第五章 机 架,一、 机架的类型,机架的作用及要求：,1、作用：用来安装轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置和导卫装置等工作机座中全部零件，并承受全部轧制力的作用 2、要求：机架是轧机工作机座中尺寸和重量最大的部件，轧辊轴承和轧辊调整装置都安装在机架上，机架承受巨大轧制力的作用要求其必须有足够的强度和刚度机架的类型 组成：机架主要由左右牌坊、联接两块牌坊的连接梁、位于牌坊窗口内侧的滑板等零部件构成由于牌坊是机架的主体部件，因此仅对牌坊的结构、参数和强度介绍 轧机牌坊分类 闭式牌坊和开式牌坊,1 闭口式机架的牌坊 闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等对于板带轧机来说，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度对于某些小型和线材轧机，也往往采用刚度较好的闭式机架，以获得较好的轧件质量采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置2、开口式机架的牌坊 开式机架由机架本体和上盖两部分组成(图5-2)，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和联接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。
采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入开式机架主要缺点是刚度较差影响开式机架刚度和换辊速度的主要关键是上盖的联接方式常见的上盖联接方式有五种图5-2a是螺栓联接的开式机架，机架上盖(上横梁)用两个螺栓与机架立柱联接这种联接方式结构简单，但因螺栓较长，变形较大，机架刚度较低此外，换辊时拆装螺母较费时 图 5-2b是立销和斜楔联接的开式机架，其换辊比螺栓联接较方便 图5-2c是套环和斜楔联接的开式机架，与上述两种形式相比，取消了立柱和上盖上的垂直销孔，用套环代替螺栓或圆柱销套环的下端用横销铰接在立柱上，套环上端用斜楔把上盖和立柱连接起来这种结构换辊较为方便由于套环的断面可大于螺栓或圆柱销，轧机刚性有所改善图5-2d是横销和斜楔联接的开式机架，上盖与立柱用横销联接后，再用斜楔楔紧其优点是结构简单，联接件变形较小但是，在楔紧力和冲击力作用下，当横销沿剪切断面发生变形后，拆装较为困难，使换辊时间延长 图5-2e是斜楔联接的开式机架，与上述各种形式的开式机架相比有以下优点：1)上盖弹跳值小由于联接件数量少、变形小，使上盖弹跳值减少2)联接件结构简单，联接坚固3)机架立柱横向变形小。
在打紧斜楔后，机架立柱上部被斜楔和机盖止口紧紧挤住，大大减小了立柱的横向变形由上可知，斜楔联接的开式机架，除了换辊方便外，还具有较高的刚度，故称为半闭口机架这种机架使用效果较好，得到了广泛应用 开式机机架具有： a、有用螺栓、套环、销轴、立销和斜楔将上盖和U形架连接的各种方式 b、其强度和刚度均较闭口机架差，而且加工面多，造价高 c、主要用来大中型横列式型钢轧机 d、其突出优点是换辊方便补充： 预应力牌坊 a、是开式牌坊中的另一种典型型式； b、半牌坊结构是国内使用较多的一种； c、它是用液压螺母和拉杆将割分的上、下半牌坊联结而成的； d、这种牌坊由于液压螺母在未轧钢前对牌坊已施加1.2～1.5倍轧制力的预应力，因而在轧制时可减少牌坊的变形，提高轧件的精度 e、主要用于小型型钢轧机和线材轧机上具有明显的优势二 机架的主要结构参数,机架的主要结构参数是窗口宽度B、高度H和立柱断面尺寸F 在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承座的宽度上横梁,立柱,下横梁,1、机架窗口的宽度B 对于闭式机架，窗口高度应稍大于支承辊最大直径，以使轴向换辊成为可能。
