POE塑料能不能单独使用

摘要我的设计题目为铝板冷轧机的设计，铝板轧机是轧铝车间的重要设备，在铝板生产中被广泛应用。铝板轧机是一个集机械、电气、液压、控制、传动为一体的复杂系统，并且在非常恶劣的环境下工作。本轧机其为典型的四辊不可逆冷轧机，所轧制的金属为典型的有色金属——铝，因此该设计具有其独特性。本论文系统的阐述了四辊不可逆冷轧机的结构和新的计算理论，分章节的介绍了铝的轧制工艺及设备、轧制规程的制定、轧辊、轧辊轴承、轧辊的设计、轧机机架和轧机工作辊的校核、轧机的附属装置的设计、轧机的三维设计等。并对轧制力能参数、工作辊和工作辊轴承进行了重点设计计算。由于作者的能力有限，在设计中借鉴了渤海铝业有限公司的四辊不可逆轧机的相关设计资料。关键词　四辊不可逆冷轧机工作辊轧制工艺AbstractThetopicofmydesigniscoldaluminumstripmill.Stripmillisanimportantequipmentinthealuminum-rollingworkshopandisextensiveusedinstripaluminummanufacture.Stripmillisasetofmechanical,electrical,hydraulic,control,transmissionasoneofthecomplexsystem,andworkintheverypoorenvironment.Thismillisatypicalof4-highnon-reversingcoldstripmill.Besides,therollingmaterialinthedesignisthetypicalofnonferrousmetal-aluminum;therefore,thisdesignhasitsspecialty.Thispaperdescribesthestructureof4-highnon-reversingcoldstripandnewcalculationaltheoryandmethodssystemically.Itgivesapresentationofrollingtechnicsandequipmentsofaluminum、roll、rollingbearing、millinghouse、outfitforadjustingandbalancingrolletc.Especially,theauthorpaysmoreattentiontodesigningrollingparameter、workrollandrollbearing.Forthelimitedcapacityofdesigner,intheprocessofthedesign,theauthorusesthedesigninformationof4-highnon-reversingcoldstripmill(2200)designedbyDavyMcKee(Poole)Ltdforreference,whichbelongstoBohaiAluminumIndustriesLtd.Corporation.Keywords　4-highnon-reversingcoldstripmillworkrollrollingtechnics目录I摘要IIAbstract1第1章绪论11.1课题背景21.2铝及其合金的轧制工艺及设备21.2.1铝及其合金板、带、箔材21.2.2铝及其合金的轧制工艺简述31.2.3铝及其合金的轧制设备41.2.4冷轧机型式的选择61.3本章小结7第2章轧机轧辊72.1轧机工作辊的基本参数72.1.1工作辊辊身的长度和直径72.1.2工作辊辊径的长度和直径82.1.3工作辊轧辊头的长度和直径92.2轧机支撑辊的基本参数92.2.1支撑辊的辊身长度和直径92.2.2支承辊辊径直径和长度102.3轧辊的挠度的公式推导102.3.1工作辊相应挠度的公式推导112.3.2支承辊相应挠度的公式推导132.3.3轧辊辊身中部与边部压力差值的确定142.3.4轧辊挠度的计算过程162.4轧辊的校核182.5本章小结19第3章轧机的力能参数193.1轧制工艺规程的设计193.1.1轧制材料的确定193.1.2轧制道次的确定193.1.3轧制速度的选取193.1.4平均单位压力和总轧制压力213.2轧制力距和轧制功率的计算213.2.1轧制力距的计算233.2.2轧制功率的计算243.3本章小结25第4章轧机机架的设计254.1机架的结构254.2轧机机架尺寸参数的确定264.2.1窗口宽度的确定274.2.2窗口高度的确定274.2.3机架立柱断面的确定274.3ANSYS有限元法274.3.1有限元法简介294.3.2ANSYS功能简介314.3.3ANSYS分析的基本过程324.4轧机机架的校核324.4.1轧机机架的材料和受力分析334.4.2轧机机架的网格划分334.4.3施加载荷及约束344.4.4轧机机架的结果分析384.5本章小结39第5章轧机工作机座的其他部分395.1轧辊轴承395.1.1轧辊轴承的特点395.1.2轴承组件的装配要求395.1.3四列圆柱滚子轴承的寿命计算415.2液压压下装置415.2.1液压压下装置的特点425.2.2液压压下装置的基本类型435.2.3液压压下装置的控制方式435.2.4液压压下油缸的选择445.3轧制线调整装置445.4液压平衡装置455.4.1四辊轧机上轧辊平衡装置的特点455.4.2平衡装置的型式455.5液压弯辊装置475.6主接轴结构485.7本章小结49第6章轧机的动力及传动机构496.1轧机的主电机选择496.2主减速器的选择496.3齿轮机座496.3.1齿轮机座的结构506.3.2齿轮机座的轴承516.3.3润滑及密封516.3.4轮齿形式516.4连接轴516.5本章小结53结论55参考文献57致谢59附录1开题69附录2文献综述79附录3外文翻译第1章绪论1.1课题背景中国的铝板带轧制工业始于1919年9月，上海益泰信记铝器厂用二辊小轧机轧制小铝片。真正的铝板带轧制是在新中国成立后发展起来的，1956年11月6日中国第一家大型综合铝业生产企业---东北轻合金有限责任公司（当时工厂代号为101厂）在苏联的援助下建成投产，开创了中国现代化铝板带轧制工业的先河，从此中国有了现代化的铝轧制企业。建国以后，中国大地上的铝轧制企业如雨后春笋般茁壮成长起来。1983年一重为西南铝业有限责任公司设计制造了中国首台Φ360/1000mm×1400mm四辊不可逆式冷轧机，轧制速度可达600m/min，产品最薄厚度为0.2mm，板厚偏差为±0.005mm。具有液压AGC系统、X射线测厚仪、轧制油板式精密过滤、可控硅供电、开卷机自动对中、快速换辊、自动灭火系统等。该技术水平基本与20世纪70年代中期的国际水平相当。该机于1986年10月正式投产[1]。2004年中色科技股份有限公司设计了的中国首台2050mm六辊不可逆冷轧机，该机的主要参数见下表1，与日本日立公司引进平辊六辊轧机相比，它的最大轧制速度低40%，主电机功率低25%，产品最薄厚度却小一倍，最大轧制力也高25%[2]。表1-1中国自行设计的六辊不可逆式铝带冷轧机参数 规格/mm Φ480/1350×2050 最大轧制速度/(m.min-1) 900 主电机功率/Kw 2×1500 最大轧制力/N 20000 来料最大厚度/mm 12 产品最薄厚度/mm 0.2 带卷最大外径/mm 2500 带卷最小外径/mm 665目前世界上，典型的现代化大型冷轧机当属德国SMSDemag公司的三机架冷轧机组，最高轧制速度1524m/min，板宽2030mm,成品厚度公差±0.0038mm,设计能力300kt/a，仅用于铝罐毛料薄板的生产。世界上最先进的铝板带冷轧机的轧制速度可达到2400mm/min，意大利可米塔尔铝业公司扩建了一台由奥钢联提供的四辊冷轧机，为工厂的铝箔轧机提供毛料，这台冷轧机中了当前铝带冷轧的各种先进技术，实质上是一台万能冷轧机，生产的产品范围广。1.2铝及其合金的轧制工艺及设备1.2.1铝及其合金板、带、箔材铝及其合金产品是轻有色金属轧材的代表产品。按其厚度的不同，可以分为板、带、箔三种。见表1-2表1-2铝合金轧材的分类 轧材品种 尺寸mm 厚度 宽度 长度 热轧 厚板 5~60 500~2500 2000~10000 特厚板 80以上 500~2500 2000~10000 冷轧 薄板 0.3~4.0 500~2500 2000~10000 箔材 0.005~0.2 5~1000 ——1.2.2铝及其合金的轧制工艺简述常见的铝及其合金的生产包括铝锭铣面、铝锭蚀洗、包铝、加热、热轧、预先退火、冷轧、中间退火、预剪、成品退火、淬火、人工时效、精整、涂油包装等工序。与一般的轧钢工艺相比，铝及其合金板、带的生产流程有以下特点：1）铝锭要经过铣面（纯铝板锭除外），以清除表面缺陷，一般每边铣去8~12mm;2)由于铝锭铣面表面有润滑油脂，因而铣面后，铝锭需要去油，可在苛性钠槽中蚀洗，在硝酸槽中中和，然后进行水洗；3）纯铝具有耐腐蚀的特点，硬铝板强度高，但不耐腐蚀，因而硬铝铸锭在热轧加热前要包覆一层厚度为10~20mm的纯铝板，这样可以提高硬铝板的耐蚀性，为防止热轧裂边，铸锭侧面也需要包铝；4）加热后的铝锭，由于晶粒较大，在安排热轧的压下规程时，前几道必须采用小压下量轧制，通常压缩率控制在5~10%；此外，热轧温度也较低（500℃以下）；5）铝板表面划伤处对应力集中很敏感，故从热轧开始，各工序必须采取措施，防止铝板表面划伤。6）在有的大型铝加工厂，采用中温轧制工艺，铝带经热轧后不必卷取，直接送到冷轧机去温轧，这样可以简化工艺流程，降低生产成本；7）为提高硬铝合金的机械性能，铝合金板材在冷轧后要进行淬火、自然时效和人工时效等工艺处理；8）某些热轧后的特厚板和冷轧后的特薄板要进行张力矫正；9）轧制铝箔时，需要合卷和分卷。1.2.3铝及其合金的轧制设备常用的铝及其合金的轧制设备如下：热轧设备、冷轧设备、剪切设备、退火设备、酸洗设备、铝箔的合卷和分卷设备、铝锭铣面设备。其中典型的冷轧设备如下图1-1图1-1铝板冷轧机组生产流程图1-卸卷机；2-卷取机；3-液压剪；4-轧机工作机座；5-导辊；6-引料器；7-直头机；8-开卷机；9-送料车冷轧机组的生产流程是：送料车将带卷运至直头机的双锥式开卷机上，带卷直头后，用引料器将带卷端头引出，经液压剪切头后送轧机轧制。当一卷料快轧到尾部时，轧机停车，用液压剪切尾，并将尾部喂入另一卷取机之钳口，然后进行轧制。1.2.4冷轧机型式的选择常用的冷轧机的结构形式有二辊、四辊及多辊。按轧机操作方式有可逆式和不可逆式两种。选择冷轧机型式除一般原则，还可根据生产特点、轧制工艺要求、轧机结构特点等进行[3]。常用的冷轧机的各种型式如图1-2所示。2辊轧机4辊轧机6辊轧机20辊轧机6辊轧机12辊轧机图1-2常用冷轧机的各种型式1、按生产特点选择机型冷轧机按生产特点，通常分为：1）块式生产的板材轧机，目前按大多数中小加工厂仍采用这种二辊不可逆轧机，则面临着设备改造与更新的迫切任务。只有少数工厂采用二辊及四辊可逆轧机；2）带式生产的带材轧机，一般采用四辊轧机，产量大品种较单一时采用冷连轧机，窄带材低速轧制也采用二辊轧机；3）箔材轧机，通常采用工作辊小的四辊及多辊轧机；4）平整轧机，也属精轧机，压下量很小，用于带材的平整和抛光，一般采用辊径较大，速度较低及功率较小的二辊轧机。2、按工艺要求选择机型冷轧机按工艺要求又可分为冷粗轧机、中轧机及精轧机三类，实现轧机专业化。从机型上既可以选择二辊和四辊，但粗轧机一般采用二辊，精轧机采用四辊或多辊轧机。对于产品较单一，产量较大的现代化加工厂，粗、中、精轧也有在一台轧机上完成的，为一机多用的冷轧机。近几年有少部分厂已经引进了这种现代化的冷轧机。国外普遍对冷轧机进行现代化技术改造。如铜及铜合金一般粗轧机，采用单机架四辊可逆或不可逆轧机；两机架四辊不可逆冷轧；三机架二辊连轧机。精轧多种机型，大多采用四辊可逆、12辊及20辊轧机。铝及铝合金，普遍采用3~6台四辊连轧。铝箔轧制，因塑形好、抗力低，轧制过程易断带不宜连轧，因此普遍采用单机不可逆式四辊轧机生产。轧机的操作方式主要根据品种、产量多少考虑。小批量及多品种常采用不可逆及单机架冷轧机；大批量及品种单一常采用可逆及连续式的高速轧机。一般在满足产品品种及规格、产品质量要求时，宜优先选择辊数少的轧机。3、四辊冷轧机四辊轧机有工作辊传动和支承辊传动两种方式。工作辊传动的四辊轧机，其辊径较大咬入能力较强，可增大压下量提高生产率，但工作辊受扭转强度限制，使其直径不能继续减少，以至轧出的最小厚度受限，因此，出现了支承辊传动的四辊轧机。采用支承辊传动其优点：可承受较大的扭矩、工作辊小有利于轧制更薄的产品，工作辊无接轴，换辊方便，而且其直径可在一定范围内变化，以适应轧制的要求。但工作辊和支承辊之间易出现打滑，而且工作辊在水平方向有较大的侧向弯曲，影响轧制精度。轧机的工作制度按操作方式分为不可逆式和可逆式[4]。可逆式间歇时间短，生产效率高。但每改变一次轧制方向都必须调整压下、前后张力、工艺润滑及辊型等条件，才能轧出厚薄均匀及表面平直的带材。而且调整时速度难以提高，轧制条件难以保持稳定，人工操作影响更大。此外，轧机的结构复杂，造价较高。适于轧制时间较短，在同一台轧机上连续轧制多道次时采用。相反，不可逆轧机只能单向轧制，当调整某种轧制条件后，可实现多卷轧制，既减少调整工作量，又保证轧制条件的相对稳定性。其特点是结构简单，造价较低，采用输送装置返回带卷，轧辊和轧件的冷却条件好。