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Φ550 短應力線軋機摘要型鋼幾乎涉及了日常建筑、生活設施的各個方面和國民經濟的各個部門，在國民經濟中占有重要地位。 借鑒國內外先進理論和經驗，設計一臺短應力線軋機。設計過程中對壓下規(guī)程進行優(yōu)化，并計算了軋制力和軋制力矩，使軋機設備性能得到充分發(fā)揮，同時對其變性理論、軋制工藝和軋輥的設計進行了深入的研究。全文全面闡述了短應力線軋機的結構特點和設計原理，論述了短應力線軋機較普通軋機的優(yōu)點。整個設計過程采用了精確的計算公式，并配合以詳細的受力分析及結構示意圖的重要部件進行了校核。 關鍵詞：型鋼 ；短應力線軋機；變性理論 AbstractWith the continuous increasing requirement of the milling precision and the continuous development of the rolling technique, short stress path high rigidity rolling mill become very popular in recent years. It is a very important question in the structural designing of short stress path high rigidity rolling mill that whether the bearing chock of the rolling mill can self-align freely and whether the self-aligning pad can come into partial loading status or even into damage because of the bearing chock’s deformation. So it has very important theoretical and practical significance to study the vital structure parameters of the rolling mill. Profiled bar is almost relate to all fields in daily life and all departments in national economy. It takes a very important part in national economy. Using the experience of home and abroad for reference. A new short stress line roll mill is designed . In design optimum of the draughty schedule is used and rolling force and rolling torque are calculated,which is to improve the property of the mill.In the meantime,a thorough research is done about the theory of the mill. Technology design and manufacture of roll. The structure principles and design features of short stress line roll moll.The design adopt some precise calculation formula and provide some full and allurate picture of analysis for and structure.Keywords： rofiled bar；hort stress line roll mill ；thory of deformation摘 要 ......................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................II第 1 章 緒論 ..........................................................................................................11.1 鋼軋機的分類 ...............................................................................................11.2 中小型及線材軋機的發(fā)展及趨勢 ...............................................................21.2.1 中小型材狀況及其發(fā)展趨勢 .........................................................21.2.2 線材生產及其發(fā)展 .........................................................................3第 2 章 短應力線軋機的結構特點分析 ..............................................................32.1 短應力線軋機的機械結構特點 ...................................................................32.1.1 輥系裝配 .........................................................................................32.1.2 軸向調整機構 .................................................................................22.1.3 壓下螺母與球面墊 .........................................................................22.1.4 輥縫調整機構 .................................................................................22.1.5 軋輥平衡裝置 .................................................................................22.2 與普通牌坊式軋機相比短應力線軋機的優(yōu)點 ...........................................22.3 線成品架軋機的軋輥軸向竄動控制 ...........................................................22.3.1 短應力線軋機軸承的結構和特點 .................................................22.3.2 圓錐滾子軸承的裝配形式 .............................................................32.3.3 短應力線軋機產生軸向竄動的原因分析 .....................................32.4 短應力線軋機防竄輥技術研究與應用 .......................................................82.4.1 軋機竄輥的原因 ...........................................................................82.4.2 防竄輥技術的主要內容 ...............................................................8第 3 章 短應力線軋機的形式 ..............................................................................33.1 傳統棒、線材軋機結構演變 .......................................................................33.1.1 軋材尺寸精度與軋機機座剛度的關系 .......................................33.1.2 小型棒、線材軋機工作機座的演變途徑 ...................................43.2 預應力軋機的原理及特點 ...........................................................................53.3 短應力線高剛度軋機原理及特點 ...............................................................73.3.1 高剛度軋機發(fā)展概況及結構演變 ................................................93.3.2 高剛度軋機在推廣使用中遇到的問題 ......................................113.4 HGR 型軋機及其結構特點 ..........................................................................133.4.1.機架 .............................................................................................143.4.2.軋輥軸承裝配 .............................................................................153.4.3 軋輥裝置裝配 .............................................................................163.4.4.輥縫調正用蝸輪箱裝置 .............................................................173.4.5 橫向調正和鎖緊裝置 .................................................................173.4.6.