上海寶鋼股份公司熱軋精整分廠 韓永健
縱切鋼卷寬高比研究及應(yīng)用
上海寶鋼股份公司熱軋精整分廠 韓永健
某熱軋廠一精整分廠的縱切線,是擁有縱切開條和分切重卷等功能的多用途卷線機組。隨著公司一體化進程的推進,縱切開條卷在內(nèi)部供料中的比重逐步攀升,同時也帶來了新的生產(chǎn)要求,即要求縱切后單條單獨成捆包,這給縱切生產(chǎn)帶來了成品儲運的傾翻問題。本文,筆者通過研究物體傾翻原理,結(jié)合現(xiàn)實情況確定鋼卷寬高比,并按照用戶的不同需求,確定解決縱切帶儲運傾翻問題的生產(chǎn)組織方案。
根據(jù)物理學(xué)原理,一個物體或一個系統(tǒng)要想保持平衡狀態(tài),就必須滿足物理學(xué)的守恒原則,即共點力作用下的平衡(靜止或勻速運動),則有∑F=0;有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡,則有∑M=0;物體既沒有固定轉(zhuǎn)動軸,又不是受共點力作用,而要保持平衡,則有∑F=0 和∑M=0。
當(dāng)物體處在斜面時,要保持其靜態(tài)平衡,則要滿足∑F=0。根據(jù)力學(xué)分解圖(圖1)所示,支撐力N和重力G的合力應(yīng)該同靜摩擦力大小相等,而方向相反,即 f′=G sinα= f。而N= G cosα,又有f=μN ,所以最后得到μ=tgα。由于tgα在0~90°間為單調(diào)遞增函數(shù),所以只要靜摩擦系數(shù)μ大于或等于tgα,斜面上的物體就處于靜態(tài)平衡狀態(tài)。
當(dāng)傾斜面角度增大時,單調(diào)遞增函數(shù)tgα也增大。當(dāng)tgα大于靜摩擦系數(shù)μ時,斜面上物體的靜態(tài)平衡狀態(tài)被打破,物體開始下滑。由于動態(tài)的摩擦系數(shù)要小于靜摩擦系數(shù),所以打破靜態(tài)平衡狀態(tài)的物體處于勻加速下滑狀態(tài)。
在斜面上的物體被打破靜態(tài)平衡狀態(tài),處于勻加速下滑狀態(tài)時,∑F≠0,重力G已大于支撐力N和動摩擦力f的合力G ′,也就是說,在重心垂線方向上有一大小為G-G ′、方向向下的合力。如果此時重心垂線偏于物體幾何形狀之外,即如圖2所示的偏于A點的左側(cè),則∑M=(G-G ′)L≠0,物體繞A點發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)而引發(fā)傾翻。如果此時重心垂線沒有偏于物體幾何形狀之外,則∑M=0,物體仍處于勻加速下滑狀態(tài)。
雖然重心垂線沒有偏于物體幾何形狀之外時,物體可以保持勻加速下滑狀態(tài)。但如果此時遇到障礙物,則有兩種情況發(fā)生。如圖3所示,障礙物高度低于重心L,此時重力G和支撐力N的合力F大于動摩擦力f,則∑M=(F-f)L≠0,物體繞B點發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)而發(fā)生傾翻。 障礙物高度高于重心,則∑M=0,物體不傾翻,但可能發(fā)生其他運動(如停止、減速或者沖量過大而反向運動等)。
一個靜態(tài)的簡單傾翻過程,就是物體發(fā)生傾斜至arctgμ角度以上,靜態(tài)平衡被打破,物體加速下滑,最后發(fā)生傾翻。
縱切生產(chǎn)的成品鋼卷是一個幾何形狀規(guī)則的勻質(zhì)物體,所以其重心處于幾何形狀的中心位置。根據(jù)前面的力學(xué)分析,當(dāng)傾斜角度大于arctgμ角度時,物體靜態(tài)平衡被打破,就有傾翻的可能,關(guān)鍵看這時的∑M是否為0。所以,筆者以打破平衡狀態(tài)的臨界角度arctgμ為傾翻臨界點,來確定鋼卷的寬高比。鋼與鋼的靜摩擦系數(shù)為0.7,結(jié)合圖1和圖2,臨界點的寬高比就等于tgα,也就是靜摩擦系數(shù)μ,所以鋼卷的寬高比為7∶10 。
1. 冷軋薄板用料。冷軋薄板廠的用料(磁屏蔽用鋼和蔭罩帶鋼)規(guī)格通常為2.5×700L,由于有活套的限制,其帶鋼長度希望在300m以上。以300m為例,通過質(zhì)量公式m=ρν,計算得到捆包單重重量應(yīng)該在4.2t以上,外徑在1 120mm以上。這樣就不能滿足寬高比7∶10的要求。
結(jié)合實際,筆者從下工序需求出發(fā),取保證下工序要求的最低界限,這樣可盡量減小可能發(fā)生傾翻時∑M值。那么,即使在達到傾翻界限時,由于還有裝車時固定繩索提供的外力,∑M值還是能保證在達到傾翻界限時,不會發(fā)生傾翻。
為了使一線操作人員能更加直觀地操作,通常把投料板坯的質(zhì)量限定在25t左右,精整只需按照兩條兩分切組織生產(chǎn),也就是經(jīng)過精整縱切后可形成4個捆包,這樣除去切損等后,每個正品捆包重量在5t左右,即外徑在1 180mm左右。
2. ERW用料。同樣受到活套的限制,ERW希望使用大卷,即只開條不分切。為此,筆者設(shè)計了運輸車輛專用鞍座,并在某內(nèi)部運輸車輛中使用專用鞍座結(jié)構(gòu)。
由于ERW開條卷高度都會在1 800mm以下,所以如圖4所示,當(dāng)車輛發(fā)生傾斜而打破鋼卷的平衡體系時,900mm高的鞍座壁可以給鋼卷在摩擦力方向提供支撐力,保證了∑F=0。同時,900mm高的鞍座壁高出鋼卷重心的高度,這樣也保證了∑M=0。鋼卷的平衡體系得到恢復(fù),鋼卷不發(fā)生傾翻。
通過理論分析并結(jié)合現(xiàn)實情況,確定了鋼卷的寬高比界限為7∶10。根據(jù)現(xiàn)狀需求,把寬高比靈活應(yīng)用于縱切生產(chǎn)實際中,確定了如下生產(chǎn)原則:冷軋薄板料,投料板坯在25t左右,縱切生產(chǎn)兩條兩分切;ERW料,縱切不分切,用專用器具運輸。