与可逆···轧制相比能提高轧制速度，带材质量更稳定。1.3本章小结本章介绍了国内外铝板轧机的发展现状，介绍了铝及其合金的轧制工艺，详细的介绍了冷轧设备的生产流程。第2章轧机轧辊轧辊是轧钢机的主要部件。根据设计技术参数可知此轧辊类型为板轧机轧辊。冷轧板轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保持良好的板型。轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。现就轧辊的设计作出说明。轧辊的基本尺寸参数是：轧辊名义直径D，辊身长度L、辊颈直径d和辊颈长度l。2.1轧机工作辊的基本参数2.1.1工作辊辊身的长度和直径根据工作辊辊身长度应与板、带材的宽度相适应的原则及所给的数据，可以用下式确定辊身的长度：（2-1）式中----辊身长度-板带材的最大宽度；----随带材宽度而异的余量，当时，取；当，，取。本次设计中因此：工作辊辊身直径的计算（2-2）考虑到冷轧时轧辊的弹性压扁，冷轧板带轧机辊身的最大直径根据最小可轧厚度确定。带张力轧制时，其中，所以，考虑轧机轧辊的最大重车率：冷轧机：，故2.1.2工作辊辊径的长度和直径辊颈尺寸是指辊径直径和辊颈长度，它与所选用轴承型式及工作载荷有关。辊径直径因轴承径向尺寸所限，致使辊径与辊身交界处通常为轧辊发生破坏的薄弱环节。因此，在轴承外围尺寸允许的条件下，应尽可能使辊径直径取得大一些。这需要视所选用的轴承而定[5]，本设计选用滚动轴承，由于其外围尺寸较大，辊径直径无法取得很大，根据（2-3）式中---辊径直径---辊身直径取辊径长度（2-4）式中---辊径长度---辊身直径取辊径向辊身过渡处，为了减小应力集中，要做成圆角。圆角半径（2-5）因此2.1.3工作辊轧辊头的长度和直径辊头尺寸指的是轧辊传动端的辊头尺寸。采用万向接轴传动的辊头，其尺寸按下列关系确定（2-6）式中--辊头的直径--与辊头相连部分的辊径直径取平头的厚度（2-7），取2.2轧机支撑辊的基本参数2.2.1支撑辊的辊身长度和直径支撑辊的辊身长度为2100mm（2-8）（2-9）综合考虑取考虑轧机轧辊的最大重车率：冷轧机：，故2.2.2支承辊辊径直径和长度辊颈尺寸是指辊径直径和辊颈长度，它与所选用轴承型式及工作载荷有关。辊径直径因轴承径向尺寸所限，致使辊径与辊身交界处通常为轧辊发生破坏的薄弱环节。因此，在轴承外围尺寸允许的条件下，应尽可能使辊径直径取得大一些。这需要视所选用的轴承而定，本设计选用滚动轴承，由于其外围尺寸较大，辊径直径无法取得很大，根据(2-10)式中---辊径直径---辊身直径取辊径长度(2-11)式中---辊径长度---辊身直径取辊径向辊身过渡处，为了减小应力集中，要做成圆角。圆角半径因此2.3轧辊的挠度的公式推导轧机的刚度很大程度的取决于轧辊（包括工作辊和支撑辊）的刚度。在评定轧机刚度和设计轧辊时，需要以下几个数据：即在轧制力作用下工作辊辊身边缘相对于中点的挠度、工作辊辊身和板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度。工作辊的挠度取决于支承辊的挠度、工作辊与支承辊间弹性压扁的不均匀性以及轧辊的实际凸度和凹度等因素[6]。2.3.1工作辊相应挠度的公式推导工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度的计算简图见图2-1。工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度可按下式求的：（2-12）式中----工作辊材料的弹性模数和剪切模数；---工作辊辊身截面的惯性矩和面积。图(2-1)确定时所用到的计算简图由所产生的弯矩为：（2-13）由所产生的剪力为：（2-14）由所产生的弯矩为：（2-15）由所产生的剪力为：所求挠度之处作用的单位力引起的弯矩和剪力为：将以上弯矩和剪力的计算式代入式2-12,积分整理可得：（2-16）式中----工作辊辊身直径。同理可求出工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度为：（2-17）2.3.2支承辊相应挠度的公式推导支承辊挠度的计算支撑辊辊身边缘相对于辊身中点挠度的计算：（2-18）式中----支承辊材料的弹性模数和剪切模数；-----支承辊辊身截面的惯性矩和面积；---考虑剪力分布不均的系数，相对于圆截面，可取。图(2-2)确定时所用的计算简图弯曲力矩可按下式计算：其中，代入积分后可得：（2-19）剪力可按下式计算：（2-20）所求挠度处作用的单位力引起大的弯矩和剪力为：将以上弯矩和剪力的计算式代入式2-18，且已知,,积分并整理得：（2-21）式中：---支承辊辊身直径；---支点处的摩擦阻力矩，。同理可求得支承辊辊身中点相对于支点的挠度:（2-22）式中：------支承辊辊径直径；。2.3.3轧辊辊身中部与边部压力差值的确定（2-23）式中，，，，，，，求得值并将式（2-16）、（2-17）、（2-20）、（2-21）做适当的简化，得到如下的计算公式:工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度：（2-24）工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度:（2-25）支承辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度：（2-26）支承辊辊身中点相对于支点的挠度：（2-27）2.3.4轧辊挠度的计算过程已知：取工作辊和支承辊的弹性模量，工作辊和支承辊的剪切模量，，，工作辊的辊身长度，工作辊四列轴承之间的跨度，支承辊辊四列轴承之间的跨度，支承辊直径，轧件的宽度，，轧制力。1、值的计算将相关参数代入公式（2-23）求得2、工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度：3、工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度:4、支承辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度：5、支承辊辊身中点相对于支点的挠度：2.4轧辊的校核轧辊是轧机的加工工具，直接承受轧制压力，一般来说，轧辊是消耗性的零件，就轧机整体而言，轧辊的安全系数最小，因此轧辊的强度往往决定整个轧机的负荷能力[7]。假设铝板轧机轧辊的轧制力，可近似地看成是沿轧件宽度均布的载荷，并且左右对称，2、轴承的支持力近似看成集中力，下支撑辊的受力如图2-3所示图2-3支承辊的受力分析其中，，356mm,根据计算算的最大轧制力为（2-28）（5-2）辊身中央断面的弯曲力矩为（2-29）弯曲应力为（2-30）辊径危险断面上的弯矩为（2-31）对于辊径上的弯曲应力和扭转应力分别为（2-32）（2-33）以上计算出的应力只是名义应力，真正的应力应乘以轧辊辊身直径D、辊径直径d以及过渡圆角r有关的应力集中系数和[8]代入求的EMBEDEquation.DSMT4轧辊辊径处的受力为弯曲和扭转的组合，在求的危险点的弯曲应力和之后，即可按强度理论计算合成应力。对于钢轧辊，则按第三或第四强度理论来计算辊径处的合成应力。根据第四强度理论（2-34）按照一般公式（即不考虑疲劳现象）近似计算轧辊时，通常安全系数取为5，即冷轧机用的合金钢锻造轧辊，可以得到轧辊的强度足够。2.5本章小结表2-1本章中计算得到了下列设计参数 轧辊的参数 工作辊(mm) 支承辊(mm) 辊身长度 辊身直径 辊径直径 辊径长度 辊头直径 -- 平头厚度 -- 过渡圆角半径 工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度 -- 工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度 -- 支承辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度 -- 支承辊辊身中点相对于支点的挠度 -- 第3章轧机的力能参数3.1轧制工艺规程的设计3.1.1轧制材料的确定轧机的轧制材料为：铝及其铝合金，制定轧制工艺规程选用的材料为1050A3.1.2轧制道次的确定根据轧制道次的计算公式[9]图(2-3)（3-1）式中---来料的横断面积---成品的横断面积-----平均延伸系数其中平均延伸系数，对于各种不同的轧制情况可根据经验资料确定之，根据计算来料8mm×2000mm轧制成1.0mm厚的板材，取1.5，经计算取6道次。3.1.3轧制速度的选取根据1050A轧制的经验[10]，选取轧制速度为3.1.4平均单位压力和总轧制压力表3-1四辊不可逆式轧机1050A的轧机压下规程设计 序号 轧制道次 1 2 3 4 5 6 1 轧前厚度H,mm 8.0 5.8 4.2 3.0 2.1 1.4 2 轧后厚度h,mm 5.8 4.2 3.0 2.1 1.4 1.0 3 压下量，mm 2.2 1.6 1.2 0.9 0.7 0.4 4 道次压下率，% 27.5 27.6 28.6 30.0 33.3 28.6 5 变形区长度，mm 23.5 20.0 17.3 15.0 13.2 10.0 6 变形区形状系数 3.40 4.00 4.81 5.88 7.56 8.33 7 前后张应力，MPa 22/26 27/31 29/33 31/36 32/30 32/30 序号 轧制道次 1 2 3 4 5 6 8 轧前的冷加工变形程度,% 0 27.5 47.5 62.5 73.8 82.5 9 轧后的冷加工变形程度,% 27.5 47.5 62.5 73.8 82.5 87.5 10 累计压下率的平均值，% 16.5 39.5 56.5 69.3 79.0 85.5 11 平均变形抗力，MPa 95 123 142 152 159 160 12 平均变形抗力，MPa 109.3 141.5 163.3 174.8 182.9 184.0 13 平均张应力，MPa 24 29 31 34 31 31 14 张力影响后的抗力,MPa 85.3 112.5 132.3 140.8 151.9 153.0 15 摩擦系数 0.10 0.10 0.10 0.08 0.08 0.08 16 计算系数 0.34 0.40 0.48 0.47 0.60 0.67 17 计算系数 0.006 0.013 0.019 0.023 0.036 0.053 18 计算系数 0.35 0.46 0.48 0.49 0.62 0.70 19 ，mm 24.15 23.00 17.38 15.62 13.56 10.50 20 1.197 1.270 1.284 1.290 1.385 1.448 21 平均单位压力，Mpa 102.1 142.9 170.0 181.6 210.4 221.5 22 轧制总压力P,KN 2564 3418 3073 2950 2967 2419计算说明：（1）第3~5项，，,，；（2）第7项，，为轧后的屈服极限，由查得[11]。第1~4道次，第56道次取，对控制板形有利[12]；（3）第8~10项，,，；（4）第11~14项，平均变形抗力累计压下率的平均值查得，,，;（5）第15项，摩擦系数查表3-2，煤油为基础油取=0.1，且考虑来料表面状况及速度不大，而后几道速度的提高，轧件表面有所改善，取；（6）第16~20项，按斯通图解法求压扁后，由m、y值查得，然后由值计算，由查得；对于钢轧辊[13]，,mm/MPa;(7)第21~22项，,。表3-2铝冷轧时的摩擦系数值 合金 润滑剂 辊面状态 铝及铝合金 0.16~0.24 无 粗磨的淬活铬钢辊 0.08~0.12 煤油 0.06~0.07 轻机油 0.24~0.32 无 粗磨的淬火铬钢辊、辊面粘铝 0.14~0.18 煤油与机油 0.16~0.20 乳液 3.2轧制力距和轧制功率的计算3.2.1轧制力距的计算工作辊相对支承辊有偏移的四辊轧机辊系的受力，如图3-1。图3-1工作辊相对支承辊有偏移的四辊轧机辊系的受力分析传动工作辊所需要的力矩为：轧制力距、工作辊带动支承辊的力矩与工作辊轴承中的摩擦力产生的摩擦力矩三部分之和。即：（3-2）式中---轧制力；---支承辊给工作辊的反力；---工作辊轴承处的反力，当时，，当时，a---轧制力臂，其大小除决定于轧制力作用点位置外，还与前后张力大小有关：当时，，当时，------工作辊、支承辊直径；---不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角；-----前后张力对轧制力方向影响的偏转角，当时，，当时，；---工作辊与支承辊连心线与直线的夹角，-------轧辊连心线与反力R的夹角，c-----反力R对工作辊的力臂，e----工作辊轴线相对支承辊轴线的偏距--工作辊、支承辊摩擦圆半径式中----工作辊、支承辊轴承的摩擦系数；工作辊、支承辊辊径半径。