傳動接軸 .....................................................................................183.5 SY 短應力線軋機自位機構改造探討 ........................................................193.5.1 軸承燒損的主要原因 .................................................................203.5.2 SY 短應力線軋機自位機構分析 ...............................................213.6 軸承座彈性變形 .........................................................................................233.6.1 軸承孔載荷分布 .........................................................................233.6.2 軸承的使用于維護 .....................................................................253.7 彈性阻尼體技術及其應用 .........................................................................283.7.1 彈性阻尼體性能 .........................................................................283.7.2 彈性阻尼體的制備及性能特點 .................................................293.7.3 彈性阻尼體的應用 .....................................................................29第 4 章 短應力線軋機的計算與校核 ..............................................................34.1 軋制力與軋制力矩的計算 ...........................................................................34.1.1 計算平均單位軋制力 Pm .............................................................34.1.2 計算軋制壓力 P ...........................................................................24.1.3 軋制力矩的計算 ...........................................................................34.2 軋輥強度及撓度的校核 ...............................................................................34.2.1 有槽軋輥的強度校核 ...................................................................44.2.2 軋輥撓度的校核 ...........................................................................54.3 軸向調整裝置 ...............................................64.4 壓下螺絲的校核 .............................................7結束語 ..........................................................2參考文獻 ........................................................3致謝 ............................................................5第 1 章 緒論1.1 鋼軋機的分類型鋼生產歷史悠久，品種規(guī)格繁多，用途廣泛，在軋鋼生產中占有非常重要的地位。據統計各類形狀的型鋼有 1500 多種，尺寸規(guī)格達 3900 多個，在我國型鋼被廣泛應用在能源、交通、農田水利、房屋建筑等基礎設施。據 1997 年的統計資料表明，我國型材的比例占鋼材總量的 62.62%，遠遠高于 30%的世界水平。 型鋼軋機按照其用途及生產產品的規(guī)格可以分為軌梁大型、中小型及線軋機三大類。大型軋機的軋機形式有萬能鋼梁軋機、橫列式、大型軌梁軋機、跟蹤式軋機，中小型軋機的軋機形式有橫列式中型軋機、連續(xù)式中型軋機、橫列式小型軋機、半連續(xù)式小型軋機、連續(xù)式小型軋機，線材軋機的軋機形式有橫列式、半連續(xù)式、連續(xù)式、高速線材軋機。1.2 中小型及線材軋機的發(fā)展及趨勢 1.2.1 中小型材狀況及其發(fā)展趨勢 我國中小型型鋼品種包括碳素鋼和低合金鋼的簡單斷面和異型斷面的型材以及合金鋼的簡單斷面型材。發(fā)達國家中小型型材的比例占鋼材總量的的 6—15%。我國成品鋼材中，中小型材占 20—30%，其中大部分是小型型材。我國中小型材生產于發(fā)達的工業(yè)國家相比差距很大，尤其是產品質量、品種不能適應市場對小型材應變的要求，主要表現在以下幾個方面： （1） 橫列式軋機數量多， 這部分軋機平均產量低， 大部分形不成經濟規(guī)模，導致能耗高，勞動生產率低，成本高，經濟效益差。 （2）生產工藝簡單，設備陳舊，許多軋機兩火成材，不能與連鑄坯銜接。 （3）原料斷面小，單重低，成材率低。 （4）軋機設備水平低，剛度差，產品精度低。（5）車間綜合裝備水平低，缺乏機械化和自動化。 隨著國內鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和鋼鐵市場有賣方市場轉變?yōu)橘I方市場，由國內競爭轉變?yōu)閲H競爭，中小型材產品必須做到高質量、高效益，要做到這一點，我們必須充分發(fā)揮已建或在軋機的作用，在完全消化吸收引進設備的先進技術前提下，必須加速對現有橫列式軋機的技術改造。 （1）淘汰一批工藝落后、設備陳舊、形不成規(guī)模、產量低、能耗高、勞動生產率低、成本高、缺乏競爭能力的調坯軋材的橫列式軋機。 （2）對一些具有煉鋼、連鑄設備的企業(yè)，采用可靠的新工藝、新技術、新設備對現有軋機進行全面改造，實現連續(xù)化，采用連鑄坯，一火成材。 （3）對于那些改造成連軋有困難，但自身條件好，具有特色的調坯軋材的橫列式軋機，要提高軋機的裝機水平，采用高剛度軋機，提高產品尺寸精度，降低能耗，并且充分發(fā)揮橫列式軋機的優(yōu)點，生產一些特殊斷面、小坯量型材。 （4）小型材軋機的改造要立足國內設計、制造。 中小型型鋼軋機的產品發(fā)展趨勢：由簡單斷面型材向高剛度方向發(fā)展，異型斷面型材向輕型薄壁化方向發(fā)展。從軋機布置形式上，中小型型鋼軋制向著半連續(xù)化、連續(xù)化方向發(fā)展，尤其是小型材生產。從裝備水平上，廣泛采用短應力線、高剛度軋機，并且有的軋機可以進行平、立轉換，擴大了軋制產品的品種，提高了產品質量。 1.2.2 線材生產及其發(fā)展 我國自 80 年代以來，線材生產有了長足的進步和發(fā)展，線材產量及消費量不斷提高，我國線材產量占鋼材產量的比例及占世界線材總產量的比例比較高。但我國雖然已是線材生產大國，但與先進國家仍有很大的差距，主要表現在高速線材的比例低，硬線及合金鋼等高附加值線材比例低，控冷線的比例低，總體質量水平低。 我國目前高線比例僅為 42%，其余均由復二重式或橫列式軋機生產。復二重式或橫列式軋機工藝技術落后，產品尺寸精度低，盤重小，規(guī)格少，性能差，耗能高，在冶金生產結構調整中應予以淘汰并建高線軋機代替其生產。線材軋機的演變是朝著高速、連續(xù)、無扭、單線、組合結構、機械化、自動化的方向發(fā)展的，用戶對線材產量、盤重、精度、性能等方面的不斷增長促進了線材軋制的發(fā)展。第 2 章 短應力線軋機的結構特點分析2.1 短應力線軋機的機械結構特點 近幾年，在冶金機械線棒材行業(yè)中，短應力線軋機因具有投資少、見效快、安裝調整方便、易于操作、軋制廢品少、重量輕等優(yōu)點，受到軋鋼廠家的普遍歡迎，定貨量呈上升趨勢。因此對短應力線軋機的結構特點進行深入的分析，對今后產品的設計、制造是非常有必要的。短應力線軋機是一種高剛度軋機，在軋制過程中，軋制力所引起的內力沿各承載零件分布的應力回線縮短。該軋機主要由輥系裝配、輥縫調整機構、軸向調整機構、拉桿裝配等組成。 2.1.1 輥系裝配 由于采用了四列短圓柱軸承，其軸承壽命長，承載能力大，但四列短圓柱軸承只能承受徑向力，不能承受軸向力，故又采用了雙列角接觸球軸承來承受軸向力，由于四列短圓柱軸承的外圈可以自由脫出，這樣內圈就可以事先套在軋輥輥頸上，外圈則可先裝入軸承座內，將軸承座推到輥頸上與內圈配合，軸承座與軋輥的裝配就變成了軸承本身的自裝配。從該裝配可以看出，軸承和軸承座受力情況好，且由于該軋機取消了集中載荷的壓下螺絲，采用四列短圓柱軸承，使軸承受力均勻，應力降低，故與牌坊式軋機相比軸承壽命有顯著提高。 2.1.2 軸向調整機構 該機構是由一軸通過軸套與萬向聯軸器相連接，進行外置式軸向調整。該機構調整方便，結構設計新穎。 2.1.3 壓下螺母與球面墊 壓下螺母通過標準螺釘與軸承座聯接在一起，即壓下螺母不能相對于軸承座轉動。當拉桿轉動時，壓下螺母帶動軸承座升降，實現輥縫的調整。壓下螺母在所有的零件中受力比較大，且更換不方便，調整時與拉桿螺絲相對運動發(fā)生摩擦，故選用耐磨材料；但由于它與拉桿相比較，制造簡單，體積小，所以螺母材料應略次于拉桿材料；為防止擠壓面膠合，壓下螺母材料選用鑄造青銅。球面墊與壓下螺母配合調心起一個鉸鏈點的作用。當軸向調整軸承座或安裝誤差使拉桿被迫歪斜時，球面墊允許拉桿有一個小范圍的擺動以減小軸承的邊緣負荷，提高軸承壽命，球面墊要滿足硬度和表面耐磨性的要求。2.1.4 輥縫調整機構 輥縫調整機構用于調整輥縫的大小。由于調整行程比較小，且不需要經常調整，所以采用手動或液壓馬達壓下，該裝置采用大傳動比的蝸輪蝸桿減速，因此省力，結構緊湊。圖 1 為輥縫調整機構原理圖，由一套蝸輪蝸桿帶動拉桿旋轉實現輥縫調整，即四個蝸輪與一個長蝸桿相嚙合，每個蝸輪又與輥系一個拉桿以鍵相聯接，蝸桿軸上安裝有內齒圈和外齒軸套兩個齒形離合器，可以同時壓下，也可以單側壓下，選用齒形為花鍵的牙嵌離合器，這種齒形可以傳遞較大的力矩且容易嚙合。壓下機構調整完畢后，蝸輪蝸桿傳動機構能自鎖。從輥縫調整機構可以看出，由于取消了壓下螺絲，進一步縮短應力回線，提高了該軋機的剛度，從而獲得了高精度產品，減少了軋制廢品，提高了軋機產品成材率。拉桿上、下兩端有旋向相反的T 形螺絲起壓下螺絲作用，拉桿上頂端與蝸輪箱配合，下頂端與小底座配合，它聯接上、下軸承座，代替普通軋機的牌坊承受軋制力、支承輥子及壓下機構的重量，并且參加壓下傳動實現對稱調整。因此，要求拉桿具有較高的強度、剛度和較好的韌性，能承受交變負荷且要耐磨，故拉桿采用S34Cr2Ni2Mo。采用這種結構實現了對稱調整，保證了軋制線固定不變，從而，使導衛(wèi)裝置的調整、安裝、維護都很方便，減少了操作事故和工藝事故，提高了成材率和作業(yè)率。 圖 1 輥縫調整機構2.1.5 軋輥平衡裝置 由于軸承座及上軋輥的自重使拉桿螺絲與壓下螺母之間產生間隙。此間隙若不消除，則軋鋼時將在間隙處產生沖擊，影響整個機座的剛度，因此必須采用平衡裝置來平衡上軸承座和上軋輥的重量以消除間隙。 2.2 與普通牌坊式軋機相比短應力線軋機的優(yōu)點 由于縮短了應力回線，提高了軋機的剛度，從而獲得了高精度產品；設計緊湊，體積小，重量輕，簡化了裝配，減少了大量的基礎工作；在軋制期間更換輥環(huán)時，導衛(wèi)裝置保持在原有位置，不需要更新移動；軋輥輥縫對稱調整，保證了軋制線固定不變，因而，延長了導衛(wèi)裝置的壽命。 