750初扎机压下系统设计.rar

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15 初扎机 压下 系统 设计
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摘要摘要本次设计对短应力线 750 轧机压下部分进行了相应的设计与校核。然后,轧机的两种轧制力计算方法进行了设计比较。本轧机为为二辊卧式轧机。本设计采用直流电动机,有较大的过载能力,电动机与轧机之间有减速器。压下装置动力部分采用液压马达,传动平稳,能在较大范围内实现无级调速,能保证较高的轧制精确度。最后对轧机的润滑和维护做了简单讨论。本次设计主要的研究方法是根据轧辊孔型和轧制速度,计算轧制力,从而对轧辊进行强度和刚度的校核,确定轧辊是可用的,从而保证轧机能正常工作。在对轧辊轴承的选取,立柱的校核,压下装置的形式进行了研究,保证设计了的准确性。关键词关键词:750 轧机;二辊式轧机;压下装置;油马达;轧制力IAbstractThe design of the short stress line 750 Rolling Mill for the corresponding parts of the design and checking.Then,the two rolling mill was designed force calculation comparison.The horizontal two-roll mill to the mill.This design uses a DC motor,a large overload capacity,between the motor and reducer mill.Dynamic part of the reduction device with hydraulic motor,drive smoothly,can realize stepless speed regulation in a large range,can ensure a high rolling accuracy.Finally,lubrication and maintenance of mill made a brief discussion.The main research design is based roll pass and rolling speed,rolling force calculation,and thus the strength and stiffness of roll of the check,to determine roll is available,thus ensuring mill can work.In the selection of roller bearings,columns of check,pressure device in the form of a study designed to ensure the accuracy.Key words:750 rolling mill;two roll mill;pressure equipment;oil motors;rolling forceII目录目录摘要摘要.IAbstract.II第一章第一章 绪论绪论.11.1.选题背景及目的.11.2 轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用.11.3 国内外轧钢机械的发展状况.21.3.1 粗轧机的发展.21.3.2 带钢热连轧机发展.21.3.3 线材轧机的发展.31.3.4 短应力线轧机.41.4 750 轧机的设计简介.51.4.1.主传动装置.61.4.2.机架横移装置.61.4.3.压下装置及上辊平衡装置.61.5 总体思路的选择.7第二章第二章 概述及方案选择概述及方案选择.82.1 设计的原始参数.82.2 概述.82.3 咬入条件的校核.92.4 轧制过程基本参数.102.4.1.简单轧制过程.102.4.2.轧制过程变形区及其参数.102.5 轧制力的计算.112.5.1 方法一:艾克隆德方法.112.5.2 方法二:采利柯夫方法.132.6 轧辊的几何尺寸的选取.142.7 轧制力矩的计算.152.8 主电动机功率的计算及选电动机.162.8.1 轧辊与电机间的效率.162.8.2.根据过载条件选择电动机功率.162.9 轧辊强度及刚度校核.182.9.1 计算辊身弯曲强度.182.9.2 计算辊颈弯曲和扭转.192.9.3 计算辊头剪切强度.202.10 轧辊轴承的选取.212.11 立柱校核.222.11.1 立柱危险截面强度校核.222.11.2 立柱牙型强度校核.23III2.12 压下装置的结构形式.232.13 上辊平衡装置.242.14 轧辊的轴向调整及固定.24第三章第三章 润滑及维护润滑及维护.263.1 润滑.263.2 维护.283.2.1 轧机主传动装置维护.283.2.2 在轧机维护中应用故障诊断技术.28结论结论.31参考文献参考文献.32致谢致谢.33附件附件 1.34附件附件 2.450第一章第一章 绪论绪论1.1 选题背景及目的选题背景及目的随着国民经济的发展,需要更多数量、更多品种、更高质量的型钢,特别是大型型材。为满足这一需要,型钢轧机的发展不外于两个,一是改造旧轧机;二是更新设备,采用新技术和新工艺在旧型钢轧机上逐渐完善及工艺改进,这是我国改造挖潜以少花钱多办事见效快的新方针,是节约经济的客观需要。大学生活即将结束,为了检验我们的所学是否能够真正应用到实际当中,使我们认识到作为一个合格的设计人员应该具备的基本素质,学校为我们安排了这次毕业设计。用半年时间完成一个设计方案。轧机是现代钢厂中最常见的一种冶金设备。因此,轧机设备的好坏对轧钢厂的效益有很大的影响。我们的任务是通过所学的理论知识设计一台两辊轧机。因为实际条件有限,我们的设计只是经过相关理论与经验公式的推导来设计我们所选的冶金设备,经过理论校核检验是否达到设计要求。