雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥擺動(dòng)量分析計(jì)算

解恒坤，萬(wàn) 飛，解 天

(1.寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201999;2.軟通動(dòng)力信息系統(tǒng)服務(wù)有限公司，上海 200120)

0 前言

在帶鋼精整及后處理的生產(chǎn)過(guò)程中，由于原材料、設(shè)備制造、安裝或工藝等原因，可能會(huì)造成帶鋼在機(jī)組中跑偏。帶鋼跑偏，輕則影響鋼卷的質(zhì)量，重則引起斷帶，造成生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，并造成機(jī)械設(shè)備損壞，影響設(shè)備使用壽命。為防止帶鋼跑偏，根據(jù)機(jī)組的長(zhǎng)度和產(chǎn)品的需要，在機(jī)組中布置一定數(shù)量的糾偏輥，保證帶鋼沿生產(chǎn)中心線(xiàn)方向正常運(yùn)行生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

本文分析了單輥雙搖桿糾偏機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)糾編量及液壓缸行程進(jìn)行了計(jì)算。

1 雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥結(jié)構(gòu)

雙搖桿糾偏輥的工作原理是糾偏輥及擺動(dòng)機(jī)架在固定機(jī)架上擺動(dòng)，使糾偏輥轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，達(dá)到糾偏的目的。其結(jié)構(gòu)是在擺動(dòng)機(jī)架兩側(cè)各有一連桿，連桿一端連接擺動(dòng)機(jī)架，另一端連接固定機(jī)架，使之成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，圖1為單輥式雙搖桿糾偏輥的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。固定機(jī)架安裝在基礎(chǔ)或平臺(tái)上，輥?zhàn)影惭b在擺動(dòng)機(jī)架上，輥?zhàn)优c擺動(dòng)機(jī)架成為一體，通過(guò)搖桿AB、DC將固定機(jī)架與擺動(dòng)機(jī)架聯(lián)接起來(lái)，搖桿AB可繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，A點(diǎn)在固定機(jī)架上，B點(diǎn)在擺動(dòng)機(jī)架上，搖桿CD可繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，D點(diǎn)在固定機(jī)架上，B點(diǎn)在擺動(dòng)機(jī)架上，構(gòu)成為雙搖桿機(jī)構(gòu)。其糾偏原理是:控制系統(tǒng)發(fā)出指令，糾偏液壓缸推動(dòng)擺動(dòng)機(jī)架，連桿AB轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，輥?zhàn)与S擺動(dòng)機(jī)架擺動(dòng)，輥?zhàn)虞S線(xiàn)與機(jī)組中心線(xiàn)產(chǎn)生一定夾角，帶鋼在輥面上受力發(fā)生變化，使帶鋼沿輥?zhàn)虞S線(xiàn)向糾偏方向移動(dòng)，達(dá)到糾偏目的。

圖1 雙搖桿糾偏形式Fig.1 Structure of steering double-rocker roller

2 單輥雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥分析計(jì)算

圖2為圖1單輥雙搖桿糾偏機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，A、B、C、D為四連桿上的四個(gè)鉸點(diǎn)，A、D為與固定機(jī)架相連的鉸接點(diǎn)，B、C為擺動(dòng)機(jī)架上的鉸接點(diǎn)，F(xiàn)為連桿BC的中點(diǎn)，M點(diǎn)為輥?zhàn)油鈭A與機(jī)組中心線(xiàn)的交點(diǎn)，Q點(diǎn)為液壓缸對(duì)擺動(dòng)機(jī)架的作用點(diǎn)，G點(diǎn)為液壓缸固定點(diǎn);當(dāng)液壓缸推動(dòng)擺動(dòng)機(jī)架時(shí)，輥?zhàn)由细鼽c(diǎn)及擺動(dòng)機(jī)架上的各點(diǎn)隨擺動(dòng)機(jī)架作平面運(yùn)動(dòng)，與固定點(diǎn)A、D的相對(duì)位置及幾何角度發(fā)生變化，擺動(dòng)機(jī)架及輥?zhàn)由细鼽c(diǎn)與連桿BC的相對(duì)位置不變 (見(jiàn)圖2b)。

