1、 第十二章第十二章 轧制力矩及功率轧制力矩及功率 辽宁科技大学辽宁科技大学 主要内容及重点主要内容及重点n主要内容：主要内容： 12.1轧制力矩轧制力矩 12.2电机传动轧辊所需的力矩电机传动轧辊所需的力矩 12.3轧制功率轧制功率 n重点：重点： 不同条件下的轧制力矩不同条件下的轧制力矩 电机传动轧辊所需力矩由几部分组成电机传动轧辊所需力矩由几部分组成 12.1辊系受力分析与轧制力矩辊系受力分析与轧制力矩一、轧制力矩一、轧制力矩 1. 1. 简单轧制过程简单轧制过程 在简单轧制情况下，作在简单轧制情况下，作用于轧辊上的合力的方向，用于轧辊上的合力的方向，即轧件给轧辊的合力即轧件给轧辊的合力P
2、 P 的的方向与两轧辊连心线平行，方向与两轧辊连心线平行，上下辊的上下辊的P P 的大小相等，的大小相等，方向相反。方向相反。 正常轧辊正常轧辊 此时，此时，转动一个轧辊所需要的力矩应为转动一个轧辊所需要的力矩应为P和它对轧辊轴和它对轧辊轴线的力臂的乘积。线的力臂的乘积。 或或 转动两个辊所需的力矩转动两个辊所需的力矩 磨损的轧辊磨损的轧辊 力矩增大力矩增大 或或 d -轧辊辊颈直径轧辊辊颈直径 f1 -轧辊轴承的摩擦系数轧辊轴承的摩擦系数 在实际生产中，要保持轧件给轧辊的合压力呈垂直在实际生产中，要保持轧件给轧辊的合压力呈垂直方向的简单轧制过程条件，并不是永远都具备的。方向的简单轧制过程条件
3、，并不是永远都具备的。 如下典型轧制合压力方向偏离垂直方向。如下典型轧制合压力方向偏离垂直方向。PaM 1sin21DPM PaM2aPM2dsin1fDPM 2. 单辊驱动的轧制过程单辊驱动的轧制过程 作用在轧件上的力只来自轧辊作用在轧件上的力只来自轧辊与轧辊的匀速运动条件，因此轧件与轧辊的匀速运动条件，因此轧件给上轧辊的合力给上轧辊的合力P1应与给下辊的合应与给下辊的合力力P2相互平衡。因此，相互平衡。因此，P1与与P2大小大小相等，方向相反，并且作用在同一相等，方向相反，并且作用在同一条直线上。条直线上。 被动辊上的合力方向指向其轴被动辊上的合力方向指向其轴心，主动辊上的合力方向则通过被
4、心，主动辊上的合力方向则通过被动辊中心及金属给轧辊的合压力作动辊中心及金属给轧辊的合压力作用点的直线上。用点的直线上。 因此，上轧辊的力臂因此，上轧辊的力臂a1=0，M1=0； 下轧辊，即主动辊下轧辊，即主动辊 M2=Pa2 或或 图图12-2 下辊单独驱动时下辊单独驱动时轧辊上作用力的方向轧辊上作用力的方向sinhDPM 3. 具有张力作用时的轧制过程具有张力作用时的轧制过程 图12-3 有张力时轧辊上作用力的方向 若若QhQH 2Psin=Qh-QH 由此可以看出，当有由此可以看出，当有Qh=QH时，时，P才是垂直的，在大多才是垂直的，在大多数情况下数情况下QhQH，而合力的水平分量不可能
5、为零。，而合力的水平分量不可能为零。 当当QhQH 时，如图时，如图12-3(a) 当当QhQH 时，如图时，如图12-3(b) 当当QhQH 时，时， ，M；当；当=时，时，M=0 ，P通过轧辊中心。通过轧辊中心。 整个轧制过程仅靠前张力来完成的，相当于空转辊组整个轧制过程仅靠前张力来完成的，相当于空转辊组成的拉拔过程。成的拉拔过程。 4. 四辊轧机轧制过程四辊轧机轧制过程 分为电机驱动两个工作辊和电机驱动两个支撑辊。分为电机驱动两个工作辊和电机驱动两个支撑辊。 PQQHh2arcsinsin2PDPaM 二、确定轧制力矩的方法二、确定轧制力矩的方法 1. 按轧件作用在轧辊上的压力来确定轧制
6、力矩按轧件作用在轧辊上的压力来确定轧制力矩 在简单轧制条件下力矩在简单轧制条件下力矩 位置系数：位置系数： 轧制力作用位置系数轧制力作用位置系数 热轧时，热轧时， ，冷轧时，冷轧时， sin2PDPaMlahRlahRbphRPM226 . 03 . 04 . 02 . 0 2. 根据能耗曲线确定轧制力矩根据能耗曲线确定轧制力矩 很多情况下，轧制时的能耗曲线确定轧制力矩是比较很多情况下，轧制时的能耗曲线确定轧制力矩是比较 方便的，如果轧制条件相同，结果可靠。方便的，如果轧制条件相同，结果可靠。 轧制非矩形断面时，此方法常用。轧制非矩形断面时，此方法常用。 能耗曲线：根据实测数据，按轧材在各轧制