1.2 轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用轧钢生产是将钢锭及连续铸坯轧制成材的生产环节。用轧制的方法生产钢材,具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现自动化等优点。钢材的生产方法有轧制、锻造、挤压、拉拔等。用轧制方法得到的钢材,具有生产过程连续性、生产效率高、品种多、质量好、易与机械化、自动化等优点,因此得到广泛的应用。目前,约有 90的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材,主要也用轧制的方法。轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中,除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外,炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有 8590以上要经过轧钢车间轧成各种钢材,供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中,作为使钢成材的轧钢生产,在整个国民经济中占据着异常重要的地位,对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。11.3 国内外轧钢机械的发展状况国内外轧钢机械的发展状况十九世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机,设备简陋,产量不高;有的轧机是用原始的水轮来驱动。大上个世纪五十年代以后,钢的产量大增;各先进工业国的铁路建设与远洋航运的发展,蒸汽驱动的中型、大型轧机先后出现了。上个世纪的电气化使功率更大的粗轧机迅速发展起来。上个纪 5070 年代,由于汽车、石油、天然气的运输,电器电子工业与食品罐头工业的发展,钢材生产是以薄板占优势为特征的。总的来说,轧钢机械向着大型、连续、高速和计算机控制方向发展。1.3.1 粗轧机的发展粗轧机的发展在发展连铸的同时,国外仍在新建后扩建粗轧机,以扩大开坯能力。这是由于开坯机具有产品化灵活,便于实现自动化等优点,如日本 1969 年有三台板坯粗轧机和一台方坯粗轧机投入生产。至 1970 年止,世界上有粗轧机达 200 多台。拥有粗轧机最多的国家为美国达 130台,日本 42 台,绝大部分为二辊可逆式轧机,开坯能力达 3 亿吨以上。七十年代的粗轧机直径增大到 1500 毫米。我国拥有 1000 毫米以上大型粗轧机七套,还有 750850 毫米小型粗轧机八套,主要于合金钢厂,为数不多的 650 毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959 年我国开始自行设计制造开坯机,已制成的开坯机有 700、750、825、850/650、1150 等毫米粗轧机。粗轧机将向着万能式板坯轧机,重型化发展,并且缩短轧机辅助机械工作时间发展。1.3.2 带钢热连轧机发展带钢热连轧机发展带钢热轧机分为连续式带钢热轧机、四辊及多辊可逆式轧机、炉卷轧机和行星式轧机等。带钢热连轧机分为全连轧、1/2 连轧和 3/4 连轧机。带钢连续式热轧机主要是生产 1.016(20)毫米的热钢板卷的,其生产的品种以普通炭钢为主。在世界上美国首先在 1926 年采用了热连轧板机,这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司,轧机规格为 1030 毫米,是 1/2 连轧,只是有一个粗轧机架,是近代热连轧机的雏形。2四十年代以前,带钢热连轧机,几乎全部集中在美国。19611971 年,美国新建了 11 台辊身长度为 1473 毫米以上的热连轧机,称为“第二代轧机”。第二代轧机具有轧制速度高、产量高、自动话程度高的特点。我国从 19661970 年开始发展热连轧板机,1700 毫米 3/4 热连轧板机以投产,其他规格的热连轧板机还有 1450 毫米半连轧、1450 毫米全连轧、750 毫米全连轧等。这些年来,薄钢板的生产比重日趋增加,这是现代轧钢生产发展的一个趋势。热轧钢板是汽车、造船、桥梁、电机、化工等工业不可缺少的原料,也是冷轧机的坯料,随着焊管、冷弯型钢的发展,钢板的需要量日益增长。现代带钢热连轧机发展趋势是提高产量、扩大品种、提高精度、提高自动化程度。采取的主要措施有:提高轧制速度、加大带卷和坯料重量、建造宽辊身的全连轧、粗轧机架近距离布置、采用快速换辊装置、提高产品精度和轧机刚度、采用板厚自动控制系统、精轧机轧辊辊型控制、采用计算机控制。90 年代以来,钢铁生产短流程迅速开发和推广,薄板坯连铸连轧工艺的出现,正在改变着传统的热轧机市场。自 1987 年 7 月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来,到 1997 年已建成的有 33 套。连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型两个工序衔接起来,将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组,直接轧制成带卷产品。德国西马克公司的 CSP 技术、德马克公司的 ISP 技术、奥钢联开发的 Conroll 技术等都有用户采用。1.3.3 线材轧机的发展线材轧机的发展近些年来,国外线材生产是稳定的,线材产量的 78%。用线材轧机常生产 512.7 毫米的圆形断面轧材。为了提高线材的质量和产量,六十年代发展了无机架轧机、预应力轧机、Y 型轧机、步进式加热炉等新型轧制线材设备。轧机的轴承广泛采用滚动轴承或油膜轴承。线材直径公差可达0.10.3 毫米。20 世纪 70 年代,摩根无扭高速线材精轧机组有很大发展,投产的以达 160 多套。目前,高速线材轧机的机型可概括为三辊式、45、15、75和平-立交替式四种。31.3.4 短应力线轧机短应力线轧机1.