3.2.2轧制功率的计算（3-3）式中N------轧制功率；---轧制力矩；表3-2轧制力矩和轧制功率的计算 1 2 3 4 5 6 工作辊通用参数 ，，，，e=4mmEMBEDEquation.DSMT4,mm 轧制力P,KN 2564 3418 3073 2950 2967 2419 前后张力对轧制力方向影响的偏转角,° 0.0125 0.0094 0.0104 0.0136 0.0054 0.0066 轧制力臂,mm 15.7579 16.6139 16.3254 15.4616 19.1572 19.1514 工作辊轴承处的反力,KN 29.9216 24.6512 13.8117 6.8586 18.0479 19.5531 支承辊给工作辊的反力，KN 2564 3418 3073 2950 2967 2419 传动工作辊所需要的力矩， 49.5 57.8 42.7 32.3 28.2 17.8 轧制速度 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 轧制功率 503.8482 588.3318 434.6327 328.7737 287.0408 181.18183.3本章小结本章完成了1050A的轧制工艺规程的制定，计算得到了最大轧制力3500KN，最大轧制力矩为60，最大的轧制功率取为600，轧制速度取为1.4第4章轧机机架的设计机架是轧机设备中最大、最重要的构件，其强度和弹性变形直接影响着设备的可靠性和产品的尺寸精度。近年来，国内外轧机广泛采用低温轧制和大压下量轧制，同时随着部分铝及铝合金产品的轧制产量的提高，使轧制时轧机机架负荷明显加大，因此能够准确把握机架应力分布和变形情况对于轧机的设计与研发至关重要。4.1机架的结构按结构型式分类，机架可分为整体式和组合式两种[14]。板、带材轧机的机架要有尽可能大的刚度，因此，大都采用整体铸造结构。这种机架除刚性好外，制造精度也容易保证，制造费用也较低。本设计所采用的轧机机架，就是整体铸造结构。由于该轧机采用液压压下，机架上横梁不再有安装压下螺母的镗孔。因为窗口内要装设液压缸和测压头，所以机架串口高度尺寸比旧式轧机机架要大的多。机架的安装底面上只有一排孔。4.2轧机机架尺寸参数的确定机架的基本尺寸取决于以下两个条件：1）机架窗口要足以容纳轧辊轴承座、测压元件等，并考虑轧机的最大开口度等。在采用液压压下的轧机上，在确定机架窗口高度时，还要考虑装设压下液压缸。2）机架立柱和上下横梁截面应满足机架受力时的强度和刚度要求。机架的主要结构尺寸包括：机架窗口高度（H）和宽度（B）以及机架立柱断面尺寸（F=LB）如图4-1。图4-1机架的基本尺寸4.2.1窗口宽度的确定B=（1.15～1.30）（4-1）式中——支承辊直径，由第一章计算得，=1000mm。所以B=（1.15～1.40）1000=1150～1400mm取传动端B=1394mm。为了便于更换轧辊，在闭式机架中，换辊侧（非传动侧）的窗口宽度比传动侧的窗口宽度应大5~10毫米[15]。所以传动侧窗口宽度=1400mm。4.2.2窗口高度的确定由文献可知（4-2）式中——工作辊直径；——支承辊直径；——窗口高度。mm取=4220mm4.2.3机架立柱断面的确定根据经验确定机架立柱断面的形状为长方形[16]，尺寸为4.3ANSYS有限元法4.3.1有限元法简介目前在工程实际应用中，常用的数值求解方法有：有限单元法、有限差分法、边界单元法和离散单元法，但就其实用性和应用的广泛性而言，主要还是有限单元法。有限元法在20世纪50年代起源于航空工程中飞机结构的矩阵分析。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元，单元之间仅靠节点连接。单元内部点的待求量，可由单元节点量通过选定的函数关系插值求得。由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量关系建立节点量之间的方程式，然后将各个单元方程“组集”在一起而形成总体代数方程组，计入边界条件后即可对方程组求解。有限单元法的基本思想的提出，最早可追溯到Courant在1943年的工作，他第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续函数和最小位能原理相结合的方法，来求解St.Venant扭转问题。现代有限单元法第一个成功的尝试，是将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题，这是美国的Turner，Clough等人于1956年在分析飞机结构时得到的成果。他们第一次给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确解答。1960年Clough进一步处理了平面弹性问题，并第一次提出了“有限单元法”的名称。1963到1964年，Besseling，Melosh和Jones等人证明了有限单元法是基于变分原理的里兹（Ritz）法的另一种形式，从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限单元法，确认了有限单元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。有限单元从20世纪50年代至今，经过几十年的发展，不断开拓新的应用领域，五十多年来，有限单元法的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定性问题、动力问题和波动问题，分析的对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学电磁学等领域[17]。有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种计算方法。它是首先在连续体力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快就广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。结构有限元法一般是以节点位移作为基本未知量，一旦得到单元结构节点的位移列阵，就能够求得该单元中任意的位移、应力和应变。由于单元刚度经过组集，可以得到整体刚度矩阵，进而便可以得到单元内任意点的位移、应力、应变以及单元节点力与单元节点之间的关系，进而可以解决结构的特征问题和响应问题。有限元有许多优点：(1)概念浅显，容易掌握。可以在不同的水平上建立起对该法的理解；可以通过非常直观的物理概念来理解；也可以建立基于严格的数学分析的理论。(2)适用性强，应用广泛，几乎适用于求解所有的连续介质和场问题。(3)采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序，可以充分利用高速计算机所提供的方便。有限元法分析问题的基本步骤：(1)结构的离散化。离散化就是将要分析的结构分割成有限个单元体，并在单元体的指定点设置节点，使相邻单元的有关参数具有一定的连续性，并构成一个单元的集合体以代替原来的结构。结构离散化时，划分的单元大小和数目应根据计算精度的要求和计算机的容量来决定。(2)选择位移插值函数。为了能用节点位移表示单元体的位移、应变和应力，在分析连续体问题时，必须对单元中位移的分布作出一定的假设，即假定位移是坐标的某种简单的函数选择适当的位移函数是有限单元法分析中的关键。通常采用多项式作为位移函数。(3)分析单元的力学特性。利用几何方程、本构方程和变分原理最终得到单位刚度矩阵。(4)集合所有单元的平衡方程，建立整体结构的平衡方程。先将各个单元刚度矩阵合成整体刚度矩阵，然后将各单元的等效节点力列阵集合成总的载荷列阵。`(5)由平衡方程组求解未知节点位移和计算单元应力。4.3.2ANSYS功能简介ANSYS公司是由美国匹兹堡大学力学系教授、有限元法的权威、著名的力学专家JohnSwanson博士于1970年创建而发展起来的，其总部位于美国宾夕法尼亚洲的匹兹堡市，目前是世界CAE行业最大的公司之一。ANSYS软件的最初版本与今天的版本相比有很大的不同，最初版本仅仅提供了热分析及线性结构分析功能，而且是一个批处理程序，只能在大型计算机上使用。20世纪70年代初加入了非线性、子结构等功能；20世纪70年代末，图形技术和交互操作方式应用到了ANSYS中，使得ANSYS的使用进入了一个全新的阶段。经过30多年的发展，如今的ANSYS软件更加趋于完善，功能更加强大，使用也更加方便。ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件。功能完备的预处理器和后处理器（又称预处理模块和后处理模块）使ANSYS易学易用，强大的图形处理能力以及得心应手的实用工具使得使用者轻松愉快，奇特的多平台解决使用户物尽其用，且具有多种平台支持和异种异构网络浮动能力，各种硬件平台数据库兼容，使其功能一致，界面统一。目前，ANSYS已经广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防、军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等工业及科学研究。ANSYS软件含有多种分析能力，包括简单线性静态分析和复杂非线性动态分析。可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了预处理、解题程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，己成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。ANSYS软件能够提供的分析类型如下：(1)结构静力分析用来求解外荷载引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。ANSYS程序中的静力析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触问题的分析。(2)结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行结构动态分析的类型包括瞬时动力分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。(3)结构非线性分析结构非线性问题包括分析材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。ANSYS程序可以求借静态和瞬态的非线性问题。(4)结构屈曲分析屈曲分析是用来确定结构失稳的载荷大小与特定的载荷下结构是否失稳问题。ANSYS中的稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。(5)热力学分析ANSYS可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种基本类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还可以进行模拟材料的固化和熔解过程的分析，以及模拟热与结构应力之间的耦合问题的分析。(6)电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁能量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。(7)声场分析声场分析主要用来研究主流体（气体、液体等）介质中声音的传播问题，以及在流体介质中固态结构的动态响应特性。(8)电压分析压电分析主要可以进行静态分析、模态分析、瞬态分析和谐波响应分析等，可用来研究压电材料结构在随时间变化的电流和机械载荷响应特性。主要适用于谐振器、振荡器以及其他电子材料的结构动态分析。(9)流体动态分析ANSYS中的流体单元能进行流体动态分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分析的图形显示。4.3.3ANSYS分析的基本过程ANSYS分析过程包含三个主要的步骤：前处理、加载并求解、后处理。1、前处理是指创建实体模型以及有限元模型。它包括创建实体模型，定义单元属性，划分有限元网格，修正模型等几项内容。现今大部分的有限元模型都是用实体模型建模，类似于CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，然后在里面划分节点和单元，还可以在几何模型边界上方便地施加载荷，但是实体模型并不参与有限元分析，所以施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（单元或节点）进行求解，这个过程通常是ANSYS程序自动完成的。用户可以通过4种途径创建ANSYS模型：(1)在ANSYS环境中创建实体模型，然后划分有限元网格。(2)在其他软件（比如CAD）中创建实体模型，然后读入ANSYS环境中，经过修正后划分有限元网格。(3)在ANSYS环境中直接创建节点和单元。(4)在其他软件中创建有限元模型，然后读入节点和单元数据。单元属性是指划分网格以前必须指定的所分析对象的特征，这些特征包括：材料属性、单元类型、实常数等。需要强调的是，除了磁场分析以外，用户不需要告诉ANSYS使用的是什么单位制，只需要自己决定使用何种单位制，然后确保所有输入值的单位制统一，单位制影响输入的实体模型尺寸、材料属性，实常数及载荷等。2、在ANSYS的加载和求解中，有几种载荷的类型：(1)自由度DOF：定义节点的自由度（DOF）值（例如，结构分析的位移、热分析的温度、电磁分析的磁势等）。