非直線運(yùn)輸輥道的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

陸 明

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司軋鋼分院 北京100029)

在冶金行業(yè)軋鋼生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常受到周圍環(huán)境的影響和工藝整體布局的限制，使得運(yùn)輸物料的輥道走向不是一條完全的直線，也不是轉(zhuǎn)90°的大彎，而可能由多段直線組成，形成帶有一定角度的連續(xù)生產(chǎn)線，這就必然會(huì)面臨物料在生產(chǎn)線上的轉(zhuǎn)向問(wèn)題。某鋼廠設(shè)計(jì)的一條軋制生產(chǎn)線就碰到了這樣的問(wèn)題。

1 前言

某鋼廠準(zhǔn)備新上二條線材生產(chǎn)線，廠房布置在連鑄車間旁邊，這樣軋制線可直接使用連鑄車間出產(chǎn)的熱連鑄坯，實(shí)現(xiàn)熱裝熱送，減少坯料在加熱爐里的時(shí)間，節(jié)省能源。坯料尺寸為150 ×150 ×12000mm，通過(guò)運(yùn)輸輥道把連鑄車間和高線車間連接起來(lái)。受條件所限，從連鑄車間出來(lái)的下料輥道(15 個(gè)輥?zhàn)?的中心線與高線車間的上料輥道(一)的中心線有1.5°的夾角，并相交在上料輥道一的第10 個(gè)輥?zhàn)痈浇?，如圖1 所示。

圖1 上料輥道一布置圖

2 輥道的電機(jī)計(jì)算

根據(jù)目前常用的傳動(dòng)方式，采用輥?zhàn)与姍C(jī)單獨(dú)傳動(dòng)的方式。輥道參數(shù)為:

輥徑:φ300mm

輥距:1500mm

輥長(zhǎng):500mm

輥?zhàn)泳€速度:1.5m/s

輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速:95r/min

1)輥?zhàn)屿o力矩M1

式中 Q—作用在一個(gè)輥?zhàn)由系闹亓浚琋(Q=6358.5N);

G1—個(gè)輥?zhàn)拥闹亓?，N(G1=2027N);

C—由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)目，(C=1);

μ—輥?zhàn)虞S承中的摩擦系數(shù)，(μ=0.005);

d—輥?zhàn)虞S徑的直徑，m(d=0.11m)

f—軋件的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，(f=0.002)。

把以上數(shù)值代入公式(1)中，得靜力矩M1=15N·m

2)輥?zhàn)觿?dòng)力矩M2

D—輥?zhàn)又睆剑琺(D=0.3m);

μ1—輥?zhàn)釉谲埣蚧瑫r(shí)的摩擦系數(shù)，(μ1=0.3);

g—重力加速度，m/s2(g=9.8m/s2)。

把以上數(shù)值代入公式(2)中，得動(dòng)力矩M2=340N·m

3)輥?zhàn)訂?dòng)力矩M

M = M1+ M2=355N·m

4)輥?zhàn)与姍C(jī)功率P

式中 n—輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，r/min(n=95r/min);

η—傳動(dòng)效率，(η=0.9)。

把以上數(shù)值代入公式(3)中，得電機(jī)功率P=3.86kW

選取電機(jī)功率為4kW。

3 設(shè)備布置及出現(xiàn)的問(wèn)題

該高線車間要同時(shí)建設(shè)兩條平行布置的線材生產(chǎn)線，每條線上布有一個(gè)加熱爐，爐區(qū)上料輥道可把坯料送入加熱爐中加熱，然后把熱坯送入粗軋機(jī)中軋制。從連鑄車間出來(lái)的坯料要滿足可輸送到兩條高線軋制線上，故在加熱爐前也平行布置了兩條上料運(yùn)輸輥道，其中上料輥道一直接對(duì)接連鑄車間的下料輥道，同時(shí)有鋼坯橫移裝置可把鋼坯從上料輥道一上移送到上料輥道二上，如圖2 所示。

圖2 雙上料輥道布置圖

長(zhǎng)12m 的鋼坯從連鑄車間沿下料輥道前行，到高線車間的上料輥道處鋼坯要有轉(zhuǎn)1.5°角度的動(dòng)作并繼續(xù)前行，保證鋼坯在輥道上的順利運(yùn)輸并送到下一工序處。最初的設(shè)計(jì)思路是:為使上料輥道一順利地接到鋼坯，加長(zhǎng)了上料輥道一的前五個(gè)輥?zhàn)娱L(zhǎng)度，最長(zhǎng)到800mm，受廠地所限輥?zhàn)右褵o(wú)法再延長(zhǎng)。

在觀察輥道運(yùn)輸鋼坯的實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)鋼坯并未如當(dāng)初設(shè)想的路線那樣順利地前行到上料輥道一上。由于上料輥道一的運(yùn)行方向與下料輥道的運(yùn)行方向不一致，有一個(gè)1.5°的夾角，鋼坯的頭部從下料輥道下來(lái)，開始接觸上料輥道一的第一個(gè)輥?zhàn)訒r(shí)，鋼坯的前行方向與原來(lái)的方向有改變，鋼坯雖然繼續(xù)往前走，但并不是設(shè)想的路線，鋼坯的尾部走不到輥道上，方向不正，運(yùn)輸不暢，存在安全隱患。

由于兩條上料輥道并排布置，中間裝有鋼坯橫移裝置，所以兩條輥道間不能有輥道側(cè)擋板，所以鋼坯在前行的過(guò)程中無(wú)法通過(guò)側(cè)擋板來(lái)修正鋼坯位置，導(dǎo)致鋼坯在上料輥道上前行時(shí)尾部始終在輥道外部。

