多辊拉矫机拉坯辊扭矩测试分析

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1991.01.038 第13卷第1期 北京科技大学学报 Vol.13 No.1 1991年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1991 多辊拉矫机拉坯辊扭矩测试分析 许德宽· 摘要：通过对大型板还连钱机多辊拉轿机的测试分析，得出了在各种工况下不同部位 的拉坯辊扭矩值及其变化规律，为指导拉娇机的生产及多辊拉娇机的设计提供理论伥据。 关健词：扭转应变，示兹图，拉坯辊扭矩 Measuring and Analyzing for Torque of Withdrawal Rolls of Multi-Roll Withdrawal and Straightening Systems Xu Dekuan' ABSTRACT:Torque value and its variation rules for withdrawal rolls in different positions under four working conditions were derived on the basis of measuring and analyzing for multi-roll withdrawal and straightening systems of heavy continuous slabs casting machines.It is of great significance to the continuous casting production and the design of multi-roll withdrawal and straightening systems. KEY WORDS:torsional strain,wave,torque of withdrawal rolls 拉矫机的基本功能是拉出铸坯并将其矫直，为保证有足够的拉坯力，拉矫机必须有相当 数量的拉坯辊，以满足在各种工况下拉坯的要求。 多辊拉矫机总的拉坯扭矩必须满足的条件式： we号+2(1+号） (N-m) 式中：M一总的拉坯扭矩， 1990一09一15收稿 ·机械工程系(Department of Mechanical Engincering) 78

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 丁 。 。 。 多辊拉矫机拉坯辊扭矩测试分析 许 德 宽 ’ 摘 要 通过对大型板坯连铸机多辊拉矫机的侧试分析 ， 得 出了在各 种工况下不同部位 的 拉坯辊扭矩值及其 变化规律 ， 为指导拉矫机的 生产及多辊拉矫机的设计提供理论依据 。 关健词 扭转应变 ， 示波图 ， 拉坯辊扭矩 一 “ 耘 丫 边 了 “ 一 ， 了 一 ， ， 五 拉娇机的基本功能是拉出铸坯并将其 矫直 ， 为保证有足够的拉坯力 ， 拉矫机必须有相 当 数量的拉坯辊 ， 以满足在各种工况下拉坯的要求 。 多辊拉矫机 总的拉坯扭矩必须满足的条件式 。 二粤 · 郭 。 · · 今 一 式中 肛— 总的拉坯扭矩 ， 一 一 收 稿 机械工 程系 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1991．01．038

空F一由结晶器至切割设备总的拉坯阻力1)， (N) K一驱动辊数， 工N。一拉矫机驱动辊作用在铸坯上的压力， (N) D、d一拉坯辊直径及其轴承平均直径， (m) f、4一一拉坯辊与铸坯之间的滚动摩擦系数及其轴承摩擦系数。 由上式可以看出，影响总的拉坯扭矩有工F,D,∑N,f,d,46个因素，后5个因 素有确的值，拉坯阻力∑F是影响M的主要因素。由于连铸机工作环境是高温、潮湿，加之 夹辊的对弧精度，轴承的润滑状况，铸坯的鼓肚变形等因素都会影响总的拉坯阻力的变化， ∑F的值很难精确计算确定，特别是结晶器及二次冷却区的拉坯阻力，一般用经验公式确 定〔2)。本文对大型板坯连铸机的多辊拉矫机进行了研究。 1连铸机拉矫机的力能参数分析 对我国自行设计和制造的第一台板坯连铸机拉矫机的力能参数进行了测试，图1是该连 铸机拉矫机辊系配置图。 B p中中⊕电0⊙⊙®⊙中ΦΦ中Φ中Φ中 P®沙⑧中电小®中中有⑤变e®否中内®®®南由 35637 39的01424指4647996061626的546的565758的 图1多辊拉矫机辊系配置 Fig.1 Scheme of the multi-roll withdra wal and straightening system 拉矫机由25个辊组成，其中17个为驱动辊，均匀单独驱动。拉矫机上辊由液压缸带 动，而液压缸分为12个液压组（由字母A~L表示）分别控制。为了测试不同部位拉坯辊扭 矩的变化规律，选取的测点分别是：位于直线段的58号、55号、49号、47号，位于弧线段的 40号和44号辊。 应变片粘结在万向接轴的中部，拉坯时应变信号输送给动态电阻应变仪，进行放大、检 波、滤波等处理后，再由光线记录示波器记录。 测试时工艺参数： 铸坯断面 210mm×1300mm 振动频率 1.167Hz 拉坯速度 0.015m/s 钢号 WD3C 测试工况有：送引锭杆，引锭杆拉坯，正常拉坯及事故拉坯共四种工况。跟踪测试了两 个工作班，测试记录纸长度近100m。 2测试数据分析 2.1正常拉坯实测扭矩示波图 M44,M47,M49,M40,M55和M58,分别代表了44号、47号、49号、40号、55号和 79