(2)面载荷（包括线载荷）：作用在表面的分布载荷（例如，结构分析的压力、热分析的热对流、电磁分析的麦克斯韦尔表面等）。(3)体积载荷：作用在体积上或场域内（例如，热分析的体积膨胀和内生成热、电磁分析的磁流密度等）。(4)惯性载荷：结构质量或惯性引起的载荷（例如，重力、加速度）。在进行求解之前，用户应进行分析数据检查，包括以下内容：(1)单元类型和选项、材料性质参数、实常数以及统一的单位制。(2)单元实常数和材料类型的设置、实体模型的质量特性。(3)确保模型中没有不应存在的缝隙（特别是从CAD中输入的模型）。(5)集中载荷和体积载荷、面载荷的方向。3、在后处理中，ANSYS提供了两个后处理器：(1)通用后处理器（POST1）：用来观看整个模型在某一时刻的结果。4.4轧机机架的校核4.4.1轧机机架的材料和受力分析材料ZG35，极佳的弹性模量E=210Gpa,泊松比，密度，模型材料各向同性。在正常的轧制过程中，机架的受力很复杂。有以下几种力作用在机架上：轧制力，通过支承辊轴承座、垫板分别作用在机架的上下横梁上；轧辊轴颈摩擦力矩通过轴承座在机架立柱上引起的反力；由带材前后张力差引起的作用于机架立柱上的水平力；当坯料咬入时，由加减速引起的作用在机架立柱上的水平惯性力；由于万向接轴的倾斜传动和轧辊的轴向串动引起的作用于机架上的轴向冲击力；各种水平力所形成的倾翻力矩在机架下支撑面上引起的反力；在上述作用力中，以轧制力为最大，其他力与轧制力相比数值很小，因此，在计算机架时，通常忽略其他力的影响[18]。在计算过程中做了以下几点假设假设：每片牌坊（机架）仅在上下横梁的中间断面处受有垂直力P，且此二力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，即机架的外负荷是对称的。此时机架没有倾翻力矩，机架地胶不受力。机架结构相对于窗口的垂直中心线是对称的，且忽略由于上下横梁惯性距不同所引起的水平内力。上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的，即机架变形后，机架转角处仍保持不变[19]。4.4.2轧机机架的网格划分由于本次设计的是闭式机架，将已建立的轧机机架的三维实体模型导入ANSYS10.0中，采用八节点单元类型SOLID45brick8note45六面体单元，利用MeshTool完成网格的自动划分。选择SMARTsize5得到轧机机架的网格划分如图4-2图4-2机架的网格划分图4.4.3施加载荷及约束在受力面上施加均布面载荷，结合轧制力工艺参数，对单片机架承受的最大轧制力时（P=1750KN）的变形计算分析，在地脚螺栓处施加3个方向的位移约束为0，在下部受力面积上施加的力为12MPa，在上部受力面积上施加的力为6MPa。4.4.4轧机机架的结果分析1、机架的挠度分析从受力变形图4-3，可以得出轧机的最大变形为0.272947mm。图4-3轧机机架的变形图从变形前与变形后的对照,可以看出机架的发生较大变形处在立柱中间位置附近和横梁的中部。图4-4轧机机架的变形前后对照图X方向的位移图,在x方向的最大位移发生在横梁上部的中间位置，数值为0.012mm。图4-5轧机机架X方向的位移图从图4-6，Y方向的位移图可以得出，机架在垂直方向上的总变形为0.138541mm。对于大、中型四辊冷轧机，机架在垂直方向的总变形不应大于0.5~1.0mm[20]。故设计的机架满足要求。图4-6轧机机架Y方向的位移图从图4-7，机架Z方向的位移图，可以看出轧机机架的窗口变形量为0.24mm,这主要用来保证加滑板后机架窗口和支承辊轴承座之间的间隙为0.24mm，当机架受力产生水平挠度后，轴承座仍可沿窗口自由滑动，满足使用要求。图4-7轧机机架Z方向的位移图2、轧机机架的应力分析从图4-8中，可以得出机架X方向的最大应力值为24.649MPa。图4-8轧机机架X方向的应力图从图4-9中，可以得出机架Y方向的最大应力值为40.191MPa。图4-9轧机机架Y方向的应力图从图4-10中，可以得出机架Z方向的最大应力值为63.648MPa。图4-10轧机机架Z方向的应力图从图4-11中，可以得出机架合成应力最大应力值为54.168MPa，立柱的内表面最大合成应力为12.037MPa，立柱的外表面最大合成应力6.019MPa，上横梁的上表面最大合成应力54.168MPa，上横梁的下表面最大合成应力24.075MPa，下横梁的上表面最大合成应力42.131MPa。图4-11轧机机架合成应力图4.5本章小结本章确定了轧机机架的基本结构、机架的基本参数、机架的ANSYS分析经过分析得出机架的强度满足设计要求。第5章轧机工作机座的其他部分5.1轧辊轴承5.1.1轧辊轴承的特点轧辊轴承是轧机的主要部件之一，轧辊轴承突出的特点是单位压力大，其单位压力超过一般用途轴承的2~5倍，甚至更高[21]；轧辊轴承的另一个特点是工作速度的变化较大，轴承必须满足不同速度的要求；此外轴承的工作环境比较恶劣。因此，对轧辊轴承要求有：高的承载能力，轴承本身能耗较小，可在不同速度下工作，结构简单，易于制造成本低。由于滚动轴承具有磨擦系数小、精度高、运转安全、维护简单，产品易于系列化、能成批生产。本设计中选用滚动轴承（四列圆柱滚子轴承和双列角接触球轴承）。四列圆柱滚子轴承磨擦磨损小，轴承径向尺寸较小。采用这类轴承，能加大轧辊辊径的尺寸。由于轴承中装有多列滚柱，故承载能力高，但是它不能承受轴向负荷，必须增设单独的止推轴承。双列角接触球轴承在轧辊只承受轴向载荷，不承受径向载荷。5.1.2轴承组件的装配要求对于四列圆柱滚子轴承，由于换辊时内外圈是分离的，一般采用热装（电感应加热）法拆装[22]。为了在换辊时装拆轴承方便，轴承内圈与辊径采用动配合。轴承外圈与轴承座孔之间的配合也采用动配合。轧辊两端的轴承座只对操作侧的轴承座进行轴向固定，传动侧的轴承座没有设置轴向固定装置，这样可以使轧辊有膨胀伸长的自由度。操作侧的轴向固定装置采用挡板结构。5.1.3四列圆柱滚子轴承的寿命计算根据轧辊尺寸选择合适的轴承型号，轧辊轴承主要计算轴承的寿命。它符合实际的轴承寿命，必须准确的确定动负荷。当量动负荷和轴承寿命之间的关系用下式表示（5-1）式中-------以小时计的轴承寿命；-------轴承的转速，；------额定动负荷，其值由轴承样本查的；------寿命系数，对于球轴承，对于滚子轴承；-----当量动负荷，；当量动负荷可由下式求得：（5-2）式中---径向系数，根据的比值，由轴承样本查的；----轴向系数，由轴承样本查得；---轴承的轴向负荷，；--轴承的径向负荷，；----负荷系数，由于工作中的振动、冲击和轴承负荷不均等许多因素的影响，轴承实际负荷要比计算负荷大，根据工作情况以确定负荷系数。板材轧机的值推荐如下：1）热轧机；2）冷轧机；----温度系数，轧辊轴承一般只能在100℃以下工作，所以。需要轴承在高温下工作时，应向轴承厂提出要求，对于高温轴承可查轴承样本得到。板带轧机的轴向负荷较小，在计算时可大致取轴向负荷等于轧辊上的平均压力的2~10%[24]。当计算多列圆柱滚子和滚针轴承时，取轴向负荷等于零，其轴向负荷有专门的止推轴承承受。当量动负荷的计算式为：（5-3）当计算多列圆柱轴承、滚针轴承、动压轴承配套使用的止推轴承时，取径向负荷等于0，当量动负荷的计算式为：（5-4）对于二辊和四辊板带材轧机，一端轴承所承受的径向负荷等于轧制压力的一半。（5-5）计算过程如下：轴承的转速额定动负荷,寿命系数，轧制压力,代入式（5-5）、（5-3）及（5-1）得：径向力轴承的寿命为5.2液压压下装置5.2.1液压压下装置的特点1）响应速度快，在高速轧制的情况下，轧机的辊缝能够根据所测得的板、带材厚度偏差得到及时调整。2）采用液压压下，可以改变和控制轧机工作机座的刚度。众所周知，由于轧制阶段的不同，对轧机工作机座的刚度要求也不同，在冷轧机的出轧阶段，要求工作机座具有尽可能大的刚度，以保证获得最小的带材纵向厚度，而在精轧和和平整阶段，要求机座具有较小的刚度，以获得带材成品较好的板型。因而在近代冷连轧机上，要求对各机座的刚度进行控制，以分别采用等效刚度大的“恒辊缝”轧制和一般刚度和小刚度的平整，来获得纵、横向厚差都合格的带材。轧机的刚度可控只有采用液压压下才能实现。3）采用液压压下，可得到较高的轧辊位置精度。电动压下装置的分辨率为0.01mm，液压压下装置的分辨率可高达0.001mm[25]。因此，在液压轧机上，成品厚度偏差可大大缩小；4）采用液压压下，可保证轧机的安全操作。在液压轧机的液压压下系统中，设有自动快速卸压装置。在轧制过程中出现故障，或当轧制压力超过了额定数值时，轧辊上的载荷可快速消除，从而防止工作机座各承载零件的损坏，保证轧机的正常工作。液压压下装置虽有上述优点，但制造精度和操作、维护要求较高，技术上比较复杂，对油液的污染很敏感。5.2.2液压压下装置的基本类型液压压下装置一般可按定位方式分为定位式和不定位式两大类。不定位式液压压下装置的基本特点是靠压力调节阀调节油缸中的压力，实现恒压轧制。液压柱塞不进行位置控制，这是用于箔材轧机或平整机上的早期的液压压下装置。定位式液压压下装置是对进入油缸中的油量进行控制，因而可将轧辊调到任一设定的位置上，即获得所需的辊缝。这种具有定位式液压压下装置的轧机，均可认为是位置控制的液压轧机。这种型式的轧机又可分为间接位置控制式和直接位置控制式两类。典型的直接位置控制式液压轧机又称为全液压轧机，也是目前最完善的一种型式。目前世界各国都在加速建造这种轧机。这种轧机的控制原理也采用电液伺服阀来控制。根据位置检测器的安放位置的不同，也可用检测压下油缸柱塞的位移（见图5-1）或轴承座的位移（见图5-2）来取代轧辊位置的测定。由于采用了高灵敏度、高精度的位置检测，从而提高了轧辊的位置精度，实现了轧机辊缝的精确调整。本设计采用的是位置控制的液压轧机。图5-1直接位置控制式液压轧机（位置检图5-2直接位置控制式液压轧机（位测器位于压下油缸柱塞中心）的控制方式置检测器置于机架镶块与下支撑辊1-测压仪；2-压下油缸；3-位置检测器；轴承座之间）的控制方式4-电液伺服阀；5-控制装置1-测压仪；2-位置检测器；3-压下油缸；4-电液伺服阀；5-控制装置5.2.3液压压下装置的控制方式近代轧机的液压压下装置一般都配备有带材厚度的自动控制系统，可在轧制过程中实现对带钢厚度的闭环控制。液压压下装置在轧机开始前先给定轧机的原始辊缝，在开始轧制以后，由于轧机工作机座的弹跳或其他因素，使辊缝加大，带材的厚度偏离其给定值，通过测厚仪或其他途径检测出带后偏差，作为反馈量反馈到液压压下装置的控制系统中，实现对辊缝的快速修正，即所谓的“恒辊缝”轧制，已获得厚度精度要求高的轧材。液压压下装置的控制方式有以下三种：以轧机出口测厚仪检测带钢出口厚度偏差所得信号作为主反馈量来控制液压压下装置。这种系统有时间滞后，因而控制精度低；以辊缝位移传感器的位置信号和测压仪所测的轧制力信号作为主反馈量来控制液压压下装置，并以出口测厚仪所测的厚度偏差信号作监控反馈量，输入到液压压下装置中，并对辊缝进行必要的修正；在上述系统上增加测厚仪，将所测得入口带坯偏差信号输入到液压压下控制系统中，进行预控。具有预控系统的轧机控制系统控制精度可以提高，但系统复杂，不易稳定。本设计采用的是以辊缝位置和轧制力作为主反馈信号，以入口侧厚作为预控，以出口测厚作为监控的控制系统。5.2.4液压压下油缸的选择通过三维建模，分别设置每个件的材料，然后测得每一部分的重量，见下表表5-1轧机工作机座各部分的重量 上工作辊辊系总重 7.5589343t 下工作辊辊系总重 6.39t 上支承辊辊系总重 26.436153t 下支承辊辊系总重 25.885946t 辊系总重 66.2710333t液压缸的选用通常，平衡力（5-6）式中Q------平衡系统产生的最小平衡力（KN）；G------被平衡件的重量（KN）；K----过载系数，通常；利用液压压下时：（5-7）式中-----液压缸的数量；P-----液压压下缸的工作压力（MPa）；-----液压缸的直径取,,,P=16MPa,代入计算得，考虑优先数列取液压缸内径为140mm,活塞杆的直径取为100mm,速比为2，液压缸的行程为160mm,UYWE11140*160*755-165.3轧制线调整装置为保证轧制线恒定,辊缝调整方便,轧机在轧机牌坊上横梁设抽动粗调,斜楔精调机构,以及垫片调节轧制线,粗调分4级,每级20mm,精调从0～25mm范围内无级调整,其结构如图2所示。图5-3　轧机轧制线调整机构示意图1-斜楔液压缸；2-机架横梁；3-斜楔；4-阶梯板；5-阶梯板液压缸5.4液压平衡装置轧辊的平衡装置用来使上轧辊（支承辊）轴承座紧压在压下螺丝的端部，见图5-4。从而消除从轧辊辊径到压下螺母之间所有的间隙（如压下螺丝与螺母间，螺丝端部与球面垫间、轧辊轴承处的间隙等），减少轧件咬入时的冲击载荷，增大轧辊咬入角。·图5-4轧机的平衡与弯辊缸布置示意图1-上工作辊负弯缸；2-支承辊平衡缸；3-下工作辊正弯、压紧缸；4-下工作辊负弯缸；5-辊缝调整装置（液压缸）；6-上工作辊、正弯平衡缸5.4.1四辊轧机上轧辊平衡装置的特点由于工作辊与支承辊间靠摩擦传动，且工作辊与支承辊的更换周期不同，工作辊与支承辊要分别平衡；一般薄板和带钢轧机在工作时上轧辊移动行程较小（行程加大是为了满足换辊的要求）；由于工作辊更换频繁，平衡装置必须考虑换辊方便；在某些单张轧制的单机座可逆式四辊轧机上，工作辊的平衡装置应满足空载加减速时工作辊和支承辊间不打滑要求。