錢正華

（中國(guó)人民解放軍海軍上海工程機(jī)械廠，上海 200433）

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)軋制力計(jì)算與應(yīng)用

錢正華

（中國(guó)人民解放軍海軍上海工程機(jī)械廠，上海 200433）

針對(duì)二輥銅桿冷軋機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，軋制力計(jì)算部分理論參數(shù)無(wú)法確定，造成計(jì)算困難的問(wèn)題，以φ25～ φ12.7八牌坊軋機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)能耗實(shí)驗(yàn)法和相關(guān)公式推導(dǎo)計(jì)算軋制力大小。同時(shí)應(yīng)用計(jì)算結(jié)果，簡(jiǎn)單介紹在相同軋制條件下不同孔型或道次軋制力的計(jì)算方法。

銅桿冷軋機(jī)；軋制力；能耗實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

近幾年來(lái)，隨著銅加工行業(yè)的發(fā)展，二輥銅桿冷軋機(jī)的需求一直保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，常規(guī)孔型軋機(jī)已不能滿足市場(chǎng)要求，各種復(fù)雜孔型軋機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

軋機(jī)設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)難點(diǎn)：一是孔型設(shè)計(jì)，二是強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于特殊規(guī)格孔型設(shè)計(jì)，目前我廠已有一套較好的控制方法。因此如何進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，特別是當(dāng)軋制較大尺寸規(guī)格銅桿時(shí)，軋制力變大，軋制箱體內(nèi)各部件的強(qiáng)度是否足夠？如何使其滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)？成為目前軋機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)非常重要課題。

對(duì)于二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)，強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵是軋制力的大小。對(duì)于紫銅桿圓—橢—圓孔型系，其軋制力目前從理論上計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，且缺少相關(guān)理論數(shù)據(jù)，無(wú)法直接計(jì)算。實(shí)踐已經(jīng)證明，常規(guī)孔型軋機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度完全符合使用要求。因此本文主要通過(guò)對(duì) φ25～φ12.7八牌坊軋機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)能耗實(shí)驗(yàn)法和相關(guān)公式推導(dǎo)來(lái)確定某一道次軋制力的大小，并通過(guò)類比法加以應(yīng)用。

1 軋制力計(jì)算

1.1 傳動(dòng)力矩的組成

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)軋制過(guò)程中，軋輥?zhàn)鲃蛩龠\(yùn)動(dòng)，忽略動(dòng)力矩dM 的影響,因此在電動(dòng)機(jī)軸上，傳動(dòng)軋輥所需力矩最多由下面三部分組成：

式 中： Mj為 軋 制靜力矩， 亦即克服被 軋金屬的變形抗力和金屬對(duì)軋輥表面的摩擦所需的力矩，N·m；i為軋輥與電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)比，i=10.3； Mm為克服軋制時(shí)發(fā)生在軋輥軸承和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等的附加摩擦力矩，N·m；Mk為空轉(zhuǎn)力矩，即軋輥空轉(zhuǎn)時(shí)的傳動(dòng)力矩，N·m；

靜載荷又可由電動(dòng)機(jī)的功率確定：

1.2 軋制力矩的確定

軋制力矩通常有二種方法確定：一是按金屬對(duì)軋輥的作用力計(jì)算軋制力矩；二是按能量消耗曲線確定軋制力矩。在孔型系統(tǒng)中軋制時(shí)，力臂系數(shù)的計(jì)算尤為困難，特別對(duì)于銅桿冷軋，目前沒(méi)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。在很多情況下，比較合理的是，利用按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的軋制能耗來(lái)確定軋制力矩。如果軋制條件相同，其計(jì)算結(jié)果也較可靠。

為了獲得更精確的數(shù)據(jù)，本次實(shí)驗(yàn)逐道次測(cè)定了這一消耗。由實(shí)驗(yàn)可得軋制每噸銅時(shí)根據(jù)總延伸率的不同所需的能耗曲線，如圖1所示。

圖1 φ25～ φ12.7八牌坊二輥銅桿冷軋機(jī)的單位能耗曲線

由于軋制能耗是按電動(dòng)機(jī)的載荷測(cè)定的，上述曲線的數(shù)據(jù)也包含了軋制機(jī)構(gòu)中的摩擦耗能，但扣除了軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損失。所以這一能耗計(jì)算出的力矩是軋制力矩Mz與附加摩擦力矩 mM 之和。