提高轧机刚性的途径提高轧机的刚性是获得高精度产品,减少轧制废品和工艺事故,稳定工艺参数,提高轧机作业率和产品成材率,尤其是提高轧制速度的必备条件。提高轧机刚性也正是实现轧机机械化及电子计算机控制自动化生产的先决条件,因为轧制程序的稳定及生产过程的自控,必须有稳定的工艺及准确稳定的指令,高速线材轧机更是如此。提高轧机刚性的途径有:1)增加轧辊尺寸和机架断面尺寸。但这会使工作机座结构庞大,增加设备重量和制造困难,而且,机座刚度不仅仅决定于机架断面积的增加,也与机架的结构和几何尺寸有关。随着轧辊直径和机架断面积的增加,机架高度也相应增加,这就影响了机座刚度的进一步提高。2)改善各承载件的材质,结构及加工精度,以提高工作机座的配合精度。3)减少承载件的配合面。4)缩短辊身长度。5)缩短应力线长度。6)施加预应力等。这里所说的应力线是轧机在轧制过程中,轧制力所引起的内力沿各承载零件分布的应力回线,与一般力学中的应力概念有所不同。故短应力线轧机是指应力回线缩短了的轧机,是一种高刚度轧机。2、短应力线轧机的发展概况从提高轧机刚性的途径来看,最合理的途径是尽量缩短应力线长度。40年代,瑞典研制出的第一代无牌坊轧机,取消了牌坊,用拉紧丝杆将两个刚性很大的轴承座连在一起。这种轧机是将拉紧丝杆固定在下轴承座上、上轴承座在拉杆上可自由上下移动,拉杆顶端再连接一上横梁,上辊压下调正与平衡同普通轧机一样,其结构示意图如图1-1所示。这类轧机在我国已安装了四套。第一代无牌坊轧机的应力线不是最短的,经改进,瑞典于60年代研制出了第二代无牌坊轧机。意大利波米尼法雅尔公司(PominiFarrel)研制的“红环”轧机也是属于短应力线轧机。我国在研制短应力线轧机方面起步较晚,开始于70年代末期,80年代初期,但发展速度较快。1981年北京科技大学成功地研制出了国内第一架新型短应力线轧一“GY-1”型短应力线轧机,如图1-1所示。该轧机首先在四川蛾眉型钢厂、大冶钢厂、贵阳钢厂投产,因其具有投资少,上马快,见效快、容易掌握、调整方便、成材率高等优点,很快在全国80多个厂家得到推广应用。轧机类型也从“GY-1”型发展到到“GY-2”型“GY-3”型、“GY-4”型短应力线轧机。4在“GY”型短应力线轧机投产之后,由河北冶金厅研制的“HB”型短应力线轧机。四川威远钢厂研制的“CW-1”型短应力线轧机和北京冶金设备研究院研制的“SY”型短应力线轧机相继投入生产。特别是“SY”轧机在设计、加工制造和服务一条龙的经营指导思想下,发展速度很快,在全国已有几十家企业投入生产。3.短应力线轧机的主要特点1)最短的应力线保证了高刚度。这种轧机不用预应力,也不靠增大截面尺寸来提高轧机刚度而是通过尽量缩短应力线来提高轧机刚度。在所有轧机中这种轧机的应力线是最短的,轧机的配合面也是最少的,轧机轴承座具有较大刚度。2)预调性能好。在压下螺母、球面垫与轴承之间装有密压头,与轧制负荷指示器相连,能经常测得轧制负荷,因此可模拟生产条件,在换辊前预调辊缝。换辊后生产的第一,第二根钢即可保证为合格品,减少了试轧废品,提高了成材率,克服了旧轧机一边试轧,一边调整,造成试轧废品多的问题,这一点对于高级合金钢尤其具有经济价值。3)实现了对称调整。连接四个轴承座的四根拉杆上有正反丝扣,实现了相对于轧制线的对称调整,保证了轧制线固定不变。从而使得导位装置的调整、安装、维护都很方便,减少了操作事故和工艺事故,提高了成材率和作业率。4)整体换辊,减少了换辊时间,短应力线轧机都备有二套以上的辊组。一套使用,另一套预装。换辊时,将旧辊组取下,换上新辊组,只需几分钟时间,大量的工作都在生产线以外的预装间去完成,从而减少了在生产线上的换辊时间,提高了作业率。5)轴承和轴承座受力情况好,提高轴承寿命。本轧机由于取消了集中载荷的压下螺丝,使轴承受力均匀,应力降低,包角增大,轴承寿命较现有轧机(预应力或其他形式)有显著提高。综合上述,轧钢生产技术七十年代的发展特点是,板带比重大,焊管多于无缝管;向高速、大型、连续化、自动化方向发展;提高质量,扩大品种以及低成本能耗。改造轧机,挖掘潜力;大量采用新工艺新技术。1.4 750 轧机的设计简介轧机的设计简介750 水平辊轧机如图所示。主要由主传动装置、机架、机架换移装置、压下装置、轧辊平衡装置及轨座等组成。51.4.1 主传动装置主传动装置主传动装置由电机、联轴节、减速器齿轮座、联轴节及联接轴等部件组成。联接轴的中部为花键结构,可使机架整体横移。联接轴的平衡装置采用液压平衡装置。本水平辊型钢轧机主传动装置的主要参数为:最大轧制力为276.8KN、轧制力矩为39.68kNm-、轧辊转速为11.0r/min,电机功率为600kw、转速为718r/min、总速比65.31.4.2 机架横移装置机架横移装置机架横移装置主要由横移液压缸、锁钩、机架 及轨座等部件组成。在轧辊上有三组孔型,轧制线固定,要实现不同孔型的轧制,需横移机架。四架连轧机(两台立辊轧机、两台水平辊轧机)中,每架轧机的轧辊都有三组孔型,可轧制三种规格的型钢,如需轧制其他规格的型钢,四架连轧机均需更换轧辊。机架横移装置的工作过程是用锁钩将机架锁住,液压缸工作,使机架及联接轴平衡装置支座在轨座上滑动,联接轴花键伸长或缩短,从而实现了不孔型的轧制。1.4.3 压下装置及上辊平衡装置压下装置及上辊平衡装置压下装置主要由压下电动机、涡轮蜗杆减速器、压下螺丝及压下螺母等组成。两套压下装置联动,由液压缸实现了两套压下装置的离合。本次750 水平辊型钢轧机压下装置的主要参数为压下液压马达8mm/min-80mm/min、涡轮蜗杆减速器的速比i=80上工作辊平衡用(个液压缸,其结构和工作原理与1700热连轧机5缸式平衡装置中上支撑辊平衡基本相同。6图 1-1 750 轧机1.5 总体思路的选择总体思路的选择根据给定参数确定各道次压下量,确定轧辊辊的基本参数并计算最大轧制力和最大轧制力矩,根据最大轧制力确定电机。合格后根据电动机的参数初定减速器的各轴转速、功率以及力矩。确定轧辊轴承并校合。对轧辊进行强度校核。轧钢机主传动装置的作用是将电机的运动和力矩传递给轧辊。在很多轧钢机上,主传动装置由减速器、齿轮座和联轴器等部件组成。压下装置为液压压下,上辊平衡装置采用四缸液压平衡,轧辊轴承选用四列圆柱滚子轴承,轴向调整装置采用涡轮蜗杆机构。