5.4.2平衡装置的型式在板带轧机上，轧辊及轴承座的平衡装置一般有弹簧式、重锤式和液压式三种，前两种只在一些小轧机上使用，在大型板带轧机上，普遍采用液压平衡装置。液压平衡装置主要分为五缸式液压平衡装置和八缸式液压平衡装置。其中八缸式液压平衡装置的结构比较紧凑，不需专门吊挂装置，但缸数较多，轴承座加工复杂。此外，在换支承辊和工作辊时，为了将轧辊组件提起，需要在机架下部另设提升缸。如图5-4。5.5液压弯辊装置根据弯曲对象和施加弯辊力的部位不同，可分为工作辊弯曲和支承辊弯曲两种方式。每种方式又有正弯和负弯两种。图5-5工作辊弯曲辊型调节示意图工作辊正弯（图5-5）是将液压缸安放在两工作辊轴承座之间（与工作辊平衡油缸相类似）。弯辊力（+）所产生的工作辊挠度，使轧制力作用于工作辊时挠度减少。调整弯辊力的大小，可改变值，达到调节辊型的目的。其优点是结构简单，弯辊缸可安放在平衡缸的位置上，同时起平衡缸的作用。工作辊负弯是将液压缸安放在工作辊轴承座与支承辊轴承座之间。弯辊力所产生的工作辊挠度使轧制力作用在工作辊的挠度增大。增减弯辊力，同样能改变工作辊的挠度，达到调节辊型的目的。其优缺点与工作辊正弯恰好相反。由于负弯辊力对工作辊和支承辊来说是个内力，故在调整弯辊力时不影响压下负荷，因此对压下系统的干扰很小。不管是工作辊正弯还是负弯，都会加大工作辊辊径和轴承的负荷，降低其承载能力和寿命。当采用正弯工作辊时，支承辊辊身边缘处可磨成一定的锥度，这样可大大降低工作辊和支撑辊间的接触压力和工作辊辊径的应力，增加轧辊表面接触和工作辊辊径的疲劳寿命，同时增大弯辊效果，减小所需的弯辊力。综上所述，采用工作辊正弯的方法较好，工作辊负弯的方法次之，最好是两种方法同时采用，这样可扩大辊型的调节范围，甚至可以采用一种辊型或圆柱形辊面的工作辊来轧制不同规格的带材。本文采用的是两种方法同时采用。图5-4为具有液压弯辊装置和液压压下装置的带钢轧机的平衡与弯辊缸布置示意图。在每片机架的窗口内，装有两个镶块，每个镶块内有两个工作辊正弯缸和一个支承辊平衡缸。8个工作辊负弯缸都装在支承辊的轴承座内。工作辊正弯缸同时起平衡缸的作用。这类弯辊装置的特点是工作辊轴承座上无油缸，更换工作辊时不必拆卸油管。5.6主接轴结构现代板带轧机的主接轴多为滑块式万向接轴和弧形齿接轴。为了适应快速换辊的要求，换辊时主接轴必须停在准确位置，并防止主轴轴套在轧辊抽出后下垂。为了防止弧形齿接轴轴套下垂，通常在接轴内增设一弹簧，当轧辊脱离轴套后，靠弹簧的拉力，使轴套紧贴缘轴套便不会下垂。对主接轴必须停在准确位置的要求，一是主接轴中心距离不变，二是扁头插口位置固定，以便换辊时能顺利装入新辊，缩短换辊时间。保持中心距离不变大致有以下两种形式：1、抱闸装置。2、主接轴托架。本设计采用的是抱闸装置。在轧机的传动侧机架立柱附近设置一个抱闸装置，如图5-6，当主接轴随同轧辊提升到换辊位置时，抱闸将主接轴与轧辊连接轴套抱住，在换辊装置将旧辊拉出后，主接轴与轴套位置固定，不会下垂，因此可以顺利装入新辊。图5-6主接轴抱闸装置1-液压缸；2-抱闸装置；3-主接轴保证扁头插口位置固定的方法，是采取准确停车的方法。即保持扁头插口始停在垂直位置，而新辊装入前用人工将扁头拨正到垂直位置。如图5-7为主接轴准确停车定位装置的示意图。在主接轴靠近齿轮座端时，装有两个支架4，支架上各装有两个无触点开关3，在主接轴1上套有带钢做的箍2，当箍上的挡板对准无触点开关时，轧机主电机准确停车。准确停车可自动或点动进行。图5-7主接轴定位装置示意图a)扁头插口位置；b)定位装置1-主接轴；2-箍；3-无触点开关；4-支架；5-主轴套筒5.7本章小结本章主要介绍了轧辊轴承，计算得到了轧辊轴承的寿命为1395小时；介绍了液压压下装、辊缝调节装置、平衡装置、液压弯辊装置和主接轴机构的设计。第6章轧机的动力及传动机构6.1轧机的主电机选择查相关的的资料可知，异步交流电动机机构简单，维护方便，工作频率较高，负载特性硬。但本设计中由于工作过程中磨损的工作辊直径会变小，因此电动机需要频繁调速，直流电动机的调速性能优良，过载能力较大，能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。综合各方面的因素，因此选择直流电动机。根据所算出的结果取最大轧制功率588.3318，传动力矩120,考虑传动过程机械效率，取为0.8，取电机为Z560-4A。表6-1电机的参数如下 编号 额定电压 额定功率 额定电流 额定转速 效率 励磁功率 转动惯量 最大转速 Z560-4A 440V 750KW 1841A 413r/min 91.5% 9.9KW 1200r/min6.2主减速器的选择传动比为，取传动比综合传动功率和传动扭矩，取减速器的的型号为ZLY710.表6-2主减速器的模数及齿数分配 ZLY710 12 55/24 14 78/206.3齿轮机座齿轮机座是板带轧机主传动装置的重要组成部分，其传动齿轮承受很大的负荷，齿轮的圆周速度较高，有的大于25m/s，因此确定结构和参数时，应力求正确、合理，保证他们正常工作。6.3.1齿轮机座的结构齿轮机座的用途是把主电机（通过减速器）的扭矩分配并传给轧机工作辊的。根据不同的主机列布置，扭矩可由齿轮座的下轴和上轴传入，有时（如冷待钢连轧机）也把齿轮机座和减速器和在一起做成联合齿箱。就整个机座与轴承座的相互配置来说，齿轮机座主要有三种结构型式，如图6-1：高窗口开启式，即在底座上开有较高的窗口，窗口中可放置上下轴的轴承座，顶上用机盖压紧；矮窗口开启式，即上轴轴承座的轴承盖与机盖做成一体，降低了底座上的窗口高度；水平剖分式，即整个机架沿水平剖分成三段，不用另外的轴承座。图6-1齿轮机座的结构型式a-高窗口开启式；b-矮窗口开启式；c-水平剖分式齿轮机座的机架，常用的有铸钢、铸焊和焊接结构型式。铸钢结构的刚性较好，但较重，毛坯制造周期较长，加工量较大，加工性能也较差；焊接结构的情况正好与此相反；铸焊结构介于两者之间。为保证齿轮轮齿的正确啮合，机架应有足够的刚性和良好的密封性能。轴承座一般为铸钢件，也要保证足够的刚性。6.3.2齿轮机座的轴承现代化的板带轧机的齿轮机座，多采用滚动轴承，常用的形式为单列向心短圆柱滚子轴承、双列向心短圆柱滚子轴承、双列调心球面滚子轴承和双列圆锥滚子轴承。6.3.3润滑及密封齿轮轮齿和轴承的润滑方法一般采用稀油润滑，但对润滑油的粘度应予以充分注意，粘度过低会降低轮齿的承载能力，影响使用寿命。底座和机盖结合面的密封，如结合面较窄，采用迷宫式结构较为可靠；若结合面较宽，则应保证结合面有较高的加工精度，使之紧贴合来达到密封的目的。出轴处采用甩油环加油封密封，其功能不如迷宫密封加甩油环加迷宫密封好，后两种形式的密封性较为可靠。其中甩油环加迷宫密封结构最佳，其特点是密封可靠，结构简单。6.3.4轮齿形式根据轧机的负荷特性，齿轮应有较高的承载能力和精度，希望外形小，重量轻。一般多采用渐开线齿形的。经过精加工的硬齿面圆柱齿轮。齿轮机座的轮齿形式有：中间有退刀槽的人字齿、人字齿和拼合式双斜齿三种。根据以往的经验，本设计采用人字齿，齿轮齿数为30/30,6.4连接轴连接轴的作用是将动力从齿轮机座或主电动机传递给轧辊。轧辊常用的连接轴主要有万向接轴、弧形齿接轴和梅花接轴等，由于轧机的轧辊中心与齿轮轴的中心不在同一直线上，中间传动轴与水平线需倾斜一个角度，此角度随轧辊的调整而改变，因此需要采用万向接轴。根据扭矩，万向联轴器的选取。6.5本章小结本章主要介绍了轧机的主电机的选择，主电机选择的型号为Z560-4A，主减速选择的是ZLY710，介绍了齿轮机座的设计，连接轴的选取为万向接轴，型号为。结论本次设计的是铝板冷轧机,在设计过程中深深的感受到设计就是“戴着手铐和脚镣在跳舞”。所谓“手铐和脚镣”就是设计者在整个设计过程中，所必须遵循的设计准则和规律。对于刚要毕业的本科生来说，这些设计规律和准则来源于大学里所学的理论基础知识、专业知识以及参考和借鉴的设计手册和设计资料等。在设计中，学会了如何应用所学的知识来解决毕业设计中所遇到的问题，从而又巩固和加深了对大学所学知识的理解和掌握。同时，我也学会了在设计手册中如何查阅设计中所需的数据、图标、准则等。此外，在这次设计中，还深深的感受到数字图书馆和网络的力量。所谓“跳舞”即在设计中要有创新。没有创新的设计，也就不能堪称为设计。所谓创新，就是解决在实际生产中出现的问题，使机器更加的的到利用。在本次设计中，特别注重培养自己的创新意识和创新能力。在本次设计中，我从以下几个方面做了创新：轧制压力的计算采用图表法。在计算中，把斯通公式作为理论依据，采用图表法进行计算，这样避免了直接用斯通公式计算的繁琐过程。工作辊的结构采用锻钢空心辊。首先，空心辊可以减轻工作辊的重量，最重要的是提高了轧辊的抗弯截面模量，进而增大轧辊的刚度，以得到比较理想的板形。其次，空心辊便于轧辊的预热和冷却；再者，可以改善心部的疏松组织。在轧机机架的校核过程中，采用了ANSYS软件，这样可以大大减轻人的劳动，使得计算结果更加的准确。采用了三维建模，使得轧机更加的形象，便于人们了解其真正的面貌。作为工程技术人员，不但要有大胆的创新意识和较强的创新能力，而且要有善于吸收西方的先进技术的精神，找出差距，弥补自己的不足，为我国的支柱行业的繁荣，贡献一份力量！参考文献[1]赵景申.国内铝板带冷轧机的现状及展望[J].有色设备,2004(5):6-8[2]齐亚丽,王祝堂.改革开放30年：中国的铝板带冷轧工业[J].轻合金加工技术,2010(5):30-32[3]饶旭跃.从板形控制谈铝箔及铝带冷轧机的选型[J].有色金属加工,2002(6):20-23[4]李静安,尹晓辉.我国铝轧制工业的发展现状与国际先进水平的差距[J].有色金属加工,2008(2):20-25[5]冶金工业部有色金属加工设计研究院.板带车间机械设备设计[M].北京：冶金工业出版社，1983:34-72[6]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京:机械工业出版社，1982,68-80[7]Roberts,W.D..IronandSteelEngineer[J].1970.No.8,p.77-84[8]王海文.轧钢机械设计[M].北京：机械工业出版社，1986,50-98[9]邹家祥.轧钢机现代设计理论[M].北京：冶金工业出版社,1991,70-85[10]陈言博,赵红亮,翁康荣.有色金属轧制技术[M].北京:化学工业出版社，2007，80-85[11]傅祖铸，有色金属板带材生产[M].长沙:中南大学出版社，2007,95[12]HisashiHonjyo.IronandSteelEngineer[J].1975.No.5,p.31-38[13]孙昭文等.金属压力加工图文集[M].北京：冶金工业出版社，1985,85[14]王国栋.板形控制和板形理论[M].北京:冶金工业出版社，1985,60[15]成大先.机械设计手册（第五版）,第2卷.北京:化学工业出版社，2010,103-116[16]Beese.J.D..JournalofTheIronandSteelInstitute[J].1971.No.10,p.797-800[17]成大先.机械设计手册（第五版）,第3卷.北京：化学工业出版社，2010,107-116[18]吴宗泽.机械结构设计[M].北京：机械工业出版社，1988，102-104[19]黄静远.机械设计学[M].北京:机械工业出版社,1988,38-45[20]连家创,李春满.轧钢设备及工艺-钢板轧机[M].东北重型机械学院出版社,1985,30[21]徐业宜.机械系统动力学[M].北京:机械工业出版社，1991,40[22]吕仲文.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2004,52[23]AkkusN,KawaharaM.AnexperimentalandanalyticalstudyondomeformingofseamlessAltubebyspinningprocess[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2006,173(2):145[24]Edwards,W.J.,1978,“DesignofEntryStripThicknessControlsforTandemColdMills,”Automatica,14,p.429.[25]Hearns,G.,andGrimble,M.J.,2000,“RobustMultivariableControlforHotStripMill,”ISIJInt.,40(10),p.995.[26]T.Tarnopolskay,D.J.Gates.AnalysisoftheEffectofStripBucklingonStabilityofStripLateralMotionWithApplicationtoColdRollingofSteel[J].JournalofDynamicSystems,MeasurementandControl.JANUARY2008.Vol.130,p.995–1002.致谢紧张而充实的毕业设计已经结束了，但是，我真正的工程设计生活却刚刚开始。因此，这次毕业设计是我设计生涯的一次综合实战演习，其重要意义不言而喻。在我的指导教师贲洪艳老师的悉心指导下，我的设计工作严肃但不失活泼，紧张但仍有序。虽然我的毕业设计题目的工作量大，但有了老师的指导和鼓励，同学们之间的团结互助，我始终满怀信心，充满力量，迎接挑战。