毕业设计（论文）-宽厚板矫直机设计.doc

本科毕业设计（论文）宽厚板矫直机设计燕 山 大 学2010年 6 月本科毕业设计（论文）4250宽厚板矫直机设计学院（系）：里仁学院 专 业：轧钢 06-1班 学生 姓名： 学 号：061101011045 指导 教师： 答辩 日期： 2010.6.20 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：机械工程学院 系级教学单位：轧钢教研室学号学生姓名专 业班 级轧钢06题目题目名称 4250宽厚板矫直机设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容设计方案的选择，力能参数计算，对主要零部件进行强度计算,确定其结构参数,并对所选轴承进行寿命计算。完成矫直机的主要零部件及总体设计图纸。基本要求1、设计图纸量：6张A1以上，其中至少有一张用计算机绘制的部件图；有一张典型零件的零件图。CAD要求有草图。2、设计说明书要反映和论述选题及方案的确定过程，反映设计的过程和创新点，说明书不少于2万字。3、查阅资料不少于15篇，翻译与课题相关的外文资料5千汉字。参考资料1、塑性力学、轧钢机械设计、轧钢工艺及设备（下册）、机械设计、互换性及测量等教科书。2、相关期刊文献。3、机械设计手册。周 次第14周第57周第810周第1115周第1617周应完成的内容1.开题报告；2.方案论证和方案设计；3.毕业设计进度安排。1.方案设计；2.整体结构设计。1.系统设计；2.部件设计。1.技术设计；2.部件设计；3.零件设计。1.整理设计说明书；2.准备答辩。指导教师：孙静娜职称：讲师 2010年3月1日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本文介绍了中厚板热矫直机的结构特点和功能。并对矫直原理做了详细具体的阐述，对其主要零部件做了校核，对矫直机的力能参数做了计算。对矫直机的发展趋势和实际生产中存在的问题做了阐述。关键词中厚板；热矫直机；发展趋势；结构特点 I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractThis paper introduces the hot plate roll leveler structural characteristics and functions. Straightening of the principle of starting a detailed exposition of concrete, its main components have done a check, Straightening machine of the force and energy parameters were calculated. Straightening machine of the development trend and the actual production problems on the doneKeywords Plate; Hot leveler; Improvement trend; Frame characteristic5 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1平行辊热矫直机国内外现状11.1.2 平行辊热矫直机的发展趋势31.2 本文的主要内容4第2章 矫直原理52.1 中厚板矫直原理52.2弯曲变形与曲率8本章小结10第3章 矫直机相关参数计算113.1辊式矫直机基本参数的确定113.1.1 辊距t113.1.2 辊径D113.1.3 辊身长度L113.1.4 辊数n123.1.5 矫直速度v133.2矫直机力能参数的计算133.2.1矫直力的计算133.2.2矫直力矩的计算143.2.3主电机功率的计算153.3 工作辊强度计算153.4 