它 尸—由结晶器至切割设备 总的拉坯阻力 〔 ” ， 尤 — 驱动 辊数 ， ‘ —拉矫机驱动 辊作用 在铸坯上 的压力 ， 刀 、 —拉坯辊直径及其轴承平 均直径 ， 、 拼—拉坯辊与铸坯之 间的滚动摩擦系数及其 轴承摩擦系数 。 由上式可以看出 ， 影响 总的拉坯扭矩有 ， ， ‘ ， ， ， 声 个因素 ， 后 个因 素有确 的值 ， 拉坯阻力 是影响 的 主要 因素 。 由于连铸机工作环 境是高温 、 潮湿 ， 加之 夹辊的对弧精度 ， 轴承的润滑状况 ， 铸坯的鼓肚变形 等因素都会影响总的拉坯阻力的 变化 ， 的值很难精确 计算确定 ， 特别是结 晶器及二次 冷却区的拉坯阻力 ， 一般用经 验 公 式 确 定 〔 “ 〕 。 本文对大 型板坯连铸机的多辊拉矫机进行了研究 。 连铸机拉矫机的 力能参数分析 对我 国 自行设 计和 制造的第 一台板坯连铸机拉矫机的力能参数进行了测试 ， 图 是 该连 铸机拉 矫机辊系配置图 。 图 多辊拉矫机辊系配置 血 一 位 拉矫机 由 个辊组成 ， 其中 个辊 为驱动辊 ， 均 匀单独驱动 。 拉矫机上辊由液压 缸 带 动 ， 而液压缸分为 个液压组 由 字母 一 表 示 分别控制 。 为 了侧试不 同部位拉坯辊扭 矩的变化规律 ， 选取 的测点分别是 位于直线段的 号 、 号 、 号 、 号 ， 位于弧线段的 号和 号辊 。 应变片 粘结在万向接轴的 中部 ， 拉坯时应变信号输送 给动态 电阻应变仪 ， 进行放大 、 检 波 、 滤波等处理后 ， 再由光线记录示波器记录 。 侧试时工艺参数 铸坯断面 振动频率 。 拉坯速度 。 钢 号 侧试工况有 送引锭杆 ， 引锭杆拉坯 ， 正常拉坯及事故拉坯共 四种工况 。 跟踪侧试了两 个工作 班 ， 测试记 录纸长 度近 。 测试数据分析 。 正常拉坯实洲扭矩示 波图 ， ， ， ， 和 ， 分 别代 表了 号 、 了号 、 号 、 侈号 、 号和

