初軋機的設計

摘要

伴隨中國綜合實力的飛速發(fā)展，國內制造業(yè)得到了空前的發(fā)展。制造業(yè)的發(fā)展

伴隨軋鋼技術的發(fā)展，初軋機在其制造領域中又占有相當大的比例。相關制造數據

表明，初軋機在其制造領域里發(fā)揮著越來越重要的作用。設計合理有效的初軋機結

構是提高軋鋼精度有效的手段之一。

本文設計的題目是初軋機的設計。初軋機的功能是將鋼錠或鋼坯進行初步軋制,

為成品軋機提供原料。設計之初介紹了初軋機的發(fā)展概述、現狀及發(fā)展趨勢，并分

析各類初軋機的特點。對壓下系統(tǒng)的研究應用、研究方法進行了探討及闡述。本文

在查閱了國內外相關資料的前提下，對本次設計的課題進行了機架輻的設計：工作

原理、結構設計、材料選擇、軸承選擇、輻距選取、高度選取、幅距校核驗算、減

速電機設計以及軸向鎖緊液壓缸的選型及計算等等。最終完成了對各主要零部件的

設計、計算及校核。利用AUTOCAD二維畫圖軟件進行了零件的設計和裝配，以滿足

使用要求。設計過程按照國家標準和機械設計標準來設計的。

本軋鋼機機架牌坊采用閉口式鑄鋼結構，通過橫梁將兩片牌坊連接在一起。上

輻壓下采用電動壓下。為保證快速處理軋制事故保護設備，上輻設置有液壓快速防

卡鋼裝置。上輻設置有液壓平衡裝置。上下軋輻、4個軸承座組成軋輻裝配，軋輻徑

向軸承為四列圓錐滾子軸承，軸向軸承采用雙列圓錐滾子軸承。下相通過調整墊片

高度實現軋制線固定不變。下輯設置有液壓軸向調整機構，調整行程為：5mm。軋輯

鎖緊裝置為液壓缸驅動斜面插板固定軸承座，可進行在線調整及鎖緊。上下軋輯的

冷卻通過各自的兩組冷卻噴頭進行冷卻。最終保證加工后的產品性能良好，表面光

潔度高，板型好，能夠達到所需的要求?？商岣邫C器設備的利用率，有效提高性能。

達到本次設計的綜合訓練的目的。

關鍵詞：制造業(yè)、初軋機、壓下系統(tǒng)、減速電機、液壓缸

I

ABSTRACT

WiththerapiddevelopmentofChina'scomprehensivestrength,thedomesticindustry

hasbeenanunprecedenteddevelopment.Developmentofmanufacturingtechnologywith

thedevelopmentofrolling,bloomingmillinitsmanufacturingareaandoccupiesalarge

proportion.Relatedmanufacturingdatashowedbloomerplayinganincreasinglyimportant

roleinthemanufacturingfield.ReasonableandeffectivedesignoftheearlyRollingmill

structureistoimprovetheaccuracyofoneoftheeffectivemeans.

Thisdesignisentitledbloomingmilldesign.Bloomingmillfunctionistoconducta

preliminaryingotorbilletrollingmillstoproviderawmaterialstofinishedproducts.

Beginningofthedesignpresentedanoverviewofthedevelopment,currentsituationand

developmenttrendofbloomingmill,andanalyzesthecharacteristicsofvarioustypesof

bloomingmill.Appliedresearch,researchmethodspressuresystemisdiscussedand

elaborated.Inthispaper,accessrelevantinformationathomeandabroadthepremiseof

thistopicweredesignedrackrollerdesign:workingprinciple,structuraldesign,material

selection,bearingselection,rollawayfromtheselect,highlyselected,rollawayfrom

checkingchecking,gearmotorandaxiallockinghydrauliccylinderdesignselectionand

computing.Finallycompletedthemajorcomponentsofthedesign,calculationandcheck.

AUTOCADuseatwo-dimensionaldrawingsoftwaredesignandassemblyofpartsto

meettherequirements.Thedesignprocessinaccordancewithnationalstandardsand

mechanicaldesignstandardstodesign.

Themillusesclosed-typesteelframearchstructurebythetwoarchbeamstogether.

Usingelectricpressurerollerpressure.Toensurefastprocessingrollingaccident

protectiondevices,therollisprovidedwithhydraulicquickanti-seizesteeldevices.Seton

arollerhydraulicbalancingdevice.Rollupanddown,fourbearingcomponentsroller

assembly,rollerbearingsforthefourradialtaperedrollerbearings,axialbearingsdouble

rowtaperedrollerbearings.Rollinglineheighttoachievelowerrollersarefixedby

adjustingshims.Lowerrolladjustmentmechanismisprovidedwithahydraulicaxial

adjustmentstroke:5mm.Rolllockingdeviceisahydrauliccylinderdrivebevelflapper

fixedbearing,canbeadjustedandtightenedonline.Coolingtheupperandlowerrollsare

I

cooledbycoolingtherespectivenozzlegroups.Ensuregoodperformanceofthefinal

productafterprocessing,surfacefinish,platewell,toachievethedesiredrequirements.

Canimprovetheutilizationofmachineryandequipment,improveperformance.

Comprehensivetrainingtoachievethisdesigngoal.