轴承寿命校核17本章小结17第4章 热矫直机的结构特点194.1辊系结构及特点204.2 机架结构分析224.3 压上系统244.4 机架辊254.5 压下系统25本章小结26结论27参考文献32致谢34附录1 开题报告36附录2 文献综述42附录3 外文翻译48III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景中厚板热矫直机是中厚板生产过程中非常重要的设备，是用来消除中厚板经过轧机和快速冷却，钢板由于温度不均，变形不均，以及运输等原因，造成轧后的钢板常有瓢曲和波浪缺陷以满足产品标准及用户要求。中厚板矫直机作为中厚板轧制生产的重要辅助设备 ,决定着中厚板产品的交货质量和直行率的高低。特别是在中厚板生产过程中采用控轧控冷技术(TMCP)以后 ,为满足强冷后高强度钢板的低温矫直以及用户对中厚板产品的高精度要求 ,使得中厚板矫直技术的作用不断提高 ,并由此促进了现代矫直理论与矫直技术的发展1-3。目前，轧材品种规格的多样化和对其精度要求的提高，促进了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发展及矫直技术水平的不断提高。矫直不同品种规格的轧材，采用不同结构形式和规格的矫直机。所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也不相同4。根据其结构和工作原理，矫直机的基本形式可分为压力矫直机，平行辊矫直机，斜辊矫直机，拉伸矫直机，拉弯矫直机和扭转矫直机。中厚板热矫直机采用平行辊式设计。平行辊矫直机结构形式很多，就矫直机来说，辊数由5辊到29辊，辊径从20mm到520mm。矫直板材的范围很广5-6。1.1.1平行辊热矫直机国内外现状近几年来, 随着控轧控冷与直接淬火的采用,轧后板温降低、板形变坏、屈服强度增大, 板厚范围加宽和用户对钢板加工自动化程度的提高, 要求生产厂交货钢板的平直度也更加严格。因此,新建热矫直机都要求能力强,刚度大,自动化程度高的新型设备, 经矫直后钢板平直度好,残余应力小且分布均匀,表面质量好且无压痕。而且做到操作安全可靠,作业率高,换辊方便且快速,一道次矫直,矫速快,矫直时间短,提高自动化水平,以及要求投资省7-9。首先，新型矫直机刚度都很大，即框架辊跳和矫直辊挠度小。结构设计成非常紧凑， 将框架立柱采用预紧力连结，当矫直时使立柱受载后伸长很小， 另外，横梁产生挠曲变形以测得矫直力大小来调节液压缸加以补偿。矫直辊产生挠度以弯辊方式加以克服，始终保持了平行恒辊缝以达到最佳平直度的水平。其次，采用HAGC装置以控制辊缝，使达到恒辊缝的要求，并以厚度计A GC方式，从矫直力信号使进口与出口辊缝闭合和打开，满足了板子头尾部的矫直要求。在国外为适应TMCP工艺技术的应用，世界上著名的冶金机械设备制造厂家如德马克(MDS)、西马克(SMS)、日本的三菱重工(MHI)等纷纷推出所谓的“第3代矫直机”，代表了当今世界矫直技术的最高水平。国内中厚板厂通过技术改造与引进，其矫直设备的技术水平正得到不断提高。目前，中厚板厂采用的热矫直机多为四重11辊式矫直机，此外常见的为9辊、15辊式冷、热矫直机。矫直钢板厚度范围为5mm到2100mm。其主要特点是高刚度、全液压调节以及具有较高的自动化控制系统。9、11、15辊矫直机的辊系布置如图1-1所示。a) 11辊热矫直机b) 15辊矫直机c) 9辊矫直机d) 9辊HPL矫直机图1-1 矫直机辊系布置注：黑色为固定工作辊，白色为可升降工作辊通过上述分析比较，可以看出在中厚板矫直技术研究上国内与国外还存在较大的差距，在矫直设备的设计与开发上，国外的整体技术水平要高于国内。现在，对中厚板产品的板形、平直度要求越来越高，矫直技术也由此向全液压、高负荷、高刚度、多功能等方向的发展，国内正在改造或即将建设的宽厚板矫直设备应注意到这一发展方向，并在实际改造或建设过程注重先进技术的应用或引进，以提升我国中厚板矫直技术装备水平，并由此提高我国中厚板产品质量，提高企业竞争力10-13。