轧制原理第七章-新

轧制原理,主讲：张荣华Emai:zrh1980河北联合大学金属材料与加工工程系,第七章轧制力矩与电机负荷力矩的计算,轧制力矩及其计算电机传动所需的力矩和功率电机负荷图的绘制电机能力较验,轧制力矩及其计算,轧制力矩：轧制时，为克服金属的变形抗力和摩擦阻力，使轧辊转动所需的力矩就是轧制力矩。它是确定电机负荷力矩的重要参数之一，也是在进行工艺、设备设计时，所必须计算的力能参数。轧制力矩的计算(1)若能确定力臂a，则可定：；(2)利用能耗曲线；(3)通过计算变形功求得轧制力矩。,轧制力矩的计算,通过确定a来计算轧制力矩：经验法其中，称为力臂系数；是变形区长度。由(1)式，只需确定，则值可定。根据经验热轧：.简单断面.复杂断面,轧制力矩的计算,冷轧：.带润滑.不润滑理论计算法：根据定义，轧制压力的为：则根据图1，轧制力矩为因轧制力矩的大小为,轧制力矩的计算,将该二式联立，有将力臂a解出力臂a的几何意义：力臂a是p分布图的图形的重心与轧辊中心线的距离，见上图。通过变形功来计算轧制力矩轧制时，轧辊转动需克服轧制力矩而做功，即其中是轧件通过轧辊期间（纯轧时间内），轧辊转过的角度。故：,轧制力矩的计算,下面分别确定和。求：其中t为纯轧时间，(是轧件的长度)，是出口速度。根据前滑的定义，有求该道次的变形功：变形功的确定在塑性加工力学中已学过，为,轧制力矩的计算,所以轧制力矩为：利用能耗曲线确定轧制力矩(1)能耗曲线及其测定方法概念：能耗曲线是指轧制过程中，轧件的单位重量（按每吨计）的积累电耗()与总延伸系数()之间的关系曲线，即和的关系。对板材轧制，能耗曲线为和之间的关系。能耗曲线来源于现场实测，作为工程技术人员应掌握本厂所生产的钢种的能耗曲线。,轧制力矩的计算,实测方法以型钢轧制为例，其主要步骤为：.首先计算出各道次的延伸系数：；.然后测出各道次的电流与电压值(根据电机负荷可得到)及时间t，则单位电耗为：，其中是某道次所消耗的电能()，是轧件的重量。.计算积累能耗和总延伸系数：以例说明，如当，即可第二道，则，将各道均算出，然后列出计算表,轧制力矩的计算,.根据上表绘出能耗曲线该曲线的横轴为，纵轴为，即总延伸系数与积累能耗的关系曲线。这就是能耗曲线的测定过程。,轧制力矩的计算,(2)利用能耗曲线求轧制力矩的步骤：通过现场实测或查找资料，得到与现场生产相等或相近的能耗曲线；计算各道次的总延伸系数；例如，若计算第八道次的轧制力矩，则在能耗曲线上查得，如图3所示。,图3.能耗曲线示意,轧制力矩的计算,计算该道次的单位能耗和总能耗：计算轧制力矩：式中v为轧辊的线速度，t为纯轧时间，它与轧件的出口速度有关，而又与前滑有关，故需作如下变换。其中是轧件的长度。,轧制力矩的计算,注：如此计算出的轧制力矩，并非是纯的轧制力矩，其中还包括有轧机传动机构中（即各传动零部件）的附加摩擦力矩。这是因为能耗曲线是通过实测电机的电流和电压（即电机的负荷）而得到的。为区别之，用表示利用能耗曲线求得的轧制力矩。若仅将轧辊轴承处的摩擦力矩考虑在内（忽略其他传动部件中的摩擦力矩），则轧制力矩为其中，i是速比；是辊颈处的附加摩擦力矩；是纯的轧制力矩。这是因为是电机上的，而和是轧辊上的，而者之间的关系相差一个速比i，换算到电机上时，需除以i。,电机传动所需的力矩和功率,电机传动轧辊所需力矩图1.轧机传动系统示意在轧制过程中，主电机传动轧辊所需的力矩(也称扭矩)由如下四部分组成：轧制力矩，是用于使轧件塑性变形所需之力矩，其中包括金属本身的变形抗力造成的变形阻力矩和接触面摩擦造成的金属流动阻力矩，的计算及其讨论前面已完成。,电机传动所需的力矩,：附加摩擦力矩，是克服轧制时发生在轧辊轴承及传动机构轴承内的摩擦力矩，与金属塑性流动所受的摩擦阻力矩相比，该力矩为额外增加的部分，故称附加摩擦力矩；：空转力矩，是由整个传动系统的各个零部件的自重所引起的摩擦阻力矩，即轧机启动后，待轧时（还未过钢）电机轴上所负荷的力矩。：动力矩，是轧制过程中因轧辊的转速发生变化而产生的惯性力矩。,电机传动所需的力矩,、的计算(1)空转力矩一般该力矩约占电机额定力矩的(36)%。除轧辊外，齿轮机座、减速机、连接轴等都有因它们的自重所导致的摩擦阻力矩，故需将其都计算在内。(2)附加摩擦力矩一般该力矩约占电机额定力矩Me的(1012)%。(3)动力矩动力矩约占电机额定力矩的(2030)%。,电机传动所需的功率,功率的定义是单位时间所作之功，即可见轧制时的功率为轧制力矩与轧辊角速度之积，而为弧度秒。