(轧制成形设备教学课件）第3章轧辊调整机构及上辊平衡装置

3.3电动压下装置电动压下是最常使用的上辊调整装置，通常包括：电动机、减速器、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块、测压仪等部件。分类：快速压下装置；板带轧机压下装置一、快速压下装置（不“带钢”压下）主要用在上辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上，如初轧机、中厚板轧机、连轧机的粗轧机。1．工艺特点（1）行程大，速度快、调整精度相对较小（2）调整时，不带轧制负荷，即不“带钢”压下。2．要求（1）惯性小、便于频繁启动、制动；（2）传动效率高、工作可靠；（3）具有克服压下螺丝阻塞事故的机构。（1）采用立式电动机、传动轴与压下螺丝平行布置，圆柱齿轮传动。优点：传动效率高、零件寿命长。常用的电动压下行程指示器有两种形式：A　机械指针盘读数指示器；多用于初轧机或开坯机上，误差较大，指示精度不高　(P50页图）B　数字显示管指示器；广泛用于热连轧机上，指示精度取决于压下螺丝到指示器之间传动链的精度。3．结构形式传动轴与压下螺丝交叉布置，圆柱齿轮和蜗轮副联合传动。用在压下速度不太快的板坯轧机上。（2）采用卧式电动机注：自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由交流电压变为转角的感应式微型电机，在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。快速电动压下装置由于其压下行程大，压下速度快、动作繁、而且不带钢压下，故生产中易发生压下螺丝的阻塞事故。原因：由于操作失误、压下量过大等原因造成卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回事故。此时，压下螺丝上的载荷超过了压下电机允许的能力，电机无法启动，上辊不能移动、轧机不能正常工作因此，为了处理堵塞事故，很多轧机都专门设置了压下螺丝回松机构。5、压下螺丝的自动旋松　　　主要发生在初轧机上（尤其是立式电动机压下），表现在轧制过程中，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。原因：压下螺丝升角大于或接近螺丝、螺母间的摩擦角。防止措施：(1)加大压下螺丝止推轴颈的直径，并在球面铜垫上开孔；　　　　　(2)适当增加螺丝直径。在螺矩不变的条件下，增加螺丝直径不仅能增大摩擦阻力矩，而且还有减少螺纹升角，增强自锁性的作用。4、压下螺丝的阻塞事故1、工艺特点轧件薄而长，轧制速度快、产品精度要求高；2、压下机构特点（1）轧辊调整量较小；　　最大提升200-300mm，一般轧制时只有10-25mm，最小时只有几个um。（2）调整精度高；　　公差：中厚板±0.08mm，板带±0.015mm，冷轧时更小。因此要求调整精度在公差范围以内。（3）“带钢”压下；（4）必须动作快、灵敏度高；（5）轧辊平行度要求严格。（两端分开及单独调整）二、板带轧机电动压下装置（1）圆柱齿轮－蜗轮副传动　图2.3-5（2）两级蜗轮副传动　图2.3-4（3）行星齿轮传动3、结构形式3.4上辊平衡装置轧辊平衡装置是上辊径向调整装置的组成部分之一，它与轧辊的压下装置配套共同完成上辊的升降动作。一、轧辊平衡装置的作用1、消除间隙，防止冲击；2、改善咬入条件；3、压下螺丝反转时，提升上辊4、在四辊板带轧机上，避免工作辊与支承辊间打滑。二、轧辊平衡装置的类型1、弹簧平衡装置用在上辊调整量很小（不大于50-100mm）的型钢、线材轧机上。优点：简单可靠，价格便宜。缺点：换辊时需要人工拆装弹簧，费力、费时。弹簧的平衡力通过螺母调节。