需要解決的問題: (1)短應力線軋機都備有二套以上的輥組，換輥時將舊輥組取下，換上新輥組，所需的備件多，包括軋輥、軸承座、拉桿、蝸輪箱、蝸桿等，相對增加成本。 (2)由于壓下螺母受力較大，且更換不方便，如有損壞，需要將整套輥組及蝸輪箱等全部更換。 (3)短應力線軋機各部件的加工精度高，所需要加工設備精度高。 2.3 線成品架軋機的軋輥軸向竄動控制 高剛度軋機具有精度高、換輥及調整方便等優(yōu)點。但由于軋機在安裝、維修等方面仍存在問題, 造成產品尺寸時有超差現象。軋機軸竄、軸向不穩(wěn)定是造成鋼材尺寸超差的一個主要因素。 因此, 減少甚至消除軸向不穩(wěn)定造成的軸向竄動成為一個亟待解決的問題。2.3.1 短應力線軋機軸承的結構和特點 短應力線軋機成品架軋輥軸承四列短圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承。四列短圓柱滾子軸承僅承受徑向力, 既軋制力, 不承受軸向力; 圓錐滾子軸承承受軸向力, 用于軋輥的軸向定位, 防止軋輥的軸向竄動。2.3.2 圓錐滾子軸承的裝配形式 圓錐滾子軸承安裝在軋輥的一端, 即四列短圓柱滾子軸承的外側, 如圖 1 所示, 圓錐的安裝方式。錯誤的安裝會造成裝拆困難, 甚至無法定位等。兩盤軸承之間(外圈) 加一定距環(huán), 以保證兩盤軸承之間有一定的游隙,以保證兩盤軸承之間有一定的游隙, 一般掌握在 0. 03mm～ 0. 05mm 之間。圖 1 短應力線軋機軸承布置圖 1 軸承座 2 螺釘 3 端蓋 4 軸承 5 軸套 6 螺釘 7 定距環(huán) 8 內端蓋 9 軸承 10 軋輥2.3.3 短應力線軋機產生軸向竄動的原因分析2.3.3.1 軋機布置的影響 五架短應力線軋機成橫列式布置, 如圖 2 所示。兩架軋機之間用齒接手連接, 軋機轉速為 493r m in, 電機功率為 1250kW , 在軋制過程中一o?般有 3～ 4 架軋機同時過鋼, 傳動扭矩較大, 每軋一條鋼就有一次沖擊載荷, 同時由于齒接手使用一段時間后, 產生磨損, 間隙較大, 傳動軸隨著跳動和軸向竄動, 其后果造成對軋輥有一定的軸向沖擊力, 而且這個力是周期性的。 圖 2 橫列式軋機布置示意圖2.3.3.2 軋制過程的影響 在軋制過程中, 過鋼次數增加, 導板不斷磨損, 造成導板之間間隙變大, 軋槽的不均勻磨損, 軋件跳出圍盤時, 也是左右擺動, 較為劇烈, 這就造成了軋制力不僅僅是徑向力, 而且還有一定的軸向力(這個軸向力也是不穩(wěn)定的)。 2.3.3.3 軸承固定分析 短應力線軋機的軸向調整機構是由 11 條 M 14×140 螺栓緊固在一起。圓錐滾子軸承與軋輥是靠 3 條 M 20×50 螺栓來固定。從圖 1 所示看出至少有 5 個部件是靠螺栓聯結在一起, 由于加工精度的影響和螺栓預緊力的不均勻, 在一定載荷的沖擊下, 必將產生一定的間隙。 從以上幾個方面分析來看, 傳動軸在傳動過程中產生的軸向力是一定頻率下的軸向振動所致, 而軋件在軋制過程中使軋輥在軸向上也要產生一定頻率下的振動, 這兩個力在一定的條件下就有可能產生周期性振動,其振動的結果必然產生一個較大的軸向力作用于軋輥。從前面的結構分析, 如果軋機使用一段時間后緊固螺栓的預緊力減小, 軸承磨損后游隙稍微加大一點, 當振動頻率相接近時, 振動增強, 使得軸承及相關部件的彈性變形也增加, 從而使軋輥軸向竄動加大, 當竄動量達到一定極限時, 造成批量廢品。 2.3.3.4 裝配后的軋機軸向竄動檢測 短應力線軋機在線軋輥采用整機架更換, 軋機的裝拆在裝配間進行。軋機裝配完畢后, 為保證軋機正常生產, 驗證裝配質量, 預防軸向竄動, 需對裝配完畢后的軋機進行靜態(tài)軸向竄動的測試。 (1) 測量工具 鐘表式百分表, 磁性表架, 軋輥固定框。(2) 檢測方法 用固定框架將兩軋輥軸頭固定, 測量時,軋輥不發(fā)生相對轉動, 以免造成測量數據出現誤差。將下軋輥軸頭端面擦拭干凈, 將磁性表架磁塊放到下輥端面上, 百分表觸頭與上軋輥端面輕輕接觸。測試安裝時必須保證百分表的觸頭垂直于被測量的軋輥端面, 否則會產生誤差。 對軋輥施加力的作用, 見圖 3, 施加力 測出 在百分表上可以讀出數據, 1F1L?施加力 ，測出 數據。2F2L?圖 3 測軸向竄動示意圖F1，F2 作用力均大于 10kN , 上下兩軋輥的軸向竄動量為 12L???為了確保軋機正常生產及裝配質量, 每裝完一架軋機, 作一次靜態(tài)軸向竄動檢驗, 將測得數據記錄入冊, 依此做為檢驗軋機裝配質量及裝配精度。生產實踐證明, 軸向竄動量≤0.12mm 是能夠滿足軋機正常生產的。在實際生產中當有測試靜態(tài)軸向竄動數據大于 0.12mm 這個數據時, 就應該更換推力軸承和減小定距環(huán)間隙了。(3) 兩軸承外圈之間隙測量方法 將兩盤推力軸承裝成“外八字”形式放到專用工具的底盤上, 見圖 4。用油壓千斤頂給底盤施加約 49kN 力的預加載荷, 使兩盤軸承內圈端面緊緊接觸, 這時轉動軸承內圈應活動自如。用塊規(guī)測量兩盤軸承外圈之間的距離 ΔL 由測出的 ΔL 數據來確定所需定距環(huán)原始坯料尺寸及精加工修磨尺寸。 圖 4 測軸承間隙示意圖 1 底座 2 立柱 3 水平平臺 4 千斤頂 5 下底盤 6 定距環(huán) 7 推力軸承 8 上底盤2.3.3.5 預防竄動措施 (1)預加軸向載荷 為了防止和消除這種同周期振動引起的軸向竄動, 可以在安裝軸承時預先給予一定的軸向載荷。圓錐滾子軸承每兩盤外圈之間裝一定距環(huán), 如圖 1 所示, 使兩盤軸承外圈之間產生預緊力, 提高軸承的配合精度, 減少或消除軸承的原始游隙。(2)確定毛坯定距環(huán)尺寸用預加載荷的方法和圖 4 所示工具，測得圓錐滾子軸承外圈的距離，最后確定圓錐滾子軸承的毛坯定距環(huán)尺寸。 (3)定距環(huán)精確尺寸確定 根據測得軸承不同 ΔL 尺寸, 配出相對應定距環(huán)的精確尺寸, 具體步驟如下:在確定了的$L 的兩盤軸承上打上序號。