托輥式運卷小車托輥中心距設(shè)計分析

馬 鵬 鄭忠良

(中國二重設(shè)計研究院，四川 618000)

某4 000 mm 熱軋機(jī)組中，運卷小車是該機(jī)組主要的運輸卷材設(shè)備，用于將卷材輸出至鞍座進(jìn)行打捆及稱重。運卷小車位于卷取機(jī)下方，可橫向移動，橫移方向與軋制中心線互相垂直。運卷小車動作過程為:當(dāng)卷取機(jī)卷取完成后，處于卷筒下方的運卷小車，升起托卷裝置，托住帶卷，卷筒上下壓輥打開，卷筒縮徑，卷取機(jī)活動支承打開，啟動運卷小車平移裝置水平動作運下帶卷、由小車將帶卷送往鞍座處，完成運卷。

由于卷材直徑與寬度較大，若托卷裝置托輥中心距較小，在托輥上的卷材將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。合理設(shè)計托輥中心距對保證小車橫向移動平穩(wěn)，帶卷不出現(xiàn)傾覆起著十分重要的作用，同時對熱軋線上卷取機(jī)前后輥道的輥子中心距有直接影響。

1 運卷小車托卷裝置

1.1 運卷小車結(jié)構(gòu)

本運卷小車主要設(shè)備由橫移裝置與升降托卷裝置兩部分組成。升降托卷裝置為兩導(dǎo)向桿式，該裝置的導(dǎo)向由升降液壓缸驅(qū)動升降，小車橫向移動由齒輪馬達(dá)驅(qū)動。結(jié)構(gòu)示意見圖1。

1.2 成品卷規(guī)格

材料:鋁合金

卷重:25 t(最大)

卷徑:內(nèi)徑:610 mm

外徑:1 000 mm～2 400 mm

卷寬:1 000 mm～3 000 mm

圖1 運卷小車Figure 1 Coil car

2 托輥裝置類型

常用的托卷裝置有托輥與V 型槽兩種。由于托卷裝置與卷材在寬度上有較大差異，卷材存在失穩(wěn)的趨勢，所以應(yīng)從理論上對托卷中心距進(jìn)行分析確定。托輥與V 型槽見圖2、圖3。

3 托輥中心距設(shè)計分析

運卷小車托卷裝置接住帶卷后，若軌道平順、無安裝誤差，小車按理想狀態(tài)移動，帶卷只受到托輥支持力與自身重力，處于平衡狀態(tài)，其受力分析示意圖見圖4。

平衡方程為:

圖2 托輥Figure 2 Cradle roller

圖3 V 型槽Figure 3 V-shaped groove

圖4 帶卷受力分析一Figure 4 Analysis Ⅰon coil under stress

此時帶卷在托卷裝置上穩(wěn)定。

但是，在實際軋制線上，運卷小車運行的軌道存在軌道不平順、三角坑等現(xiàn)象，同時軌道在安裝時會有一定的平面度與平行度誤差，這些誤差會引起小車運行過程中受到隨機(jī)沖擊載荷，影響小車運行穩(wěn)定性，嚴(yán)重時可能造成帶卷傾覆墜落。所以在設(shè)計過程中，合理設(shè)計托輥中心距，對滿足小車在軌道允許誤差范圍內(nèi)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

設(shè)軌道平面最高點與最低點差為h，托輥中心距為l。考慮線路最不利情況，假設(shè)運卷小車前后一側(cè)車輪軌道面最高點與最低點相鄰，運卷小車在運行時直接由軌道平面最高點瞬間到達(dá)最低點，此時帶卷會受到一沖擊載荷，其受力分析見圖5。

圖5 帶卷受力分析二Figure 5 Analysis Ⅱon coil under stress

當(dāng)運卷小車某一側(cè)車輪由軌道面最高點落至最低點，帶卷與托輥會出現(xiàn)短暫分離狀態(tài)，帶卷由最高點落至最低點。當(dāng)帶卷再次落在托輥上時，會產(chǎn)生一沖擊載荷。帶卷接觸托輥前速度為v，則帶卷接觸托輥后速度為－v，帶卷與托輥再次接觸瞬間作用時間長度為t，帶卷質(zhì)量為m，帶卷最大半徑為R，托輥半徑為r。

由動能定理得:

由沖量定理得:

由力矩法校核傾覆穩(wěn)定性基本原則是作用于帶卷上包括自重在內(nèi)的各項載荷對危險傾覆邊的力矩代數(shù)和必須大于或至少等于0，即ΣM≥0。為保證帶卷在沖擊力作用下不發(fā)生傾覆，應(yīng)滿足:

令b=R+r，α≈β。由式(3)、式(5)、式(7)得到:

由于軌道軌面高差h 值很小，可簡化計算，式(8)簡化如下。

托輥中心距為:

當(dāng)鋁卷最大半徑R=1 200 mm，托輥半徑r=100 mm，軌道平面最高點與最低點差分別為2.5 mm、3.2 mm、3.5 mm?？捎墒?9)得到托輥中心與帶卷中心的最小夾角α 分別為12.6°、23.9°、41.4°。托輥中心距分別為285 mm、538 mm、910 mm。本設(shè)備根據(jù)軌道面安裝平面度誤差以及運卷小車線上布置位置，最終確定α≈26°，托輥中心距為580 mm。

由此可知，運卷小車中心距設(shè)計應(yīng)主要考慮軌道平面度誤差、帶卷的直徑以及托卷直徑。在進(jìn)行軌道安裝時，應(yīng)保證軌道平面度與平行度在誤差范圍內(nèi)，避免運行過程中帶卷發(fā)生傾覆。在選取托卷中心距時，還應(yīng)綜合考慮托卷裝置處于軋線上的位置，避免設(shè)備之間發(fā)生干涉。

4 防帶材塌頭過渡板設(shè)計

由上述分析可知，隨著卷材最大卷徑的增大，托輥中心距會隨之增大。本設(shè)備在正常軋制時處于軋線位置，為防止帶材在通過托卷裝置時帶材鉆入托輥輥間，撞擊托輥，影響軋制生產(chǎn)順利進(jìn)行，在兩托輥中間安裝了圓弧形過渡板。結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 圓弧過渡板Figure 6 Circular arc transition plate

5 結(jié)束語

運卷小車是軋制線上重要設(shè)備之一，對線上卷材的運輸，以及整個軋制流程順利進(jìn)行起著重要作用。運卷小車在運卷過程中，應(yīng)保證帶卷穩(wěn)定運行。其托卷裝置上托輥的中心距的大小決定著帶卷是否穩(wěn)定，在設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮帶卷最大直徑、托輥直徑以及軌道安裝的誤差要求，選取合理的托輥中心距，同時保證托卷裝置不與線上設(shè)備發(fā)生干涉。

［1］廖斌，朱麗華.托輥裝置在型鋼矯直中的應(yīng)用.冶金設(shè)備，2010，5:51－52.

［2］鄒家祥.軋鋼機(jī)械.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［3］李強(qiáng)，任鳳萍.運卷小車快速上升準(zhǔn)確定位的簡易方法.改造與更新，2010:49－50.