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类型《轧制成形设备》课件:第4章.pptx

  • 上传人(卖家):罗嗣辉
  • 文档编号:2161277
  • 上传时间:2022-03-09
  • 格式:PPTX
  • 页数:36
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    关 键  词:
    轧制成形设备 轧制 成形 设备 课件
    资源描述:

    1、 轧机机架是轧机工作机痤中尺寸和重量最大的部件,其重量占整个机座重量的45-50%。轧辊轴承和轧辊的调整装置等部件都是安装在机架上,机架受轧制时巨大的轧制力作用。 通常机架的构成:左牌坊、右牌坊、上横梁、下横梁、滑板、轨座等组成。 轨座简介:轧机牌坊在安装在轨座上的,而轨座则固定在地基上,轨座又称地脚板。一对牌坊的要求足够的强度与刚度;结构简单,便于制造;换辊方便1、闭式牌坊 将牌坊的上、下横梁与立柱制成一体的封闭式整体框架。有小圆弧、大圆弧、矩形、多边形等形状。 闭式牌坊优点: (1) 具有较高强度和刚度;(2)造价低,主要是加工面少 闭式牌坊缺点:换辊不方便,需专用的换辊装置。应用:主要用

    2、在受力大或要求轧件精度高而又不经常换辊的轧机上,如初轧机、板坯轧机、板带轧机、钢管轧机等。大多是整体铸造的,但由于牌坊重量太大,受到铸造条件或运输条件联合限制,则采用电渣焊焊接而成。如我国的4200四辊特厚板轧机其每片牌坊重达230吨,美国的5590四辊板材热轧机的牌坊重达590吨。牌坊通常分铸成四块,即两根立柱、上下横梁,再通过电渣焊焊接而成。大铸件铸造难度:熔炼炉容量,铸造工艺。 鞍钢5500mm四辊可逆式双机架宽厚板轧机,由中国一重集团与德国西马克德马格(SMS-Demag)公司联合设计,是目前世界最大规格的宽厚板轧机。由一台5500mm四辊式粗轧机和一台5000mm四辊式精轧机及其它设

    3、备组成。两台轧机占地长200米、宽35米,高近20米,重达近7000吨。 5500mm宽厚板轧机仅一片轧机机架牌坊就重达400吨以上,轧机支承辊最大直径达到2400mm,重达250吨,整台轧机总重超过3000吨。所轧单块钢板重达200吨,是普通轧机的5倍以上,这些规格都远远大于中小型轧机。 轧制力为1万吨,生产钢板尺寸宽度为900-5300mm,厚度为5-150mm,最厚可达450mm,长度为3-25米。主要生产宽度4米以上军民用高强度宽厚船用钢板、舰艇板、核电用特种钢板、耐大气腐蚀板、大口径油气焊管和模具板等高技术含量、高附加值产品。 鞍钢5.5米粗轧机机架在中国一重集团公司通过5个钢水包合

    4、浇成功。组织743吨钢水浇铸出一片机架牌坊,经过机床加工后,成品机架长15.91米,宽4.671米,厚2.3米,重达425吨,居亚洲之最 5米精轧机机架2、开式牌坊 非整体结构的框架,是由立柱顶端断开或由立柱中部断开的两部分联接而成。 优点:换辊方便; 缺点:强度、刚度差; 应用:轧制力小,换辊次数多的型钢轧机、轨梁轧机。 结构形式:斜楔联接、预应力牌坊、螺栓联接、立销和斜楔联接、套环和斜楔联接、横销和斜楔联接等形式。 螺栓联接:机架上盖(上横梁)用两个螺栓与机架立柱联接,结构简单,但因螺栓较长,变形较大,机架刚度低。换辊时拆装螺母较费时。 斜楔联接:是目前应用最多的一种联接方式;斜楔以较大的

    5、接触面积承受压应力,故其变形小,从而提高了牌坊的刚度,该牌坊又有半闭式之称。拆装方便,有利于换辊。预应力牌坊:P66图2.4-4. 由液压螺母,拉杆、上下半牌坊组成;液压螺母在未轧钢之前对牌坊已施加约1.2-1.5倍轧制力的预应力,轧制时牌坊变形小,提高轧件精度。 用于小型型钢轧机和线材轧机。1、窗口宽度B闭式机架:B略大于轧辊最大直径,以便于换辊。开式机架:B取决于轧辊轴承座的宽度,B可小于Dmax。四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.151.30倍,为了换辊方便,换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽510mm。也可表示为:BBz+2s B:机架窗口宽度 Bz:支承辊(轧辊)轴承宽度 s:

    6、窗口滑板厚度,一般取s=2040mm. 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。HH1H2H3S1S2H1:两个(或四个)轧辊接触时,上、下轴承座间的最大距离;H2:安全臼,或测压元件以及均压块的高度;H3:下轴承座垫板厚度;S1:轧机换辊时最大开口度S2:机架窗口高度尺寸裕量,通常150-250mm。对四辊轧机,经验:H(2.6-3.5)(D1D2)mm式中D1、D2分别是工作辊、支承辊直径。2、窗口高度H(1)断面形状选用断面形状时应考虑以下因素: 牌坊类型; 牌坊受力情况; 制造条件。抗弯强度:工长方制造难度:工长方对高而窄