將毛坯定距環(huán)按 ΔL 的尺寸進行磨削, 精度達到表 1 的要求。在磨削后的定距環(huán)上做出相同的序號。以前測軸承間隙為壓重物法, 這種方法在實際應用中存在很大的弊端, 為了消除這種弊端帶來的精確度不高的影響, 設計了如圖 4 所示的專用工具, 很好地解決了實際操作中壓重物法所存在的缺陷。優(yōu)點是: 有一水平作基準面, 同心度好，用油壓千斤頂將 49kN 的力作用在底盤上, 軸承受力均勻; 測量準確, 簡單易行。2.4 短應力線軋機防竄輥技術研究與應用 2.4.1 軋機竄輥的原因 短應力線軋機竄輥的原因主要包括軋機張力柱本身剛度差;軋輥軸承座無軸、徑向固定裝置;張力柱、調整銅螺母及球面墊加工精度不夠導致裝配間隙大;定位軸承不可靠等。 2.4.2 防竄輥技術的主要內容 防竄輥技術的主要內容有: (1) 銅螺母定位調整; (2) 球面墊改進; (3) 張力改進; (4) 增加軋輥軸承座軸、徑向固定裝置; (5) 定位軸承改成可調式。 2.4.2.1 銅螺母定位調整 使銅螺母與軸承箱孔間隙縮小,提高銅螺母加工精度,銅螺母加工工藝如圖 1 所示。圖 1 銅螺母加工工藝2.4.2.2 球面墊改進 圖 2 球面墊加工工藝2.4.3.3 張力柱改進 提高張力柱加工精度，力柱加工工藝如圖 3 所示。圖 3 張力矩加工工藝2.4.3.4 增加軋輥軸承座軸、徑向固定裝置 增加軋輥軸承座軸、徑向固定裝置主軋機上下輥固定端左右支撐臂制作四個防竄裝置,控制軸承座的軸向竄動量,軸承座的凸臺加高到 80 mm ,凸臺兩側面表面粗糙度為以上, 確保防竄裝置與凸臺面接觸,凸臺寬度不變。強度的要求:在立式狀態(tài)下,防竄裝置承載力應大于軋輥及軸承箱重力+ 軸向力(軋制 Φ40 mm 以上軋時軋制力) 。防竄裝置兩內側調整塊,表面粗糙度為以上,材質選用合金鋼,以防沖擊變形、磨損。在不妨礙其它部件的條件下,防竄裝置應盡可能制作大,確保裝置的強度。特別下輥受軋機底座的影響,安裝防竄裝置空間太小,只能制不規(guī)則的形狀。2.4.3.5 定位軸承改成可調式 軸承內圈為整體式,外圈為兩半式的,中間留有間隙,外圈間隙可調,上輥的定位軸承通過帶螺紋的端蓋進行間隙調整,下輥軸向間隙的調整,通過對端蓋進行改進實現。軋機的軸承座及固定方式不能變。第 3 章 短應力線軋機的形式短應力線高剛度軋機是我國于“七五”期間迅速發(fā)展起來的一種新機型。此類軋機具有投資少、見效快、安裝調整方便、易于操作、軋制廢品少、重量輕等優(yōu)點，受到軋鋼廠家的普遍歡迎。我國第一臺短應力線軋機 GY 型短應力線軋機自誕生以來就發(fā)揮了其巨大的優(yōu)勢，這種軋機注意了工藝與設備的結合，簡便、好用、可靠，為我國大量的中小軋機技術改造及新軋機的建造闖出了一條新路。在 GY 型短應力線軋機之后出現的各種型號的短應力線軋機在推動我國膠木瓦軸承軋機的技術改造方面也起到了應有的作用。 目前這一成果已被國內 200 多家中、小型鋼鐵企業(yè)(相當于我國國有中、小型鋼鐵企業(yè)的三分之二以上)所采用，并取得了巨大效益。3.1 傳統棒、線材軋機結構演變?yōu)檫m應中小型型鋼、棒材、線材生產的需要，實現高產優(yōu)質低耗，線、棒材軋機無論在自身結構還是在傳動方式和機架結合形式等方面都出現了很大變革。3.1.1 軋材尺寸精度與軋機機座剛度的關系 隨著用戶對產品精度要求的日益提高，高精度軋制也越來越顯示出其重大的經濟意義。它可以提高收得率 5~10%，并為拉拔工序提供優(yōu)良原料，提高拉絲質量和拉模壽命。此外，高精度軋材可達到拉拔尺寸公差，如無特殊性能要求可以以軋代拔，省去拉拔工序[2]。 生產實踐證明[1]， 軋機縱向及軸向剛度與產品尺寸精度有十分密切的關系： 00phsfk??h——軋件高度 S0——軋輥孔型高度 f ——軋機彈性變形 P——軋制力K——軋機縱向剛度系數 pKf?由于在軋制過程中的工藝參數(軋件溫度、 尺寸、 軋輥表面狀態(tài)和冷卻潤滑條件等)是不穩(wěn)定的，因而軋制力是波動的。這就使軋件隨軋制力的波動量 ΔP 而產生斷面尺寸波動量 Δh（ ） ，只有提高軋機縱向/hpk??剛度系數 K 才能使 Δh 減小。對于圓鋼而言，軋材的精度還取決于軋機對軋輥軸向竄動的控制能力。軸向竄動對橢圓度的影響最敏感，若軋輥軸向竄動量為 a，則橢圓度 θ =1.4a。 軸向竄動量決定于止推軸承的游隙、 軸向零件的彈性變形(軸向剛度)及軸向零件間因加工及裝配精度而出現的間隙。因此減小軸向竄動一要消除或減小間隙，二要提高軸向剛度。3.1.2 小型棒、線材軋機工作機座的演變途徑 我國傳統的中、小型軋機剛度低，難以進行精密軋制，目前我國現有的老軋機生產的產品一般只能達到普通精度公差，達不到較高精度公差。老軋機軋鋼時彈跳大，自鎖性能差，軋件尺寸波動，產品精度差，容易造成卡鋼等工藝事故，對連軋影響更大，造成成材率和作業(yè)率低，工人勞動強度大；軋機的預調性能差，不能實現對稱調整，經常出現彎頭、纏輥等工藝事故。這些老式傳統軋機大都不能滿足高級優(yōu)質鋼材的精密軋制和給高速機組提供精坯的要求。因而結合國情，研制高剛度軋機以改造老軋機便成為當務之急。提高軋機工作機座的剛度的實質歸根結底在于減少工作機座的彈性變形。工作機座的彈性變形 f 由兩部分組成：bkff??式中 —軋輥彎曲變形bf—工作機座中受壓零件壓縮變形和受拉零件拉伸變形之和k為了減少 ,生產工藝允許的條件下，現代小型與線材軋機均設計成短bf輥身，或者增大輥徑。至于如何減小 瑞典 Hans.Gedin 等人指出，軋機kf機座的剛度是受力元件的截面積和長度二者的函數，即3312kLPWf KEAI????????式中 P——作用在單片機架上的軋制力E——彈性模量I——慣性矩 K——系數L1、L2、L3、W—軋機中相應變形部位的長度(參見圖 1-3a)A1、A2、A3—軋機中相應變形部位的斷面積公式(1-3)將復雜的應力狀態(tài)簡化為簡單應力狀態(tài)，認為受力元件是純拉或純彎，沒有考慮剪切應力引起的變形。