钢板校平机设计——机械专业毕业设计论文（含全套CAD图纸）

1、xxxxxx学院毕业设计（论文）任务书院 （系） 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 题目：钢板校平机设计（任务起止日期 20*年2 月23 日至20* 年6 月15 日）教 研 室 主 任 年 月 日院 长（系主任） 年 月 日设计（论文）的主要内容： 本设计是为四川某特殊钢企业1450轧钢生产线配套设计热轧钢板校平机。主要已知参数如下：1.典型钢种：1cr18ni9ti2.钢板规格：1450*43.钢板最大反弯曲率：1/100 设计要求满足以下主要要求：1.连续校平，温度不低于850；2.自动送料，自动出碴3.校平速度1.25m/s，辊缝调整速度0.1m/s4.带支撑辊，集体倾斜5.

2、自动润滑设计（论文）任务要求： 具体负责校平机的力能参数计算与结构设计、矫直辊及辊缝调节系统设计。具体要求如下：1.进行相关资料查阅，完成文献综述，英文资料翻译，完成开题报告2.进行总体方案论证及选型，校平机主要理论参数计算与优化3.采用计算机绘图完成总机装配图、辊系装配图4.完成15000字左右的设计说明书5.答辩主要参考文献（由指导教师指定）： 机械设计（第七版） 濮良贵、纪名刚 主编 高等教育出版社 2001.6机械工程材料 王章忠 主编 机械工业出版社 2006.1材料力学i、ii（第四版） 刘鸿文 主编 高等教育出版社 2004.1auto cad2004中文版实用教程 丁学钧、刘建

3、臣 主编 国防工业出版社 2004.1轧钢机械（第三版） 邹家祥 主编 冶金工业出版社 2000.2矫直技术与矫直原理（第二版） 崔甫 主编 冶金工业出版社 2005.4机械设计手册（第三版） 机械设计手册编委会 机械工业出版社 2005.3机械设计手册（单行本） 成大先 主编 化学工业出版社 2004.1机械设计手册（第四版） 成大先 主编 化学工业出版社 2002.1摩擦磨损与润滑（2004级教材） 石油工业出版社机械维护修理与安装 李士军 主编 化学工业出版社 2004.2冶金管理杂志（08年第1期） 石洪卫 主编 冶金管理杂志社 2008.1特殊钢杂志（29卷第1期） 汪学瑶 主编 特

4、殊钢杂志社 2008.2.1互换性与测量技术 李柱、徐振高、蒋向前 主编 高等教育出版社 2004.12现代设计方法 王凤岐、张连洪、邵宏宇 主编 天津大学出版社 2004.9同组设计者及分工： 陈国兵：参与总体设计，具体负责输送辊道设计、润滑系统设计注：该任务书由指导教师填写，在毕业设计开始前一周下达给学生，一式二份，专业教研室、每个学生各一份。其中教研室的一份待学生做完毕业设计（论文）后作为附件装入学生毕业设计（论文）资料中。 x x x x学院毕业设计（论文）开题报告设计题目 钢板校平机设计 学生姓名 学 号 专 业 院 (系) 指导教师 20* 年 3 月 20 日毕业设计(论文)开题

5、报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析（1） 国内外现状：随着我国板材生产规模的不断扩大，各厂家日益认识到板形在生产与市场销售中的重要性。不良板形的外部表现是板材上常见的中心波浪、边浪、瓢曲、扭曲、镰刀弯或局部鼓包等。这些缺陷往往在板材轧制、热处理、矫直、冷却过程中形成，往往是由于温度、辊形、压下、冷却水温、水压等因素不合适造成的。 随着民用消费类产品需求不断增加，市场对薄板需求也大幅度提升，而薄板往往加工成卷板，这样便于材料运输。购买卷材替代板材作为原材料，在现场对卷料按照要求进行加工不仅能够降低原材料的成本，还能提高利用率。而卷板材生产和运输时易产生弯曲、翘曲、扭曲、波浪形屈曲，这

6、些变形如果得不到及时有效的矫正，将严重影响着产品质量和数量的提高，尤其是本身作为工具的高精密仪器和刀具，它们对用材平整度要求更加苛刻。板材在轧制、热处理、冷却及运输过程中产生的这些缺陷，在冶金加工厂中常用矫直机加以纠正。矫直在冷轧、热轧等轧制过程中已成为一道必不可少的工艺。矫直机除能纠正轧件的型位缺陷以外，还有破鳞、抗皱和改善轧件产品机械性能的作用。随着用户对轧件，特别是对冷轧板、热轧板的品质要求越来越高，因此就如何提高矫直机本身的机械性能、加工精度及延长维修周期、降低生产成本也成为冶金机械研究的内容。对于薄板，平行多辊矫直机应用最广，技术也最成熟。这种矫直机克服了普通压力矫直机断续工作的特点

