板坯热送转弯辊道的设计计算

2019-05-13杨智军

中国重型装备 2019年2期

王欢杨智军

(中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122)

热送辊道是用于接受铸坯并将铸坯送往轧钢车间的最简单、投资最少、效率最高的一种运输方式。以前国内钢厂的热送辊道都是直线的，这种辊道设计比较简单。我们为福建某钢厂设计时，由于地形和厂房之间的位置关系，必须采用转弯辊道才能达到要求，基于这个要求，我们设计了转弯辊道，铸坯宽900 mm，长9000 mm，厚210 mm，温度约为700℃，辊道采用干油集中润滑，单独电机传动，在侧面设置了侧导板和保温罩等装置，以满足铸坯运输的要求。

1 主要参数与结构形式

1.1 主要技术参数

辊子尺寸：长锥辊∅316 mm×1950 mm

辊子材质：35

驱动方式：单独传动，变频

润滑方式：干油集中润滑

1.2 结构与组成

该段辊道为圆弧形布置，辊道中心的圆弧半径为40 000 mm。辊子结构为长锥辊型式，单独传动。切割前辊道主要由辊子装配、驱动装置、辊道架、润滑管路、侧导板及保温罩系统等组成。

2 主要参数设计计算

2.1 热送转弯段辊子宽度

图1 转弯段辊子宽度计算示意图Figure 1 Calculation diagram of roll width in turning section

如图1所示，热送转弯段辊子宽度B用下式计算为：

(1)

式中，R为转弯半径，单位为mm；W为铸坯宽度，单位为mm；L为铸坯长度，单位为mm；ΔB为转弯段宽度裕量，一般情况下为50 mm～100 mm。计算所得结果应圆整。

2.2 确定辊子间夹角

由于铸坯的底面平硬，如图1所示，设计时要对单个辊子承载能力进行校核，对于初始段，还需要考虑冲击载荷的影响，必要时需缩小辊子间夹角。

2.3 单个辊子上的载荷

作用在单个辊子上的载荷F按下式计算：

F=Gm′

(2)

式中，G为铸坯总重量；m′为有效承载辊子数，一般取m′=0.7m；m为铸坯下面的辊子数。

根据计算的F值，从设计手册上查出单个辊子许用载荷[F]，使得F<[F]。

2.4 圆锥辊子的锥度计算

圆锥辊子沿圆心O点做旋转运动，见图2。

图2 铸坯做圆弧旋转运动示意图

铸坯外沿点速度为：V1=ωR1

铸坯内沿点速度为：V2=ωR2

式中，ω为铸坯沿半径R运动时的角速度；R1为铸坯外沿和辊子接触点处旋转半径；R2为铸坯内沿和辊子接触点处旋转半径。得出：

V1V2=ωR1ωR2=R1R2

(3)

就单个辊子而言，在铸坯外沿点的速度Vg1=πngd1，在铸坯内沿点的速度Vg2=πngd2，因此在半径为R的圆中的速度和单个辊子的速度是相同的。s单个锥辊子的速度示意图如图3所示。

图3 单个锥辊子的速度计算示意图Figure 3 Diagram of velocity calculation of single tapered roller

故有V1=Vg1，V2=Vg2

V1V2=πngd1πngd2=d1d2

(4)

式中，ng为辊子转速，单位rmin。

由式(3)和式(4)可得：

V1V2=Vg1Vg2=R1R2=d1d2

如果锥辊的中心直径为dc，则：

d1=2dcR1(R1+R2)

d2=2dcR2(R1+R2)

2.5 电机功率计算

圆锥辊的辊子采用单独电机驱动的方式，为便于控制，电机采用变频控制。

2.5.1 输入参数

dc为锥辊中径，单位为mm；Pg为单个辊子的重量，单位为kN；n为辊子数量；Vc为锥辊中心的线速度，单位为ms；G为铸坯总重量，单位为kN。

2.5.2 驱动辊道所需电机功率

驱动辊子自重需要的力矩为：

Tc=Pgnμ1dc2

(5)

输送板坯时需要的静力矩为：

Tw=G(μ1db+μ2dc)2

(6)

输送铸坯时辊道所需的静力矩为：

T=Tc+Tw=Pgnμ1dc2+G(μ1db+μ2dc)2

(7)

式中，Tc为驱动辊子自重产生的阻力矩，单位为kN·mm；Tw为板坯重量产生的阻力矩，单位为kN·mm；db为轴承的平均直径，db=0.5(内径+外径)，单位为mm；T为输送铸坯时辊道要克服的静阻力矩；μ1为轴承的摩擦系数，对于滚动轴承，取μ1=0.02；μ2为铸坯和辊子表面之间的摩擦系数，对于滚动轴承，取μ2=0.04。

故辊子所需电机的功率为：

N=KTng9.55×η

(8)

式中，ng为辊子转速，ng=60v(πD)，单位为rmin；η为效率，η=0.85；K为工况系数，K取值1.5～2。

根据公式(8)计算的功率值，选定电机的额定功率。根据选定的电机功率，必要时可对电机的热功率进行校核。