58号拉坯辊扭矩变化曲线。在正常拉坯时，各拉坯辊曲线变化幅度较小，表明拉坯比较平 稳，但由于高温铸坯表面及氧化铁皮等因素，造成示波曲线小的波纹。 2.2正常拉还时数据分析 由工程力学可知，当轴体受扭矩M作用时，轴的扭转应变ε与M有以下关系： M=E,W/(1+4)e[31 (N.m) E一万向接轴的弹性模量，取2,1×105MPa 一泊桑系数，取0.3 表1正常拉坯扭矩值×10，N·m Table 1 Regular torque value of withdrawal 序号 最大值 最小值 平均位 M 序号 最大值 最小值 平均值 1 228,64 114.32 171.48 1 850.56 708.80 779.68 228.64 114.32 171.48 9 850.56708.88 779.68 3 257.72 171.48 214,46 921.44779.68 850.56 4 285.80 174.48 228.64 992.32 637.92 815.12 5 285.80 171.48 228.64 921.44850.56 886.00 M40 285.80 171.48 228.64 M49 6 992,32,921.44 955.88 400.12 228.64 314.38 7 1134.10-921.44·1027.77 400.12 228.64 314.38 1063.20 850.56 956.88 400.12 285.80 342.96· 1134.08 992.321063.20 10 285.80 228.64 257.22 10 992.32 779.68 886.00 1 628.77 457.28 543.03 1 644.36 590.66 617.51 % 685.93 571,61 628.77 2 751.75 590.66 671.20 8 628,77 571.60 600.19 3 644.36 530,96 590.66 4 743.09 571.60 657.35 4 644.36 536.96 590.66 743.09 628.77 685.93 5 644.36 536.96 590.66 M44 800.25 M55 743.09 771.67 6 805.54 698.05 751.79 743.09 571.60 657,35 7 805.45 698.10 751.75 857.41 685.93 771.67 8 805.45 698.05 751.79 9 971,73 743.09 857.41 9 805.45 751.75 778.60 10 857.40 685,93 771.67 10 751.75 644.36 698.05 360,96 295.33 328.14 1 571.61 457,28 514.44 360.96 295.33 328.14 928.18 675.04 861.60 360.96 322.14 344.55 8 843.80 675.00 759.42 4 360.96 295.33 328.14 4 843.80 590.66 717.22 393.77 328.14360.95 5 843.80 675.04 759.42 M47 M58 393.77 360.96 377.36 6 1012.57 928,18 970.37 7 426.59 328.14 377,36 1012.57 843,80 928,18 8 459.40 328.14 393.77 8 1012.57 759.42 885.99 0 426.59 393.77 410.18 9 1012.57 843.80 928.18 10 393.77 295.33 344.55 10 928.18 675.04 801.61 80

号拉坯辊扭矩变化曲线 。 在正常拉坯时 ， 各拉坯辊曲线变化幅度较小 ， 表明拉 坯 比 较 乎 稳 ， 但由于高温铸坯表面及氧化铁 皮等因素 ， 造成示波曲线小的波纹 。 正常拉坯 时数据 分析 由工程力学可知 ， 当轴体受扭矩 作用 时 ， 轴的扭转应 变 。 与 有以下关系 矿 产 一 。 〔 〕 一 — 万向接轴的弹性模量 ， 取 。 ‘ 产— 泊桑系数 ， 取 。 表 正常拉坯扭矩值 ， · 序号 最大 值 最小值 乎均值 序号 最大 值 最小值 平 均值 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 了 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 一 。 ， 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 么 。 吕 。 。 。 多 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 一 舟几确‘ ︸月了︵︸﹃ … 勺甲，一‘ 一月上‘， 么 。 召阮 。 。 。 。 。 。 日 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 一 一 。 一 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 王 一 。 一 一 一 了 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。么