7、，成倍地提高了矫直效率，使矫直工序得以进入连续生产线，而且可以达到很高地矫直精度。平行多辊薄板矫直机国内外发展很不平衡，国内基本上还停留在传统的手动调节及机械传动方式，位置精度只有0.5mm，而国外已经实现了计算机电液自动控制，位置精度已经达到0.1mm，且有良好的人机界面，便于现场工程师操作。在中国销售高精度薄板矫直机的公司主要有三家，瑞士海莫乐公司、台湾双郁机械公司和美国的iowa精密工业公司，后两家公司矫直机都作为卷板材加工流水线工序设备，而瑞士海莫乐公司作为专业矫直机制造公司，性能最好。它采用液压系统来控制矫直机的辊缝，公司产品广泛应用于汽车、建筑玻璃、精密仪器仪表和工具等领域。这三家

8、的矫直机都能实现计算机数字控制(cnc)，而且海莫乐公司矫直机能自动感应压应力，采用双闭环控制，实现了智能化，但价格不扉，一台20-30万美金。国内的情况是：北京机械工业自动化研究所机器人工程中心开发的一套开卷、矫平剪切、堆垛生产线技术中，矫平机能实现计算机数字控制，但矫直机的间隙调整由标尺指示，并没有采用闭环控制，所以位置控制精度仅有0.5mm。生产制造公司有国营西北机器厂、富地机械、山东省淄博市桓台齐光锻压机床厂、无锡梅里精品机械和湖北重型机器集团，前后辊缝间距全部采用手动机械调节，位置精度仅依靠蜗轮控制。所以产品的矫直精度不高，不能应用在精矫工序。由湖北重型集团有限公司同华中理工大学威奇

9、数控公司合作开发的辊式板材矫直机系列，经过多年的完善和发展，在理论上和实践上形成了较成熟的体系。结构上，采用机械传动和液压传动相结合的方案，并重点加入了液压垫这一专利技术，使得设备结构更为紧凑，精度高，噪声低，控制方便，不仅提供了良好的交互环境。而且在实时性和预警上也对液压、机械和电气各环节实现了全面管理。整套控制系统由一台工控机和plc组成，矫直精度也达到了0.1mm。（2） 目的：当今世界上先进矫直机技术快速发展，板材矫直机正向重型化、全液压、自动化过渡。在提高矫直机矫直精度的同时，本设计主要实现矫直机的以下功能特点：l 异辊距辊系技术这种形式的矫直机的特点是各辊的辊距不相等，一般是加大入

10、口侧的辊距，以减少入口侧各辊的压力，特别是可以减少入口端第3个辊的断轴事故。同时出口侧随着矫直力的减小，辊距也减小，以缩短空矫区，从而明显减轻补矫工作。如果采用各辊单独驱动，我们可以将两侧的辊距都缩短，这样空矫区就更小了。l 弯辊技术在宽板和特宽中薄板生产线，具有弯辊能力的矫直机已成为必选。 这种矫直机可以产生一定量曲率的矫直工作辊，可消除机架的弹跳，同时由于弯辊的存在，可有效地改善板材的横向板形。l 液压压下液压压下取代机械压下成为一种矫直机技术发展趋势。根据压下量设定值与辊缝检测装置实测压下量之间的偏差量，使压下用的液压缸运行，经常修正设定值补偿压下量。另外通过采用自动控制、计算机模型设定

11、和液压acc 动态辊缝调整先进技术，来提高中薄板的矫直质量。l 换辊 小车式换辊装置对于矫直机及时的地更换辊子提供了方便。l 中薄板调节凸起量 遇到各种波浪弯的钢板，要求其支撑辊的调节装置比较复杂。主要是各排支撑辊能成组灵活调节凸起量，达到局部弯辊效果以适应中浪或边浪极矫直的需要。调节凸起量的方法多采用电动机转动丝杠来推拉楔块迫使支撑辊组或升或降。（3） 意义： 通过对板材平整工业的分析，可知平行辊矫直机在板材加工方面应用广泛，但从国内现状可以看出，高精度的液压多辊薄板矫直机(位置精度0.15mm以下)国内还相当缺乏。本设计将既实现液压压下、换辊等自动化操作，同时在调节凸起量上做了仔细的设计。

12、液压压下能够使运行更加平稳、反应快，更重要的是它能够实现过载保护。当辊缝被板材顶起时，液压压下装置会相应地改变辊缝来适应板材厚度的变化；特别是两辊发生粘着时，液压缸会马上卸载，对传动等部件实行及时保护。这些在工程上有很重要的意义。精密度的提高使的产品质量提高，从而满足了社会、市场的需求。 毕业设计(论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径 设计（论文）的主要内容： 本设计是为四川某特殊钢企业1450轧钢生产线配套设计热轧钢板校平机。主要已知参数如下：1.典型钢种： 1cr18ni9ti2.钢板规格： 1450*43.钢板最大反弯曲率： 1/100 设计要求满足以下主要要求：1.连续校

