王軍芳， 馬秋亞

(常州寶菱重工機械有限公司， 江蘇 常州 213019)

引 言

翻鋼機普遍用于線材生產(chǎn)線、棒材生產(chǎn)線(包含圓棒和方坯)、型鋼生產(chǎn)線。一般配合開坯軋機的輥道一起使用，布置在BD1開坯軋機的出、入口。翻鋼機隨驅(qū)動側(cè)推床同步動作，在軋制過程中起翻轉(zhuǎn)坯料軋制面的作用。

本文主要對用于驅(qū)動翻鋼機構(gòu)的連桿及擺臂的支點進(jìn)行計算，這兩個位置的設(shè)定對翻鋼鉤的運動軌跡、動作精準(zhǔn)度以及滑塊的運動軌跡都有著極大的影響，決定著是否能將坯料準(zhǔn)確地送入開坯軋機孔型。所以翻鋼機是軋制生產(chǎn)線上一個非常重要的大型冶金生產(chǎn)設(shè)備。

1 翻鋼機的結(jié)構(gòu)特點和功能介紹

1.1 翻鋼機的結(jié)構(gòu)特點

翻鋼機是由電機、齒式聯(lián)軸器、減速機、帶長軸連桿驅(qū)動機構(gòu)、齒輪齒條傳動機構(gòu)、翻鋼鉤、側(cè)板機構(gòu)以及電控機構(gòu)等主要部件組成，在國內(nèi)設(shè)計院的設(shè)計中一般定義帶長軸的連桿驅(qū)動機構(gòu)和翻鋼鉤為翻鋼機，其余部件組合則定義為推床，但在西馬克梅爾的設(shè)計中則習(xí)慣把這個整體定義為翻鋼機。翻鋼機的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 翻鋼機整機結(jié)構(gòu)圖

翻鋼機構(gòu)包含了帶長軸的連桿驅(qū)動機構(gòu)和翻鋼鉤，整體安裝在右側(cè)側(cè)板機構(gòu)的橫梁上，長軸是由兩根軸組成，中間用齒式聯(lián)軸器剛性連接。長軸上安裝6個翻鋼鉤，6處翻鋼鉤、連桿及擺臂通過曲柄與減速機相連，減速機通過齒式聯(lián)軸器與電機相連。翻鋼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1.2 翻鋼機的功能介紹

翻鋼過程中翻鋼機構(gòu)隨著側(cè)板機構(gòu)一起運動，側(cè)板機構(gòu)的運動是靠齒輪齒條傳動機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動的。翻鋼機構(gòu)的翻鋼原理是電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機，減速機為一端輸入，兩端輸出，在它的兩端輸出軸上各連接一個曲柄，曲柄旋轉(zhuǎn)驅(qū)動擺臂在順時針0.782°至逆時針28°的范圍內(nèi)小幅旋轉(zhuǎn)，擺臂通過長軸中間的兩個連桿驅(qū)動長軸，長軸再通過平連桿將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化至翻鋼鉤的曲線運動，從而實現(xiàn)對軋制件的90°翻轉(zhuǎn)。翻鋼鉤的曲線軌道安裝在側(cè)板機構(gòu)側(cè)板的背面及橫梁上。

圖2 翻鋼機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 擺臂和連桿的受力分析和計算

2.1 受力分析

從前面的結(jié)構(gòu)及功能原理的分析中可以知道，如圖3所示，支點A即連桿與擺臂的連接點，支點B即曲柄與擺臂的連接點，也是動力輸入點，即圖中力F1。在動力F1和配重阻力G的聯(lián)合作用下，作用力通過支點A傳遞至連桿上。L1和L2分別為作用力臂。

擺臂在支點A上給連桿傳遞作用力Fx和Fy，連桿固定在長軸上形成支點C，如圖4所示。連桿在Fx和Fy的綜合作用下形成最終的傳動力矩M。

圖3 擺臂的受力分析

圖4 連桿的受力分析

2.2 受力計算

在支點A處，配重機構(gòu)重力G和驅(qū)動力F1作用下，形成如下平衡

G(L1+L2)×cosα=F1×L2

(1)

支點A的受力情況Fx和Fy如下：

Fx=Gsinα

(2)

Fy=F1-Gcosα

(3)

支點A處在Fx和Fy的綜合驅(qū)動力下，最終在翻鋼鉤上形成的力矩如下

M=Fx×acosα+Fy×asinα

(4)

2.3 配重和支點A對受力的影響

在正常工作狀態(tài)下，一個完整的翻鋼動作的任何一點，力矩M均應(yīng)該是正值，在設(shè)計的過程中，如某一點M出現(xiàn)了負(fù)值，則代表配重的質(zhì)量超重，亦或連桿上支點A位置的選擇不對,這種情況下就必須重新設(shè)計計算。

另外，需要注意的是配重的作用，它不僅僅只起到平衡力矩的作用，更重要的是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是由一組碟簧組成的，在翻鋼過程中要起到對滑塊沖擊力的緩沖， 所以設(shè)計時不能一昧的減小配重來滿足

傳動力矩。而連桿支點A的選擇也不止僅傳輸力矩一項作用，它也決定著翻鋼鉤的翻鋼動作軌跡，所以也不能隨意的改動。

3 結(jié)束語

綜上所述，翻鋼過程中的力是各種因素下的綜合作用。配重的存在也是為了平衡翻鋼過程中的翻鋼阻力和沖擊力，減輕了驅(qū)動減速機及曲柄的受力；連桿固定在長軸上，一方面保證了6處連桿的同步性功能，另一方面?zhèn)鲃右徊糠肿饔玫娇蚣苌稀１娝苤?，力矩的大小決定因素為力和力臂，在這個翻鋼機構(gòu)中，配重的自重影響著力，而連桿上支點A的選擇決定著力臂?？偠灾?，要想使翻鋼機構(gòu)達(dá)到一個和諧的工作狀態(tài)，要考慮四點：配重質(zhì)量，配重碟簧數(shù)量，連桿支點A，翻鋼鉤軌跡。