連續(xù)拉彎矯直機傳動速比分析

連續(xù)拉彎矯直機傳動速比分析

連續(xù)線性彎曲矯正機是一種先進的矯正設(shè)備。隨著近年來對高強度帶材料和不銹鋼帶材料的需求日益增加，對板材的硬度要求逐年提高。連續(xù)拉伸彎曲矯直機在矯直板材尤其淬火板時,隨著設(shè)定延伸率的增大,系統(tǒng)出現(xiàn)異常失控現(xiàn)象,延伸率的實際反饋值逐漸下降,至使全線停機,帶材延伸率達不到設(shè)計要求。無級變速器V型帶短時間內(nèi)磨損嚴重,V型帶在未達到理論位置時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。論文針對該矯直機延伸率達不到設(shè)計要求這一問題,從幾何運動學和力學的角度分別對連續(xù)拉彎矯直機理論延伸率及實際延伸率進行分析,得出系統(tǒng)實際延伸率不能滿足生產(chǎn)要求的原因,提出相關(guān)改進措施,具有一定的工程應用價值。1張力輥組及傳動在張力輥組施加的張力作用下,帶材連續(xù)通過上下交替布置的多組彎曲輥及矯正輥,在拉伸和彎曲的聯(lián)合作用下,沿長度方向產(chǎn)生了塑性的縱向延伸,使帶材各條縱向纖維的長度趨于一致,從而減小帶材內(nèi)部縱向應力分布的不均勻性,改善帶材的平直度。連續(xù)拉彎矯直機由矯直單元、張力輥組及傳動部分等組成,張力輥組由入口張力輥組和出口張力輥組組成,提供矯直所需的張力。張力矯直系統(tǒng)通過前、后張力及改變帶材的彎曲和翹曲使帶材內(nèi)部纖維發(fā)生塑性變形。連續(xù)拉伸彎曲矯直機的基本結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。該矯直機張力輥組采用集中驅(qū)動的傳動方式,前后張力輥組中各個張力輥通過齒輪箱、行星齒輪差動機構(gòu)由一臺主傳動電機集中驅(qū)動,并由差動調(diào)速裝置產(chǎn)生帶材矯平所需的延伸率。延伸率控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán)反饋系統(tǒng),工作時通過檢測出口與入口張力輥組的轉(zhuǎn)速差,并自動調(diào)節(jié)中間差速器中V帶式無級變速器的主動輪可動錐盤,實現(xiàn)對延伸率的閉環(huán)控制。入口張力輥組傳動系統(tǒng),出口張力輥組傳動系統(tǒng)及中間差速器傳動簡圖如圖2所示。圖中z的下標表示對應齒輪的齒數(shù),D1,D2分別為無級變速器主、從動輪工作直徑。入口張力輥組中z127和z56,出口張力輥組中z56和z107分別與兩個張力輥同軸,但轉(zhuǎn)向相反。2治療參數(shù)a2式如圖2所示,入口張力輥組中A到B為定軸傳動,其速比為iAB=nAnB=-z62z33,(1)iAB=nAnB=?z62z33,(1)入口張力輥組中z56到A的速比為n56=0.0344nA?(2)式中,ni為對應齒輪或軸的轉(zhuǎn)速。矯直機工作時,差速器上齒輪Z30被制動,差速器右半部分相當于一個定軸輪系,差速器出口C與系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速的速比為nC=-0.6577(1-0.0211D1D2)nA?(3)式中:D1、D2為無級變速器主、從動輪工作直徑。出口張力輥組與系統(tǒng)輸入的速比為n56=0.0358(1-0.0211D2D1)nA?(4)聯(lián)立式(1)-(4)得到入口張力輥組與出口張力輥組的速比為i=1.0407(1-0.0211D1D2)?(5)則帶材延伸率為δ理=(i-1)×100%=(0.0407-0.02196D1D2)×100%。(6)3傳動箱張力變化結(jié)果拉伸彎曲矯直時,影響帶材實際延伸率的主要因素有帶材工作張力、彎曲輥直徑以及彎曲輥與矯直輥的壓下量,其中帶材張力起決定性作用。對于集中驅(qū)動系統(tǒng)而言,出口張力輥組為驅(qū)動端,入口張力輥組為制動端。如圖1所示,T0、T′0為入口張力,T1、T′1為出口張力,則Τ′0=bhσl?(7)式中:b為板帶材寬度;h為板帶材厚度;σl為板帶材工作應力。板帶材在彎曲變形中消耗彎曲變形功率,并產(chǎn)生張力增量ΔTi為ΔΤi=(1-E1E)bhσs(E12ECai+Cbi2)εs；i=1,2,3。(8)其中Cai=C2Rqi3-CRqi+13CRqi-12C2Rqi+112C4Rqi+34,Cbi=CRqi+13CRqi+12C2Rqi-112C4Rqi-74?式中:E1為板帶材強化模量;εs為板帶材屈服變形率。其中CRqi(i=1,2,3)分別為彎曲輥組1,2和矯正輥組3的強制彎曲相對曲率。在板帶材和矯正機的有關(guān)參數(shù)已知時,由CRqi可以計算出彎曲(矯正)輥的實際壓下調(diào)整量。忽略摩擦損失引起的張力增量,于是有Τ′1=Τ′0+ΔΤ1+ΔΤ2+ΔΤ3?