現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及計(jì)算鄭建華(中國(guó)冶金建設(shè)集團(tuán)包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院摘要近年來(lái),由于軋鋼工藝趨向于采用無(wú)扭軋制等先進(jìn)技術(shù),使軋制速度迅速提高,對(duì)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(shè)計(jì)中的難點(diǎn),也是關(guān)鍵設(shè)備,它的設(shè)計(jì)質(zhì)量與安裝精度直接決定著產(chǎn)品的最終質(zhì)量。本文對(duì)冷床高速上料裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算,對(duì)冷床的設(shè)計(jì)、維護(hù)有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞冷床;高速上料裝置;結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算中圖分類號(hào):TG33312文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(shè)備之一。它的功能是將軋機(jī)軋制后經(jīng)飛剪剪切成倍尺長(zhǎng)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(shè)計(jì)質(zhì)量與安裝精度直接決定著產(chǎn)品的最終質(zhì)量。近年來(lái),為適應(yīng)軋制制度變化繁多,產(chǎn)品規(guī)格多、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及高產(chǎn)量等要求,我院認(rèn)真消化、吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),設(shè)計(jì)了一套具有同類國(guó)際先進(jìn)水平的高速度、多品種、高質(zhì)量的小型型鋼和棒材冷床設(shè)備,年產(chǎn)棒材可達(dá)90萬(wàn)噸,已達(dá)到了國(guó)外同類設(shè)備的先進(jìn)水平。2現(xiàn)代冷床上料裝置結(jié)構(gòu)2.1冷床的設(shè)備組成冷床由三大部分

6、組成:冷床上料裝置、鋸齒型步進(jìn)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(shè)計(jì)中的難點(diǎn),也是咽喉設(shè)備,本文就此設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算 。1-矯直板;2-支架;3-副冷床;4-制動(dòng)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(jié)構(gòu)分析第6期鄭建華:現(xiàn)代化小型冷床上料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及計(jì)算19上料裝置由輥入輥道、矯直板、制動(dòng)裙板及氣動(dòng)分鋼裝置組成。上料裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在120m長(zhǎng)度方向上每12m布置一液壓缸,所有液壓缸同步運(yùn)行,通過連桿、同步軸帶動(dòng)裙板同時(shí)升降。該裝置的性能特點(diǎn)是:在同步軸上設(shè)置接近開關(guān),檢測(cè)和控制提升裙板的升

7、降位置,保證動(dòng)作準(zhǔn)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(dòng)作同步;在控制回路設(shè)置直動(dòng)溢流閥和防氣蝕閥,配合液壓缸的優(yōu)化設(shè)計(jì),有效地解決巨大沖擊對(duì)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(cè)面驅(qū)動(dòng),在各液壓缸保持同步時(shí),5塊提升裙板升降所需的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,而同步軸由于是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),幾乎不產(chǎn)生慣性力。裙板的慣性力由于分散到各個(gè)液壓缸上,機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)得到極大改善。連桿上設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu),可方便地調(diào)整裙板的上下位置。由于對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),電氣控制采用了計(jì)算控制技術(shù),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(shí)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(yùn)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(yùn)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?zhàn)又睆?188mm;輥身長(zhǎng)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(dòng)結(jié)構(gòu)輥?zhàn)討冶郯惭b,采用交流變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)。為了使棒材能夠順利滑入制動(dòng)板,輥道向冷床部?jī)A斜,其角度由0逐漸傾斜到12。輥?zhàn)又苯友b在電機(jī)軸上運(yùn)轉(zhuǎn),電機(jī)選用一種新型高效節(jié)能調(diào)速加強(qiáng)型變頻電機(jī)。該電機(jī)調(diào)速范圍寬,震動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)末架軋機(jī)軋制速度預(yù)先設(shè)定輥道速度。為避免棒材開始制動(dòng)時(shí)尾部與后一棒材頭部干涉,同時(shí)使熱金屬檢測(cè)器可靠地檢測(cè)到棒材的尾部,輥道速度應(yīng)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(jī)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(shí),采用不同的超前量。(5輸入輥道的長(zhǎng)度(見圖2輸入輥道的長(zhǎng)度可分兩段,第一段為增速段,第 二段為制動(dòng)段。圖2前段輥道長(zhǎng)度計(jì)算圖前段輥道的長(zhǎng)度決定棒材間拉開的距離,而此距離的大小直接影響制動(dòng)板的制動(dòng)和卸料。將脫離軋機(jī)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(shí)

10、間設(shè)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(yùn)行一段距離后才開始制動(dòng)。這段距離為S2,仍在軋制中的棒材以V勻速運(yùn)行的距離為S,可計(jì)算出前后兩根棒材的頭尾間距SD。SD=S1+S2+S0(3一般應(yīng)保證SDV1t/2(t為制動(dòng)板由低位到高位的動(dòng)作時(shí)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(dòng)裙板制動(dòng)裙板是位于輸入輥道一側(cè)的一條可在垂直方向上下運(yùn)動(dòng)的板。利用板與鋼材之間的磨擦阻力