教材P11图1-6中12为平衡弹簧，弹簧的平衡力通过螺母调节。用在轧辊调整量很大的轧机上，如初轧机、板坯轧机、厚板轧机以及大型钢轧机的开坯机上。结构：P50图2.3-6。平衡力通过调整平衡锤在杠杆上的位置。优点：工作可靠，操作简单，调整行程大。缺点：轧机的基础深而结构复杂、惯性力很大，易造成冲击。支杆2、重锤平衡装置（1）八缸式平衡装置①四个液压缸安装在下工作辊轴承座中支承上工作辊轴承座，平衡上工作辊组和上支承辊本体的重量，在有的轧机上这四个液压缸还有工作辊弯曲缸的作用，用来调整辊型。四个液压缸（较大的）平衡支承辊轴承座与压下螺丝的重量。②结构不同时，液压缸的安装位置可能不同。应用：主要用在四辊板带轧机上。优点：结构紧凑，使用方便，易于操作，便于换辊，可控制板型。缺点：投资较大，维修也较复杂。结构3、液压平衡装置工作辊与八缸类似，只是支承辊平衡方式不同。P52图2.3-8。支承辊则用位于机架上面中央位置的一个液压缸通过两根拉杆和两个横梁来平衡。优点是简化了下支承辊轴承座的加工，此外换辊也更方便。（2）五缸平衡装置通常，平衡力取被平衡重量的1.2-1.4倍，即过平衡系数K为K＝1.2-1.4P＝K∑G对弹簧平衡系统，上辊移动会引起弹簧平衡力的变化，故K可适当取大值。当采用重锤平衡时，平衡锤相对于杠杆支点的力矩比被平衡部件的力矩大20-40%。采用液压平衡时，平衡力P反映在液压缸的工作压力p上，式中G：被平衡零部件的总重量；　n：平衡液压缸的数量；d：液压缸的柱塞直径；　　　K：过平衡系数，1.2-1.4。对于四辊轧机：工作辊（平衡缸的工作压力）：∑G包括上工作辊系、上支承辊本体支承辊：∑G包括支承辊轴承、压下螺丝、球面垫、上支承辊本体。­­也将上支承辊本体的重量计算在内，是为了保证换辊的需要。三、上辊平衡力的确定四辊轧机工作辊平衡力，除了考虑上述因素外，还应考虑支承辊与工作辊间不打滑的要求。工作辊与支承辊接触表面不打滑条件是：轧机空载加、减速时，主动辊作用于被动辊表面的摩擦力矩应大于被动辊的动力矩。1、工作辊驱动，支承辊从动时，不打滑条件为：(以支承辊为研究对象）式中：µ：工作辊与支承辊之间的摩擦系数，µ＝0.1；Q：上工作辊给支承辊的正压力；D2、d2：分别是支承辊的辊身及辊颈直径；（GD2）2：支承辊的飞轮力矩；（dn/dt）2：支承辊的角加速度；Q2：支承辊轴承上所受的力；µ2：支承辊轴承的摩擦系数。Q22、支承辊驱动，工作辊从动时，不打滑条件：式中D1、d1：分别是工作辊的辊身及辊颈直径；(以工作辊为研究对象）（GD2）1：工作辊的飞轮力矩；（dn/dt）1：工作辊的角加速度；Q1：工作辊轴承上所受的力；µ2：工作辊轴承的摩擦系数。则上工作辊的平衡力P为：P＝Q＋∑G式中∑G：上工作辊平衡系统被平衡件的总重量。比较P＝Q＋∑G与P＝（1.2-1.4）G，二者取大值。3.5　压下装置主要参数确定一、压下螺丝1、组成头部：与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力；本体：传递力及运动；尾部：承受驱动力矩。　尾部头部2、结构（1）头部　为了防止端部磨损，并使轧辊轴承具有自位性，端部做成球面形状，与球面铜垫形成止推轴承。凸形：老式，但使凹形球面垫（青铜，耐压性能高）承受拉应力，易破碎；凹形：凸形球面垫受压应力，强度提高。装配式：增大球面止推轴颈，使摩擦力矩Mf增大，防止自松，用在自锁性差的初轧机上。滚动止推轴承：用在“带钢压下”时，为使电机功率减少与增加启动速度。（2）本体带螺纹，与压下螺母的内螺纹配合。锯齿形：传动效率高，主要用在快速压下装置，如不带钢压下（初轧机），手动调整装置。梯形：强度大，主要用于轧制负荷较大的轧机，如冷轧带钢轧机。通常为单线螺纹，在初轧机等快速压下装置有时用双线或多线螺纹。