热轧轧制力计算及校核

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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历公式，其公式为1；P = (1 + m)(k )1式中：m表示外摩擦时对P影响的系数，m = 1.6f i RAh 1.2Ah ；当 t8OOC,Mn%Wl.O%时，K=10X14-0.01t1.4+C+Mn+0.3CrMpa式中t轧制温度，C、Mn为以表示的碳、锰的含量;cAh2v.R 平均变形系数，e =H + h R ；n粘性系数，耳=0.1(14-0.01t)CMpa.sF摩擦系数，f = a(1.05 -0.0005t)，对钢辊a=1，对铸铁辊a=0.8;C

2、决定于轧制速度的系数，根据表6.1经历选取。表 6.1 C 与速度的关系轧制速度m/sV661010151520系数c 10.80.650.602.各道轧制力计算公式为x RAh p6.1.2 轧制力计算结果表 6.2 粗轧轧制力计算结果道次12345TC1148.681142.761133.931117.151099.45Hmm2001601126743h(mm)160112674330Ah(mm)4048452413Ri(mm)600600600600600f0.4760.4790.4830.4910.500m0.1940.2660.4080.5960.755K(Mpa)64.365.96

3、8.172.476.9C11111n0.2510.2570.2660.2830.301v(mm/s)37703770377037703770-5.4087.84111.53613.70915.204P (Mpa)78.585.9100.2121.8143.0BH(mm)162416211635.41623.91631.1bh(mm)16211635.41623.91631.11615P(KN)1972023743268342377820501表 6.3 精轧轧制力计算结果道次1234567T(C)1043.651022.38996.34967.35928.58901.31880H(mm)30.

4、001811.78.196.144.63.91h(mm)1811.78.196.144.63.913.5h(mm)126.303.512.051.540.690.41Ri(mm)400400400350350350350f0.5280.5390.5520.5660.5860.5990.61m0.9201.2031.4521.5221.8541.6541.511K(Mpa)91.2396.67103.34110.76120.68127.66C110.80.80.650.60.6n0.3560.3780.3230.3460.3060.2990.312v(mm/s)33105080726096901

5、2930152201700023.8942.9368.38103.50159.72158.82157.04P (Mpa)191.47248.63307.47369.69484.06464.92457.37B + bhh (mm)21606.161606.161606.161606.161606.161606.161606.16P(KN)21307200471850515905180501160488006.2 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；M2 Pxl2z式中：P轧制力；x力臂系数;1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，其围为热轧板

6、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12345Ri(mm)0.60.60.60.60.6Ah(m)0.0400.0480.0450.0240.013P(KN)1972023743268342377820501x0.50.490.480.470.46M(KN.m)3055.013948.734232.912682.161665.752.精轧轧制力矩计算表 6.5 精轧轧制力矩计算结果道次1234567Ri(m)0.40.40.40.350.350.350.35Ah(m)0

7、.0120.00630.003510.002050.001540.000690.00041P(KN)21307200471931916877208541370310378x0.450.4450.440.4350.430.4250.42M(KN.m)1328.57895.65610.18370.65360.39153.2888.557 力能参数校核7.1 轧制力能参数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o = 120MPat=60MPa0.3E=206工作辊 F4F7高镍铬0= 120MPat =60MPa0.3E=206支持辊 F1F7高速钢0 =120MPat =

8、60MPa0.3E=206R1 工作辊合金锻钢0 =120MPat =60MPa0.3E=206R1 支持辊合金锻钢0 =120MPa0.3E=206t =60MPa7.2 咬入角校核在设计轧制板带钢时，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、外表状态、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tan卩tana，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：Ah = D(1 - cos a ), tan卩二 f由此公式，a计算结果见下表7.2

9、。表 7.2 咬入角计算结果工程R 第二道1F F 第一道13F F 第四道47Tana0.3880.19880.081tan0.4790.5280.566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 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 机架辊径一样，47 机架辊 径一样，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 R 校核第三1道，FF校核第一道，FF校核第五道。由于各机架均为四辊轧机，所以本设计 1 3 4 7以粗轧轧机为例进展校核。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

10、，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，故有关尺寸应按最危险情况取值，现将有关的轧辊参数列出如下：1. 工作辊：o图7.1轧辊各局部参数图R粗轧机主要尺寸为：辊径DX辊身长L: 1200mmX1780mm,辊径采用滚动轴承, 1根据经历公式，其尺寸如下：d(0.50.55)D=600660，取 650mm；1=(0.831.0)d=518.8687.5,取为 600mm;辊头的直径D 二 D (5 15)二 1200

11、(5 15)二 1185 1195mm,取 1190mm。 i厚度 s = (0.25 0.28)D = 297.5 333.2,取 320mm,1b 二(0.15 0.2) D 二 178.5 238mm,取 200mm。1b/s=0.625，根据下表选择抗扭断面系数n=0.208压下螺丝中心距a二L +1二1780 + 600二2380mm表7.3抗扭断面系数b/s11.52345n0.2080.3460.4930.8011.151.789其他参数选择方法一样，结果列表如下表 7.4。表 7.4 工作辊参数选择结果辊径DX辊身长L辊颈 d辊颈 l辊头 D1辊头 b辊头 s工程mmmmmmm

