錢正華

（中國人民解放軍海軍上海工程機(jī)械廠，上海 200433）

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)軋制力計(jì)算與應(yīng)用

錢正華

（中國人民解放軍海軍上海工程機(jī)械廠，上海 200433）

針對二輥銅桿冷軋機(jī)在設(shè)計(jì)過程中，軋制力計(jì)算部分理論參數(shù)無法確定，造成計(jì)算困難的問題，以φ25～ φ12.7八牌坊軋機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，通過能耗實(shí)驗(yàn)法和相關(guān)公式推導(dǎo)計(jì)算軋制力大小。同時(shí)應(yīng)用計(jì)算結(jié)果，簡單介紹在相同軋制條件下不同孔型或道次軋制力的計(jì)算方法。

銅桿冷軋機(jī)；軋制力；能耗實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

近幾年來，隨著銅加工行業(yè)的發(fā)展，二輥銅桿冷軋機(jī)的需求一直保持快速增長的態(tài)勢，其應(yīng)用范圍也越來越廣，常規(guī)孔型軋機(jī)已不能滿足市場要求，各種復(fù)雜孔型軋機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

軋機(jī)設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)難點(diǎn)：一是孔型設(shè)計(jì)，二是強(qiáng)度計(jì)算。對于特殊規(guī)格孔型設(shè)計(jì)，目前我廠已有一套較好的控制方法。因此如何進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，特別是當(dāng)軋制較大尺寸規(guī)格銅桿時(shí)，軋制力變大，軋制箱體內(nèi)各部件的強(qiáng)度是否足夠？如何使其滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)？成為目前軋機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)非常重要課題。

對于二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)，強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵是軋制力的大小。對于紫銅桿圓—橢—圓孔型系，其軋制力目前從理論上計(jì)算過程較為復(fù)雜，且缺少相關(guān)理論數(shù)據(jù)，無法直接計(jì)算。實(shí)踐已經(jīng)證明，常規(guī)孔型軋機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度完全符合使用要求。因此本文主要通過對 φ25～φ12.7八牌坊軋機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過能耗實(shí)驗(yàn)法和相關(guān)公式推導(dǎo)來確定某一道次軋制力的大小，并通過類比法加以應(yīng)用。

1 軋制力計(jì)算

1.1 傳動(dòng)力矩的組成

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)軋制過程中，軋輥?zhàn)鲃蛩龠\(yùn)動(dòng)，忽略動(dòng)力矩dM 的影響,因此在電動(dòng)機(jī)軸上，傳動(dòng)軋輥所需力矩最多由下面三部分組成：

式 中： Mj為 軋 制靜力矩， 亦即克服被 軋金屬的變形抗力和金屬對軋輥表面的摩擦所需的力矩，N·m；i為軋輥與電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)比，i=10.3； Mm為克服軋制時(shí)發(fā)生在軋輥軸承和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等的附加摩擦力矩，N·m；Mk為空轉(zhuǎn)力矩，即軋輥空轉(zhuǎn)時(shí)的傳動(dòng)力矩，N·m；

靜載荷又可由電動(dòng)機(jī)的功率確定：

1.2 軋制力矩的確定

軋制力矩通常有二種方法確定：一是按金屬對軋輥的作用力計(jì)算軋制力矩；二是按能量消耗曲線確定軋制力矩。在孔型系統(tǒng)中軋制時(shí)，力臂系數(shù)的計(jì)算尤為困難，特別對于銅桿冷軋，目前沒有相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。在很多情況下，比較合理的是，利用按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的軋制能耗來確定軋制力矩。如果軋制條件相同，其計(jì)算結(jié)果也較可靠。

為了獲得更精確的數(shù)據(jù)，本次實(shí)驗(yàn)逐道次測定了這一消耗。由實(shí)驗(yàn)可得軋制每噸銅時(shí)根據(jù)總延伸率的不同所需的能耗曲線，如圖1所示。

圖1 φ25～ φ12.7八牌坊二輥銅桿冷軋機(jī)的單位能耗曲線

由于軋制能耗是按電動(dòng)機(jī)的載荷測定的，上述曲線的數(shù)據(jù)也包含了軋制機(jī)構(gòu)中的摩擦耗能，但扣除了軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損失。所以這一能耗計(jì)算出的力矩是軋制力矩Mz與附加摩擦力矩 mM 之和。

