宽厚板矫直机传动力矩分布特点

时间：2024-09-03

赵岽

(太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西030024)

宽厚板矫直机在矫直过程中，各矫直辊对板材施加的反弯曲率逐渐减小，这样板材经连续反弯弹复后达到平直状态。由于各辊对轧件的弯曲程度不同，作用在各辊上的矫直力矩均不相同，并且受不同矫直方案的影响存在很大的差异。结合特定的矫直方案分析各辊矫直力矩的差异，得出矫直力矩在各辊的分布情况，并以此为基础，结合不同传动形式得出其传动力矩分布特点，是进一步设计传动装置、确定电机功率、提出传动负荷平衡控制要求的重要前提条件。

1 选定矫直方案

板材矫直具有多种方案，常采用大变形矫直方案使多值原始曲率经较大的反弯弹复后迅速变为单值，然后逐渐减小，最终使板材平直，这也是力能参数较大的一种矫直方案。以九辊矫直机为例，当采用大变形线性递减矫直方案时，各矫直辊的曲率变化见表1[1]。

2 计算总矫直力矩

总矫直力矩T是作用在各辊上的矫直力矩Ti之和(因为第1辊与第9辊不对板材产生反弯，所以不含此两辊)，而各辊矫直力矩Ti主要包括摩擦力矩Tim和轧件的弯曲变形力矩Tij，以下依次列出各值的计算公式，以便结合表1中的数据做进一步的分析。

表1 各矫直辊的曲率变化Table 1 Curvature variation of each straightening roll

Ti=Tim+Tij

式中，Fi为第i辊处矫直力(N)；Mt为板材的弹性弯矩(N·mm)；b为板材宽度(mm)；h为板材厚度(mm)；σs为板材屈服强度(MPa)；Mi为第i辊处相对弯曲力矩，其在数值上等于相对弹复曲率Cif；d为矫直辊颈直径(mm)；f为轧件与辊面的滚动摩擦系数，取0.4 mm；μ为轴承摩擦系数，取0.005；P为矫直辊辊距(mm)；ut为板材的弹性变形能(N)；E为钢质弹性模量2.1×105N/mm2；uij为第i辊处矫直变形能量比；Ci为第i辊处相对总反弯曲率，Ci=Ci0+Ciw，当Ci≥5.5时，取Ci=5.5；D为矫直辊直径(mm)。

3 矫直力矩分布特点

由以上各辊摩擦力矩Tim计算公式与各辊轧件弯曲变形力矩Tij计算公式中可以看出，在确定的矫直机上，对确定尺寸规格和机械性能的工件进行矫直时，除各辊Ci0、Ciw、Cif受矫直方案的影响存差异外，其余各值皆为定值。所以按表1内各辊Ci0、Ciw、Cif值，可分别计算出各辊摩擦力矩Tim占总摩擦力矩Tm百分比和各辊轧件弯曲变形力矩Tij所占总弯曲变形力矩Tj百分比，结果见表2。

表2 各辊摩擦力矩、弯曲变形力矩的占比Table 2 Friction torque percentage and bending deformation torque percentage of each roll

为进一步得出各辊矫直力矩Ti占总矫直力矩T百分比，选择一组矫直参数：辊距P=320 mm，辊径D=185 mm，轴颈d=160 mm，板宽b=3750 mm，板厚h=25 mm，屈服强度σs=536 MPa，代入以上公式计算，得出结果见表3。

表3 各辊传动力矩分布Table 3 Transmission torque distribution of each roll

从表3中可以看出，各辊矫直力矩Ti占总矫直力矩T百分比的差异极大，其所占比例与各辊相对总反弯曲率Ci成正比，并且这种差异会影响到传动力矩的分布。另外，第2辊处轧件的相对原始曲率C20为双向原始曲率，其实际矫直力矩因受板材双向原始曲率不规则分布状态的影响，相比计算值有不同程度的降低，所以第3辊处T3占比最大。

4 矫直辊传动形式及传动力矩分布特点

矫直辊的传动形式主要有集中传动、各辊单独传动、分组传动几种形式。集中传动是由一台电机传动，经齿轮分配箱内部一系列齿轮轴等速分配输出至各矫直辊；这种传动形式会因辊间速差而产生负转矩，使原本矫直力矩已经很大的第2、3辊加大负荷，容易造成万向接轴断裂等故障，所以多采用两台或多台电机对各辊进行分组传动或单独传动的形式。

4.1 各辊单独传动力矩分布特点

每根矫直辊都由一台电机驱动，各辊传动力矩分布见表3，因每台电机的功率都是按实际矫直力矩最大的第3辊选取，从表3中可以看出第3辊的矫直力矩达到总矫直力矩的1/4以上，所以这种传动形式的总功率大，多用于上排各矫直辊具有单独调整功能的冷矫直机。

4.2 分组传动形式与传动力矩分布特点

这种传动形式将各矫直辊依次分成几组，每组由一台电机驱动，形成一个传动单元，多用于上排矫直辊整体调整的矫直机。

(1)分两组的传动形式

第一组为前4根辊，第二组为后5根辊，从表3中可以得出第一组的传动力矩达到总矫直力矩的68.5%，第二组的传动力矩为总矫直力矩的31.5%。

(2)分3组的传动形式

第一组为前3根辊，第二组为中间3根辊，第三组为后3根辊，从表3中可以得出第一组的传动力矩达到总矫直力矩的51.6%，第二组的传动力矩为总矫直力矩的40%，第三组的传动力矩为总矫直力矩的8.4%。

由以上分析可以看出，各传动单元的传动力矩不仅受各辊矫直力矩差异的影响，而且受不同传动形式的影响。在矫直过程中，钢板将多个传动单元联系在了一起，而各传动单元间没有机械联系，所以传动力矩的不均匀分布会导致电机过载、联轴器断裂等故障，因此对传动系统提出了负荷平衡控制的要求，而得出其传动力矩分布特点是提出传动负荷平衡控制要求的重要前提条件。