一种宽厚板冷矫直机的传动系统保护模式

赵　岽　吴庆君

(1．太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西030024；2．淮南市石油化工机械设备公司技术部，安徽232033)



一种宽厚板冷矫直机的传动系统保护模式

赵岽1吴庆君2

(1．太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西030024；2．淮南市石油化工机械设备公司技术部，安徽232033)

介绍了在宽厚板冷矫直机中，采用万向联轴器和安全联轴器组合使用的传动系统保护模式，不仅可有效防止万向联轴器断轴、传动设备损坏事故的发生，而且更换复位快捷，提高了设备的使用效率。

冷矫直机；传动系统；万向联轴器；安全联轴器

宽厚板冷矫直机主要用于矫直剪切处理后的成品钢板，以消除钢板残余的内应力，改善板形状态，从而满足由在线淬火工艺生产的高韧性、高强度钢板的矫直要求，达到成品钢板交货标准的平直度要求。

冷矫直机具有往复可逆的矫直模式，矫平精度高、矫直力矩大，为扩大矫直钢板厚度范围，其传动系统是由多台电机通过减速齿轮箱、万向联轴器分别传动各矫直辊的单辊单传驱动方式。在矫直过程中，扭矩过载不仅会引起万向联轴器断轴，而且还会造成传动设备的损坏。采用万向联轴器和安全联轴器组合使用的传动系统保护模式，不仅可以满足矫直力矩的传递，而且还可以对力矩过载起到保护作用，防止万向联轴器断轴及传动设备损坏等事故的发生。本文以一台矫直厚度为6mm～30mm的宽厚板九辊冷矫直机为例，对这种便捷、高效的传动系统保护模式进行分析。

1　宽厚板冷矫直机的主要技术参数

1.1待矫直钢板参数

厚度/mm：6 ～ 30

宽度/mm：1 500～ 3 350

矫直板材：厚度为17mm时，σp=1 100MPa

厚度为30mm时，σp=550MPa

1.2矫直机设备参数

矫直机型式：四重九辊式

工作方式：往复可逆式矫直

工作辊辊径/mm：220

工作辊辊距/mm：260/340

工作辊长度/mm：3 600

辊间最大矫直力/MN：26

矫直速度/m·s-1： 0 ～ ±1

矫直辊开口度/mm：-25～+25～+250

2　宽厚板冷矫直机传动系统保护模式

宽厚板冷矫直机的矫直辊采用单辊传动方式，传动系统主要由九台额定功率为90kW，额定转矩为973N·m的变频调速电机，分别传动输入至减速比为15.265的减速齿轮箱，经齿轮箱内部九套独立的齿轮轴减速传动，输出至九根与液压安全联轴器组合使用的万向联轴器上，从而带动上下排矫直辊(上排4根，下排5根)运行，如图1所示。

万向联轴器是传动系统中的关键件、易损件，矫直中因力矩过载而引起断轴，不仅会造成设备的损坏，而且更换、维护过程耗时费力，降低了设备的使用效率，增加了维护成本，故选用动作灵敏、安全性好，更换或复位快捷的万向联轴器与安全联轴器组合使用的传动系统保护模式，不仅可以满足矫直力矩的传递，而且还可以对力矩过载起到保护作用，防止万向联轴器断轴及传动设备损坏事故的发生。

1—电机　2—联轴器　3—减速齿轮箱　4—液压安全联轴器 5—十字轴式万向联轴器(上)　6—十字轴式万向联轴器(下)　7—矫直辊装置图1　九辊冷矫直机传动系统Figure 1　Transmission system of nine high cold straightening machine

图2　SWC240型整体叉头十字轴式万向联轴器Figure 2　SWC240 integral fork cross shaft type of universal coupling

3　万向联轴器的选用

3.1万向联轴器的选型

目前，在宽厚板矫直机传动系统中，已广泛地应用了SWC型整体叉头十字轴式万向联轴器。它具有结构合理，承载能力高，节点倾角大，传动效率高，使用寿命长，联接型式多样等特点。在此采用Q/TE301—2008端面齿连接方式，如图2所示。

3.2整体叉头十字轴式万向联轴器的选用

在矫直过程中，九辊宽厚板冷矫直机采用大变形矫直方案，以迅速减小板材残余曲率的不均匀性，提高矫平质量。

3.2.1确定理论转矩

在大变形矫直条件下，各辊处轧件弯矩分配方案可简单地认为：第2、3、4辊处轧件断面弯矩为轧件弹塑性弯矩的极限值Ms。

结合轧钢厂产品大纲和矫直机辊间最大矫直力为26MN的要求，经计算得出第3辊转矩为单辊最大矫直力矩，M3=14kN·m，并作为万向联轴器选型的理论转矩T=14kN·m。

3.2.2计算转矩

计算转矩为：

Tc=KT=2.5×14=35 kN·m

式中，K是工况系数，K=2.5。

3.2.3确定万向联轴器技术规格与外形尺寸

根据转矩Tc值，对照泰尔重工万向联轴器样本中疲劳转矩Tf值，按照强度校核需满足Tc≤Tf要求。选定SWC240型整体叉头十字轴式万向联轴器，技术参数如下：

回转直径D/ mm：240

疲劳转矩Tf/ kN·m：35

公称转矩Tn/ kN·m：71

轴线折角β： ≤15°

轴承寿命系数KL：28.2

工作转速n/ r·min-1：87

结构型式：无伸缩焊接式

3.2.4万向联轴器的布置与工作轴线折角

下排矫直辊保持不动，垂直移动上排矫直辊来调整矫直辊的开口度。考虑到矫直辊的开口度最小值为-25 mm，在此辊缝值位置时，上下排矫直辊间距为234.36 mm(见图3)，已小于所选万向联轴器的回转直径(240 mm)，故为实现安装使用的要求，矫直辊端的联接处需采用上下排万向联轴器长度错位的方式，避开十字包的干涉，如图1所示。因此，此矫直机应配有同一型号的、两种不同长度规格的万向联轴器，分别用于上下排矫直辊的联接。

