趙　崠　吳慶君

(1．太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024；2．淮南市石油化工機(jī)械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

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一種寬厚板冷矯直機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式

趙崠1吳慶君2

(1．太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024；2．淮南市石油化工機(jī)械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

介紹了在寬厚板冷矯直機(jī)中，采用萬(wàn)向聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器組合使用的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式，不僅可有效防止萬(wàn)向聯(lián)軸器斷軸、傳動(dòng)設(shè)備損壞事故的發(fā)生，而且更換復(fù)位快捷，提高了設(shè)備的使用效率。

冷矯直機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；萬(wàn)向聯(lián)軸器；安全聯(lián)軸器

寬厚板冷矯直機(jī)主要用于矯直剪切處理后的成品鋼板，以消除鋼板殘余的內(nèi)應(yīng)力，改善板形狀態(tài)，從而滿足由在線淬火工藝生產(chǎn)的高韌性、高強(qiáng)度鋼板的矯直要求，達(dá)到成品鋼板交貨標(biāo)準(zhǔn)的平直度要求。

冷矯直機(jī)具有往復(fù)可逆的矯直模式，矯平精度高、矯直力矩大，為擴(kuò)大矯直鋼板厚度范圍，其傳動(dòng)系統(tǒng)是由多臺(tái)電機(jī)通過(guò)減速齒輪箱、萬(wàn)向聯(lián)軸器分別傳動(dòng)各矯直輥的單輥單傳驅(qū)動(dòng)方式。在矯直過(guò)程中，扭矩過(guò)載不僅會(huì)引起萬(wàn)向聯(lián)軸器斷軸，而且還會(huì)造成傳動(dòng)設(shè)備的損壞。采用萬(wàn)向聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器組合使用的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式，不僅可以滿足矯直力矩的傳遞，而且還可以對(duì)力矩過(guò)載起到保護(hù)作用，防止萬(wàn)向聯(lián)軸器斷軸及傳動(dòng)設(shè)備損壞等事故的發(fā)生。本文以一臺(tái)矯直厚度為6mm～30mm的寬厚板九輥冷矯直機(jī)為例，對(duì)這種便捷、高效的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式進(jìn)行分析。

1　寬厚板冷矯直機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

1.1待矯直鋼板參數(shù)

厚度/mm：6 ～ 30

寬度/mm：1 500～ 3 350

矯直板材：厚度為17mm時(shí)，σp=1 100MPa

厚度為30mm時(shí)，σp=550MPa

1.2矯直機(jī)設(shè)備參數(shù)

矯直機(jī)型式：四重九輥式

工作方式：往復(fù)可逆式矯直

工作輥輥徑/mm：220

工作輥輥距/mm：260/340

工作輥長(zhǎng)度/mm：3 600

輥間最大矯直力/MN：26

矯直速度/m·s-1： 0 ～ ±1

矯直輥開(kāi)口度/mm：-25～+25～+250

2　寬厚板冷矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式

寬厚板冷矯直機(jī)的矯直輥采用單輥傳動(dòng)方式，傳動(dòng)系統(tǒng)主要由九臺(tái)額定功率為90kW，額定轉(zhuǎn)矩為973N·m的變頻調(diào)速電機(jī)，分別傳動(dòng)輸入至減速比為15.265的減速齒輪箱，經(jīng)齒輪箱內(nèi)部九套獨(dú)立的齒輪軸減速傳動(dòng)，輸出至九根與液壓安全聯(lián)軸器組合使用的萬(wàn)向聯(lián)軸器上，從而帶動(dòng)上下排矯直輥(上排4根，下排5根)運(yùn)行，如圖1所示。

萬(wàn)向聯(lián)軸器是傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵件、易損件，矯直中因力矩過(guò)載而引起斷軸，不僅會(huì)造成設(shè)備的損壞，而且更換、維護(hù)過(guò)程耗時(shí)費(fèi)力，降低了設(shè)備的使用效率，增加了維護(hù)成本，故選用動(dòng)作靈敏、安全性好，更換或復(fù)位快捷的萬(wàn)向聯(lián)軸器與安全聯(lián)軸器組合使用的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式，不僅可以滿足矯直力矩的傳遞，而且還可以對(duì)力矩過(guò)載起到保護(hù)作用，防止萬(wàn)向聯(lián)軸器斷軸及傳動(dòng)設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

1—電機(jī)　2—聯(lián)軸器　3—減速齒輪箱　4—液壓安全聯(lián)軸器 5—十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器(上)　6—十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器(下)　7—矯直輥裝置圖1　九輥冷矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)Figure 1　Transmission system of nine high cold straightening machine

圖2　SWC240型整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器Figure 2　SWC240 integral fork cross shaft type of universal coupling

3　萬(wàn)向聯(lián)軸器的選用

3.1萬(wàn)向聯(lián)軸器的選型

目前，在寬厚板矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，已廣泛地應(yīng)用了SWC型整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器。它具有結(jié)構(gòu)合理，承載能力高，節(jié)點(diǎn)傾角大，傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，聯(lián)接型式多樣等特點(diǎn)。在此采用Q/TE301—2008端面齒連接方式，如圖2所示。

