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1、 第 XL 页四辊可逆轧机主传动系统设计摘要 现代中厚板生产过程中四辊可逆轧机成为主要机型，其工作原理是使轧件通过两相对旋转的轧辊以压力进行加工，使其产生塑性变形。本次设计的主要内容是对四辊可逆轧机的主传动系统进行分析、研究、计算，阐述了中厚板轧机的发展概况，确定了主传动机构的组成、机架形式、轧辊的结构特点及轴承形式。对主传动系统力能参数进行了计算，包括轧制力、轧制力矩和主电机功率的计算及校核，以及主要零件强度的计算，如轧辊、轴、轴承。最后对系统的润滑和环保经济性进行分析和讨论。关键字 中厚板；主传动系统；轧辊；轧制力目录1. 绪论11.1中厚板轧机发展历史11.2现在中厚板轧机特点11.3轧
2、机主要类型21.4轧机设备21.5轧机工作原理32总体方案设计42.1主传动机构42.2压下机构42.3轧辊52.4轴承52.5机架63基本参数确定73.1轧辊材料选定73.2轧辊参数确定73.3工作辊和支承辊辊径尺寸d和l的确定83.4轧辊辊头的结构尺寸确定94轧机主传动系统力能参数的计算1141轧制力的计算114.1.1计算单位轧制力pm114.1.2总轧制力计算124.2轧制力矩计算124.3轧机主电动机力矩与电动机功率计算144.3.1电机功率计算144.3.2主电动机力矩计算154.4电机校核165主要零件强度计算175.1轧辊的强度校核175.1.1支承辊强度校核175.1.2工作
3、辊强度校核195.1.3工作辊与支承辊间的接触应力校核195.2机架结构尺寸确定及校核215.2.1机架主要结构尺寸的确定215.2.2机架强度校核225.3 十字轴万向接轴校核295.3.1基本尺寸确定295.3.2万向接轴校核295.4支承辊轴承校核306润滑方式317.经济可行性分析327.1投资回收期327.2设备合理的更新期338环保性分析348.1机械设备的环保性348.2改善机械设备环保性的方法34结论35致谢36参考文献371.绪论1.1中厚板轧机发展历史从世界中厚板的发展来看，中厚板轧机建设已经经历了两次高潮，第一次是5060年代，出于工业化和建造业的需要，需要大量又厚，又宽
4、，性能又高的中厚板。美国掀起了全球第一次中厚板轧机的建设高潮。一口气新建成以2辊式加4辊式型式，4064mm尺寸为主中厚板轧机16台，其中4064mm有7台，5000mm以上特宽的有1台。另外改造中厚板轧机8台，同时淘汰了若干台3辊劳特式中板轧机。经过新建和改造后美国中厚板产量猛增，到1957年中厚板产量已提高至1000万t以上。可以生产高强船板、高韧性潜艇用板、高耐候桥梁板，以及X80大口径直缝焊管用板。同时带动了长输管线的建设。第二次是7080年代，受经济发展的需要，短短几年间便新建以4辊式加4辊式型式4700mm尺寸和4辊式5500mm单机架为主17台中厚板轧机，其中5m以上特宽有4台、
5、四大公司各占1台，4.7m的有5台。使日本中厚板生产很快走向现代化道路，促进了机器、船舶、汽车、家电、交通及现代建筑等各行各业迅速地发展起来。1.2现在中厚板轧机特点现代中厚板轧机越来越趋于大型化、精密化、自动化，以满足钢板控制轧制技术的要求，能够生产高强度的合金板。电子计算机的应用使轧机提高了自动化控制程度，中厚板轧机普遍采用了液压AGC（钢板厚度自动控制系统），中厚板的精度和生产效率大幅提高。随着市场经济的发展，追求质量、品种、效益将是中厚板轧机今后和发展的方向，以宽厚板为主，并有很高的强度，加大轧制力和主传动电机容量，改造的重点是：（1）为保证板坯加热的均匀性，使得轧制的钢板尺寸和性能均
