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1、6 轧制力矩及功率 目的要求: 1 了解确定轧机传动力矩及功率的意义 。 2 掌握确定轧机传动力矩的方法。 3 掌握电机负荷图的绘制及功率计算 。16.1 主电机传动轧辊所需的力矩6.1.1 研究传动力矩的意义1.选择电机,满足工艺要求。(Mm a x Nmax 选电机)2.校核电机,制定合理的工艺规程 。( M jum Mer ; M max KG M er )26.1.2 传动力矩的组成 电机减速箱齿轮座轧机机架31.组成MD= M(轧制 )+ Mf + M0 + MdMD :主电机轴上的传动力矩; M(轧制 ):折算到电机轴上的轧制力矩,使轧件产生塑性 变形的力矩。 M(轧制 )= Mz
2、 / i ; Mf :克服轧制时发生在轧辊轴承,传动机构等的附加摩 擦力矩。4M0:空转力矩,克服轧机空转时,由于 各转动件的重量所产生的摩擦力矩。Md:动力矩,克服轧制时速度变化时各 部件的惯性力所产生的力矩。i :电机与轧辊之间的传动比。即减速 箱的减速比。 MD = M(轧制 )+ Mf + M0 + Md52.静力矩( 轧机作匀速旋转时所需的力矩) :Mc= M(轧制 )+ Mf + M03.轧机的效率(有效系数): 0= M(轧制) /Mc 100% 一般轧机的效率 0 = 0.50.95。66.2轧制力矩Mz的确定6.2.1 按轧制压力确定1.简单轧制转动一个辊所需轧制力矩 : M
3、z=Pa转动两个辊所需轧制力矩: Mz=2Pa a=Rsin:合力作用角, a:力臂 。7 2.单辊驱动(P1=P2=P) 驱动辊的轧制力矩 : Mz=P a2a2=(D+h)sin83.力臂系数令 a =l , :力臂系数则= (合力作用角)/(咬入角)= a (力臂)/ l(变形区长度) 转动两个轧辊所需的 Mz = 2Pa =2Pl 实际上, 受很多因素的影响.综合一些研究资料,热轧铸锭时 = 0.550.60热轧板带时 = 0.420.50冷轧板带时 = 0.330.429 Sims认为 :热轧扁钢及中厚板时 = 0.78 + 0.017 R/h - 0.163(R/h)1/2 美国轧
4、制不同断面形状的轧件,力臂系数 方形: = 0.5 圆形: = 0.6 闭口孔型: = 0.7106.2.2 由摩擦力确定摩擦力产生的轧制力矩 : Mz=2R(T1 - T2)T1:后滑区摩擦力, T1 = f p b R(-)T2 :前滑区摩擦力,T2 = f p b R T116.2.3 按能耗曲线确定 1.概念 单位能耗曲线:表示每吨产品的能量消耗 与总延伸系数(型、线材)或板带厚度( 板带材)之间的关系。1213142.能耗与力矩之间的关系153.按能耗曲线确定轧制力矩如图所示,an+1 、 an 分别为轧n+1、n道次后所对应的总单位能耗,则第n+1道次所对应的单位能耗为 an+1
5、- an 设轧件重为G吨,16设轧件重为G吨,在该道次的总能耗为A = (an+1 - an)G KW.h = 3600 (an+1 - an)G KW.s轧制时的能耗是以电机负荷大小测的,所以这种曲线中还包括有轧机传动机构中的附加摩擦消耗、但除去了轧机的空转消耗 。17由M = A R / v t 知按能耗曲线确定的力矩(折算到电机主轴上)为M z / i + M f = 3600 (an+1 - an)G R / v t KN.m=1000 3600 (an+1 - an)G R /v t N.m18将 G = F h L h 及 t = L h / v h = L h / v(1+S h
6、 )代入得M z / i + M f = 18 105 (an+1 - an) F h D (1+S h ) N.m G :轧件重量 ,t ; :轧件的密度,t /m3; D :轧辊工作直径,m;F h :该道次后轧件横断面积,m2 ;S h :前滑; i :传动比。19 4.单位能耗曲线的应用条件 1)相同的轧机型式、轧制条件、轧件材质 和相似的坯料断面及成品断面;2)单位能耗曲线所确定的力矩,包括折算 到主电机轴上的轧制力矩 M 及附加摩擦力 矩 Mf ,不包括空转力矩 M0。20 6.3 附加摩擦力矩 M f及空转力矩 M 0 和动力 矩 M d 的确定 6.3.1 附加摩擦力矩 M f
7、 的确定 轧制时,轧件通过辊间,在轴承内以及轧机传动机构中有 摩擦力产生。 附加摩擦力矩 M f : 是指克服在轴承内以及轧机传动机构中摩擦力(由 轧制压力产生的)所需的力矩。 M f 的组成:1)轧辊轴承中的 M f 1 2)传动机构中的 M f 2211.轧辊轴承中的附加摩擦力矩 M f 1对上下两个轧辊(共四个轴承)而言,M f 1 = P /2 f1 d1/2 4= P f1 d1P :轧制 压力; d1 :轧辊辊径直径 ; f1 :轧辊轴承摩擦系数,它取决于轴承构造和工作条件滑动轴承金属衬热轧时 f1 = 0.070.10滑动轴承金属衬冷轧时 f1 = 0.050.07滑动轴承塑料衬