7、道次后得能耗曲线：根据实测数据，按轧材在各轧制道次后得到的总延伸系数和一吨轧件由该道次轧出后累计消耗的到的总延伸系数和一吨轧件由该道次轧出后累计消耗的轧制能量所建立的曲线。轧制能量所建立的曲线。 轧制所消耗的功轧制所消耗的功A（kWs）与轧制力矩之间的关系为）与轧制力矩之间的关系为 式中式中 为轧件通过轧辊期间轧辊的转角，为轧件通过轧辊期间轧辊的转角， ； 角速度，角速度，1/s； t时间，时间，s； R轧辊半径，轧辊半径，m； v轧辊圆周速度，轧辊圆周速度，m/s。 vtARtAAMtRvt 型钢、钢坯：每吨产品的能耗与累积延伸系数关系。型钢、钢坯：每吨产品的能耗与累积延伸系数关系。板带材：
8、每吨产品能耗与板厚关系。板带材：每吨产品能耗与板厚关系。 G重量重量 能耗曲线是在一定轧机、一定温度和一定速度条件下，能耗曲线是在一定轧机、一定温度和一定速度条件下，对一定规格的产品和钢种测得的。对一定规格的产品和钢种测得的。选取时应注意：选取时应注意： 轧机的结构及轴承的形状应该相似；轧机的结构及轴承的形状应该相似； 轧制温度和轧制过程相似；轧制温度和轧制过程相似； 曲线对应的坯料原始断面尺寸应与轧制的坯料相同或曲线对应的坯料原始断面尺寸应与轧制的坯料相同或接近；接近； 产品种类和最终断面尺寸与轧制的坯料相同或接近；产品种类和最终断面尺寸与轧制的坯料相同或接近； 曲线对应的合金种类与轧制合金
9、种类相同或接近；曲线对应的合金种类与轧制合金种类相同或接近； 对于冷轧的情况，曲线对应的工艺润滑条件、张力数对于冷轧的情况，曲线对应的工艺润滑条件、张力数值等应与所需的轧制过程相近。值等应与所需的轧制过程相近。 GaaAnn112.2电机传动轧辊所需的力矩电机传动轧辊所需的力矩n轧制功率是轧机电气设备选择的重要参轧制功率是轧机电气设备选择的重要参数。数。轧制功率的确定可以用轧制功率的确定可以用理论计算理论计算的的方法，也可以利用方法，也可以利用单位能耗曲线单位能耗曲线的实验的实验资料。资料。n计算电机功率时，仅确定驱动轧辊所需计算电机功率时，仅确定驱动轧辊所需的力矩是不够的。因为，的力矩是不够
10、的。因为，电动机轴上所电动机轴上所需力矩，除轧制力矩以外，还有附加摩需力矩，除轧制力矩以外，还有附加摩擦力矩、空转力矩等。擦力矩、空转力矩等。 式中：式中： M 轧制力矩，此即为使轧件塑性变形所需的力矩；轧制力矩，此即为使轧件塑性变形所需的力矩； Mf 传至电机轴上的附加摩擦力矩，此摩擦力矩是当传至电机轴上的附加摩擦力矩，此摩擦力矩是当轧件通过轧辊时，在轧辊轴承、传动机构及轧钢机其它轧件通过轧辊时，在轧辊轴承、传动机构及轧钢机其它部分所发生的；部分所发生的； M0 空转力矩，即在空转时传动轧钢机所需的力矩；空转力矩，即在空转时传动轧钢机所需的力矩； Md 动力矩，此力矩是为了克服速度变化所需的
11、惯性动力矩，此力矩是为了克服速度变化所需的惯性力所必需的。力所必需的。 前面三项称做静力矩，即前面三项称做静力矩，即 式中式中 M 为静力矩中的有效力矩，而为静力矩中的有效力矩，而Mf 和和M0 则为无效则为无效力矩，它们的数值越小，轧机的有效系数越高。力矩，它们的数值越小，轧机的有效系数越高。 轧机有效系数轧机有效系数0可表示为可表示为 0在很宽广的范围内变化，它与轧制方式、轧机设在很宽广的范围内变化，它与轧制方式、轧机设备装置有关，一般备装置有关，一般0=0.50.95。 dfMMMMM00MMMMfccMM0 一、附加摩擦力矩一、附加摩擦力矩 1. 轧辊轴承中的摩擦力矩（主要）轧辊轴承中
