輥式中板矯直機(jī)改造中的參數(shù)確定

范永輝（天津冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院，天津 300203）

輥式中板矯直機(jī)改造中的參數(shù)確定

范永輝（天津冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院，天津 300203）

針對輥式中板矯直機(jī)第2和第3矯直輥上的萬向聯(lián)軸器和輥?zhàn)拥妮S徑處頻繁出現(xiàn)的斷裂故障，進(jìn)行了改造。在減少成本和充分利用原有設(shè)備的前提下，根據(jù)矯直原理對基本參數(shù)和力能參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算和優(yōu)化。改造后該矯直機(jī)在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)沒有發(fā)生過任何問題，矯直后的產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求，節(jié)約了改造資金，取得了滿意結(jié)果。

矯直機(jī) 輥距 輥徑 矯直力 扭矩 改造

1 概述

軋件在軋制、冷卻和運(yùn)輸過程中，由于各種因素的影響，往往產(chǎn)生形狀缺陷，例如鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼（如工字鋼等）的斷面會產(chǎn)生翼緣內(nèi)并、外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)；板材和帶材則會產(chǎn)生縱向彎曲（波浪形）、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等等。為了消除這些缺陷，軋件需要在專用矯直機(jī)上進(jìn)行矯正。

某公司的輥式中板矯直機(jī)型號11—260/300× 2300，是一臺11輥在線矯直設(shè)備。隨著公司產(chǎn)品規(guī)格不斷增多和加厚,大量的產(chǎn)品規(guī)格由原來的12 mm調(diào)整到18 mm以上（產(chǎn)品熱態(tài)下的屈服極限增大），同時(shí)產(chǎn)能也要求提高，以滿足市場需求。在這種條件下的生產(chǎn)致使該矯直機(jī)頻繁的出現(xiàn)故障，這種情況頻發(fā)的結(jié)果造成經(jīng)常的停產(chǎn)檢修和加大了生產(chǎn)成本,也影響了正常的市場供應(yīng)。公司綜合分析了新上機(jī)組和改造機(jī)組的意見，決定對該矯直機(jī)進(jìn)行改造，并要求改造時(shí)盡量采用原有的主傳動電機(jī)和設(shè)備本體。

2 改造思路

該矯直機(jī)第2和第3矯直輥上的萬向聯(lián)軸器和輥?zhàn)拥妮S徑處頻繁的出現(xiàn)斷裂故障，技術(shù)人員針對頻繁出現(xiàn)的故障根據(jù)軋件彈塑性變形的基本理論進(jìn)行分析。本次改造要利用原有的主傳動電機(jī)和設(shè)備本體，為了降低改造成本，節(jié)約時(shí)間，依據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)首先確定了采用大變形量矯直方案，即：改變矯直機(jī)的輥徑、輥距、輥身有效長度，使軋件彎曲變形總曲率加大達(dá)到減小軋件反彎曲率，使軋件趨于平直的目的。使用大變形量矯直方案，還可以用較少的輥?zhàn)荧@得較好的矯正質(zhì)量。采用大變形量矯直方案能否滿足改造后的生產(chǎn)需求,現(xiàn)有電機(jī)的輸出扭矩能否滿足改造后的要求,要從檢查矯直機(jī)輥距參數(shù)和重新檢查輥數(shù)是否合理入手進(jìn)行優(yōu)化改造設(shè)計(jì)。為此應(yīng)對矯直機(jī)的基本參數(shù)和力能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算、確定，并根據(jù)利舊要求實(shí)施對該矯直機(jī)的優(yōu)化改造。

3 基本參數(shù)的確定

該公司現(xiàn)在軋件的厚度h范圍為4 mm～25 mm，最大寬度b為2 000 mm；矯直速度0.5～1.2m/s；為120～150 MPa（熱態(tài)，鋼溫為600～800℃），235～355 MPa（冷態(tài)，常溫），E=200 GPa。

3.1 改造后輥距、輥徑和輥身有效長度的確定

輥距是矯直機(jī)的基本參數(shù)，與所矯直的軋件厚度有密切關(guān)系，通常輥徑D與輥距t有一定的比例關(guān)系，對于中板矯直機(jī)D/t=0.85～0.9。考慮滿足最小厚度軋件的矯直質(zhì)量要求，又要滿足最大厚度軋件時(shí)矯直輥的強(qiáng)度要求。因此，輥距t需要分別計(jì)算最大允許輥距tmax和最小允許規(guī)矩tmin[1]。

