板坯鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的設(shè)計(jì)

葉煒垚 李 友

(1．中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶401122；2．寶鋼湛江鋼鐵股份有限公司，江蘇524072)

為生產(chǎn)汽車板、超高強(qiáng)鋼等高質(zhì)量產(chǎn)品，需要在連鑄工序增設(shè)鑄坯表面清理工序，以清除危害鋼坯質(zhì)量的表面缺陷。

常見的輔助鑄坯移送設(shè)備包括翻坯機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和移載機(jī)等。離線清理區(qū)一般僅設(shè)置翻坯機(jī)，其鑄坯清理效率大大低于在線人工清理區(qū)。從表1和表2中可知鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)對于提高板坯人工清理的效率至關(guān)重要。以A鋼廠雙流板坯連鑄機(jī)的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)為例，詳細(xì)闡述板坯連鑄機(jī)中鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

表1 在線人工清理區(qū)板坯平均處理周期

表2 離線人工清理區(qū)板坯平均處理周期

1 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的工況及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)在連鑄車間用作板坯橫向移動(dòng)，并在其上進(jìn)行人工火焰清理作業(yè)，板坯移動(dòng)時(shí)，為了避免產(chǎn)生板坯和鏈條的相對滑動(dòng)，將待清理板坯直接設(shè)置在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的鏈條上。一塊待清理的板坯質(zhì)量約為25～40 t，根據(jù)人工火焰清理作業(yè)工位設(shè)置數(shù)量的不同，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)一般需要同時(shí)承載6塊以上板坯，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)屬于占地面積大的大型慢速重載設(shè)備，因此，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要考慮鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面，大量的人工火焰清理作業(yè)需要在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上進(jìn)行，產(chǎn)生的大量鋼渣會(huì)嚴(yán)重阻礙設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，需要對鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)相關(guān)部件進(jìn)行保護(hù)。

A鋼廠雙流板坯連鑄機(jī)的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)主要由軌道及支架、運(yùn)輸鏈條、牽引傳動(dòng)裝置、鏈條潤滑裝置、鏈條防護(hù)罩等組成。如圖1所示，牽引傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)軸組成。驅(qū)動(dòng)軸上帶有鏈輪，通過輸送鏈條實(shí)現(xiàn)鑄坯移送；驅(qū)動(dòng)軸上的4個(gè)鏈輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使輸送鏈條同步運(yùn)行；鏈條由滾動(dòng)軸承支撐，運(yùn)行于軌道上，軌道固定設(shè)置在支架上，支架為焊接結(jié)構(gòu)件；在輸送鏈條的區(qū)域設(shè)有防護(hù)蓋板，以保護(hù)輸送鏈條。減速器采用油池潤滑，軸承部位采用干油潤滑。

圖1 A鋼廠鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)

2 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的主要性能參數(shù)設(shè)計(jì)

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的主要性能參數(shù)包括輸送載荷、移送速度、移送距離。根據(jù)人工清理人員作業(yè)指導(dǎo)書的具體情況確定移送速度，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，取下限值；根據(jù)人工火焰清理作業(yè)工位、最大鑄坯寬度、鑄坯清理工位間隙以及翻坯機(jī)工作區(qū)域長度共同確定移送距離，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，取下限值；根據(jù)人工火焰清理作業(yè)工位以及單個(gè)鑄坯的最大重量確定輸送載荷：

Gg=G1Nc

式中，Nc為人工火焰清理作業(yè)工位；G1為單個(gè)鑄坯的最大重量，單位N；Gg為輸送載荷，單位N。

3 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)主要部件設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)選型

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的典型工作模式是“點(diǎn)動(dòng)”，即每移動(dòng)一塊板坯間距的寬度后停下來，然后再移動(dòng)，不斷重復(fù)。由于鏈條的移動(dòng)速度較低，對停位精度要求不高，其啟動(dòng)和停止控制策略可以設(shè)置為：啟動(dòng)時(shí)一步加速到高速，停止時(shí)一步減速到零速，用抱閘制動(dòng)；有時(shí)鏈條也會(huì)采用連續(xù)移動(dòng)的方式，以便清理臺(tái)面。因此，對于傳動(dòng)電機(jī)可能是連續(xù)工作或者間歇啟動(dòng)?！包c(diǎn)動(dòng)”模式時(shí)電機(jī)工作負(fù)荷圖如圖2所示。