对于开口机架，窗口宽度决定与轧辊轴承座的宽度 四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.15～1.30倍为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽5～10mm，亦可表示为 B = Bz + 2s 式中B ——机架窗口宽度； Bz ——支承辊(轧辊)轴承座宽度，mm； s ——窗口滑板厚度，mm，一般取 s=20～40mm2、机架窗口的高度H 取决于轧辊数目、轧辊直径、轴承座的高度、轧辊最大开口度、压下螺丝的最小伸长量、安全臼和测压元件的高度、垫板高度等因素对于液压压下的轧机，则要考虑液压缸的安装尺寸 机架窗口高度H主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端(至少有2～3扣螺纹长度)，以及换辊等要求确定H=Hl+H2+H3+S1+S2 式中 Hl —— 两个(或四个)轧辊接触时，上、下轴承座间 的最大距离，mm； H2 —— 安全臼或测压元件以及均压块的高度，mm； H3 ——下轴承座底垫板厚度，mm； S1 ——轧机换辊时的最大开口度，mm； S2 ——机架窗口高度尺寸裕量，通常S2 = 150～250mm 对于四辊轧机，可取 H =(2.6～3.5)(Dw+Db) 式中Dw 、 Db——工作辊、支承辊直径，mm。
3、机架立柱的断面尺寸 机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似地与其直径平方(d2)成正比，故机架立柱的断面积(F)与轧辊辊颈的直径平方(d2)有关在设计时，可根据比值(F / d2)的经验数据确定机架立柱断面积，再进行机架强度验算根据轧辊材料和轧钢机类型，比值(F / d2)可按表5-1选取机架立柱断面尺寸对机架刚度影响较大在现代板带轧机上，为了提高轧件的轧制精度，有逐渐加大立柱断面的趋势厚板轧机机架立柱断面积已增至10000cm2；热轧带钢轧机的机架立柱断面积达7000cm2 机架立柱的断面形状 a、方形断面 b、长方形断面 c、工字形断面 d、T字形断面,三、 机架的结构特点,1．闭式机架结构 图5-3是1700热轧带钢连轧机精轧机座的机架结构图两片机架2和12的上部，通过箱形横梁9用十二个M64的螺栓10联接，并用键8定位机架的下部则通过两根横梁15用十六个M64的螺栓13联接横梁5是支承辊换辊小车4的轨道底座，它用十六个M56的螺栓与机架下部联接，并用键6定位在横梁5中装有四个液压缸，在换支承辊时用来升降成套的轧辊组件在小车4和机架下横梁之间装有测压头14。
在换辊端的机架立柱上装有支承辊轴向压板11整个机架用八个M150的螺栓3固定在轨座1上，两个轨座1则各用八个M130的地脚螺栓固定在地基上机架总重约为327t1．闭式机架结构,2．开式机架结构 目前，应用较多的开式机架是斜楔联接的开式机架图5-6是650型钢轧机斜楔联接的开式机架结构图机架是由两个U形架3、12和一个上盖1组成，上盖与U形架之间用斜度为1：50的斜楔4联接为了简化机架楔孔的加工和防止斜楔磨损机架，楔孔做成不带斜度的长方孔，其上下两个承压面带有鞍形垫板8和9，下鞍形垫板9也带有l：50的斜度上盖与U形架立柱用销钉2轴向定位上盖中部实际上也是冷却轧辊的水箱，箱体下部有喷水小孔上盖和u形架上都有安装压下和压上装置传动齿轮的壳体由于中辊上轴承座采用H形瓦架，上盖下部开有燕尾槽，以便安装调整H形瓦架的斜楔在U形架立柱上有支承中辊下轴承座的凸台为了加强H形瓦架的强度，往往要增加H形瓦架的腿厚，而又要不使U形架窗口尺寸过于增大，就取消了该处机架立柱上的耐磨滑板，这对保护机架立柱免于磨损不太有利与下辊轴承座接触的机架立柱上则镶有耐磨滑板7机架材料为ZG35为了增加机架的稳定性，除了上盖与U形架之间需要牢固联接外，两片U形架下部和上部也要牢固地联接。