13、平，温度不低于8502.自动送料，自动出碴3.校平速度1.25m/s，辊缝调整速度0.1m/s4.带支撑辊，且可以单独调整5.自动润滑设计（论文）任务要求： 具体负责校平机的力能参数计算与结构设计、矫直辊及辊缝调节系统设计。具体要求如下：1.进行相关资料查阅，完成文献综述，英文资料翻译，完成开题报告2.进行总体方案论证及选型，校平机主要理论参数计算与优化3.采用计算机绘图完成总机装配图、辊系装配图4.完成15000字左右的设计说明书5.答辩实现途径：通过阅读有关文献、资料和市场调查，了解现阶段的钢板矫直技术及矫直机的发展现状。并且学习矫直机的矫直原理、分类、设计主要参数的确定等内容。按照设计步

14、骤，一步步将矫直机进行设计。学习有关的计算机软件，为设计带来方便。在设计的过程中，反复验算来确定最终的参数，同时修改以前所进行的计算或者是描述。尽量使设计完善。设计中，市场调查是比较重要的，“没有调查就没有发言权”。重点部位、装置的设计要仔细进行。3.预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施(1).自动化控制中要用到传感器及plc等工具，但是我对这个方面不是很精通。所以就只能自己抽空看看书，同时向老师请教有关控制方面的知识。(2).改变支承辊的结构，提高支承辊的额定动载荷，同时还必须确保支撑辊整体的刚性和精度，而不能改变原有支承辊的外形尺寸。确保支撑辊整体的刚性可以通过选择好材料和进行热处

15、理来完成，但是也要考虑其成本；精度的保证就可以从制造、安装等方面来实现。 (3).润滑在矫直机械中也很重要，好的润滑方式、密封方式及润滑油会大大增加轴承、辊子等各个部件的寿命。通过参阅机械设备安装与维护、摩擦学这两本文献将润滑方案做好。 (4).液压系统设计也是其中的一个重点也是难点内容，它要求有自动化控制。参考其他有关的设计的方法进行设计。 (5).我们知道支承辊在整个矫直过程中基本上承受全部的矫直力，因此支承辊的负荷是很大的，工作条件也是非常恶劣的。又在高温、急冷急热下工作，所以轴承的寿命很很短。传统的轴承通常是采用调心轴承，用它的目的是为了克服辊子变形而得到自位调整。为了解决这个问题，我

16、们采用“密集型轴承”，外形如下：使用这种密集型轴承在结构上进行优化设计，将径向力和轴向力分别由两套轴承承受，而不像双列调心滚柱轴承那样，既承受径向力，又承受轴向力，两负荷的交替变换，很容易损坏。毕业设计(论文)开题报告4.完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 1）机械设计（第七版） 濮良贵、纪名刚 主编 高等教育出版社 2001.62）机械工程材料 王章忠 主编 机械工业出版社 2006.13）材料力学i、ii（第四版） 刘鸿文 主编 高等教育出版社 2004.14）auto cad2004中文版实用教程 丁学钧、刘建臣 主编 国防工业出版社 2004.15）轧

17、钢机械（第三版） 邹家祥 主编 冶金工业出版社 2000.26）矫直技术与矫直原理（第二版） 崔甫 主编 冶金工业出版社 2005.47）机械设计手册（第三版） 机械设计手册编委会 机械工业出版社 2005.38）机械设计手册（单行本） 成大先 主编 化学工业出版社 2004.19）机械设计手册（第四版） 成大先 主编 化学工业出版社 2002.110）摩擦磨损与润滑（2004级教材） 石油工业出版社11）机械维护修理与安装 李士军 主编 化学工业出版社 2004.212）冶金管理杂志（08年第1期） 石洪卫 主编 冶金管理杂志社 2008.113）特殊钢杂志（29卷第1期） 汪学瑶 主编 特

18、殊钢杂志社 2008.2.114）互换性与测量技术 李柱、徐振高、蒋向前 主编 高等教育出版社 2004.1215）现代设计方法 王凤岐、张连洪、邵宏宇 主编 天津大学出版社 2004.9 另外： 采用计算机绘图、进行现场调研（如石桥铺机电市场、重钢等调查5.进度计划（或工作方案分析）1. 资料查阅，学习有关知识，完成文献综述报告(1-3周)2. 完成外文译文、撰写开题报告（1-4周）3. 进行调研，开展设计方案论证（3-5周）4. 进行设计理论参数计算与选择（5-6周）5. 进行结构初步设计与主要参数验证（6-7周）6. 确定设计结构，绘制图纸（8-14周）7. 整理设计资料，撰写说明书(1