7第二章第二章 概述及方案选择概述及方案选择2.1 设计的原始参数设计的原始参数表 2-1 设计原始数据孔型尺寸(mm)机架号孔型形状hkbk辊环直径(mm)轧制速度(mm)轧辊转速(rpm)轧制温度(C)轧制力(t)轧制力矩(t-m)1h箱164.0241.007500.288.91070250.727.912v箱149.00199.917500.3611.01060276.839.683h箱122.00182.257500.4816.91050265.028.144v箱119.00150.177500.6020.81044184.822.062.2 概述概述轧钢机械或轧钢设备主要指完成原料到成品整个轧钢工艺过程中使用的机械设备。一般包括轧钢机及一系列辅助设备组成的若干个机组。通常把轧件产生塑性变形的机器称为轧钢机。轧钢机由工作机座、传动装置(接轴、齿轮座、减速器、联轴器)及主电机组成。这一机器系统称主机列,也称轧钢车间主要设备。主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。除轧钢机以外的各种设备,统称轧钢车间辅助设备。10、hh轧制前后轧件的高度此为第一步轧制计算(1h-2v)所以0h=1kh,1h=2kb、轧制前后轧件的宽度=1kb,2kh8图 2-1 轧制步骤及方钢基本尺寸2.3 咬入条件的校核咬入条件的校核 表 2-2 不同轧制条件下允许的咬入角由公式压下量10hhh=92.4mmDh1cos (2-1)可得=28.49所以基本能满足热轧型钢开始咬入阶段的要求。2.4 轧制过程基本参数轧制过程基本参数2.4.1 简单轧制过程简单轧制过程在一般的轧制过程中,轧件只是在一对工作辊中受到压力而产生塑性变形。为了研究,一般都以简单的(即理想的)轧制过程作为研究的开端。具有下列条件的轧制过程称为简单轧制过程:1)两个轧辊都驱动;2)两个轧辊直径相等;3)两个轧辊转速相同;4)被轧金属作等速运动;5)被轧金属上除轧辊施加的力以外,无任何其它作用力;6)被轧金属的机械性质是均匀的。由前确定的方案可知,此计算即可按照简单轧制计算。2.4.2 轧制过程变形区及其参数轧制过程变形区及其参数变形区是指轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域,如图 3-2所示。其基本参数为:图 2-2 变形区几何图形10hh、轧制前、后轧件的高度(厚度),mm;10mh轧制前后轧件的平均高度,mm,210hhhm;h压下量(绝对压下量),mm,hhh10;0b、1b轧制前、后轧件的宽度,mm;b宽展量(绝对宽展量),mm,bbb01;L0、L1轧制前、后轧件长度,mm;咬入角(变形区所对应的轧辊中心角),Dh1cos;l接触弧水平投影长度,mm,可近似认为hRl;临界角(中性角);D、R轧辊直径、半径,mm。2.5 轧制力的计算轧制力的计算2.5.1 方法一:艾克隆德方法方法一:艾克隆德方法艾克隆德提出下列公式计算轧制时的平均单位压力)(1(ukmpm (2-2)式中 m考虑外摩擦对单位压力的影响系数;k轧制材料在静压缩是的变形阻力,MPa;轧件粘性系数,2/mmskg;u变形速度,1s艾克隆德根据其研究,式中计算系数系数 m101010)(2.1)(6.1hhhhhhRum (2-3)式中 u摩擦系数。由于是钢轧辊tu0005.005.1,t 为轧制温度;10hh、轧制前后轧件的高度,mm11 R轧辊半径,mm。经计算可得 m=0.0958利用热轧方坯的数据,得到 k(MPa)的计算公式8.9*)(3.0)()(4.1)01.014(CrMnwCwtk (2-4)式中 t轧制温度,W(C)碳的质量分数,W(Mn)锰的质量分数,W(Cr)铬的质量分数,经查手册可得 C 取 1,Mn 取 0.3,Cr 取 1.5经计算得 k=104.958MPa轧件粘性系数(2/mmskg)按下式计算ct)01.014(01.0 (2-5)由于轧制速度是 0.36m/s,所以选系数 c=1.0经计算得=0.0342/mmskg艾克隆德用下式计算变形速度102hhRhvu (2-6)式中 v轧制速度,mm/s;10hh、轧制前后轧件的高度,mm R轧辊半径,mm。、经过计算可得u=0.46所以带入所有数值得mp=119.88 MPa轧件对轧辊的总压力 P 为轧制平均单位压力mp与轧件和轧辊接触面积之乘积,即:FpPm*(2-7)接触面积 F 的一般形式为12lbbF210 (2-8)式中 0b、1b轧制前后轧件的宽度,l接触弧长度的水平投影。轧制板材、板坯、方坯时在两个轧辊半径向相同的情况下,接触弧长度的水平投影为hRRlsin (2-9)式中 R轧辊半径;h压下量。压下量10hhh=92.4mm所以 l=186.145mmF=338702mm P=406t2.5.2 方法二:采利柯夫方法方法二:采利柯夫方法初轧机平均单位压力公式可示为1 1 15.1nnnknnnpBBm (2-10)其中外区影响系数 n按下式计算4.0)(mhln (2-11)由于Dh1cos可得=28.74由接触弧长度360*2Rl=188mm (2-12)计算得 n=1.015宽度影响系数按下式计算21wwBSSn (2-13)13式中 wS与轧件尺寸相关系数:1001lnlnhhbbSW (2-14)经计算得Bn=0.76查表得1n=0.97带入公式可得mp=72.87轧件对轧辊的总压力 P 为轧制平均单位压力mp与轧件和轧辊接触面积之乘积,即:FpPm*(2-15)接触面积 F 的一般形式为lbbF210 (2-16)式中 0b、1b轧制前后轧件的宽度,l接触弧长度的水平投影。轧制板材、板坯、方坯时在两个轧辊半径向相同的情况下,接触弧长度的水平投影为hRRlsin (2-17)式中 R轧辊半径;h压下量。压下量10hhh=92.4mm经计算得 P=246.8t.由于方案二所算压力更接近真实值所以采用方案二的计算结果,因此 P=246.8t.2.6 轧辊的几何尺寸的选取轧辊的几何尺寸的选取轧辊的类型和结构轧辊的类型和结构轧辊是轧钢机的主要部件。