系着轧件的产量的高低与质量的好坏。轧机轧辊的调整一般均包括径向和轴向两个方向的调整,径向调整是轧钢机中必不可缺的调整。轧辊通过两个方向的调整后,可以保证轧辊间的相互位置的正确性,按规定完成道次的压下量,还能在一定程度上来补偿其轧辊辊身与轴径的允许磨损量,同时又能调整轧辊与辊道水平面的相互位置，而且在连轧机上，还能调整机座间轧辊的相互正确位置,从而保证轧制的直线性，使得轧制顺利进行。
1.2轧辊调整装置的类型
轧辊调整装置按用途大致分为径向与轴向两大类调整装置。其轴向调整装置仅用于型钢、线材轧机上,以微调的方法来保证两个轧辊间组成正确的孔型位置,以及补偿轧辊瓦缘的允许磨损量。而在各类型的板带轧机上只有轧辊的轴向固定装置。
径向调整按其轧辊移动方向大致分为压下(也包括压上)机构和侧压进机构。在常见的纵轧机座中均可看到压下机构,而侧压进机构仅用于斜轧机和立辊的调整机构中。
根据各类轧机的工艺要求，调整装置可分为：上辊调整装置、下辊调整装置、中辊调整装置、立辊调整装置和特殊轧机的调整装置。
上辊调整装置也称压下装置，它的用途最广。安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧机上。
压下机构按轧钢机的类型、轧件的轧制精度要求,以及生产率高低要求又可分为:手动、电动、电-液及全液压压下机构。手动压下机构一般多用于不经常进行调节的、轧制精度要求不太严格的,以及轧制精度要求不高的中、小型型钢、线材和小型热轧板带轧机上,通常这些轧机是在轧辊相互位置不变的情况下进行工作的。电动压下机构主要用于压下螺丝的移动速度超过1~0.2mm/s的初轧机、板带轧机及中厚板轧机上,以及移动速度小于1~0.2mm/s的薄板带轧机上。前者是出于生产率的要求,而后者是由于压下精度的要求。
1.3 轧机上压下装置的分类和特点
1.3.1电动压下装置
电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。按轧辊调整的距离、速度及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。
快速电动压下装置
一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上,如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机及万能轧机上。在这些类型的轧机上由于上辊的调整距离大、压下十分频繁,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率，所以采用快速电动压下装置是必要的。
常采用的快速电动压下装置有两种类型：
一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。两个压下螺丝是由两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。因此采用这种传动系统启动迅速、传动效率高、造价低,但存在着加大了机座的总高度,增加了厂房高度基本建设投资等缺点。另外为了实现压下螺丝的单独调整,中间介轮可以由液压缸控制,使其与压下螺丝啮合或脱离。其结构简图如图1—2所示。
1－制动器 2-立式电动机 3－减速机 4－压下螺母 5－压下螺丝 6－离合器
图1.1立式电机—圆柱齿轮传动的电动压下装置
另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机构来带动两个压下螺丝，通过离合可以实现压下螺丝的单独调整。轧辊开度指示器的传动系统中还装有差动机构,它可以由小电动机带动实现调整作业。这种快速电动压下装置的特点是：结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降,但传动效率低、造价高。因此多用在一些压下要求速度不高的初轧机上。
2 慢速电动压下装置
这种调整装置多用于上辊调节距离在100～200毫米以下，调节速度小于1～0.2mm/s，但调节精度要求高的薄板、带材轧机上。在这种压下机构中，由于传速比i要求很大（最大可以达到i=1500～2000）,同时又要求能带钢压下。因此，压下装置的设计是比较复杂的。
1.3.2手动压下装置
这种压下装置结构简单、造价低,但工人的劳动条件差、强度大,因此常用在生产效率低的轧机上。
1.3.3双压下装置
为了控制板厚偏差在规定的范围内，在现代化的板、带材成品机座的压下装置中,分成了精调与粗调两个部分。其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的,.而精调装置是用来在轧制过程中随着板、带材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化,随时对辊缝进行微量调节校正的。
一、电动双压下装置
由于电动双压下装置的反应灵敏度差,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧机上。在这种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的,因此传动系统的惯性力很大,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重,所以无法满足高精度的板厚公差要求。由于以上原因,目前很少采用这种板厚自动调节系统。其简图如图1—2所示。