19、4-17上半周)8. 整理提交设计图纸、设计说明书(17下半周)9. 准备答辩(18上半周)10. 答辩(18下半周)毕业设计(论文)开题报告指导教师意见：（对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测） 指导教师签名 年 月 日教研室审查意见： 教研室负责人签名 年 月 日 钢板校平机设计学生姓名： 指导老师： 专 业： 院 （系）： 20*年 6 月 6 日摘 要进入21世纪，我国经济的发展更是突飞猛进。这很大程度上得益于机械、冶金等行业的产品的大量生产和销售。随着科学技术的发展，市场对这类产品的要求不仅在数量上，更是在质量上要求更高了。板材作为其中的一员，质量上的要求也大幅度提高

20、。不良板形的外部表现是板材上常见的中心波浪、边浪、瓢曲、扭曲、镰刀弯或局部鼓包等。板材在轧制、热处理、冷却及运输过程中产生的这些缺陷，在冶金加工厂中常用矫直机加以纠正。本文就对与本课题的产品钢板校平机相关的内容进行了说明与论述。首先，论述了钢板校平机研究的现状、意义和具体内容；其次，论述了校平机的工作原理、系统构成及各系统的方案选择与参数计算；最后，对本研究的结果存在的问题和缺陷进行了说明，提出应该往哪个方向继续进行研究。相信我们不懈的努力最终会使我国的板材产品在国际市场上具备很强的竞争力。关键字： 钢板 校平机 设计 abstractgetting into 21 centuries, de

21、velopment of our countrys economy has advanced by leaps and bounds. this mainly profits from the mass production and distribution of the product of professions, such as machine and metallurgy.etc. along with the development of science and technique, the market request of such product is not only on

22、the amount, but also much more higher on the quality. as a member of those productions, the request of steel plates quality also has a significant exaltation. the exterior performance of a bad plate is usually the familiar center wave, side wave, bend, distort, sickle curve or part hunch . etc. thes

23、e blemish producing from the process of hot processing, cool off and conveyance are commonly rectified by the leveling machine in the metallurgy processing plant. this text is concerned with the related contents of the product, that is steel plate leveling machine, of this research. first, it discus

24、sed the present condition, significance and detailed contents of such machines research; secondly, this article discussed the run fundament, composing system and the choice and parameter calculation of each system; to the end, this text carried on an elucidation of the problem and blemish in the res

25、ult of this research, then put forward the direction to which we will go on with this research. i believe that through our unremitting effort our steel plate production will finally have a very strong competition ability in the international market.key words: steel plate; leveling machine; design目 录

26、中文摘要英文摘要1绪论1.1 为什么要进行钢板矫直11.2 平行辊式矫直机的发展趋势21.3 本课题研究的内容和意义22. 矫直机工作原理和方案选择42.1 “矫直”的定义42.2 反弯矫直的基本原理42.3 本矫直机的工作原理和压下方案选择52.4 辊系方案选择63 主要系统的设计和参数计算 93.1 主传动系统设计及参数计算93.2 液压压下系统设计及计算143.3 矫直辊及其轴承的选择和强度校核204. 矫直机安装、调试与润滑274.1 平行辊矫直机的安装与调试274.2 平行辊矫直机的维护与润滑29 结论31 致谢32 参考文献331 绪 论1.1 为什么要进行钢板矫直随着我国板材生产

27、规模的不断扩大，各厂家日益认识到板形在生产与市场销售中的重要性。不良板形的外部表现是板材上常见的中心波浪、边浪、瓢曲、扭曲、镰刀弯或局部鼓包等。这些缺陷往往在板材轧制、热处理、矫直、冷却过程中形成，往往是由于温度、辊形、压下、冷却水温、水压等因素不合适造成的。若将板带看作由无数条纵向金属纤维连结而成的材料，则不良板形材料中内应力的出现，正是因相邻纤维间存在长度差之故。由于邻近纤维间的相互制约，长纤维受压应力，短纤维受拉应力。因此，板带横向厚度差与板形有着密切的关系。横向厚差大的板带，一般板形都不好，但因只需几微米的横向厚差，即可造成明显的板形缺陷。因此，有些横向厚差很小的材料，板形也完全有可能

28、不符合要求。 随着民用消费类产品需求不断增加，市场对薄板需求也大幅度提升，同时对板材的质量要求也在大幅提升。只有有了好的材料，才能加工出好的产品来。因此这些变形如果得不到及时有效的矫正，将严重影响着产品质量和数量的提高，尤其是本身作为工具的高精密仪器和刀具，它们对用材平整度要求更加苛刻。 对于薄板，平行多辊矫直机应用最广，技术也最成熟。这种矫直机克服了普通压力矫直机断续工作的特点，成倍地提高了矫直效率，使矫直工序得以进入连续生产线，而且可以达到很高地矫直精度。本课题研究的也就是平行辊矫直机。平行多辊薄板矫直机国内外发展很不平衡，国内基本上还停留在传统的手动调节及机械传动方式，位置精度只有0.5