板轧机轧辊的辊身呈圆柱形,冷轧机轧辊的辊身微凸,当它受力弯曲时,可保证良好板型。14轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中,并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。轴头和联接轴相连,传递轧制扭矩。本设计中,轴头处采用凸缘联轴器。辊颈尺寸 d 和 l辊颈直径d和长度l与轧辊轴承型式及工作载荷有关。由于受轧辊轴承径向尺寸的限制,辊颈直径不辊身要小得多。因此辊颈与辊身过渡处,往往是轧辊强度最差的地方。只要条件允许,辊颈直径和辊颈与辊身的过度圆角 r 均应选大些。使用滚动轴承,由于轴承外径较大,辊颈尺寸不能过大,一般近似地选(0.5 0.55)dD (2-18)d 取为 370l/d=0.831.0 (2-19)l 取为 4082.7 轧制力矩的计算轧制力矩的计算当考虑轴承摩擦时,空中辊的合力需切于轴承摩擦圆,此时驱动辊力矩为式中:P轧制力;a轧制力臂,即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离;轧制轴承处摩擦圆半径;D轧辊半径;d轧辊轴承直径;合力作用点的角度;轧辊轴承摩擦系数;采用滚动轴承 u=0.004)dsin()(1hDPMK (2-20)带入得KM=554948N.m152.8 主电动机功率的计算及选电动机主电动机功率的计算及选电动机2.8.1 轧辊与电机间的效率轧辊与电机间的效率取万向接轴传动效率 10.97 齿轮座的传动效率 20.97滚动轴承的效率 30.96减速器的传动效率 40.95主电动机到轧辊间的传动效率 12340.858 图 2-3 电动机简图2.8.2.根据过载条件选择电动机功率根据过载条件选择电动机功率maxerMMK (2-21)DerNM30ererM n (2-22)式中erM额定静力矩,kN.m;16maxM静负荷图上的最大力矩;ern电机转速,r/min;K电动机过载系数,不可逆电动机 K=2.52.0。初步选 K=2,即=323396.3N.m (2-23)DerNM30ererM n =540kw (2-24)因此选用电机 YBFJ506-6,功率为 600kw,转速 718r/min1nni=718/11=65.3 (2-26)图 2-4 二级圆柱齿轮减速器传动比分配 查手册取1i=3.5,=4.2。所以=i/()=4.455.37181innm=205.1r/min (2-27)2.41.2052inn=48.8r/min (2-28)=11r/min011dpp=600*0.98*0.97=570.36kw1212pp=542.18kw172323pp=531.36kw3434pp=505kw2.9 轧辊强度及刚度校核轧辊强度及刚度校核轧辊的重磨率在轧制过程中,由于轧辊表面的磨损,经过一段时间后,辊面磨损将影响产品质量,此时则需重车或重磨。每次重车量0.55mm,重磨量0.015mm;;当轧辊直径减少到一定程度时,就不再使用,但可采用堆焊办法修复以延长轧辊使用寿命。通常轧辊允许重车率用新辊直径百分数表示:初轧机1012%型钢轧机810%中厚板轧机57%本轧机轧辊重磨量为 7590mm2.9.1 计算辊身弯曲强度计算辊身弯曲强度通常对辊身仅计算弯曲,对辊颈则计算弯曲和扭转,对传动端辊头仅计算扭转强度。图示为轧辊受力简图。1.辊身计算弯曲强度带孔型轧辊的危险断面可能在某个轧槽上,应比较各断面应力大小来确定,辊身验算弯矩为:(2-29)其中 P作用在轧辊上的轧制压力(kg);a压下螺丝间的中心距(cm);取 x=a/2,算的=851480N.m作为辊身危险断面的弯曲应力:(2-30)式中 辊身危险断面弯矩;D计算断面直径(应考虑轧辊磨损和重车至最小直径)。18计算得=22MPa (轧辊材料铸铁,许用应力=7080MPa)2.9.2 计算辊颈弯曲和扭转计算辊颈弯曲和扭转 辊颈危险断面上得弯曲应力和扭转应力分别为:=68.2MPa (2-31)=24.11MPa (2-32)式中 d辊身直径;、辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩。=244333.39 Nm图 2-5 轧辊受力简图对于带孔型轧辊辊颈弯矩,由支反力 R 决定:=Rc=345770Nm19由于传动两个轧辊的辊颈相同,每个轧辊承受由主电机经减速器传动总力矩减半,它经过齿轮座分配在每个轧辊传动轴上。辊颈强度应按弯扭合成应力计算。采用铸铁轧辊,合成应力安第四强度理论计算:224625.0375.0ddp (2-34)p=77.77MPa =79.96MPa (2-35)符合要求式中 p合成应力2.9.3 计算辊头剪切强度计算辊头剪切强度有理论分析结果得知,矩形截面扭转应力分布如图所示,最大切应力发生在矩形长边中点处 (2-36)式中 扭转力矩;抗扭截面系数,。图 2-6 矩形截面受扭时剪应力分布设矩形截面长边为 a,短边为 b,式中系数随比值 a/b 的变化可有由下表查出表 2-3 随比值 a/b 的变化表20a/b1.01.52.02.53.04.06.0值0.2080.3460.4930.6450.8011.1501.789由于 a/b=182.25/122=1.49 查的=0.345,则位于边长中点处的最大剪力为:计算得=117MPa工作机座中首例零件的长度之和,就是该轧机的应力线的长度,如下图所示。全部受力零件在轧制力的作用下,都要产生弹性变形,根据胡克定律,受力零件的弹性变形量与长度成正比,与横截面积成反比。2.10 轧辊轴承的选取轧辊轴承的选取轧辊轴承与一般轴承的工作条件差别很大,其特点:1)工作负荷大;2)运转速度差别大;3)工作环境恶劣;3)基本不承受轴向力,而以承受径向力为主。考虑到以上特点 选用四列圆柱滚子轴承。