1.1.2 平行辊热矫直机的发展趋势 针对高性能板材的要求，对矫直机的性能要求越来越高，要求能矫直简单及复杂的板材缺陷。 需要矫直机具有多种调节手段，1：矫直辊可以进行单独调整；2：可实现大变形及小变形矫直方案；3：可实现上排辊的集体倾动调节；4：可实现液压压下及弯辊矫直方案；5：可实现矫直辊的横向调节，用于矫直带有浪形的板材；6：矫直辊本身带有凸度，实现对板材有浪的矫直；7：矫直机带有支撑辊以提高矫直机的刚度，可矫直板材的屈服强度范围扩大14。 1.2 本文的主要内容第2章对矫直机的矫直原理和矫直板材的弯曲变形与曲率做了详细阐述。第3章是矫直机的力能参数的计算和主要矫直设备的强度校核，力能参数包括矫直压力的计算，矫直力矩的计算，主电机功率的计算。对工作辊支承辊、工作辊、轴承座以及轴承做了强度校核计算。3第2章 矫直原理 第2章 矫直原理2.1 中厚板矫直原理在中厚板生产中，多数被矫钢板上的原始曲率的大小与方向均是随机的 (在 02±Cr0max之间变化)，即属于具有多值原始曲率轧件的矫直问题。采用的一般矫直原则是:对轧件进行多次弹塑性反弯以消除其原始曲率的不均匀度，并逐渐将其矫平，达到矫直目的。目前，板材尤其是中厚板主要是采用辊式矫直机进行矫直，可分为冷矫和热矫两种。中厚板由于其材质、规格和尺寸的不同，需要的反弯次数也不同，因而辊式矫直机的辊数也有很大差别。通常，中厚板矫直机辊数多为5-13个，其中5-7辊的多用于厚板矫直。按照每个矫直辊使钢板产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法，可分为小变形矫直方案、大变形矫直方案以及整体倾斜方案。1) 小变形矫直方案该方案的矫直原则是:矫直反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)。为达到消除该辊最大原始曲率目的，该辊的反弯曲率应等于钢板的弹复曲率， 即 。小变形矫直方案的优点在于在轧件原始曲率较大时，能较快的消除原始曲率值的差值。2) 大变形矫直方案钢板在多值原始曲率的情况下，弯曲变形总曲率越大，其弹复曲率差值越小，即钢板弹复后的残余曲率的变化范围越小。根据此特点，在第二、三辊上采用很大的相对反弯曲率，使轧件个部分的总弯曲变形曲率达到很大数值，则使弹复曲率接近于同方向的某一个数值，即可迅速地将残余曲率减小，使整个轧件长度方向上几乎成为单值曲率。然后经过几次反弯后，轧件趋于平直，达到矫直目的。3) 整体倾斜矫直方案该矫直方案主要是通过调整首尾端的压下量，使首端压下量使其相对反弯曲率，尾端压下量的相对反弯曲率。当确定第二辊及倒数第二辊( n - 1辊) 上的反弯曲率后，就可按线性规律确定其它矫直辊的反弯曲率。该矫直方案的优点在于符合钢板矫直过程的变形特点。钢板用户对热轧钢板尺寸和形状精度的要求越来越高。除了其他方面以外，用户要求钢板必须是平直的，并且没有可能有害于其预定用途的内应力。内应力以及弯曲和平面度误差是由以下的原因造成的：1) 沿横断面高度方向和宽度方向上的不均匀塑性变形，例如在轧制过程中产生的。2) 轧件沿横断面的不均匀冷却，例如在冷床区域产生的或在温控过程或在热轧制过程之后产生的。平面度误差是以弯曲或边缘波形或中央皱凸的形式而产生的，这种误差可以被理解为沿钢板长度或宽度方向上的长度差值。对于一块平直的钢板来说，沿其长度方向和宽度方向上所有的材料纤维都具有相同的长度。矫直的任务就是通过对平面度超差的钢板进行特殊的成形，来补偿长度差值，这种特殊的成形适合于用来消除弯曲和波形。在这个过程中，最重要的事情就是以确定的钢板变形状态来代替会引起内应力的不确定的变形状态。这是通过在矫直机的入口段对钢板进行较强的弯曲来实现的。通常，弯曲一块钢板时会产生对称弯曲应力分布的应力状态。