2050mm 軋機(jī)機(jī)械壓下裝置設(shè)計(jì)

鄭 健 涂 川

(鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司 遼寧鞍山114021)

1 前言

1)習(xí)慣上把不“帶鋼”壓下的壓下裝置稱為快速壓下裝置。這種壓下裝置多用在可逆式熱軋機(jī)上，如粗軋機(jī)、板坯軋機(jī)、中厚板軋機(jī)等?？赡媸綗彳垯C(jī)的工藝特點(diǎn)是:

(1))工作時(shí)，要求上軋輥快速、大行程、頻繁地調(diào)整;

(2)軋輥調(diào)整時(shí)，不帶軋制負(fù)荷，即不“帶鋼”壓下。

2)一般的機(jī)械壓下系統(tǒng)的作用:

(1)空載調(diào)節(jié)軋輥輥縫;

(2)補(bǔ)償調(diào)節(jié)重磨軋輥后的輥縫;

(3)咬鋼或座輥時(shí)回松軋輥。

3)通常機(jī)械壓下裝置包括:電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器、壓下螺絲、壓下螺母、止推裝置等部件。機(jī)械壓下裝置的位置安裝在軋機(jī)機(jī)架上面，由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、壓下螺絲螺母機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，起到調(diào)節(jié)水平軋機(jī)軋輥輥縫的功能。壓下螺母固定在機(jī)架牌坊內(nèi)，壓下螺絲可上下運(yùn)動(dòng)，軋制時(shí)的軋制力即通過(guò)螺絲、螺母?jìng)鬟f到軋機(jī)機(jī)架上。螺絲下部是止推裝置。

2 機(jī)械壓下裝置主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 壓下螺絲相關(guān)參數(shù)的確定

1)受力分析及相關(guān)參數(shù)

圖1 機(jī)械壓下裝置總裝圖

機(jī)械壓下裝置為不“帶鋼”壓下的工作狀態(tài)。工作時(shí)，上軋輥平衡裝置將上軋輥系重量平衡。同時(shí)為消除壓下螺絲螺母間的間隙，上軋輥平衡缸還提供過(guò)平衡力，將壓下螺紋的上表面與螺母螺紋的下表面壓緊。該過(guò)平衡力是確定壓下系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的決定性參數(shù)。軋機(jī)軋制時(shí)，軋制力通過(guò)止推裝置傳遞到壓下螺絲螺母的螺紋副，然后傳遞到軋機(jī)機(jī)架上。

2)壓下螺絲的過(guò)平衡力計(jì)算

被平衡部件的總重量:包括輥系的重量G1、平衡梁部分的重量G2、壓下螺絲等重量G3、HGC 缸重量G4。

平衡力Q 為被平衡重量的1.2 ～1. 4 倍，即過(guò)平衡力為:

作用在一個(gè)壓下螺絲上的力

3)壓下螺絲的最小斷面直徑計(jì)算

采用的安全系數(shù)n 是6;壓下螺絲材料為42CrMo;壓下螺絲材料的強(qiáng)度極限約為

根據(jù)公式

式中 P—作用在螺絲上的最大軋制力，軋機(jī)最大軋制力為38000kN，單個(gè)壓下螺絲承受的最大軋制力為19000kN。

由于壓下螺絲和軋輥輥頸受同樣大小的軋制力，故二者之間有一定的比例關(guān)系，即

式中 d—壓下螺絲外徑;

dg—輥頸直徑，φ975.8 ～φ778.16mm。

螺紋的螺旋升角α 為1.66°，得到螺距為:

取螺距為50mm，則壓下螺絲的規(guī)格為:S550 ×50

2.2 壓下螺母相關(guān)參數(shù)的確定

壓下螺母的直徑與螺距隨壓下螺絲確定，此外還要確定壓下螺母的高度和外徑。由于壓下螺母用多青銅制造，抗擠壓強(qiáng)度較低，故壓下螺母高度應(yīng)按螺紋的擠壓強(qiáng)度來(lái)確定。螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力p 為:

式中 p1—軋制力19000kN;

d—壓下螺絲外徑550mm;

d1—壓下螺絲內(nèi)徑490mm;

δ—壓下螺絲與螺母的內(nèi)徑之差553－490 =63mm;

z—壓下螺母中的螺紋圈數(shù)。

即，

p=142/z≤15 ～20MPa

得出:z≥7.1 ～9.5 圈

取z=15，H=15 ×50 =750mm

得到，p=9.5MPa≤［p］，滿足接觸應(yīng)力要求。

作用在壓下螺絲上的軋制力通過(guò)壓下螺母與機(jī)架孔的接觸面?zhèn)鹘o了機(jī)架。因此，壓下螺母應(yīng)按其接觸面的擠壓強(qiáng)度來(lái)確定它的外徑，即

式中 p1—軋制力19000kN;

D—壓下螺母外徑;

D1—壓下螺絲通過(guò)的機(jī)架橫梁上孔的直徑580mm;

［p］—壓下螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，［p］=60 ～80MPa，取70MPa。

得到，D≥825mm，于是D=850mm。

2.3 壓下電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的確定

轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲所需的靜力矩Mj 也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推裝置的摩擦力矩M1和螺紋之間的摩擦力矩M2。

圖2 壓下螺絲受力平衡圖

式中 μ1—摩擦系數(shù)對(duì)滑動(dòng)止推軸頸可取0.1 ～0.2;

d3—壓下螺絲止推軸頸直徑;

d2—螺紋中徑，d2=d－0.5t=550－0.5×50=252mm ;

ρ—螺紋上的摩擦角，即ρ =arctgμ2，μ2為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取μ2≈0.1，故ρ≈5o40’;

由此得到，

折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲的靜力矩

式中 i—壓下裝置總傳動(dòng)比，i=14.3;

η—總傳動(dòng)效率，η=0.665。

得，

初選每個(gè)壓下螺絲的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為:

考慮到實(shí)際工作中頻繁啟制動(dòng)及發(fā)熱等復(fù)雜情況，選擇電動(dòng)機(jī)功率為

電動(dòng)機(jī)額定輸出扭矩為

以上是對(duì)壓下裝置主要設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，除此之外還有需要設(shè)定的其它相關(guān)參數(shù)。例如，蝸輪蝸桿減速機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù);壓下螺絲與蝸輪的花鍵副的配合設(shè)計(jì);聯(lián)軸器、制動(dòng)器的選型等。目前，大型蝸輪蝸桿減速機(jī)的設(shè)計(jì)及制造，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有專業(yè)的廠商設(shè)計(jì)和制造。

3 結(jié)論

對(duì)某廠2050mm 軋機(jī)初軋機(jī)壓下裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，得到了該軋機(jī)主要零件及電動(dòng)機(jī)的尺寸和規(guī)格。滿足生產(chǎn)線對(duì)初軋機(jī)壓下系統(tǒng)的需求，在保證性能一定的富裕量的同時(shí)，盡量降低不必要的盲目求大求全，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的合理性。

［1］鄒家祥.軋鋼機(jī)械［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］鄒家祥.軋鋼機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1991.

［3］施東成.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)方法［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1991.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五版)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.