U形架下部通过中间梁10用螺栓联接，其上部通过两根铸造横梁6和拉紧螺栓5联接当机架按技术要求装在地脚板上，两片U形架位置彼此找正后，将拉紧螺栓5加热，同时装好横梁6，再紧固拉紧螺栓5两端的螺母为了换辊方便，上盖是整体铸造的上盖上的销轴11是按可以吊起整个工作机座来设计的整个机架用八个M72的螺栓固定在地脚板上3. 轨座的结构,工作机座是通过地脚螺栓和轨座安装并固定在地基上的 轧钢机机架是安装在轨座上，而轨座则固定在地基上轨座又称地脚板，它要保证工作机座的安装尺寸精度，并承受工作机座的重量和倾翻力矩1、轨座的作用： ①使机架在它上面安装得稳固和方便； ②应尽可能减少工作机座对地基的单位压力1700冷连轧机采用了如图5-9所示的轨座，其结构较为简单而且，机架是直接用地脚螺栓固定在轨座上这就省去了机架与轨座间的固定螺栓，也便于安装和维修这种轨座实际上在地基与机架之间起垫板作用 为了拆装方便，在某些型钢轧机上，机架底脚与轨座采用斜楔联接(图5-10)它是通过销子2、斜楔5和6，将机架固定在轨座上2、分类：梯形支承面轨座和直角支承面轨座 3、联接：机架脚下两条轨座，应紧密的联接起来，以保证轨座的距离固定。
轧钢机轨座通常是用铸梁或用带支掌管的拉杆将其联接在一起在小型轧机上，两条轨座往往铸在一起，称为双轨座课后作业: 1、机架的作用是什么？分哪两大类？ 2、机架的主要结构参数有哪些？ 3、轨座的作用是什么,§5-2机架强度和变形计算,主要结构参数 一、闭式机架强度计算 1.计算步骤 将机架简化成矩形框架 确定外力的大小和作用点 板带轧机： 型钢轧机：,第11讲,窗口宽度B、,高度H、,立柱断面尺寸FR=P/2,R={ R1, R2 }max,上横梁,立柱,下横梁,轧钢机机架强度和变形的计算的步骤：1将机架结构图简化 成为刚架；2、确定静不定阶数，3‘确定外力的大小及作用点；4、根据变形谐调条件上，和材料力学中任一种方法求解静不定力和力矩；5、根据计算截面的面积、惯性矩、中性轴线的位置及承载情况，求出应力和变形卡氏定理求解 求各断面面积、惯性矩、抗弯断面系数 求各断面应力，进行强度校核 2. 假设条件 机架外负荷是对称的 忽略水平力，机架不受倾翻力矩， 地脚螺栓不受力，视为一个无约 束自由框架第11讲,机架结构对称，上、下横梁惯性矩相同 机架转角绝对刚性，机架变形后，转角不变 力学模型：,第11讲,,,R/2,,3.求静不定力矩M1 卡氏定理： 此时，I-I截面转角：θ1=0 …………………（1）式,第11讲,,,在横梁上:y=x, 则 在立柱上：y =l1/2,则,代入（1）式中得：,第11讲,,第11讲,,若 I1= I3，则：,,M2,第11讲,4. 机架弯矩图和轴力图,在横梁上:y=x, 则 在立柱上：y =l1/2,则,5. 机架的应力 横梁 外侧： 内侧：,拉应力,压应力,第11讲,立柱 内侧： 外侧：,拉应力,,5. 机架的强度校核 应小于或等于[σ] [σ]=σb/nj 其中σb=500～600MPa nj=10～12.5 则：横梁 [σ]=50～70MPa 立柱 [σ]=40～50MPa,第11讲,二、闭式机架的变形计算,机架的总结性变形是由横梁的弯曲变形和阐述的拉伸变形组成。
因横梁的断面尺寸较横梁的长度来说较大，在计算横梁的弯曲变形时，应考虑横向切力的影响即：,式中：f3,式中：f3——机架的弹性变形 f`3——由矩产生的横梁弯曲变形 f``3——由切力产生的横梁弯曲变形 f```3——由拉力产生的立柱拉伸变形,三、开式机架的强度计算,1.二辊开式机架的强度计算 按卡氏定理，考虑到方向，挠度等于：,T—立柱向内变形时轴承座作用于立柱上的反作用力 R—作用于一片机架的轧制压力 Δ—轴承座与机架立柱间的空隙 l1—下横梁长度，按立柱间的空隙 I1I2—下横梁醉的惯必矩,T为负，fΔ/2,T不存在； 计算立柱应该以T为最大时的条件即Δ＝0；机架横梁则按T＝0的条件计算作用在下横梁中的弯曲力矩： 是最大弯曲力矩将发生在下横数值的中间即当x=l1/2处; 机架立柱同时在拉伸及弯曲下工作，立柱中的弯曲力矩为： M2＝Tx 立柱中总的最大弯力显然在它的内表面上并等于：,2.半闭口式。