差动调速小型连轧机组负荷分配的研究——小型轧机技术改造研究之一.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.008 北京铜铁学院学报 1983年第4期差动调速小型连轧机组负荷分配的研究一小型轧机技术改造研究之一北京钢铁学院苏逢西、蒋金梅、陶小同、马晓平· 北京红治钢厂陈书文、江树声、王桂兴、吴中山东治金学院苏逢荟摘要本工作在分析中250mmX6半连续小型轧机的综合测定试验资料的基础上，着重研究了它的负荷分布情况，明确了差速器损坏的主要原因，给出了强化差速器设计所必需的担矩MB、功率N等负荷参数并建立了角钢连轧的能耗模型，一、前言[1Jr2] 我国现有小型轧机约300套，分布于全国各地，布局较好。横列式轧机占绝对多数，产量达746万吨，约占钢材总产量的26.6%。但轧机形式落后，单机产量低，劳动强度大，产品规格比较单调。技术改造的潜力很大。采用连轧工艺可以加大坯料断面与单重，从而可以减少中间开坯次数，节约能源，减少切头尾损失，提高成材率，降低成本，改善劳动条件。因此采用连轧技术改造我国现有的老轧机，是技术改造、提高经济效益、逐步实现现代化的有效方案之一。为了充份利用旧有设备、节省投资、缩短改造时间，北京红治钢厂采用差动调速技术将中300mm×2/中250mm×4/中300mm×1横列式小型轧机改建成粗轧为中300m×2、精轧为中25)mm×5与中300mm×1的半连轧机组，成品轧制速度可达6.33M/sec。不设立辊机架，采用扭转导板实现翻钢立轧。旧牌坊不更换；为了稳定连轧过程与保证产品精度，将胶木瓦改造为四列短圆柱滚动轴承；轴向调整装贸政造为在一侧用正反丝扣控制的机构。轧辊传动机构为“万向接轴一梅花套简”。主要产品为3·~5·角钢以及厚6心 19mm、宽25~60mm的扁钢，钢种有普碳、碳工、合结等，共八十多个品种规格。坯料为602mm×1.22M、682mm×2M与752mm×2M三种。粗轧4~6个道次，精轧6个道次。精轧机组扁钢孔型系统为“平一平一立一平一立一平”，角钢孔型系统为：切分孔 -(K6、K5),上沿线不变的蝶式孔(K4、K3、K2)与开口或半开口式成品孔(K1)。 1年投产后，经过一年多的技术适应，82年生产与改造前80年相比[3]，年综合合格率 , 参加本工作的还有正晓彬、刘玉海、刘斯悟、李子豪、吴伊兰及罩威等。 6

北京钥铁攀碗学报年第翔差动调速小型连轧机组负荷分配的研究。一小型轧机技术改造研究之一北京钢铁学院苏逢西、蒋金梅、陶小同、马晓干，北京红冶钢厂陈书文、江树声、王桂兴、吴申山东冶金学院苏逢荃摘要本工作在分析中半连续小型札机的综合定试验资杆的基础上，看重研究了它的负荷分布情况，明确了差速器损坏的主要原因，给出了强化差速器设计所必需的扭矩。、功率等负荷参数并建立了角钢连札的能耗模型一、前言〔 ‘习〔〕我国现有小型轧机约套，分布于全国各地，布局较好。横列式轧机占绝对多数，产量达万吨，约占钢材总产量的。但轧机形式落后，单机产量低，劳动强度大，产品规格比较单调。技术改造的潜力很大。采用连轧工艺可以加大坯料断面与单重，从而可以减少中间开坯次数，节约能源，减少切头尾损失，提高成材率，降低成本，改善劳动条件。因此采用连轧技术改造我国现有的老轧机，是技术改造、提高经济效益、逐步实现现于忆化的有效方案之一。为了充份利用旧有设备、节省投资、缩短改造时间，北京红冶钢厂采用差动调速技术将小小小义横列式小型轧机改建成粗轧为小、精轧为中火与小的半连轧机组，成品轧制速度可达。。不设立辊机架，采用扭转导板实现翻钢立轧。旧牌坊不更换，为了稳定连轧过程与保证产品精度，将胶木瓦改造为四列短圆柱滚动轴承轴向调整装置改造为在一侧用正反丝扣控制的机构。轧辊传动机构为 “ 万向接轴一梅花套筒” 。主要产品为 ’ ‘ 角钢以及厚、宽的扁钢，钢种有普碳、碳工、合结等，共八十多个品种规格。坯料为、 “ 与了三种。粗轧个道次，精轧个道次。一精轧机组扁钢孔型系统为 “ 平一平一立一平一立一平” ，角钢孔型系统为切分孔一、，上沿线不变的蝶式孔、、与开口或半开口式成品孔。年投产后，经过一年多的技术适应，年生产与改造前年相比〔〕，年综合合格率二参加本工作的还有工晓彬、刘玉海、刘听悟、李子豪、吴伊兰及覃威等。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．008