Keywords:Manufacturing,bloomingmill,pressuresystems,gearedmotors,

hydrauliccylinders

I

目錄

摘要...................................................................I

ABSTRACT........................................................................................................................II

第1章緒論...........................................................5

1.1初軋機發(fā)展概述.................................................5

1.1.1初軋機的標稱..............................................6

1.1.2初軋機的組成..............................................6

1.1.3初軋機的用途..............................................7

1.2初軋機的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢.....................................8

1.2.1初軋機的發(fā)展現狀..........................................8

1.2.2初軋機的發(fā)展趨勢..........................................9

1.3壓下系統(tǒng)的研究及應用...........................................9

1.4壓下系統(tǒng)的研究內容和方法......................................10

1.5本課題研究的價值及研究內容....................................11

1.5.1本課題研究的價值.........................................11

1.5.2本課題研究的內容.........................................11

第2章機架輯的設計..................................................13

2.1機架輻的工作原理...............................................13

2.2機架輻的結構設計..............................................13

2.2.1實心機架餛................................................13

2.2.2機架輻輻身形狀的選擇.....................................13

2.2.3機架輻材料的選取.........................................14

2.2.4機架輯軸承的選取.........................................14

2.2.5機架輯相距的確定.........................................14

2.2.6機架輻高度的確定.........................................14

2.2.7機架餛相距的校核驗算.....................................15

2.2.9機架餛滾動軸承的壽命計算..................................16

2.2.10機架輻的性能描述........................................18

2.2.11機架輻軸承座夾緊設計結構................................18

2.2.12機架輻的更換步驟........................................21

2.2.13機架輯的維護檢修........................................21

2.2.14機架輻結構分析..........................................22

2.3機架輯減速電機的設計..........................................22

2.3.1輸出軸運動和動力參數的確定...............................22

2.3.2軸的材料的選擇...........................................23

2.3.3軸最小直徑的確定.........................................23

2.3.4軸的結構設計.............................................23

2.3.5軸的受力分析.............................................25

3

2.3.6按彎扭組合強度較核軸的強度...............................28

2.3.7齒的類型、材料及齒數的確定...............................29

2.3.8按齒根彎曲疲勞強度設計...................................29

2.3.9修正計算結果.............................................30

2.3.10計算幾何尺寸............................................31

2.3.11校核齒面接觸疲勞強度....................................31

2.3.12齒輪傳動的潤滑..........................................32

2.3.13聯(lián)軸器的工作情況........................................32

2.3.14聯(lián)軸器的分類............................................32

2.3.15齒輪箱軸承的選用和壽命計算..............................32

第3章軸向鎖緊液壓缸的設計..........................................37

3.1液壓缸類型的確定..............................................37

3.2工作壓力的確定................................................39

3.3缸筒設計......................................................39

3.4活塞桿設計...................................................43

3.5液壓缸的密封設計.............................................45

3.6排氣裝置.....................................................46

第4章結論...........................................................47

致謝..................................................................48

參考文獻..............................................................49

4

第1章緒論

1.1初軋機發(fā)展概述

初軋機也稱開坯機或者鋼坯軋機，一般把將被加工的材料在旋轉的軋輻間受壓

力產生的塑性變形即軋制加工機器稱為初軋機，這是簡單定義。大多數情況下，軋

制生產過程要經過幾個軋制過成，還要完成一系列的的輔助工序，如將原材料由倉

庫運出加熱，軋件送往軋輯，軋制、翻轉、剪切、打印，軋件收集、卷取成卷等。

一個軋件的全過程由多種機械按工藝順序而成機組來完成，這種機組或機器體

系叫初軋機或稱鋼坯軋機。第一種情況鋼坯軋機由一個或幾個工作機座（執(zhí)行機構）

傳動機構（齒輪傳動、連軸器）和使軋輻轉動的電動機組，后一情況鋼坯軋機是由

若干臺工做機組成，這些機組數目與加工軋材工藝過成生產率相適應，因此，鋼坯

軋機按順序排列并且用輯道或其他運輸裝置連成一條工藝流水線機器組成機組。

鋼坯軋機是機械中使金屬在旋轉的軋輻中產生變形的那部分設備。主要使設備

排列成一定形式的工作線稱為鋼坯軋機的主機列。用以完成其他工序的機械設備稱

為輔助機械。

軋鋼就是用軋機對鋼坯進行壓力加工，獲得需要的形狀規(guī)格和性能的過程。軋

機主要由幾組軋輯構成，軋輯是一對轉動方向相反的餛子，兩個輯子之間形成一定

形狀的縫或孔，鋼坯通過軋輻就成為一定形狀的鋼材。

在再結晶溫度以上的軋制稱為熱軋；在再結晶溫度以下的軋制稱為冷軋。

我們常見的汽車板、橋梁鋼、鍋爐鋼、管線鋼、螺紋鋼、鋼筋、電工硅鋼、鍍

鋅板、鍍錫板包括火車輪都是通過軋鋼工藝加工出來的。

我國大鋼廠從70年代已用先進的連軋軋機，連軋機采用了一整套先進的自動

化控制系統(tǒng)，全線生產過程和操作監(jiān)控均由計算機控制實施，軋件在幾架軋機上同

時軋制，大大提高了生產效率和質量。

我國粗鋼產量位居世界第一。國內十大鋼鐵企業(yè)年產粗鋼均在1000萬噸以上。

今年來，鋼鐵重組進入快車道，比如寶鋼控股的廣東鋼鐵集團，山東濟鋼、萊鋼為

主組建的山東鋼鐵集團，還有河北鋼鐵集團等。但是，我國鋼鐵業(yè)要振興，必須走

精細化道路。熱軋卷和冷軋卷目前還停留在重產量輕質量的瓶頸。軋鋼行業(yè)必須走

高端路線，造船業(yè)和汽車制造業(yè)、建筑業(yè)的興旺，給軋鋼行業(yè)帶來機遇，但是礦石

的漲價給我國軋鋼行業(yè)帶來新的困境。

5

國內軋鋼行業(yè)要真正做大做強，必須不斷對鋼坯質量、加熱、輯型控制、卷取

能力、酸洗等系列環(huán)節(jié)加強。另外，做重型機械的一重、二重、上重、太重等必須

奮起，探索高精軋鋼設備。國內寶鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼設計院，東大、北科大等

院校軋鋼研究機構亦要多加強與鋼鐵集團的聯(lián)合開發(fā)。

隨著我國軋制加工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國軋制加工設備也經歷了一個自主開發(fā)一

