轧钢车间辊道设计的研究与应用

·56·产品开发与设计机械2010年第8期总第37卷———————————————收稿日期：2010－03－26作者简介：朱晓琼（1983－），湖北孝感人，硕士研究生，助理工程师，主要研究方向为机械制造及自动化。轧钢车间辊道设计的研究与应用朱晓琼（中国冶金科工集团华天工程技术有限公司，安徽马鞍山243005）摘要：阐述了如何选取轧钢车间辊道的基本参数，包括辊子直径、辊身长度、辊距、辊道速度等参数。轧钢车间辊道的传动形式可分为集体传动辊道和单独传动辊道两种，针对应用广泛的单独传动辊道，通过实例计算来介绍如何设计选型辊道电机，并对计算结果进行了验算，与以前该类辊道的计算方法相比，不仅对单独传动辊道进行了设计计算，而且还通过实例对计算结果进行了验算，这有助于提高计算结果的实际意义，实际使用结果证明该计算和验算方法有效。关键词：单独传动；辊道参数；电机；选型中图分类号：TG338文献标识码：A文章编号：1006－0316(2010)08－0056－03TheresearchandapplicationoftherollerdesigninsteelrollingworkshopZHUXiao-qiong(HuatianEngineering&TechnologyCorporation，MCC，Maanshan243005，China)Abstract：Thearticleexpoundshowtoselecttherollerbasicparametersinsteelrollingworkshop，Whichincludetherollerdiameter,thelengthofroll,therollaway,therollspeed.Transmissiontypeoftherollersdivideintocollectiveandseparatedriverollersinsteelrollingworkshop,forseparatedriverollersofwidelyapplication,Thearticleintroduceshowtoselectmotorbyanactualexample,andcheckcomputations，contrastingtothepreviouscalculationmethodofsuchrollers,Thepapernotonlycarriedoutdesigncalculationforaseparatedriveroller,butalsocheckcomputationsofthecalculationresultsbyanexample,thiswillhelptoimprovethepracticalsignificanceoftheresults,usingtheresultsshowthatthecalculationandcheckingmethodiseffective.Rationalselectionofmotorcouldcutdownthemaintenanceworkloadandimprovetheworkingefficiencyofrollingmill．Keywords：individualdrive；therollerparameters；motor；typeselection在轧钢车间，辊道是运送轧件必不可少的设备，它贯穿车间整个生产作业线，占车间设备总重量的20%～30%（有的车间甚至达到40%～60%），在很大程度上关系着轧钢车间的生产率和整个轧制工艺流程的连续性，而且轧钢机前后的辊道运转情况还直接影响轧钢机产量。轧钢车间辊道的传动形式可分为集体传动辊道和单独传动辊道两种。随着轧钢技术的发展，辊道由单台电机和机械齿轮箱的集体传动发展为由一台电机传动一个辊的单独传动方式，因为单独传动投资省、能耗低。本文针对单独传动辊道的特点，讲述了单独传动辊道各参数的选取和意义，然后通过实例介绍了单独传动辊道电机的计算，并进行了验算，最后实际效果显示该计算方法有效，与以前该类辊道的计算方法相比，本文不仅对单独传动辊道进行了设计计算，而且还通过实例对计算结果进行了验算，这有助于提高计算结果的实际意义，使用结果证明该计算和验算方法有效。1辊道的基本参数1.1辊子直径D为减少辊子重量和飞轮距，在保证有足够强度的前提下，辊子直径应尽可能选得小些，以便降低传动功率消耗，各种辊道辊径的选择如表1所示。1.2辊身长度l对于工作辊道，为了充分利用轧辊的孔型，一机械2010年第8期总第37卷产品开发与设计·57·般比轧辊的辊身长度大100～200mm。对于运输辊道，辊身长度l取决于运输的轧件宽度b，即：l＝b＋∆式中：∆为余量，可根据运输的轧件种类选择确定。对于窄轧件，建议取150～200mm；对于宽轧件，取200～250mm；对于热钢锭，取300～350mm。表1各种轧钢机辊道的辊子直径及用途直径/mm用途600装甲板轧机和板坯机的工作辊道500板坯机、大型初轧机和厚板轧机的工作辊道450初轧机的工作辊道400小型初轧机和轨梁轧机的工作辊道，板坯轧机和大型初轧机的运输辊道350中板轧机的辊道，初轧机和轨梁轧机的运输辊道300中型轧机和薄板轧机的工作辊道和输入辊道250小型轧机的辊道，中型轧机和薄板轧机的输出辊道200小型轧机冷床处理的辊道150线材轧机的辊道1.3辊距p辊距决定于轧件的长度和厚度。运输短轧件时，辊距不能大于最短轧件长度的一半，以便轧件至少能同时放在两个辊子上。运输长轧件时，最大辊距决定于轧件因自重产生弯曲的允许强度，辊距不宜太大。运输轧制成品在10mm以下的薄板坯时，辊道选1000mm为佳。1.4辊道速度辊道速度一般根据辊道用途确定。