11、使鋼材制動(dòng),并通過提升運(yùn)動(dòng)把鋼材送入冷床矯直板。制動(dòng)裙板是由多個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)的。液壓缸推動(dòng)曲柄連桿使長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)制動(dòng)裙板升降,通過液壓20冶金叢刊總第166期控制回路,可準(zhǔn)確控制制動(dòng)裙板的上升、下降及中間停位。傳動(dòng)長(zhǎng)軸上裝有接近開關(guān),用于檢測(cè)裙板的高位和低位。這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)整方便,動(dòng)作可靠。軋件長(zhǎng)度:114m;撥料塊總長(zhǎng):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(zhǎng)度是按冷床寬度或根據(jù)用戶要求自動(dòng)設(shè)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(shè)置一個(gè)拔鋼裝置實(shí)現(xiàn)的。(3剪切后的棒材卸入制動(dòng)板后開始制動(dòng),靠自然磨擦制

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

13、;第四階段:軋件在副冷床兩內(nèi)側(cè)壁(G 面和H 面之間向前滑行。(2計(jì)算軋件在制動(dòng)裙板上表面(E 面上的制動(dòng)距離。圖4軋件在制動(dòng)裙板表面受力分析首先確定軋件在E 面向下運(yùn)行的時(shí)間。軋件在E 面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析見圖4。軋件在E 面下向運(yùn)動(dòng)的加速度a 由滾動(dòng)加速度a 1和滑動(dòng)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(dòng)量矩定理J z =M e (F e 式中J z 軋件對(duì)中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,J z =0.5m R 2;軋件滾動(dòng)角加速度,=a 1/R;M e (F e 外力對(duì)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(yùn)行滾動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及計(jì)算21a=g(f cos+sin(7因此,軋件在E面向下運(yùn)行的時(shí)間t1=2S/a即:t1=2S/g(f cos+sin(8式中m軋件質(zhì)量;S軋件在E面向下的運(yùn)行距離(可近似為上鋼裝置上表面寬度。軋件在E面制動(dòng)減速度計(jì)算如下:由于m a1=m gf cos故:a1=gf cos(9式中a1軋件在制動(dòng)裙板上表面制動(dòng)減速度;m g軋件重力;f磨擦系數(shù)

15、。軋件在E面的制動(dòng)距離S1計(jì)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(dòng)裙板上的表面制動(dòng)距離;S軋件在制動(dòng)裙板上的表面向下運(yùn)行距離;V0軋件向前運(yùn)行(軋制方向初速度;g重力加速度;f磨擦系數(shù);制動(dòng)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(cè)壁(F面之間的制動(dòng)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(yùn)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(dòng)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(cè)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(duì)軋件的作用力;P2F面對(duì)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(zhì)量;g重力加速度;a2軋件在制動(dòng)裙板上表面與副冷床外側(cè)壁之間的制動(dòng)減速度。確定軋件在E面與F面之間制

17、動(dòng)距離軋件在E面與F面之間制動(dòng)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(yùn)行初速度;t2軋件在E面與F面之間向前滑行的時(shí)間(該時(shí)間與制動(dòng)裙板技術(shù)特性有關(guān)。(4計(jì)算軋件在副冷床內(nèi)側(cè)壁(G面以及軋件在副冷床兩內(nèi)側(cè)壁(G面與H面之間的制動(dòng)距離。同理軋件在副冷床側(cè)壁(G面以及其在副冷床兩內(nèi)側(cè)壁(G面與H面之間的制動(dòng)距離S3和S4分別按照上述S1、S2的計(jì)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(yùn)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(shí)間;g重力加速度;f磨擦系數(shù)。(5確定軋件上冷床的制動(dòng)距離軋件上冷床的制動(dòng)距離S為上述4個(gè)階段制動(dòng)距離之和,即S=S1+S2+S3+S4,將

19、(11、(16、(17和(18式代入并進(jìn)行整理可得:S=K1V20+K2V0+K3(19式中K1、K2、K3與制動(dòng)裙板及副冷床結(jié)構(gòu)型式、材質(zhì)、技術(shù)參數(shù)等有關(guān)的常數(shù);V0軋件向前運(yùn)行初速度。由(19式可以看出,軋件上冷床的制動(dòng)距離S 與軋件向前運(yùn)行(軋制方向的初速度V呈二次函數(shù)曲線關(guān)系。21213氣動(dòng)分鋼裝置氣動(dòng)分鋼裝置安置在活動(dòng)段裙板的入口處,其作用是當(dāng)前一根定尺棒材的尾部正下滑和制動(dòng)時(shí),由氣缸將可動(dòng)撥鋼器抬起,防止下一根鋼材頭部進(jìn)入裙板。在拔鋼器抬起的同時(shí),活動(dòng)裙板升主中位,后一根鋼材沿裙板側(cè)面制動(dòng)運(yùn)行,拔鋼器的運(yùn)動(dòng)與活動(dòng)裙板的運(yùn)動(dòng)和下一根鋼的頭部位置同步。在棒材運(yùn)行速度低于10m/s時(shí),不采用氣動(dòng)分鋼裝置。氣動(dòng)分鋼裝置包括氣缸操縱擺桿機(jī)構(gòu)和插銷固定機(jī)構(gòu)。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(dòng)的時(shí)間或距離來(lái)決定的,可在冷床輸入輥道上由人工任意放置調(diào)整,操作非常靈活方便。21214矯直板矯直板位于冷床入口側(cè),由制動(dòng)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(zhǎng)1.15m,寬250mm,上有10個(gè)齒形,塊與塊之間只留出動(dòng)齒條移動(dòng)間隙