廢品收集裝置卷揚(yáng)打滑問題研究

趙強(qiáng)

摘 要：廢品收集裝置是軋鋼生產(chǎn)線上比較常見的設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛，但在生產(chǎn)現(xiàn)場常出現(xiàn)傳動系統(tǒng)中的卷揚(yáng)打滑現(xiàn)象。針對這一現(xiàn)象對廢品收集裝置的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，給出了解決卷揚(yáng)打滑問題的方案和措施。

關(guān)鍵詞：傳動系統(tǒng)；卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)；鋼絲繩；料尾

中圖分類號：F224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.032

廢品收集裝置被廣泛應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn)線中，用以收集被廢棄的帶鋼料頭和料尾。它能否正常工作將影響整個軋線的生產(chǎn)節(jié)奏，甚至?xí)绊戜搹S的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。在廢品收集裝置的整個組成結(jié)構(gòu)中，其傳動系統(tǒng)性能是決定該裝置能否正常工作的核心和關(guān)鍵。在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，廢品收集裝置的問題往往都出現(xiàn)在傳動系統(tǒng)部分，所以，對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析和對卷揚(yáng)打滑問題進(jìn)行研究是有實(shí)際意義和必要的。廢品收集裝置的工藝參數(shù)為：小車運(yùn)行速度為0.2～0.3 m/s，料框最大容重為8 t。

1 裝置組成與工作原理

廢品收集裝置主要由收集小車、軌道與傳動系統(tǒng)組成，其中，傳動系統(tǒng)又由卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪裝置、拖輪裝置、鋼絲繩連桿、張緊裝置、鋼絲繩與繩夾組成。安裝時，將鋼絲繩纏繞在卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、拖輪裝置、導(dǎo)輪裝置上，并將其兩端分別用鋼絲繩連桿和繩夾固定到收集小車上，形成一個封閉的鋼絲環(huán)，通過張緊裝置的作用，使得所形成的鋼絲環(huán)內(nèi)部具有一定的初拉力；工作時，當(dāng)收集小車在收集了足夠的料頭與料尾之后，由卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)帶動纏繞其上的鋼絲繩運(yùn)動，通過鋼絲繩來傳遞運(yùn)動和力，就可以移動固接在鋼絲環(huán)上的收集小車，將收集小車與其收集的廢品一起運(yùn)出軋線，再由行車吊走。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算與分析

在軋鋼生產(chǎn)現(xiàn)場，廢品收集裝置出現(xiàn)的異常現(xiàn)象大部分都

發(fā)生在傳動系統(tǒng)中，其中，最典型的就是卷揚(yáng)打滑、鋼絲繩被拉斷的現(xiàn)象。以下針對這些現(xiàn)象對該裝置的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

2.1 傳動系統(tǒng)初拉力與極限有效拉力

傳動裝置之所以能夠帶動廢品收集小車往復(fù)運(yùn)動，本質(zhì)是因?yàn)殇摾K與卷揚(yáng)及導(dǎo)輪之間摩擦力的作用。當(dāng)其他條件不變，且鋼繩內(nèi)部初拉力F0一定時，鋼繩與卷揚(yáng)及導(dǎo)輪之間的摩擦力有一極限值，即有效極限拉力。該極限值限制著整個傳動系統(tǒng)的傳動能力，它是影響傳動系統(tǒng)打滑問題的最直接因素，所以，下面就對鋼繩初拉力與極限有效拉力的關(guān)系進(jìn)行分析。鋼絲受力分析圖如圖1所示。

假設(shè)鋼繩在卷揚(yáng)的導(dǎo)輪上繞過時作勻速圓周運(yùn)動，鋼繩與導(dǎo)輪接觸弧面間的摩擦系數(shù)f為常數(shù)，且忽略鋼繩繞在導(dǎo)輪上時的彎曲阻力。如圖1所示，鋼絲繩緊邊拉力F1與松邊拉力F2的差值為傳動系統(tǒng)的有效拉力Fe，α為鋼繩在導(dǎo)輪上的包角，取一微段鋼繩dl，其受力情況為：上、下端分別受拉力F+dF和F，導(dǎo)輪對鋼繩的正壓力為dFN、摩擦力為fdFN，離心力為dFc。按動靜法可得微段鋼繩在導(dǎo)輪徑向和切向的力平衡方程：