1－精调电动机 2－粗调电动机
图1.2 电动双压下装置简图
二、电-液双压下调整装置
第一种电动双压下调整装置,它的粗调为一般的电动压下机构,通过电动压下系统带动压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝.而精调通过液压缸推动齿条带动扇形齿轮,使压下螺母转动,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动,其结果只能使压下螺丝上下移动实现了辊缝的微调。
第二种,电-液双压下机构,粗调为一般的电动压下机构,而精调是用液压缸直接代替了压下螺丝与螺母。通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与下轴承座之间。该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑,消除了机械惯性力,从而大大缩短了调节信号滞后现象,减少了压下螺丝与螺母的磨损,提高了精度机构的效率。它的调节灵敏度比一般电动压下要快10倍以上。因此大大提高了板材的轧制精度,广泛的用在现代化的冷、热成品带钢轧机上。
电-液双压下装置与电动双压下装置相比有以下特点：结构紧凑,精调部分传动零件减少使传动惯性力下降，因此，调节讯号滞后现象减轻,而灵敏度增加。但仍保留着机械传动零件，所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响，使调整精度还不够高。
1.3.4全液压压下装置
所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构,其辊缝的调节均由液压缸来完成 。其系统示意图如图1—3所示。
全液压压下装置的特点:
(1)惯性力小、动作快、灵敏度高,因此可以得到高精度的板带材,其厚度偏差可以控制到小于成品厚度1%,而且缩短了板带材的超差部分长度,提高了轧件成品率,节约了金属,提高了产品质量,并降低了成本。
(2)结构紧凑,降低了机座的总体高度,减少了厂房投资，同时提高了传动效率。
(3)采用液压系统可以使卡钢迅速脱开,有利于处理卡钢事故,避免了轧件对轧辊的刮伤。
(4)可以实现轧辊快速提升,便于快速换辊,提高了轧机的有效作业效率,增加了轧机的产量。
(5)压下系统复杂,工作条件要求高,有些元件制造困难、成本高、维护保养要求很严格以保证精度。
1—电位器 2—传给另一机架的迅号 3—位移调节放大器 4—放大器 5—伺服阀
6—位移传感器 7—测厚仪 8—测压仪 9—力—位移转换元件 10—选择开关
11—压力传感器 12—柱塞缸 13—压力比较器 C—调节系数装置
图1.3 全液压压下系统示意图
1.4电动压下装置经常发生的事故及解决措施
1.4.1压下螺丝的阻塞事故
由于初轧机、板坯轧机和厚板轧机的电动压下装置压下行程大、速度快、动作频繁，而且是不带钢压下，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故。这时上辊不能移动，电机无法启动，轧机不能正常工作。
为了处理堵塞事故，很多轧机都专门设置了压下螺丝的回松机构。
1.4.2压下螺丝的自动旋松
压下螺丝的自动松问题主要发生在初轧机上，尤其是采用立式电动机压下时，问题尤为严重，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。
目前防止压下螺丝自动旋松的主要办法是加大螺丝的摩擦力矩。这可以两方面入手，一是加大压下螺丝止推轴颈的直径，并且在球面垫上开孔。二是适当增加螺丝直径。

2快速电动压下装置的方案选择与评述
习惯上把不“带钢”的压下装置称为快速压下装置。这种装置多用在可逆热轧机上，如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组的可逆式粗轧机组等。
按照传动的布置形式，快速电动压下装置有两种方案：一种是由台卧式电动机来驱动两个压下螺丝的升降，另一种是由两台立式电动机来驱动两个压下螺丝的升降。
第一种方案采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置的形式，这种形式中常见的布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的特点是能够采用普通卧式电动机，机构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副后，传动效率显著提高，因此在压下速度不太快板坯轧机上经常采用这种布置形式。如图2.1所示。

1－制动器 2－电动机
图2.1卧式电动机传动压下装置的配置方案

第二种方案是采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平衡布置的形式，压下装置的两台立式电动机通过圆柱齿轮减速机来传动压下螺丝，这种布置形式可使每个压下螺丝单独调整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。因为1150初轧机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用第二种方案。

