塑性成型原理-第六章

1,第六章轧制力矩及功率,6.1主电机传动轧辊所需的力矩6.1.1研究传动力矩的意义6.1.2传动力矩的组成6.2轧制力矩Mz的确定6.2.1按轧制压力确定6.2.2按摩擦力确定6.2.3按能耗曲线确定6.3附加摩擦力矩Mf及空转力矩M0和动力矩Md的确定6.4电机负荷图6.5主电机功率的计算,2,第六章轧制力矩及功率,目的、要求：1.了解确定轧机传动力矩及功率的意义。2.掌握确定轧机传动力矩的方法。3.掌握电机负荷图的绘制及功率计算。,3,6.1主电机传动轧辊所需的力矩,6.1.1研究传动力矩的意义1.选择电机，满足工艺要求。（MmaxNmax选电机）2.校核电机，制定合理的工艺规程。（MjumMer;MmaxKGMer),4,6.1主电机传动轧辊所需的力矩,6.1.2传动力矩的组成,5,MD=M(轧制)+Mf+M0+MdMD：主电机轴上的传动力矩；M(轧制)：折算到电机轴上的轧制力矩，使轧件产生塑性变形的力矩。M(轧制)=Mz/i；Mf：克服轧制时发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩。,6.1.2传动力矩组成,1.组成,6,M0：空转力矩，克服轧机空转时，由于各转动件的重量所产生的摩擦力矩。Md：动力矩，克服轧制时速度变化时各部件的惯性力所产生的力矩。i：电机与轧辊之间的传动比。即减速箱的减速比。,6.1.2传动力矩组成,7,（轧机作匀速旋转时所需的力矩）Mc=M(轧制)+Mf+M0其中：M(轧制）是有效力矩，Mf及M0是无效力矩（有效系数）0=M(轧制)/Mcx100%一般轧机的效率0=0.50.95，Mf及M0的数值越小，轧机的有效系数越高。,6.1.2传动力矩组成,2.静力矩,3.轧机的效率,8,6.2.1按轧制压力确定转动一个辊所需轧制力矩：Mz=Pa转动两个辊所需轧制力矩：Mz=2Paa=Rsin：合力作用角，a：力臂。,6.2轧制力矩MZ的确定,简单轧制条件下的合力方向,1.简单轧制,9,（P1=P2=P）驱动辊的轧制力矩：Mz=Pa2a2=（D+h）sin：合力作用角，a2：力臂。,6.2轧制力矩MZ的确定,下辊单独驱动时轧辊上作用力方向,2.单辊驱动,10,令a=l，：力臂系数则=(合力作用角)/(咬入角)=a(力臂)/l(变形区长度)转动两个轧辊所需的:Mz=2Pa=2Pl实际上，受很多因素的影响.综合一些研究资料，热轧铸锭时=0.550.60热轧板带时=0.420.50冷轧板带时=0.330.42,3.力臂系数,11,Sims认为：热轧扁钢及中厚板时=0.78+0.017R/h-0.163（R/h）1/2轧制不同断面形状的轧件，力臂系数方形：=0.5圆形：=0.6闭口孔型：=0.7,6.2.1按轧制压力确定,12,摩擦力产生的轧制力矩:Mz=2R（T1-T2）式中：T1：后滑区摩擦力，T1=fpbR（-）T2：前滑区摩擦力，T2=fpbR,6.2.2按摩擦力确定,T,13,单位能耗曲线：表示每吨产品的能量消耗与总延伸系数（型、线材）或板带厚度（板带材）之间的关系。,6.2.3按能耗曲线确定,1.概念,14,15,16,2.能耗与力矩之间的关系,17,如图所示，an+1、an分别为轧n+1、n道次后所对应的总单位能耗，则第n+1道次所对应的单位能耗为an+1-an设轧件重为G吨，,6.2.3按能耗曲线确定,3.按能耗曲线确定轧制力矩,18,设轧件重为G吨，在该道次的总能耗为A=（an+1-an）GKW.h=3600（an+1-an）GKW.s轧制时的能耗是以电机负荷大小测的，所以这种曲线中还包括有轧机传动机构中的附加摩擦损耗、但除去了轧机的空转损耗。,6.2.3按能耗曲线确定,19,由M=AR/vt知按能耗曲线确定的力矩（折算到电机主轴上）为Mz/i+Mf=3600（an+1-an）GR/vtKN.m=10003600（an+1-an）GR/vtN.m,6.2.3按能耗曲线确定,20,将G=FhLh及t=Lh/vh=Lh/v(1+Sh)代入得:Mz/i+Mf=18105(an+1-an)FhD(1+Sh)N.mG：轧件重量，t；：轧件的密度，t/m3；D：轧辊工作直径，m；Fh：该道次后轧件横断面积，m2；Sh：前滑；i：传动比。,6.2.3按能耗曲线确定,21,1）相同的轧机型式、轧制条件、轧件材质和相似的坯料断面及成品断面；2）单位能耗曲线所确定的力矩，包括折算到主电机轴上的轧制力矩M及附加摩擦力矩Mf，不包括空转力矩M0。讨论：轧制力矩还有什么确定方法？,6.2.3按能耗曲线确定,4.单位能耗曲线的应用条件,22,6.3.1附加摩擦力矩Mf的确定轧制时，轧件通过辊间，在轴承内以及轧机传动机构中有摩擦力产生。附加摩擦力矩Mf：是指克服在轴承内以及轧机传动机构中摩擦力（由轧制压力产生的）所需的力矩。