最初，設(shè)想在上料輥道一與連鑄車間的下料輥道銜接處加上側(cè)擋板，修正一下鋼坯的運(yùn)行方向，但由于修正的距離太短，鋼坯在兩條輥道的互相作用下，與側(cè)擋板發(fā)生很大的摩擦，鋼坯不直時(shí)甚至?xí)ㄔ诖颂幉粍?dòng)，輥?zhàn)涌辙D(zhuǎn)，即加大了輥?zhàn)拥哪p，也有可能使熱鋼坯受側(cè)向力太大造成彎曲，使以后軋制困難，甚至成為廢坯，此方案行不通，見圖3。

圖3 增加側(cè)擋板示意圖

4 解決方案

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼坯運(yùn)行軌跡的分析，發(fā)現(xiàn)一開始的方案布置設(shè)計(jì)時(shí)忽略了一個(gè)因素，由于上料輥道與下料輥道的中心線有夾角，所以它們對(duì)鋼坯的作用力方向不一致，導(dǎo)致鋼坯未能走到理想的位置上。鋼坯在輥道上的受力分析如圖4 所示。

圖4 鋼坯受力分析圖

根據(jù)受力分析圖，下料輥道對(duì)鋼坯的前行作用力F1與上料輥道的前行作用力F2有1.5°的夾角，導(dǎo)致鋼坯的頭部行走到上料輥道處時(shí)受到一個(gè)向下(從圖上看，下述相同)的行走趨勢(shì)，使鋼坯的尾部走到上料輥道處還處在輥道的外側(cè)，不在輥道上。解決方法一，如果上料輥道的輸送距離很長(zhǎng)，輥身的長(zhǎng)度也可以做的很大，用輥道邊運(yùn)輸邊糾正的方法，可以把鋼坯的方向扭轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，但由于環(huán)境所限，此方法行不通;解決方法二，采用側(cè)擋板剛性矯正鋼坯運(yùn)行方向，但是由于運(yùn)輸距離太短，且上料輥道的前幾個(gè)輥?zhàn)訜o(wú)法加側(cè)擋板，此方法也行不通。

根據(jù)受力分析圖，可看出要讓鋼坯順利前行到上料輥道上，鋼坯的頭部應(yīng)盡量靠近輥道的上部，為此決定把上料輥道一的前三個(gè)輥?zhàn)訌默F(xiàn)在位置向下料輥道方向轉(zhuǎn)一個(gè)角度，第一個(gè)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)角最大為3°，第二個(gè)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)角小點(diǎn)為2°，第三個(gè)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)角最小為1°。改造方案如圖5 所示。

圖5 輥道旋轉(zhuǎn)示意圖

當(dāng)鋼坯的頭部前行到上料輥道的第一個(gè)輥?zhàn)犹帟r(shí)，受到1#輥?zhàn)咏o它的作用力F2，由于F2的指向比F1的指向更偏向輥道上側(cè)，使鋼坯的頭部在這里繼續(xù)有一個(gè)向上走的趨勢(shì)，但又保證不碰到輥道的上側(cè)擋板;鋼坯走到第二個(gè)輥道處時(shí)，受到2#輥?zhàn)幼饔昧3，F(xiàn)3的偏角小于F2，在F3的作用下，鋼坯頭部不會(huì)繼續(xù)向擋板靠近，而是靠向輥道中心線方向;鋼坯走到第三個(gè)輥?zhàn)犹帟r(shí)，受到輥?zhàn)幼饔昧4，F(xiàn)4的偏角又比F3小，作用與上相似。同理，鋼坯從頭到尾每一點(diǎn)的運(yùn)行軌跡都同樣如此，這樣就能保證鋼坯的從頭到尾部都能運(yùn)行在輥道的有效承載范圍內(nèi)，使鋼坯順利地前行到下一工序處。

圖6 鋼坯在單個(gè)輥道上的受力分析

輥道經(jīng)過(guò)改造后，繼續(xù)過(guò)鋼運(yùn)行，使用效果很好，完全能夠滿足鋼坯的頭尾部都順利地前行到上料輥道上，換向時(shí)側(cè)擋板基本不再與鋼坯相碰，僅起到安全防護(hù)的作用，鋼坯在輥道上連續(xù)運(yùn)行，保證了輥道的正常使用，鋼坯實(shí)現(xiàn)了熱裝熱送，減少了二次加熱的費(fèi)用，也節(jié)省了用汽車轉(zhuǎn)運(yùn)的費(fèi)用，使生產(chǎn)效率大幅度提高。

5 總結(jié)

在此項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題，由于輥道轉(zhuǎn)角度數(shù)不大，所以采用大轉(zhuǎn)彎輥道來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題不合適;又由于受環(huán)境條件所限，一些輥道運(yùn)輸中常用的防跑偏措施也用不上，所以只能從改變鋼坯運(yùn)行的軌跡上來(lái)想辦法。

輥道作為一種輸運(yùn)設(shè)備，物料在輥道上運(yùn)行時(shí)，涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等諸多領(lǐng)域，尤其當(dāng)牽扯到輸送輥道有轉(zhuǎn)向的情況時(shí)，目前還沒有一個(gè)行之有效的公式來(lái)進(jìn)行精確計(jì)算，完全憑的是理論分析和經(jīng)驗(yàn)，有諸多問(wèn)題還需要進(jìn)一步的研究和探討。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］鄒家祥.軋鋼機(jī)械(第三版)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［3］于文妍. 彎輥道的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008(11).