12、的摩擦力矩（主要） 两辊轧机两辊轧机 式中式中 d 轧辊辊颈直径；轧辊辊颈直径； 轧辊轴承中的摩擦系数。轧辊轴承中的摩擦系数。 摩擦系数决定于轴承构造及其工作条件（表摩擦系数决定于轴承构造及其工作条件（表12-1） 四辊轧机四辊轧机 工作辊与支撑辊直径之比。工作辊与支撑辊直径之比。 11PdfMf11DDPdfMf1f/ DD轴承形式轴承形式f1滑动轴承滑动轴承金属衬金属衬热轧时热轧时冷轧时冷轧时塑性材料塑性材料液体摩擦轴承液体摩擦轴承滚动摩擦轴承滚动摩擦轴承0.070.100.050.070.010.030.0030.003表表12-1轴承中摩擦系数轴承中摩擦系数 f1 之值之值 2. 传动
13、机构中的摩擦力矩传动机构中的摩擦力矩 即即齿轮机座、减速机和连接轴齿轮机座、减速机和连接轴等机构中的附加摩擦力矩。等机构中的附加摩擦力矩。 一般它们由传动效率决定。一般它们由传动效率决定。 可按表可按表12-2中的数值选择。中的数值选择。 3. 总的附加摩擦力矩总的附加摩擦力矩 iMMMff121121fffMiMM传动方式梅花接轴万向接轴倾角3时倾角3时考虑主接手损失的多级减速机一级齿轮传动0.940.960.960.980.940.960.920.940.950.98表表12-2 的选择的选择 二、空转力矩二、空转力矩 空转力矩就是不轧钢时传动轧机主列所需的力矩空转力矩就是不轧钢时传动轧机
14、主列所需的力矩，一般，一般是根据旋转零件的重量及其轴承中的摩擦圆半径来计算。是根据旋转零件的重量及其轴承中的摩擦圆半径来计算。 式中式中 Gi -该零件的重量；该零件的重量； fi - 该零件轴承的摩擦系数；该零件轴承的摩擦系数； di - 该零件的轴颈直径；该零件的轴颈直径； ii - 电动机与该零件的传动比。电动机与该零件的传动比。 总的空转力矩总的空转力矩iiiiiidfGM20iiiiidfGM20 三、动力矩三、动力矩 以不均匀速度轧制时都有动力矩，这在带飞轮或在以不均匀速度轧制时都有动力矩，这在带飞轮或在轧制过程中调速的以及可逆轧制情况下都可遇到。轧制过程中调速的以及可逆轧制情况下
15、都可遇到。 大家知道，在速度变化时物体的惯性力大家知道，在速度变化时物体的惯性力F 等于其质等于其质量乘以加速度量乘以加速度 式中式中 - 角加速度。角加速度。 动力矩为惯性力动力矩为惯性力F与回转半径与回转半径R的乘积的乘积 ，kgm 式中式中 GD2 - 旋转部件的飞轮惯量，旋转部件的飞轮惯量，kgm2； n - 旋转部件的转速，旋转部件的转速，1/min； g - 重力加速度，重力加速度，m/s2dtdwmRdtdvmFdtdwdtdnGDdtdngGDdtdwmRRFMd375460222212.3 轧制功率轧制功率一、理论计算一、理论计算二、按照能耗曲线确定功率二、按照能耗曲线确定功
16、率 一、理论计算一、理论计算 功率是单位时间所做的功，即功率是单位时间所做的功，即 按功的公式，按功的公式， 则则 式中式中 N 轧制功率；轧制功率； M 轧制力矩；轧制力矩； 角速度；角速度； t 时间。时间。 把上式用工程实用的参数和度量单位表示之，则如下式把上式用工程实用的参数和度量单位表示之，则如下式 ，kW 式中式中 M 轧制力矩；轧制力矩；tm； n 轧辊转数，轧辊转数，1/min。tAN tMAMN nMMnN03. 1102601023二、按照能耗曲线确定功率二、按照能耗曲线确定功率 由单位能耗曲线确定轧制功率是一种常用的方法。有了由单位能耗曲线确定轧制功率是一种常用的方法。有
17、了能耗曲线，很容易确定轧制功率能耗曲线，很容易确定轧制功率 ，kW 式中式中 由能耗曲线上确定之道次单位能耗，由能耗曲线上确定之道次单位能耗，kWh/ t G 轧件重量，轧件重量，t； t该道次之轧制时间，该道次之轧制时间，s。 如前所述，能耗曲线上所确定的单位能耗，不包括空转如前所述，能耗曲线上所确定的单位能耗，不包括空转功率。功率。 能耗曲线的选取应遵循以下的原则：能耗曲线的选取应遵循以下的原则： 1. 选取实验曲线应与所计算机的轧机相类似；选取实验曲线应与所计算机的轧机相类似； 2. 原始断面尺寸应尽可能相似；原始断面尺寸应尽可能相似； 3. 要选取同样材料或者相似的材料；要选取同样材料或者相似的材料； 4. 要有相同的轧制条件。要有相同的轧制条件。 GtaaNnn13600nnaa1
