转向辊带钢受力分析

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1、1连续热处理机组典型转向辊带钢受力分析宝钢工程技术集团有限公司 张俊峰在立式连续热处理机组生产过程中，带钢与辊子构成的受力系统是带钢张力计算的基本单元，根据辊子的功能分为转向辊和张力辊，根据辊子带电机和不带电机分为、动力辊和非动力辊。在动力辊中，根据带钢的受力和电机的力矩状态又分为电动状态和发电状态两种类型，根据带钢的运动状态又分为加速状态还是减速状态两种情况。1.带钢与转向辊接触的典型状态如图 1 所示，根据带钢与辊子之间的相互位置关系，在转向辊中，根据带钢与辊子之间的接触方式和带钢的运动方向，典型带钢与辊子的接触情况可分为两种基本形式。(a)电动辊 (b)发电辊 图 1 带钢与辊子接触的两

2、种基本形式在图 1 中所示的转向辊与带钢的接触形式，设转向辊带有电动机。带钢与辊子之间接触包角为 180，按照带钢与辊子之间的位置关系，可分为上转向辊和下转向辊两种类型。包角小于或大于 180的情况也常用于立式活套中，以及炉内的张力辊上，这种情况的带钢受力分析与此类似。在图 1 中，设为入口张力， 为出口张力。1F2F22.转向辊中带钢的受力分析在加速状态下，带钢带动辊子转动。带钢与辊子之间的接触摩擦力方向与带钢运动方向相反，利用欧拉公式计算，计算时综合考虑带钢弹塑性弯曲力、离心力、辊子的轴承摩擦力、带钢和辊子的惯性力、带钢和辊子的重力。在计算带钢的张力时，要考虑带钢的弹塑性弯曲力、离心力、辊

3、子的轴承摩擦力、带钢和辊子的惯性力、带钢和辊子的重力，这些作用力发生于带钢和转向辊的相互关系中。如果采用欧拉公式的形式来表达这种接触状态，这些作用力表现在带钢张力计算中。1)转向辊电动加速状态带钢受力分析图 1(a)，带钢与转向辊的包角为 180，转向辊为上辊，带钢与转向辊的包角为 180，转向辊处于电动辊状态， 和 都垂直于地面且平行向下。把1F2带钢的离心力的合力 在 、 两个方向分解，在水平方向的分力为零。由LFxy于对称性且速度相同，离心力在转向辊左右带钢上各占 1/2，分别等于 =1LF= /2。带钢弹塑性弯曲力左右带钢各承受 1/2， 。2LF 2/21YSYSF在动力转向辊计算中

4、，带钢不承受辊子轴承摩擦力 和辊子惯性力 ，M1G这两种力由电动机的承受，但入口带钢要承受带钢惯性力 。辊子轴承摩2G擦力 与带钢运动方向相反，辊子轴承的受力为： 。加速MF 211FP时的惯性力 方向与带钢运动方向相反。G转向辊处于电动辊状态工作时，转向辊带动带钢运动，进入电动辊的张力 大于退出电动辊的张力 ， ，此时，电动辊电机要克服入口带钢的1F2F12阻力，拉紧带钢向出口方向移动。以 点截面做带钢的力平衡得到：D3， (1)min242F2in2GFLTS)exp(/33以 点截面做带钢的力平衡得到：C， (2)min13F2in12GLTSFbhLG2得到 之间的关系式：1F2(3)

5、 )exp()e(12)exp(12)exp(1)exp( 22 GLTS FF(4)2212S G式中：带钢与辊子之间的摩擦系数。带钢与转向辊之间的包角。或 为张力放大系数。e)xp(2) 转向辊电动减速状态带钢受力分析电动转向辊在减速状态下工作时，由于对称性且速度相同，离心力在转向辊左右带钢上各占 1/2，分别等于 = = /2。带钢弹塑性弯曲力左右带1LF2L钢各承受 1/2， 。辊子轴承的摩擦力始终与带钢运动方向相反，2/21YSYSF带钢和辊子的惯性力与辊子转动方向相同。在动力转向辊减速状态中，带钢不承受辊子轴承摩擦力 和辊子惯性力 ，这两种力仍然由电动机承受，M1GF但出口带钢要承

6、受带钢惯性力 。带钢和辊子的重力受带钢与辊子相互位2G置的影响，与减速状态无关。3) 转向辊发电加速状态带钢受力分析转向辊处于发电辊工作状态时，转向辊为发电辊，转向辊被带钢拉动而4运动，进入发电辊的张力 小于离开发电辊的张力 ， ，此时，带钢要1F2F12克服发电辊电机的阻力，带钢与辊子之间的摩擦力方向与带钢运动方向相反。此时，发电辊电机对带钢产生阻力，拉紧带钢向入口方向移动。图 1(b)，带钢与转向辊的包角为 180，转向辊为上辊，带钢与转向辊的包角为 180，转向辊处于发电辊状态， 和 都垂直于地面且平行向下。轴1F2承座上的受力为： 。这些力都包括在最小带钢张力中。4321GPM以 点截

7、面作为带钢的力平衡点，可得到：D(5)min242FDGMLTS F2in以 点截面做带钢的力平衡得到：C， (6)min13F22in11GFLTSLTS )exp(34得到 之间的关系式：1F2， (7)min2min12)exp(FF min1i21)exp(F轴承座上的受力及压力与水平线之间的夹角为：， =90 (8)4321GPM当已知 或者 时，经过转向辊的张力差为： 。1F2 12-F4)转向辊发电减速状态带钢受力分析转向辊处于发电减速工作状态时，辊子的入口张力 仍然小于出口带钢1张力 ， 。2F12如图1(b) 所示，当转向辊为上辊减速运动时，轴承座上的受力为：。4321GPM

8、5以 点截面作为带钢的力平衡点，可得到：D， (9)min242F DMLTSFG2in2以 点截面做带钢的力平衡得到：C， (10)min13GLTSF2in1)exp(34F得到 之间的关系式：1F2， (11)min2min1)exp(F min1i21)exp(F轴承座上的受力及压力与水平线之间的夹角为：， =90 (12)4321GPM当已知 或者 时，经过转向辊的张力差为： 。1F2 12-F3.转向辊前后带钢的受力及电流波形图4.结论：各种张力情况比对转向辊电动加速状态下前后张力 理论值 实际值转向辊电动减速状态下前后张力 理论值 实际值转向辊发电加速状态下前后张力 理论值 实际值转向辊发电减速状态下前后张力 理论值 实际值通过波形比对，最终验证了公式的可靠性。