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.