6、匀一致，新建加热炉应采用步进式加热炉。（2）淘汰三辊粗式轧机，以四辊轧机代替粗轧机，发挥四辊精整线轧机的能力，提高产品的质量。对于单机架的四辊轧机，已经预留了另一架轧机的基础的轧机应尽量及时将另一架轧机安装上去，以实现经济规模。(3)随着用户的钢板的表面质量和钢板的剪切精度的提高加强精线的改造，冷床采用运载式的冷床，剪机用滚切式双边剪和滚切式定尺剪。(4)严格控制板坯加热温度，采用控制轧制和控制冷却工艺，加快钢板的冷却速度，防止晶粒长大，细化铁素体，使珠光体均匀分布，以获得良好的强韧性。(5)重视热处理设备的完善，逐步提高热处理钢板的生产能力，新建热处理炉应优先考虑选用无氧化辊式热处理炉。(6
7、)厚度偏差控制是钢板的一项重要指标。要充分利用液压AGC控制技术来提高钢板的尺寸精度，减少厚度偏差。(7)大力开发和应用板型控制技术，获得良好的板形，减少钢板头尾和两边的切损，提高钢板的成材率。目前中厚板轧机已经不能满足用户对宽厚板的需要，我国新建宽厚板机组将满足这方面的需求。据统计，我国新上轧机主要以3500mm、3800mm、4300mm、5000mm四辊单机架或双机架为主，其中5米轧机两套，4300mm轧机一套，3800mm轧机3套，3500mm轧机7套。还有鞍钢营口5000mm宽厚板项目、五矿营口项目、北钢中板项目、包钢中板项目、南阳汉冶、安阳永兴、鄂钢、莱钢等，预计产能在1110万吨
8、左右。这些轧机大多数都是大轧制力(2104N/mm以上)，大功率(2103N/mm)，轧制速度7.5m/s，轧件的厚度偏差已达0.08mm，宽度偏差达到58mm，长度偏差达10mm以下，镰刀弯减至5mm/m，切头尾长在200mm以内，成材率达95%以上，采用热装炉时燃耗已降至0.6109J/t以下，及高刚度(2kN/mm以上)的现代化中厚板轧机，大大超过日本和美国现有中厚板轧机性能，将成为全球新一代现代化中厚板轧机，为实现TMCP(中厚板热机械控制处理，即控制轧制和控制冷却技术)工艺，生产高质量、高性能中厚板创造了有利条件。1.3轧机主要类型四辊可逆轧机成为现代中厚板生产主力型，主要是由于大型
9、直流电机及控制系统制造技术发展，解决了轧机和大扭矩的可逆式拖动，近三十年来，大功率变频调速技术的发展又取代了轧机传动的直流系统。1.4轧机设备设备组成：机组由电动机、齿轮联轴器、减速机、齿轮联轴器、人字齿轮座、万向接轴托架、万向接轴、工作机座等组成。由电动机通过一系列传动机构驱动轧机工作进行轧制。工作机座由压下装置、平衡装置、工作辊装配、支承辊装配、机架装置、轨座等部件组成。1.5轧机工作原理工作原理：轧件通过两相对旋转的轧辊以压力进行加工，使其产生塑性变形，称为轧制工艺过程。轧机通过工作辊来完成这一过程。工作辊包含有旋转和移动两种运动。前者靠摩擦力进行轧制运动，由轧机主传动实现；后者用来调节
10、压下量，控制轧件的变形程度，由轧机压下装置实现。主传动由主电机通过联轴器带动减速机高速轴，减速后由低速轴通过齿轮联轴器与人字齿轮座输入端相联，输出端通过万向节轴分别带动上下工作辊使其产生线速度相等、旋转方向相反的轧制运动。压下装置共两组，分别安装在机架上面，经左右各一台压下电机及两级涡轮、蜗杆副减速后传递给压下螺杆，压下螺杆由压下螺母固定在每片机架的窗口中间，通过安全臼及液压平衡装置使轧辊上下运动。压下电机出轴上安装有制动器，使压下螺杆获得准确的位置精度。压下装置必须反应灵敏，具有单独点动和左右联动的功能。其主要作用：调整两工作辊之间的距离以保持正确的辊缝开度、给定压下量、调整两工作辊的平衡度