Mf的组成：1）轧辊轴承中的Mf12）传动机构中的Mf2,6.3附加摩擦力矩Mf及空转力矩M0和动力矩Md的确定,23,1.轧辊轴承中的附加摩擦力矩Mf1对上下两个轧辊（共四个轴承）而言，Mf2=P/2f1d1/24=Pf1d1P：轧制压力；d1：轧辊辊径直径；f1：轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作条件滑动轴承金属衬热轧时f1=0.070.10滑动轴承金属衬冷轧时f1=0.050.07滑动轴承塑料衬f1=0.010.03液体摩擦轴承f1=0.0030.004滚动轴承f1=0.003,24,2.传动机构中的摩擦力矩Mf2(减速箱、齿轮座中等)Mf2根据传动效率计算Mf2=(1/11)(Mz+Mf1)/iMf2：换算到主电机轴上的传动机构中的摩擦力矩；1：传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率；一级齿轮传动的效率0.960.98皮带传动效率0.850.90换算到主电机轴上的附加摩擦力矩:MfMf=Mf1/i+Mf2,25,是指克服空载转动轧机主机列时，旋转体的重量在各自不同的轴颈直径处产生的摩擦力矩.空转力矩应等于所有转动机件空转力矩之和，当换算到主电机轴上时，则转动每一个部件所需力矩之和为：M0=M0iM0i：换算到主电机轴上的转动每一个零件所需的力矩。,6.3.2空转力矩M0的确定,空转力矩,26,如果用零件在轴承中的摩擦圆半径与力来表示M0iM0i=Gifidi/2i则M0=Gifidi/2iiGi:该零件在轴承中的重量；fI：在轴承中的摩擦系数；di：轴颈直径；ii：电机与该机件间的传动比。,6.3.2空转力矩M0的确定,27,经验公式：M0=(0.030.06)MerMer：电动机的额定转矩。对新式轧机取下限，对旧式轧机取上限。,6.3.2空转力矩M0的确定,28,动力矩只发生于用不均匀转动进行工作的几种轧机中，如可调速的可逆式轧机，当轧制速度变化时，便产生克服惯性力的动力矩。Md=GD2/375（dn/dt）kg.m=GD2/38.2（dn/dt）N.mG：转动部分的重量，kg；D：转动部分的惯性直径，m。dn/dt：加速度。,6.3.3动力矩Md的确定,29,反映轧机负荷与时间变化关系的图称为负荷图。,6.4电机负荷图,1.概念,30,静负荷图（轧辊匀速转动）动负荷图（变速轧制）,6.4电机负荷图,2.分类,31,静力矩与时间变化的关系图称为静负荷图。1.绘制方法：根据轧制图表确定一个轧制周期内的电机静负荷图。反映轧制道次n与轧制时间t之间关系的图表。对于某一轧机，从第一根轧件进入轧机轧制到第二根轧件进入轧机轧制的这一段时间。每一道次的轧制时间tz=Lh/vh，t间隙(t)：按间隙动作所需时间或按现场定。,6.4.1静负荷图,定义,轧制图表,轧制周期,32,Mc=M（轧制）+Mf+M0,33,34,在可逆式轧机中，轧件通过轧辊的时间由3部分组成：加速时间，稳定轧制时间，减速时间,6.4.2动负荷图（可逆式轧机的负荷图）,定义,35,1.绘制根据速度图绘制设主电机的加速度为a，减速度为b，则在各期间内的转动总力矩为：空载加速期t1：M1=M0+Md1加速轧制期t2：M2=Mc+Md2等速轧制期t3：M3=Mc减速轧制期t4：M4=Mc-Md3空转减速期t5：M5=M0Md4GD2/38.2GD2:单位N.m2M:单位N.m,36,1.校核电机；2.选择电机。1.校核电机：温升校核：过载校核：1)转速未超过额定转速,即nner,6.5主电机功率的计算,目的,37,(a)温升校核：MjumMerMjum=（Mi2titi）1/2Mjum：等效力矩；Mi：轧制周期内各段时间所对应的力矩；ti：轧制周期内各段轧制时间和间隙时间；tz=Lh/vh，t间隙按现场定。,6.5主电机功率的计算,38,(b)过载校核：MmaxKGMerMmax：轧制周期内，负荷图中的最大力矩；KG：电机允许的过载系数；直流电机2.02.5，交流电机2.53.0,6.5主电机功率的计算,39,2)当实际转速超过电动机基本转速时应对超过基本转速部分对应的力矩加以修正对于斜线部分力矩式中：M1转速未超过基本转速的力矩；M转速超过基本转速时乘以修正系数后的力矩，即M=M1n/ner,40,2.选择电机对新设计的电机，需根据等效力矩计算电机功率，根据电机功率选择电机。电机功率的计算:Nj=（0.105Mjumn）/kwNj:电机功率Mjum：等效力矩，N.mn：电机的转速，r/min；：由电机到轧机的传动效率。,6.5主电机功率的计算,41,1.在四辊可逆轧机上一道次将坯料轧制成成品。此时Mz=700N.m，M0=80N.m，Mf=300N.m，GD2=38.2kg.m2，加速度a=40转/分*秒2，减速度b=60转/分*秒2轧制时速度图如下，试确定该轧机的传动力矩（传动比