从98.87%提高到99.02%，角钢合格率从98.89%提高到99.45%，年成材率由94.65%提高到95.23%，工伤频率由改造前的5.8~1.8%，下降为1.5%。多数规格班产都有不同程度提高。82年消耗降低获得增利20万元。这套第一次用于小型连轧的差动调速机组，通过两年的连续生产考验，也暴露出不少问题。主要是：ⅰ差速器齿面磨损严重并多次发生整齿从齿根处断裂，差动调速系统运行噪音大。ⅱ连轧操纵调整技术不熟练，换辊、换产品之后的轧机调整时间长，粗计轧机实际作业率只有50~55%。ii产品尺寸不够稳定，沿长度上成品尺寸高频率地波动，并具有“大头、大尾”现象。为了对该机组工作性能进行科学的标定，提供强化差速器所需的参数，进一步完善并开发差动调速小型连轧技术，本工作在分析综合测试资料的基础上，着重研究连轧机组的负荷分配情况并建立能耗与轧制力矩的数学模型。二、功率、转矩与能耗的测定结果与分析差动调速系统的简图与性能参数如图1、表1所示。这是一种双电机差动调速技术， K6 K5 K K3 K1 2230 3675 2225 轧制中心线 m60 260 20 260 260 300 传动齿轮箱流电机 1100÷1125 1165宁1060 1160 1080 X 文流电机 D: 图1差动调速连轧机组即用小功率直流电机D,调速，转速经差速器与交流主电机D1转速合成后拖动轧辊。K2、K1机架的D1有异步电机与异步机同步化两种运行方式，K6、K5以及K4、交流电机 ☒ 输出轴 K3机架均为异步电机拖动。D,拖动系统为“电机放大机一发电机一一电动机”形式，电控上仅采用电压闭环，特性较软。差速器结构如图2所示，是二个自由度的周转轮系，三个基本构件是太阳轮A、B与转架C, ☒2 工一外齿 a、b为行星轮，各有四个。直滤电机采用了“从实测电机功率N与转速n推求扭矩M与图2外齿啮合的2K一H型差速器能耗E”的方法。按两瓦表法原理将FS一15型三相不 77

从提高到” ，角钢合格率从宫提高到，年成材率由提高到，工伤频率由改造前的肠下降为编。多数规格班产都有不伺程度提高。年消耗降低获得增利万元。这套第一次用于小型连轧的差动调速机组，通过两年的连续生产考验，也暴露出不少问题。主要是差速器齿面磨损严重并多次发生整齿从齿根处断裂，差动调速系统运行噪音大。连轧操纵调整技术不熟练，换辊、换产品之后的轧机调整时间长，粗计轧机实际作业率只有。产品尺寸不够稳定，沿长度上成品尺寸高频率地波动，并具有 “ 大头、大尾 ” 现象。为了对该机组工作性能进行科学的标定，提供强化差速器所需的参数，进一步完善并开发差动调速小型连轧技术，本工作在分析综合测试资料的基础上，着重研究连轧机组的负荷分配情况并建立能耗与轧制力矩的数学模型。二、功率、转矩与能耗的测定结果与分析差动调速系统的简图与性能参数如图、表所示。这是一种双电机差动调速技术， ‘ ‘ 于之轧创中心线二︸幼︺动口︼﹄盯“ 立古轮流电箱江丁﹄厂了差，上︸‘ 上 ‘招“”几﹄名。摘裕妇几几一一差。器下 …又 ‘ ，口。，口。门口一了工差速器差速器 ‘ 又交流电机卜 ” 「直流电机图外齿啮合的一型差速器图差动调速连轧机组即用小功率直流电机调速，转速经差速器与交流主电机转速合成后拖动轧辊。、机架的有异步电机与异步机同步化两种运行方式，、 · 以及、机架均为异步电机拖动。拖动系统为 “ 电机放大机一发电机－电动机” 形式，电控上仅采用电压闭环，特性较软。差速器结构如图所示，是二个自由度的周转轮系，三个基本构件是太阳轮、与转架，、为行星轮，各有四个。采用了 “ 从实测电机功率与转速推求扭矩与能耗 ” 的方法。按两瓦表法原理将一塾兰相不