(2-37)n转速;温度系数;当量动载荷;为指数,对于球轴承,=3;对于滚子轴承,=10/3考虑到轴承承受强大冲击 取 载荷系数=2.0温度系数=0.8 滚子轴承 取=10/3=*=*(P/2)=2435000N 图 2-7 四列圆柱滚子轴承初选 FC74104400d=370 D=520 B=400 Cr=3960N C=11700N=2370.9h (2-38)21基本符合要求2.11 立柱校核立柱校核2.11.1 立柱危险截面强度校核立柱危险截面强度校核立柱材料为 40CrNiMoA 查手册知=835N/按静强度条件进行校核安全系数 S=5 P=243.5t轧机的每根立柱平均分担轧制力=P/4=60.82t (2-39)立柱的不安全截面,如图所示图 2-8 立柱示意图危险截面处直径 =248mm=12.59 N/(2-40)=25 N/(2-41)。由公式=E式中E弹性模量立柱应变E=200GPa (2-42)=1.26*Pa (2-43)=6.29*222.11.2 立柱牙型强度校核立柱牙型强度校核当轧辊轧制时,立柱与螺旋套为紧螺栓连接。螺栓危险截面的拉伸强度条件为 (2-44)(2-45)此处 F=220mm=208Mpa (2-46)满足牙型强度条件。2.12 压下装置的结构形式压下装置的结构形式压下装置目前有电动压下和液压压下两种结构型式。一电动压下电动压下是最常用的上辊调整装置。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、球面垫块和测压仪等,在可逆式板轧机的压下装置中,有的还安装有压下螺丝回松机构,以处理卡钢事故。压下装置的结构与轧辊的移动距离、压下速度和动作频率等有密切的联系。按照压下速度,电动压下装置可分为快速压下装置和板带压下装置两大类。1.快速压下装置由于其压下速度一般大于 1mm/s,故称为快速压下装置。按照传动的布置形式,快速压下装置有两种类型:(1)采用立式电动机,传动轴与压下螺丝平行的布置形式;(2)采用卧式电动机,传动轴与压下螺丝垂直交叉布置形式。2.板带轧机电动压下装置冷、热轧板带轧机的电动压下速度约为 0.021.0mm/s。由于板带轧机的轧件既薄又宽又长,而且轧制速度快,轧制精度要求较高,这些工艺特征使其压下装置有如下特点:(1)轧辊调整量小;(2)调整精度高;(3)经常的工作制度是“频繁的带钢压下”;(4)动作快,灵敏度高;(5)轧辊平行度的调整要求严格。二液压压下23液压压下装置是用液压缸代替传统的压下螺丝、螺母来调整轧辊辊缝的。在这一装置中,除液压缸外,还有与之配套的伺服阀、液压系统及检测仪表及运算控制系统。与电动压下装置相比较,液压压下装置有如下特点:(1)快速响应性好,调整精度高;(2)过载保护简单、可靠;(3)机械传动效率高;(4)便于快速换辊,提高轧机作业率。(5)采用液压压下可以根据需要改变轧机的当量刚度,实现对轧机从恒辊缝到恒压力的控制,以适应各种轧制级操作情况。(6)液压压下装置采用标准液压元件简化了机械结构2.13 上辊平衡装置上辊平衡装置 平衡装置的作用是消除轧制系统间隙,提升上轧辊,用来大大降低咬入轧件时的冲击和工作辊的频繁换辊。上辊平衡装置有重锤平衡、弹簧平衡、液压平衡三种形式。初轧机,板抷粗轧机的平衡装置需适应上轧辊的快速,大行程,频繁移动的特点,并且要求工作可靠,换辊和维修方便。在这种轧机上,广泛使用重锤式或者是液压式平衡装置。液压平衡优点是结构紧凑,工作灵敏度高,平衡效果好。2.14 轧辊的轴向调整及固定轧辊的轴向调整及固定轧辊轴向调整的作用:1)在型钢轧机中使量轧辊得轧槽对正;2)在初轧机中式辊环对准,消除因加工机摩擦不均匀使辊环 3)在有滑动称瓦的轧机上,调整瓦座与辊身端面的间隙;4)轴向固定轧辊并承受轧辊的轴向力。2425第三章第三章 润滑及维护润滑及维护3.1 润滑润滑轧机各设备经常在繁重的条件和恶劣的环境下工作。合理地进行润滑,对减少机件的磨损、延长轧机的使用寿命具有十分重要的作用。现代轧机都常采用自动化的干、稀油集中润滑系统,他是轧机的重要组成部分。一台热连轧机,往往有上千个摩擦部件需要润滑,有专门布置在车间设备附近的地下室,将润滑油通过各种输油管道,集中供油到各摩擦部件。常用的润滑方式有两种:稀油润滑(矿物油润滑);干油润滑(润滑脂润滑)。稀油润滑一般用于要求对摩擦面实行液体或半液体摩擦的地方,以及除了润滑外,还需要冷却、清洗摩擦表面的地方。干油润滑的主要目的是减少摩擦以及保护摩擦表面不受腐蚀和防止外来水、氧化铁皮等污物进入。转速较低或不经常工作的摩擦面,常用干油润滑。干油润滑不能循环,因此消耗的油脂不能回收,但干油润滑设备比较简单。稀油润滑可以循环使用,但设备复杂。一般情况下,凡是干油润滑可以满足要求的机械设备,可以不用稀油润滑。总的说目前轧钢机械润滑有以下特点:1,稀油润滑仍然是轧钢车间主要的润滑型式,由于稀油润滑能有效的减少摩擦,有良好的润滑效果,排散热量冷却工作表面以及保护工作表面不受腐蚀等作用。因此,最近十年,国外虽然逐步推广油雾润滑,但是稀油润滑在许多场合仍是不可代替的,直到目前为止轧钢车间在所有齿轮啮合部位、减速机、人字齿轮机座以及大部分轧机的轴承都还是采用稀油循环润滑。2、各国的稀油润滑系统的发展是趋于分散。大都是一台设备设立一套润滑系统,很少几台设备共用一套系统的,这样可使系统小型化,缩短管道,油库深度减小,便于施工,节省基建费用。3、不少国家的稀油润滑系统(口、意、美等)在设计过程中,并不追求紧凑、轻巧,主要考虑可靠性。因此选用油箱容量较大,为了防止系统发生紧急事故时停止供油,损坏机械设备,日本、美国在重要系统中都设置了压力箱。26 4、由于齿轮泵结构简单、制造方便,因此轧钢车间普遍采用,国外轧机稀油润滑系统中流量小于 15001700 升/分的油泵主要采用齿轮泵、流量大于此值时采用螺杆泵和其他水泵。5、国外轧机润滑系统中几乎全部采用列管式冷却器。以往国内南方各厂对列管式冷却器冷却效果不好反应较大,对此我们感到有进一步弄清冷却效果低的原因的必要。6、干油集中润滑系统应用最广泛的是双线式系统。单线式系统主要用于单独的机器设备,小型机械以及机器所需润滑油量较少的小型干油润滑系统。虽然单线式系统有简化线路、结构紧凑、体积小、可进行叠加组合等优点,并且美国也已出现了供应整个车间润滑的大型单线润滑系统,但是我们认为在今后相当长的一段时间内,用单线式系统全部代替双线式系统的可能性是很小的。