趙 崠

(太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024)

寬厚板矯直機(jī)在矯直過程中，各矯直輥對(duì)板材施加的反彎曲率逐漸減小，這樣板材經(jīng)連續(xù)反彎彈復(fù)后達(dá)到平直狀態(tài)。由于各輥對(duì)軋件的彎曲程度不同，作用在各輥上的矯直力矩均不相同，并且受不同矯直方案的影響存在很大的差異。結(jié)合特定的矯直方案分析各輥矯直力矩的差異，得出矯直力矩在各輥的分布情況，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合不同傳動(dòng)形式得出其傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)，是進(jìn)一步設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置、確定電機(jī)功率、提出傳動(dòng)負(fù)荷平衡控制要求的重要前提條件。

1 選定矯直方案

板材矯直具有多種方案，常采用大變形矯直方案使多值原始曲率經(jīng)較大的反彎彈復(fù)后迅速變?yōu)閱沃担缓笾饾u減小，最終使板材平直，這也是力能參數(shù)較大的一種矯直方案。以九輥矯直機(jī)為例，當(dāng)采用大變形線性遞減矯直方案時(shí)，各矯直輥的曲率變化見表1[1]。

2 計(jì)算總矯直力矩

總矯直力矩T是作用在各輥上的矯直力矩Ti之和(因?yàn)榈?輥與第9輥不對(duì)板材產(chǎn)生反彎，所以不含此兩輥)，而各輥矯直力矩Ti主要包括摩擦力矩Tim和軋件的彎曲變形力矩Tij，以下依次列出各值的計(jì)算公式，以便結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析。

表1 各矯直輥的曲率變化Table 1 Curvature variation of each straightening roll

Ti=Tim+Tij

式中，F(xiàn)i為第i輥處矯直力(N)；Mt為板材的彈性彎矩(N·mm)；b為板材寬度(mm)；h為板材厚度(mm)；σs為板材屈服強(qiáng)度(MPa)；Mi為第i輥處相對(duì)彎曲力矩，其在數(shù)值上等于相對(duì)彈復(fù)曲率Cif；d為矯直輥頸直徑(mm)；f為軋件與輥面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.4 mm；μ為軸承摩擦系數(shù)，取0.005；P為矯直輥輥距(mm)；ut為板材的彈性變形能(N)；E為鋼質(zhì)彈性模量2.1×105N/mm2；uij為第i輥處矯直變形能量比；Ci為第i輥處相對(duì)總反彎曲率，Ci=Ci0+Ciw，當(dāng)Ci≥5.5時(shí)，取Ci=5.5；D為矯直輥直徑(mm)。

3 矯直力矩分布特點(diǎn)

由以上各輥摩擦力矩Tim計(jì)算公式與各輥軋件彎曲變形力矩Tij計(jì)算公式中可以看出，在確定的矯直機(jī)上，對(duì)確定尺寸規(guī)格和機(jī)械性能的工件進(jìn)行矯直時(shí)，除各輥Ci0、Ciw、Cif受矯直方案的影響存差異外，其余各值皆為定值。所以按表1內(nèi)各輥Ci0、Ciw、Cif值，可分別計(jì)算出各輥摩擦力矩Tim占總摩擦力矩Tm百分比和各輥軋件彎曲變形力矩Tij所占總彎曲變形力矩Tj百分比，結(jié)果見表2。

表2 各輥摩擦力矩、彎曲變形力矩的占比Table 2 Friction torque percentage and bending deformation torque percentage of each roll

為進(jìn)一步得出各輥矯直力矩Ti占總矯直力矩T百分比，選擇一組矯直參數(shù)：輥距P=320 mm，輥徑D=185 mm，軸頸d=160 mm，板寬b=3750 mm，板厚h=25 mm，屈服強(qiáng)度σs=536 MPa，代入以上公式計(jì)算，得出結(jié)果見表3。

表3 各輥傳動(dòng)力矩分布Table 3 Transmission torque distribution of each roll

從表3中可以看出，各輥矯直力矩Ti占總矯直力矩T百分比的差異極大，其所占比例與各輥相對(duì)總反彎曲率Ci成正比，并且這種差異會(huì)影響到傳動(dòng)力矩的分布。另外，第2輥處軋件的相對(duì)原始曲率C20為雙向原始曲率，其實(shí)際矯直力矩因受板材雙向原始曲率不規(guī)則分布狀態(tài)的影響，相比計(jì)算值有不同程度的降低，所以第3輥處T3占比最大。

4 矯直輥傳動(dòng)形式及傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)

矯直輥的傳動(dòng)形式主要有集中傳動(dòng)、各輥單獨(dú)傳動(dòng)、分組傳動(dòng)幾種形式。集中傳動(dòng)是由一臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)，經(jīng)齒輪分配箱內(nèi)部一系列齒輪軸等速分配輸出至各矯直輥；這種傳動(dòng)形式會(huì)因輥間速差而產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，使原本矯直力矩已經(jīng)很大的第2、3輥加大負(fù)荷，容易造成萬向接軸斷裂等故障，所以多采用兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)對(duì)各輥進(jìn)行分組傳動(dòng)或單獨(dú)傳動(dòng)的形式。

4.1 各輥單獨(dú)傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)

每根矯直輥都由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各輥傳動(dòng)力矩分布見表3，因每臺(tái)電機(jī)的功率都是按實(shí)際矯直力矩最大的第3輥選取，從表3中可以看出第3輥的矯直力矩達(dá)到總矯直力矩的1/4以上，所以這種傳動(dòng)形式的總功率大，多用于上排各矯直輥具有單獨(dú)調(diào)整功能的冷矯直機(jī)。

4.2 分組傳動(dòng)形式與傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)

這種傳動(dòng)形式將各矯直輥依次分成幾組，每組由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，形成一個(gè)傳動(dòng)單元，多用于上排矯直輥整體調(diào)整的矯直機(jī)。

(1)分兩組的傳動(dòng)形式

第一組為前4根輥，第二組為后5根輥，從表3中可以得出第一組的傳動(dòng)力矩達(dá)到總矯直力矩的68.5%，第二組的傳動(dòng)力矩為總矯直力矩的31.5%。

(2)分3組的傳動(dòng)形式

第一組為前3根輥，第二組為中間3根輥，第三組為后3根輥，從表3中可以得出第一組的傳動(dòng)力矩達(dá)到總矯直力矩的51.6%，第二組的傳動(dòng)力矩為總矯直力矩的40%，第三組的傳動(dòng)力矩為總矯直力矩的8.4%。

由以上分析可以看出，各傳動(dòng)單元的傳動(dòng)力矩不僅受各輥矯直力矩差異的影響，而且受不同傳動(dòng)形式的影響。在矯直過程中，鋼板將多個(gè)傳動(dòng)單元聯(lián)系在了一起，而各傳動(dòng)單元間沒有機(jī)械聯(lián)系，所以傳動(dòng)力矩的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載、聯(lián)軸器斷裂等故障，因此對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)提出了負(fù)荷平衡控制的要求，而得出其傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)是提出傳動(dòng)負(fù)荷平衡控制要求的重要前提條件。

5 結(jié)論

在此分析了一種典型矯直方案條件下傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)，但由于板材矯直具有多種方案，而不同的矯直方案具有不同的傳動(dòng)力矩分布特點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中往往是幾種矯直方案的運(yùn)用，所以還應(yīng)進(jìn)行多種方案條件下的數(shù)據(jù)分析，收集整理，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷優(yōu)化。