差动调速系统基本参数项目 K6 K5 K4 K3 K2 K1 交旅电机 210 270264 360 1366 功率(kw) 494 480 625 860 D: 转速(r、Pm) 591 737 290 直流电机功率(KW) 60 60 Co 60 60 100 D 转速(r,P、m) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1 分速箱遵比 i 2.25 1.75 1,946 1.405 1/2.054 、 1/2,375 itB 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 差速器速比 i29 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 15.2 名义直径(mm) 260 260 260 260 260 300 r.P.m 123 i 166 186 257 292 338 r,p,5 2,15 2.77 3.1 4.28 4.87 5.36 速 m/sec 1.75 2.25 2.53 3.50 3.98 5.30 r.p.m 85~172 122-209 142-229 214-301 248~335 273404 调 f,p,5 1.43～2.87 2.05~3.48 2.38~3.82 3.57~5 4.155.58 4.53≈4.73 m/sec 11.17~2.351.672.85 1.943.12 2.914.09 3.39→4.5714.276.33 幅度(%) 33.5 26,1 23,2 16.8 14.8 19.4 平衡有功功率变送器中的二个测功单元接成三相二元件功率测量线路。二个单相功率元件的输入电压经电压互感器（变比60）联接D:的线电压UAB与Uc影其输入电流分别取自相电流I与Ic的电流互感器（对K6一5、K4一3与K2一1的变比分别为30、40与60)，二个测量元件的直流输出电流串接送示波器振子自动记录。采用纯电阻性负载标定了功率变送器，标定曲线为线性的，灵敏度K=0,01174KW/mm。在测量ND1的同时，测量了D,电枢回路电流I与电压U、轧制力P、轧辊转速n8、轧件温度，并切取了各道次轧件的小样，用称重法计算各道次轧件的靛面积F与延伸系数μ：。共进行了四次测定，其生产条件如表2所示。图3~4为连轧5×502mm与4×402mm角钢实测N.】P与nB等参数的典型示波照象。可以看出，直流马达拖动系统的响应速度不高，咬钢与脱尾阶段电枢电流I的过渡过程约 0、30.45秒。从咬入与脱尾后I值的变动可以判定K6到K1机架的连轧关系基本是“微堆一撤堆一徵拉一傲堆一微堆”。整个连轧机组形成了一个相互影响的系统。取决于辊缝S 与转速题的设定植，第i机架咬钢之后与第i+1机架要形成一定的连轧关系，此种轧制过程状态变化的“找动”要逆轧制方向地传递到i+2,i+3,…等各个机架上，使其运动学条件、变形条件与力能参数发生变化，越是邻近的机架受到影响的程度就越大；这种干扰必然影响着连轧动态过程的稳定性以及戒品尺寸辅度。同样第机架抛钢后使1与i+1架间的连轧关系消失，这个状态变化的“扰动”要瓶轧制方向地传递到i一1，i-2,…等各个机架上。受限于坯料的单重，在轧制5·(4·)角钢的同一瞬间最多可使三（四）个机架构愈连轧关系。通过轧并除去传递扰动与阙节作用之外，还会在机架之间传递能量。对于任一帆架，根据能量守恒定律都可写成 78