7、双线给油器各国所用结构基本上是相同的,外形尺寸也相差无几,全部采用非进行式结构。近年来出现了双点供油方式的给油器,由于可向两个润滑点供油,因此在润滑点数量相同的情况下,所需的给油器比原先单点给油器要少一半。为满足此种给油器的需要电动干油站工作制度必须有所改变,即油站每工作一次,必须使两主油管各压油一次。8、单线式系统型式较多,需根据设备的不同情况,选用不同的单线系统:单线非进行式终结式系统用于润滑点近乎戍直线分布的机器设备中,单线进行式回路式系统用于润滑点分布面积较广的机器设备中,单线进行式终结式系统用子润滑点很分散,或是靠近热源的机器设备中。9,油雾润滑是最近十年发展起来的一种新的润滑方式。从润滑本身来说,采用这一种或那一种润滑方式都同样是可行的。但是为了能达到最好的效果,就要根据设备的不同特点,对润滑方式进行必要的选择。由于有良好的润滑效果,且耗油量小工作温度低,使轴承寿命延长,便于控制轧件污染、成本及维修费用低等优点,因此近年来油雾润滑在轧机机架中越来越广泛地采用,并已在轧机的润滑方面占有稳固地位,在数以百计的设备中得到采用。对于油雾润滑这一润滑新技术,国内了解得很少,还缺乏使用上的经验,今后应予充分重视,加强试验研究,使其早日用于生产。10、国外润滑设备制造质量较高,性能较好。如油泵噪音都很小,冷却器冷却效果好,过滤器寿命长,干汕系统密封性好、漏油情况极少。从而提高了系统工作的可靠性,能获得好的润滑效果。273.2 维护维护3.2.1 轧机主传动装置维护轧机主传动装置维护 (1)防止压盖变形压盖、叉口的变形给十字头的装配增加间隙,高速运转中的十字头将产生一个很大的冲击力。其措施是定期检查压盖及叉口的形状尺寸,防止装配间隙产生,提高轴承的运行寿命。2)缩短工作辊传动轴的加油周期,改用高温流动性能低的油脂;定期测量十字头温度、紧固螺丝,使系统具有良好的运行状态。图 3-1 安全联轴器标定曲线(3)针对安全联轴器的安全力矩不稳定现象,采取定期进行标定措施,确保安全设定值稳定,长期运转后无变化。更换安全销时所加的油压可从标定曲线上取值,见图7.1。同时加强对安全销及各部分的密封检查和维护,防止联轴器的设定压力下降。3.2.2 在轧机维护中应用故障诊断技术在轧机维护中应用故障诊断技术1 轧机故障诊断技术的应用现状 20 世纪 70 年代中期,美国率先将故障诊断技术引进钢铁行业,1977 年日木新日铁公司己对初轧机牌坊、力一向接轴等重要部件的故障进行检测诊断。20 世纪 80 年代后,故障诊断技术在我国也迅速发展,在振动信号检测处理、故障识别和预报方而,从理论到测试手段均在不断完善,频谱分析法因 FFT,实时分析仪的完善和发展而成为轧机振动分析的一个十分有力的工具。美国钢铁公司 Lorain 工厂 1170mm 初轧机山于 1 年内折断了 3 根力一向接轴,因而在该轧机上研制装配了扭知监测仪,非接触地连续测量轧机的扭振,预报危险,以保护主传动设备。日木动报警系统,在振动发生前该系统提醒操作工降低轧制速度,以保护设备。瑞典 Fundia 公司为了消除轧机传动装置的机械共振现象,安装了驱动软件控制器(RTE)当28轧机受到钢坯冲击出现减速时,RTE 可使驭动装置平稳增速,并使合成冲击速度下降,提高驭动装置速度,使其达到改造前的 2 倍。由于 RTE 消除轧机振动效果好,1992 年英国 2 架轧机也安装了此装置。2 故障诊断基本方法及发展趋势在回转机械故障诊断中,振动分析法是应用最广泛的方法之一。首先,振动问题是此类机械运行中最主要的问题。其次,振动信号包含了丰富的机械运行状态信急,且信号易于拾取,便于在不影响机器运行的情况下实行在线监测和诊断。大型回转机械的故障诊断基木手段有:(1)FFT 分析。通过磁带记录仪记录振动信号,然后在实验室进行信号回放,并输入专用 FFT 分析仪进行频谱分析。近年来,信号处理技术的发展为故障诊断的分析手段提供了更多选择,如:时域分析,包括波形分析、相关分析、时域滤波、时域平均、包络分析、小波分解、时间系列建模、轴心轨迹分析等;频域分析,包括 FFT 幅值谱、相位谱、AR 谱、全息谱分析等;时频域分析,包括 Wigner 分布、短时 FFT 谱等。(2)计算机辅助监测、分析。随着计算机技术和信号处理技术的飞速发展,故障诊断技术的现场实施更多地依赖于计算机,从设备状态信息采集、信号分析、数据库管理,甚至包括诊断结论的获得均由计算机完成。采用的方式既有离线监测,也有在线监测。分析方法基本涵盖了上述提及的各种手段。(3)网络化监测诊断。20 世纪 90 年代以来,大型机组监测诊断系统的一个重要发展方向是网络化。在网络系统构成上,充分利用企业现有 Intranet/Internet 资源与企业的内部网做到资源共享、节省投资并方便实现远程诊断,所监测的参数不再只局限于振动、轴位移等,而是进一步扩展到了影响机组运行状态的主要工艺过程量,如流量、温度、压力以及一些主要开关量。在故障诊断理论研究方而,小波分析己成热点。小波变换是克服了传统傅立叶变换缺陷的一种时频分析方法,它能采用多重分辨率,刻画信号的局部瞬变特征,并已广泛应用于信号处理、图像压缩、模式识别和非线性分析等相关领域。近几年来,模糊控制、故障树分析、专家系统、人工神经网络等新技术不断出现,为故障诊断技术在理论方而的发展带来了新意。这些新的研究方法将使机械设备的状态监测和故障诊断向系统化和智能化方向发展,但如何将这些方法与实际工程问题有效地结合,从而提高诊断成功率,已成为此类研究需要重点解决的课题。29在监测诊断系统的软硬件配备方而,软仪表技术成了最新的研究热点。软仪表技术用于机械故障诊断时,包含了传统仪器所有信号采集与控制、信号分析、结果输出与显示等功能,使传统仪器的大部分硬件甚至整个仪器都被软仪表取代。目前国内很多高校,如西安交通大学、华中科技大学、北京工业大学、北京科技大学都己把美国 NI 公司研制的 LabVIEW 软件平台作为监测诊断系统的开发工具,并用于生产实际。3 轧机故障诊断技术的开发应用前景 随着网络技术的日臻完善,而向 Internet 的监视诊断技术和设备诊断软件正成为新一轮的研究热点。尤其是机床、一般旋转机械、电机设备等,不仅在美国、日本等发达国家出现了许多监测诊断的公司在我国也有很多科研人员致力于此项研究。