12、mmmmmR1 轧机1200X17806506001190200320F F13710X1780390350700130180F F625X1780340300620120170472. 支承辊R1 粗轧机主要尺寸为：辊径 DX 辊身长 L:1550mmXl780mm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工程辊径DX辊身长Lmm辊颈 dmm辊颈 lmmR1 轧机1550X1780800720FF171400X17607507007.3.2 轧辊强度校核由于R , FF轧机均为四辊轧机，校核方法一样。比较轧制力的大小，

13、校核道次1 1 7分别选用R，第三道次，精轧机组FF第一道次，FF第五道次。1 1 3 4 7工作辊与支承辊辊身中央处的弯矩可按以下公式计算：式中:M 工作辊辊身央处的弯矩;1DM 支承辊辊身央处的弯矩;2 DP轧制力;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展校核，数据P=26834KN，辊头宽度1）工作辊辊身的弯曲应力W0.1D 31Db0二2 %泠上一二 2x ：5952 1602=1146 mm2.6834 x 107 1.781.6239、2 丄4 )0.1 x 1.23=3.03 MpaVo = 120Mpa2）工作辊辊头的扭

14、转应力图7.3工作辊辊头受力示意图b/3处扭转力矩根据上图的辊头构造图，其合力作用在扁头一个支叉的外侧的-MM = Px_=x n 62b6b -03式中：M接轴所传递的力矩;N.mb 与 b 扁头的总宽度与扁头的一个支叉宽度； 09550 x PM = 一nP电机功率，KW, P=7000KW；n转速，r/min ；v速度，m/s; v 二晋;D 辊头直径，1所以扭转力矩等于M = P -=n6b 9550 x - b 9550 x700002x- =nx b =dx02 = 25879N6 b 一 2b6 1.146 - 2 x 0.26033扭转应力T25879吊二 0.208 x 0.

15、323 二80 MPaT=60Mpa3)两辊的接触应力接触应力按赫兹公式计算G式中iq(r + r )= 12 max 兀 2(K + K )r r1 1 2 1 2q加在接触便面单位长度上的负荷，q二pL；/L接触r r 相互接触的工作辊与支撑辊的半径；12K、1K 与轧辊材质有关的系数，21 一 |L121- 兀E1其中卩、卩、12E、1E 两轧辊材料的泊松比和弹性模量2L接触和粗轧第三道次的板宽相等即：L 接 触=1635.4mm由于工作辊与支承辊的材质一样，并且泊松比 尸0.3,所以上式可写为：小iqE(r + r ) b = 0.41812maxr r 1 24)b 二 0.418

16、x Vmax2.6834 X107 x 200 x 109 x (0.6 + 0.775)二 1302.1 Mpa1.63540.6 x 0.775支承辊的辊身弯曲应力5支承辊辊颈处的弯曲应力b =maxP l 2.6834 x 107 x 0.72 x Md2 20.1d 30.1d 30.1 x 0.83=94.34MPa a=120Mpap(a L)2.6834 x 107( 2.50 1.78)20.1 x 1.5530.1D 32 2 4 =224 =29.0MPa o=120Mpa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

17、合要求。i6R1粗轧机弯矩图工作報弯矩图 7.4 R1 粗轧机弯矩扭矩图7.4 电机功率校核以粗轧机 R1 的第三道次进展校核1.轧机功率是轧机电气设备选择的重要参数依据，电机传动轧辊所需的力矩为：由公式M= Mzh + M + M + Mmax i f o d式中：M 轧制力矩，N.m，已求得;zhM 附加摩擦力矩，N.m；fM 空转力矩，N.moM 动力矩，N.m，匀速转动动力矩；di主电机的减速比，取2.2.附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由两局部组成：轧辊轴承中的摩擦力矩M 与传动机构中的摩擦力矩 f1MM = f1 + M f if 2M = (1 -1)( M + M )f 2耳zhf

18、1其中：M 附加摩擦力矩， N.mfM 有轧辊轴承引起的摩擦力矩，N.mf1M由传动机构引起的摩擦力矩，N.mf2耳一传动效率，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。那么：M = pdf = 2683.4 x 104 x 600 x 10-3 x 0.003 = 48.3KN.m f1M = (1 - 1)(M + M )=(亠 -1)(4232.9 + 48.3) = 225.3K .mf 2 耳zhf 10.95M 二 M /i + M 二 48.3/1 + 225.3 二 273.6KN.mff1f 23. 空转力矩 空转力矩是指空载转动

19、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。按经历方法，空转力矩通常约为主电机额定力矩的 3%6%，取5%。M = 9550 匕=9550 x 7000 = 786.5KN .m;en85M 二 0.05M 二 0.05 x 786.5 二 39.33KN.m; ke式中： M电机的额定功率，KN.m；eM 空转力矩，KN.m；kP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：M 二 M / i + M + M 二 4361.3 + 273.6 + 39.33 二 4674.23KN.m max zh f kM 24000KN.mmax因此

20、电机满足要求。同理，对 F1、F4、F6 轧机进展校核，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36512233533079207004206800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) 方案小修每 710 天一次，每次 816

21、 小时；3) 每天换工作辊 8 次，每次15 分钟；4) 方案小修时间换支持辊；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：Q = LxnxG/(bxt)式中：Q加热炉小时产量，t/h；L加热炉有效长度，40.02m；n加热炉装排数，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。那么：Q = L x n x G /(b x t) = 40.02 x 1 x 30/(1.6 x 2.44) = 307.5t / h 360wt。p jw 2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