引進一學習借鑒一國產化的往復循環(huán)過程。經過近20年的探索和創(chuàng)新，截至目前，

我國自行設計和制造的軋機在低速、窄規(guī)格方面已經接近或達到國際先進水平，高

速軋制設備、寬幅軋機、單機架雙卷取鋁帶熱軋機、熱連軋機方面的開發(fā)研制也呈

現良好的態(tài)勢。伴隨著市場需求的不斷增長和變化。近年來，我國軋制加工設備市

場出現了多樣化的要求，正在逐步向高精化、寬幅化、高速化以及高技術和連續(xù)軋

制的方向。隨著我國軋制工業(yè)近年來的加速發(fā)展，軋制機的需求已越來越多，軋制領

域發(fā)展前景廣闊。改革開放三十年來軋制工業(yè)在我國工業(yè)建設方面做出了突出的貢

獻,，這同時也加速了軋制機的快速發(fā)展。冷連軋技術是國際鋼鐵行業(yè)公認的技術密

集、難度極大的生產工藝，是中國鋼鐵企業(yè)在引進全套生產線時花費最多的環(huán)節(jié)形。

1.1.1初軋機的標稱

初軋機的類別與規(guī)格與初軋機的斷面尺寸有關，因此初軋機的初軋和型鋼的類

是以軋鋼的名義直徑。也就是說初軋機的大小是常用與軋件有關的尺寸參數來標稱。

初軋機和型鋼軋機的主要性能參數是軋輯名義直徑，因為軋輻的名義直徑的大

小與其能夠軋制的最大斷面有關，因此，初軋機和型鋼軋機是以軋輻的名義直徑標

稱的。

小型初軋機的名義直徑為：180——450mm。

1.1.2初軋機的組成

初軋機的主要設備是由一個或數個主機列組成的。初軋機的主機列是由原動機,

傳動裝置和執(zhí)行機構三個基本部分組成的。

1、工作機座：工作機座為初軋機的執(zhí)行機構，它由軋輻及其軸承軋輯的調整機

構和上軋輻的平衡機構，引導軋件的軋件進入軋輻用的導裝置，工座機座的機架及

支撐機座并把機座固定在地基上用的軌零、部件的和機構組成。

2、傳動裝置：聯(lián)軸器：聯(lián)軸器包括電機聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器，電機聯(lián)軸器用來連