弹性应力 弹-塑性应力 塑性应力图2-1 弯曲应力分布的应力状态图2-2无内应力弯曲如果在钢板中存在不同的内部拉应力或压应力（当存在有边缘波形或中央凸起时），弯曲应力分布就叠加到内应力上，并且产生了不对称于中心线的应力分布。图2-3钢板中央内部应力分布图2-4弯曲应力与内部应力叠加这种形式的应力分布造成下述情况： 1) 在存在内部拉应力时，钢板顶面的伸长量大于钢板底面的压缩量。2) 在存在内部压应力时，钢板底面的压缩量大于钢板顶面的伸长量。当存在内部拉应力时，通过多次交变弯曲，钢板稍微伸长。相反，当存在内部压应力时，通过上述弯曲，钢板稍微缩短。沿钢板纵向的内应力可导致波形，产生的长度差值就这样通过交变弯曲而被补偿，并使得中央皱凸和边缘波形减轻。由于使用了这些可任选的调整装置，矫直辊可以用不同的方式沿矫直机的宽度方向或长度方向上调整，这是消除钢板波形的先决条件。对于矫直过程来说，必须使各辊在钢板进入后钢板弯曲的绝对值尽可能是均匀地递减的。在这个过程中，最后施加的弯曲量必须刚好使得在钢板离开矫直机时弹性恢复后得到一个平整的钢板。平行辊矫直机是目前应用最广的矫直机。板材矫直机按板厚可分为中厚板矫直机、中薄板矫直机及薄板矫直机。中厚板矫直机，其能力上限可矫厚板，下限可矫中板；中薄板矫直机其能力上限可矫中板，下限可矫薄板；薄板矫直机为厚度很薄、宽度较大的薄板矫直所用。板宽与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先板厚决定辊径尺寸；其次是板宽决定辊长尺寸；第三是辊数决定着矫直质量；第四是辊子重叠数决定矫直质量及表面粗糙度；第五是矫直温度决定矫直机的结构特点15。2.2弯曲变形与曲率金属在矫直加工中的受力状态基本上属于集中载荷作用。在平行辊矫直和压力矫直状态下，考虑到工件的弯曲及接触点的弹性压扁，载荷作用点也形成一个小面积。在力学分析上从微小线段来考虑弯曲的曲率与变形，也是极接近实际又方便的。现在从微小弧段上取一单位弧长，如图2-5所示，设工件原始状态是弯曲的，具有原始曲率，此单位弧长即=1，它所对应的弧心角为，它们之间的关系为： 弧长的曲率也是用表示，只是单位量纲不再是弧度rad，而是。他们的数值完全相同，故曲率也是用表示，但需写为。（单位为）即是原始曲率，也可以理解为原始曲率角。由于按角度概念运算会带来许多方便，以后各种曲率皆按曲率角进行运算。现在按图2-5所对原始曲率的工件进行反弯达到状态。此时形成的反弯曲率为，其相应的曲率半径。故有：工件由弯到状态，总的曲率变化量就是总的曲率角变化量为：这个总曲率角在图2-5中相当于一个三角形中b角的外角，他相当于曲率角由变到，总的变化当然是。在由的变化过程中曲率半径由增到无穷大，再由无穷大减到。而新曲率半径只能借助曲率角来计算，即：在撤消外力后，工件必将释放其弹性势能形成弹性返回现象。由于上述弯曲包含着弹塑性变形，其塑性变形部分为永久变形，故弹复动作不能回归原状，只能按弹性势能大小返回到所对应的弧心角为，称之为残留曲率（角），与其对应的曲率半径为，同理=。工件由弹复到，其曲率角的变化由变到，其减小量，以表示，则：图2-5 弯曲时曲率变化为弹复曲率(角)，在图1-5中表现为右侧的与两个半径线间的夹角。弹复后工件处于稳定状态，它与原始状态之间的差别不会再改变，而成为永久性差别，工件的不可恢复的变形成为永久变形。它所对应的曲率变化称为塑性弯曲曲率（角），即与两个半径线间的夹角：当弯曲方向与压弯方向一致时，即同向压弯时，上式中的改为负值即可。当工件原始状态无弯曲时，=0。当工件反弯后变直时，或。此式即为矫直曲率方程式。为使工件矫直后变直，必须选用一个正好与弹复曲率相等的反弯曲率对工件进行矫直。为了进一步认识和阐述矫直原理，需要对曲率概念作相对性处理。首先设定弹性极限曲率(角)为，它相当于工件表层纤维达到弹性极限变形时的曲率值。现在定义：各种曲率对弹性极限曲率的比值为曲率比，用表示，也是采用各种脚标以区别各种曲率比的不同名称。总弯曲率比为：其它如：原始曲率比、反弯曲率比、弹复曲率比、残留曲率比及塑性曲率比等分别表示为： 前面给出的各种曲率方程式可以用曲率比写出：或或或从上述分析中看出：残留变形是残留弯曲所反映的变形，是外在可见的变形。