惠斯頓旋轉(zhuǎn)上料機構(gòu)的計算與探討

【摘要】隨著我國冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，在我國經(jīng)濟高速發(fā)展的潮流中作出了巨大貢獻.惠斯頓上料機構(gòu)作為冶金設(shè)備的一個重要組成部分，使用廣泛，即說明它的重要性。本文主要闡述了將對惠斯頓上料機構(gòu)的取料工藝特點、設(shè)計要求、工作原理及對使用場合進行了論述。

【關(guān)鍵詞】惠斯頓上料機構(gòu)；運動軌跡；速度；加速度；噪音??；成本底

1、前言

惠斯頓上料機構(gòu)特點為：將軋件快速橫向移進或移出臺架或輥道上，具有移送速度快、定位精度高、噪聲小和成本底等優(yōu)點。在運動過程中軋件一直處于靜止狀態(tài)，所以避免了軋件的表面與惠斯頓機構(gòu)的托盤之間的磨擦，大大提高了軋件的表面品質(zhì)，因此在很多特鋼及型鋼生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用（優(yōu)其在對鋼材表面要求極高的工況下使用）。為使該機構(gòu)及其原理能在類似的場合下正確應(yīng)用，所以要對其進行理論分析及探討。

2、惠斯頓機構(gòu)的工作原理及結(jié)構(gòu)

湖南益陽金沙型鋼項目所使用的惠斯頓機構(gòu)簡圖如下：圖1

惠斯頓機構(gòu)在工作時作圓周運動。當主傳動軸2帶動惠斯頓機構(gòu)6轉(zhuǎn)動時，軋件被托盤8平穩(wěn)地托起并作旋轉(zhuǎn)移動，主動鏈輪4由于被調(diào)節(jié)裝置3所固定，所以不能繞傳動軸2轉(zhuǎn)動，因為主動鏈輪與活動鏈輪的分度圓直徑一致，它們的鏈條傳動速比i=1，使得活動鏈輪的絕對角速度為零，這樣就保證了在惠斯頓機構(gòu)在作旋轉(zhuǎn)運動時，與活動鏈輪固定聯(lián)結(jié)的托盤始終保持豎直位置?；菟诡D機構(gòu)托起軋件轉(zhuǎn)過一定角度（180度）后，把軋件運送至另一工作位置上，就完成了一個工作行程。

3、運動學(xué)分析

3.1軋件的運動軌跡、速度和加速度

為了分析方便建立運動分析簡圖如圖2所示。

設(shè)軋件中心A點的坐標為（XA，YA），則可得：

XA=Rcosθ

YA=Rsinθ+h1

XA2+（YA-h1）2=R2

其中h1=h+r，r為圓鋼半徑。

由式（1）可以看出A點的軌跡是圓心為（0，h1），半徑為R的圓，因而被旋轉(zhuǎn)的圓鋼運動時始終位于該圓周上。當惠斯頓機構(gòu)轉(zhuǎn)動時，托盤和圓鋼作旋轉(zhuǎn)運動時，托盤和圓鋼上各點瞬時速度均相同，設(shè)A點的速度為V，傳動軸速度為ωe，那么：

Vx=dXA/dt=一ωe·R·sinθ （2）

Vy=dYA/dt=ωe·R·cosθ （3）

ax=dVx/dt=一ωe2·R·cosθ—dωe/dt·R·sinθ （4）

ay=dVy/dt=一ωe2·R·sinθ—dωe/dt·R·cosθ （5）

由式（2）和式（3）可知，A點的速度與回轉(zhuǎn)臂半徑和傳動軸轉(zhuǎn)速均成正比。當托架托起圓鋼時θ=0°，此時Vx=0，Vy=ωe·R；當托架將圓鋼放在另一側(cè)輥道上時θ=180°，此時Vx=0，Vy=一ωe·R。在托架托起和放下圓鋼時，托架和圓鋼之間以及圓鋼和輥道之間都會產(chǎn)生碰撞，在碰撞時雖然軋件的速度變化很有限，但由于碰撞時間極短，將出現(xiàn)巨大的碰撞力，危害軋件的質(zhì)量。為了減小碰撞時軋件產(chǎn)生的塑性變形，就要求Vy越小越好。也就是接鋼和放鋼時傳動軸的轉(zhuǎn)速越小越好。但是，由于受到產(chǎn)量的限制，ωe不能太小，意思就是在取料和放料過程中傳動軸的轉(zhuǎn)速不能太快，在中間時間內(nèi)要求轉(zhuǎn)速比較快。為此，根據(jù)工藝要求制定轉(zhuǎn)速如圖3所示，用電氣控制的手段來滿足這一要求：惠斯頓機構(gòu)傳動軸上的靜負荷是按近似的余弦規(guī)律變化，在移送軋件時，電機（采用變頻電機）要經(jīng)歷拖動運行和制動運行兩個階段。根據(jù)設(shè)備的運行工況可分為起動過程、接鋼過程、負載轉(zhuǎn)向過程、放鋼過程以及制動過程，如圖3所示。

4、結(jié)論

惠斯頓機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，能夠在保證鋼材表面質(zhì)量及品質(zhì)的要求下平穩(wěn)、迅速、準確地移送，無論是移動單根或多根鋼材，都能準確實現(xiàn)，因而在工場得到廣泛的應(yīng)用。

但是，由于該機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動，機構(gòu)中的運動副較多，需要良好的潤滑以保證設(shè)備正常使用，加大了設(shè)備檢修與維護的工作量，但與其優(yōu)越性相比，這些缺點將不會作為拒絕優(yōu)先選用該設(shè)備的理由，尤其是現(xiàn)代自動化生產(chǎn)車間，在保證材質(zhì)表面質(zhì)量的前提下還要減少噪音，改善工作環(huán)境，使一線員工有一個更好的工作環(huán)境，這時將能體現(xiàn)出出本設(shè)備的優(yōu)越性，相信惠斯頓機構(gòu)會被越來越多的生產(chǎn)線所采用。

參考文獻

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