現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結構設計分析及計算

1、第6期總第166期冶金叢刊Su m.166No.62006年12月M ET ALLURGI C AL C OLLECTI O NS Dece mber2006現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結構設計分析及計算鄭建華(中國冶金建設集團包頭鋼鐵設計研究總院摘要近年來,由于軋鋼工藝趨向于采用無扭軋制等先進技術,使軋制速度迅速提高,對冷床高速上料裝置提出了更高的要求。冷床高速上料裝置是冷床設計中的難點,也是關鍵設備,它的設計質量與安裝精度直接決定著產(chǎn)品的最終質量。本文對冷床高速上料裝置進行了結構分析與計算,對冷床的設計、維護有一定的指導意義。關鍵詞冷床;高速上料裝置;結構分析與計算中圖分類號:TG33312文獻

2、標識碼:A文章編號:1671-3818(200606-0018-05THE STRUCTURE ANALY S I S AND CALCU LAT I O N O F FEED I NG FAC I L I TY O N MOD ERN S M ALL COOL I NG2BEDZhen J ianhua(China Metallurgical Constructi on Gr oup Baot ou Engineering&Research Cor p.of Ir on&Steel I ndustryAbstractI n recent years,the s peed of r ollin

3、g has been i m p r oved because of the technical trend of no2 t w ist r olling,and the require ment of quick2s peed feeding facility on cooling2bed has been put for ward.The quick2s peed feeding facility on cooling2bed is the difficulty and key equi pment in design,its quality and installati on accu

4、racy will directly influence the final quality of the p r oduct.This paper gives the structure analysis and calculati on for this facility,having s ome instructi on meaning in design and mainte2 nance of the cooling2bed.Key wordscooling2bed;quick2s peed feeding facility;structure analysis and calcul

5、ati on1前言冷床是中小型棒材車間不可缺少的輔助設備之一。它的功能是將軋機軋制后經(jīng)飛剪剪切成倍尺長度的棒材,輸送并卸到冷床齒條上冷卻,使其溫度由900降至100300,然后由冷床下料裝置將其收集成組送至輸出輥道上,再由輸出輥道將其送到冷剪剪切成定尺成品。冷床的設計質量與安裝精度直接決定著產(chǎn)品的最終質量。近年來,為適應軋制制度變化繁多,產(chǎn)品規(guī)格多、優(yōu)質產(chǎn)品及高產(chǎn)量等要求,我院認真消化、吸收國內外先進技術,設計了一套具有同類國際先進水平的高速度、多品種、高質量的小型型鋼和棒材冷床設備,年產(chǎn)棒材可達90萬噸,已達到了國外同類設備的先進水平。2現(xiàn)代冷床上料裝置結構2.1冷床的設備組成冷床由三大部分

6、組成:冷床上料裝置、鋸齒型步進式冷床本體、冷床下料裝置及輸出輥道。其中的冷床上料裝置(見圖1是冷床設計中的難點,也是咽喉設備,本文就此設備進行結構分析與計算 。1-矯直板;2-支架;3-副冷床;4-制動裙板;5-輸入輥道;6-支座;7-連桿;8-液壓缸圖1冷床上料裝置2.2冷床上料裝置的組成及其結構分析第6期鄭建華:現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結構設計分析及計算19上料裝置由輥入輥道、矯直板、制動裙板及氣動分鋼裝置組成。上料裝置的結構特點是在120m長度方向上每12m布置一液壓缸,所有液壓缸同步運行,通過連桿、同步軸帶動裙板同時升降。該裝置的性能特點是:在同步軸上設置接近開關,檢測和控制提升裙板的升

7、降位置,保證動作準確可靠;液壓缸的控制閥采取就近配置,以最大限度地減少壓力誤差,保證動作同步;在控制回路設置直動溢流閥和防氣蝕閥,配合液壓缸的優(yōu)化設計,有效地解決巨大沖擊對液壓系統(tǒng)的破壞問題,保證了液壓系統(tǒng)的安全性。液壓缸側面驅動,在各液壓缸保持同步時,5塊提升裙板升降所需的扭轉應力,而同步軸由于是旋轉運動,幾乎不產(chǎn)生慣性力。裙板的慣性力由于分散到各個液壓缸上,機構受力狀態(tài)得到極大改善。連桿上設有調整機構,可方便地調整裙板的上下位置。由于對機械結構進行了優(yōu)化設計,電氣控制采用了計算控制技術,液壓系統(tǒng)采取了安全措施,賦予了該裝置優(yōu)越的使用性能,全部裙板的水平度和直線度在工作時得到可靠保證。212