接電動機與減速器的主動齒輪軸；而主聯(lián)軸器則用來連接減速器與機輪機座的傳動

軸，既自減速器將轉矩傳至齒輪機座的主動齒輪。

3、減速器：在初軋機中減速器的作用將電動機較高的轉速變成軋機所需的轉速,

6

因而可以在主傳動中選用價格較底的高速電動機。確定是否采用減速器的一個重要

條件，就是比較減速器及其摩擦損耗的費用是否低于低速電機的與高速電機的之間

的差價，一般情況下，當電機的轉速小于200—250轉/分才采用減速器。小型初軋

機轉速小于200轉/分，因而采用減速器。

采用減速器時，根據傳動比的大小選用一級（傳動比i小于等于8）二級（傳動

比等于8—40）或三級（傳動比i大于40）減速器。與這些減速器相對應的軋輻速

度分別為200-250轉/分，40—50轉/分，以及10—15轉/分。

4、連接軸：初軋機齒輪機座，減速器或電動機的運動和力矩，都是通過連接軸

傳遞給軋輻的。設計采用橫列式布置軋機，一個工作機座的軋輯是通過連接軸傳動

的。初軋機采用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒輪接軸等。

5、飛輪：設計的是一個飛輪裝置在減速器的小齒輪軸上。它的作用是在通過軋

輻與軋輻空轉時，作動蓄能器以均衡傳動負荷；既軋輯空轉時，飛輪加速，積蓄能

量；而軋件通過時，飛輪減速。放出能量，幫助軋制。

6、齒輪機座：其用途是傳遞轉矩給工作輻，設計采用三個直徑相等的圓柱形人

字齒輪在垂直面排成一排，裝在密閉的箱體內

7、電動機的選擇：初軋機的電動機的形式的選擇與初軋機的工作制度有著緊密

的聯(lián)系。設計的初軋機是軋制速度不需要調節(jié)的不可逆式初軋機，采用異步電動機。

8、小型初軋機的工作制度：一般中小形初軋機的工作制度可以分為：不可逆式

的，可逆式的與帶張力軋制等幾種方式。

1.1.3初軋機的用途

初軋機形式有兩種：冷軋與熱軋，熱軋主要用于開坯兼生產一部形鋼，這這種

軋機的型號有630-650型軋機，500-550型軋機、650中型軋機與2300中板軋機等，

冷軋主要用于終級軋制，軋帶鋼的產品很多，具有代表性的冷軋板帶鋼產品金屬鍍

層薄板（包括鍍錫板、鍍鋅板等）、深沖板（以汽車鋼板最多）、電工硅鋼板、不銹

鋼和涂層鋼板?，F也促使冷軋機的裝備技術和控制技術向更高的方向發(fā)展。型號有

1400mmNKW.1250mmHC單輻可逆式軋機.1150mm二十輻冷軋機，。

設計的初軋機為4900?61200（最大輻環(huán)61350）x2600mm初軋機.，初軋機主

要用來為軋制大型線材。25—50毫米的圓鋼，20—40毫米的方鋼；螺紋鋼等。

其結構的特點為：

1、采用三輻式工作機座，主電機不可逆轉，中上幅與中下輻交替過鋼，實現多

道次的軋制。

7

2、由于軋輯的轉向和轉速不可逆轉，可采用造價較底的高速交流主電機在傳動

裝置中裝有減速機和齒輪機座?？紤]到第一機座軋件較短，軋制次數較多，負荷很

不均勻，為了均衡電機負荷，減少電機的容量，在減速機和電動機之間加有飛輪。

3、多數1200型鋼軋機要求既開坯又軋件，具有一機多能的特性，因此，軋機

急需要較強的能力，又需要較強的剛度，而且由于經常需要更換品種，在軋機結構

上需考慮換輯方便。

4、為了便于換輻，三個機座的軋輻都采用梅花接軸連接。

1.2初軋機的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢

1.2.1初軋機的發(fā)展現狀

一、國外初軋機的發(fā)展現狀

據說在14世紀歐洲就有軋機，但有記載的是1480年意大利人達‘芬奇

(LeonardodaVinci)設計出軋機的草圖。1553年法國人布律列爾(Brulier)軋制出

金和銀板材，用以制造錢幣。此后在西班牙、比利時和英國相繼出現軋機。1728年

英國設計出生產圓棒材用的軋機。英國于1766年又設計出了串行式小型軋機，19世

紀中葉，第一臺可逆式板材軋機在英國投產，并軋出了船用鐵板。1848年德國發(fā)明

了萬能式軋機，1853年美國開始使用三輻式的型材軋機，并采用蒸汽機傳動的升降

臺從而實現了機械化生產。接著美國出現了勞特式軋機。并于1859年建造了第一臺

連軋機。萬能式型材軋機是1872年出現的，20世紀初制成半連續(xù)式帶鋼軋機，它由

兩架三輻粗軋機和五架四餛精軋機組成形。

軋機發(fā)展到21世紀的今天，已采用了一整套先進的自動化生產控制系統(tǒng)，全線

生產過程和操作監(jiān)控均由計算機控制實施。它有如下幾個主要特點：

1、網絡化快速通訊；

2、系統(tǒng)響應速度快；

3、傳動設備動態(tài)、靜態(tài)精度高；

4、軋件跟蹤、定位準確；

5、軟件編制可靠性高等。

二、國內初軋機的發(fā)展現狀

目前，我國自主設計和研制的加工設備，從整體上看與國際先進水平相比還有

很大的差距，但某些技術正在追趕世界先進水平。洛陽有色金屬加工設計研究院正

在開發(fā)的2400mm(1+1)式鋁帶熱軋機、2500mm六餛冷軋機、2000mm鋁箔軋機、

高速鋁箔軋機以及銅帶精軋機等一批具有世界先進水平的軋機正在設計和制造之

8

中。這批軋機的設計特點和當今世界軋機的發(fā)展趨勢相一致，已經成為我國銅鋁加

工設備研制的一個亮點現化工業(yè)的發(fā)展對材料的精度要求日益提高，產品的高精度

就需要設備朝高精度方向發(fā)展；出于對產品質量和產量的考慮，以及軋制技術的日

漸成熟，軋機的幅面迅速擴大，比如用于包裝袋的鋁箔的寬度需求已達到1800mm以

上，對寬幅鋁箔的需求量正呈高速增長態(tài)勢。

新中國成立后在黨中央的高度重視下，隨著冶金工業(yè)的快速發(fā)展，我國現已有

多種類型的軋機問世。而且，不論是在軋機的技術上還是在質量上我國生產的機器

都已達到甚至超過國外一些國家的相應產品。

1.2.2初軋機的發(fā)展趨勢

軋鋼機械的分類。軋鋼機械可按所軋餛的材料分為軋輯鋼材的和軋輻鋁、銅等

有色金屬的兩類。各類軋機的工作原理和主要結構基本相同，只是軋輯的溫度、壓

力和速度有所差異。軋機中使用最多的是軋鋼機。軋機又可分為半成品軋機和成品

軋機。半成品軋機主要是開坯機，包括初軋機、板坯軋機和鋼坯軋機。隨著連鑄機

的逐步推廣，某些裝有連鑄機的鋼廠已不再使用開坯機開坯。成品軋機有型材軋機、

軌梁軋機、線材軋機、厚板軋機、薄板軋機、帶材軋機、箔帶軋機、無縫管軋機、

銅板軋機、鋁板軋機和某些特殊軋機。它們的主要區(qū)別是軋輯的布置和輯的形狀不

同，并且在精度、剛度、強度和外形尺寸上也有很大的差別。

總的來說，軋鋼機械向著大型、連續(xù)高速和計算機控制方向發(fā)展。

初軋機的發(fā)展，在發(fā)展連鑄的同時，國外仍在新建或擴建初軋機，以擴大開坯

能力。這是由于開坯機具有產品變化靈活，便于實現自動化等優(yōu)點，如日本1969年

有三臺板坯初軋機和一臺方坯初軋機投入生產。

至1970年止，世界上有初軋機達200多臺。擁有初軋機最多的國家為美國達130

