热轧轧制力计算与校核

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验公式，其公式为（1）；))(1km（（1）式中：m——表示外摩擦时对P影响的系数，hHhhRfm2.16.1；当t≥800℃,Mn%≤1.0%时，K=10×（14-0.01t）（1.4+C+Mn+0.3Cr）Mpa式中t—轧制温度，C、Mn为以%表示的碳、锰的含量；—平均变形系数，hHRhv2；η—粘性系数，')01.014(1.0CtMpa.sF—摩擦系数，)0005.005.1(taf，对钢辊a=1，对铸铁辊a=0.8；‘C—决定于轧制速度的系数，根据表6.1经验选取。表6.1’C与速度的关系轧制速度（m/s）＜66~1010~1515~20系数‘C10.80.650.602.各道轧制力计算公式为phRbBpFPhH26.1.2轧制力计算结果表6.2粗轧轧制力计算结果道次12345T（℃）1148.681142.761133.931117.151099.45H（mm）2001601126743h(mm)160112674330Δh(mm)4048452413Ri(mm)600600600600600f0.4760.4790.4830.4910.500m0.1940.2660.4080.5960.755K(Mpa)64.365.968.172.476.9‘C11111η0.2510.2570.2660.2830.301v(mm/s)377037703770377037705.4087.84111.53613.70915.204P(Mpa)78.585.9100.2121.8143.0HB(mm)162416211635.41623.91631.1hb(mm)16211635.41623.91631.11615P(KN)1972023743268342377820501表6.3精轧轧制力计算结果道次1234567T(℃)1043.651022.38996.34967.35928.58901.31880H(mm)30.001811.78.196.144.63.91h(mm)1811.78.196.144.63.913.5Δh(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)91.2396.67103.34110.76120.68127.66‘C110.80.80.650.60.6η0.3560.3780.3230.3460.3060.2990.312v(mm/s)331050807260969012930152201700023.8942.9368.38103.50159.72158.82157.04P(Mpa)191.47248.63307.47369.69484.06464.92457.372hHbB(mm)1606.161606.161606.161606.161606.161606.161606.16P(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）；PxlMz2（2）式中：P—轧制力；x—力臂系数；l—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，其范围为热轧板带时x=0.42~0.50.。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)Δh(m)P(KN)xM(KN.m)0.60.040197200.53055.010.60.048237430.493948.730.60.045268340.484232.910.60.024237780.472682.160.60.013205010.461665.752.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)Δh(m)P(KN)xM(KN.m)0.40.012213070.451328.570.40.0063200470.445895.650.40.00351193190.44610.180.350.00205168770.435370.650.350.00154208540.43360.390.350.00069137030.425153.280.350.00041103780.4288.557力能参数校核7.1轧制力能参数表7.1轧辊的物理性质轧辊名称材质许用应力泊松比弹性模量（Gpa）工作辊F1~F3实心锻钢[σ]=120MPa0.3E=206[τ]=60MPa工作辊F4~F7高镍铬[σ]=120MPa0.3E=206[τ]=60MPa支持辊F1~F7高速钢[σ]=120MPa0.3E=206[τ]=60MPaR1工作辊合金锻钢[σ]=120MPa0.3E=206[τ]=60MPaR1支持辊合金锻钢[σ]=120MPa0.3E=206[τ]=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、表面状态、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15°～20°，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tanβ≥tanα,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：)cos1(Dh，tanβ=f由此公式，α计算结果见下表7.2。