毕业设计就是要把我在大学里所学的知识系统化、实践化，就是要在深刻理解各门知识的基础上，加以灵活应用，这是一名工程技术人员成长的必经之路，在这短短的四个月里，我经历了查阅资料、计算数据、结构设计、工程制图、外文翻译和撰写毕业论文等几个阶段。在整个毕业设计过程中，老师始终本着对学生负责，对学校负责的态度，高标准、严要求，实事求是，一丝不苟，她这种治学育人的作风充分体现了一个儒雅的学者风范。这也让我看到了一名工程技术人员所应具有的优良品质，为我以后走向工作岗位应如何去做指明了方向。在此，我对老师和在我设计过程中提供帮助的老师和同学表示最真挚的谢意，对我参阅的所有资料的作者表示感谢，对他们身上闪耀的严谨治学、甘为人梯、无私育人的崇高品质致以深深的谢意！附录1开题报告 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：铝板冷轧机设计 学院（系）： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1、国内外研究动态铝板带箔材具有质轻、耐蚀、比强度高、易加工、表面美观的优点，被广泛的应用于各个领域。其主要领域有：包装领域如饮料罐、啤酒桶、集装箱、防盗盖、香烟包装、日用品包装、医药包装等；电力电子行业中各种用途的电容器；建筑领域的平板、波纹板、压花板；印刷行业的PS扳基；轻工业的家用电器、日用铝制品等。中国的铝板带轧制工业始于1919年9月，上海益泰信记铝器厂用二辊小轧机轧制小铝片。真正的铝板带轧制是在新中国成立后发展起来的，1956年11月6日中国第一家大型综合铝业生产企业---东北轻合金有限责任公司（当时工厂代号为101厂）在苏联的援助下建成投产，开创了中国现代化铝板带轧制工业的先河，从此中国有了现代化的铝轧制企业。建国以后，中国大地上的铝轧制企业如雨后春笋般茁壮成长起来。1983年一重为西南铝业有限责任公司设计制造了中国首台Φ360/1000mm×1400mm不可逆式四辊冷轧机，轧制速度可达600m/min，产品最薄厚度为0.2mm，板厚偏差为±0.005mm。具有液压AGC系统、X射线测厚仪、轧制油板式精密过滤、可控硅供电、开卷机自动对中、快速换辊、自动灭火系统等。该技术水平基本与20世纪70年代中期的国际水平相当。该机于1986年10月正式投产。2004年中色科技股份有限公司设计了的中国首台2050mm六辊不可逆冷轧机，该机的主要参数见下表1，与日本日立公司引进平辊六轧机相比，它的最大轧制速度低40%，主电机功率低25%，产品最薄厚度确大一倍，最大轧制力也高25%。表1中国自行设计的六辊不可逆式铝带冷轧机参数 规格/mm Φ480/1350×2050 最大轧制速度/(m.min-1) 900 主电机功率/K 2×1500 最大轧制力/N 20000 来料最大厚度/mm 12 产品最薄厚度/mm 0.2 带卷最大外径/mm 2500 带卷最小外径/mm 665目前世界上，典型的现代化大型冷轧机当属德国SMSDemag公司的三机架冷轧机组，最高轧制速度1524m/min，板宽2030mm,成品厚度公差±0.0038mm,设计能力300kt/a，仅用于铝罐毛料薄板的生产。世界上最先进的铝板带冷轧机的轧制速度可达到2400mm/min，意大利可米塔尔铝业公司扩建了一台由奥钢联提供的四辊冷轧机，为工厂的铝箔轧机提供毛料，这台冷轧机中了当前铝带冷轧的各种先进技术，实质上是一台万能冷轧机，生产的产品范围广。2、选题的依据和意义目前我国处于现代化建设的关键时期，对铝制品的需求日渐增长。而我国现在虽然是铝制品产量大国，但是在一些中高档铝板仍需要从国外进口。因此笔者认为研究铝板的加工设备很有必要的意义。再有我国现的部分铝板轧机仍需要从国外进口，国内自主设计制造轧机的水平虽有很大的提高，但依然任重而道远。目前铝板带冷轧设备有以下新的特点：辊面越来越宽、轧制速度更高、机组装机水平大幅度提高、更加注重提高生产效率、改善产品结构。随着现代化进程的加进，我国铝板轧机仍需要大量的技术人才，因此研究设计铝板轧机很有必要。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题1、研究的基本内容铝板冷轧机组的生产流程为：用送料小车将热轧后的铝板运至带直头机的双锥式开卷机上，带卷直头后，用引料器将带卷端头引出，经液压剪切头后送轧机轧制。如图1所示图1铝板冷轧机组生产流程图1-卸卷机;2-卷取机;3-液压剪;4-轧机工作机座;5-导辊;6-引料器7-直头机;8-开卷机9-送料车铝板轧机是用于轧制铝板等生产生活中需要产品的设备，铝板轧机主要由轧机机架、轧辊、轧辊轴承、轧辊的调整与平衡机构、换辊装置、主电机、传动装置等组成。轧制是在两个工作辊中间进行的，工作辊上下有两个比工作辊直径大的支承辊，其优点是是工作辊的刚度和强度大大的增加。四辊轧机多数为工作辊传动，支承辊则靠与工作辊摩擦而转动。工作辊的动力来源于减速器或电动机传递的动力。2、拟解决的主要问题本次设计是一台四辊铝板轧机，所轧制铝板最大宽度为2000mm，入口厚度为6~0.75mm，出口厚度为3~0.3mm。解决的主要问题是工作辊、支承辊的结构参数及校核、轧机机架的设计及校核、轧辊固定装置等。在设计过程中详细的分析了主电机的选用、轧机工作制的选择、轧辊固定装置的选用等问题。三、研究步骤、方法及措施1、研究步骤流程图2、研究的方法及措施：①在轧辊的参数计算中，主要采用查表法和经验公式，初步确定工作辊和支承辊的直径和辊身长度，及工作辊和支撑辊的辊径直径和辊径长度。②选择轧辊材料时，通过分析和查阅手册得。铝板冷轧机可轧最小厚度值与轧辊的弹性模量E值成反比，即轧辊材料的弹性模量E值越大，可能轧出的轧件厚度值越小。表2轧辊材料选择 工作辊 辊面硬度要求HS=50~65 合金锻钢9Cr2 支承辊 辊面硬度要求HS>90~95 合金锻钢9Cr2Mo③在每道次的压下量分配中，采用经验法。每次压下率为25~30%，在后几道次可以施加大的压下率。根据经验确定最大轧制力，铝板出口的速度。④确定轧制力矩和铝板出口速度后，计算每一道次的轧制功率，然后求出最大轧制功率。根据最大轧制功率，查出电机的型号。四、研究工作进度 周次 进度计划 第01～04周 查阅大量相关文件资料；完成开题报告和文件综述；完成开题报告PPT。 第05～09周 完成主要参数计算、装配图、开始工作辊部件图 第10周 制作中期汇报PPT 第11～14周 完成部件图、零件图，使总图数折合成A0图纸三张以上；完成轧机机架的校核 第15～16周 完成设计说明书、翻译外文资料 第17周 制作汇报PPT，准备答辩五、主要参考文献[1]陈策.铝箔板带的生产技术及发展趋势[J].铝加工高新技术文集,2004（3）：11-12[2]齐亚丽,王祝堂.改革开放30年：中国的铝板带冷轧工业[J].轻合金加工技术,2010(5):30-32[3]赵景申.国内铝板带冷轧机的现状及展望[J].有色设备,2004(5):6-8[4]饶旭跃.从板形控制谈铝箔及铝带冷轧机的选型[J].有色金属加工,2002(6):20-23[5]王树滨,王祝堂.改革开放30年:中国的双辊式带坯铸轧产业从零到全球王国[J].轻合金加工技术,2009(5):13-17[6]王祝堂,刘德飞.中国现代铝带冷轧工业的发展历程[J]，轻合金加工技术,2002(10):1-7[7]冶金工业部有色金属加工设计研究院.板带车间机械设备设计[M].北京：冶金工业出版社，1983:34-72[8]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京：机械工业出版社，1982,68-80[9]王海文.轧钢机械设计[M].北京：机械工业出版社，1986,50-98[10]邹家祥.轧钢机现代设计理论[M].北京：冶金工业出版社，1991，70-85[11]李静安,尹晓辉.我国铝轧制工业的发展现状与国际先进水平的差距[J].有色金属加工,2008(2):20-25[12]王戈,王祝堂.2007年中国铝加工业评述[J].轻合金加工技术,2008(7):32-43[13]吴宗泽.高等机械设计[M].北京：清华大学出版社，1991,43-51[14]成大先.机械设计手册.第二卷.北京：化学工业出版社.1993,211-234[15]Roberts,W.D..IronandSteelEngineer[J].1970.No.8,p.77~84[16]Beese.J.D..JournalofTheIronandSteelInstitute[J].1971.No.10,p.797~800[17]AkkusN,KawaharaM.AnexperimentalandanalyticalstudyondomeformingofseamlessAltubebyspinningprocess[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2006,173(2):145-150[18]HisashiHonjyoandHajimeWatanbe.IronandSteelEngineer[J].1975.No.5,p.31~38[19]Edwards,W.J.,1978,“DesignofEntryStripThicknessControlsforTandemColdMills,”Automatica,14,p.429–441.[20]Hearns,G.,andGrimble,M.J.,2000,“RobustMultivariableControlforHotStripMill,”ISIJInt.,40(10),p.995–1002.[21]ANSYSInc．ANSYSanalysiselementsrererence［M］．NinthEdition．SAS，IPInc．1997．[22]Hearns,G.,Reeve,P.,Smith,P.,andBilkhu,T.,2004,“HotStripMillMultivariableMassFlowControl,”IEEProc.:ControlTheoryAppl.,151(4),p.386-394.六、指导教师意见指导教师签字：年月日七、系级教学单位审核意见：审查结果：□通过□完善后通过□未通过负责人签字：年月日附录2文献综述本科毕业设计文献综述 课题名称：铝板冷轧机设计 学院（系）： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：摘要轧机是直接轧延金属的主机，它利用旋转的轧辊辗压坯料,使金属按规定的要求产生塑性变形。轧延是生产率最高、成本最低的金属成形方法，适用于轧延横断面相同或有周期性变化的条状或板状材料；特殊轧机可轧制机械零件或其毛坯以及某些非金属材料。本文回顾了国内外铝板轧机的研究现状，分析了国内外技术设备的问题和差距，最后，展望了铝板轧机的发展方向和发展趋势。关键词铝板轧机；冷轧机；发展；引言铝板带箔材具有质轻、耐蚀、比强度高、易加工、表面美观的优点，被广泛的应用于各个领域。其主要领域有：包装领域如饮料罐、啤酒桶、集装箱、防盗盖、香烟包装、日用品包装、医药包装等；电力电子行业中各种用途的电容器；建筑领域的平板、波纹板、压花板；印刷行业的PS扳基；轻工业的家用电器、日用铝制品等。一、国内发展现状及差距铝板轧机是利用旋转的轧辊使金属发生塑性变形的机器。铝板轧机一般可按用途、轧辊数目及其在机座中的布置形式来分类。按用途可分为铝板轧机、铝带轧机、铝箔轧机。按轧辊的数目可分为二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机、五辊轧机、六辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机等。中国的铝板带轧制工业始于1919年9月，上海益泰信记铝器厂用二辊小轧机轧制小铝片。1932上海华铝钢精厂的投产，它是瑞士铝业公司、加拿大铝业公司及英国铝业公司投资建成的，除生产铝箔外，还生产少量板带材，所需的原铝锭全部进口。中国在新中国成立前发展的非常缓慢，真正的铝板带轧制是在新中国成立后发展起来的。1956年11月6日中国第一家大型综合铝业生产企业---东北轻合金有限责任公司（当时工厂代号为101厂）在苏联的援助下建成投产，开创了中国现代化铝板带轧制工业的先河，从此中国有了现代化的铝轧制企业。上世纪60年代，中国第一重型机器集团公司为西南铝业有限责任公司设计制造了一台2800mm四辊可逆热轧机及一台2800mm四辊可逆冷轧机，于1970年投产，自此中国可以生产宽度达2500mm的各种铝合金板带材。1958年~1977年为改善铝板带材轧制工业的布局，除了建成西南铝业（集团）有限责任公司大型铝加工厂外，在各地还建设了一批中小型铝板带加工厂，如沈阳方圆铝业有限公司、石家庄有色金属加工厂、天津海伦铝业有限公司（原铝制品总厂）、北京铝制品总厂、重庆铝制品加工厂等30余家。西南铝业公司1965年7月1日动工兴建，1970年板带车间投产，有一台第一重型机械集团公司设计制造的Φ750mm/1400mm×2800mm可逆式四辊热轧机及一台Φ650mm/1400mm×2800mm可逆式四辊冷轧机，后者当时设计生产能力20Kt/a。这台四辊可逆式冷轧机可扎所有铝合金，采用电动压下方式、工作辊传动，人工检测板形，工作辊和支撑轴承采用四列圆锥式，工作辊更换采用套筒式，支承辊更换方式采用推拉式。