張春煜，白勞煉，祝根蓮
（中冶陜壓重工設備有限公司，陜西 西安 ７１０１１９）
摘 要：以某不銹鋼連續酸洗退火機組為例，介紹了連續處理機組入口張力輥在甩尾、回退、正常工作３種模式下變頻電機的功率設計計算方法，討論了傳動輥壓輥帶齒輪電機傳動對傳動輥電機功率的影響。
關鍵詞：張力輥；恒轉矩負載；變頻電機；電機功率；工作模式
１前言
連續處理機組入口張力輥位于焊機與入口活套或清洗段之間，對入口段和入口活套或清洗段進行張力分段控制，連續退火機組、連續鍍鋅機組、連續酸洗機組、不銹鋼連續酸洗退火機組多采用此種形式［１，２］，見圖１。該張力輥一般有３種運行工作模式：正常運行模式、甩尾模式、因焊縫斷帶需重新回退焊接的回退模式。下面就某不銹鋼連續酸洗退火機組入口張力輥在３種模式下的傳動設計計算進行介紹。
２初始條件
某不銹鋼連續酸洗退火機組１＃張力輥位于入口活套與焊機之間，帶鋼從入口段上線或下經焊機焊接運行到入口活套，入口活套有足夠套量，可保證因入口段減速焊接時工藝段的順利運行。１＃張力輥設計時需要的初始條件見表１。
３設計計算
３．１張力輥徑
張力輥輥徑Ｄ的選擇以帶鋼經過張力輥時不產生塑性變形為原則，計算公式如下：
式中，Ｅ為帶鋼彈性模量，取２０６ＧＰａ；ｈｍａｘ為帶鋼最大厚度，取４．０ｍｍ；óｓ為帶鋼屈服強度，取６００ＭＰａ。
由式（１）計算得，Ｄ≥Φ１３７３．３３ｍｍ，最終確定Ｄ＝Φ１２００ｍｍ。張力輥徑的大小取決于其材質和帶鋼厚度，應根據綜合性能進行選擇。
３．２張力放大系數
張力放大系數ｅμα取決于在張力輥上的包角α和摩擦系數μ。一般在張力輥上的包角應大于１８０°，由于具有一定的剛性，不能完全貼附在輥面上，實際包角α小于理論包角
αｓ，一般取α＝（０．８～０．９）αｓ。本設計中，輥包角αｓ＝２３１°，取α＝
２００°。張力輥輥面采用聚氨酯材料，具有良好的耐磨性，與碳鋼的摩擦系數取μ＝０．２，計算可得出ｅμα＝２．０１，實際計算時取ｅμα＝２。
３．３張力輥輥數
根據機組需要，采用輥式張力輥，１＃、２＃輥為傳動輥，帶壓輥。
３．４減速機減速比
此張力輥工作狀態為恒力矩工作，采用交流變頻 傳 動，選 用４極 電 機，電 機 同 步 轉 速ｎ＝１５００ｒ／ｍｉｎ，輥子轉速ｎ１＝Ｖ／πＤ＝２２０／（π×１．２）＝５．３８６ｒ／ｍｉｎ。則減速機減速比ｉ＝ｎ１＝１５００／５８．３８６＝２５．６９，選取標準減速機，速比為２５，則電機工作時最高轉速為ｎ２＝ｉ×ｎ１＝２５×５８．３８６＝１４５９．６５ｒ／ｍｉｎ。
３．５張力輥的傳動計算
考慮帶鋼反彎曲損失和拉直彎曲損失，則有：
平面變形彈性模量Ｅ０：
Ｅ０＝Ｅ／（１－ν２） （２）
式中，Ｅ０為帶鋼平面變形彈性模量；Ｅ為帶鋼線彈性模量，Ｅ＝２０６ＧＰａ；ν為泊松比，ν＝０．３。
由式（２）計算得，Ｅ０＝２２６３７４ＭＰａ。
與帶鋼強度彈性模量厚度相關系數ＫＹ：
ＫＹ＝óｓ２ｔ／３Ｅ０ （３）
式中，óｓ為帶鋼的屈服極限，óｓ＝６００ＭＰａ；ｔ為帶鋼厚度，ｔ＝４ｍｍ。
由式（３）可得，ＫＹ＝２．１２Ｎ／ｍｍ，由此計算得帶鋼彈性變形極限時的彎曲直徑ＤＹ＝Ｅ０ｔ／óｓ＝１５０９．６１ｍｍ。
反彎曲損失ΔＴＲＢ和拉直彎曲損失ΔＴｓ為：
式中，Ｗ為帶鋼寬度，Ｗ＝１６００ｍｍ。
由式（４）、式（５）計算得，ΔＴＲＢ＝１２５０Ｎ，ΔＴｓ＝１００Ｎ。
（１）甩尾模式下的張力輥功率
此張力輥組位于入口活套的入口側，由變頻電機傳動，帶鋼尾部在橫切剪剪掉帶尾后，帶尾向焊機方向運行，此段為甩尾運行模式。甩尾模式下，張力輥電機處于發電狀態，即電機的傳動力矩與帶鋼運動方向相反，由帶鋼張力拖動張力輥傳動。張力分析見圖２，由圖２
有：
Ｔ６ａ＝Ｔｂ－ΔＴＳ＝４８０００－１００＝４７９００Ｎ
Ｔ５ａ＝Ｔ６ａ／ｅμα＝４７９００／２＝２３９５０Ｎ
Ｔ４ａ＝Ｔ５ａ－ΔＴＲＢ＝２３９５０－１２５０＝２２７００Ｎ