臺，日本42臺，絕大部分為二輻可逆式軋機，開坯能力達3億噸以上。七十年代的初

軋機軋輯直徑增大到1500毫米。

我國擁有1000毫米以上大型初軋機七套，還有750?850毫米小型初軋機八套，

主要用于合金鋼廠，為數不多的650毫米軋機是中小鋼廠的主要開坯設備。1959年我

國開始自行設計制造開坯機，以制成的開坯機有700、750、825、850/650、1150等

毫米初軋機。

1.3壓下系統(tǒng)的研究及應用

壓下裝置也稱上相調整裝置，主要作用是通過對上輯的調整，辦證軋件給定的

壓下量軋出所要求的斷面尺寸，以及有槽軋輻對準孔型，在連軋機上，還要調整各

9

機座間軋輻的相對位置。

壓下系統(tǒng)的分類及作用：

1、快速壓下系統(tǒng)：習慣上把不“帶鋼”壓下的壓下裝置稱為快速壓下裝置，一

般其壓下速度大于這種裝置主要用于可逆式熱軋機上，如初軋機、板坯軋機

及中厚板軋機。

2、電動雙壓下裝置：這是較舊式軋機上的一種電動壓下裝置，該壓下裝置具有

粗調與精調兩個壓下系統(tǒng)。個系統(tǒng)分別有各自的電動機和減速器。

3、電一液雙壓下裝置：常見的有兩種。一種是在帶有常規(guī)電動壓下裝置上，把

壓下螺母下端與一扁形齒輪固結在一起構成的。另一種是粗調仍為電動壓下，精調

則利用設置在壓下螺絲與上軸承之間或在下橫梁與下軸承座間的液壓缸來實現。

4、全液壓壓下裝置：該裝置主要包括：主液壓缸，檢測餛縫值的位置傳感器及

電液伺服閥等。他取消了傳統(tǒng)的電動壓下機構，輻縫的調節(jié)量完全靠設置在上（下）

橫梁與上（下）軸承座間的液壓缸來完成。

1.4壓下系統(tǒng)的研究內容和方法

鋼坯在加熱爐加熱后，經高壓水除鱗后的鋼坯由開坯軋機前的延伸輻道以及工

作輻道送入開坯軋機中進行軋制，在軋機前后工作輻道、延伸餛道以及帶翻鋼機的

推床的輔助下根據不同的成品規(guī)格分別往復軋制。

大壓下軋機機架為重型閉口牌坊設計，帶有上餛電動機械壓下，自動液壓防卡

鋼裝置，過載保護和軋制力測量。

機架牌坊采用閉口式鑄鋼結構，通過橫梁將兩片牌坊連接在一起。牌坊窗口內

鑲有耐磨襯板，為換輯提供了長壽命保證。上輯壓下采用電動壓下。為保證快速處

理軋制事故保護設備，上輻設置有液壓快速防卡鋼裝置。上輻設置有液壓平衡裝置。

上下軋輻、4個軸承座組成軋輯裝配，軋餛徑向軸承為四列圓錐滾子軸承，軸向軸承

采用雙列圓錐滾子軸承。下輯通過調整墊片高度實現軋制線固定不變。下輻設置有

液壓軸向調整機構，調整行程為：5mm。軋輻鎖緊裝置為液壓缸驅動斜面插板固定軸

承座，可進行在線調整及鎖緊。上下軋餛的冷卻通過各自的兩組冷卻噴頭進行冷卻。

換輯時由換軌小車整體更換。

鋼錠在加熱爐中加熱后，被送到初軋機前的收料輻道上，經輸入輯道和工作輻

道送至出軋機軋制。鋼錠在初軋機上經過多道次的軋制，每經過一個道次的軋制，

壓下系統(tǒng)調整軋孔形狀再繼續(xù)下一個道次的軋制。鋼錠低速咬入，在軋制過程中加

速，再減速將鋼錠拋出。

10

1.5本課題研究的價值及研究內容

1.5.1本課題研究的價值

軋鋼生產時將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產環(huán)節(jié)。用軋制方法生產鋼材，具有

生產率高、品種多、上產過程連續(xù)性強、易于實現機械化自動化等優(yōu)點。因此，它

比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到更廣泛地應用。目前，約有90%的鋼都是經過軋制成

材的。有色金屬成材，主要也用軋制方法。

目前我國處在新老交替的鋼鐵生產體系中，初軋機在軋鋼生產中的作用仍無法

替代，初軋機仍具有著十分重要的作用。

隨著我國軋制加工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國軋制加工設備也經歷了一個自主開發(fā)一

引進一學習借鑒一國產化的往復循環(huán)過程。經過近20年的探索和創(chuàng)新，截至目前，

我國自行設計和制造的軋機在低速、窄規(guī)格方面已經接近或達到國際先進水平，高

速軋制設備、寬幅軋機、單機架雙卷取鋁帶熱軋機、熱連軋機方面的開發(fā)研制也呈

現良好的態(tài)勢。伴隨著市場需求的不斷增長和變化，近年來，我國軋制加工設備市

場出現了多樣化的要求，正在逐步向高精化、寬幅化、高速化以及高技術和連續(xù)軋

制的方向。隨著我國軋制工業(yè)近年來的加速發(fā)展,軋制機的需求已越來越多，軋制領

域發(fā)展前景廣闊。改革開放三十年來軋制工業(yè)在我國工業(yè)建設方面做出了突出的貢

獻，這同時也加速了軋制機的快速發(fā)展。冷連軋技術是國際鋼鐵行業(yè)公認的技術密

集、難度極大的生產工藝，是中國鋼鐵企業(yè)在引進全套生產線時花費最多的環(huán)節(jié)。

1.5.2本課題研究的內容

一、初軋機技術參數：

1、軋輻規(guī)格：6900?e1200（最大輻環(huán)61350）x2600mm；

2、軋輯軸承型式：滾動軸承；

3、最大軋制力：10000KN；

4、測壓頭：2x600t；

5、軋制速度：0-5m/s；

6、軋輻最大開口度:900mm；

7、壓下：電動壓下；

8、防卡：采用液壓形式，液壓缸位于壓下螺絲下部；

9、機架輯：輻子參數：*360X2600mm短子間距：600mm輻面線速度：（b5m/s。

二、設計的內容：

1、深入了解軋機的結構、功能、參數。了解各部件的設計計算，畫出總圖及部

11

件總圖。

2、對壓下電機、聯(lián)軸器、制動器、減速機的選型進行設計計算，畫傳動裝置三

視圖（或進行機架輯傳動減速電機的選型設計計算），軸向鎖緊液壓缸選型計算。

3、對壓下螺桿、螺母進行設計計算，畫壓下裝置剖視圖。

4、畫出機架裝配、上輻壓下裝置、上餛平衡裝置、軋輻軸承座裝配、軸向鎖緊

裝置的總圖及主要剖面圖。

5、畫出機架裝配、上輻壓下裝置、上輻平衡裝置、軋輻軸承座裝配、軸向鎖緊

裝置的總圖及主要剖面圖。

12

第2章機架輻的設計

2.1機架相的工作原理

機架幅是由機架輯本體，卡緊裝置，傳動裝置組成。機架輯本體包括軋機前后

各三個花輻，經齒輪箱集中傳動。軸承箱為整體結構，一根機架輯的傳動通過軋機

牌坊立柱上的孔插入，另外兩根機架餛是機架穿洞。傳動裝置在軋機的傳動側。機

架輯下部裝有冷卻水噴嘴，用于冷卻機架輯。前機架輯下部還裝有高壓水出磷噴嘴

對鋼板進行二次除磷。

傳動裝置為集中傳動，由一臺HOKW交流變頻調速電機和一臺齒輪箱及傳動軸

組成。集中傳動可以減少電機的個數，降低投資成本。

機架輯的卡緊固定通過機架輯的軸承和軸承座將其固定在軋機機架上。機架輻

的換輻是通過卸開連接軸，由專門的吊具通過平衡裝置及輻道進行更換。

機架輻是軋制過程中與主機聯(lián)系最緊密的設備之一。它將板順利送入軋機輻縫

并接受軋出的軋件。其結構主要有根子、電動機、軸承座、中間接軸、齒輪箱及聯(lián)