表7.2咬入角计算结果项目R1第二道F1~F3第一道F4~F7第四道Tanαtanβ0.3880.4790.19880.5280.0810.566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1~3机架辊径相同，4~7机架辊径相同，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1R校核第三道，31~FF校核第一道，74~FF校核第五道。由于各机架均为四辊轧机，所以本设计以粗轧轧机为例进行校核。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，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：图7.1轧辊各部分参数图1R粗轧机主要尺寸为：辊径D×辊身长L：1200mm×1780mm，辊径采用滚动轴承，根据经验公式，其尺寸如下：d(0.5~0.55)D=600~660，取650mm；l=(0.83~1.0)d=518.8~687.5，取为600mm；图7.2万向接轴示意图辊头采用滑块式万向接轴，其主要尺寸如下：辊头的直径,1195~1185)15~5(1200)15~5(1mmDD取1190mm。厚度,2.333~5.297)28.0~25.0(1Ds取320mm，,238~5.1782.0~15.0(1mmDb）取200mm。b/s=0.625，根据下表选择抗扭断面系数η=0.208压下螺丝中心距mmlLa23806001780表7.3抗扭断面系数b/s11.52345η0.2080.3460.4930.8011.151.789其他参数选择方法相同，结果列表如下表7.4。表7.4工作辊参数选择结果项目辊径D×辊身长L（mm）辊颈d（mm）辊颈l（mm）辊头D1（mm）辊头b（mm）辊头s（mm）R1轧机1200×1780650600119020032031~FF710×178039035070013018074~FF625×17803403006201201702.支承辊R1粗轧机主要尺寸为：辊径D×辊身长L：1550mm×1780mm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项目辊径D×辊身长L（mm）辊颈d（mm）辊颈l（mm）R1轧机1550×178080072071~FF1400×17607507007.3.2轧辊强度校核由于1R,71~FF轧机均为四辊轧机，校核方法相同。比较轧制力的大小，校核道次分别选用1R,第三道次，精轧机组F1~F3第一道次，F4~F7第五道次。工作辊与支承辊辊身中央处的弯矩可按下列公式计算：),44(21bLPMD)42(22LaPMD式中：DM1—工作辊辊身央处的弯矩；DM2—支承辊辊身央处的弯矩；P—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行校核，已知数据P=26834KN，辊头宽度mmSDb11461605952)2()2(22222101)工作辊辊身的弯曲应力03.32.11.0)46239.1478.1(2106834.21.0)44(237311DbLPWMDDDMpa＜[σ]=120Mpa2)工作辊辊头的扭转应力图7.3工作辊辊头受力示意图根据上图的辊头结构图，其合力作用在扁头一个支叉的外侧的b/3处扭转力矩63260bbbMbPMn式中：M—接轴所传递的力矩;N.mbb与0—扁头的总宽度与扁头的一个支叉宽度；nPM9550；P—电机功率，KW，P=7000KW；n—转速，r/min；v—速度，m/s;60v1nD;1D—辊头直径，m。所以扭转力矩等于NbbbnPbbbMbPMn2587962.02.032146.185700095506329550632600扭转应力80.332.0208.02587933SMnMPa＜[τ]=60Mpa3)两辊的接触应力接触应力按赫兹公式计算2121221max)()(rrKKrrq式中q—加在接触便面单位长度上的负荷，；接触LPq21rr—相互接触的工作辊与支撑辊的半径；21KK、—与轧辊材质有关的系数，12111EK、22221EK,其中1、2、1E、2E—两轧辊材料的泊松比和弹性模量接触L和粗轧第三道次的板宽相等即：接触L=1635.4mm由于工作辊与支承辊的材质相同，并且泊松比μ=0.3，所以上式可写为：2121max)(418.0rrrrqE1.1302775.06.0)775.06.0(102006354.1106834.2418.097maxMpa4)支承辊的辊身弯曲应力MPaDLapD0.2955.11.0478.1250.22106834.21.0)42(2373）（＜[σ]=120Mpa5）支承辊辊颈处的弯曲应力MPadlPdMd34.948.01.0472.0106834.21.0221.03733max＜[σ]=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合要求。[i]6）R1粗轧机弯矩图图7.4R1粗轧机弯矩扭矩图7.4电机功率校核以粗轧机R1的第三道次进行校核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dofzhMMMiMMmax式中：zhM—轧制力矩，N.m，已求得；fM—附加摩擦力矩，N.m；oM—空转力矩，N.mdM—动力矩，N.m，匀速转动动力矩；i—主电机的减速比，取2.工作辊辊头扭矩2.附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由两部分组成：轧辊