8、11輸入輥道(1功能。將分段飛剪剪后的倍尺棒材運輸?shù)嚼浯矃^(qū)并加速,使棒材產(chǎn)生一定的初拉力,保持棒材在平直狀態(tài)下運行,也使棒材被剪斷后能夠快速升速,與其后一根仍在軋制的棒材拉開距離。(2輸入輥道參數(shù)輥子直徑:188mm;輥身長度:175mm;輥間距:1200mm;軋件速度:4.518m/s;輥道線速度:4.520m/s;輥道輥面與水平夾角:12(前部由0逐漸過渡到12。(3傳動結構輥子懸臂安裝,采用交流變頻電機單獨傳動。為了使棒材能夠順利滑入制動板,輥道向冷床部傾斜,其角度由0逐漸傾斜到12。輥子直接裝在電機軸上運轉,電機選用一種新型高效節(jié)能調速加強型變頻電機。該電機調速范圍寬,震動噪音低,外形

9、尺寸小、重量輕。(4控制要求所有輥道均為不可逆連續(xù)運轉。根據(jù)末架軋機軋制速度預先設定輥道速度。為避免棒材開始制動時尾部與后一棒材頭部干涉,同時使熱金屬檢測器可靠地檢測到棒材的尾部,輥道速度應大于軋制速度的5%10%。輸入輥道增速段可分為三段控制。通常第一段比末架軋機軋制速度超前5%;第二段超前10%;第三段超前5%。生產(chǎn)不同規(guī)格軋件時,采用不同的超前量。(5輸入輥道的長度(見圖2輸入輥道的長度可分兩段,第一段為增速段,第 二段為制動段。圖2前段輥道長度計算圖前段輥道的長度決定棒材間拉開的距離,而此距離的大小直接影響制動板的制動和卸料。將脫離軋機的棒材首先在輥道速度下由軋速升至輥道速度需要用的時

10、間設為t1;升速所走的距離為S1。則t1=(V1-V0/a(1S1=V0t1+12at21(2式中V軋制速度m/s;V1輥道速度(第二段升速輥道速度m/s;a加速度m/s2。由此可算出S1的距離。棒材升速完成后,鋼材先要按照勻速繼續(xù)運行一段距離后才開始制動。這段距離為S2,仍在軋制中的棒材以V勻速運行的距離為S,可計算出前后兩根棒材的頭尾間距SD。SD=S1+S2+S0(3一般應保證SDV1t/2(t為制動板由低位到高位的動作時間。根據(jù)不同規(guī)格,不同成品速度可得出一系列滿足不同要求的卸鋼速度。21212制動裙板制動裙板是位于輸入輥道一側的一條可在垂直方向上下運動的板。利用板與鋼材之間的磨擦阻力

11、使鋼材制動,并通過提升運動把鋼材送入冷床矯直板。制動裙板是由多個液壓缸驅動的。液壓缸推動曲柄連桿使長軸旋轉帶動制動裙板升降,通過液壓20冶金叢刊總第166期控制回路,可準確控制制動裙板的上升、下降及中間停位。傳動長軸上裝有接近開關,用于檢測裙板的高位和低位。這種傳動形式結構簡單,調整方便,動作可靠。軋件長度:114m;撥料塊總長:165m (冷床前45m ;撥料塊寬度:130m;撥料塊與水平面夾角:35; (1分段剪剪切棒材,剪切的長度是按冷床寬度或根據(jù)用戶要求自動設定的。(2棒材頭尾之間的分離是通過輥道增速和在冷床入口設置一個拔鋼裝置實現(xiàn)的。(3剪切后的棒材卸入制動板后開始制動,靠自然磨擦制

12、動。(1軋件上冷床的制動過程(見圖3 圖3冷床上鋼裝置及副冷床結構圖根據(jù)成品軋機軋制速度與臨界速度的關系,軋件在冷床的制動過程可分為不同階段。精軋機軋制速度小于臨界速度時,則軋件上冷床的制動過程有以下兩個階段。第一階段:軋件在制動裙板上表面(E 面向下運行和向前滑行;第二階段:軋件在制動裙板上表面(E 面與副冷床外側壁(F 面之間向前滑行。如果成品軋機軋制速度大于臨界速度,則軋件上冷床制動過程有以下四個階段。第一階段:軋件在制動裙板上表面(E 面向下運行和向前滑行;第二階段:軋件在制動裙板上表面(E 面與副冷床外側壁(F 面之間向前滑行;第三階段:軋件在副冷床內側壁(G 面向下運行,及向前滑行

13、;第四階段:軋件在副冷床兩內側壁(G 面和H 面之間向前滑行。(2計算軋件在制動裙板上表面(E 面上的制動距離。圖4軋件在制動裙板表面受力分析首先確定軋件在E 面向下運行的時間。軋件在E 面向下運動時的受力分析見圖4。軋件在E 面下向運動的加速度a 由滾動加速度a 1和滑動加速度a 2兩部分組成。a =a 1+a 2(4若軋件為非圓折面,則a 1=0根據(jù)動量矩定理J z =M e (F e 式中J z 軋件對中心軸的轉動慣量,J z =0.5m R 2;軋件滾動角加速度,=a 1/R;M e (F e 外力對軋件中心軸力矩,M e (F e =m gf cosR;f 軋件與E 面磨擦系數(shù);g