1—电动机 2—小惰轮 3—大惰轮
图2.2 立式电机传动压下装置的配置方案
在毕业设计中，本人对压下系统中的指针传递装置进行了改进，原结构中一端采用双列圆柱滚子轴承，另一端采用单列圆柱滚子轴承。其主要缺点是不能承受轴向力。经计算校核采用一对圆锥滚子轴承完全可以替代原方案，改进后的主要优点是：（1）可以承受一定的轴向力，从而保证了该装置工作的可靠性。（2）便于安装、拆卸，减轻了维修工作量，同时降低了成本。

3计算轧制力
1计算第一道次轧制力
（1） 计算压下量 （3.1）
（2） 计算接触弧水平投影长度 （3.2）
（3） 计算轧制后轧件的平均高度 （3.3）
（4） 计算外区应力状态的影响系数
（3.4）

（5） 计算变形速度
因为。所以采用粘着理论计算 （3.5）
（6） 计算相对压下量 （3.6）
（3.7）
（7） 计算平均变形程度 （3.8）
其中
（8） 计算20#的变形阻力
（3.9）
查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

1） 变形温度影响系数
（3.10）

2） 变形速度影响系数
（3.11）

3） 变形程度影响系数
（3.12）

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力
（3.13）

（10） 计算轧制力
（3.14）

2计算第二道次轧制力
（1） 计算压下量
（2） 计算接触弧水平投影长度
（3） 计算轧制后轧件的平均高度
（4） 计算外区应力状态的影响系数

（5） 计算变形速度
因为。所以采用粘着理论计算

（6） 计算相对压下量

（7） 计算平均变形程度

其中
（8） 计算20#的变形阻力

查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

1） 变形温度影响系数

2） 变形速度影响系数

3） 变形程度影响系数

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

（10） 计算轧制力

3计算第三道次轧制力
（1） 计算压下量
（2） 计算接触弧水平投影长度
（3） 计算轧制后轧件的平均高度
（4） 计算外区应力状态的影响系数

（5） 计算变形速度
因为。所以采用粘着理论计算
（6） 计算相对压下量

（7） 计算平均变形程度

其中
（8） 计算20#的变形阻力

查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

1） 变形温度影响系数

2）变形速度影响系数

3）变形程度影响系数

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

（10） 计算轧制力

4计算第四道次轧制力
（1） 计算压下量
（2） 计算接触弧水平投影长度
（3） 计算轧制后轧件的平均高度
（4） 计算外区应力状态的影响系数

（5） 计算变形速度
因为。所以采用粘着理论计算

（6） 计算相对压下量

（7） 计算平均变形程度

其中
（8） 计算20#的变形阻力

查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

1）变形温度影响系数

2）变形速度影响系数

3）变形程度影响系数

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

（10） 计算轧制力

5计算第五道次轧制力
（1） 计算压下量
（2） 计算接触弧水平投影长度
（3） 计算轧制后轧件的平均高度
（4） 计算外区应力状态的影响系数

（5） 计算变形速度
因为。所以采用粘着理论计算

（6） 计算相对压下量

（7） 计算平均变形程度
其中
（8） 计算20#的变形阻力

查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

1） 变形温度影响系数

2） 变形速度影响系数

3） 变形程度影响系数

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

（10） 计算轧制力

4 电机容量的选择

1计算压下螺丝的转速

2计算被平衡部件总重量

3对压下螺丝进行受力分析，如图4.1所示。

1－压下螺丝 2－压下螺母 3－球面垫

4.1压下螺丝受力平衡图
4计算作用在一个压下螺丝上的力

5计算止推轴承阻力矩
（4.1）

=2926933.333N.m
6计算螺纹摩擦阻力矩
（4.2）

式中——螺纹上的摩擦角
——螺纹升角
7计算转动压下螺丝所需的静力矩

8试选电机的型号为ZD141-2B，功率为200KW，基速为500r/min，高速为1200r/min。
9计算所选电机的额定转矩

10对所选电机进行过载校核：

满足要求。

5 压下螺丝与螺母的设计计算
5.1压下螺丝的设计计算
5.1.1压下螺丝螺纹外径确定
1、预选螺纹外径及其它参数
由经验公式得

查机械设计手册，预选。
式中 ----压下螺丝外径；
----轧辊辊颈；
螺纹螺距：

取螺距为。
根据和可确定压下螺丝的中径和内径；
5.1.2压下螺丝的强度校核
（5.1）
式中 ----压下螺丝中实际计算应力，单位为；
----压下螺丝所承受的轧制力，单位为；
----压下螺丝螺纹内径，单位为；
----压下螺丝许用应力，单位为；