這是虎克定律在軋鋼機座中的有效應用并指明了影響軋機機座剛度的兩個直接因素：截面尺寸和應力線長度。3.2 預應力軋機的原理及特點 采用預應力的方法可減少軋機彈跳變形,預應力軋機也是一種高剛度軋機。它的基本原理是[3,4]：利用受壓零件在軋制前對機架施加預應力，使其處于受力狀態(tài)。這樣在軋制時，由于預應力的作用，機架的彈性變形變化減小，從而提高了軋機的剛度。如圖 1-1 所示，預應力軋機[5~7]在機架的橫梁與下支撐輥軸承座之間增設預應力拉桿 5，以及在下橫梁與下軸承座之間裝設預應力加載液壓缸 8。軋制前，液壓缸 8 對機座進行預應力加載，此時機架受拉力，而下軸承座 7 和壓桿 5 則受壓力，其大小都等于預緊力(通常預緊力要大于 1.5 倍的軋制力)。在預緊力 P0，機架產生拉伸變形 l1 件產生壓縮變形 l2 。一般情況下l1 和 l2 與 P0 成正比。如圖 1-201plk?02lk式中 K1 ——機架剛度系數 K2 ——受壓零件的剛度系數由圖 1-2 知 K = tg ，而 tg > 0 ，所以 永為正值； = 1?1K2，而 tgβ < 0 所以 永為負值。tg?2圖 1-2 中直線 AB 表示機架受力與變形的關系，直線 CD 則表示受壓零件的受力與變形的關系。 軋制時， 在軋制力 P 的作用下， 機架上的作用力由 變?yōu)? ，變形由 變?yōu)?，增加了一個 δ 。受壓件的作用0P11l'1l力由 變?yōu)? ，變形由 變?yōu)? ，減少了一個 δ 。由圖可見：22'21012()()PK??????所以，由軋制力 P 引起的軋機的彈性變形 δ12K?此時，預應力軋機的剛度系數為 K = K1 + K2 。 對于一般軋機，在軋制力 P 作用下，機架和受壓件的彈性變形之和即為軋機的彈性變形 δ 1212lK???故一般軋機的剛度系數 '12?12'12K??由式(1-8)可見，預應力軋機的剛度系數要比普通軋機的剛度系數大。但是預應力軋機采用液壓螺母和壓桿，使軋機結構變的復雜，加工精度要求提高，尤其對壓桿的制造質量要求較高，為了施加預應力，還需備有高壓油泵和一套油壓系統。當換輥或改變軋輥直徑時，需要換上軋輥軸承座與半機架之間的調整墊片，而且預應力軋機不能實現對稱調整。3.3 短應力線高剛度軋機原理及特點 所謂短應力線軋機是泛指應力回線縮短了的軋機，前文已經指出影響軋機剛度的兩個直接因素是截面尺寸和應力線長度?？吭黾咏孛娉叽鐏硖岣邉偠龋厝粚е聶C架笨重粗大。合理的途徑是盡量縮短應力線，這就是短應力線軋機的原理[8~11]。 圖 1-3 所示為短應力線軋機和普通軋機應力回線的比較。短應力線軋機是所有軋機中應力線最短的。這種軋機的應力線是緊緊圍繞軋輥輥徑軸承的橢圓形。這是由于取消了壓下螺絲和機架的結果，拉桿安裝的與輥徑軸承的外圈極為接近，使 W 值很小(圖 1-3)，軋機的配合面是最少的(由于負荷零件的減少，使得他們之間的配合面也減少了)，軋機軸承具有較大剛度，所有這些都使軋機變形量減少，從而保證了軋機的高剛度。短應力線軋機不采用預應力，沒有機架，走短應力線、少配合面分散載荷的設計思路，使軋機外觀小巧，加工簡便，剛度高。避免了靠增加截面尺寸來提高剛度而導致機架笨重粗大的不經濟做法。并且短應力線高剛度軋機不需要象預應力軋機那樣對機架等受力零件施加預應力而得到較高的剛度，軋機結構和操作相對簡化，圖 1-4 為三種軋機剛度曲線。 1-3 普通軋機與短應力線軋機應力回線圖 1-4 軋機剛度曲線短應力線軋機離線預裝、預調，整體吊裝換輥，可以減少在軋線上換輥與調試的時間，提高軋機作業(yè)率，減少調試廢品。沒有笨重的鑄鋼牌坊，設備加工制造容易，制造周期短。軋機采用滾動軸承，其彈性變形、摩擦系數、 單位時間內的磨損量遠比舊式軋機(大多采用膠木瓦軸承)小， 產品精度、工作穩(wěn)定程度均大于膠木瓦軸承。短應力線軋機所用滾動軸承和十字軸式萬向連軸器(或尼龍棒接軸、弧形齒輪軸等)，比舊式軋機的膠木瓦與梅花軸套傳動平穩(wěn)、振動小、噪音小，更適合于高速傳動。此外，滾動軸承摩擦系數小，主電機啟動電流與工作電流小，電耗低，也是短應力線軋機的一大優(yōu)點。3.3.1 高剛度軋機發(fā)展概況及結構演變 從前面的分析可知單純靠增加截面尺寸來提高剛度是不可行的，合理的途徑使盡量縮短應力線，高剛度軋機即基于此種思想應運而生，并迅速發(fā)展起來。第一代剛度軋機大約在四十年代中期，由瑞典中央、莫格斯哈馬公司研制的 P500 型無牌坊軋機。它最先開始擺脫了機座的傳統設計思想的束縛，取消了傳統軋機的牌坊，用拉緊螺桿將兩個剛性很大的軸承座連在一起，縮短了應力線長度[1,14]，如圖 1-5 所示[1]。 這種軋機無牌坊，它采用輥系全懸掛三角架側邊支撐結構，軸承座上端中部裝有壓下螺絲，通過四根拉桿實現上軸承座的升降來進行輥縫對軋制線的非對稱調整。由于輥系采用全懸掛的支撐方式，所以無論是軸向調整還是在軋制狀態(tài)，四根拉桿總是鉛垂的而保證受純拉力，因而這種軋機的桿系結構是穩(wěn)定的。但是由于三角機架側邊支撐結構采用側邊軸向固定與調整，固定點距軋輥的軸線有一偏心距離，造成軸向剛度不高，而且三角架擋住了聯結扳手空間，使接軸裝拆不便。非對稱調整增加了軋制中導衛(wèi)板的調整工作量。另外，它保留了單獨的壓下螺絲和上橫梁，應力線縮短不夠理想，且上輥軸承和軸承座受壓下螺絲傳遞集中載荷(軋制壓力)的作用，其受力情況較差，軸承壽命受到影響。 后來，瑞典人改進了第一代無牌坊軋機，將上軸承座的集中載荷—壓下螺絲，改為分散載荷，其下軸承座不變。這樣就使得應力線進一步縮短，改善了上軸承座的受力情況。但主要缺點是不能實現對稱調整，如圖 1-6所示。 圖 1-5 第一代無牌坊軋機 圖 1-6 改進的第一代無牌坊軋機第二代高剛度軋機是六十年代以瑞典中央、莫格斯哈馬公司研制的P600 型軋機為代表的。