29、mm，而国外已经实现了计算机电液自动控制，位置精度已经达到0.1mm，且有良好的人机界面，便于现场工程师操作。在中国销售高精度薄板矫直机的公司主要有三家，瑞士海莫乐公司、台湾双郁机械公司和美国的iowa精密工业公司，后两家公司矫直机都作为卷板材加工流水线工序设备，而瑞士海莫乐公司作为专业矫直机制造公司，性能最好。它采用液压系统来控制矫直机的辊缝，公司产品广泛应用于汽车、建筑玻璃、精密仪器仪表和工具等领域。这三家的矫直机都能实现计算机数字控制(cnc)，而且海莫乐公司矫直机能自动感应压应力，采用双闭环控制，实现了智能化，但价格不扉，一台20-30万美金。国内的情况是：北京机械工业自动化研究所机器

30、人工程中心开发的一套开卷、矫平剪切、堆垛生产线技术中，矫平机能实现计算机数字控制，但矫直机的间隙调整由标尺指示，并没有采用闭环控制，所以位置控制精度仅有0.5mm。生产制造公司有国营西北机器厂、富地机械、山东省淄博市桓台齐光锻压机床厂、无锡梅里精品机械和湖北重型机器集团，前后辊缝间距全部采用手动机械调节，位置精度仅依靠蜗轮控制。所以产品的矫直精度不高，不能应用在精矫工序。由湖北重型集团有限公司同华中理工大学威奇数控公司合作开发的辊式板材矫直机系列，经过多年的完善和发展，在理论上和实践上形成了较成熟的体系。结构上，采用机械传动和液压传动相结合的方案，并重点加入了液压垫这一专利技术，使得设备结构更

31、为紧凑，精度高，噪声低，控制方便，不仅提供了良好的交互环境。而且在实时性和预警上也对液压、机械和电气各环节实现了全面管理。整套控制系统由一台工控机和plc组成，矫直精度也达到了0.1mm。1.2 平行辊式矫直机的发展趋势 中薄板生产线在线的辊式矫直机以热矫直机数量为多，总的趋势是以发展大矫直力的强力四重式矫直机为主，该系列设备总体趋势如下：1. 用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫直辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。2. 高刚度矫直机机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，精度高。3. 为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（或下辊）可以单独调整，且在矫直过程中也可

32、以进行调整。4. 上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支撑辊，以改变矫直辊的挠曲，消除钢板的单侧或者双侧边浪。5. 下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷。6. 装备液压安全装置和快速松开装置以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊。7. 上、下矫直辊和支撑辊分别装在各自的框架上，框架及其辊子可以侧向移动进行快速换辊，实现辊系的线外整备（即拥有两套以上的辊系装备供给一套矫直机使用）。8. 矫直机入口处装有水或压力空气，以清除残留的氧化铁皮。9. 在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢板的上翘。10. 为了避免矫直辊辊面的滑伤，辊面应具有一定的硬度。对四重式矫直机必须保证工作辊和支撑辊

33、的辊面硬度有一个差值。1.3 本课题研究的内容和意义 当今世界上先进矫直机技术快速发展，板材矫直机正向重型化、全液压、自动化过渡。本设计就是设计一个矫直机，对现有矫直机进行部分改进，获得一个新型设备。其主要功能如下：l 异辊距辊系技术这种形式的矫直机的特点是各辊的辊距不相等，一般是加大入口侧的辊距，以减少入口侧各辊的压力，特别是可以减少入口端第3个辊的断轴事故。同时出口侧随着矫直力的减小，辊距也减小，以缩短空矫区，从而明显减轻补矫工作。如果采用各辊单独驱动，我们可以将两侧的辊距都缩短，这样空矫区就更小了。l 弯辊技术在宽板和特宽中薄板生产线，具有弯辊能力的矫直机已成为必选。 这种矫直机可以产生

34、一定量曲率的矫直工作辊，可消除机架的弹跳，同时由于弯辊的存在，可有效地改善板材的横向板形。l 液压压下液压压下取代机械压下成为一种矫直机技术发展趋势。根据压下量设定值与辊缝检测装置实测压下量之间的偏差量，使压下用的液压缸运行，经常修正设定值补偿压下量。另外通过采用自动控制、计算机模型设定和液压acc 动态辊缝调整先进技术，来提高中薄板的矫直质量。l 换辊 小车式换辊装置对于矫直机及时的地更换辊子提供了方便。l 中薄板调节凸起量遇到各种波浪弯的钢板，要求其支撑辊的调节装置比较复杂。主要是各排支撑辊能成组灵活调节凸起量，达到局部弯辊效果以适应中浪或边浪极矫直的需要。调节凸起量的方法多采用电动机转动