华中科技大学等高校在轧机的远程监测与故障诊断方而进行了许多有益的尝试。通过对宝钢热轧厂精轧 F2机架的结构、历史故障记录及轧制生产过程等一系列因素进行综合分析,在轧机故障诊断系统中设置了 169 路通道,包括测力系统 5 路、液压系统 103 路、振动系统 29 路、温度系统 8 路、电气量 8 路等。4 结语随着轧机故障诊断技术的日臻成熟和完善,建立诊断专家系统从而最终实现智能化诊断成为当务之急,其首要任务是建立基于轧机类型的诊断推理系统。此外,形成诊断知识库系统也是大势所趋。30结论结论首先,在毕业设计期间,我查阅了有关轧机方面的资料,在下厂实习期间,使我对钢厂生产的工作情况、工艺流程和生产设备情况都有了更多的了解。更使我对 750 轧机的主电动机容量的选择、轧制力的计算、轧辊的强度计算、机架的强度计算、轧辊滑动轴承的验算、安全环的计算、滑块式万向联接轴的验算、齿轮强度的计算都有了更加深入的学习。其次,毕业设计中使我在大学中所学到的轧钢机械、机械设计、机械原理、机械制图 材料力学 公差与互换性 等课程都得到了复习,并且使这些理论知识在实际中都得到充分的应用。毕业设计期间,通过查阅资料、下工厂实习与指导老师以及同学共同研究、探讨,使我不仅大大加宽了知识面,提高了设计能力和独立思考的能力,同时,这次毕业设计为我以后走上工作岗位打下了良好的基础。总之,这次毕业设计不仅是对我所学知识的综合检验,而且对我今后的学习、工作都具有重要的意义。.31参考文献参考文献1 蒲良贵,纪名刚主编.机械设计.第八版.北京:高等教育出版社,20062 陈于萍,周兆元主编.互换性与测量技术基础.第二版.北京:机械工业出版社,20053 杨月英,张琳主编.AutoCAD2006 绘制机械图.北京:中国建筑工业出版社,20064 何铭新,钱可强主编.机械制图.第五版.北京:高等教育出版社,20045 邹家祥主编.轧钢机械.第三版.北京:冶金工业出版社,20006 邹家祥主编.轧钢机械(修订版).北京:冶金工业出版社,19807 马鞍山钢铁设计院等编.中小型轧钢机械设计与计算.北京:冶金工业出版社,19798 邹家祥等编.轧钢机现代设计理论.北京:冶金工业出版社,19919 刘宝珩主编.轧钢机械设备.北京:冶金工业出版社,198410机械工程材料性能数据手册编委会编.机械工程材料性能数据手册.北京:机械工业出版社,199411冶金工业部有色金属加工设计研究院主编.板带车间机械设备设计(上册).北京:冶金工业出版社,198312冶金工业部武汉钢铁设计研究院主编.板带车间机械设备设计(上册).北京:冶金工业出版社,198413孙桓,陈作模,葛文杰主编.机械原理.第七版.北京:高等教育出版社,200614成大先主编.机械设计手册.第三版.第 1 卷.北京:化学工业出版社,199415成大先主编.机械设计手册.第三版.第 2 卷.北京:化学工业出版社,199416成大先主编.机械设计手册.第三版.第 3 卷.北京:化学工业出版社,199417成大先主编.机械设计手册.第三版.第 4 卷.北京:化学工业出版社,199418成大先主编.机械设计手册.第三版.第 5 卷.北京:化学工业出版社,199419成大先主编.机械设计手册.单行本.北京:化学工业出版社,200420Schey,John A.ed.Tribology In MetalworkingM:Friction,Lubrication And Wear,Ohio:Carnes Publishing Serceces Inc.,1983 21Baker,John.Steel Designers ManualM,Landon:Granada,198332附件附件 1外文资料翻译33译文 1热轧钢数据挖掘方法的缺陷尺度的预测热轧钢数据挖掘方法的缺陷尺度的预测Jarno J.Haapamki,Satu M.Tamminen and Juha J.Rning Neurogroup/ISGUniversity of Oulu,Department of Electrical and Information EngineeringComputer Engineering LaboratoryLinnanmaa PO BOX 4500jjhaaee.oulu.fi,satuee.oulu.fi,jjree.oulu.fi摘要摘要规模缺陷是在热轧钢表面常见的缺陷。这种缺陷的原因并不简单。随着数据挖掘方法的提高,过程变量之间的依存关系多维化和产品成分可以被发现。对于本研究中,一个高维数据集来自芬兰的拉赫 Rautaruukki Oyj 公司等资料得集合。数据同时载有平均价值和工艺价值测量的不同的频率。同时该变量以及分配在钢带测量34前建模阶段得到解决。这项研究使轧制过程的模拟和规模缺陷得以可见。自组织系统映射(SOM)的被用于这些任务。关键词关键词数据挖掘,神经网络,热轧钢,规模缺陷1介绍1介绍规模缺陷是一种常见的表面缺陷在热轧钢中,因此它是认识钢表面风险重要的因素,从而导致对钢铁表面的规模缺陷。热轧钢带被选为本研究中,由于其要求有严格的表面质量。钢的氧化导致了 3 层矿组成的规模维氏体,FeO,Fe3O4 的磁铁矿和赤铁矿 Fe2O3的组成维氏体,它是最里层,只有在稳定温度高于 570 C 的在热轧过程它构成条件缺陷1.2.3的规模大约 95。拥有几个规模不同类型的机制形成。轧在规模开发时或黑色更难氧化物滚到1在表面整理过程。红色规模主要与一高硅含量,虽然这不是一个必要条件2。在红色规模的检测,只有一个小的可能性为混淆与其他一些缺陷红色规模4。当这两种类型是一致时,它有可能推测出一些中规模缺陷将被忽略的检测系统,并超过0.1,硅含量,因此带人调查只对红色的规模和其他部分数据滚规模。定额缺陷的起源一直是为许多研究项目感兴趣的主题,但它仍然是很难找到造型上的缺陷相关的文献。没有规模的物理模型成立至今已制订。对于这个问题建模是由于高维变组它们的相互作用。为形成规模的几个原因在文献
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