3.2整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器的選用

在矯直過(guò)程中，九輥寬厚板冷矯直機(jī)采用大變形矯直方案，以迅速減小板材殘余曲率的不均勻性，提高矯平質(zhì)量。

3.2.1確定理論轉(zhuǎn)矩

在大變形矯直條件下，各輥處軋件彎矩分配方案可簡(jiǎn)單地認(rèn)為：第2、3、4輥處軋件斷面彎矩為軋件彈塑性彎矩的極限值Ms。

結(jié)合軋鋼廠產(chǎn)品大綱和矯直機(jī)輥間最大矯直力為26MN的要求，經(jīng)計(jì)算得出第3輥轉(zhuǎn)矩為單輥?zhàn)畲蟪C直力矩，M3=14kN·m，并作為萬(wàn)向聯(lián)軸器選型的理論轉(zhuǎn)矩T=14kN·m。

3.2.2計(jì)算轉(zhuǎn)矩

計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

Tc=KT=2.5×14=35 kN·m

式中，K是工況系數(shù)，K=2.5。

3.2.3確定萬(wàn)向聯(lián)軸器技術(shù)規(guī)格與外形尺寸

根據(jù)轉(zhuǎn)矩Tc值，對(duì)照泰爾重工萬(wàn)向聯(lián)軸器樣本中疲勞轉(zhuǎn)矩Tf值，按照強(qiáng)度校核需滿足Tc≤Tf要求。選定SWC240型整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，技術(shù)參數(shù)如下：

回轉(zhuǎn)直徑D/ mm：240

疲勞轉(zhuǎn)矩Tf/ kN·m：35

公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩Tn/ kN·m：71

軸線折角β： ≤15°

軸承壽命系數(shù)KL：28.2

工作轉(zhuǎn)速n/ r·min-1：87

結(jié)構(gòu)型式：無(wú)伸縮焊接式

3.2.4萬(wàn)向聯(lián)軸器的布置與工作軸線折角

下排矯直輥保持不動(dòng)，垂直移動(dòng)上排矯直輥來(lái)調(diào)整矯直輥的開(kāi)口度?？紤]到矯直輥的開(kāi)口度最小值為-25 mm，在此輥縫值位置時(shí)，上下排矯直輥間距為234.36 mm(見(jiàn)圖3)，已小于所選萬(wàn)向聯(lián)軸器的回轉(zhuǎn)直徑(240 mm)，故為實(shí)現(xiàn)安裝使用的要求，矯直輥端的聯(lián)接處需采用上下排萬(wàn)向聯(lián)軸器長(zhǎng)度錯(cuò)位的方式，避開(kāi)十字包的干涉，如圖1所示。因此，此矯直機(jī)應(yīng)配有同一型號(hào)的、兩種不同長(zhǎng)度規(guī)格的萬(wàn)向聯(lián)軸器，分別用于上下排矯直輥的聯(lián)接。

圖3　矯直輥?zhàn)钚￠_(kāi)口度時(shí)上下排矯直輥間距圖Figure 3　The spacing of upper and lower rows of straightening rollers when the openness of straightening roller is smallest

因矯直輥系與減速齒輪箱輸出軸的輥間距值不同(見(jiàn)圖1中A-A視圖與B-B視圖)，使萬(wàn)向聯(lián)軸器安裝后產(chǎn)生軸線折角，萬(wàn)向聯(lián)軸器的工作折角為其水平與垂直兩個(gè)方向的合成軸線折角。由于下排萬(wàn)向聯(lián)軸器長(zhǎng)度規(guī)格較短，并且水平方向軸線折角較上排大，而上排矯直輥需進(jìn)行開(kāi)口度調(diào)整，故減速齒輪箱輸出端與矯直輥系輸入端的相對(duì)位置均以其水平與垂直方向中心線對(duì)稱(chēng)布置。這樣下排萬(wàn)向聯(lián)軸器的最大工作折角與上排萬(wàn)向聯(lián)軸器在工作行程為-25 mm～+25 mm的矯直狀態(tài)下的最大工作折角相近，為5°。在換輥、檢修等非矯直狀態(tài)下，矯直輥開(kāi)口度達(dá)最大值+250 mm時(shí)，上排萬(wàn)向聯(lián)軸器最大工作折角為7.6°，均滿足該型聯(lián)軸器軸線折角≤15°的要求。

3.2.5校核萬(wàn)向聯(lián)軸器的軸承壽命

萬(wàn)向聯(lián)軸器的軸承使用壽命為：

=98890.3 h

式中，LN是使用壽命，單位為h；KL是軸承壽命系數(shù)，KL=28.2；K1是原動(dòng)機(jī)系數(shù)，K1=1；n是工作轉(zhuǎn)速，n=87 r/min；β是工作軸線折角，取β=5°；T是理論轉(zhuǎn)矩，T=14 kN·m。