略去二次微量 ，并取 ，dFC=qv2dα，聯(lián)立式（1）（2）可得：

對式（3）在F2到F1和0到α1的界限內(nèi)進(jìn)行積分：

可得：

式（4）（5）中：q為每米鋼絲繩的質(zhì)量，kg/m；v為鋼絲繩運(yùn)行速度，m/s；e為自然對數(shù)的底數(shù)；f為鋼絲繩與導(dǎo)輪之間的摩擦系數(shù)；α1為鋼繩在導(dǎo)輪上的包角。

在工作前，鋼絲繩各處均受一定的初拉力F0，而在工作時，如果認(rèn)為鋼繩的總長不變，且認(rèn)為鋼繩是彈性體，符合胡克定律，則鋼繩緊邊拉力的增加量等于松邊拉的減少量，即：

將式（7）代入式（5）可得鋼絲繩與導(dǎo)輪之間的極限摩擦力，即傳動系統(tǒng)的極限有效拉力：

在廢品收集裝置工作時，由于鋼絲繩速度很低，即可以忽略離心力的作用，式（8）可以優(yōu)化成式（9）或式（10）：

從式（9）（10）中發(fā)現(xiàn)，影響廢品收集裝置傳動系統(tǒng)極限拉力的因素有：鋼絲繩與導(dǎo)輪之間的摩擦因子、鋼絲繩在導(dǎo)輪上的包角以及在安裝形成鋼絲環(huán)后鋼絲環(huán)內(nèi)部的初拉力。

同時，在分析和計(jì)算時發(fā)現(xiàn)，傳動系統(tǒng)的極限有效拉力Felim實(shí)際上是用來克服收集小車滿載時收集小車車輪與鋼軌之間產(chǎn)生的摩擦力，即：

式（11）中：f1為收集小車車輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)；G為收集小車滿載時的重力，N。

根據(jù)廢品收集裝置現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)，并結(jié)合公式（9）（10）（11）計(jì)算得到傳動系統(tǒng)極限有效拉力Felim=6 860 N，初拉力F0=10 419 N。

2.2 傳動系統(tǒng)鋼絲繩直徑計(jì)算

按GB/T 3811—1983標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼絲繩的計(jì)算公式為：

式（12）中：d為鋼絲繩最小直徑，mm；Fmax為鋼絲繩最大靜拉力，N，F(xiàn)max=F0+Felim；C為選擇系數(shù)，mm/ 。

選擇系數(shù)計(jì)算公式為：

式（13）中：n為安全系數(shù)；K為鋼絲繩捻制折減系數(shù)；ω為鋼絲繩充滿系數(shù)；σb為鋼絲的公誠抗拉強(qiáng)度。

通過查看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選取n=4.5，K=0.88，ω=0.46，σb=1 770 MPa。根據(jù)公式（9）（10）（11）和選取的參數(shù)計(jì)算得到鋼絲繩直徑為Φ13 mm。

3 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)在合理選取鋼絲繩直徑和型號后，可以采取以下措施防止廢品收集裝置傳動系統(tǒng)打滑：①根據(jù)公式（8），依據(jù)給定的小車載荷正確計(jì)算鋼絲環(huán)內(nèi)部的初拉力F0，根據(jù)初拉力值調(diào)整好張緊裝置；②調(diào)整托輥裝置的位置，增大鋼絲繩纏繞在卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)及導(dǎo)輪裝置上的包角α1；③在鋼絲繩上涂抹增摩脂，增大鋼繩與卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)；④傳動系統(tǒng)工作一段時間后，鋼絲繩會被拉長，需定期檢查鋼絲環(huán)內(nèi)部的初拉力，及時調(diào)整張緊裝置。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場的工作人員的反饋，在采取這些措施后，廢品收集裝置工作性能得到很大的提高和改善，卷揚(yáng)打滑問題得到了抑制。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