形一万向接轴扭转断面系数，取0.2d3 d一万向接轴直径，d=140mm ε一实测微应变，由示波曲线计算得出。 对各拉坯辊实测示波曲线的不同部位分别计算出ε值，代人上式可以计算出各拉坯辊的 扭矩值，计算结果见表1。 用IBM计算机及DMP一52型绘图机对表中扭矩最大值进行处理并绘制出如图2所示 的扭矩变化曲线。图中横坐标为铸坯出拉矫机 12 并与引锭杆脱离后的铸坯长度。图中扭矩变化 曲线表明，在拉坯过程中各拉坯辊的扭矩P是 10 变化的，40号及47号辊扭矩值最小，49号及 58号辊扭矩最大，最小值与最大值相差近5倍， 但总的力矩水平较低，最大力矩值也不超过 12000N·m,各拉坯辊最大扭矩值的变化幅度 (* 在(20~50)%之间。 2,3率故拉还数据分析 由于中间罐水口故障造成停浇事故，铸坯 停留在铸机中，温度迅速下降，当铸坯被拉出 10 12 b/m 时，铸坯表面温度约750℃，此次低温拉坯整 图2拉娇机扭矩变化曲线 个过程已被记录下来，图3为所记录的事故拉 Fig.2 Torque variation curve of the 坯时实测扭矩示波图。从图中扭矩曲线变化可 withdrawal and straightening 以看出，在低温拉坯时各拉坯辊扭矩示波曲线 system 具有明显的波形特性，扭矩值变化幅度加大，其数值见表2。事故拉坯时的扭矩蜂值比正常 拉坯扭矩峰值大1.3~5倍。 《 H40 9 AAAAA 44 图3事故拉坯时扭矩示波图 Fig.s Wave of torque under accidental condition 2,4拉还打滑时数据分析 事故拉坯时拉坯辊与铸坯之间出现了打滑。打滑时最大扭矩在16000~22860N•m。引 锭杆拉坯时最大打滑力矩为8570~11430N·m。 81

牙—万向接轴扭转断面系数 ， 取 “ — 万向接轴直径 ， 二 。— 实测微应变 ， 由示波曲线计算得出 。 对各拉坯辊实测示波 曲线的不同部位分别计算出 ￡ 值 ， 代人上式可以计算出各拉坯辊的 扭矩值 ， 计算结果见表 。 用 计算机及 一 型绘图机对表中扭矩最大 值进行处理并绘制 出如 图 所 示 一口 尹 曰 · 了 俨 片 」 川 ‘ 一一心 · 心 ，一介一夺 飞 ，︺，八︺‘ 三 · 急头找口。 的扭矩 变化 曲线 。 图中横坐标为铸坯出拉矫机 并与引锭杆脱离后 的铸坯长 度 。 图中扭矩 变化 曲线表 明 ， 在拉坯过程 中各拉坯辊的扭矩 是 变化的 ， 号及 号辊扭矩值最小 ， 拍 号及 号辊扭矩最大 ，最小值与最大值相差近 倍 ， 但总的力矩水平 较低 ， 最大力矩值 也 不 超 过 · ， 各拉坯辊最大 扭矩值的变化幅 度 在 之 间 。 。 事故拉坯数据 分析 由于 中间罐水 口故障造成停浇事故 ， 铸坯 停留在铸机中 ， 温度迅速下降 ， 当铸 坯被拉出 时 ， 铸坯表面温度约 ℃ ， 此次低温拉坯整 个过程已被记 录下来 ， 图 为所记录的事故拉 坯时实测扭矩示波图 。 从图 中扭矩曲线变化可 以看出 ， 在低温拉坯时各拉坯辊扭矩示波曲线 具有明显的波形特性 ， 扭矩值变化幅度加大 ， 拉坯扭矩峰值大 一 倍 。 。 、 一上一 匕 拉矫机扭矩变化曲线 肚 红 五 玉 其数值见表 。 事故拉坯时 的扭矩峰值比正常 吸叽 图 事故拉坯时扭拒示波 图 呈 拉坯打滑 时数据分析 事故拉坯时拉坯辊与铸 坯之 间出现 了打滑 。 打滑时最大扭矩在 ， 。 引 锭杆拉坯时最大打滑力矩 为 一 · 。 蒸