工作辊道，通常按轧制速度选取，当轧件薄而长时，机后工作辊道速度应取得比轧制速度大5%～10%。运输辊道，机后运输辊道一般比轧制速度大5%～10%，在满足生产率的情况下，对于冲击负荷较大的加热炉炉前辊道，应选用较低的速度，一般1.2～1.5m/s，这可减少坯料的温度降。为不产生堆钢现象，轧机输出辊道的速度要取为轧件轧制速度1～1.1倍。2辊道的设计计算某钢厂出炉辊道位于加热炉出口端，其作用是将加热好的钢坯往轧机方向输送，轧机速度1.36m/s，传动方式为17个辊子单独传动，行程为24m，运输钢坯规格150×150×12000mm，运输钢坯单重2055kg，下面介绍该段辊道参数的选取和电机功率和选型的计算，并对该结果进行验算。2.1辊道参数的选取根据表1，选取辊子直径Φ300，辊身长度l＝b＋∆＝150＋300＝450mm（取∆＝300mm）。辊道速度为轧机速度的1～1.1倍，取最高辊道速度v＝1.1×1.36＝1.5m/s，最低速度为最高速度的1/10，即0.15m/s。辊距p＝24/16＝1500mm。2.2辊道电机选型（表2）及验算该辊道是属于运输辊道，且是启动工作制辊道，因此辊道除了静力矩外，还要考虑辊子和轧件所产生的动力距，辊道的起动力矩：'4')(21uRGDRQuQfurQGM++++=表2辊道电机已知和计算的数据符号名称数值备注D辊身直径0.3mR辊身半径0.15mµ辊颈轴承的摩擦系数0.005滚动轴承u＝0.002～0.005；滑动轴承u＝0.06～0.1µ′轧件在辊子上打滑时的摩擦系数0.3冷轧件µ′＝0.15～0.18；热轧件µ′＝0.3f轧件在辊子上的滚动摩擦系数0.0015冷轧件f＝0.001m；热轧件f＝0.0015m；炽热的钢锭f＝0.002mG1一台电机带动辊子重量之和507kgG轧件的重量2055kgQ一台电动机承担运输轧件的重量kG＝616.5kg单独传动的辊道，则为作用在一个辊子上的重量k＝0.3，r辊颈半径r＝(170+95)/2＝0.066mGD2一台电机带动的辊子飞轮力矩之和7.1kg·m2C运输钢材的行程24m表中：k为根据轧件断面面积和长度的取值代值计算：M＝33.85kg·m5.953.0π5.160π60=××==DVnr/min316.39755.9585.33975=×=×=nMNkW式中：n为辊子转速；N为初步计算的电机功率。·58·产品开发与设计机械2010年第8期总第37卷所以初选辊道变频电机YZR132M2-6，电流12.9A，功率Ne＝4kW，ne＝900r/min。根据电机和辊道的转速，可确定减速机速比：42.95.95900===nnie下面对所选电机进行验算：空转效率：ηη5.0=k＝97.05.0×＝0.485（η＝0.96～0.98）电机轴上的空转力矩：kkiurGMη1=＝485.042.913.0005.0507×××＝0.07kg·m运输钢材时的力矩：QifurMMkjη++=＝5.61697.042.90015.013.0005.007.0××+×+＝0.2kg·m打滑力矩：Mh＝QiurRuMkη++'＝5.61697.042.915.03.013.0005.007.0×××+×+＝3.15kg·m辊道传动系统飞轮距之和：∑2GD＝4J总＝2654321]2[4iJJJJJJ+++×++×＝242.9/]1.0097.05378.109.02038.026.0[4+++×++×＝1.13kg·m2起动力矩：Mq＝∑+24'GDRiMjµ＝13.115.043.042.920.0×××+＝5.52kg·m制动力矩：Mz＝jMGDRi−∑24'µ＝20.013.115.043.042.9−×××＝5.12kg·m起动时间：tq＝)(3752jqeMMnGD−∑＝)2.052.5(37590013.1−××＝0.51s制动时间：tz＝)(3752jzeMMnGD+∑＝)2.012.5(37590013.1+××＝0.51s运输钢材的实际速度：VH＝iDne60π＝42.9603.0900π×××＝1.5m/s起动行程：sq＝2qHtV＝251.05.1×＝0.38m制动行程：sz＝2zHtV＝251.05.1×＝0.38m等速行程：sH＝)(zqSSC+−＝24－(0.38＋0.38)＝23.24m等速运输钢材所需的时间：tH＝HHVS＝23.24/1.5＝15.5s操作一个T内电机的工作时间：t＝zHqttt++＝0.51+15.5+0.51＝16.52s实际负载持续率：FS%＝Tt×100%＝5952.16×100%＝28%均方根力矩：Mju＝zHqzZHhqqttttMtMtM++++222＝06.11＝3.3kg·m负载持续率25%时均方根力矩：M25＝25FSMju＝25283.3×＝3.5kg·m33.49004975975=×==nNMeekg·m式中：Me为负载持续率25%时的额定力矩。因为M25＜Me，则根据上述验算，初选的辊道电机YZR132M2－6是合适的。3结束语目前，该钢厂已投入生产，且根据该计算结果选取的辊道运行良好，使用效果证明该计算和验算方法对实际生产有指导意义，符合生产使用的要求。参考文献：[1]邹家祥.轧钢机械[M].北京：冶金工业出版社，2006.[2]黄庆学，肖宏，孙斌煜，等.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2007.[3]李微.热轧厂运输辊道传动及电机的选型与应用[J].机械工程与自动化，2009，8（4）：184-185.[4]吴树祥，等.1550m热轧机炉前辊道各参数的选取[J].一重技术，1998（1）：1-5.[5]田进红.铝带坯热轧机辊道电机功率的校验[J].有色金属加工，2009，（4）：27-29.