弯曲变形可以理解为矫直时的反弯变形，明确了弯曲变形就等于明确了矫直变形16。 本章小结本章对矫直机的矫直原理和矫直时板材的弯曲变形和曲率做了说明。17第3章 矫直机相关参数计算第3章 矫直机相关参数计算3.1辊式矫直机基本参数的确定辊式矫直机基本参数包括辊径D、辊距t、辊数n、辊身长度L和矫正速度V。其中最主要的是D和t。矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫正质量、设备的结构尺寸和功率消耗等都有重要的影响。辊数多少取决于压下方案及矫直质量要求。辊径和辊距受结构条件，咬入条件、强度条件及矫直可能性的约束，不仅限定它们的尺寸范围，而且限定它们之间的比例关系。辊身长度则取决于轧材的宽度。3.1.1 辊距t 确定辊距时，应该考虑满足最小轧件的矫正质量要求，又要考虑满足矫正最大断面轧件时矫正辊的强度要求。为此，应分别计算最大允许辊距和最小允许辊距。最后确定< t < 。由公式： （31）其中：=162Mpa E =206Gpa选取：t=300mm3.1.2 辊径D 对于钢板，辊距t与辊径D有以下关系: D=（0.90.95)t （32）取 D= 0.95t 所以 D=285mm3.1.3 辊身长度L 辊身长度L与轧件最大宽度有关，通常：L=bmax+a （33）由于矫直辊是光辊，板带材矫直时容易跑偏，为此辊端的余量必须加大，根据惯用的规定：当 bmax<=1000mm时，a=50200mm；当 bmax>1000mm时，a=200350mm；取 bmax=3980mm，a=270mm故 L=3980+270=4250mm3.1.4 辊数n 增加辊数即增加轧件的反弯次数，可以提高矫直质量但也会增加轧件的加工硬化和矫直机的功率。为此，选择辊数n的原则是在保证矫直质量的前提下，使辊数尽量少。对于板材辊式矫直机，辊数n随着轧件宽厚比(bh)的增加而增加。因为轧件宽厚比愈大，它的浪形弯曲亦愈显著，需要多次的反复弯曲才能保证矫直质量。辊数与残余曲率关系如图31所示。图3-1 残余曲率与辊数的关系从图3-1中可以看出，7辊辊系完全可以满足高精度矫直需要，超过7辊后，对提高矫直精度的效果缓慢。但实际上，各辊压弯量的调整由于材质不匀及尺寸公差会造成理论与实际之间有差距。另外，机架刚度、侧弯、扭曲等对矫直效果都有影响，为此常用增加辊数的办法来弥补上述的不足，根据热矫板材矫直机的经验辊数(一般板厚460mm的宽板辊数n=911)及此次开发的要求，取工作辊9辊，前后导辊各1个，共计11辊。3.1.5 矫直速度v 矫直速度的大小，首先要满足生产率的要求，要与轧件生产能力相协调，要与所在机组的速度相一致。 由于矫直速度的上限至今尚没有理论的计算方法，但人为设定矫直速度所依据的经验是可以遵循的。本矫直机速度取为0.41.35m/s。3.2矫直机力能参数的计算本节对矫直机的矫直力、矫直力矩和主电机功率做了计算。3.2.1矫直力的计算 1.作用在矫直辊上的压力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。此时，将轧件看成是受很多集中载荷的连续梁，这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。它们在数值上等于轧件对辊子的压力，即矫直力。 按照图3-2，各辊子上的力可根据轧件断面的力矩平衡条件求出图3-2 矫直辊受力图1、 轧件的弹性弯曲力矩为=386.856塑性力矩与弹性力矩的比值是 e= =e 其中e为断面的形状系数，对于矩形轧件e=1.5=386.8561.5=580.2842、 轧件的矫直力：今假设各辊子处在轧件断面的弯矩分配为： =， =2901.42=11605.68=15474.24=14829.48=13539.96=12895.2=12250.44=10960.92=10316.16=7737.12=2579.04 上工作辊矫直力之和为=+=58028.4 下工作辊矫直力之和为=+=57061.26 3.2.2矫直力矩的计算在辊式矫直机上，轧件是随着矫正辊的转动不断前进并反复弯曲的。