圖2 雙搖桿糾偏機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Diagram of steering double-rocker roller

2.1 雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥糾偏量分析計(jì)算

在圖2和圖3中，設(shè)固定鉸點(diǎn)A為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，AD為X軸，垂直方向?yàn)閅軸建立平面直角坐標(biāo)系。在圖3中，粗實(shí)線(xiàn)為擺動(dòng)前初始位置，雙點(diǎn)線(xiàn)為擺動(dòng)后位置，虛線(xiàn)為輔助線(xiàn)。設(shè)AB長(zhǎng)為 l1，BC長(zhǎng)為l2，CD長(zhǎng)為l3=l1，DA長(zhǎng)為l4。

擺動(dòng)前擺動(dòng)機(jī)架中心與機(jī)組中心重合，R點(diǎn)為Q點(diǎn)與連桿BC垂線(xiàn)的垂足，W點(diǎn)為Q點(diǎn)與擺動(dòng)機(jī)架中心線(xiàn)FM的垂足;搖桿AB與X軸的夾角為α0，AF與X軸的夾角為ψF。

圖3 雙搖桿糾偏機(jī)構(gòu)幾何分析計(jì)算圖Fig.3 Diagram of geometric analysis and calculation of steering double-rocker roller

當(dāng)搖桿AB繞點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)角α?xí)r，B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B'，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C'，F(xiàn)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F'點(diǎn)，Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q'點(diǎn)，M運(yùn)動(dòng)到M'，W運(yùn)動(dòng)到W'，R運(yùn)動(dòng)到R'，輥?zhàn)油鈭A與機(jī)組中心線(xiàn)的交點(diǎn)為N，過(guò)F'點(diǎn)作X軸垂線(xiàn)，與輥?zhàn)油鈭A相交于J點(diǎn);搖桿AB'與X軸的夾角 α0+α ，AF'與X軸的夾角 ψF'，BC與 B'C'的夾角 ψ2，B'D與 B'C'的夾角 β ，DC'與DB'的夾角λ，B'D與X軸的夾角ψ。

線(xiàn)段NM'的長(zhǎng)度則是糾偏輥的糾偏量δ，從圖3中可知，線(xiàn)段NM'長(zhǎng)度為線(xiàn)段NJ與線(xiàn)段JM'的長(zhǎng)度之和。

四邊形JNKF'為平行四邊形，則

如果將F點(diǎn)在X軸上的坐標(biāo)變量以e表示，則

式中，e為連桿BC中點(diǎn)F擺動(dòng)前、后水平坐標(biāo)的變化量;b為連桿BC到輥?zhàn)有D(zhuǎn)中心的距離;r為輥?zhàn)影霃?ψ2為連桿BC初始位置與擺動(dòng)后位置B'C'間的夾角。

初始位置即糾偏量為0時(shí)，

F點(diǎn)的坐標(biāo)為

醫(yī)院設(shè)備管理主要是對(duì)醫(yī)院設(shè)備的整個(gè)生命周期進(jìn)行管理〔8-9〕，醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖和整體信息流的流向圖見(jiàn)圖1。

其中

在△AB'D中，線(xiàn)段B'D的長(zhǎng)度為k，則

在△B'C'D中

在△AC'D中，線(xiàn)段AC'的長(zhǎng)度為j，則

在△AB'C'中

在△AB'F'中，線(xiàn)段AF'的長(zhǎng)度為a，則

由于BC與AD平行，所以

當(dāng)AB繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)α角后，可計(jì)算出F'點(diǎn)坐標(biāo)值為 (a·cosψF'，a·sinψF')，即

由上述各公式可計(jì)算出搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)α角后F'點(diǎn)的坐標(biāo)值及需要的e值，從而計(jì)算出糾偏量δ