衰差功调速系统基本参数漏一芝述芝之交流电机功，、，二，，，， ‘ 霖妙。。。、，」少， ‘ 、、一一一直－流电一机－… 转速、功率转速 ‘ 、、。 … 。。。、 · 、。一厂…一丽分速箱魂比小。一，一，。扁，俪一一反。扩…几而巧。。。。差速器速比－一 ’ ”一－一一毫刃甄万赢，轧 · 基 · · ，速，。。 ‘ 调辊 ‘ 。，。，速一厂厂一下一一幅度浅。。。。。一。。。。。一，山︸，二︸臼一了，冉伪平衡有功功率变送器中的二个测功单元接成三相二元件功率测量线路。二个单相功率元件的物入电压经电压互感器变比联接 ‘ 的线电压，与。幻其输入电流分别取自相电流与的电流互感器对一、一与一的变比分别为、与，二个测量元件的直流输出电流串接送示波器振子自动记录。采用纯电阻性负载标定了功率变送器，标定曲线为线性的，灵敏度。。在侧量。、的同时，侧是了电枢回路电流与电压、轧制力、轧辊转速、轧件温度，并切取了各道次轧件的小样，用称重法计算各道次轧件的截面积与延伸系数协。共进行了四次测定，其生产条件如表所示。图为连轧与角钢实测 · 与。等参数的典型示波照象。可以看出，直流马达拖动系统的响应速度不高，咬钢与脱尾阶段电枢电流的过渡过程约必。。秒。从咬入与脱尾后值的变动可以判定到机架的连轧关系基本是 “ 微堆一徽堆一徽拉一徽堆一微堆” 。整个连轧机组形成了一个相互影响的系统。取决于辊缝与转速二，的设定值，第机架咬俐之后与第机架要形成一定的连轧关系，此种轧制过程状态变化的 ‘ 扰动 ” 要逆轧制方向地传递到，， … 等各个机架上，使其运动学条件、变形条件与力佬参数发生变化，越是邻近的机架受到影响的程度就越大，这种干扰必然形晌粉连轧动态过程的稳定性以及成品尺寸精度。同样第机架抛钢后使与架间的连轧关系消失，这个状态变化的 “ 扰动” 要顺轧制方向地传递到一，卜， … … 等各个机架上。受限于坯料的单重，在轧制角钢的同一瞬间最多可使三四个机架钩成连轧关系。通过轧件除去传递扰动与调节作用之外，还会在机架之间传递能量。对于任一机架，根据能守恒定律都可写成

按框图5计算的各架差速器负载扭矩的分配结果如图6~9所示，图中温度均为入K6 的轧件t°(C)。分析如下： (1)各机架功率与扭矩的咬钢峰值均大于稳速阶段的数值，MB峰/MB稳值有随负载增加而加大的趋势。对于5·与4'角钢，MB峰/MB稳值分别约为1.15~1.65与1.05~ 1.67。出现咬钢峰值的原因是多方面的，例如：轧件前端温度低，咬钢时的P峰值高于稳速段P值约10%（图3），轧件咬入变形区时接触点处的上下辊径与线速度不相等，会出现队空转的二个辊分别被传动的状态，变为咬入时通过轧件的联系而造成的大直径轧辊传动小直径轧辊的状态，因而形成冲击载荷MB峰；轧件头部尺寸偏大，机架受力后弹跳变形的滞后等。从图3可以看出，N峰值一般出现在动态速降阶段。这时由于惯性的作用，传动的机械系统要放出动能以帮助马达作功，因此实际的负载扭矩值会大于从N峰推算得到的 M峰值。以上情况说明了该机组差速器是处于“传送较大功率的负载、有较大的冲击载荷且冲击频繁”的工作状态，估计冲击次数可达2000次/班，因此设计差速器时必须正确地选定安全系数，以保证它的安全运转。 (2)轧件温度对负载扭矩M值影响很大。以图9的4角钢为例，入K6的轧件温度从 1090C降到910C时，K6~K3机架的M值大约分别上升53%、33%、19%与44%，对 K2~K1机架，入K6轧件温度从1010°C降到910°C时，M值各上升约8%与12%。在轧制5·角钢时，由于加热炉能力薄弱，炉底水管在轧件上形成的黑水印对N、P与 M值有明显的影响。如图3所示，N水印6大于N稳6约60%，N水印5大于N稳5约35%，P水印5 大于P稳5约50%，随着轧制变形后轧件变长，沿轧件长度上温度分布比较均匀，水印的影响程度减弱，N水印1大于N稳1约14%，P水印1大于P稳1约16%。