因此，矫正辊上的扭矩可以按照功能相等的原理来确定。 = 其中：D=285mm， n=11平均原始曲率=，=(1030)/h小变形矫正方案的残余曲率最大值=0.44 = =4.8143.2.3主电机功率的计算辊式矫直机的电动机功率为： N= 其中，f为辊子与轧件的滚动摩擦系数，f=0.0002; 为辊子轴承的摩擦系数，=0.005； d为辊子轴承处直径； 为传动效率，=0.8；假设当矫正板厚为50mm时，矫直速度为0.5m/s N =349.2kw所以，两台电机总功率为349.2×2=698.4kw3.3 工作辊强度计算 工作辊的强度条件是工作辊各处的计算应力应小于许用应力。工作辊的许用应力是其材料的强度限除以安全系数。通常工作辊的安全系数选取5。矫直辊的材料为55Cr，查阅机械设计手册知 由于工作辊有支承辊，故无需考虑工作辊的弯曲力矩，而只需考虑其扭转。由于各辊系中的第三个辊受力最大，当第三辊满足要求时起于各辊均可以满足要求，所以只校核第三辊即可。第三辊扭矩为： 其中， D 工作辊直径； 塑性弯曲力矩； 钢板在相应辊子下的弯曲半径。对于11辊矫直机， =90h=90×60=5400mm假定倒数第二个辊仅实现弹性弯曲，则其曲率半径为即：则带入值得：则工作辊危险断面在辊径处，扭转应力为:（工作辊辊径取150mm） 合成应力按第四强度理论计算：由计算结果可知：矫直辊满足扭转强度要求。3.4 轴承寿命校核矫直机所有支承辊及工作辊均采用调心滚子轴承，且支承辊和工作辊大径端的轴承为 24130 CC/W33，其内径d= 150，外径D=250，宽度B=100 。寿命计算：所以，查手册得：基本额定动载荷Cr=890kN，基本额定静载荷Cr0=1600kN由前面计算可知，该轴承所承担最大颈向力为Fr=250kN，Fa=0径向当量动载荷= 为冲击载荷系数查手册得：1.21.8，取P=1.7×250kN=425kN第3章 矫直机相关参数计算 本章小结 本章对矫直机的力能参数做了计算并对工作辊做了强度校核以及轴承寿命计算。第4章 热矫直机的结构特点第4章 热矫直机的结构特点4250热矫直机主要由以下几部分组成：主传动系统、机架、压下系统、 辊系、上辊平衡系统、导辊升降装置、弯辊（辊型调整）装置及换辊装置等。如图4-1所示。图4-1 矫直机总装图主视图4.1 辊系结构及特点图4-2 辊系图2 辊系的总装图辊系的结构布局如图4-2，4-3，4-4所示：工作辊上5下 6，其中下工作辊含前后导辊，前后导辊辊径加大并可以实现垂直方向上的单独调整，导辊既可以作为矫直辊，又作为矫直钢板咬入的调整装置。在工作辊长度方向上通常有6根短支承辊实现对工作辊的支撑，上支承辊与工作辊通常采用交错布置，在 X、Y方向都极大的提高了工作辊的刚度。下支承辊与下工作辊正对布置，有利于氧化铁皮的顺利排出。图4-4中从上到下依次为上辊座，上支承辊，上工作辊，下工作辊（含前后导辊），下支承辊，下辊座。上辊系辊座由两个相同的整体铸件组成，工作时由平衡缸吊装在机架上，在压下系统中中间部分由铰链连接，通过弯辊液压缸作用，可以实现上工作辊的弯辊。通过调整板材入口和出口端压下液压缸的压下量，可以实现工作辊的整体倾斜，这样的设计能够使板材经过矫直后得到刚好的板形和平直度。图4-3 辊系图4-4 辊系剖视图上辊座上开有与轴承座配合的槽，将轴承座安装在上辊座的槽上并通过螺栓固定在辊座上，每个工作辊都通过单独的轴承座和蝶形弹簧拉靠在支承辊辊面上，矫直辊轴承不承受矫直力， 而完全由支承辊轴承来承担。并且工作辊和支承辊交错布置，使矫直钢板时工作辊更加稳定，进而提高了工作辊的刚度。下辊座由5个铸件和若干辅助板焊接而成，如图4-5所示。5个主体部件之间焊接的板都与竖直方向成一定的角度，这样方便氧化铁皮和冷却水排出。