----压下螺丝材料强度极限，单位为；
----压下螺丝的安全系数，；

其中
5.1.3压下螺丝的尾部形状设计
（1）本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。
（2）压下螺丝端部形状选择
压下螺丝的端部选用凸形球面，因为球面垫采用青铜材料，青铜球面垫的主要特点是具有较好的抗压性能，采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块使用寿命，减少有色金属的消耗。
5.2压下螺母的结构尺寸设计
压下螺母的材料选为铸造无锡青铜，其许用挤压应。
1、 压下螺母高度的确定
（5.2）
从而解得

（5.3）
取 。
式中 ----螺纹受力面上的单位挤压应力，单位为；
----轴颈上的最大压力，单位为；
----压下螺母中的螺纹圈数；
----压下螺丝的螺纹外径，单位为；
----压下螺丝的螺纹内径，单位为；
----压下螺母与螺丝的内径之差，单位为；
----压下螺丝材料许用应力，单位为；
2、 压下螺母外径的确定
（5.4）
从而有

取。

6 齿轮设计计算
1选精度等级、材料及齿数
（1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。
（2）选用7级精度（GB10095-88）。
（3）材料选择：由表选择小齿轮材料选用,硬度为；大齿轮材料为45钢,硬度为,硬度差为。
（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数,取为80。
（5）选取螺旋角。初选螺旋角β=8°。
2 按齿面接触强度设计
(6.1)
（1）确定公式内的各计算数值
试选Kt = 1.6。
由图选取区域系数。
由图查得，，则。
由表选取齿宽系数。
由表查得材料的弹性影响系数。
由图按齿面硬面查得小齿轮接触疲劳强度极限,小齿轮接触疲劳强度极限。
计算小齿轮传递的转矩
（6.2）
= 9.55×
=
计算应力循环次数
（6.3）

查取弯曲疲劳寿命系数
由图查得，；
计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1得：
(6.4)

许用接触应力
(6.5)

（2） 计算
计算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得：

计算圆周速度
(6.6)

计算齿宽b及模数
(6.7)

(6.8)

(6.9)

计算纵向重合度
(6.10)

计算载荷系数K
已知使用系数=1.75。
根据v = 4.26m/s，7级精度，查得动载系数；由表查得的计算公式:
故 （6.11）

查得，。故载荷系数：
(6.12)

按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，
即：
(6.13)

计算模数
(6.14)

3 按齿根弯曲强度设计
即：
(6.15)
(1)确定计算参数
1)计算载荷系数
(6.16)

2)根据纵向重合度，由图查得螺旋角影响系数。
3)计算当量齿数
(6.17)

(6.18)

4)查取齿形系数
由表查得，；。
5)查取应力校正系数
由表查得，；。
查取弯曲疲劳强度极限
由图查得，小齿轮MPa；大齿轮MPa。
由图10-18查得:弯曲疲劳极限寿命系数:
6)计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数,由式(10-12)得:
(6.19)

MPa

MPa
计算大、小齿轮的并加以比较

大齿轮的数值大。
(2) 设计计算

,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由：
，

取,则,取。
4几何尺寸的计算
(1) 计算中心距

将中心距圆整为667mm。
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角

30'07''
因β值改变不多，故参数、、等不必修正。
(3)计算大、小齿轮分度圆直径

(4)计算齿轮宽度

圆整后取 ， 。

7 主要零件的强度校核
7.1 圆锥齿轮轴的强度校核
1求圆锥齿轮轴上转矩和转速

2求作用在圆锥齿轮上的作用力
(7.1)

(7.2)

(7.3)

(7.4)

(7.5)