8、 f1 = 0.010.03液体摩擦轴承 f1 = 0.0030.004滚动轴承 f1 = 0.003222.传动机构中的摩擦力矩 M f 2(减速箱、齿轮座中等 )M f 2 根据传动效率计算M f 2 = (1/1 - 1)(M z + M f 1 )/ iM f 2 :换算到主电机轴上的传动机构中的摩擦力矩;1 :传动机构的效率,即从主电机到轧机的传动效 率;一级齿轮传动的效率 0.96 0.98皮带传动效率 0.85 0.90 换算到主电机轴上的附加摩擦力矩 M f M f = M f 1 / i + M f 2 23 6.3.2 空转力矩 M0 的确定 空转力矩:是指克服空载转动轧机
9、主机列时,旋转体的 重量在各自不同的轴颈直径处产生的摩擦力矩. 空转力矩应等于所有转动机件空转力矩之和,当换算到 主电机轴上时,则转动每一个部件所需力矩之和为:M0 = M 0 i M 0 i :换算到主电机轴上的转动每一个零件所需的力矩。 24如果用零件在轴承中的摩擦圆半径与力来表示M 0 i M 0 i = Gi f i d i / 2i 则 M0 = G i f i d i / 2ii G i: 该零件在轴承中的重量; f i :在轴承中的摩擦系数;d i :轴 颈 直径 ;ii :电机与该机件间的传动比。25经验公式:M0 =(0.030.06)MerMer :电动机的额定转矩。对新式
10、轧机取下限,对旧式轧机取上限 。266.3.3 动力矩 M d 的确定动力矩只发生于用不均匀转动进行工作的几种轧机中,如可 调速的可逆式轧机,当轧制速度变化时,便产生克服惯性力 的动力矩。M d = GD2/375 (dn/dt) kg.m= GD2/38.2 (dn/dt) N.mG :转动部分的重量,kg ; D:转动部分的惯性直径,m 。dn/dt :角加速度。27 6.4 负荷图 1.概念 反应轧机负荷与时间变化关系的图称为负荷图28z2.分类:静负荷图(轧辊匀速转动)z 动负荷图(变速轧制)296.4.1 静负荷图静力矩与时间变化的关系图称为静负荷图。1.绘制方法:根据轧制图表确定一
11、个轧制周期内的电机静负荷图。轧制图表:反映轧制道次 n 与轧制时间 t 之间关系的图表轧制周期:对于某一轧机,从第一根轧件进入轧机轧制到 第二根轧件进入轧机轧制的这一段时间。 每一道次的轧制时间 t z = L h / v h ,t间隙(t) :按间隙动作所需时间或按现场定。30M c= M(轧制 )+ M f + M0 31326.4.2动负荷图(可逆式轧机的负荷图)在可逆式轧机中,轧件通过轧辊的时间由3部分组 成:加速时间,稳定轧制时间,减速时间加 速稳 定减 速咬入抛出331.绘制根据速度图绘制设主电机的加速度为a,减速度为b,则在各期间内的转动总力矩为: 空载加速期t1:M1 = M0
12、 +M d 加速轧制期t2:M2 = M c+M d等速轧制期t3:M3 = M c减速轧制期t4 :M4= M c- Md空转减速期t5:M5= M0 - Md GD2/38.2 GD2:单位N.m2 M: 单位 N.m 346.5 主电机功率的计算目的:1.校核电机 ;2.选择电机 。 1.校核电机: 温升校核:过载校核 :1)转速未超过额定转速,即 n nerner35M jum = ( M i 2 t i t i )1/2 。 M i :轧制周期内各段时间所对应的力矩; t i : 轧制周期内各段轧制时间和间隙时间 ;tz = Lh / vh ,t间隙按现场定。M jum:等效力矩 ;
13、(1)温升校核: M jum Mer 36(2)过载校核 :M max KG M er M max :轧制周期内,负荷图中的最大力矩 ; KG :电机允许的过载系数; 直流电机 2.02.5 ,交流电机 2.53.0372)当实际转速超过电动机基本转速时式中: M1转速未超过基本转 速的力矩; M转速超过基本转速时 乘以修正系数后的力矩, 即M=M1n/ner.对于斜线部分力矩应对超过基本转速部分对应的力矩加以修正38 校核电机过载条件: M max n/ner KG M er 392 .选择电机对新设计的电机,需根据等效力矩计算电机功率,根 据电机功率选择电机。电机功率的计算:N j = (
14、 0.105 M jum n )/ kw N j:电机功率 M jum :等效力矩,N.mn :电机的转速 ,r/min;:由电机到轧机的传动效率。40作业:补充1. 在四辊可逆轧机上一道次将坯料轧制成成品。 此时Mz=700N.m,M0=80N.m,Mm=300N.m, GD2=38.2 kg.m2,加速度a=40米/秒2,减速度b=60米/秒 2 ,轧制时速度图如下,试确定该轧机的传动力矩(传 动比i=1)并画出力矩图。已知Mer=2000N.m,对电机 进行过载校核。(K=2.5) 41P312 1) , 2)3)简述能耗曲线的应用条件。名词解释:轧制力矩、空转力矩、附加摩擦力矩、能 耗曲线、静力矩、动力矩、负荷图。42