1983年一重为西南铝业有限责任公司设计制造了中国首台Φ360/1000mm×1400mm不可逆式四辊冷轧机，轧制速度可达600m/min，产品最薄厚度为0.2mm，板厚偏差为±0.005mm。具有液压AGC系统、X射线测厚仪、轧制油板式精密过滤、可控硅供电、开卷机自动对中、快速换辊、自动灭火系统等。该技术水平基本与20世纪70年代中期的国际水平相当。该机于1986年10月正式投产。进入新世纪以来，中国设计制造了约40台大型铝板带不可逆式冷轧机，其中4台六辊的，这些装机水平高低不一，高的达到了当时的一般国际水平，装有液压AGC系统与AFC，轧制速度达到1200m/min或更高，带卷质量大于15t；低的只达到了国内的一般水平，他们多是企业按弄来的图纸自行制造或委托企业制造，装机水平自然会打折扣。目前世界上，典型的现代化大型冷轧机当属德国SMSDemag（西马克梅尔）公司的三机架冷轧机组，最高轧制速度1524m/min，板宽2030mm,成品厚度公差±0.0038mm,设计能力300kt/a，仅用于铝罐毛料薄板的生产。世界上最先进的铝板带冷轧机的轧制速度可达到2400mm/min，意大利可米塔尔铝业公司扩建了一台由奥钢联提供的四辊冷轧机，为工厂的铝箔轧机提供毛料，这台冷轧机中了当前铝带冷轧的各种先进技术，实质上是一台万能冷轧机，产品范围广范。德国的阿申巴赫公司是全球著名的铝箔轧机设计与制造者，设计与制造了一批特宽的高速铝箔轧机，有厚箔轧机、双零箔轧机、小批量万能铝箔轧机、“里格恩2000工程”等，这些轧机都含有“未来概念技术（TechnologyforFutureConcept）”,可保证用户在相当长的时期内装机水平人仍处于领先水平。二、铝板带轧机研究的主要成果铝冷连轧工业的发展，到2011年中国拥有4辊与6辊铝板带冷轧机超过220台，铝板带冷轧总产能达到450万吨/年。目前我国现代化铝板带冷轧机的建设仍处于增长阶段，已建成投产的CVC4辊或6辊冷轧机5台，在建的CVC6辊冷轧机（德国）有6台，在建的DSR冷轧机（英国）2台，以上冷轧机都处于全球的顶尖水平，到2010年中国的CVC冷轧机数量将超过11台，占全球CVC冷轧机的44%，处于全球第一位。2004年中色科技股份有限公司设计了的中国首台2050mm六辊不可逆冷轧机，该机的主要参数见下表1，与日本日立公司引进平辊六轧机相比，它的最大轧制速度低40%，主电机功率低25%，产品最薄厚度确大一倍，最大轧制力也高25%。表1中国自行设计的六辊不可逆式铝带冷轧机参数 规格/mm Φ480/1350×2050 最大轧制速度/(m.min-1) 900 主电机功率/KW 2×1500 最大轧制力/N 20000 来料最大厚度/mm 12 产品最薄厚度/mm 0.2 带卷最大外径/mm 2500 带卷最小外径/mm 665截止到2012年，国产四辊铝带冷轧机的结构简表2.幅面宽度1400mm级以下的占主导地位共145台，为总台数的58.7%，这是中国铝板带轧制工业的主要特点之一，小轧机仍是主流。表2国产247台单机架四辊铝带冷轧机的大小结构 规格/mm <1300的 1400级的 1600级的 1800级的 ≥1900的 总计 台数占的份额/% 74 71 46 42 14 247 30.0 28.7 18.6 17.0 5.7 三、铝板冷轧机设备及技术的发展方向和趋势目前铝板带冷轧设备有以下新的特点：辊面越来越宽、轧制速度更高、机组装机水平大幅度提高、更加注重提高生产效率、改善产品结构。具体表现在以下三方面：1、1850mm系列冷轧机成为市场的主流机型在最近两年新建的铝板带冷轧项目中，南南铝箔厂新上一台1850mm冷轧，乳源阳之光二期新上1台1850mm冷轧、1台1830mm冷精轧、1台1550mm冷轧、南山轻合金加工厂新上两台2200CVC冷轧，伊川电力集团新上1台2050HC冷轧、1台1850mm冷轧，郑州新上1台1830mm冷精轧，计划上4台1850mm冷精轧，华北铝新上1台1450mm精轧机。从以上冷轧项目的不完全统计中，我们可以看出1850mm系列正在成为市场上的主流机型。2、轧制速度更高在新上的冷轧中，机组的轧制速度也都有大幅度的提高，最大轧制速度由原来的600m/min左右提高到了现在的1000m/min以上，一些冷精轧的最大轧制速度已经达到或超过了1500m/min.3、装机水平大幅度提高关键检测、控制元件，AGC系统、AFC系统、直流传动及操作系统等运用了国际上最先进的的产品；整体设备功能配置更趋于合理完善；在设备结构上做了很多改进，适应高速轧制对机组动态力能参数的控制要求。四、铝板带轧机设备及技术存在问题我国制造的冷轧机、铝箔轧机只有少部分处于与国际相当的水平，大部分仅相当于国际上的三流水平，与一流的西马克公司、阿申巴赫公司及奥地利联合钢铁公司、日本石川岛播磨重工业公司、日立公司相比差距较大。我国轧机存在的问题主要表现在以下几方面：1、轧机的质量不高。虽然目前我国的铝板带箔产量大，但是主要是一些低端产品，在中高端产品上市场占有率仍然较低，也就是现在轧制技术还不太成熟。虽然现在我国由自主设计制造的铝板轧机，但是在板形控制上仍然有欠缺。硬件有所发展，板形控制软件方面仍然不足。2、轧机的整体布置。我国设计的轧机在实现同等质量板材条件下，我国的轧机在结构上不过紧凑，在换辊方面大部分不能实现自动换辊功能。在人力方面需要投入更多的人力。3、配套设施不健全。在轧机的维护方面投资较大，未考虑到环境保护的需要。现场安装比较复杂，投资成本比较高等。五、结束语经过60多年的发展，中国已建成相当完善的现代化铝板带箔冷轧工业体系。铝板轧机的设计水平和制造水平有了明显提高。铝板轧机的品种逐渐趋于完备，辊面越来越宽、轧制速度更高、机组装机水平大幅度提高、更加注重提高生产效率、改善产品结构。随着设计理念和方法的进步，国产轧机设备具有良好的性价比，已基本接近国际先进水平。特别是国际化采购渠道的畅通，使国产铝板带轧机具备了参与国际竞争的能力与水平。此外，今后的铝板带市场要求更为严格的成品品质,同时对其生产设备的灵活适应性提出了更高的要求,作为铝板带冷轧机的研制方,必须通过机械工程、液压系统、电气工程和自动化系统各领域的配合,努力提高工艺系统的功能,同用户密切合作从而形成系统合作关系,促进双方的可持续发展。建设高水平、规模化、专业化、多样化、现代化的铝板带加工工业，是我国由一个铝工业生产大国成长为铝工业生产国际强国，是历史赋予我们的机遇与挑战。六、主要参考文献[1]陈策.铝箔板带的生产技术及发展趋势[J].铝加工高新技术文集,2004（3）：11-12[2]齐亚丽,王祝堂.改革开放30年：中国的铝板带冷轧工业[J].轻合金加工技术,2010(5):30-32[3]赵景申.国内铝板带冷轧机的现状及展望[J].有色设备,2004(5):6-8[4]饶旭跃.从板形控制谈铝箔及铝带冷轧机的选型[J].有色金属加工,2002(6):20-23[5]王树滨,王祝堂.改革开放30年:中国的双辊式带坯铸轧产业从零到全球王国[J].轻合金加工技术,2009(5):13-17[6]王祝堂,刘德飞.中国现代铝带冷轧工业的发展历程[J]，轻合金加工技术,2002(10):1-7[7]冶金工业部有色金属加工设计研究院.板带车间机械设备设计[M].北京：冶金工业出版社，1983:34-72[8]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京：机械工业出版社，1982,68-80[9]王海文.轧钢机械设计[M].北京：机械工业出版社，1986,50-98[10]邹家祥.轧钢机现代设计理论[M].北京：冶金工业出版社，1991，70-85[11]李静安,尹晓辉.我国铝轧制工业的发展现状与国际先进水平的差距[J].有色金属加工,2008(2):20-25[12]王戈,王祝堂.2007年中国铝加工业评述[J].轻合金加工技术,2008(7):32-43[13]吴宗泽.高等机械设计[M].北京：清华大学出版社，1991,43-51[14]成大先.机械设计手册.第二卷.北京：化学工业出版社.1993,211-234[15]Roberts,W.D..IronandSteelEngineer[J].1970.No.8,p.77~84[16]Beese.J.D..JournalofTheIronandSteelInstitute[J].1971.No.10,p.797~800[17]AkkusN,KawaharaM.AnexperimentalandanalyticalstudyondomeformingofseamlessAltubebyspinningprocess[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2006,173(2):145-150[18]HisashiHonjyoandHajimeWatanbe.IronandSteelEngineer[J].1975.No.5,p.31~38[19]Edwards,W.J.,1978,“DesignofEntryStripThicknessControlsforTandemColdMills,”Automatica,14,p.429–441.[20]Hearns,G.,andGrimble,M.J.,2000,“RobustMultivariableControlforHotStripMill,”ISIJInt.,40(10),p.995–1002.[21ANSYSInc．ANSYSanalysiselementsrererence［M］．NinthEdition．SAS，IPInc．1997．[22]Hearns,G.,Reeve,P.,Smith,P.,andBilkhu,T.,2004,“HotStripMillMultivariableMassFlowControl,”IEEProc.:ControlTheoryAppl.,151(4),p.386-394.指导教师审阅签字：年月日附录3外文翻译带钢的屈服弯曲对带钢横向运动稳定性的影响分析及在冷轧机上的应用摘要在冷轧钢机上横向稳定性的突然失去（带材轨道失去）是一个严重的问题，往往会导致灾难性的后果，比如轧机的损坏和轧辊的损坏。本文探讨了单跨度的金属板带在开卷机和第一架冷轧机的横向运动中失稳的原因。制定了一个带材的横向运动的数学模型，其中包括轧机模型和基于带材弯曲的简化的物理模型。模型的数值分析表明，在存在带材弯曲的情况下，一旦超过不对称轧制条件的临界水平，横向运动变得不稳定。随着对带材的轧制力的增加，不对称的临界水平也会增加。在这种不对称的临界水平之下，如果达到严重的横向偏差，将会出现向不稳定运动的过渡。本文研究表明，带材的弯曲会导致带材横向运动的不稳定。本文解释了观察到的轧机突然发生不稳定的原因和在轧制过程中，带材张力对带材运动稳定性的影响。关键词横向运动冷轧机横向稳定性数学模型介绍在工程应用中被称为网的长薄柔性材料，比如纺织、造纸、金属带、胶带等的横向运动是很重要的。网与机器引导运动方向的偏差是绝对不可以的。这种偏差可能造成产品的各种缺陷。尤其适用于轧制金属，带材突然偏离滚动方向，我们称之为带材偏离，是一个很严重的运行故障。这种故障可能会造成灾难性的后果，比如轧机的瘫痪和轧辊的损坏。在轧制过程中，轧制速度的持续提高的趋势会导致带材的断裂。在轧制金属时，带材运动的突然故障会造成严重的损坏。这些在实验中研究是很困难的。这是数学建模方法的最初动机，希望它会给这个问题带来一个新的见解。有关网类材料的运送过程中的横向力的文章有很多的。一个常用的方法是把网类材料当做纯粹的弹性材料来建立横向运动模型，并基于Euler或者Timoshenko梁理论来描述它的弹性弯曲。然而，正如Benson所指出的，基于传统的梁弯曲分析预测模型与当存在网的弯曲的情况时，观测到网的横向运动不符。Benson认为部分网的弯曲会降低其惯性的有效面积，从而降低网的平面抗弯刚度。他还开发了一个网弯曲的描述，这个描述看似是一个很好地对于初步研究网的横向动力学弯曲的影响的候选。由于弯曲的严谨的描述在横向动力学模型的应用过于复杂。据作者所知，简化的描述至今没有被纳入横向动力学的分析。只有少数的文章是关于金属轧制过程中的动力学研究。这些相对比较距离现在比较近。基于带材在轧辊中间被压扁和塑性变形的事实上，在金属轧制过程中的横向动力学是很复杂的。横向动力学方程的第一次形成和第一次尝试使用从轧机实验室验证模型的人是Matsumoto和Ishii。在他们的试验中，他们观察了横向位移的非线性行为作为弯矩功能。这些是不能根据Euler的用来分析的梁理论来解释的。他们认为带材的屈曲可以解释这种。他们引入了可调的参数考虑带材的屈曲影响。并通过调整这个参数的值以适应他们的数据，而不是从力学来预测这个值。本文作者继续前人[12-16]在带钢开卷机和轧机之间的跨度的研究。在文献[13]中，如果没有带钢屈曲的出现，横向运动是稳定的。因此在实践中观察到带钢跟踪失败不能基于线性梁理论解释.在文献[14]中，首次尝试把基于屈曲的简化物理基础的描述引入横向动力学模型中。在这个模型中，减少恒定有效宽度的Euler的梁理论被用来描述屈曲带的弯曲。这种简化的对待把和Benson的屈曲模型相关联的非线性引入到带钢的横向动力学模型和急剧变化的动力学行为。这些给横向运动带来了不稳定性。然而，在Benson的模型严谨的执行中，随着带钢开卷机和轧机之间距离的变化，带钢的有效宽度也在变化。这样的实现需要确认先前的发现，并能显著提高模型的准确性。基于Benson的屈曲模型，本文提供了在开卷机和减低的第一个冷轧机的单跨度带钢的横向动力学的相同分析。