熱卷箱上輥單獨調(diào)整式彎曲輥結構形式分析

王　濤

(中國第二重型機械集團公司， 四川618013)

?

設計

熱卷箱上輥單獨調(diào)整式彎曲輥結構形式分析

王濤

(中國第二重型機械集團公司， 四川618013)

摘要：介紹熱卷箱設備中的關鍵部件上輥單獨調(diào)整式彎曲輥的結構形式，并對其進行分析。

關鍵詞：熱卷箱；彎曲輥；結構形式

熱卷箱(Coilbox)是帶鋼熱連軋生產(chǎn)過程中一道中間工藝設備，其主要工藝是將粗軋機送來的高速中間坯卷成帶卷，然后再開卷，經(jīng)飛剪切頭切尾后將中間坯以低速送入精軋機組，如圖1所示。

1概述

彎曲輥裝置(Bending Rolls)是熱卷箱中成卷的關鍵設備，是由一個三輥彎曲裝置和位于兩個上輥之間的過渡擋板組成的，見圖2。

準確設定彎曲輥入口輥縫及出口輥縫，保證中間坯按預先設定的曲率對中間坯進行彎曲。中間坯頭部接觸到上部成型擋板，進而頭部滑向成型輥上部的擋板面到下部擋板和1A#托卷輥處，在此過程中，中間坯繞著頭部進行轉動，從而增大彎曲。當彎曲的中間坯接觸到1A#托卷輥時，彎曲的中間坯立即沿著下部成型擋板和成型輥向上動作，從而形成一個圓形的卷眼，剩余的中間坯纏繞在此帶卷眼上，實現(xiàn)三輥卷曲。

2上輥單獨調(diào)整式彎曲輥主要參數(shù)分析

主要從上輥單獨調(diào)整式彎曲輥結構參數(shù)、力能參數(shù)、彎曲輥入口輥縫和出口輥縫設定值以及輥縫計算方面進行分析討論。

2.1結構參數(shù)分析

彎曲輥的主要任務是使軋件得到所需曲率的壓彎，使軋件頭部能順利撞上上成型導板，以便順利進行二次彎曲，進而形成較好的卷眼。由于上入口彎曲輥與出口彎曲輥可以實現(xiàn)單獨調(diào)整，在設定入口輥縫Gap1和出口輥縫Gap2時，可根據(jù)中間坯厚度H、優(yōu)化后的中間坯彎曲曲率半徑R以及坯頭在上成型擋板上的撞擊點P點對Gap1，Gap2進行設定，這樣輥縫的設定可以保證卷眼的圓度。經(jīng)驗表明，經(jīng)過彎曲輥彎曲后的坯頭在上成型擋板上的撞擊點的位置直接影響卷眼的形成和卷眼的質量，如圖3所示。

同時輥縫的設定保證了入口輥縫Gap1足夠大時，中間坯頭順利通過入口彎曲輥撞上上彎曲輥之間的過渡擋板，而不是直接撞上入口彎曲輥子，減小了中間坯對入口彎曲輥的沖擊，提高了輥子的壽命，并且保證了彎曲輥輥面質量，提高了軸承壽命。通過出口輥縫Gap2形成設定曲率彎曲，當中間坯頭通過彎曲輥后，入口彎曲輥輥縫Gap1保持恒定，提供一定的帶坯咬入力，保證卷曲的穩(wěn)定性。當帶卷直徑不斷增大到設定值時，出口彎曲輥輥縫Gap2逐漸增大。而入口輥縫Gap1保持恒定，保證成卷的穩(wěn)定，并且控制中間坯的反向彎曲。當進入卷曲末期時，入口彎曲輥迅速抬起，讓過帶尾。

2.2單獨調(diào)整式彎曲輥力學性能參數(shù)的計算

2.2.1彎曲輥力學性能參數(shù)