35、丝杠来推拉楔块迫使支撑辊组或升或降。通过对板材平整工业的分析，可知平行辊矫直机在板材加工方面应用广泛，但从国内现状可以看出，高精度的液压多辊薄板矫直机(位置精度0.15mm以下)国内还相当缺乏。本设计将既实现液压压下、换辊等自动化操作，同时在调节凸起量上做了仔细的设计。液压压下能够使运行更加平稳、反应快，更重要的是它能够实现过载保护。当辊缝被板材顶起时，液压压下装置会相应地改变辊缝来适应板材厚度的变化；特别是两辊发生粘着时，液压缸会马上卸载，对传动等部件实行及时保护。这些在工程上有很重要的意义。精密度的提高使的产品质量提高，从而满足了社会、市场的需求。2 矫直机工作原理和方案选择2.1 “ 矫

36、直”的定义金属条材（具体指型材、棒材、管材、线材、板材、带材等长条状的金属型材）在轧制、加热、运输、锻造、挤压、拉拔、冷却等各种加工过程中因外力作用常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形；内部残余应力使金属条材发生弯曲或扭曲变形；为了获得平直的成品金属条材就必须使其纵向纤维或纵向截面由曲变直，横向纤维或横向截面也由曲变直。实现这一要求的工艺过程就称为“矫直”。2.2 反弯矫直的基本原理在压力矫直机、辊式矫直机、斜辊式矫直机和拉伸矫直机中，轧件都是经过反向弯曲后矫直的，而轧件的弯曲状态可以用曲率表示，在轧件的弹塑性弯曲变形过程则可以用曲率的变化来说明。轧件在矫直过程中的曲率变化：1）原始曲率 轧

37、件在矫直前的曲率称为原始曲率，以表示。（图2.1a）。r0是轧件的原始曲率半径。弯曲的方向用正负号表示，如+表示弯曲凸度向上的曲率，-则表示弯曲凸度向下的曲率，而轧件的平直段用=0表示。2）反弯曲率 轧件在外力矩m作用下强制反弯的曲率称为反弯曲率，以表示。在压力矫直机和辊式矫直机上，反弯曲率是通过矫直机的压头或辊子的压下来获得的。反弯曲率大小的选择是决定轧件能否被矫直的关键。图2.1 弹塑性弯曲时的曲率变化a-弯曲阶段；b-弹复阶段3）总变形曲率 它是轧件弯曲变形的变化量，是原始曲率与反弯曲率的代数和，以表示，即：=+使用上式时，应将曲率的正负号代入。原始曲率与反弯曲率方向相同时符号相反；方向

38、相反时符号相同。4）弹复曲率 它是当外力矩去除后，轧件在变形内力形成的弹复力矩my作用下弹性恢复的曲率变化量，以表示。5）残余曲率 它是轧件经过弹复后所具有的曲率（图2.1b），以表示。如轧件被矫直，则=0，如轧件未被矫直，在辊式矫直机上，前一辊的残余曲率将是下一辊的原始曲率，即，式中i指辊数。残余曲率是反弯曲率与弹复曲率的代数差：=- ，显然欲使轧件矫直，则必须使残余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反弯矫直时（压力矫直机）选择反弯曲率的基本原则。2.3 本矫直机的工作原理和压下方案选择 平行辊矫直机属于连续性反复弯曲的矫直设备，这种矫直机克服了压力矫直机断续工作的缺点，使矫直效率成倍提高，

39、使矫直工序得以进入连续生产线。金属材料在较大的弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别，在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。随着压弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一致趋近于零值而达到矫直目的。因此平行辊矫直机必须具备两个显著的特征：第一，具有相当数量的交错布置的矫直辊以实现多次的反复弯曲；第二，压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。下面以5辊矫直法用图形表示如图2.2：（便于理解矫直原理）图2.2 5辊矫直法 平行多辊矫直机的压下方案有三种，最小压弯递减方式，即矫直机每个辊的压下量都可单独调整的假想方案。矫直机上各个辊子反弯曲率的选择原则是：只消除轧件在前一

40、辊产生的最大残余曲率，使之变直。最小残差递减方式，即使具有不同原始曲率的轧件经过较少次数剧烈的大变形反弯，以迅速消除其原始曲率的不均匀度，然后按矫直单值曲率的办法加以矫直的方案。线性递减方式。其中最常用的是线性递减方式，薄板矫直多采用这种方案，也是本文讨论的方式。这种方式的特点是：从第二辊(第一个上辊)到最后第二辊(最后一个上辊)的压弯量按线性递减，最后第二棍的压弯曲率一般为弹性极限曲率，前面第二辊的压弯曲率则不受严格限制。由于这种压下方式多用于薄板材矫直，故第二辊压下曲率都较大。工业生产中采用这种方案的多辊矫直机的辊数一般都较多，有11，13，17， 19，21，23辊等，同时辊径要尽量小，