軸器幾個部件組成。

2.2機架輻的結構設計

2.2.1實心機架輻

在開坯機上采用較大的壓力軋制時，軋件出軋輻后向上抬起，最后會下落到根

道上；或者軋制水平線高于機架輻工作面時的情況下，都有產生幢擊輻子的動負荷

的可能性?？紤]到這一點由《軋鋼機械設計》，當取餛頸支點變形為0,輻頸長度相

對于輯身長度可忽略時，餛身中點由動負荷所引起的應力為：

H1-+Klm)2EJl-

―2W1(l+K2m)2/WlxWl

叫一輻子輻身斷面系數。

此式表明，為減小動負荷應力，需要增大G、1和K值，減小J,值，這樣就需要增

大輻子質量，因此要將機架輯制成實心輻，同時，在相同截面系數條件下，實心輻

與空心輻相比有較小的慣性矩。

2.2.2機架根轉身形狀的選擇

機架輯餛身的形狀有好多種，采用哪一種，主要取決于餛道的用途，即決定于所

運送軋件的形狀。由于所生產的產品品種有

13

:普碳鋼、低合金鋼、鍋爐板、容器板、船板、橋梁板、高強板、管線鋼板和不銹

鋼板，為了減少輻身與板形的接觸面積，所以經過認真考慮選用花形輯子。

2.2.3機架根材料的選取

為了減小機架輯的飛輪力矩，又因輻子的GD2與輯子直徑呈平方關系.故在滿足

鋼板沖擊負荷所需要強度的前提下，機架輻直徑越小越好，其線速度與工作相線速

度匹配可通過提高轉速解決。因此為了使機架餛的餛徑減小，所以要使用高強度的

材料42CrMo,這樣輯徑就能降下來。

2.2.4機架短軸承的選取

考慮到產品種類多數為板材，機架輯受載后不會發(fā)生較大的撓曲，所以不必選

用調心軸承。經過仔細考慮我決定選用雙列圓錐滾子軸承，因為它可以同時承受徑

向載荷和軸向載荷，并且外圈可以分離安裝時可以調整軸承的游隙。

由于機架輻輯身直徑為360mm,則其輯頸直徑為

d=0.5~0.55xZ>

取其值為180mm.

經過查閱《機械設計手冊》可選軸承代號為352956X2,兩列圓錐滾子軸承。

2.2.5機架輯相距的確定

輯距決定于軋件的長度和厚度。運輸短軋件時，相距不能大于最短軋件長度的

一半，以便軋件至少同時有兩個輯子支承，避免軋件撞擊輯子或頂住打滑。同樣，

運輸鋼錠時，餛距不能大于鋼錠重心到大端面的距離。運輸長軋件時，最大輯距決

定于軋件因自重產生彎曲的允許程度?？紤]到這些，又為了避免軋件頂輻現象，機

架輯的輯距應盡量減小，因此我選輻距為600mm就可以滿足要求。正好也和我們任務

書給的數據吻合。

2.2.6機架根高度的確定

為了減少軋件對輻道輯子的沖擊負荷，軋相、機加輻和工作輻道輻子之間應有

合適的相對高度。下軋車昆表面與工作輻道根子表面的相對高度決定于軋機的壓下量,

一般取為最大壓下量的1/2加H0~20mm,即：

+(10?2Omm)

式中：AH為下軋輻表面與工作輻道輻子表面的相對高度；Ah為軋機的最大壓

下量。

14

機架輕輻子高度應稍高于工作輻道輻子的高度，這可減少軋件對工作輯道的沖

擊。本臺軋機下軋輻表面與工作輻道輻子表面的相對高度，取△H=80mm,故取機架

輻表面低于下軋餛表面50mm。

2.2.7機架粗根距的校核驗算

如圖2-1所示，輻子危險截面為C、D兩截面，即輻身中心截面及餛頸中心截面,

故只對輯子這兩個危險截面進行強度驗算。

（1）輯身中心截面（C截面）強度驗算

彎矩：

QLQ.3GL

T=——=--------=0.126Nm

nQ44

抗彎截面模量W：

77-/-）3

W=---------=1.3X1O-3

32

故按第三強度理論危險點的相當應力為

%=.=995用乙4㈤=175

（所以餛身中心截面（B截面）是安全的（餛身材料為42&M。鋼）。

（2）根頸截面（D截面）強度驗算

抗扭截面模量：

jrd3aa

=----------=5.429XIO-3m3

P16

故輯頸截面（D截面）最大切應力為

15

Tmax==75Mp三[丁]=O.5[b]

%

=175A<//?

所以輯頸截面（D截面）是安全的。

2.2.9機架輻滾動軸承的壽命計算

根據軋輜尺寸選擇合適的軸承型號，由《軋鋼機械設計》第34頁公式2-29:

Lh

60〃/

可知，要求壽命需要確定n、￡、P、C的值。

n為軸承轉數，又軸承轉數等于機架輯的轉數，所以n=104r/min;根據軸承樣本

可以查得基本額定動負荷值C=40KN,由于機架輯軸承在高于125°下工作，應該采用

經過較高溫度回火處理的高溫軸承，根據軸承的工作溫度，可以查得溫度系數

ft=0.95；10

￡為壽命指數，對于圓錐滾子軸承￡=了；

P為當量動負荷，它可由公式：「受畫+巧"：耳求得,

其中‘F為負荷系數，可取fF=1.5—1.8;

力■為溫度系數，%'=1；

X為徑向系數，根據Fa/Fr的比值由軸承樣本查的x=o.56;

Y為軸向系數，由軸承樣本查得Y=L933;

Fr為軸承徑向負荷，經過受力分析可以求出為225KN；

工為軸承軸向負荷,由經驗公式%=0.IFr。；

根據軸承樣本可以查得基本額定動負荷值C=30500N,C0=20000N.