表1 二輥銅桿冷軋機(jī) φ25～ φ12.7某道次參數(shù)

若忽略前滑的影響，并且軋制為理想狀態(tài)，無張力或推力，則對于密度為 8.9t/m3 的紫銅，有：

對于二輥銅桿冷軋機(jī)某道次，已知以下參數(shù)：

1.3 附加摩擦力矩的確定

附加摩擦力矩由軋輥軸承中的摩擦力矩和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩二部分組成。對于二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)，軋輥軸承中的摩擦力矩值為：

式中：P為軋制力；1d為軋輥輥頸直徑，1d =0.1m；1f 為軋輥軸承摩擦系數(shù)，二輥銅桿冷軋機(jī)采用滾動(dòng)軸承，1f=0.003。

二輥銅桿冷軋機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩：

式中：2mM 為換算到主電機(jī)軸上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩；為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，

換算到主電機(jī)軸上的附加摩擦力矩為：

1.4 空載力矩的確定

按常規(guī)公式計(jì)算甚為復(fù)雜，在此對二輥銅桿冷軋機(jī)按實(shí)驗(yàn)辦法確定：

式 中： Nk為 空 載 時(shí) 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率，為空載時(shí)電動(dòng)機(jī)的角速度計(jì)算得

1.5 計(jì)算

由式（1）～（6）求出：軋制力矩 Mz=37886.9 N·m；附加摩擦力矩 Mm=149.5 N·m；軋輥軸承中的摩擦力矩值Mm1=160N·m；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩 Mm2=134N·m；軋制力 P=533kN。

2 應(yīng)用

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)常采用經(jīng)驗(yàn)方法，各軸、齒輪和軸承等選用缺少相關(guān)理論支持，特別是在增大銅桿規(guī)格時(shí)各參數(shù)選用可能不符合要求，造成這一現(xiàn)象的根本原因就是孔型軋制時(shí)軋制力計(jì)算困難。下面介紹應(yīng)用上述結(jié)果來簡單計(jì)算不同孔型或道次軋制力的方法。

在簡單的孔型中軋制時(shí)，用以下公式計(jì)算接觸應(yīng)力：

式中： nσ為影響軋件應(yīng)力特性的因素，由和'四 部 分 組 成 ， 其 中為 有 寬 展 時(shí) ， 外 摩 擦力變化的影響系數(shù)，其值可由已知孔型軋前平均寬度與高度之比值查圖表選??；為外摩擦影響系數(shù)可由已知孔型參數(shù)寬度差與軋前高度之比值查圖表選??；為外區(qū)影響系數(shù)，可由已知孔型的接觸弧長與軋件截面平 均 高 度 之 比 值 查 圖 表 選 取 ；為 張 力 影 響 系 數(shù)，為 了 計(jì) 算 方 便， 假 設(shè) 軋 制 為 理 想 狀 態(tài) ， 即為孔型的沖頭及形狀對接觸壓力的特殊影響系數(shù)，其值可由定值摩擦系數(shù)、接觸弧長與軋件截面平均高度之比值和金屬在孔型中的受限制的程度通過公式計(jì)算確定。為孔型形狀系數(shù)，

軋制力計(jì)算按公式：

式中：F為接觸面積，如孔型已知?jiǎng)t其為定值。

綜合（8）、（9）二式可知，若已知某孔型道次軋制力 為定值，則任一孔型軋制力亦即可求。

由于查表誤差和忽略了張力等影響因素，按此經(jīng)驗(yàn)算值與實(shí)際實(shí)驗(yàn)計(jì)算值存在 15%左右誤差。

3 結(jié)語

利用能耗實(shí)驗(yàn)法計(jì)算二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)孔型軋制力，避免了理論公式計(jì)算中大量參數(shù)無法選取問題，為目前比較簡單合理的方法，其計(jì)算結(jié)果也較為準(zhǔn)確。再以某一道次軋制力為基數(shù)，推廣應(yīng)用到求解其他類似條件下的軋制力，計(jì)算過程十分簡單，從而使軋機(jī)的設(shè)計(jì)簡便可靠。

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