41、这样使板材得到较大的变形，变形愈大愈有利于消除波浪弯。（本部分见参考文献1）2.4 辊系方案选择平行辊矫直机发展历史较长，辊系结构形式很多，且主要与用途和矫直质量有关。这里介绍几种典型辊系，如下图图2.3所示：图2.3 典型辊系辊系a是上辊组平行升降的辊系，主要用于热矫直厚板、粗矫板材和在展卷机后平整带材等工作；辊系b有所改进，两端辊单独调整，有利于中间各辊加大压下，也有利于两端辊的咬入及提高矫直质量，主要用于热矫直板材。辊系c是一种灵活性较大的多用途辊系，上辊可以调成平行升降、单向倾斜和双向倾斜等形式。第一个用途同图a,第二个同图d，第三个用途为可以进行反复及双向咬入的矫直。辊系d是按线形递

42、减压下的板材矫直辊系。辊系e是型材矫直的常用辊系，各上辊单独调整可以采用各种压下方案。辊系f是矫直板材的辊系，带有支撑背辊，它有两个作用：一，矫直宽板时辊子太长，刚度不够，用支撑辊来保持工作辊的刚度；二，矫直薄板时要消除波浪需要用支撑辊来改变工作辊的凸度。这种辊系也称为四重式矫直辊系。辊系g比前一种增加一排中间辊，由于支撑辊多为盘形，长期工作中使工作辊表面被压出痕迹，这时若矫直工件的表面要求光亮，而辊面压痕很可能在工件表面上留下条状暗影甚至印痕。故用中间辊隔离上述压痕的传递。这种辊系也称为六重式矫直辊系。除这些典型辊系外，近代新研制设计了不少性能更好的辊系。不过它们都是在已有的辊系基础上的改进

43、。如图2.4的异辊距辊系，特点就是加大了入口侧的辊距，以减图2.4 德国9辊式异辊距矫直辊系少入口侧各辊的压力，尤其可以减少第3辊的断轴事故。同时还追求等强度设计的理想状态。随着矫直力的逐渐减小，向着出口侧逐步也减小了辊距尺寸。它由于空矫区（不产生矫直弯矩的区间）比较短，可以明显的减轻补矫工作。即用缩短两端辊间距的办法使工件头尾经历正负两次短距离的反弯，可以使空矫区成倍缩短。空矫区的缩短将会使矫直质量提高及补矫工作减轻。同时各辊矫直力也有了很大的改善。以上分析比较可以看出，辊系f比较适合矫直薄板材，故选择这种辊系。另外可以适当缩短两端的辊距，以减小空矫区。同时设计成异辊距类型，使性能更好。(见

44、参考文献1)3 主要系统的设计和参数计算3.1 主传动系统设计及参数计算3.1.1 结构参数1 辊数选择辊数的原则是在保证矫直质量的前提下，使辊数尽量少。对于薄板矫直机，由于b/h比值很大，原始弯曲曲率较大，以及瓢曲和浪形的二维形状缺陷严重，应减小辊距以增加板材的弹塑性弯曲变形，但由于辊距不能选的过小，故要增加辊数。现参考文献2，在表11-3中确定辊数。为此需计算矫直机最大负荷特性： (为钢板屈服极限，为钢板最大宽度，为钢板最大厚度)设计任务要求，矫直机典型钢种为，经查询，知其，现取；另外钢板规格为，取；，取。故，由表11-3得知辊数取13。又根据经验数据知辊数取11即可。2. 辊径、辊距与辊

45、长参阅文献1中图3-12知矫直最佳区域中，单位厚度辊径值满足。因为，故，又因为， ，故，所以可以取辊径。支撑辊辊径应取大一些，取为。使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，轴颈尺寸不能过大，近似地选择。另外，只要条件允许，辊颈直径和辊身的过渡圆角均应选大一些。根据公式和可以确定工作辊辊颈直径和辊颈长度辊距 （其中，压弯量单独调节时取较大值，集体调节时取较小值，为辊子最大直径）。所以 再从表11-3（参考文献2）中由知辊距比较合适。下面根据以往经验数据及已有变辊距矫直机做参考，确定各处辊距如图3.1所示：图3.1 本矫直辊系各辊距大小辊长（时，；时，）3. 支撑辊前面已经确定支撑辊直径为。下面确定支撑

46、辊的布置方式和相关尺寸： 由于上面所设置的辊距较小，同时工作辊辊径与辊身比值处于中间，既不大也不小，故这里考虑采用垂直布置方案。为了调整工作辊的挠度，有效地消除板带的局部瓢曲或单、双边浪形。这里采用多段支撑辊矫直方案。其各段支撑辊可以单独调整压下，沿工作辊长度方向可使带材产生不同的变形，以消除板带边缘或中部的板形缺陷。具体布置形式如图3.2：图3.2 支撑辊布置图图1消除双边浪形 图2消除中间瓢曲 图3消除单边浪形与工作辊一样，我们可以得到支撑辊辊颈直径为和辊颈长度3.1.2 力能参数1. 确定压弯量并计算矫直力1）压弯量前面已经确定压弯方案选择线性递减压弯方案，现首先确定入口及出口处的压弯量