將軸承部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面，兩個平行力系。其中：中

的Ft為通過另加轉矩而平移到指向軸線；FA亦為通過另加轉矩而平移到作用于軸線

±o有受力分析可知:

F,x200-X(^/2)_900X200-400X(314/2)

LV乙1V

200+320520

F,2V="一廠““=(900-225.38)N=674.62N

FR2H=K-=(2200-846.15)7V=1353.85/V

16

222

Fri=^FrW+F；、H=V225.38+846.157V=875.65^

工2=J相N+F2H=J647.622+1353.852N=15]2.627V

求兩軸承的計算軸向力

對于70000C型軸承，按《機械設計》書中的表12—7,軸承的派生軸向力用=eF,,

其中，e為《機械設計》書中的表12—5中的判斷系數，其值由&/Co的大小確

定，先初取e=0.4,因此可估算

=0.4工?=350.26N

Fd2=0.4匕2=605.05N

Fd2+FA=(605.05+400)N=1005.05N

因為入2+死〉En

所以軸承一壓緊，軸承二放松。

按《機械設計》書中的公式12—8,得

=FA+Fd2=(400+605.05)N=1005.05N

FU1=Fd2=605.05N

求軸承的當量動載荷

因為'=1006.56

1.149泊

875.65

=0.401=

F1512.62

r2

由《機械設計》書中的表12-5分別進行查表和插值計算得徑向載荷系數和軸

向載荷系數為

對于軸承一：X1=0.44,匕=1.327

對于軸承二：X2=1,Y2=0

因軸承運轉中有中等沖擊載荷，由《機械設計》書中的表12—6,可得

fP=1.2~1.8,取力=1.5,則

17

6=/P(X1F"+XF“J=1.5x(0.44x875.65+L327xl006.56)N=2581.49N

g=/(X2工2+L工2)=L5X(1X1512.62+0X606.56)N=2268.93N

驗算軸承壽命

因為丹〉鳥，所以按軸承1的受力大小算得

io6(cY'106(30500

Lh17620.31/?