與 P500 型軋機相比，它取消了壓下螺絲和上橫梁，因而使軋機應力回線又趨縮短，進一步提高了軋機的縱向剛度和軸承壽命。我國 GY-I 型短應力線軋機就是根據 P600 型的原理設計的[2,7]。第二代高剛度軋機采用兩根拉桿落地、兩根拉桿懸空的輥系半懸掛三角機架側邊支撐機構，利用拉桿上、下部的正反扣螺紋，轉動拉桿，實現輥縫對軋制線的對稱調整，如圖 1-7 所示。 第三代高剛度軋機由 Pomini Farrel 公司于八十年代初研制成功，也稱“紅環(huán)”軋機(Red-Ring Stands)， “紅環(huán)”即指軋機的應力回線，如圖 1-8 所示。這種軋機拉桿支撐由頭部改在中部，整個輥系通過拉桿中部支撐 在半機座式底座上，使軋機穩(wěn)定性明顯高于第二代高剛度軋機。同時通過 加大拉桿直徑，減小壓下螺母之間的距離 f，在 s 和 S 處加大軸承座厚度等 措施使應力線盡量縮短來使軋機剛度進一步提高。 目前，短應力線高剛度軋機發(fā)展已趨于成熟，本課題中所研究的軋機即為 Pomini Farrel 公司研制的“紅環(huán)”軋機。3.3.2 高剛度軋機在推廣使用中遇到的問題 目前，高剛度軋機技術已廣泛應用于生產中，特別是小型軋機中有近一半的軋機應用了高剛度軋機，對老設備進行了單體改造更新。國內制造的第一批高剛度軋機在使用過程中存在以下問題:(1)軋輥軸向竄動量大，特別是在軋制變形抗力較大的合金圓鋼時表現更為明顯，圓鋼橢圓度有時達不到國標。 (2)有的軋機上輥平衡力不夠造成進鋼時軋輥跳動現象， 影響產品精度，甚至造成斷輥等事故。有的軋機不是“四腳著地” ，而是“兩腳著地” ，過鋼時有“點頭”現象，也造成軋制過程中的不穩(wěn)定。 (3)吊掛軸承座的三角支架過于輕便，造成剛度不夠。三角架承受軸向力，還靠它實現軸向調整。斷輥、纏輥事故時的軸向力可能造成三角架的永久性變形而影響換輥速度，甚至影響軋機的繼續(xù)使用?，F在的高剛度軋機水平較八十年代初期有了大的進步。 SY 型軋機在運用過程中得到不斷的改進和完善而獲得廣泛應用； LB 型連接板式軋機以其富有特點的設計構思引起了人們的興趣，將在更多的單位試驗應用以在生產實踐中進一步推廣。 但至今在高剛度軋機推廣應用過程中，在以下方面還不同程度的存在問題： (1)由軋輥軸向固定與軸向調整機構的問題而使軸向剛度不高。 (2)軋輥平衡力不夠，平衡彈簧壽命低。 (3)同現場使用條件下聯接軸的選擇及裝拆速度問題。 (4)軸承使用壽命低。 以上問題影響到新機型效能的發(fā)揮，應引起足夠的重視。各種不同的機型在使用中通過發(fā)現問題以促進設計的改進和提高制造質量，還要不斷修改完善新機型的技術水平。只有這樣才能使新機型具有生命力，使推廣和應用面更大。綜合小型、線材軋機工作機座的演變途徑，即提高軋機剛性，改進結構的途徑目前采用的有以下幾點措施: (1)增強牌坊整體性。改變老式開式機座的結構，盡可能采用高剛度的閉式機架或增強開式機架的聯結剛性，如采用預應力法。 (2)縮短應力線。對傳統結構的閉式機架應改變機架窗口尺寸，使窗口窄而短，增大橫梁斷面；改變工作機座的傳統結構，取消壓下螺絲，改變力的傳遞途徑和應力分布，變集中載荷為分散載荷，使應力線減到最小程度。(3)減少承載件的配合面，改善各承載體的材質、結構及加工精度以提高工作機座的配合精度，提高剛性。(4)縮短軋輥的輥身長度。 (5)對稱調整。軋輥輥縫實現對稱調整以形成一條平直不變的軋制線，使導衛(wèi)裝置永遠處于理想的中性線位置，不需因輥徑變化而經常調整，保 證軋制穩(wěn)定性，減少各種軋鋼事故的發(fā)生，提高作業(yè)率。但是，在如何進一步減少軋輥的軸向竄動，即保證產品質量的同時又不影響軸承座的自位，以及在沖擊的軋制力作用下，提高自位承載墊的壽命等方面仍缺乏足夠的理論分析和改進措施。 3.4 HGR 型軋機及其結構特點 為了適應小型型鋼、棒材、線材生產需要，實現高產優(yōu)質。小型軋機無論在自身結構還是在傳動方式和機架結合形式等方面都出現了很大變革。其中主要的結構變革是軋輥采用四列短圓柱滾動軸承和上下軸承座間使用拉桿，取消了傳統的牌坊，縮短了機架中應力線長度為提高軋機的剛度和精度開辟了新的途徑。 北京鋼院研制的 GY 型短應力線軋機，為我國小型軋機的技術改造開辟了新路，繼而各種類型的短應力線軋機紛紛出現。提高了軋機的剛度和精度，整機換輥迅速，輥縫調正方便，使這些橫列式軋機出現了新的生機。但是，近幾年推廣的短應力線軋機只限千機列的最后一架或二架上使用。筆者認為:對成品機架的技術改造固然是關鍵，但是要軋出高精度產品，要保證軋制程序的穩(wěn)定性，應該將整個精軋機列甚至于精軋機架也列入技術改造范圍內，使各道次軋出的產品偏差都控制在較小范圍內，才能保證成品質量的穩(wěn)定，容易實現負公差軋制。北京特鋼小型軋鋼廠和邯鄲鋼廠線材車間以及杭州鋼鐵廠線材車間的工藝流程就證明了這一點。 為了進一步提高短應力線軋機在較高速度條件下工作的穩(wěn)定性，改進軋輥壓下和橫向調正機構的性能，杭州鋼鐵廠設計院在綜合各種機型的結構特點基礎上，自行設計了 HGR 型短應力線軋機(見圖)。該軋機首先應用于線材復二重軋機上。該軋機結構設計合理，不僅具備短應力軋機的特性:工作穩(wěn)定可靠，調正靈活精確、操作簡單方便，可整體換輥，而且在結構上還具有獨特的優(yōu)點，較全面地提高了軋機裝備水平。HGR 型軋機的設計參數是: 軋輥直徑為 Φ290-Φ315mm軋輥長度為 600mm: 軋輥軸向調正范圍 士 2 mm 最大軋制壓力為 600KN 眾所周知，軋機的剛度是直接影響軋材精度和穩(wěn)定的主要因素之一。由剛度系數 K 的計算公式 K= P 軋 可以看出，要提高軋機的剛度，必f?須盡可能減小 (機座的總變形量)。而 ，式中 輥的彎曲變f? bkf??bf形量， 機座中各承載零件拉伸或壓縮變形量之和。kf因此提高軋機的剛度，除了增大立柱斷面積和改進機架結構外，還