冷床本体I\Ⅱ段传动装置不同步现象探讨

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摘 要:简要介绍了冷床传动装置的工作原理,建立了冷床工作时负载对传动轴产生的总静力矩数学模型,结合生产线实际生产情况,选取了最佳配重数量,对减少配重前后负载对传动轴产生的总静力矩进行了对比,实践表明减少配重可有效解决冷床I、Ⅱ段传动装置明显不同步现象。

关键词:冷床传动装置;配重;静力矩

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)12-0347-02

0 前言

涟钢棒带材厂棒二线投产以来,冷床本体I、Ⅱ段传动装置出现不同步现象,由此造成顶钢、弯钢、废钢,甚至有时轧材插入动齿条下方,致使动齿梁装配移位,冷床无法正常工作,迫使全线停轧。针对这些实际情况,本文对冷床的工作过程进行了受力分析,并提出了相应解决措施。

1 冷床简介

冷床是对带肋钢筋及圆钢进行冷却的工作台面,轧材通过冷床输入辊道输送进入冷床,冷床将排列在冷床上的轧材逐步移向端部,达到冷却效果。该生产线冷床为步进式冷床,冷床本体主要由动齿条梁装配、静齿条梁装配、传动装置组成。冷床传动装置分为相互独立的I、Ⅱ段,冷床工作时,电机通过减速机带动传动轴,安装在传动轴上的偏心轮转动使动齿条梁作步进往复运动,使停放在静齿条梁装配静齿条上的轧材依次移动一个齿距。工作原理简图见图1。

冷床主要技术参数如下:

冷床面积:120m×11.5m 轧材规格:∮10-∮50 冷床工作周期:3S

冷床传动直流电机 型号:ZFQZ-250-41 功率:N=110kw 转速:750r/min

蜗轮减速机 型号:ZWB450 中心距:0.45m 速比:1:31.5

动静齿条齿距0.1m 偏心轮偏心距0.05m

图1 冷床本体工作原理简图

1―轧材 2―静齿条梁装配 3―动齿条梁装配 4―滚轮 5―偏心轮 6―传动轴 7―配重

2 建立数学模型

从图1可知,动齿条梁装配的步进运动实质上是其在竖直平面内作圆周运动。为了便于分析,作了两点简化:

(1)假设所有的负载集中作用在一根传动轴上;

(2)不考虑摩擦阻力和转动惯量。在初始位置时动齿条装配处于最低位,静齿条高出动齿条0.05m,配重与竖直方向成15°夹角,此时轧材自重落在静齿梁装配静齿条上,受力简图见图2。

图2 冷床本体初始位置受力图

1―配重 2―传动轴 3―偏心轮

图3 冷床本体工作位置受力图

1―配重 2―传动轴 3―偏心轮

当偏心轮从初始位置按运行方向(顺时针方向)旋转角度θ时,受力情况分以下二种情形:①当-90°≤θ≤90°时,轧材自重落在静齿梁装配静齿条上,此时轧材对偏心轮没有作用力;②当90°≤θ≤270°时,轧材自重落在动齿梁装配动齿条上。受力简图见图3,负载对传动轴产生以下3种静力矩(以图示传动轴运行方向为正方向):

(1)配重对传动轴产生的静力矩(记为M配重);

(2)动齿条梁装配、偏心轮对转动轴的静力矩(记为M自重);

(3)轧材自重对传动轴的静力矩(记为M轧材)。

由图3可知M配重=m0×g×L1×sin(θ+15°)=G0×L1×sin(θ+15°)

M自重=-m1×g×e×sinθ-m3×g×L2×sinθ=-G1×e×sinθ-G3×L2×sinθ

M轧材=-m2×g×e×sinθ=G2×e×sinθ

M总=M配重+M轧材+M自重即:

M总=G0×L1×sin(θ+15°)-G1×e×sinθ-G3×L2×sinθ(-90°≤θ≤90°)

G0×L1×sin(θ+15°)-(G1+G2)×e×sinθ-G3×L2×sinθ(90°≤θ≤270°)

式中m0―配重总重;m1―动齿条梁装配总重;m2―满载轧材总重;m3―偏心轮总重;L1―配重质心到传动轴中心的距离;L2―偏心轮质心到传动轴中心的距离;e―偏心轮偏心距;M总―负载总静力矩。

经参阅北钢院设计的图纸:齿条梁装配(图号:DC11595)和冷床传动装置(图号:DC11596)并经计算有:m0=731kg/件×36件=26316kg m1=73500kg m3=50kg/件×80件=4000kg L1=0.312m L2=0.064m e=0.05m

M配重=m0×g×L1×sin(θ+15°)=26316×9.8×0.312×sin(θ+15°)=80464sin(θ+15°)(N.m)

M自重=-m1×g×e×sinθ-m3×g×L2×sinθ=-73500×9.8×0.05sinθ-4000×9.8×0.064sinθ=-38523 sinθ(N.m)