h礪［斤，60x1560^2581.49；，

2.2.10機架根的性能描述

(1)用于軋件的導入、導出。

(2)分兩組布置在軋機人口和出口，每組3根輻子。

(3)機架相由交流電機通過連接軸穿過機架立柱，直接單獨傳動o

(4)實心鍛鋼輻子，花餛。

(5)輯身噴水冷卻，軸承座內冷。

(6)軸承箱采用防水密封結構。

(7)機架餛與連接軸通過花鍵連接，便于更換。

(8)軸承自動干油潤滑。

(9)機架輻的更換通過專門的吊具用車間吊車進行更換。

(10)機架輻的工作速度與軋機同步。

2.2.11機架輻軸承座夾緊設計結構

設計結構一見圖2-2、圖2-3、圖2-4

18

圖2-2機架輻軸承座夾緊設計結構一

圖2-3機架輻軸承座夾緊設計結構二

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圖2-4機架輻軸承座夾緊設計結構三

夾緊機架輻軸承座時，首先將機架相整體（機架輻和機架輻軸承座）吊裝在機架

內，調整好標高，然后將壁架安裝固定在機架上，最后將夾具安裝在壁架和機架輻

軸承座之間，將機架輻軸承座壓緊固定。夾具通過螺栓聯(lián)結在機架上，夾具底面是

斜面，斜度為3.80,裝有襯板，襯板是磨損件，當磨損之后厚度減少時，夾具通過

螺栓的緊固，同樣可以將機架輻壓緊；但磨損到一定程度之后，夾具與機架面之間

19

的間隙就會減少。圖2中的夾具與機架中間板之間的間隙保證為10mm,當小于10mm

時，必須更換襯板。中間板是防止夾具與機架直接接觸的。雙頭螺栓靠夾具端裝有

防水裝置，因為該處環(huán)境惡劣，且該螺栓需要經常拆卸，所以必須防止生銹。機架

短軸承座夾緊拆卸時，首先將螺桿松開，然后用頂絲將夾具頂出，在頂出夾具時需

要吊車將夾具吊起，防止突然松開掉落到地溝。待夾具拆卸后就可以吊出機架輯。

換襯板即可。其缺該夾緊裝置的優(yōu)點是維護成本低，磨損件只有襯板，只要更

點是拆卸螺絲不方便，螺桿一端在機架內，一端在機架外；設計復雜，安裝拆卸時

間長。

設計結構二圖2-5

圖2-5機架輻軸承座夾緊設計結構四

有利夾緊機架餛軸承座時，先將機架輻整體（軸承座和機架輯）吊裝機架內，調

整好標高，然后將活門合上，這時活門與機架餛軸承座之間存在一個斜度空間，且

活門底面與機架輻軸承座上表面的中間對應有鍵槽，該鍵槽分別裝兩個導向鍵，然

后順著導向鍵在斜度空間內將斜度為1：20的楔子打進活門與機架輯之間，楔子越

進。機架輯軸承座壓得越緊?；铋T與機架的聯(lián)結形式如同活頁，但在垂直方向上有

一定的活動量，于楔子將機架相軸承座壓緊，當楔子壓緊到位之后，將楔子與活門

用螺栓聯(lián)結起來，防止楔子退出，從而防止了機架相軸承座的跳動。機架相軸承座

夾緊拆卸順序是：首先將聯(lián)結螺栓松開，然后在斜楔的小端用專用工具將楔子打出，

活門自然就會松動并下落一定距離，再打開活門，最后再吊出機架輻。

該夾緊裝置的優(yōu)點是結構簡單，斜楔安裝拆卸方便，機架輻安裝拆卸時間短，

20

維護簡單。其缺點是活門較重，活門連接座受力大，每次打開活門需要吊車將活門

提起。

2.2.12機架輯的更換步驟

(1)給機架輻停水、電、油、氣。

(2)打開機架輯的內外齒。

(3)將軋機工作輻拖出。

(4)將導衛(wèi)提升到最高位置。

(5)將機架輻軸承座上的夾緊裝置打開(分別見6.1和6.2)。

(6)用葫蘆吊將機架輯整體吊起一定高度。

(7)在軋機外輯道中間放置一塊厚長鋼板。開動輜道，將厚鋼板送至軋機內和吊

起的機架輯下。

(8)將吊起的機架輻放在鋼板上。

(9)開動軋機外輯道，將機架輻送出軋機外，再用吊車將機架輯吊離鋼板。

(10)安裝機架輯，按上面方法反方向裝上新機架輻。

2.2.13機架輯的維護檢修

機架輯的破壞形式主要有軸承損壞卡死及內外齒磨損及其它故障。其中最主要

的是軸承損壞，因此應該從防止軸承損壞的角度來減少故障的發(fā)生。引起軸承損壞

的因素主要是輯子沖擊大、軸承進水、軸承潤滑不良。

采取的防范措施：

(1)機架輻的安裝。幅面相對名義標高過高或過低都會造成進鋼時鋼的頭部對輻

子的巨大沖擊，可直接造成軸承的損壞。一般輻子輻面高度與標高相差不超過0.5mm,

如果相差超過0.2ram就要修正機架輻軸承座下面的墊板厚度。機架輯相互不平行

度不大于0.2mm/m,機架輯中心線與軋制中心線的不垂直度不大于0.3mm。

(2)機架輯軸承座的防水。機架輻軸承座處的環(huán)境惡劣，有工作輯、支撐輻的冷

卻水，有除鱗高壓水，還有機架輻本身的冷卻水，如果密封不好，水和其它雜物極

易進入軸承座內，造成軸承的損壞。因此要經常檢查機架輻軸承座的防水情況。

(3)機架輻的潤滑。機架輯的潤滑包括軸承的潤滑和內外齒的潤滑。機架輯軸承

座的潤滑油孔設計復雜，油孔又多又深，如果有雜物進去很容易堵塞，造成軸承或

內外齒的潤滑不良，這部分的潤滑屬于集中干油潤滑，每次潤滑后要確認軸承端蓋

縫隙是否有油滲出，如果沒有滲出就要檢查疏通油路。根據在寬厚板現場維護的經

21

驗，如果以上三點能得到防范，就能大大減少機架輯的故障。

2.2.14機架相結構分析

機架輯根子結構示意圖如圖2-6所示：

圖2-6機架餛輯子結構示意圖

在軋制生產過程中，鋼坯出軋機軋輻后變形。高速鋼坯直接作用于機架輻的輻

子上，每套機架輻由三根平行排列的輻子組成。按傳動關系分別稱為主動相，中間

輻，被動輻餛子與輻子之間由齒輪連接，三根輻子轉向一致。輻子產生彎曲變形使

輻子軸承部位產生彎矩。同時，機架輻在轉動時，由電機帶動主動輻。同時通過齒

輪帶動中間相和被動輻一起轉動，輻子齒輪部位產生扭矩。因此，在彎矩和扭矩的

共同作用下，形成根頸折斷。由于齒輪的模數和齒寬不大，所以牙齒折斷.

2.3機架幅減速電機的設計

2.3.1輸出軸運動和動力參數的確定

若彈性柱銷聯(lián)軸器效率=0.995,直齒圓柱齒輪嚙合效率為=0.97,一對滾子軸承

=0.98,則輸出軸的輸出功率為

右=「小/—鼠=8-9尺”

輸出軸的轉速

n==94.26r/min

3i

輸出軸的轉矩

22

T,=9.55x1()6芻x902000Nmn

%

2.3.2軸的材料的選擇

選擇軸的材料為45鋼，調質處理。由機械設計書查得對稱循環(huán)彎曲應力許用應

力［。一」=60明.

2.3.3軸最小直徑的確定

P

根據公式一T-9-55X101由表查得取A°=113,得

因輸出軸最小直徑處安裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，應將軸徑增大5%?7沆即54.03?

55.06mm,考慮到選用聯(lián)軸器，取軸徑為55mm.

2.3.4軸的結構設計

一、對于軸的結構必須滿足：

1、各軸段在進行安裝各種零部件的時候其位置要具有唯一性；

2、在軸上面安裝零部件，對它的要求是要容易生產，容易裝配，修理方便。

3、加工的軸要具很好的加工工藝性能。

二、擬定軸上零件的裝配方案

根據齒輪箱裝配簡圖中給出的主要零件的相互位置關系及軸上齒輪，軸承，軸

承端蓋，半聯(lián)軸器的裝配方向，順序和相互關系，確定軸上零件的裝配方案，如下

圖所示：

圖2-7軸的結構裝配草圖

23

三、軸各段直徑和長度的確定

1）軸端聯(lián)軸器的選用和定位。查機械設計書中的表13T,可知要取聯(lián)軸器的工

作情況系數K=L3,按公式13-1聯(lián)軸器的計算轉矩為

Ta=KT.=1172600Nmm

按照的條件，查國家標準G/T5014-2003,選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器，其

[T]=1250000Nmm;半聯(lián)軸器的孔徑d尸mm,半聯(lián)軸器輪轂孔長L=mm,半聯(lián)軸器長度

L=112mm.輸出最小直徑處是安裝聯(lián)軸器處的軸的直徑d,-2,故確定軸的最小直徑

dmin=dl-2=mm,

為保證聯(lián)軸器定位可靠，取半聯(lián)軸器左端用軸端擋圈定位，按軸徑選用

軸端擋圈直徑D=mm,右端用軸肩定位，故取2-3段的軸直徑d2-:i=mm.

2）初選軸承的類型及型號

為能順利的在軸段3-4,7-8上安裝軸承，其軸段應滿足軸承內徑標準，故取

da一產&行mm,因軸既受徑載荷又受軸向載荷的作用，查軸承樣本選用30313單列圓錐

滾子軸承，其尺寸為dXDXT=65mm義140mmX36mm