段胜林
(中色科技股份有限公司,河南 洛阳 471039)
夹送辊在有色金属加工行业各生产机组中是一个常用的设备,主要作用是用来输送或牵引带材,改变带材运行方向,使带材能顺利按设计方向运行。介于此特点,将其合理布置在机组中会起到不同的作用效果,来满足机列的要求。
1) 在热轧和冷轧机组中,夹送辊布置在开卷机出口处和卷取机入口处,此处夹送辊多有偏心设计,用于开卷时压料头、卷取时弯曲料头进卷取机,并与开卷和卷取设备建立起一定的张力,保证料卷不松卷。
2) 在热轧机组中,横剪入口侧设有夹送辊,用于定尺剪切,同时能起到输送作用。
3) 在垛板装置前设有夹送辊,将板材从辊道上抛出,落入垛板装置中。
本文针对热轧机组中卷取机入口侧用夹送辊进行计算分析
在夹送辊辊径的作用下,要使带材的弯曲相对曲率达到Cp≥10,可以大大提高铝带材卷取时的板型精度,带材在夹送辊直径作用下的弯曲相对曲率为:
式中:
h-带材厚度;
E-铝带材在300℃左右的弹性模量,取E=4500N/mm2;
σ-相应温度下各种合金铝带材的屈服极限,N/mm2。
对于轧辊宽度<2000,一般取辊径D=200~300较为合适。其结果是设备重量轻,能源消耗小,带材有良好的板形。
在热轧机组中,夹送辊用于开卷夹料头和卷取夹料尾,要用夹送辊提供张力T来克服带材的极限弹性弯曲力矩,使带材不松卷,带材的极限弹性弯曲力矩为:
式中:
b-带材宽度,mm。
根据拉弯矫直原理的公式和公式(2),可得出
式中:
D1-带材最大卷径,。
1) 当上下两个夹送辊都驱动时,作用在夹送辊上的力如图1所示。
在工作过程中,辊子压紧带材,在电机传动下,上、下辊对带材产生的水平方向摩擦力使带材受拉力T的作用,由图1可知:带材对上、下辊的垂直作用力均为P+G1。故摩擦力与压紧力的关系为:
T1=TT/2=(P+G1)μ (4)
式中:
T1—上辊对带材产生的水平摩擦力,N;
图1
T2—下辊对带材产生的水平摩擦力,N;
P—作用于上辊的压紧力,kg;
G1—上辊质量,kg;
μ—辊子与板带材之间的静摩擦系数。
2) 当只有上辊或下辊驱动时,由于两辊和带材的运动方向不变,夹送辊和带材所受摩擦力方向不变,所以作用在夹送辊上的力与两辊都驱动时的受力状态是一样的。
结论:不同的夹送辊驱动形式,所需要的压紧力大小是相同的。需注意,用张力T推导出的压紧力P为理论值,实际设计时要求压紧力P是一个可调值,防止压紧力的实际值与理论值出入过大,实际生产中压紧力的调整以辊子不打滑为准。在液压压紧缸的供油管路中要求油压可调,即管路中安装减压阀,通过调整油压来改变压紧力P。
压紧力由液压油缸提供,油缸直径由下式确定:
式中:
P-油缸进口压力,mPa。
由于不同的夹送辊驱动形式,两辊的受力状态是一样的,所以两辊的力矩状态也是一样的。
上、下夹送辊轴径处的摩擦阻力矩分别为:
M1p=(P+G1)fd/2 (6)
M2p=(P=G1+G2)fd/2
式中:
f—轴径处的摩擦系数;
d—轴径的回转直径,对于滚动轴承就是滚珠的直径,mm。
水平摩擦力T1,T2所产生的力矩:
M1t=m2t=(P+G1)μD/2 (7)
此外,由于带材的垂直作用力偏离辊子中心所产生的力矩(又称滚动阻力矩):
M1t=M2t=(p+G1)μk(8)
式中:μk—滚动摩擦因数,cm(钢对钢时约为0.05cm)。所以,传动一对夹送辊所需的总力矩:
M=M1t+M2t+M1t+M2t+M1t+M2t
=f(2P+2G1+G2)d/2+μ(P+G1)D+2(P+G1)μk(9)
在实践设计计算时,应首先根据生产工艺特点,初步设定夹送辊的直径和辊宽,估算出辊子的重量;然后根据上述公式计算出压紧力P和总传动力矩M,最后根据机组速度求出电机功率。
N=MN/9.55η=MV/30Dη (10)
式中:
N—电机功率,Kw;
M—总驱动力矩,Kn·m;
V—机组速度,m/min;
D—夹送辊直径,mm;
η—传动效率。
在选择夹送辊的驱动形式时,可根据电机功率选择低成本的电机。
本文从设计原理出发,可根据机组原有参数对夹送辊进行理论设计计算,从而选择合适的油缸和电机,满足机组的使用要求,提供合适的夹紧力。从实际设计过程中已验证,理论和实践基本吻合,供同行应用参考。
1武汉钢铁设计院主编.板带车间机械设备设计(下).冶金工业出版社.1983;
2. 北京钢铁学院 黄华清 主编.轧钢机械.冶金工业出版社.1979.
3. 有色金属加工.2007年6期:夹送辊的力能参数计算。