(9)板帶材拉彎矯正后獲得的實際延伸率為δ實:δ實=C1[CRq1+C11+C1+E1E(CRq1-1)+CRq2+C11+C1+E1E(CRq2-1)+CRq3+C11+C1+E1E(CRq3-1)-1]。(10)其中,C1=σlσs。式中σs為板帶材屈服極限。出口張力輥組對差速系統(tǒng)輸入扭矩為M56和M127,忽略功率損失,根據(jù)力矩平衡方程式有Μ121=1.9107Μ56/η2齒×0.1028+Μ127×0.1965η。(11)得到出口張力輥組傳動箱入口C的扭矩為ΜC=Μ121z40z31z121z37η1η3。(12)中間差速器由嚙合功率法進行效率計算時有Μ′34=Μ49=Μcz49z34z31z35η2齒;Μ46-1=Μ′34iΗabηΗab=Μ1301-iΗabηΗab;Μ130=Μ′34(1-iΗabηΗab)iΗabηΗab。得到作用在無級變速器從動輪上的扭矩為ΜD2=Μ41=Μ130z41η齒z130。(13)寬V型帶式無級變速器承載能力受自身結(jié)構(gòu)影響,其工作扭矩由從動輪彈簧推力提供,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。在理論延伸率最大狀態(tài)下,V帶式無級變速器可以有效傳遞的最大扭矩為Μmax=ΚDmax(h0-h1)(m-1)tanφ2√m2-2mcosα+1?(14)式中:Dmax為從動輪最大有效傳遞直徑;Fe為無級變速器V帶有效拉力;K為從動輪彈簧剛度;h0為彈簧自由高度;h1為彈簧最小載荷下的高度;α為傳動帶與小帶輪的包角;φ為帶輪錐角;m=efvα(fV當量摩擦系數(shù)?fV=f/(sinφ2+fcosφ2))。4拉彎矯直機v帶與負載模拉彎矯直機實際工作時主要技術(shù)參數(shù)為:σs=90～350MPa,最大張力Tmax=195000N,出口輥輥徑D=787mm,帶材出口速度V=8.5～85m/min。理論延伸率僅僅受無級變速器主、從動輪極限工作直徑影響,與矯直帶材力學性能和幾何尺寸無關(guān)。因D1min=108mm、D2max=310mm,由(6)式,則理論最大延伸率為δ理=[0.0407-0.02196D1minD2max]×100%=[0.0407-0.02196108310]×100%=3.3%。實際延伸率受無級變速器額定傳遞扭矩的影響,由表1中參數(shù)由式(14)計算得到V帶式無級變速器可以有效傳遞的最大扭矩為Μmax=187.7Ν?m?由式(8)-(10)計算得σl=32ΜΡa;C1=σlσs=32270≈0.12。圖4-5給出了拉伸1700mm×2.0mm,σs=270MPa帶材時,延伸率δ實與C1,δ實與無級變速器從動輪輸出扭矩MD2之間的關(guān)系曲線。從圖4-5中可以看出,當拉伸彎曲矯直彎曲輥與矯正輥壓下量不變時,帶材的實際延伸率δ實與工作張力σl基本成線性關(guān)系;實際延伸率δ實隨無級變速器輸出力矩變化而變化,在拉伸1700mm×2.0mm,σs=270MPa帶材時,實際延伸率僅為1.03%。V帶所能傳遞的最大有效拉力小于負載需要的V帶有效拉力,傳動時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,此時拉彎矯系統(tǒng)反饋的延伸率值小于設(shè)定值,電控系統(tǒng)會自動控制步進電機拖動鏈輪,增大主動輪兩錐盤間的距離以增大imax,從而提高系統(tǒng)延伸率,同時需要傳遞的扭矩也相應的增加,從而無級變速器更加打滑,如此循環(huán),直至主動輪可動錐盤走到極限位置,而使全線停機。實際生產(chǎn)中,在拉伸帶材規(guī)格為1700mm×2.0mm時,隨著屈服強度從190MPa增加至350MPa,其延伸率從1.5%迅速下降至0.8%左右,與理論分析結(jié)果基本相符,驗證了理論分析的正確性。拉彎矯直機V帶所能傳遞的最大有效拉力小于負載需要的V帶拉力,導致實際延伸率達不到設(shè)計要求,可以通過適當增大無級變速器從動輪彈簧剛度以提高V帶式無級變速器傳遞的扭矩。經(jīng)過綜合分析,將從動輪彈簧從K=10N/mm提高到K=12N/mm,由式(14)計算得到V帶式無級變速器傳遞的最大扭矩為Μmax=225.2Ν?m。根據(jù)圖5,可得在拉伸帶材規(guī)格為1700mm×2.0mm,σs=270MPa時實際延伸率為δ實≈1.32%。5拉彎矯直機所受影響為改善連續(xù)拉彎矯直機在拉伸淬火板時的實際延伸率,解決V型帶磨損嚴重并出現(xiàn)打滑現(xiàn)象這一問題,論文在分析氣墊爐連續(xù)拉伸彎曲矯直機的結(jié)構(gòu)組成及工作原理的基礎(chǔ)上,推導了傳動系統(tǒng)速比及理論延伸率計算公式,得到帶材理論延伸率與無級變速器主從動輪傳動比之間的影響關(guān)系;在彈塑性拉伸彎曲矯直理論的基礎(chǔ)上,討論了帶材實際延伸率與帶材工作張力的關(guān)系,對拉彎矯直機傳動系統(tǒng)承載能力進行了分析計算,得出拉彎矯系統(tǒng)延伸率達不到設(shè)計要求的主要原因是無級變速器的額定傳遞扭矩偏小。根據(jù)這一