3计算轴上的载荷并画出弯矩图和扭矩图

图7.1弯矩图和扭矩图
4判断危险截面
在截面Ⅲ处，虽然轴径略微小些，但在该截面所承受的弯矩很小，几乎为零，所以可以不对该截面进行强度校核。再截面Ⅱ处的直径与截面Ⅰ处的直径相同，但截面Ⅱ处承受的弯矩较小，所以可以不对此截面进行强度校核。经上述分析，只对截面Ⅰ处进行强度校核。
5接弯扭合成应力校核轴的强度
(7.6)

该轴的材料为45钢调质处理，查《机械设计》表15-1得，因此，故安全。
7.2轴承使用寿命的校核
计划轴承两年换一次 Ln=236024=17280h
1初选代号为30210、30209的圆锥滚子轴承
2计算两轴承承受的径向载荷

3计算轴承产生的派生轴向力
查《机械设计课程设计》表4.6.3得代号为30209的圆锥滚子轴承的有关数据
，，，得代号为30210的圆锥滚子轴承的有关数据为，，，
(7.7)

所以2轴承为紧轴承，1轴承为松轴承。

4计算滚动轴承的当量为载荷
1轴承
查《机械设计》表13-5得径向动载荷系数轴向动载荷系数。
2轴承
查《机械设计》表13-5得径向动载荷系数轴向动载荷系数。
(7.8)

5计算滚动轴承的寿命
(7.9)
>17280h,满足设计要求。

8 润滑方法的选择

压下螺母可用干油或稀油润滑。采用稀油润滑，循环油从开在上端面的径向油孔送入螺纹。在螺纹孔内沿轴线还开有油槽，以便润滑油能进入每一圈螺纹。
对于压下螺丝在螺母中频繁快速移动的初轧机，如果采用稀油润滑，螺母的寿命可提高1.5～2倍，故采用稀油润滑。
压下指针传递装置为油池润滑，轴承为飞溅润滑。
减速机为飞溅润滑。

9 试车方法
(1)试车前应详细检查。
(2)试车前按要求进行润滑，不得有漏油现象。
(3)试车时应从低速开始试车，试车速度分别以15m/s、30m/s、45 m/s、60m/s、75m/s、85mm/s、95mm/s七种速度(指压下速度)进行试车。
(4)试车次数不得少于20次。
(5)试车前要把安装、检查工具和影响试车的构件拿开，试车后要清扫现场。

10 设备可靠性与经济评价
10.1机械设备的有效度
对于可维修设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障即可靠度；从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度；二者结合起来，就是机械设备的有效度(有效利用率)。
(10.1)
MTBF————平均故障间隔期 (h)
MTTR————平均维修时间
设备工作时间8640h,可能发生2次故障，每次处理故障时间平均6h，检修时间500h。

10.2投资回收期
表10.1有关资料表（万元）
时 间 (年) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
投 资 300
年净 收益 150 150 150 150 150 150 150 150 150
累计净收益 -300 -150 0 150 300 450 600 750 900 1050

投资回收期：

=3年
————行业投资回收期，重型机械
，满足要求。

总结
紧张而又忙碌的毕业设计即将结束了。回顾这三个多月的毕业设计，真是有很大的收获，从设计一开始搜集资料，到鞍钢实习，回来认真分析1150初轧机的快速电动压下装置的机械构造，然后进行设计计算，强度校核，画图，编写说明书。每一步都不容易，在刘春丽老师耐心指导下，克服了一个又一个困难。终于圆满的完成了毕业设计。
通过这次毕业设计，是对我所学课程的一次总结。本次设计涉及到机械制图，金属工艺学，理论力学，材料力学，公差，轧钢机械，机械原理和机械设计等。有的课程学的时间较长，已经忘了，有的课程当时学的不是太懂，但是通过这次设计，又重新掌握了这些知识。
由于液压压下技术的快速发展，使电动压下装置的地位有所下降，但是对于一些很厚的轧件仍需要采用开坯轧机进行开坯轧制。因此电动压下装置在轧钢领域仍有其价值。

致谢
在这次毕业设计中，我得到了刘春丽老师和王德春老师的耐心指导，使我能够顺利完成毕业设计。他们渊博的知识、严谨的治学作风使我受益匪浅。还有机设教研室全体老师的热心帮助。谨在此，表示我最衷心的谢意。

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