板坯熱送轉(zhuǎn)彎輥道的設(shè)計計算

王 歡 楊智軍

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶401122)

熱送輥道是用于接受鑄坯并將鑄坯送往軋鋼車間的最簡單、投資最少、效率最高的一種運輸方式。以前國內(nèi)鋼廠的熱送輥道都是直線的，這種輥道設(shè)計比較簡單。我們?yōu)楦＝充搹S設(shè)計時，由于地形和廠房之間的位置關(guān)系，必須采用轉(zhuǎn)彎輥道才能達到要求，基于這個要求，我們設(shè)計了轉(zhuǎn)彎輥道，鑄坯寬900 mm，長9000 mm，厚210 mm，溫度約為700℃，輥道采用干油集中潤滑，單獨電機傳動，在側(cè)面設(shè)置了側(cè)導板和保溫罩等裝置，以滿足鑄坯運輸?shù)囊蟆?/p>

1 主要參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

輥子尺寸：長錐輥?316 mm×1950 mm

輥子材質(zhì)：35

驅(qū)動方式：單獨傳動，變頻

潤滑方式：干油集中潤滑

1.2 結(jié)構(gòu)與組成

該段輥道為圓弧形布置，輥道中心的圓弧半徑為40 000 mm。輥子結(jié)構(gòu)為長錐輥型式，單獨傳動。切割前輥道主要由輥子裝配、驅(qū)動裝置、輥道架、潤滑管路、側(cè)導板及保溫罩系統(tǒng)等組成。

2 主要參數(shù)設(shè)計計算

2.1 熱送轉(zhuǎn)彎段輥子寬度

圖1 轉(zhuǎn)彎段輥子寬度計算示意圖Figure 1 Calculation diagram of roll width in turning section

如圖1所示，熱送轉(zhuǎn)彎段輥子寬度B用下式計算為：

(1)

式中，R為轉(zhuǎn)彎半徑，單位為mm；W為鑄坯寬度，單位為mm；L為鑄坯長度，單位為mm；ΔB為轉(zhuǎn)彎段寬度裕量，一般情況下為50 mm～100 mm。計算所得結(jié)果應(yīng)圓整。

2.2 確定輥子間夾角

由于鑄坯的底面平硬，如圖1所示，設(shè)計時要對單個輥子承載能力進行校核，對于初始段，還需要考慮沖擊載荷的影響，必要時需縮小輥子間夾角。

2.3 單個輥子上的載荷

作用在單個輥子上的載荷F按下式計算：

F=Gm′

(2)

式中，G為鑄坯總重量；m′為有效承載輥子數(shù)，一般取m′=0.7m；m為鑄坯下面的輥子數(shù)。

根據(jù)計算的F值，從設(shè)計手冊上查出單個輥子許用載荷[F]，使得F<[F]。

2.4 圓錐輥子的錐度計算

圓錐輥子沿圓心O點做旋轉(zhuǎn)運動，見圖2。

圖2 鑄坯做圓弧旋轉(zhuǎn)運動示意圖

鑄坯外沿點速度為：V1=ωR1

鑄坯內(nèi)沿點速度為：V2=ωR2

式中，ω為鑄坯沿半徑R運動時的角速度；R1為鑄坯外沿和輥子接觸點處旋轉(zhuǎn)半徑；R2為鑄坯內(nèi)沿和輥子接觸點處旋轉(zhuǎn)半徑。得出：

V1V2=ωR1ωR2=R1R2

(3)

就單個輥子而言，在鑄坯外沿點的速度Vg1=πngd1，在鑄坯內(nèi)沿點的速度Vg2=πngd2，因此在半徑為R的圓中的速度和單個輥子的速度是相同的。s單個錐輥子的速度示意圖如圖3所示。

圖3 單個錐輥子的速度計算示意圖Figure 3 Diagram of velocity calculation of single tapered roller

故有V1=Vg1，V2=Vg2

V1V2=πngd1πngd2=d1d2

(4)

式中，ng為輥子轉(zhuǎn)速，單位rmin。

由式(3)和式(4)可得：

V1V2=Vg1Vg2=R1R2=d1d2

如果錐輥的中心直徑為dc，則：

d1=2dcR1(R1+R2)

d2=2dcR2(R1+R2)

2.5 電機功率計算

圓錐輥的輥子采用單獨電機驅(qū)動的方式，為便于控制，電機采用變頻控制。

2.5.1 輸入?yún)?shù)

dc為錐輥中徑，單位為mm；Pg為單個輥子的重量，單位為kN；n為輥子數(shù)量；Vc為錐輥中心的線速度，單位為ms；G為鑄坯總重量，單位為kN。

2.5.2 驅(qū)動輥道所需電機功率

驅(qū)動輥子自重需要的力矩為：

Tc=Pgnμ1dc2

(5)

輸送板坯時需要的靜力矩為：

Tw=G(μ1db+μ2dc)2

(6)

輸送鑄坯時輥道所需的靜力矩為：

T=Tc+Tw=Pgnμ1dc2+G(μ1db+μ2dc)2

(7)

式中，Tc為驅(qū)動輥子自重產(chǎn)生的阻力矩，單位為kN·mm；Tw為板坯重量產(chǎn)生的阻力矩，單位為kN·mm；db為軸承的平均直徑，db=0.5(內(nèi)徑+外徑)，單位為mm；T為輸送鑄坯時輥道要克服的靜阻力矩；μ1為軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，取μ1=0.02；μ2為鑄坯和輥子表面之間的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，取μ2=0.04。

故輥子所需電機的功率為：

N=KTng9.55×η

(8)

式中，ng為輥子轉(zhuǎn)速，ng=60v(πD)，單位為rmin；η為效率，η=0.85；K為工況系數(shù)，K取值1.5～2。

根據(jù)公式(8)計算的功率值，選定電機的額定功率。根據(jù)選定的電機功率，必要時可對電機的熱功率進行校核。

2.6 減速機速比

減速機速比i按下式計算：

i=nmng

(9)

式中，nm為電機額定轉(zhuǎn)速，rmin。

1—軸承座自由側(cè) 2—鑄坯 3—軸承座固定側(cè) 4—輥道架

3 結(jié)構(gòu)特點

板坯熱送轉(zhuǎn)彎輥道的輥子上表面水平安裝，有利于鑄坯的輸送，由于連鑄板坯的寬度比小方坯要大得多，故不宜采用上表面傾斜的結(jié)構(gòu)，為使輥子上表面水平，輥子裝配采用傾斜安裝，而輥道架的連接面設(shè)計成平面，降低其制造成本，在軸承座和輥道架之間加一個斜墊塊，來滿足輥子裝配斜裝的要求。如圖4所示。

4 結(jié)語

板坯熱送轉(zhuǎn)彎輥道輸送鑄坯速度快，成本低，自動化程度高，因此在冶金行業(yè)能夠廣泛推行應(yīng)用，和汽車、火車運輸相比，設(shè)備投資小，生產(chǎn)運營成本低。