圖2 電機(jī)工作負(fù)荷圖

3.1.1 計(jì)算靜力矩

按下述公式分別計(jì)算出作用于鏈輪的力矩：

Tc=WcLcNμ1dp/2

式中，Wc為單位長度鏈條重量，單位N/m；Lc為單根鏈全長，單位m；N為鏈條根數(shù)；μ1為鏈條于滑軌間的摩擦系數(shù)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可以取為0.1；dp為鏈輪的節(jié)圓直徑，單位m；Tc為鏈條作用于鏈輪的力矩，單位N·m。作用于鏈輪的力矩Tw為：

Tw=Ggμ1dp/2

以這兩個(gè)力矩為基礎(chǔ)分別算出空載和有載力矩，再除以減速機(jī)速比和機(jī)械效率，得出電動(dòng)機(jī)軸上的靜力矩。

3.1.2 計(jì)算動(dòng)力矩

根據(jù)下述公式計(jì)算加速力矩[2]：

式中，GD2為飛輪矩，單位N·m2；Nm為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位r/min；ta為加速時(shí)間，單位s。

上述公式的飛輪矩分為空載力矩和有載力矩兩種，空載力矩包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的飛輪矩和鏈條的飛輪矩，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的飛輪矩可以按電動(dòng)機(jī)本身的飛輪矩的2.22倍估算，鏈條的飛輪矩則按移動(dòng)體的通用公式計(jì)算，兩者之和作為空載飛輪矩。有載力矩再加上材料的飛輪矩，也按移動(dòng)體的通用公式計(jì)算，移動(dòng)體的通用公式為：

GD2=Wdp2/i2

式中，W為移動(dòng)體重量，單位N；i為減速比。

因此，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的啟動(dòng)力矩T啟=Ta+Tc+Tw，制動(dòng)力矩T制=Ta-Tc-Tw。

3.1.3 發(fā)熱校對

T額/T均≤[S1]

式中，T額為電機(jī)額定力矩，單位N·m，T均為均方根力矩，單位N·m；[S1]為發(fā)熱校核系數(shù)，取[S1]=1。當(dāng)上述等式成立時(shí)，認(rèn)為電機(jī)的發(fā)熱通過校核。

3.1.4 停止精度

由于各種誤差造成停車時(shí)的滑行距離差，可按如下公式先算出時(shí)間再算出距離：

t1=GD22N1/375(T2+TL2)

t2=GD12N2/375(T1+TL1)

S1=0.1V1+V1t1/2

S2=V2t2/2

ΔS=±(S1-S2)/2

ΔS≤[S]

算法是在TI公司發(fā)布的CCStudio v3.3開發(fā)環(huán)境下編寫與調(diào)試的，采用的開發(fā)板是中國源創(chuàng)力YCL-DSP2812pro配合TDS510-USB2.0的仿真器使用，為了方便DSP之間的程序移植采用了通用的C語言作為程序設(shè)計(jì)的主要語言，并結(jié)合CCStudio v3.3的特點(diǎn)，部分程序嵌入?yún)R編命令，提高程序的運(yùn)行速度。整個(gè)項(xiàng)目程序包括主程序、系統(tǒng)初始化程序、外圍設(shè)備初始化、中斷服務(wù)程序和LCD顯示程序。限于篇幅原因，在此僅給出主程序和ADC中斷服務(wù)程序。

式中，N1為最高轉(zhuǎn)速，N1=1.03Nm，單位r/min；N2為最低轉(zhuǎn)速，N2=0.97Nm，單位r/min；T1為最大制動(dòng)力矩，T1=1.3Tm，單位N·m；T2為最小制動(dòng)力矩，T2=0.7Tm，單位N·m；V1為最高運(yùn)作速度，V1=N1πdp/1000×60i，單位m/s；V2為最低運(yùn)作速度，V2=N2πdp/1000×60i，單位m/s；TL1為最高靜負(fù)荷，取有載荷值，單位N·m；TL2為最低靜負(fù)荷，取無載荷值，單位N·m；GD12為最高飛輪矩，取有載荷值，單位N·m2；GD22為最低飛輪矩，取無載荷值，單位N·m2；t1為最長制動(dòng)時(shí)間，單位s；t2為最短制動(dòng)時(shí)間，單位s；S1為最長制動(dòng)距離，單位m；S2為最短制動(dòng)距離，單位m；ΔS為停車精度，單位m；[S]為許用停車精度，單位m。

3.2 鏈條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了減少鏈條與導(dǎo)軌的摩檫力，每節(jié)鏈條兩端設(shè)置滾動(dòng)軸承，通過設(shè)置在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)中部的翻坯機(jī)實(shí)現(xiàn)鑄坯翻轉(zhuǎn)，在鑄坯翻轉(zhuǎn)過程中會(huì)對鏈條產(chǎn)生沖擊，滾動(dòng)軸承負(fù)荷可按如下公式確定：