    7、的闭式牌坊(如四辊轧机),水平力较小,选用近似正方形的断面。对低而宽的二辊轧机(如初轧机、板坯轧机),水平力较大的轧机,易选用工字形或矩形断面。3、立柱断面形状及尺寸(2)断面尺寸立柱断面尺寸与机架的强度和刚度有关。一般选取立柱断面,再进行牌坊强度计算。由于作用在轧辊辊颈和牌坊立柱上的力在数值上相等,而轧辊辊颈强度大致与其直径的平方d2成正比,因此立柱断面面积F2可按下列关系选择:铸铁轧辊:F2(0.6-0.8)d2铸钢轧辊开坯机F2(0.65-0.9)d2其它轧机F2(0.8-1.0)d2合金钢轧辊F2(1.2-1.6)d2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

    8、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。 轧机对牌坊的强度要求较高,在设计新轧机或旧轧机进行强化轧制、扩大品种规格时,都必须对牌坊的强度进行校核,以确保牌坊在轧辊折断时不致于产生塑性变形。计算方法:材料力学;有限元法;电测法;光弹性实验法等。 本节只采用材料力学法计算。(1)将牌坊结构简化为框架,即以牌坊的各断面中性轴的连线组成框架,近似地处理成直线或规则的圆弧线段,并确定求解断面的位置,计算时,一般只计算上、下横梁中部,立柱断面及其与横梁转角处的断面;(2)确定外力的大小及作用点;(3)确定静不定的阶数,

    9、根据变形趋势及其约束条件,分析框架是几次静不定问题,然后利用材料力学中的任一种方法如卡氏定理、图乘法、力法、单位位移法等来求解静不定系统;(4)根据计算截面的面积F、惯性矩I、中性线轴的位置及承载情况,求出应力和变形;(5)材料许用应力的合理选择。1、假设(为简化计算)(1)受力假设正常轧制时,牌坊上承受的多种外力:简单轧制情况下,轧制力的方向是垂直方向;带材前后张力差引起的作用于立柱上的水平力;轧件轧制中,因加速、减速引起的作用于牌坊立柱上的水平惯性力;轧辊辊颈摩擦力矩通过轴承座在牌坊立柱上的水平反力;倾翻力矩引起固定牌坊与轨座的螺栓加于牌坊上的垂直力等。以上诸力中,轧制力最大,其它作用力一

    10、律予以忽略,每片牌坊上的轧制力为P。一、闭式牌坊的强度粗略计算 立体的牌坊框架简化为平面框架,上、下横梁与立柱交界处为刚性结点,牌坊受力变形后,该转角处仍保持直角不变。(2)牌坊形状简化 为了确定牌坊横梁与立柱的内力以及弯矩图,对力学模型再度以分离体的形式表示,如下图所示,其中P是作用在每片牌坊上的轧制力,M2是立柱所受静不定内力矩。2、受力分析3、应力计算(1)横梁应力横梁受弯矩作用,危险断面在横梁中部外缘,其值:式中 :横梁危险断面的外缘应力; :横梁危险断面外缘的抗弯断面系数。(2)立柱应力立柱受弯矩和拉伸作用,危险断面位于立柱内缘,其值:式中 :立柱内缘应力; :立柱内缘的抗弯断面系数

    11、; :立柱断面积。1211/4PlMW外外(拉应力)外1外1W(拉应力)内内2222F2/PWM2F内2W内2(3)静不定力矩M2(材料力学中梁的变形及静不定梁部分) 可借助牌坊变形条件求出,将牌坊沿中部剖开,取其一半作计算图,如图所示, 从牌坊对称形状这一条件出发,可知II面的转角为零。 由卡氏定量,II面转角为零,有:式中 Jx:计算截面上的惯性矩; E:弹性模量; x :截面II与计算截面间的牌坊中性线长度; E Jx:计算截面上的抗弯刚度; Mx:计算截面上的弯矩) 1 (01dxMMEJMxxx在x断面处的弯矩Mx为:式中 y:垂直力P/2相对于计算截面的力臂。 M1:等于所以把(2

    12、)、(3)式代入(1)式,并将常数E取消后,得 对于牌坊横梁y=x,对于立柱y=l1/2,因此M1为:)2(21MyPMx214/MPl)3(11MMx)4(0)2(1xJdxMyP)5(111121122203022012030122011121121llllllxxdxJdxJdxJxdxJdxlJxdxJPJdxJdxyPM对于(6)式积分后可得:如果假设上下横梁惯性矩相同,即 时,则力矩M1为:根据弯矩图,立柱为上弯矩M2为:把(7)代入(8)式有:)7(242211221111JlJlJlJlPlM)8(4112MPlM)54 . 2(118211212JlJlPlM)6(22444