其中m2以每根倍尺轧材长101m、72个齿满载来计算,在该生产线∮12、∮14、∮16带肋钢筋为三切分轧制;∮18、∮20带肋钢筋为二切分轧制;∮22、∮25、∮28、∮30、∮32、∮36、∮50带肋钢筋为单线轧制。∮12、∮14、∮16、∮18、∮20、∮22、∮25、∮28、∮30、∮32、∮36,∮50带肋钢筋在齿条上满载轧材的总重分别为:19418kg、26430kg、34521kg、29127kg、35959kg、21755kg、28093kg、35240kg、40454kg、46028kg、58254kg、112372kg。根据该生产线的目前实际生产情况,轧制规格仅为∮12、∮14、∮16、∮18、∮20,其它规格不再轧制,这5种规格中,冷床本体I、Ⅱ段传动装置出现不同步现象对∮12、∮14、∮16三切分小规格影响最为明显,因∮14介于其中,故根据∮14三切分轧制情况来选取最佳配重数量。由机电传动知识可知,M总越小,电机输出最大转矩就越小,就越易于实现冷床本体I、Ⅱ传动装置的同步性。为了便于分析,转化为数学模型为:函数

f(θ)=G′0×L1×sin(θ+15°)-G1×e×sinθ-G3×L2×sinθ(-90℃≤θ≤90°)G′0×L1×sin(θ+15°)-(G1+G2)×e×sinθ-G3×L2×sinθ(90℃≤θ≤270°)

求G′0值为多少时,f(θ)最大值最小。

3 模型分析

分析过程如下:(以∮14三切分轧制为例)①当-90°≤θ≤90°时,f(θ)=m′0×g×L1×sinθcos15°+m′0×g×L1×cosθsin15°-73500×9.8×0.05×sinθ-4000×9.8×0.064×sinθ=m′0×g×L1×sinθcos15°+m′0×g×L1×cosθsin15°-40000×sinθ=(m′0×g×L1×cos15°-38523)sinθ+m′0×g×L1×g×sin15°cosθ(N.m)

f(θ)≤(m′0×g×L1×cos15°-38523)2+(m′0×g×L1×sin15°)2

②当90°≤θ≤270°时,f(θ)=m′0×g×L1×sinθcos15°+m′0×g×L1×cosθsin15°-(m1+m2)×g×e×sinθ-m3×g×L2×sinθ=m′0×g×L1×sinθcos15°+m′0×g×L1×cosθsin15°-(73500+26430)×9.8×0.05×sinθ-4000×9.8×0.064×sinθ=(m′0×g×L1×cos15°-51474)sinθ+m′0×L1×sin15°cosθ

f(θ)≤(m′0×g×L1×g×cos15°-51474)2+(m′0×g×L1×sin15°)2

当(m′0×g×L1×cos15°-38523)2+(m′0×g×L1×sin15°)2=(m′0×g×L1×cos15°-51474)2+(m′0×g×L1×sin15°)2时,即:m′0×g×L1=46586(N.m)时|M′总|最小,负载对传动轴的总静力矩最小,即电机输出转矩最小,此时配重数量为:46586/(9.8×0.312×731)=20.8件,因拆卸配重数量必须为偶数,且考虑到轧制∮14带肋钢筋总重在目前轧制的五种规格中较小,故选定最佳配重数量为22件,需拆卸的配重数量为14件。拆卸后配重总重m′0为16082kg,其对传动轴产生的静力矩M′轧材为49172N.m。轧制∮12、∮14、∮16、∮18、∮20、∮28、∮36、∮50带肋钢筋在减少配重前负载对传动轴产生的总静力矩M总与减少配重后负载对传动轴产生的总静力矩M′总比较见图4。通过比较可知,轧制小规格带肋钢筋时,M′总远小于M总。

写出图4的图名。

图4 减少配重前后传动轴总静力矩对比

4 影响分析

因整个传动系统包括电机、减速机、长轴、偏心轮、配重等转动惯量较大,以及传动轴轴承、滚轮的滚动摩擦力等因素,导致电机启动电流较大,动齿条梁装配在初始位置时(θ=0),配重与竖直方向成角15°,此时产生一个正向力矩,有利于冷床迅速启动。动齿条梁装配在制动位置时由电机输出的反向力矩(反电流)来达到制动,负载对传动轴产生的总力矩(总力矩为正时,上图在制动位时均为正)越小,在制动位置时电机的反向电流也越小,电机制动就越平稳可靠。由图4可知原有配重是与轧制大规格棒材相匹配的,轧制小规格棒材时原有配重过重,减少配重有利于轧制小规格消除I、Ⅱ段传动装置不同步现象。同时,为了进一步消除冷床I、Ⅱ段传动装置明显不同步现象,还可以从电气控制方面入手,可采取的措施有:

(1)精确调整冷床低位光电接近开关,确保冷床停止位置的一致性,保证配重部分的起止角度符合设计要求;

(2)通过分别调整电机驱动装置中反生制动力矩参数,对冷床的制动速度、位置进行精确定位;

(3)通过调整PLC程序中对两台冷床电机运行速度的设定进行细调,确保同步性。

5 结语

文中分析可知,棒二线轧制小规格棒材时,原有配重总重过重,电机难以精确定位,造成冷床I、Ⅱ段传动装置不同步。经拆卸14件配重后,问题得到了很好的解决,迄今为止未出现冷床传动装置I、Ⅱ段明显不同步现象。

参考文献

[1]徐灏主编.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]邓星钟主编.机电传动控制[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.

[3]黄华清主编.轧钢机械[M].北京:冶金工业出版社,1976.