翻钢机构受力分析和计算

王军芳， 马秋亚

(常州宝菱重工机械有限公司， 江苏 常州 213019)

引 言

翻钢机普遍用于线材生产线、棒材生产线(包含圆棒和方坯)、型钢生产线。一般配合开坯轧机的辊道一起使用，布置在BD1开坯轧机的出、入口。翻钢机随驱动侧推床同步动作，在轧制过程中起翻转坯料轧制面的作用。

本文主要对用于驱动翻钢机构的连杆及摆臂的支点进行计算，这两个位置的设定对翻钢钩的运动轨迹、动作精准度以及滑块的运动轨迹都有着极大的影响，决定着是否能将坯料准确地送入开坯轧机孔型。所以翻钢机是轧制生产线上一个非常重要的大型冶金生产设备。

1 翻钢机的结构特点和功能介绍

1.1 翻钢机的结构特点

翻钢机是由电机、齿式联轴器、减速机、带长轴连杆驱动机构、齿轮齿条传动机构、翻钢钩、侧板机构以及电控机构等主要部件组成，在国内设计院的设计中一般定义带长轴的连杆驱动机构和翻钢钩为翻钢机，其余部件组合则定义为推床，但在西马克梅尔的设计中则习惯把这个整体定义为翻钢机。翻钢机的结构图如图1所示。

图1 翻钢机整机结构图

翻钢机构包含了带长轴的连杆驱动机构和翻钢钩，整体安装在右侧侧板机构的横梁上，长轴是由两根轴组成，中间用齿式联轴器刚性连接。长轴上安装6个翻钢钩，6处翻钢钩、连杆及摆臂通过曲柄与减速机相连，减速机通过齿式联轴器与电机相连。翻钢机构的结构图如图2所示。

1.2 翻钢机的功能介绍

翻钢过程中翻钢机构随着侧板机构一起运动，侧板机构的运动是靠齿轮齿条传动机构将电机的旋转运动转换成直线运动的。翻钢机构的翻钢原理是电机通过联轴器驱动减速机，减速机为一端输入，两端输出，在它的两端输出轴上各连接一个曲柄，曲柄旋转驱动摆臂在顺时针0.782°至逆时针28°的范围内小幅旋转，摆臂通过长轴中间的两个连杆驱动长轴，长轴再通过平连杆将旋转运动转化至翻钢钩的曲线运动，从而实现对轧制件的90°翻转。翻钢钩的曲线轨道安装在侧板机构侧板的背面及横梁上。

图2 翻钢机构结构图

2 摆臂和连杆的受力分析和计算

2.1 受力分析

从前面的结构及功能原理的分析中可以知道，如图3所示，支点A即连杆与摆臂的连接点，支点B即曲柄与摆臂的连接点，也是动力输入点，即图中力F1。在动力F1和配重阻力G的联合作用下，作用力通过支点A传递至连杆上。L1和L2分别为作用力臂。

摆臂在支点A上给连杆传递作用力Fx和Fy，连杆固定在长轴上形成支点C，如图4所示。连杆在Fx和Fy的综合作用下形成最终的传动力矩M。

图3 摆臂的受力分析

图4 连杆的受力分析

2.2 受力计算

在支点A处，配重机构重力G和驱动力F1作用下，形成如下平衡

G(L1+L2)×cosα=F1×L2

(1)

支点A的受力情况Fx和Fy如下：

Fx=Gsinα

(2)

Fy=F1-Gcosα

(3)

支点A处在Fx和Fy的综合驱动力下，最终在翻钢钩上形成的力矩如下

M=Fx×acosα+Fy×asinα

(4)

2.3 配重和支点A对受力的影响

在正常工作状态下，一个完整的翻钢动作的任何一点，力矩M均应该是正值，在设计的过程中，如某一点M出现了负值，则代表配重的质量超重，亦或连杆上支点A位置的选择不对,这种情况下就必须重新设计计算。

另外，需要注意的是配重的作用，它不仅仅只起到平衡力矩的作用，更重要的是它的内部结构，是由一组碟簧组成的，在翻钢过程中要起到对滑块冲击力的缓冲， 所以设计时不能一昧的减小配重来满足

传动力矩。而连杆支点A的选择也不止仅传输力矩一项作用，它也决定着翻钢钩的翻钢动作轨迹，所以也不能随意的改动。

3 结束语

综上所述，翻钢过程中的力是各种因素下的综合作用。配重的存在也是为了平衡翻钢过程中的翻钢阻力和冲击力，减轻了驱动减速机及曲柄的受力；连杆固定在长轴上，一方面保证了6处连杆的同步性功能，另一方面传动一部分作用到框架上。众所周知，力矩的大小决定因素为力和力臂，在这个翻钢机构中，配重的自重影响着力，而连杆上支点A的选择决定着力臂。总而言之，要想使翻钢机构达到一个和谐的工作状态，要考虑四点：配重质量，配重碟簧数量，连杆支点A，翻钢钩轨迹。