课题名称： 1780热连轧四辊可逆粗轧机三维结构设计及分析 |
学院（系）： 里仁学院 船用靠球 |
年级专业： 轧钢-12-3班 |
学生姓名： |
指导教师： |
完成日期： 3月16日 |
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(一) 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1.1 选题的背景及意义
采用轧制成型法来生产钢板材，具有生产率高、板厚规格多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等诸多优点。早期，我国依靠从国外大规模引进冷轧、热连轧技术，随着国内 各高校以刚才生产企业对轧制技术研究与实践经验的丰富，现以成形了一套成熟轧制技术[1]。
国外发展出的无头轧制技术，利用薄板坯连铸连轧的生产线，将铸造较长铸坯进行精轧，且轧后进行剪切，在精轧机组中形成有限的无头连轧，适合于稳定生产薄规格的带钢[2-3]。德国开发出基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术，通过提高铸坯的拉速，使连轧机和连铸机的速度得到匹配，实现板料的连铸连轧。 现代热连轧技术发展主要集中在对板形、厚度精度及板料表面质量控制等，因此，这对轧机设备性能及质量稳定性、可靠性有更高要求，对轧机系统高精度要求也越来越高，四辊轧机作为板带材生产的主要设备，对产品精度起着不可忽视的作用[4]。 现代中厚板轧机越来越趋于大型化、精密化、自动化，以满足钢板控制轧制技术的要求，能够生产高强度的合金板。采用热装炉时燃耗已降至0.6×109J/t以下，及高刚度(2kN/mm以上)的现代化中厚板轧机，大大超过日本和美国现有中厚板轧机性能，生产高质量、高性能中厚板创造了有利条件[5-6]。
因此，本课题选择对热连轧四辊可逆粗轧机结构进行设计与分析，对提高其工作可靠性因素进一步研究。该课题对提高热连轧设备的应用，具有深远的社会价值与经济效益。
1.2 轧钢机械设备的发展与应用现状
信号灯作5G
随着国内钢材总产量逐年的提高，对轧钢设备的能力也逐渐由向大型化、高速化、连续化、自动化的发展方向，以满足钢材生产能力需求。对于大型化轧机设备，一方面是增加卷重，例如热连轧卷重可以达45吨，冷连轧卷重最高可达60吨，伴随坯料增重，相应的需要提高对加热设备、轧机设备、运输设备等能力。另一方面，加大轧制速度，提高生产效率，热连轧速度达到30米每秒，冷连轧机达到41.5米每秒，线材轧制速度甚至更高。自动化控制及采用计算机技术在线监测轧机设备运行状态，实施输出检测信号，是目前很多大型钢企的发展方向[7-8]。
中小型企业轧机设备也逐渐向新工艺、新结构、高效率、大卷压下的方向迈进。目前，我国有了一批自行设计装备大型轧钢机械设备，如1150万能板坯初轧机、2300 冷轧机、4200 特厚板轧机等轧辊设备[9]，同时，国内还装备了诸多中小型轧钢机械设备，奠定了我国轧钢生产需求。
但是，通过国外先进轧机设备相比，国内轧钢设备无论在高速化、自动化、连续化方面，还是在设备性能或节能、环保方面都还存在加大差距[10]。因此，继续有针对性地将现有的轧钢设备进一步加以改造与更新，研究新轧钢工艺与设备，也是我们现在迫切面临的问题。
随着市场经济的发展，追求质量、品种、效益将是中厚板轧机今后和发展的方向，以宽厚板为主，并有很高的强度，加大轧制力和主传动电机容量。为保证板坯加热的均匀性，使得轧制的钢板尺寸和性能均匀一致[11]。以四辊轧机代替粗轧机，发挥四辊精整线轧机的能力，提高产品的质量。
图1.1 典型的轧机设备
远控多叶排烟口
轧机设备的工作原理：轧件通过两相对旋转的轧辊以压力进行加工，使其产生塑性变形，称为轧制工艺过程。轧机通过工作辊来完成这一过程，工作辊包含有旋转和移动两种运动。前者靠摩擦力进行轧制运动，由轧机主传动实现；控制轧件的变形程度，由轧机压下装置实现。因此，轧机设备的关键部件是对其辊系部件的设计，保证其运行中精确的精度，另一方面，机架良好的结构稳定性，要求辊系在运行中刚度满足要求[12-13]。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题
本文研究对象是1780热连轧四辊可逆粗轧机的三维结构设计及关键部件分析，本文研究的主要内容如下：
（1）通过查阅国内外四辊轧机设备相关资料，设计原始数据要求，对四辊轧机的工作原理及结构方案进行确定。背板制作
1.压下装置 2机架 3工作辊系 4机座 5连接轴 6支撑辊系
图1.2 四辊轧机结构示意图
（2）辊系的设计与计算，主要包含轧辊结构类型、轧辊材料、轧辊尺寸参数计算、轧辊轴头轴承室的设计、轴承选型及寿命计算。
（3）下压装置的设计，机架部件设计等关键部件设计。
（4）运用 Solidworks 三维绘图软件建立四辊轧机的三维实体模型，在 Solidworks中进行装配轧机模型，且检查零部件之间是否发生干涉，然后完成四辊轧机的CAD出图，包含装配图及关键零部件出图。
（5）将轧辊及机架三维建模分别导入ansys软件进行有限元分析，模拟分析其在轧制力矩和轧制力的作用下，轧辊与机架的应力分布及变形量情况，并根据模拟结果对其进行结构改进与优化。
三、研究步骤、方法及措施
课题研究的主要步骤及方法：
（1）确定课题后，需查阅国内外热连轧四辊轧机设备的相关文献资料，了解热连轧设备的工作原理，结构特点及应用情况，现阶段此类设备存在的问题，并提出相关改进及优化方案，为本课题的开展奠定理论基础。
（2）根据设计要求，参考现有设备的结构特点，完成四辊轧机的总体方案设计。
车头时距
（3）运用现有的机械设计与材料轧制成型工艺基础知识，完成对四辊轧机的轧辊零件设计、轴承选型、压下装置设计等计算与校核。
（4）通过solidworks软件对四辊轧机的各非标零件进行三维建模，对标准零件进行选型，然后整体设备的装配，且检查零部件之间是否发生干涉。
（4）应用CAD软件完成四辊轧机的工程出图。
（5）应用ansys软件进行对轧辊与机架的进行有限元分析，模拟分析其在轧制力矩和轧制力的作用下，其应力分布及变形量，并对结构进行优化。
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