輥壓機(jī)運(yùn)行最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

輥壓機(jī)運(yùn)行最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

輥?zhàn)邮禽亯簷C(jī)最重要的部件之一。輥?zhàn)有迯?fù)的一般工藝方案主要是將擠壓輥表面的硬層、花紋層全部用碳弧氣刨刨掉,然后加工外圓直徑,直到保證輥面90%無(wú)裂紋。具體處理方法是用碳弧氣刨、角向磨光機(jī)及棒砂輪等工具刨削、打磨裂紋、黑皮及深坑,保證焊接母材表面質(zhì)量;用手工氣體保護(hù)焊將凹坑補(bǔ)焊與母材平齊,然后用埋弧自動(dòng)焊將輥體堆焊到圖紙要求尺寸;最后焊接硬層及花紋層。其工藝步驟繁瑣且不容易保證質(zhì)量,修復(fù)成本較高。經(jīng)過(guò)計(jì)算與實(shí)踐檢驗(yàn),修復(fù)方法改用分體輥結(jié)構(gòu),配做輥套,在輥套表面堆焊耐磨層和花紋層,通過(guò)計(jì)算過(guò)盈裝配與增加圓柱銷來(lái)保證輥?zhàn)拥暮附淤|(zhì)量及使用壽命。1輥套與輥軸配合增加定位可靠性輥壓機(jī)的輥?zhàn)佑奢佪S、輥套和圓柱銷組裝而成。輥套通過(guò)過(guò)盈裝配與輥軸聯(lián)接在一起,然后加裝圓柱銷增加定位可靠性;輥套與輥軸之間選擇過(guò)盈配合可以降低輥?zhàn)颖砻娴膽?yīng)力水平,提高輥?zhàn)拥馁|(zhì)量和壽命;通過(guò)計(jì)算過(guò)盈配合量來(lái)保證輥套與輥軸不會(huì)發(fā)生相對(duì)軸向錯(cuò)位,通過(guò)增加圓柱銷的數(shù)量,來(lái)保證輥?zhàn)觽鬟f的最大扭矩。輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)見圖1,截面圖見圖2。2輥套帶料配合比的確定輥壓機(jī)的輥?zhàn)铀惺艿呐ぞ刂饕怯呻妱?dòng)機(jī)所提供的額定轉(zhuǎn)矩以及特殊情況下輥?zhàn)拥膽T性力矩之和。輥?zhàn)友b配后,輥軸受力主要是周向力,輥軸與輥套裝配的最佳效果就是當(dāng)輥套使用時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T,在此轉(zhuǎn)矩作用下輥套不產(chǎn)生周向和軸向滑移,亦即在轉(zhuǎn)矩T的作用下,輥軸與輥套配合面間所能產(chǎn)生的摩擦阻力矩M1應(yīng)大于或等于轉(zhuǎn)矩T。這里未考慮圓柱銷對(duì)傳遞扭矩的作用,其目的是為了計(jì)算簡(jiǎn)化。(1)電動(dòng)機(jī)額定功率所提供的轉(zhuǎn)矩T1式中:P為電動(dòng)機(jī)的功率;n為輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速。(2)輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量J式中:m為輥?zhàn)拥馁|(zhì)量;R為輥?zhàn)拥陌霃健?3)輥?zhàn)拥膽T性力矩Ek(4)物料壓力所形成的最大扭矩Tf式中:F為物料質(zhì)量。(5)輥?zhàn)幽軅鬟f的最大扭矩T當(dāng)進(jìn)入大塊物料時(shí),輥壓機(jī)會(huì)自動(dòng)突然停機(jī),輥?zhàn)訒?huì)被迫突然停止,此時(shí)物料的阻力距Tf和輥?zhàn)討T性力矩Ek都將成為使輥套與輥軸產(chǎn)生滑動(dòng)的原因。所以輥?zhàn)訋Я蠒r(shí)所能傳遞的最大扭矩T應(yīng)為額定轉(zhuǎn)矩、物料的阻力矩與慣性力矩之和,即T=T1+Tf+Ek。(6)輥套結(jié)合面?zhèn)鬟f載荷需要的最小壓強(qiáng)Pmin式中:μ為摩擦系數(shù);d為結(jié)合面直徑;L為輥?zhàn)訉挾取?7)輥套不產(chǎn)生塑性變形允許的最大壓強(qiáng)Pmax相對(duì)裝配而言,輥軸產(chǎn)生塑性變形所能承受向內(nèi)的壓強(qiáng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輥套開裂所能承受向外的壓強(qiáng),因此只需計(jì)算輥套開裂時(shí)所能承受的最大壓強(qiáng)。輥套作為塑性材料,其最大壓強(qiáng)計(jì)算公式為(8)輥套傳遞載荷需要的最小過(guò)盈量δmin式中:E為材料的彈性模量;C1為輥套的剛性系數(shù);C2為輥軸的剛性系數(shù);ν為材料的泊松比。