    13、33221133221111JlJlJlJlJlJlPlM 当上横梁断面惯性矩J1不等于下横梁断面惯性矩J3时,立柱中的静不定力矩M2值为: 讨论:对(2.4-5)与(2.4-6)式,当立柱断面惯性矩J2立柱静不定内力矩M2,即在立柱断面相等的情况下,选择近似方形立柱断面可获得较小弯矩M2值,从而提高立柱的强度。因此对高而窄的牌坊,在保证立柱强度足够的条件下,选用方形断面可节约较多的材料。)64 .2(22111631221131212JlJlJlJJPlM二、半闭式牌坊的强度计算 半闭式牌坊常用于三辊型钢轧机上,通常上、下轧制线不同时走钢,故牌坊的强度计算可分上轧制线轧制和下轧制线轧制两种。

    14、1、上轧制线轧制(1)受力分析 U形架主要受力:立柱每个牛腿上受轧制力P/2,作用在中辊上的轧制力 通过中辊轴承座传至立柱的牛腿上。作用在上盖上的P力通过联接件斜楔在U形架上产生垂直和水平的分力y、x,U形架立柱的变形,在上盖止口处产生水平力x。上盖主要受力:同样也受三部分力 P;y、x;x 由于上盖断面尺寸很大,仅在止口旁很短的一段受数值不大的拉力x作用,因此其强度不会存在问题。因此对半闭式牌坊进行强度验算时,通常只计算U形架而不计算上盖。 上轧制线轧制时牌坊的弯矩图(2)计算立柱危险断面计算 危险截面:由弯矩图可知,立柱弯矩较大的部位在b、c、d等处,由于d点只承受弯曲应力作用而无拉应力,

    15、故实际危险断面可能在b或c的内表面。 立柱b点处的弯矩值:立柱c点的弯矩值为:)74.2()(222clxePMb)84 . 2()()(222ccxclxePMc所以,危险断面(b点或c点)处的应力为:式中 M2:立柱b或c点处的弯矩; W2:立柱b或c点处的抗弯断面系数。 F2:立柱b或c点处的断面面积。横梁受力计算U形架下横梁全长所受弯矩不变,其值为:则横梁所受应力为:式中W1:为下横梁中部有螺孔处断面外缘抗弯断面系数。)104 . 2()(221cxeePxlM)94.2(22222FPWM)114 . 2(111WM静不定力x上盖止口作用而产生的静不定力x可根据止口变形条件求出,即:

    16、式中 f:在诸力作用下,一根立柱在其顶部x力作用向外产生 的弹性变形量; :上盖与U型架立柱装配间隙之半; :上盖受拉部分的弹性变形伸长量之半。经计算、整理、可得静不定力x为:式中 F3:上盖受拉部分的断面积; E:牌坊材料的弹性模数。)124.2(223lf223l)134 . 2(32)(2)2()2()3(21332321221212222211FlJlJllEeectgllclecclceclctgJJJPx上2、下轧制线轧制 作用在中辊上的轧制力通过H形瓦架和上盖,斜楔将力传至立柱上,作用在下辊上的轧制力通过轴承座作用在下横梁中部位置上。受力与弯矩图如下图:立柱应力计算 立柱B点弯矩

    17、较大,其值为: 相应应力为:)144 . 2()(22clxePMb)154 . 2(2222FPWMbb下横梁应力计算U形架下横梁中部具有最大的弯矩,其值:式中Md:立柱d点(底端)的弯矩下横梁中部的应力值:式中W1:下横梁中部位置的外侧断面系数。)164 . 2(411dMPlM)174 . 2(22ePcxxlMd)184 . 2(111WM静不定力x同理,可由立柱的变形条件求得下轧制线轧制时的静不定力x:)194 . 2(32)4(2)2()3(23323212211212222211FlJlJllElectgllclceclctgcJJJPx下三辊预应力牌坊上下两部分基本对称,因而上

    18、、下轧制线轧制时的受力情况相同。以上轧制线轧制为例分析牌坊上、下两部分和拉杆受力。 教材P77图2.4-14a、拉杆强度计算拉杆是强度计算的薄弱件,其应力值:)224 . 2(F2PP拉预拉3、预应力牌坊强度(自学)b、横梁强度计算横梁中部有最大的应力:式中W1外:横梁中部外缘的抗弯断面系数。c、立柱强度计算立柱应力:)234 . 2(4111外外WPl)244 . 2(F2P222预内PWe 牌坊通常用含碳量为0.25%-0.42%的ZG35铸钢,其: 500-600MPa, 12-16%。 为了防止断辊时损坏牌坊,在选择牌坊许用应力时,应保证牌坊不致产生塑性变形。通常为了安全起见,牌坊的安全系数为: n机架(2-2.5) n轧辊 n轧辊10-12.5 通常对横梁 50-70MPa,对立柱 40-50MPa。b4、牌坊许用应力选择

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