表2事故拉还扭矩值×10，N·m Table 2 Torque value of withdrawal under accident 辊号 最大值 最小值 平均值 g 1371.86 914.57 1143.21 47 689.11 492.22 590.66 49 1488.48 1063.20 1275.84 40 1943.47 1000.51 1771.99 55 1183.33 805.45 994.39 58 1856.37 1096.59 1476.66 2.5拉还辊驱动功率分析 在铸坯断面为210mm×1300mm,铸坯表面温度约950℃的条件下，每个拉坯辊的电机 实际消耗功率见表3。从表中可以看出每个电机实际消耗功率为电机额定功率的1/8~1/21。 表了实际消耗功率与电机额定功事比较 Table 3 Comparision between power consumption and rated power 辊号 P,kW No,kW P,N 40 0.28 0.32 1/21 44 0.68 0.64 1/8 47 0.32 0.48 1/18 49 0.79 0.88 1/7.5 55 0.56 0.64 1/10.6 58 0.71 0.72 1/8 注：一电机额定功率N=6kW N0=V1×10-3kW ?及为拉坯时实测电机电压和电流，与测量扭矩同时测量 卫一由各拉坯辊最大扭矩值计算的电机功半 3结 论 (1)在正常拉坯情况下，每个驱动辊扭矩是变化的，最大扭矩变化范围在(20~50)%之 间，扭矩最小值出现40号辊，最大值出现在49号辊，但总的扭矩水平较低，最大扭矩值不超 过12000N·m (2)在所测试的工艺条件下，每个拉坯辊的电机实际消耗功率不足1kW(与现场实测数 据相符)，在事故拉坯时每个电机的实际消耗功率不超过1.5kW,可见电机有足够的容量 富裕。 (3)引锭杆事放拉坯打滑时的摩擦系数分别为：驱动辊与引锭杆之间的摩擦系数为0.102 ~0.136,驱动辊与铸坯之间的摩擦系数为0.19~0.27。 参考文献 1 罗振才等。炼钢机械。北京：治金工业出版社，1982年 2 陈克兴等。弧形连续铸钢设备。北京：治金工业出版社，1978年 3沈久珩等。机械工程测试技术。北京：治金工业出版社，1988年4月 82

表 事故拉坯扭矩值 ， · 厂 辊 号 最 大 值 一 乡 日 。 一 一 。 。 最 小 值 。 一 。 。 。 平 均 值 。 。 。 。 牙 。 。 拉坯辊驭动功 率分析 在铸坯断面为 ， 铸坯表面温度约 ℃ 的条件下 ， 每个拉坯辊的电机 实际消耗功率见 表 。 从表中可以看出每个电机实际 消耗功率为电机额定功率的 一 。 表 实际消耗 功率与 电机倾定功率比较 辊 号 ， 。 ， ， 。 。 。 。 一 寸 。 。 八 。 。 。 。 。 八 。 ’ 。 注 — 电机颊定功率 二 砖 付 。 二 一 犷及 为拉坯时实翻电机电压和 电流 ， 与 侧量扭矩同 时侧量 户— 由各拉坯辊最大扭矩值 计算的 电机功率 结 论 在正常拉坯情况下 ， 每个驱动辊扭矩是变化的 ， 最大扭矩变化范围在 之 间 ， 扭矩最小值出现 。号辊 ， 最大 值出现在 号辊 ， 但总的扭矩水平较低 ， 最大 扭矩值不超 过 · 在所测试的工艺条件下 ， 每个拉坯辊的 电机实际消耗功率不足 与现场实侧数 据相符 ， 在事故拉坯时每个电机 的实际消耗功率不超过 。 ， 可见电机有足够 的 容 量 富裕 。 引锭杆事故拉坯打滑时的 摩擦系数分别为 驱动辊与引锭杆之 间的摩擦系数为。 。 。 驱动辊与铸坯之间的摩擦系数为 。 参 考 文 献 罗振才等 。 炼钢机械 北京 冶金工业出版社 ， 年 陈克兴等 。 弧形连续铸钢设备 。 北京 冶金工业 出版社 ， 年 沈久布等 机械工程测试技术 。 北京 冶金工业出版社 ， 年 月 几