47、：已知矫直机为类型。工件尺寸为，代表钢种为，取其。该方案中规定变形大致范围为。包含和，工件通过第二辊后，方向趋同，但是中包含最大和最小的弯曲状态，而最小的，要使这个在反弯之后也获得一种与其他相差不多的弹复能力，就必须采用加大的。由于（见参考文献2），故取。假设钢板原始的弯曲最大为，则第二辊后的弹复曲率比为 其残留曲率比为 这个，需用弹塑性挠度计算法。由公式1-165（文献2）知 其中所以出口压弯挠度所以入口压弯量为，出口为由于辊数为11，那么上辊组的倾斜度为： 所以由， 得表3.1如下：表3.1 各辊子压弯量图3.3为第2到第10辊每个辊子的压弯量，从这个图中明显地看出压下方式为线性递减压下：

48、图3.3 线性递减压下2）矫直力查图3-14（文献2）得 根据公式和得各个辊子处的弯矩为： 按连续梁的三弯矩方程式计算后（其中前面已经给出计算式子）写出矫直力为：2. 轴承压力矫直辊所承受的矫直力直接作用于轴承上。机架结构采用简支式结构。如图3.4所示为辊子轴承受力分析图：图3.4 矫直辊轴承受力图那么 轴承受力总和为取，那么各个辊子两端的轴承受力大小可以计算如下：所以2 矫直辊转矩矫直辊在矫直力作用下所需克服的阻力包括轴承摩擦阻力、辊面与工件间的滚动摩擦阻力及工件的塑性变形阻力。下面分别求这两个力1） 轴承摩擦阻力前面已经确定机架结构为简支结构，那么根据下面公式（参考文献2）即可求得该摩擦阻

49、力： 其中为工件与辊面的滚动摩擦系数，板材为；高温板材为；为轴承摩擦系数，尼龙轴承；青铜轴承；滚动轴承。为轴颈直径。2）工件塑性变形阻力： 其中是第辊处的转矩，是第辊处的矫直变形能这里其中可由下式子计算：将代替代入得从而根据上面给出的公式求得每个辊子处的矫直变形能为 进而求得工件塑性变形阻力为3） 总转矩上面两个阻力求出之后，相加即得总转矩3 矫直功率为了使矫直机适应生产线，速度取生产线速度。又因为有支撑辊，矫直机传动系统效率可取为。那么计算到电机处的驱动功率为3.2 液压压下系统设计及计算3.2.1 电液伺服系统简介电液伺服系统除了具有液压系统多固有的特点之外，还有自身明显的特点。这种系统动

50、作灵敏，频带宽，控制精度高，但是价格昂贵，抗污染性较差，效率低。该系统中最重要的元件是电液伺服阀。电液伺服控制系统一般由以下几个部分组成：指令元件，控制放大器，电液伺服阀，液压缸或者液压马达，被控对象和检测元件。由图可以看出该系统是一个闭环控制系统。如图3.5所示图3.5 电液伺服系统的基本组成3.2.2 液压压下系统的组成平行多辊矫直机的发展历史较长，辊系结构形式很多。线性递减压下的板材矫直机的辊系结构是：所有上辊都固定在上辊驱动平板上或者上辊连接装置上，通过控制驱动平板来控制压下量。其结构如图3.6所示图3.6 线性递减法辊系结构从上图可以看出，整个系统主要部件就是上下排辊。前后辊缝要可调

51、，且排辊自身要转动。液压压下系统的整体结构由空间分立的三个部分组成：以plc为核心的电气控制柜、以泵和阀为主体的液压柜、以液压缸、马达和上下排辊为主体的机械结构。电气柜有电源、电气保护元件、plc、放大器（6个伺服阀放大器），面板（配置触摸屏、开关、按扭、指示灯）等；液压柜下部为油箱，上部为泵组和阀组；机械部分的上部安装液压缸（缸体上有压力传感器），六个位移传感器安装在上下两部分之间。3.2.3 液压控制系统工作原理由于本人对液压系统了解程度不够，这里只对液压压下系统进行原理上的介绍，并对部分液压元件进行设计计算。该系统是决定板材矫直效果的关键部分，采用闭环控制。图形如下面3.7图3.7 液压控制系统原理图系统采用三位四通o型电液伺服阀控制液压缸的一端。伺服阀对液压缸下腔供油，下腔压力增大，上矫直辊驱动平板下移，辊缝减小，伺服阀卸荷，液压缸下腔压力减小，平板上移，辊缝增大。位移传感器检测到平板的位移信号的变化，可以反馈给系统，通过对伺服阀的控制来调节输入到液压缸下腔的压力油的流量，最终使辊缝维持在恒定值。液压缸上腔的压力由背压阀提供，可以认为是一个常数。大流量泵对液压缸下腔供油，小流量泵对液压缸上腔供油。由于支撑辊有三排，故设置6个液压缸来控制，每排有2个液压缸来控制其压下量。而每个液压缸分别由一个独立的伺服阀控制。