11、，当更换新工作辊后，调整轧制高度。2总体方案设计2.1主传动机构作用：电动机的运动和力矩传递给轧辊。单机座轧钢机主传动动类型：1.通过电动机、减速机、主联轴节、齿轮座、联接轴传给轧辊的型式。这种主传动装置，一般用于不可逆工作的轧钢机。2.通过电动机、主联轴节和联接轴直接传给轧辊的型式。两个轧辊由各自的电动机单独驱动。这种型式的主传动装置主要用于大型的可逆式轧钢机。本次设计是四辊中厚板轧机，所以采用的第二种主传动型式，电动机的运动和力矩是通过主联轴节和联接轴而直接传给轧辊，两个轧辊由两台电机分别驱动。传动简图如下：1-工作机座；2-机架；3-四辊轧机支承辊；4-联接轴；5-中间轴；6-电动机；7
12、-联接轴平衡装置；8-机架底板；9-地脚螺栓；10-四辊轧机工作辊；2.1四辊可逆轧机主传动示意图2.2压下机构作用：用于调整辊缝，也称辊缝调整装置。（1）电动压下装置：由压下电动机、减速机、压下螺丝、压下螺母组成。功能：在机架的上部，由两个电机驱动，电机一轴和二轴与蜗轮蜗杆减速机联接，蜗轮内孔为内花键，带动压下螺丝转动，机架上部装有螺母，螺母固定在机架内，当压下螺丝转动时，压下螺丝上下移动，从而达到机械压下的目的。润滑方式：稀油循环。（2）液压压下装置：由压下电动机、减速机和液压缸组成。液压AGC功能：液压AGC缸安装在机架窗口的上部，每片机架一个，在上支承辊轴承座的顶部与球面垫之间，两个A
13、GC缸同时工作，用于辊缝调整和向支承辊轴承座传递轧制力，每个AGC缸各带三个外置式位移传感器。本次设计采用的是电动压下，其传动简图如下：1-电动机；2-制动器；3-齿轮减速机；4-电磁联轴节；5-球面蜗轮副2.2压下装置示意图2.3轧辊 按轧机的类型轧辊可分三种：1.带孔的轧辊2.平面轧辊3.特殊轧辊。本设计为中厚板轧机，所以采用平面轧辊。 由辊身、辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。轴头和联接轴相连，传递轧制扭矩。轧辊结构特点：对于四辊轧机，为减小轧制力，应尽量使工作辊直径小些。支承辊直径取决于刚度和强度要求。轧辊还要具有：（1）高的耐滚动疲劳性能
14、 （2）良好的抗热裂性、抗热冲击性、抗冷热疲劳性（3）复合层接合能力强（4）较高的耐磨性。2.4轴承 轴承的样式可分滑动轴承和滚动轴承。本设计采用四列圆柱滚子轴承。因为这种轴承即可承受径向力，又可承受轴向力，所以不需要采用推力轴承。为了方便换辊，轴承在轴颈上和轴承座内均采用动配合（e8、f8）。由于配合较松，为防止对轴颈的磨损，要求辊颈硬度为HRC=3236。同时应保证配合表面经常有润滑油。为此，在轴承内圈内孔有一螺旋槽，内圈端面还有径向沟槽。轧辊轴承工作特点：（1）工作负荷大（2）运转速度差别大（3）工作环境恶劣。2.5机架 机架根据结构不同可分为两类：闭式机架和开式机架。本设计采用闭式机架
15、，具有较高的强度和刚度。由两片机架，上、下横梁，耐磨衬板、工作辊平衡弯辊、接轴夹紧、轴端卡板、换辊轨道等组成。作用：机架用于装配工作辊和支承辊辊系，承受轧制力。同时将耐磨衬板，换辊轨道等装配到机架上。机架通过双头螺栓、螺母固定在轧座上。横梁用于联接操作侧和传动侧机架，上横梁还用于安装上支承辊平衡装置，下横梁用于安装下支承辊换辊拖板。工作辊平衡、弯辊装置用于在轧制过程中使工作辊保持平衡，在需要调整板形情况下施加正弯辊力，并辅助换辊动作完成。接轴夹紧装置安装在机架传动侧，在换辊过程中，伸出夹紧完成工作辊定位；换辊完成，接轴夹紧装置缩回，完成接轴夹紧装置在整个换辊过程的动作功能。支承辊换辊固定轨道安装在机架窗口的下部，位于支承辊滑座与下横梁、机架之间。工作辊换辊提升轨道安装在机架窗口内下工作辊轴承座的下部，提升液压缸位于轨道下固定在机架上，换辊时提升到标高位置。