由以上結(jié)果得出，該型整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器滿足設(shè)計(jì)使用要求。

4　液壓安全聯(lián)軸器的選用

4.1安全聯(lián)軸器的選型

為限制矯直力矩實(shí)現(xiàn)安全過(guò)載保護(hù)，在減速齒輪箱輸出端與萬(wàn)向聯(lián)軸器間，設(shè)計(jì)安裝液壓安全聯(lián)軸器。液壓安全聯(lián)軸器通過(guò)設(shè)定液體壓力值的大小，控制兩零件間接觸面的摩擦力大小，在一定范圍內(nèi)傳遞扭矩，其滑動(dòng)扭矩值與液體壓力理論值對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。

圖4　滑動(dòng)扭矩值與液體壓力理論值對(duì)應(yīng)關(guān)系Figure 4　The corresponding relationship between sliding torque value and theoretical value of liquid pressure

當(dāng)轉(zhuǎn)矩過(guò)載發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，剪切環(huán)切斷剪切管組件，釋放液體壓力，降低聯(lián)接套摩擦力，聯(lián)軸器發(fā)生空轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，如圖5所示。

4.2液壓安全聯(lián)軸器的選用

液壓安全聯(lián)軸器是綜合考慮滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷情況、軸身直徑及工作轉(zhuǎn)速等因素進(jìn)行選擇。

4.2.1計(jì)算滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩

滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb為：

Tb=KT=1.2×14=16.8kN·m

式中，K是工況系數(shù)，取K=1.2；T是理論轉(zhuǎn)矩，T=14kN·m。

4.2.2確定液壓安全萬(wàn)向聯(lián)軸器技術(shù)規(guī)格與外形尺寸

根據(jù)滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩值，對(duì)照泰爾重工液壓安全聯(lián)軸器樣本中滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩值，按照強(qiáng)度校核需滿足Tb≤Ts要求，選定液壓安全聯(lián)軸器，技術(shù)參數(shù)如下：

結(jié)構(gòu)型式：高速式端面齒聯(lián)接；

滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts/kN·m：12.6～25.2；

加注液壓油型號(hào)：L-HV32；

剪斷管擰緊力矩/kN·m：0.02。

根依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，將液壓安全聯(lián)軸器的滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為17kN·m，由于受環(huán)境溫度的影響，在0℃以下時(shí)，溫度每降低1℃，滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低約為1.5%，因此需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣候條件，在設(shè)定滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩值時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。

1—減速齒輪箱輸出軸　2—剪切環(huán)　3—剪切管組件　4—聯(lián)接套　5—軸套　6—注油口圖5　液壓安全聯(lián)軸器Figure 5　Hydraulic safety coupling

1—光電接近開(kāi)關(guān)　2—檢測(cè)點(diǎn)圖6　檢測(cè)組件布置圖Figure 6　Layout of testing component

5　液壓安全聯(lián)軸器運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)

由于矯直機(jī)萬(wàn)向聯(lián)軸器數(shù)量較多，且呈上下排交錯(cuò)緊密布置，當(dāng)其中某一根傳動(dòng)軸因轉(zhuǎn)矩過(guò)載，液壓安全聯(lián)軸器處于過(guò)載保護(hù)狀態(tài)時(shí)，人工是難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)的，在連續(xù)的生產(chǎn)中易造成二次事故。故在每個(gè)安全聯(lián)軸器上均需安裝檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。

液壓安全聯(lián)軸器運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)如圖6所示，由固定安裝在減速齒輪箱體上的光電接近開(kāi)關(guān)對(duì)安裝在旋轉(zhuǎn)安全聯(lián)軸器上的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行出現(xiàn)頻率的檢測(cè)，在誤差范圍內(nèi)，通過(guò)比較各輥檢測(cè)頻率的一致性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定處于過(guò)載保護(hù)狀態(tài)的液壓安全聯(lián)軸器，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。

6　結(jié)論

萬(wàn)向聯(lián)軸器與安全聯(lián)軸器組合使用的傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)模式，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，安全保護(hù)反應(yīng)迅速。在生產(chǎn)實(shí)踐中大大減少了斷軸事故的發(fā)生，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了設(shè)備的維護(hù)運(yùn)行成本，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。

編輯陳秀娟

Transmission System Protection Mode of a Kind of Wide and Heavy Plate Cold Straightening Machine

Zhao Dong, Wu Qingjun

Transmissionsystemprotectionmodeusedbyuniversalcouplingandsafetycouplinghasbeenadoptedinwideandheavyplatecoldstraighteningmachinetoeffectivelypreventshaftbrokenofuniversalcouplingandtransmissionequipmentdamageaccidentandmakereplaceandresetfast,whichhasimprovedtheefficiencyoftheequipment.

coldstraighteningmachine;transmissionsystem;universalcoupling;safetycoupling

2016—01—14

趙崠，工程師。電話：13015385183，E-mail:zhd6437@126.com

TG333.2+3

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