为将N换算成工程上实用的参数千瓦，现作如下变换：，KW式中，M是轧制力矩，n是电机的转速，转/分。,电机负荷图的绘制和电机能力校验,电机负荷图电机负荷图是指轧制过程中电机的负荷随时间的变化情况的图示。它是工艺设计的组成部分，用途有二：一是预示轧制过程中任一时刻电机的负载情况；二是选择与校验电机的依据。电机负荷图的绘制(1)静负荷图：是静力矩随时间变化的图示。特点：轧制过程中轧辊转速不变，动力矩为零，此情况有如下两例。,电机负荷图的绘制,单机架只轧一道或单独传动的不调速的连轧机，负荷如下：轧制周期：从第一根轧件咬入开始到第二根轧件咬入之前。单机架轧机轧制数道次，如可逆式轧机。,电机负荷图的绘制,(2)可逆式轧机的负荷图在可逆式轧机中，轧制过程是轧辊在低速咬入轧件，然后提高轧制速度进行轧制，之后又降低轧制速度，实现低速抛出。因此轧件通过轧辊的时间由三部分组成：加速时间，稳定轧制时间，减速时间。由于轧制速度在轧制过程中是变化的，所以负荷图必须考虑动力矩Md，此时负荷图是由静负荷与动负荷组合而成，见下图。,电机负荷图的绘制,可逆式轧机的轧制速度与负荷图a-速度图，b-静负荷图；c-动负荷图；d-合成负荷图,电机负荷图的绘制,如果主电动机在加速期的加进度用a表示，在减速期用b表示，则在各期间内的转动总力矩为：加速轧制期：等速轧制期：减速轧制期：同样，可逆式轧机在空转时也分加速期，等速期和减速期。在空转时各期间的总力矩为：空转加速期：空转等速期：空转减速期：,电机的选择与校验,加速度a和b的数值取决于主电动机的特性及其控制线路。电机的选择与校验当主电动机的传动负荷图确定后，就可对电动机的功率进行计算。这项工作包括两部分：一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。如果是新设计的轧机则对电动机就不是校核，而是要根据等效力矩和所要求的电动机转速来选择电动机。,电机的选择与校验,等效力矩计算及电动机的校核轧机工作时电动机的负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此必须计算出负荷图中的等效力矩，其值按下式计算：式中等效力矩；轧制时间内各段纯轧时间的总和；轧制周期内各段间隙时间的总和；各段轧制时间对应的力矩；各段间隙时间对应的空转力矩。,电机的选择与校验,发热校核过载校核式中一电动机的额定力矩；电动机的允许过载系数，直流电动机2.0-2.5；交流同步电动机，=2.5-3.0；轧制周期内最大的力矩。电动机达到允许最大力矩，其允许持续的时间在15s以内，否则电动机温升将超过允许范围。,电机的选择与校验,电动机功率的计算对于新设计的轧机，需要根据等效力矩计算电动机的功率，即：，Kw式中电动机的转速，r/min；由电动机到轧机的传动效率。超过电动机基本转速时电动机的校核当实际转速超过电动机的基本转速时，应对超过基本转速部分对应的力矩加以修正见下图，即乘以修正系数。,电机的选择与校验,超过基本转速时的力矩修正图如果此时力矩图形为梯形，则等效力矩为：,电机的选择与校验,式中转速未超过基本转速时的力矩；转速超过基本转速时乘以修正系数后的力矩。即：上式中超过基本转速时的转速；电动机的基本转速。校核电动机过载条件为：,轧制时的弹塑性曲线,一般用弹塑性曲线来表示轧件和轧机的相互作用。在轧机自动控制、轧机结构设计等方面都要应用弹塑性曲线。轧件的塑性曲线影响轧制负荷的因素也将影响轧机的压下能力，也就影响了轧件轧制的厚度，由于问题复杂，用公式表示十分困难，而且精度不高，用图表却可以表现得清楚一些，表示这一关系的就叫做塑性曲线。纵坐标表示轧制压力，横坐标表示轧件厚度。,轧制时的弹塑性曲线,摩擦系数的影响张力的影响摩擦系数越大，压力越大，轧制厚度也越大(曲线2)。张力的影响也可用类似的图反映出来张力越大，轧出的厚度也就越薄(曲线lq10；曲线2q20；q为张力)。,轧制时的弹塑性曲线,轧件塑性曲线变形抗力的影响如上图所示，当轧制的金属变形抗力较大(曲线2)时则曲线较陡。在同样轧制压力下，所轧成的轧件厚度要厚一些，即h2hl。,轧制时的弹塑性曲线,同样负荷下，轧件越厚，轧制压下量越大；轧件越薄压下量越小。当轧件原始厚度薄到一定程度，曲线将变得很陡，当曲线变为垂直时，说明在这个轧机上，无论施以多大压力，也不可能使轧件变薄，也就是达到“最小可轧厚度”的临界条件。至于其