4Cor/G1≥η

式中，Cor為滾動(dòng)軸承額定靜載荷，單位N；η為安全系數(shù)。

上述滾動(dòng)軸承負(fù)荷計(jì)算公式考慮兩個(gè)鏈節(jié)承受一個(gè)鑄坯的沖擊，因此，可以選安全系數(shù)≥4。

3.3 鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鏈輪結(jié)構(gòu)需要結(jié)合鏈條結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要滿足最小包角準(zhǔn)則和強(qiáng)度準(zhǔn)則，最小包角準(zhǔn)則是指鏈輪在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中至少有兩個(gè)鏈節(jié)嚙合，可以通過調(diào)整鏈輪的節(jié)圓直徑和鏈條節(jié)距來滿足最小包角準(zhǔn)則；強(qiáng)度準(zhǔn)則是指鏈輪所受最大應(yīng)力應(yīng)小于鏈輪的許用應(yīng)力，可以通過有限元分析的方法進(jìn)行校核。

3.4 保護(hù)罩設(shè)計(jì)

保護(hù)罩用于保護(hù)手工清理時(shí)產(chǎn)生的鋼渣對設(shè)備性能的影響，鏈條在清理平臺(tái)區(qū)域以及清理平臺(tái)下方等均需要設(shè)置相應(yīng)的鏈條保護(hù)裝置，如圖3為設(shè)置在清理平臺(tái)區(qū)域的鏈條保護(hù)裝置，其他區(qū)域的鏈條也可以相應(yīng)設(shè)置保護(hù)裝置。

圖3 鏈條保護(hù)裝置

4 安裝注意事項(xiàng)

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)部件非常多，且分散，無法在制造廠一一組裝，因此，設(shè)備現(xiàn)場安裝精度對于投產(chǎn)后設(shè)備運(yùn)行非常重要，在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的安裝過程中需要注意如下事項(xiàng)：

(1)以鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的傳動(dòng)底座架為基準(zhǔn)，進(jìn)行各支架、傳動(dòng)軸、橫向定位，并調(diào)整其高度和水平度。

(2)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的輸送鏈條分四條，分別安裝在縱向，按照鏈條訂貨圖所示方向安裝縱向輸送鏈條，并采取措施，防止鏈條自行滑動(dòng)；在橫向，以其中一行為基準(zhǔn)，安裝其它行的設(shè)備。

(3)鏈輪托輥架、長軸等部件組裝完畢后，以聯(lián)軸器為基準(zhǔn)，安裝減速器和電動(dòng)機(jī)。

(4)檢查設(shè)備安裝狀況，確認(rèn)無誤后，安裝罩、蓋和擋板等。

(5)機(jī)上配管管件必須進(jìn)行清洗，吹干，以保證管道內(nèi)清潔，無任何異物，無銹蝕。

5 鑄坯清理流程

鑄坯清理區(qū)的運(yùn)行流程如下：

(1)不需要精整處理的鑄坯經(jīng)稱量后運(yùn)入熱軋車間。

(2)需要火焰清理機(jī)處理的鑄坯由火焰清理機(jī)清理后，無需手工清理的鑄坯直接經(jīng)輥道運(yùn)入熱軋車間，經(jīng)火焰清理機(jī)清理后，還需要手工清理的鑄坯，由推鋼機(jī)推到堆垛機(jī)上，再由夾鉗起重機(jī)吊運(yùn)到鑄坯堆存區(qū)空冷，空冷后的鑄坯由夾鉗起重機(jī)吊運(yùn)到人工清理區(qū)，必要時(shí)可進(jìn)行人工清理，然后再檢測上表面質(zhì)量，經(jīng)翻坯機(jī)作業(yè)后人工檢測下表面質(zhì)量，再由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)將鑄坯運(yùn)送到輥道上，經(jīng)輥道稱量后運(yùn)入熱軋板坯庫。

(3)只需要人工清理的鑄坯由夾鉗起重機(jī)等吊運(yùn)到人工清理線上，在人工清理區(qū)進(jìn)行人工清理后，鑄坯再由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)運(yùn)送到輥道上，經(jīng)稱量后運(yùn)入熱軋板坯庫。

6 結(jié)語

以A鋼廠雙流板坯連鑄機(jī)的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)為例，闡述了鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，采用該設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，在多個(gè)板坯連鑄工程中得到運(yùn)用，設(shè)備運(yùn)行良好，達(dá)到了工藝設(shè)計(jì)要求，滿足了生產(chǎn)的需要。