根据Euler的梁理论计算带钢的弯曲，根据Benson的屈曲模型来计算变化的有效宽度。为了简化横向动力学分析，在屈曲条件下，建立了带钢弯曲的近似解。本文开发的模型表明网的弯曲可以引起网横向运动的不平稳性。在存在屈曲条件下，一旦超过不对称轧制条件的临界水平，横向运动变得不稳定。低于这个水平，对于带钢的横向偏差，两个稳定状态解决方案是可能的。较小的解决方案是与少量的屈曲有关并代表一种稳定的平衡，而较大的是与显著的屈曲和表现不稳定平衡的特点。不稳定的平衡也代表着一个重要的描述稳定区间上限的横向偏差。图1连轧示意图：（a）带钢在开卷机和减低高度的轧辊之间（b）4辊轧机示意图数学模型金属轧制的横向动力学模型的假设与处理网的文章经常使用的假设非常相似。假设为：1、在跨度之间的张力是恒定的；2、金属带的重量忽略；因此，没有惯性影响或者振动出现。轧辊模型在轧辊中带钢的变形的数学模型（在图1中的四辊轧机示意图）是很复杂的。在轧钢机上，轧辊和带钢是同一种材料制成的。因此，在非对称加载和轧辊几何形状对轧辊组的弹性变形的描述是需要的，在轧辊咬入时轧辊的塑形变形模型也是需要的。所采用的方法是类似于所谓的板形或者板的平整模型。那就是，带钢的残留应力模型。对这些模型的文章广泛存在（详见参看文献17-24）。这些模型基于广义的二维塑形变形理论。这些理论假设在带钢宽度的任何位置，考虑到模型中所设及到的物理参数在整个带钢上的作用，作用于带钢上的垂直的轧制力跟二维平面轧制理论的计算相同。这在参考文献17中已经体现出来了，在实际轧制情况下，广义二维轧制理论为严格的三维轧制理论提供了很好地相关性，然而，板形和波动模型不适用于横向动力学分析，因为它们通常基的假设是：在塑形区域的入口和出口，带钢在板面上并不旋转。Matsumoto和Ishii提出的轧辊模型的修正引入了平面的旋转理论。在轧辊咬入处的带钢变形模型伴随着在轧辊咬入之外的带钢的变形和运动，通过塑形和弹性交界处的边界条件，这些可以由钢板咬入和滑出运动速度和弯矩制定。它假定在带的把宽度上的速度是线性的。就带钢的旋转速度和钢板内部的弯矩（参考模型随着带钢线性速度的角速度）很容易的描述边界条件是带钢咬入和滑出时在宽度上的拉应力，是带的速度和预定值的偏差值（通常是x的线性方程）。带的屈曲Benson所提出的带屈曲的简单模型是基于Euler的梁理论的线性应力分布和屈曲起始于无限小的反压力的作用。根据Benson的模型，在钢板的拉应力的分布在屈曲发生后式中有两个未知的常数，这两个未知数有以下两个方程决定内部弯矩和拉力假定为已知。根据Benson的模型，带钢屈曲发生在,抗弯刚度完全失去在。Benson在Euler的梁理论弯曲和减少有效宽度和弯矩的条件下，解释了屈曲条件下带钢的弯曲。为了分析偏转，在Euler的梁理论之上，提供了针对带钢屈曲的简单解决方法。在Benson的模型，带钢的无量纲曲率可由下式得到式中，,Benson的模型的重要特点是当无量纲的弯矩接近3时，带钢的无量纲的曲率中心线无线接近。注意Benson的模型的有效条件是或者动态条件（边界条件）Matsumoto和Ishii提出的动态方程式（6）（7）方程6在轧辊咬入处带钢和轧辊没有横向位移的的条件，这个方程和轧辊爬行方程相似，第一次提出的人是Shelton和Reid[2].方程7代表了在轧辊塑形变形减少的作用下带钢的旋转速度和在轧辊咬入之外的变形。正如通常在带的动力学文章中，我们假设带钢的横向位移的连续性和带钢的中心线和轧辊轴线的两跨度的交界处的连续性，从而在塑形减少区域忽略这些量的微小变化。因此当时，就到达了平衡状态。开卷机和轧机机座之间的带钢变形用Benson的屈曲模型，不同宽度的弯曲梁模型可以解释带的屈曲。这个屈曲发生在带的轧制不对称咬入条件的弯曲时刻。其中作用带上的力和弯矩包括拉力、弯矩和在咬入处作用于带的横向力。作用于开卷机上的边界条件假定为：非线性的微分方程8和边界条件10可以精确的解决。然而将模型纳入横向动力学分析，很容易的派生一个近似的分析结论。第一步，忽略方程9中括号内的最后一项是允许的。在的屈曲条件（）时，方程8可以简化为线性微分方程详见参考文献[13]。当满足条件时，方程11的右边的最后一项可以忽略。当屈曲发生时（）1），方程9可以化为方程12右边的最后一项的绝对值随着带钢屈曲强度的增加而增加。当屈曲达到最大值（）时，如果，这一项可以忽略。灾难性的断裂发生在带钢横向位移范围之内。方程9括号之内的最后一项可以忽略，而没有损坏模型的精确性。当时，相似的结论有效。事实上，我们的精确计算表明基于在弯矩中忽略拉力项的解决稳态挠度的方法与完整的解决方案几乎是没有区别的。接下来，我们用方程13来代替方程9.这也被Matsumoto和Ishii所应用。感兴趣的可以看一下Benson的模型预测的带在开卷机和轧机机座的变形区域。在带的支撑附近有2个变形区域。稳态下，变形带的Z坐标的范围参照屈曲区域的宽度为可以看出屈曲范围的维数随着入口弯矩的增加而增加。这些区域在示意图2中。严格的带的屈曲的研究已超出了本文的范围，正如图片1所描述的，当在网状的带上作用弯矩，Benson的模型预测的屈曲区域的位置和范围可以在实际中观察的到。基于Benson的曲率接近得到的带钢的近似解析解接下来的近似应用在介于（-b,b）多维Benson的曲率,图2根据Benson的模型所得到的屈曲区域图3多维Benson的曲率和近似解的比较式中参数a和参数b可以选择以便得到足够的精确解。这种近似撷取Benson的曲率方程5的特性，并且已经融入得到解析方法中。Benson的曲率和近似当a=1.06、b=2.82所得到的解的比较已经在图片3中展示。考虑到近似的本质在简化模型中的应用，对于实际的应用，近似已经足够的精确。然而，如果需要，更精确的简化也可以建立。用近似方程15，带材在开卷机和轧辊之间的弯曲可以通过方程和边界条件来描述。其中已在方程13中给出。受边界条件约束的积分方程16服从于下面的带材的横向偏移的约束。其中。在咬入处的带钢的横向变形和带材变形和辊轴的角度的描述可以从方程18中得到。带钢的横向动力学模型动力学方程6和7可以写成对于非对称轧制条件下的轧辊模型决定着方程的联系.在接下来，我们将区分咬入处带材的曲率和远离带材咬入处的上游连接处带材的曲率。做这些，我们认识到在咬入处，带材靠轧辊支撑和挤压。因为Benson的模型形成于有自由端的带材，接下来的附加假设适合于有支撑端的带材。假设为：（1）在轧辊支撑和挤压带材的咬入处无屈曲的发生；（2）Benson的模型适用于除了可忽略小的间隔连接的有支撑端的带材。这些假设看似很有合理，正如的观察到的支撑端的带材的屈曲和弯曲形状，如图1。这些观察表明在支撑端附近在最大屈曲和没有屈曲发生之间的过渡。关于屈曲模式形状的严谨的研究和Benson的屈曲模式的比较已超出了本文的范围。因为在咬入处没有屈曲的发生，我们可以写成方程20-23和轧辊模型一起构成了单机座冷轧机带材的横向动力学。很方便的将这些方程减少为用表示的4个通常的微分方程和用G表示的积分方程。其中最终，方程25-30和22-23一起描述了单机座冷轧机带材的横向动力学。在这些方程中，方程的联系是根据轧辊模型的插值得到的。最初的边界条件为：稳态时带材的横向运动在稳态下，方程22-23可以简化为：通过方程32解出G，然后代入方程23，得到在咬入处，带材的稳态横向偏移因此，稳态横向运动可以简化为2个用和表示的非线性代数方程33和34和从非对称轧制条件下的轧辊模型中计算得到的方程联系。数值结果和讨论在这部分，我们研究了横向运动和在卷取机和轧机的宽度之间的横向动力学，在计算中所用到的数据见参考文献[13]。带材的宽度：1.2m，辊身长度1.82m，支承辊辊身长度1.45m，工作辊直径0.45m，支承辊直径1.31m，从轧辊中心到螺丝的距离1.27m，从轧辊中心到千斤顶的距离1.3m，轧辊的凸度0.005m，带材的入口厚度2.2mm，出口厚度1.6mm，入口拉应力22.3MPa，出口张应力62.5MPa，摩擦系数0.03.稳态横向运动对于两种不同的应用张力，带材的在入口到塑形减少的区域的稳态挠度和轧制过程的非对称水平函数关系见图4。在这种情况下，非对称是因为不均等的力作用在支承辊上。小的力产生了小的屈曲，而大的力产生了显著的屈曲。更小的解决方案随着不对称水平的增加而增加，大的解决方案反而随着不对称水平的增加而减少。动态仿真表明大的解决方案代表了不稳定的平衡。在严格的不对称水平下两种稳态解决方案收敛于一个简单的解决方案。超过严格的不对称水平之后，没有稳定的解决方案。因此，一旦达到严格的不对称水平，横向运动变得不稳定。这可能解释在实际观察到的突然失稳。前人用简化的在跨度上拥有连读有效的宽度的带材挠度模型测的的结果，而这些结果定性的跟前人[14]所得到的结果相符。图4在两种不同的张力下（1）3Mpa和图5在不对称水平为0.2，入口张力(2)22.3Mpa下的在入口塑性区域的稳态下为22.3Mpa的轧制条件下，偏离中心和时横向偏离中心距离和不对称水平的关系间的关系严格的不对称水平是轧机预定参数的函数，轧机的预定参数包括作用在带材上的张力。图4表明入口张力的增加会导致不对称水平的增加，从而使横向运动变得不稳定。第一架轧机机座的张力的稳定影响已经被人们所熟知。然而，早期的模型并没有解释。横向动力学横向动力学的计算例子，正如图5所示，在咬入处带材的横向偏离是时间的函数。可以看出横向运动对带材的初始位置很敏感。当达到特定的横向偏移值时，会有一个从稳态向不稳态的突然过渡。这个特定的值由不对称水平和，正如精确仿真所表明的那样，和对于一个特定的不对称水平下的大的稳态解决方案有关系。见图4。因此，较低的分支代表一个稳态的平衡，高的分支展示了不稳态平衡的特征。结论本文的研究表明带材的屈曲改变了横向运动的特性，也显著的影响了它的稳定。然而，缺少带材的屈曲，横向运动本质是稳定的。带材的屈曲会导致不稳定。一旦超过特定的轧制不对称水平，横向运动变得不稳定。在这个特定的水平之下，两个针对横向挠度的稳态的解决方案是存在的。小的解决方案和小的屈曲相关联，代表了一个稳态的平衡。大的解决方案和显著的屈曲相关联，显示了不稳态平衡的特征。对于一个在这个水平之下的特定不对称水平，一旦达到临界的横向偏移，横向运动变得不稳定。临界的不对称水平会随着作用于带材的张力的增加而增加。因此，张力的增加对于横向运动起一个稳定的作用。本文通过使用一个连续的数学模型首次证明，带材的局部屈曲会导致带材横向追踪的不稳定。在网状物的传送中，这个结果有很广泛的应用。在金属轧制中，带材追踪问题的特征是实验验证很困难，在工厂中实施要花费大量的钱财。人们提倡使用在冷轧钢机上的实际经验的定性分析结果。特别是带材屈曲部分的定性证明需要深入的研究。鸣谢我们感谢BlueScopeSteelW.Y.D.Yuen博士提出的问题和有帮助的讨论。符号命名E------杨氏模量I-------截面的惯性矩L------跨度的长度M-----弯矩T---张力W---带材宽度d---咬入处的带材横向偏移h-----入口厚度---在带材入口处的沿带材宽度的平均厚度---带材入口到咬入的横向力---多维曲率---带材中心线的曲率---时间---起于带材中心沿带材宽度的坐标---起于开卷机沿轧辊转动方向的坐标---带材的横向偏移---带材的运动速度（沿轧辊转动方向）---沿带材宽度方向带材的平均运动速度（沿轧辊转动方向）--张应力----带材的内部转动速度--轧辊转动和带材中心线的角度上标与下标下标1和2分别指代轧辊的入口和出口；上标“star”指代多维变量。道次参数21354_1234567892.unknown_1234567893.unknown_1234567894.unknown_1234567895.unknown_1234567896.unknown_1234567897.unknown_1234567898.unknown_1234567899.unknown_1234567900.unknown_1234567901.unknown_1234567902.unknown_1234567903.unknown_1234567904.unknown_1234567905.unknown_1234567906.unknown_1234567907.unknown_1234567908.unknown_1234567909.unknown_1234567910.unknown_1234567911.unknown_1234567912.unknown_1234567913.unknown_1234567914.unknown_1234567915.unknown_1234567916.unknown_1234567917.unknown_1234567918.unknown_1234567919.unknown_1234567920.unknown_1234567921.unknown_1234567922.unknown_1234567923.unknown_1234567924.unknown_1234567925.unknown_1234567926.unknown_1234567927.unknown_1234567928.unknown_1234567929.unknown_1234567930.unknown_1234567931.unknown_1234567932.unknown_1234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