以免卡在工作辊或只承辊上。下支承辊座也安装在下辊座的槽内，防支承辊沿轴向移动，并且在辊座槽的两端开槽，槽内安装档板，档板用螺栓连接在辊座上，这样可以避免轴承座沿的方向上移动，实现对支承辊辊座的固定17。图4-5下辊系下工作辊安装在下辊座最外端的两个槽内内，槽的内侧和工作辊轴承座上安装有滑板，方便工作辊在重车时的安装与拆卸。前后导辊支承辊安装在可上下自由移动的力柱上，在压上液压缸的作用下，可实现导辊的单独调节。工作辊与轴承座的安装形式如图4-6所示。工作辊（见图 6）采用辊颈（材质为碳钢）、辊身 （材质为镍、 铬、 钼合金钢） 分体制作， 经热装后加工而成， 既保证了辊身材料高磨性、高淬透性材质的要求又能在保证使用的前提下使得辊颈的加工更为容易，成本更为低廉。工作辊芯部为中空结构，可进行通水冷却。图4-6 工作辊装配图支承辊材质采用中碳镍、铬、钼合金钢，热处理后表面硬度略低于工作辊面，在工作辊辊身长度方向上通常采用六根支承辊进行支撑，从而保证了工作辊在矫直状态下的辊身刚度。支承辊采用分组安装在轴承座上，形成一整体，上支承辊为五个一组，下支承辊为四个一组，导辊支承辊单独安装，可以单独调整导辊的升降。上支承辊装配如图4-7所示。图4-7 上支承辊4.2 机架结构分析 本矫直机采用的是预应力机架。预应力机架主要由拉杆及预应力螺母、上横梁、机架立柱和机架底座组成。预应力机架与传统机架相比， 由于在预紧力的作用下，机架立柱发生压缩变形，当正常矫直时，作用在机架立柱的矫直力与预紧力部分抵消，因此很大程度地增加了机架的刚度，刚度可以达到10000 kN/mm左右。同时其余各件均采用了铸焊结构，方便加工、运输和安装。预应力拉杆和机架立柱在预紧力作用下，分别产生拉伸和压缩变形。当矫直机工作时受矫直力的作用，拉杆和立柱的受力得到再分配，拉杆受力增加，立柱受力减少，这充分发挥各部件材料的性能，同时这部分刚度等于立柱刚度与拉杆刚度之和。这两年，新建的中厚板线矫直机尤其是强力、宽板矫直机都采用预应力立柱的框架结构18。其中立柱是左右两片，通过上下横梁装配在一起，再与预应力拉杆装配。通过力能分析我们知道，1.预应力机架加载前，机架表面主要受压应力作用，拉杆承受了较大的拉应力。2.预应力机架加载后，机架表面压应力提高，拉杆承受的拉应力也相应得到提高。加载后与加载前相比，横梁与立柱交界处的应力分布状态都较为均匀，未出现闭式机架常见的应力集中现象。图4-8上横梁上横梁（如图4-8）：前后两个上横梁不仅连接起左右两片立柱，同时通过凸起吊环吊起四个平衡缸，进而达到与压下系统连接。图4-9 预应力螺母预应力螺母（图4-9）：由进油孔打入高压油，实现预应力机架底座：如图4-10所示图 4-10机架底座底座是安装在地面之下，与压上系统一体，上附四个液压缸。大部分的氧化铁皮通过底座内部的通道和挡板作用，落到外面。机架是矫直机的基本结构框架，如图4-11所示。压上系统，压下系统和辊系均安装在机架上面，所以对其强度刚度要求很高，现在新式矫直机都采用预应力机架。4.3 压上系统 矫直机的压上系统有两个，分别装在机架底座的两侧。压上系统是由液压马达带动，带起蜗杆转动，再通过蜗轮实现立柱升降，进而调整前后导辊位置。各个压上油缸之间通过联轴器相连接。图4-11 机架4.4 机架辊机架辊单独传动，安装在机架前后两侧，起到运输钢板的作用4.5 压下系统图4-12为压下系统装配图，主要部分为压下框架、弯辊、平衡缸、液压压下缸和底座。 矫直机压下框架分为两部分，中部有铰接点，弯辊液压缸通过偏心轴和铰接点可对上辊系弯辊控制。采用矫直辊预弯。因为在负载矫直力的作用下，矫直辊呈抛物线形状， 采用液压压下控制方式通过弯辊系统补偿这种附加变形，即通过弯辊液压缸使辊缝在钢板宽度方向达到希望的平行度。另外，通过不同的弯辊方式也可以有效矫直边浪和中浪缺陷。压下系统是通过四个不同的底座来与机架连接的，而四个底座分别采用了不同的连接方式。液压压下给与一定的压下量，弯辊部分补偿矫直辊的变形。