φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机的设计理论

隋冬枝　朴花淑（北方重工集团有限公司，辽宁　沈阳　110141）



φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机的设计理论

隋冬枝朴花淑
（北方重工集团有限公司，辽宁沈阳110141）

摘要：对差厚板生产线φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机设计和研制的总结。对四辊可逆轧机结构进行说明，通过对机架模型的建立及工况下有限元仿真分析，得到机架的变形云图及应力云图，从而对设计产品进行校核及验证。关键词：四辊可逆轧机；应力云图；应变云图；可靠性

1 前言

随着国民经济的发展，汽车行业需求越来越严格，具有国际先进技术水平的汽车差厚板冷轧技术即可适应该行业的发展。φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机为北方重工为东宝海星自行研发设计制造的高新技术产品，具有高刚度、大轧制力、低速和高精度控制功能。用于轧制汽车用差厚板，可以对轧制速度、弯辊力、辊缝等工艺参数进行精确的控制。

2 设备组成及结构技术说明

四辊可逆轧机主要由以下几部分组成：主传动、接轴及夹紧装置、机架装配、轧制线标高调整、工作辊系与支撑辊系、工作辊弯辊系统、上支撑辊系平衡装置、换辊装置等组成。其主要部分结构技术说明如下：（1）主传动。轧机主传动电机采用直流电机，电机尾部直联编码器来反馈轧制速度。电机与主减速机支间采用鼓形齿联轴器传递扭矩。轧机主减速机设计为两级减速、一级分配方式。可同时传动上下工作辊。（2）机架装配。机架装配是轧机的主要部分，用来承受全部的轧制力，机架是由两片铸造牌坊上部通过焊接连接梁连接，在操作侧机架外侧，设有支撑辊轴向固定挡板，避免支撑辊轴向串动。在机架窗口上部安装压下AGC缸，AGC缸带位移传感器及压力传感器。（3）接轴及夹紧装置。为满足工作辊换辊时接轴能保持在一准确位置，在传动侧机架上装有两个接轴夹紧用液压缸，分别位于机架窗口两侧。轧制时液压缸将夹紧块拉回，换辊时将夹紧块推回。（4）轧制线标高调整。为满足轧制要求，当辊子直径磨损到一定尺寸时，本设备采用人工更换位于机架窗口下部的调整垫板来实现标高调整。（5）工作辊系与支撑辊系。为保证传递较大的轧制力矩，保证工作辊辊颈尺寸尽可能放大，工作辊轴承设计为不带内圈，工作辊辊颈直接作为轴承内圈使用。支撑辊系用来承受轧制力，支撑辊轴承采用四列圆柱滚子轴承来承受径向载荷，支撑辊的轴向载荷采用双列圆锥滚子轴承来承受。（6）工作辊弯辊系统。为满足轧制钢板表面质量要求，四辊可逆轧机设有工作辊弯辊系统，本系统可以使工作辊产生正弯辊方式，每侧轴承座设有8个弯辊缸，4个用于上工作辊正弯，4个用于下工作辊正弯。（7）上支撑辊系平衡装置。轧机压下方式为液压AGC缸压下，为平衡轧制时上支撑辊系自重，设有上支撑辊系平衡装置。平衡动作由4个安装在机架连接梁上的液压缸带动两根平衡梁来实现。

3 机架刚度及强度分析计算

影响轧机轧制板材精度的因素很多，其中轧机系统垂直方向的间隙和弹性变形是主要因素。机架是轧机的重要承载部件，在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座及AGC缸传给机架，并由机架全部吸收不再传给地基，因此，机架必须具有足够的刚度和强度。四辊可逆轧机设计总轧制力为7MN，由两片机架承受，则单侧机架承受3.5MN的轧制力。利用有限元法分析计算，把机架离散为有限单元，计算出每个单元的应力与应变，从而得到机架各部位的受力和变形情况，结果如下：（1）机架变形分析。当轧制力为3.5MN时单片机架的绝对变形云图如图1所示。计算结果显示，机架最大绝对值位移出现在机架上横梁部位为0.45541mm，铅垂方向同样是上横梁处变化最大为0.30356mm。（2）轧机机架应力分析。分析结果显示，当轧制力为3.5MN时单片机架的绝对等效应力云图如图2所示，从图中可以看出等效应力集中主要出现机架横梁与立柱连接处、机架立柱与底座连接处及机架立柱受拉产生的内应力，其中机架横梁与立柱连接处为危险部位。机架各部分等效应力情况见表1。所以合理增大薄弱部位圆角，设计采用圆角值R80mm，可以显著降低等效集中应力值，有限元仿真分析结果验证了本文设计的轧机机架其工作能力能较好的满足设计及使用要求，机架的可靠性得到验证。

表1

图1

图2

结论

（1）φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机，轧机机架在承受较大轧制力工况下，通过其受力情况建立有限元分析模型，联合应用SolidWorks及ANSYS Workbench仿真平台计算其应力、应变云图，直观、快捷、高效的验证并校核了机架设计的合理性及稳定性、可靠性。（2）φ235mm/φ730mmφ800mm四辊可逆轧机具有结构高负荷、高刚度、高强度、多功能、轧制力及轧制力矩大等特点，在实际生产中得到了理想的板材成材效果。其机械结构设计合理，可靠。

参考文献

[1]王海文.轧钢机械设计[M].北京：机械工业出版社.

中图分类号：TG333

文献标识码：A