（3）尾部方形：镶有青铜滑板，主要用于快速压下装置的压下螺丝上，如初轧机。花键形：承载力大，多用在低速重载的带钢轧机。带键圆柱形：仅用在轻负荷的调整机构中，包括手动在内。（1）压下螺丝的外径d0，螺矩t　压下螺丝上承受的力与轧辊辊颈（四辊轧机为支承辊）上的作用力数值相同，对板带轧机而言，P1＝P/2。经过对压下螺丝和轧辊辊颈的强度计算公式进行比较、整理、简化，可得：d0=(0.55-0.62)d式中:d为轧辊辊颈直径，对四辊轧机则是支承辊辊颈直径。公式中较小值用于铁质轧辊，系数较大值用于钢质轧辊，公式求出d0后按GB圆整。压下螺丝的螺距t应按所选定的螺纹外径d0在有关标准中选取，通常：开坯轧机：t=(0.12-0.16)d0型钢轧机：t=0.1d0四辊热连轧带钢轧机：t=(0.025-0.05)d0四辊冷带钢轧机：t≥0.017d03、压下螺丝的主要参数(2)　压下螺丝的强度校核压下螺丝主要受轴向压力作用，由外径d0确定出主要参数后，便可按其强度条件对压下螺丝进行强度校核。式中dmin：压下螺丝最小直径，一般在螺丝头端接近止推铜垫（或推力轴承）处；P1：作用在螺丝（轧辊辊颈）上的最大压力；b：压下螺丝材质的强度极限；n：压下螺丝强度计算的安全系数，一般选取为6。(P55)一般压下螺丝的长径比往往小于5，不必进行稳定性校核，如长径比大于5，需校核稳定性。　　　　压下螺母是轧机机座中重量较大的易损零件。国产1150初轧机和4200厚板轧机的压下螺母重达1.8t和4.1t。螺母通常用贵重的耐磨的高强度青铜或黄铜铸成。1、齿形与压下螺丝相啮合，也有锯齿形和梯形之分，依压下螺丝而定。2、压下螺母的高度H通常选用耐磨青铜，其薄弱环节是挤压强度，根据经验公式：H＝（1.2-2）d03、螺母的外径D压下螺母的外径D根据它的端面和机架在接触面上的挤压强度选定，根据经验公式：D＝（1.5-1.8）d0式中d0：压下螺丝外径二、压下螺母1、静力矩（M0j）在计算压下电动机的功率之前，首先计算压下螺丝的传动力矩。传动压下螺丝所需的静力矩，也就是压下螺丝的阻力阻力矩，包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩。Mj=Mj1+Mj2式中Mj：作用在压下螺丝上的静力矩；Mj1：螺纹之间的摩擦力矩；Mj2：止推轴承的摩擦力矩；其中Mj1　P：作用在每根压下螺丝上的力；d2：压下螺纹的中径；：压下螺丝的摩擦角，，螺纹之间的摩擦系数＝0.1，为螺纹工作面牙形角，锯齿形螺纹为＝3°.：螺纹升角，压下时用正号，提升时用负号，t螺矩。三、压下电动机的功率其中Mj2的计算为：式中：压下螺丝头部端面与球面垫间的摩擦系数，＝0.15-0.18；：推力轴承摩擦系数，＝0.01；d3：压下螺丝端头直径；：推力轴承平均直径。作用在压下螺丝上的力P的计算分两种：①对不“带钢”压下的初轧机和板坯粗轧机P＝（Q－G）/2式中Q：上轧辊平衡力；G：被平衡部件（包括轧辊组件，压下螺丝）的总重量。通常Q＝（1.2-1.4）G　　P＝（0.1-0.2）G②“带钢”压下的轧机（冷、热轧带钢轧机）P＝P’/2式中P’：轧制力，此时过平衡力（Q－G）与轧制力相比可忽略不计。（N﹒m）（球面垫）（N﹒m）（推力轴承）压下电机传动的静力矩：式中i：总传速比；　　　　µ：总传动效率；2、动力矩MOD作用在压下电机轴上的动力矩，产生在电机频繁起动且对起动的速度有一定要求时，其值为：式中：折算到压下电机轴上全部转动零件的飞轮力矩；：压下电机的角加速度，＝200-600　r/min/s作用在压下电机上的力矩M包括静力矩M0j和动力矩M0D，即：M＝M0j＋M0D所以，每根压下螺丝所需的功率：(kw)式中n：电机额定转数，r/min；i：传动系统总速比；　η：传动系统总的机械效率。3、压下电机的功率