式中：hmin——軋件的最小厚度，mm；

hmax——軋件的最大厚度，mm；

E——矯直輥的彈性模量，GPa；

σs——軋件在軋制溫度下的屈服極限，MPa。

根據(jù)原矯直機(jī)的故障原因，經(jīng)過計(jì)算分析認(rèn)為，提高矯直輥的軸徑處的強(qiáng)度，并提供較大萬向聯(lián)軸器的安裝空間是必需的，但是又必須利用上原有設(shè)備本體，所以輥距增大到320 mm(在788和255之間)，由公式D/t=0.85～0.9，輥徑經(jīng)圓整加大到280 mm，輥身的有效長度不變。

3.2 改造后輥數(shù)的確定

選擇輥數(shù)的原則是在保證矯直質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量少。輥數(shù)的多少直接影響到機(jī)組功率的大小。

改造前的矯直輥機(jī)構(gòu)形式如圖1所示，是一臺針對較薄產(chǎn)品的11輥機(jī)組?？紤]改造是利用原有機(jī)組的主傳動電機(jī)和主體設(shè)備，在滿足加大輥徑并改善設(shè)備受力狀況的條件下，這里確定改造后的機(jī)組為9輥，結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

4 力能參數(shù)的確定

在大變形量矯直方案確定和輥數(shù)滿足利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，要對矯直機(jī)的基本力能參數(shù)包括矯直力、矯直扭矩和矯直機(jī)的驅(qū)動功率復(fù)核，只有這些參數(shù)能滿足生產(chǎn)要求才能確定改造后的機(jī)組是否成功。

4.1 矯直力的計(jì)算

矯直力由下式計(jì)算確定[2]：

式中:σ0.2──熱或冷態(tài)屈服極限，N/mm2

b──板寬，mmh──板厚，mm

t──輥距，mmn──輥數(shù)

β──考慮部分輥?zhàn)映C直力的降低系數(shù)，取1.5～2.0

4.2 矯直扭矩的計(jì)算

4.3 矯直電機(jī)功率的計(jì)算

電機(jī)功率可以按下式確定[3]：

式中：Mk——矯直扭矩，kN.m

p——作用在輥?zhàn)由系膲毫偤?，kN

∮——輥?zhàn)优c軋件的滾動摩擦系數(shù)，對于鋼板0.000 2 m，如果考慮可能出現(xiàn)較大的滑動摩擦，則對于鋼板為0.000 8 m；對于型鋼為0.000 8 m～0.001 2 m；

μ——輥?zhàn)虞S承的摩擦系數(shù)，滾動軸承為0.005；滾針軸承為0.01，滑動軸承為0.05～0.07；

D—輥?zhàn)又睆?，m；d——輥?zhàn)虞S承處直徑，m；

ν——矯直速度，m/s；η——傳動效率。

改造前后力能參數(shù)對比見表1。

表1 改造前后力能參數(shù)表

通過對以上數(shù)據(jù)的分析，該機(jī)組改造后完全可以采用原有的主傳動電機(jī)（原矯直機(jī)主傳動電機(jī)的功率為125 kW）和設(shè)備本體,滿足了公司利用舊設(shè)備進(jìn)行改造的要求,大幅減少了公司的技改投資。改造后的機(jī)組由于減少了輥數(shù)和加大了輥徑，其力學(xué)性能得到了改善。雖然矯直扭矩有所增大，但通過將輥?zhàn)虞S徑處加大和選用公稱轉(zhuǎn)矩較大的萬向聯(lián)軸器，經(jīng)過計(jì)算完全滿足了設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。

5 結(jié)束語

通過改造設(shè)計(jì)后該矯直機(jī)在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)沒有發(fā)生過任何問題，并且矯直后的產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求，為該廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。改造時(shí)沿用了原有的主傳動電機(jī)和設(shè)備本體，降低了改造成本，節(jié)約了資金，為今后在冶金設(shè)備改造方面積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]黃華清.軋鋼機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.371～393.

[2]陸瑛.中厚板矯直技術(shù)的發(fā)展[M].2002.

[3]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.28～130.

Parameter Determination for Leveler Modification at Roll Type Plate Rolling Mill

Fan Yonghui

Modification is performed in order to eliminate the frequent breakage failure at the journal of universal coupling and roll at 2nd and 3rd leveling rolls for the leveler of roll type plate rolling mill.Under the condition of reducing cost and fully utilizing the original equipment,the basic parameters and force energy parameters are recalculated and optimized according to leveling principle.After modification,no problem occurs at the leveler within one production cycle and the leveled products meet quality requirement.Modification capital is saved and satisfactory results are achieved.

leveler,roll pitch,roll diameter,leveling force,torque,modification

（收稿 2009-6-26責(zé)編趙實(shí)鳴）

范永輝，女，天津冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院裝備所工程師，現(xiàn)從事冷軋冶金設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)工作。