图3　矫直辊最小开口度时上下排矫直辊间距图Figure 3　The spacing of upper and lower rows of straightening rollers when the openness of straightening roller is smallest

因矫直辊系与减速齿轮箱输出轴的辊间距值不同(见图1中A-A视图与B-B视图)，使万向联轴器安装后产生轴线折角，万向联轴器的工作折角为其水平与垂直两个方向的合成轴线折角。由于下排万向联轴器长度规格较短，并且水平方向轴线折角较上排大，而上排矫直辊需进行开口度调整，故减速齿轮箱输出端与矫直辊系输入端的相对位置均以其水平与垂直方向中心线对称布置。这样下排万向联轴器的最大工作折角与上排万向联轴器在工作行程为-25 mm～+25 mm的矫直状态下的最大工作折角相近，为5°。在换辊、检修等非矫直状态下，矫直辊开口度达最大值+250 mm时，上排万向联轴器最大工作折角为7.6°，均满足该型联轴器轴线折角≤15°的要求。

3.2.5校核万向联轴器的轴承寿命

万向联轴器的轴承使用寿命为：

=98890.3 h

式中，LN是使用寿命，单位为h；KL是轴承寿命系数，KL=28.2；K1是原动机系数，K1=1；n是工作转速，n=87 r/min；β是工作轴线折角，取β=5°；T是理论转矩，T=14 kN·m。

由以上结果得出，该型整体叉头十字轴式万向联轴器满足设计使用要求。

4　液压安全联轴器的选用

4.1安全联轴器的选型

为限制矫直力矩实现安全过载保护，在减速齿轮箱输出端与万向联轴器间，设计安装液压安全联轴器。液压安全联轴器通过设定液体压力值的大小，控制两零件间接触面的摩擦力大小，在一定范围内传递扭矩，其滑动扭矩值与液体压力理论值对应关系如图4所示。

图4　滑动扭矩值与液体压力理论值对应关系Figure 4　The corresponding relationship between sliding torque value and theoretical value of liquid pressure

当转矩过载发生相对滑移时，剪切环切断剪切管组件，释放液体压力，降低联接套摩擦力，联轴器发生空转，实现过载保护，如图5所示。

4.2液压安全联轴器的选用

液压安全联轴器是综合考虑滑动转矩、负荷情况、轴身直径及工作转速等因素进行选择。

4.2.1计算滑动转矩

滑动转矩Tb为：

Tb=KT=1.2×14=16.8kN·m

式中，K是工况系数，取K=1.2；T是理论转矩，T=14kN·m。

4.2.2确定液压安全万向联轴器技术规格与外形尺寸

根据滑动转矩值，对照泰尔重工液压安全联轴器样本中滑动转矩值，按照强度校核需满足Tb≤Ts要求，选定液压安全联轴器，技术参数如下：

结构型式：高速式端面齿联接；

滑动转矩Ts/kN·m：12.6～25.2；

加注液压油型号：L-HV32；

剪断管拧紧力矩/kN·m：0.02。

根依据以上计算结果，将液压安全联轴器的滑动转矩设定为17kN·m，由于受环境温度的影响，在0℃以下时，温度每降低1℃，滑动转矩降低约为1.5%，因此需根据现场气候条件，在设定滑动转矩值时进行相应的补偿。

1—减速齿轮箱输出轴　2—剪切环　3—剪切管组件　4—联接套　5—轴套　6—注油口图5　液压安全联轴器Figure 5　Hydraulic safety coupling

1—光电接近开关　2—检测点图6　检测组件布置图Figure 6　Layout of testing component

5　液压安全联轴器运行状态的检测

由于矫直机万向联轴器数量较多，且呈上下排交错紧密布置，当其中某一根传动轴因转矩过载，液压安全联轴器处于过载保护状态时，人工是难以及时发现的，在连续的生产中易造成二次事故。故在每个安全联轴器上均需安装检测元件，实时监控运行状态。

液压安全联轴器运行状态的检测如图6所示，由固定安装在减速齿轮箱体上的光电接近开关对安装在旋转安全联轴器上的检测点进行出现频率的检测，在误差范围内，通过比较各辊检测频率的一致性，及时发现并确定处于过载保护状态的液压安全联轴器，进而采取相应措施。

6　结论

万向联轴器与安全联轴器组合使用的传动系统保护模式，设计结构简单，实用性强，传动平稳，安全保护反应迅速。在生产实践中大大减少了断轴事故的发生，减轻了工人的劳动强度，降低了设备的维护运行成本，提高了设备的生产效率。

编辑陈秀娟

Transmission System Protection Mode of a Kind of Wide and Heavy Plate Cold Straightening Machine

Zhao Dong, Wu Qingjun

Transmissionsystemprotectionmodeusedbyuniversalcouplingandsafetycouplinghasbeenadoptedinwideandheavyplatecoldstraighteningmachinetoeffectivelypreventshaftbrokenofuniversalcouplingandtransmissionequipmentdamageaccidentandmakereplaceandresetfast,whichhasimprovedtheefficiencyoftheequipment.

coldstraighteningmachine;transmissionsystem;universalcoupling;safetycoupling

2016—01—14

赵岽，工程师。电话：13015385183，E-mail:zhd6437@126.com

TG333.2+3

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