圖1　熱卷箱

1—入口彎曲輥樞軸架　2—入口彎曲輥　3—過渡導板

圖3　中間坯在成型擋板上的撞擊位置對卷眼的影響

彎曲輥力學性能參數(shù)包括作用在彎曲輥上的彎曲扭矩和驅動功率。

2.2.2作用在彎曲輥上的彎曲扭矩

根據(jù)功能相等的原理，即中間坯彎曲變形所作的功Ap應和彎曲輥在彎曲扭矩Mk的作用下使中間坯前進所作的功Ak相等。

設定：

(1)彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms。

(2)假設中間坯進入彎曲輥之前為理想狀態(tài)，即1/r0=0。

(3)假設彈復功不屬于耗能功。

(4)忽略超前接觸對彎曲力的影響。

(5)忽略由于彎曲輥速度不同步造成的負轉矩對彎曲功率的影響。

根據(jù)彈塑性變形原理，彈塑性彎曲階段應變與彎曲曲率的關系為：

中間坯彈塑性彎曲變形外力矩M與曲率的關系式為：

由中間坯彈塑性彎曲變形外力矩M與曲率的關系圖(見圖4)分析可知，彎曲外力矩M與中間坯材料的機械性能、彎曲變形程度以及斷面形狀、尺寸等因素有關。

作用在彎曲輥上的彎曲扭矩為：

圖4　中間坯彈塑性彎曲變形

2.2.3彎曲輥驅動功率的確定

彎曲輥下輥的驅動功率為：

式中Mk——彎曲扭矩，kN·m；

P2——作用在下輥上的壓力，kN；

f——輥子和中間坯的滾動摩擦系數(shù)，f=0.001 5m；

μ——輥子軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承μ=0.005；

D——輥子直徑，m；

d——輥子軸承處直徑，m；

圖5　彎曲輥輥縫示意圖

圖6　彎曲輥輥縫計算簡圖

v——速度，m/s；

η——傳動效率，采用電機→減速器→萬向接軸傳動，η=0.85～0.9。

2.3彎曲輥輥縫定義和輥縫計算

2.3.1彎曲輥輥縫定義

彎曲輥輥縫是入口及出口上彎曲輥和下彎曲輥輥面之間的最小距離，見圖5中的Gap1、Gap2。

2.3.2輥縫設定

在入口輥縫Gap1及出口輥縫Gap2設定時，可根據(jù)中間坯厚度H及優(yōu)化后的中間坯彎曲曲率半徑R以及坯頭在上成型擋板上的撞擊點P點對Gap1，Gap2進行設定，采用解析法進行計算，如圖5所示。

2.3.3輥縫計算

熱卷箱的彎曲輥輥縫是通過帶位移傳感器的液壓缸設定和檢測的，所以計算彎曲輥輥縫值就是計算彎曲輥輥縫和液壓缸行程的對應關系。

彎曲輥入口樞軸架的轉點設為坐標原點，建立平面坐標系，如圖6所示。

根據(jù)上述所示輥縫設定值計算液壓缸行程與輥縫之間的關系，即Lc1，Lc2與Gap1，Gap2之間的關系。

3結論

由于熱卷箱上輥單獨調(diào)整式彎曲輥的結構特點，能保證中間坯穿帶及卷取的穩(wěn)定性，有效提高卷眼的質量，減少中間坯穿帶和卷取時對設備的沖擊，減少設備維護時間和維護成本。

參考文獻

[1]鄒家詳. 軋鋼機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[2]劉鴻文. 材料力學[M].北京：高等教育出版社，1990.

[3]崔甫. 矯直原理與矯直機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

編輯陳秀娟

Analysis on the Structure of Bending Roll with Top Roll Separate Adjustment in Coilbox

Wang Tao

Abstract：This paper introduces and analyses the structure of key part that bending roll with top roll separate adjustment in coilbox.

Key words：coilbox; bending roll; structure

中圖分類號：TG333.2+4

文獻標志碼：B

作者簡介：王濤(1981—)，男，高級工程師，主要從事冶金設備設計。電話：18113020815，E-mail：tommy_333@163.com

收稿日期：2015—10—08