上述情况说明，提高加热炉能力，保证正常轧制温度（例如入K6轧件t°不应<1000C), 对于降低差速器负载、提高它的使用寿命具有重要意义。 (3)各机架差速器的负载分配严重不均，造成的主要原因是轧辊孔型设计的变形量分配不够合理以及轧机调整不当。以大规格产品5·角钢（图6）为例，K6与K3机架变形量大，μ值分别为1.33与1.43。入K6温度1030~1060C时，MA稳6=0.84T-M,MA水印6= 1.13T-M,MA峰6=1.16T-M,MA$3=0.77T-M,温度930C时，MA稳3=0.71T- M,MA水印3=0.85T-M,MA3=1.06T-M。原设计三组行星轮、按接触强度与抗弯强度确定的允许扭矩M允仅为0,7T-M[5]。所以在K6的稳态与咬钢阶段以及K3的咬钢阶段，这二架差速器的实际负载均超过允许值。即便轧制较小规格产品，在轧制低温钢与μ值分配不当时，差速器也会超载。如：5×402mm角钢（图7）、入K6轧件温度890C 时，MA6=0.89T-M,MA峰5=1.12T-M,MA稳5=0.71T-M,MA等3=0.76T-M影 t°=830C时，MA峰1=0.728T-M。轧制4×402mm角钢（图8），t°=990C时， MA5=0.73T-M,900~910C时，MA峰8=0,7T-M,MA峰5=1.02T-M。如果再考虑到意外事故，则差速器的设计强度更显得过小。这是差速器处于超载运行状态、损坏严重的主要原因。 83

按框图计算的各架差速器负载扭矩的分配结果如图所示，图中温度均为入的轧件。。分析如下各机架功率与扭矩的咬钢峰值均大于稳速阶段的数值，峰祖值有随负载增加而加大的趋势。对于与 ’ 角钢，峰稳值分别约为 “ 与。出现咬钢峰值的原因是多方面的，例如轧件前端温度低，咬钢时的峰值高于稳健段值约图轧件咬入变形区时接触点处的上下辊径与线速度不相等，会出现纵空转的二个辊分别被传动的状态，变为咬入时通过轧件的联系而造成的大直径轧辊传动小直径轧辊的状态，因而形成冲击载荷峰轧件头部尺寸偏大，机架受力后弹跳变形的滞后等。从图可以看出，峰值一般出现在动态速降阶段。这时由于惯性的作用，传动的机械系统要放出动能以帮助马达作功，因此实际的负载扭矩值会大于从峰推算得到的峰值。以上情况说明了该机组差速器是处于 “ 传送较大功率的负载、有较大的冲击载荷且冲击频繁 ” 的工作状态，估计冲击次数可达次班因此设计差速器时必须正确地选定安全系数，以保证它的安全运转。轧件温度对负载扭矩。值影响很大。以图的 ’ 角钢为例，入的轧件温度从降到时，机架的值大约分别上升、、与通，对机架，入轧件温度从降到时，。值各上升约与。在轧制 ’ 角钢时，由于加热炉能力薄弱，炉底水管在轧件上形成的黑水印对、与值有明显的影响。如图所示，水印大于稳约，水印大于凡德约，水印大于称约，随着轧制变形后轧件变长，沿轧件长度上温度分布比较均匀，水印的影响程度减弱，水印大于反稳约，水印大于稳约。上述情况说明，提高加热炉能力，保证正常轧制温度例如入 ‘ 轧件。不应。。，对于降低差速器负载、提高它的使用寿命具有重要意义。各机架差速器的负载分配严重不均，造成的主要原因是轧辊孔型设计的变形量分配不够合理以及轧机调整不当。以大规格产品 ’ 角钢图为例，与机架变形量大， “ 值分别为与。入温度时，称 · 一，水印卜一，人峰一，人峰一，温度 “ 时，人称一，人水印动一，人蜘一。原设计三组行星轮、按接触强度与抗弯强度确定的允许扭矩人允仅为一〔〕。所以在的稳态与咬钢阶段以及的咬俐阶段，这二架差速器的实际负载均超过允许值。即便轧制较小规格产品，在轧制低温钢与卜值分那不当时，差速器也会超载。如义 ’ 角钢图、入轧件温度时，峰一，峰一，人稳。一，峰二一，。二时，人峰一。轧制 “ 角钢图，。时，峰。二一，时，人峰。一，峰二一。如果再考虑到意外事故，则差速器的设计强度更显得过小。这是差速器处于超载运行状态、损坏严重的主要原因