(9)輥套不產(chǎn)生開裂變形允許的最大過(guò)盈量δmax顯然,上面求出的δmin只有在采用脹縮法裝配不致擦去或壓平配合表面微觀不平的尖峰時(shí)才是有效的。當(dāng)傳遞載荷一定時(shí),配合長(zhǎng)度L越短,所需的徑向壓力P就越大。當(dāng)P增大時(shí),所需的過(guò)盈量也隨之增大。因此,為了避免當(dāng)載荷一定時(shí)需要較大的過(guò)盈量而增加裝配困難,配合長(zhǎng)度不易過(guò)短,一般推薦采用L=0.9d。由于輥?zhàn)釉诠ぷ鲿r(shí)受到的沖擊載荷較大,故在選擇其最小裝配過(guò)盈量時(shí),必須考慮一定的安全過(guò)載系數(shù),對(duì)于一般質(zhì)量的材料,通常情況取2~2.5,通過(guò)比較,選取為2.5,則最小過(guò)盈量δ=2.5δmin。3配合類型的選擇所選配合的最小和最大過(guò)盈Ymin、Ymax按GB/T1800-1996選擇適當(dāng)配合類型。保證傳遞載荷,Ymin>δ;保證聯(lián)接件不產(chǎn)生塑性變形,Ymax≤δmax。4輥套傳遞扭矩的影響輥軸與輥套的裝配采用熱裝,即先將輥套加熱,待其內(nèi)孔受熱膨脹后,再將輥軸插入輥套的內(nèi)孔,輥套的加熱溫度tH可按下式計(jì)算式中:α為材料的線膨脹系數(shù),查有關(guān)手冊(cè)可得;t為裝配環(huán)境的溫度;Δ為裝配間隙,當(dāng)d>30mm時(shí)取Δ為H7/g6配合的最大間隙?？紤]到為了拆卸、安裝方便,輥套的過(guò)盈量應(yīng)盡可能小;而為了要保證滿足輥套強(qiáng)度以傳遞最大的扭矩,過(guò)盈量應(yīng)盡可能取大些;但過(guò)大的過(guò)盈量有可能在配合處產(chǎn)生超過(guò)強(qiáng)度條件所允許的應(yīng)力,特別是淬火后的輥套材料較脆,在裝配或其后的機(jī)加工過(guò)程中容易開裂。所以在滿足強(qiáng)度的前提下,過(guò)盈量應(yīng)盡可能小。在輥壓機(jī)開始正常工作時(shí),輥套表面會(huì)升溫,輥套與輥軸會(huì)產(chǎn)生溫度差,此溫度差的存在會(huì)使過(guò)盈量減小,有使輥軸與輥套產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的傾向,從而有可能會(huì)損傷結(jié)合面。為解決此問(wèn)題,考慮增加圓柱銷來(lái)保證輥?zhàn)觽鬟f扭矩的可靠性。而正常的過(guò)盈配合量是為了保證輥?zhàn)蛹庸ず驼９ぷ鲿r(shí)的準(zhǔn)確定心以及輥套不會(huì)發(fā)生側(cè)滑。5計(jì)算和調(diào)整墊體材料單個(gè)圓柱銷的擠壓應(yīng)力式中:D為輥軸與輥套接觸面直徑;d為圓柱銷直徑;L為圓柱銷長(zhǎng)度。單個(gè)圓柱銷的剪切應(yīng)力τ=2T/(DdL)。6輥套的熱性能以中信重工機(jī)械股份有限公司RP120-80型輥壓機(jī)為例,電動(dòng)機(jī)功率P=500kW,輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速n=20.83r/min,輥?zhàn)淤|(zhì)量m=9850kg,半徑R=0.6m,物料重F=30t。通過(guò)公式計(jì)算得輥?zhàn)幼畲笈ぞ匾姳?,輥套壓強(qiáng)及過(guò)盈量見表2,輥套加熱溫度及裝配間隙見表3。在實(shí)際工作中,考慮輥套在裝配過(guò)程中存在降溫的現(xiàn)象,故輥套加熱的最高溫度通常控制在200℃左右。選用圓柱銷材質(zhì)42CrMo,查表(見表4)可知其許用擠壓應(yīng)力σpp=60MPa(考慮圓柱銷受到的是沖擊載荷),抗剪強(qiáng)度τp=60MPa。單個(gè)圓柱銷的計(jì)算列表見表5。要保證圓柱銷的安全性,需要增加圓柱銷的數(shù)量,使σp<σpp,τ<τp,以此來(lái)滿足銷的擠壓應(yīng)力。由于考慮到輥壓機(jī)輥套受力只作用于旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)訄A周的一側(cè),因此增加的圓柱銷應(yīng)均布在圓周方向;考慮到受力的對(duì)稱性,在輥?zhàn)觾啥藢?duì)稱增加圓柱銷,所以增加的圓柱銷的數(shù)量應(yīng)為2×4個(gè)且對(duì)稱均布在兩端接合面;圓柱銷與孔的公差配合為H7/m6。7過(guò)盈的裝配,以提高制造精度經(jīng)過(guò)中信重工機(jī)械股份有限公司工業(yè)性試驗(yàn)表明,可實(shí)現(xiàn)輥軸重復(fù)多次利用。采用分體式增加輥