表1 二輥銅桿冷軋機(jī) φ25～ φ12.7某道次參數(shù)

若忽略前滑的影響，并且軋制為理想狀態(tài)，無(wú)張力或推力，則對(duì)于密度為 8.9t/m3 的紫銅，有：

對(duì)于二輥銅桿冷軋機(jī)某道次，已知以下參數(shù)：

1.3 附加摩擦力矩的確定

附加摩擦力矩由軋輥軸承中的摩擦力矩和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩二部分組成。對(duì)于二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)，軋輥軸承中的摩擦力矩值為：

式中：P為軋制力；1d為軋輥輥頸直徑，1d =0.1m；1f 為軋輥軸承摩擦系數(shù)，二輥銅桿冷軋機(jī)采用滾動(dòng)軸承，1f=0.003。

二輥銅桿冷軋機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩：

式中：2mM 為換算到主電機(jī)軸上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩；為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，

換算到主電機(jī)軸上的附加摩擦力矩為：

1.4 空載力矩的確定

按常規(guī)公式計(jì)算甚為復(fù)雜，在此對(duì)二輥銅桿冷軋機(jī)按實(shí)驗(yàn)辦法確定：

式 中： Nk為 空 載 時(shí) 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率，為空載時(shí)電動(dòng)機(jī)的角速度計(jì)算得

1.5 計(jì)算

由式（1）～（6）求出：軋制力矩 Mz=37886.9 N·m；附加摩擦力矩 Mm=149.5 N·m；軋輥軸承中的摩擦力矩值Mm1=160N·m；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩 Mm2=134N·m；軋制力 P=533kN。

2 應(yīng)用

二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)常采用經(jīng)驗(yàn)方法，各軸、齒輪和軸承等選用缺少相關(guān)理論支持，特別是在增大銅桿規(guī)格時(shí)各參數(shù)選用可能不符合要求，造成這一現(xiàn)象的根本原因就是孔型軋制時(shí)軋制力計(jì)算困難。下面介紹應(yīng)用上述結(jié)果來(lái)簡(jiǎn)單計(jì)算不同孔型或道次軋制力的方法。

在簡(jiǎn)單的孔型中軋制時(shí)，用以下公式計(jì)算接觸應(yīng)力：

式中： nσ為影響軋件應(yīng)力特性的因素，由和'四 部 分 組 成 ， 其 中為 有 寬 展 時(shí) ， 外 摩 擦力變化的影響系數(shù)，其值可由已知孔型軋前平均寬度與高度之比值查圖表選?。粸橥饽Σ劣绊懴禂?shù)可由已知孔型參數(shù)寬度差與軋前高度之比值查圖表選??；為外區(qū)影響系數(shù)，可由已知孔型的接觸弧長(zhǎng)與軋件截面平 均 高 度 之 比 值 查 圖 表 選 取 ；為 張 力 影 響 系 數(shù)，為 了 計(jì) 算 方 便， 假 設(shè) 軋 制 為 理 想 狀 態(tài) ， 即為孔型的沖頭及形狀對(duì)接觸壓力的特殊影響系數(shù)，其值可由定值摩擦系數(shù)、接觸弧長(zhǎng)與軋件截面平均高度之比值和金屬在孔型中的受限制的程度通過(guò)公式計(jì)算確定。為孔型形狀系數(shù)，

軋制力計(jì)算按公式：

式中：F為接觸面積，如孔型已知?jiǎng)t其為定值。

綜合（8）、（9）二式可知，若已知某孔型道次軋制力 為定值，則任一孔型軋制力亦即可求。

由于查表誤差和忽略了張力等影響因素，按此經(jīng)驗(yàn)算值與實(shí)際實(shí)驗(yàn)計(jì)算值存在 15%左右誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

利用能耗實(shí)驗(yàn)法計(jì)算二輥銅桿連續(xù)冷軋機(jī)孔型軋制力，避免了理論公式計(jì)算中大量參數(shù)無(wú)法選取問(wèn)題，為目前比較簡(jiǎn)單合理的方法，其計(jì)算結(jié)果也較為準(zhǔn)確。再以某一道次軋制力為基數(shù)，推廣應(yīng)用到求解其他類似條件下的軋制力，計(jì)算過(guò)程十分簡(jiǎn)單，從而使軋機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便可靠。

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