2.2 雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥液壓缸行程分析計(jì)算

圖3中Q點(diǎn)為液壓缸在擺動(dòng)機(jī)架上的鉸接點(diǎn)位置，當(dāng)給定了帶鋼需要的糾偏量δ，可計(jì)算出所需要的液壓缸的行程t及在最大糾偏量時(shí)的液壓缸行程。在液壓缸的作用下，擺動(dòng)機(jī)架隨連桿BC繞固定鉸點(diǎn)A、D轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)擺桿AB繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)α角后，矩形FWQR隨擺動(dòng)機(jī)架擺動(dòng)到F'W'Q'R'，QQ'為液壓缸行程的一半，如果液壓缸的全行程用t表示，則線(xiàn)段QQ'的長(zhǎng)度為t/2。要想求線(xiàn)段QQ'的長(zhǎng)度，首先求出Q點(diǎn)及Q'點(diǎn)的坐標(biāo)即可。

從圖3及以上推算可知，Q點(diǎn)的坐標(biāo)為(l3/2－s，l1sinα0－g);;即 XQ=(l3/2－s)，YQ=l1sinα0－g。

Q'點(diǎn)的坐標(biāo)可通過(guò)點(diǎn)F'及W'的坐標(biāo)求出，根據(jù)平面幾何及三角函數(shù)理論，有

則液壓缸的行程為

式中，a為連桿BC中點(diǎn)F到A點(diǎn)的距離;s為液壓缸對(duì)擺動(dòng)機(jī)架的作用點(diǎn)到機(jī)組中心線(xiàn)的距離;g為液壓缸對(duì)擺動(dòng)機(jī)架的作用點(diǎn)到連桿BC的距離;b為連桿BC到輥?zhàn)有D(zhuǎn)中心的距離;l1為搖桿AB的長(zhǎng)度;l4為連桿AD的長(zhǎng)度;α0為搖桿AB與CD的初始夾角;ψ2為連桿BC初始位置與擺動(dòng)后位置B'C'間的夾角。

3 計(jì)算實(shí)例

某平整線(xiàn)上的一單輥雙搖桿糾偏結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與圖1相同，已知參數(shù)為:l1=AB=CD=600，l2=BC=2 160，l4=DA=2 510.8，b=395，g=715，s=1 235，r=300(輥?zhàn)又睆?00 mm);要求糾偏量δ=150±5 mm。當(dāng)搖桿AB轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度α?xí)r，糾偏輥的糾偏量δ及液壓缸行程t計(jì)算值如表1所示。

表1 不同擺動(dòng)角度的糾偏量及液壓缸行程計(jì)算數(shù)值表Tab.1 Calculation values of steering quantity and Hydraulic cylinder stroke when steering roller swings different angles

通過(guò)以上計(jì)算可知，當(dāng)擺動(dòng)角為12.1°時(shí)，糾偏量δ為要求值，此時(shí)液壓缸行程為306 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)單輥雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏的分析和計(jì)算，可得出以下結(jié)論:

(1)單輥雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏機(jī)構(gòu)的糾偏效率較高，當(dāng)液壓缸行程達(dá)到約300 mm時(shí)，就能達(dá)到糾偏輥的150 mm糾偏要求。

(2)雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)點(diǎn)糾偏機(jī)構(gòu)相比，其輥?zhàn)与S擺動(dòng)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)半徑比擺動(dòng)點(diǎn)糾偏大的多。在糾偏機(jī)構(gòu)中，糾偏輥隨擺動(dòng)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)半徑越大，輥?zhàn)悠屏吭酱螅m偏帶鋼的能力越大，糾偏效果越好。所以雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏機(jī)構(gòu)比擺動(dòng)點(diǎn)糾偏機(jī)構(gòu)糾偏能力強(qiáng)。

(3)根據(jù)本文得到的計(jì)算公式和計(jì)算方法，分析不同的搖桿長(zhǎng)度、搖桿的設(shè)置位置和液壓缸作用力的位置，將會(huì)優(yōu)化得到具有不同糾偏能力的單輥雙搖桿機(jī)構(gòu)。

［1］郭為忠，于紅英.機(jī)械原理［M］，北京:清華大學(xué)出版社，2010.

［2］楊基厚，曲繼方.機(jī)械原理［M］，齊齊哈爾:東北重型機(jī)械學(xué)院，1984.

［3］周?chē)?guó)盈.帶鋼精整設(shè)備 ［M］，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［4］許秀飛.鋼帶熱鍍鋅技術(shù)問(wèn)答 ［M］，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.