14、重力加速度;E 面與水平面的夾角。則:軋件向下運行滾動加速度a 1=2fg cos(5因m g sin-m gf cos =m a 2故a 2=g (sin-f cos (6由(5、(6式代入(4式得:第6期鄭建華:現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結構設計分析及計算21a=g(f cos+sin(7因此,軋件在E面向下運行的時間t1=2S/a即:t1=2S/g(f cos+sin(8式中m軋件質量;S軋件在E面向下的運行距離(可近似為上鋼裝置上表面寬度。軋件在E面制動減速度計算如下:由于m a1=m gf cos故:a1=gf cos(9式中a1軋件在制動裙板上表面制動減速度;m g軋件重力;f磨擦系數(shù)

15、。軋件在E面的制動距離S1計算如下:S1=V0t1-12a1t21(10將(8、(9式代入(10式,得:S1=V02S/g(f cos+sin-fScos/(f cos+sin(11式中S1軋件在制動裙板上的表面制動距離;S軋件在制動裙板上的表面向下運行距離;V0軋件向前運行(軋制方向初速度;g重力加速度;f磨擦系數(shù);制動裙板上表面與水平面夾角。(3確定軋件在E面與副冷床外側壁(F面之間的制動距離確定軋件在E面與F面之間向前滑行的初速度將(8、(9式代入V1=V0+a1t1,得出V1=V0-gf cos2S/g(f cos+sin(12式中V1軋件在E面與F面之間向前滑行的初速度;V0軋件向前

16、運行初速度;g重力加速度;f磨擦系數(shù);S上鋼裝置上表面寬;上表面與水平面夾角。確定軋件制動減速度軋件在E面與F面之間的受力分析見圖5。由圖5可知,垂直、水平方向的力平衡條件為:P1 cos+P2cos=m g(13圖5軋件在上鋼裝置與副冷床外側壁之間的表面受力分析P1sin=P2sin(14由(P1+P2f=m a2,代入(13、(14式得: a2=gf(1+sinsin/(cos+sinctg(15式中P1E面對軋件的作用力;P2F面對軋件的作用力;E面與水平面夾角;F面與水平面夾角;m軋件質量;g重力加速度;a2軋件在制動裙板上表面與副冷床外側壁之間的制動減速度。確定軋件在E面與F面之間制

17、動距離軋件在E面與F面之間制動距離S2=V1t2-12a2t22,將(12、(15式代入得: S2=V0+gf cosg(f cos+sint2-12gf(1+sinsin/(cos+cosctgt22(16式中V軋件向前運行初速度;t2軋件在E面與F面之間向前滑行的時間(該時間與制動裙板技術特性有關。(4計算軋件在副冷床內側壁(G面以及軋件在副冷床兩內側壁(G面與H面之間的制動距離。同理軋件在副冷床側壁(G面以及其在副冷床兩內側壁(G面與H面之間的制動距離S3和S4分別按照上述S1、S2的計算方法可得:S3=V0-cos2S/g(f cos+sin-gft2(1+sinsin/(cos+si

18、nctg2S(f cos+sin-fScos/(f cos+sin.(17 S4=(cos+sintgV-gf cos2S/g(f cos+sin-gft2(1+sinsin/(cos+sinctg-22冶金叢刊總第166期gf cos2S/g(f cos+sin2/2gf(1+sinsin (18式中V軋件向前運行的初速度;E面與水平面夾角;F面與水平面夾角;G面與水平面夾角;H面與水平面夾角;SE面寬度;SG面寬度;t2軋件在E面與F面之間向前滑行的時間;g重力加速度;f磨擦系數(shù)。(5確定軋件上冷床的制動距離軋件上冷床的制動距離S為上述4個階段制動距離之和,即S=S1+S2+S3+S4,將

19、(11、(16、(17和(18式代入并進行整理可得:S=K1V20+K2V0+K3(19式中K1、K2、K3與制動裙板及副冷床結構型式、材質、技術參數(shù)等有關的常數(shù);V0軋件向前運行初速度。由(19式可以看出,軋件上冷床的制動距離S 與軋件向前運行(軋制方向的初速度V呈二次函數(shù)曲線關系。21213氣動分鋼裝置氣動分鋼裝置安置在活動段裙板的入口處,其作用是當前一根定尺棒材的尾部正下滑和制動時,由氣缸將可動撥鋼器抬起,防止下一根鋼材頭部進入裙板。在拔鋼器抬起的同時,活動裙板升主中位,后一根鋼材沿裙板側面制動運行,拔鋼器的運動與活動裙板的運動和下一根鋼的頭部位置同步。在棒材運行速度低于10m/s時,不采用氣動分鋼裝置。氣動分鋼裝置包括氣缸操縱擺桿機構和插銷固定機構。它的安裝位置是根據(jù)軋制產(chǎn)品規(guī)格品種的不同,需要制動的時間或距離來決定的,可在冷床輸入輥道上由人工任意放置調整,操作非常靈活方便。21214矯直板矯直板位于冷床入口側,由制動裙板拔入的軋制棒材首先落到矯直板上,使棒材保持最大平直度。矯直板每塊長1.15m,寬250mm,上有10個齒形,塊與塊之間只留出動齒條移動間隙