压下液压缸只能单方向运动，通过弯辊座装载的复位弹簧来使液压缸复位。平衡缸通过与机架连接用来平衡压下系统的重量。中间铰接在施加外部载荷的状态下上半部分受拉力，下半部分受压力，这是设计的独特点。 图4-12 矫直机压下系统装配图 本章小结本章对矫直机总体结构做了简单说明，重点对矫直机辊系的各个结构和特点做了介绍。25结论27燕山大学本科生毕业设计（论文）结论近年来， 由于控轧控冷与直接淬火等新技术的应用，轧后板温降低、板形变坏，屈服强度增大板厚范围加宽和用户对钢板加工自动化程度的提高， 对生产的钢板的平直度的要求更加严格，因此，新建的热矫直机都要求刚度大、自动化程度高，经矫直后钢板平直度好，残余应力小且分布均匀，表面质量好且无压痕;而且操作安全可靠，作业率高，换辊方便且快速;一道次矫直， 矫直速度快，矫直时间短;普遍采用计算机模型控制，可根据矫直钢板厚度、宽度、平直度状况及温度来设定辊缝;以及要求投资省等。在矫直的实际生产过程中存在以下几个问题：(1)随着入口矫直辊压弯量的增加，矫后板材的不平度迅速降低;随着压弯量的继续增加，不平度将呈波浪型变化。(2) 随着出口辊压弯量的增加，不平度在一定程度上有所减小，但出口辊压弯量增加到一定量后(一般相对总变形曲率超过1)，板材的不平度又开始增加。(3) 对出口下辊位置进行适当地调整，可使出口时向下弯曲(下扣)的板材不平度有明显改善效果。另外，单独调整出口下辊的位置，只改变板材在出口处的弯曲状态，避免了调整上排出口辊位置导致其它矫直辊位置也发生变化的状况发生。中厚板生产线在线的辊式矫直机以热矫直机数量为多，总的趋势是以发展大矫直力的强力四重式矫直机为主，该系列设备总体趋势如下：1用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫直辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。2. 高刚度矫直机机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，精度高。3为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（或下辊） 可以单独调整，且在矫直过程也可以进行调整。4.上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支承辊，以改变矫直辊的挠曲，消除钢板的单侧或者双侧边浪。5.下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷。6. 装备液压安全装置和快速松开装置以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊。7. 上、下矫直辊和支承辊分别装在各自的框架上，框架及其辊子可以侧向移动进行快速换辊，实现辊系的线外整备（即拥有两套以上的辊系装备供给一套矫直机使用）。8. 矫直机入口处装有水或压力空气，以清除残留的氧化铁皮。9. 在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢板的上翘；10为了避免矫直辊辊面的滑伤，辊面应具有一定的硬度。对四重辊式矫直机必须保证工作辊和支承辊的辊面硬度有一个差值。参考文献 参考文献1徐乐江.冷轧行业的现状及对策.轧钢,1999,(3):35-372陈守群.宝钢3套冷连轧机板形控制技术简介.轧钢,1999,(3):24-263王效岗,黄庆学.新式中厚板矫直机的技术特点,山西冶金,2006,（2):223-2254曹晓琪,梁永祥,常瑜.厚板压力矫平机机架预应力系数的理论计算及验证. 山西冶金,2008,3:1345 E.Doegel,R.Menzl, S.Huinink. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model.1982,5-86F.D