Ｔ３ａ＝Ｔ４ａ－ΔＴＳ＝２２７００－１００＝２２６００Ｎ
Ｔ２ａ＝Ｔ３ａ／ｅμα＝２２６００／２＝１１３００Ｎ
Ｔｃａ＝Ｔ２ａ－ΔＴＲＢ＝１１３００－１２５０＝１００５０Ｎ
在甩尾時，要建立初張力Ｔｃａ的電機功率應由１＃輥傳動電機提供。１＃輥傳動電機用于建立初張力提供壓輥的電機功率為：
Ｐ１１ａ＝ＴｃａＶｍａｘ＝１００５０×２２０／６０＝３６．８５ｋＷ
１＃輥傳動電機用于張力放大的電機功率為：
（２）回退模式張力輥功率帶鋼焊接后，若帶鋼運行一段后焊縫斷裂，需將帶鋼拉回焊機進行重新焊接，為回退模式。該模式下，張力輥電機處于電動狀態，即電機的傳動力矩與帶鋼運動方向相同，張力分析見圖３。由圖３有：
Ｔ６ｂ＝Ｔｄ＋ΔＴＲＢ＝６００００＋１２５０＝６１２５０Ｎ
Ｔ５ｂ＝Ｔ６ｂ／ｅμα＝６１２５０／２＝３０６２５Ｎ
Ｔ４ｂ＝Ｔ５ｂ＋ΔＴＳ＝３０６２５＋１００＝３０７２５Ｎ
Ｔ３ｂ＝Ｔ４ｂ＋ΔＴＲＢ＝３０７２５＋１２５０＝３１９７５Ｎ
Ｔ２ｂ＝Ｔ３ｂ／ｅμα＝３１９７５／２＝１５９８７．５Ｎ
Ｔｃｂ＝Ｔ２ｂ＋ΔＴＳ＝１５９８７．５＋１００＝１６０８７．５Ｎ
在回退模式時，建立初張力Ｔｃｂ的電機功率應由１＃輥傳動電機提供。１＃輥傳動電機提供壓輥的電機功率為：
（３）正常工作模式下的張力輥功率
正常運行時，開卷機與１＃張力輥建張運行，即為正常運行模式。在正常運行模式下，張力輥電機處于電動狀態，即電機的傳動力矩與帶鋼運動方向相同，張力分析見圖４。正常運行時，張力輥的 入 口 張Ｔａ＝６４０００Ｎ，與 出 口 張 力Ｔｂ＝４８０００Ｎ的張力差小于甩尾模式和回退模式的張力差很多，所以此模式下采取每個輥子傳遞等力矩的控制方式，即：
Ｔ２ｃ－Ｔ３ｃ＝Ｔ５ｃ－Ｔ６ｃ
Ｔ２ｃ＝Ｔａ＋ΔＴＲＢ＝６４０００＋１２５０＝６５２５０Ｎ
Ｔ４ｃ＝Ｔ３ｃ＋ΔＴＳ＝Ｔ３ｃ＋１００Ｎ，
Ｔ５ｃ＝Ｔ４ｃ＋ΔＴＲＢ＝Ｔ３ｃ＋１３５０Ｎ
Ｔ６ｃ＝Ｔｂ－ΔＴＳ＝４８０００－１００＝４７９００Ｎ
由Ｔ２ｃ－Ｔ３ｃ＝ Ｔ５ｃ－Ｔ６ｃ計算可得，Ｔ３ｃ＝５５９００Ｎ，所以，１＃、２＃輥的電機功率為：
從以上３種張力輥工作模式對于張力輥傳動電機功率的計算中可看出，回退模式所需要的傳動輥電機功率最大，故取機械效率η＝０．９，因此１＃輥 的 電 機 功 率 為Ｐ１ｂ
／η＝１１９．２７／０．９＝１３２．５２ｋＷ，取電機功率為１３２ｋＷ。２＃輥的電機功率為Ｐ２ｂ／η＝１１５．４５／０．９＝１２８．２８ｋＷ，取電機功率為１１０ｋＷ，電機過載為１２８．２８／１１０＝１．１７，因回退模式時間很短，過載滿足要求。
（４）１＃傳動輥壓輥帶齒輪電機傳動對１＃傳動輥電機功率的影響
２＃傳動輥的壓輥主要是為在入口活套失張時建立初張力之用，可不帶傳動。現就１＃
傳動輥壓輥帶齒輪電機傳動對１＃傳動輥的電機功率的影響進行討論。
甩尾模式及回退模式下，帶鋼速度以穿帶速度運行，即Ｖｓ＝０．５ｍ／ｓ，若壓輥齒輪電機額定輸出速度為Ｖｓ，則在甩尾模式下，壓輥電機功率為：
Ｐａ＝ＴｃａＶｓ／η＝１００５０×０．５／０．９＝５．６ｋＷ
壓輥齒輪電機功率取７．５ｋＷ，則１＃輥的電機功率為４２．６ｋＷ。
在回退模式下，壓輥電機功率為：
Ｐｂ＝ＴｃｂＶｓ／η＝１６０８７．５×０．５／０．９＝８．９ｋＷ
壓輥齒輪電機功率取１１ｋＷ，則１＃輥的電機功率為６０．２７ｋＷ。
所以，在壓輥帶傳動齒輪電機時，１＃輥的電機功率為６０．２７／０．９＝６７ｋＷ，取電機功率７５ｋＷ即可滿足要求。
綜上所述，在計算連續機組焊機后的張力輥電機功率時，必須考慮以上因素，否則選取的電機功率是有問題的。為此，應合理選取配置，保證機組的連續運行。
參考文獻：
［１］ 張啟富，劉邦津，黃建中．現代鋼帶連續熱鍍鋅機組［Ｍ］．北京：冶金工業出版社，２００７．
［２］ 周國盈．帶鋼精整設備機械［Ｍ］．北京：機械工業出版社，１９７９．