张力减径机传动浅析

2001年第 4期(总 g口期) 张力减径机传动浅析 谷文君 张永刚 杨云志 [提要]：舟绍张力减径机传动系统的结构原理 关键词 ：差建传动 张力藏 径机 选 加电机 分析张 力减轻机 的齿轮葙厦轧辊 转速 计算。 基本电机 差动轮系齿轮 我厂从德国引进的张力减径机是我厂新建无缝管热轧 线 的关键设备之一．它是用来将轧管机轧后的荒管再进 行无芯捧带张力的进一步轧制。张力减径机采用热轧方 式．可以实现减径、减壁 、等壁 、增壁轧制。由于张力减 径机具有精度高 、产品规格范围大、轧制速度高等优点． ．‘ ．‘ ．j^ ．j‘ ．‘ ．‘ ．‘ 围 2 在该设计分析中，一方面．优化模型的变量尺寸必须 依赖于原始模型的变量尺寸．其对应的逻辑关系始终保 持．即初始模型为参数化摸型，知结构上有较大变化时， 需重新处理模型及参数：另 一方面，我们在求解时．将多 目标转化为单目标，将其余目标及一些判断准则转化为约 束条件也是重要环节 ．使问题得到简化．从而便于求解 4 有限元分析结果 比较 通过对比分析和调整．得 出了较满意的，现将两 种方案的有限元分析结果比较如下： 阿 3、圈 4分别为最 初和优化后 的架体 弯曲变形 分布 圈 在图3中，架体变形呈担架式弯曲，最大挠度值9．33 mm．换辊机架体的剐度为 3858．5 kgf／mm；在图4中，架 体 变形 呈波浪 式弯曲 ，最 大挠度值 0 71mm，剐度 为 50704．2 kgf／mm。 通过有限元分析及优化，架体的主应力范围从 l 66～ 14 6 kgf／mm ，改变为015 ．19 kgf／mm：．高应力集中区得 到 明显 改善。 5 结 语 在设计中．完全可以利用 CAE(ComputerAided 一 l6一 许多无缝管生产线都把它用作最终精轧机，从而进 一步提 高生产率，提高成材率，产出高质量的无楚钢管。 张力减径机调控比较复杂 ，我们通过对张力减径机传 动系统的分析，找到一种 比较简单的调控办法，即通过计 算各机架轧辊转速．用轧辊转速控制张力，达到控制成品 围 3 啊4 neering)技术对机械零件进行结拇优化 我们在 I—DEAS Master6．0的应用过程中已经解决丁一部分实际问题．不仅 提高丁设备的强度、剐度指标 ．而且太幅度缩短周期 ．提 高了设计质量。 让稿 日靶 2CO[年 5^ 10日 同建棒 、 忠^：一i 集面 司设 计研 克院工程 持 寸 一 重桌团套 哥蛭营奉部工程 师 维普资讯 http://www.cqvip.com 《一重技术> 管壁厚度 的 目的 1 差速转动张力减径枧的主要技术性能 型号 ：SRM一275—9_0 ； 机架数：20架 (其中前 l～6架为一套传动系统 ，后 7～20架为另一套传动 系统 ，： 基本速度电机 ：】(30kW(】～6架 )，450kW(7~20架)； 选加速度电机 ：100 kW (I 6架 )，450 kW(7~20架 )； 人 口毛管 ：直径 O95～O131 mm，壁厚 3．5~I9 8珊 成品管：直径030-．-0127Ⅲm，壁厚 3~20mm： 轧制速度：^口1．,n／s，出口最大5．,n／s 2 机构分析 (1)集中差速传动张力减径机传动如图 1所示 这里需要说明的是 ，本张力硪径机共有两套传动系 统，其中 1～6架由一台基本电机和一台造加电机带动，7～ I” (2 J 【 I 1一选加电机 (1-6)I 2～基车电机 (1—6)；3一基率电机 (7-如 一 暂星{色；8一系秆； 差动轮系齿轮；l 与机槊相连。 圈 1 2O架由另外～台基率电机带动，因为 7一加 架的传动形式 与 I～6架基率一样．只是电机所在位置不同，故其传动示 意图在本图中省略 ．下面的分析和计算也只以 1～6架为 例 本张力减径机传动形式为两段集中传动，其特点是所 有轧辊的驱动是由同一台基本电机和同一台选加电机来实 现的，这样在每个机架咬^钢管时不会因为冲击而造成该 槊轧辊的速度下降．造成锕管壁厚 均 ．这也是枭中传动 的张力耐c径机优于单独传动的张力减径机的地方。与单独 捧动的张力减径札相比．其缺点是结构复杂、造价高。同 时它还有一个突出的缺点，就是第 6架和第 7架之间的传 动是截然分开的，此两架I茜I的速度关系只能通过电气方面 采调整，这是在使用过程中应特别注意的。 (2)机架结构如图 2所示。 这里需要说明，一种机架主驱动轴在上面，另一种机 架主驱动轴在下面，这样使齿轮箱的输出轴反向转动变成 了机架间同向轧制 机架是装配好后，在专用机床上加工 孔型．从而保证孔型和轧制中心线妁精确稳定。 孵 ‘量盒接f；卜 螺旋锥齿鸵 ，一轧魁； 一^轴；5一毛 动轴 圈 2 i5 1 (n1 4一选加电机 (7—20)；5一减速箱；6一差动轮系内卣田 3 轧辊转速计算 3 1 甍逮蕞统计算 差建系统由圈 1中件6、件7、件 8、件 9组成 设件9的转速为 齿数为： ；件 8的转速为 n 件 7的转速为 rt：，齿数为2．2；件6的转速为 ‰ 齿数为 为了计算方便，我们假设整个轮系加上一个转速为n 的附加转动，由相对运动原理可知，各构件的相对运动关 系不变，剽原米的差动轮系变成了定轴轮系．所 任意两 构件闻的传动比可用定辅轮系的方法来计算．则有： H 乏= = 一垒 n n3--llH l 整理得： = !! ， ， 上式中n ， 示件9和件 6相对于件 8的转速， 表示 转化后的机构中件 9和件6的传动比。 3 2 各机架基奉转逮计算 根据M—M公司提供的资料可知 jI P_J_⋯ ， 但 设第 n机架的基本转速为 ．基本传动系统的一段轴的转 速为 r～(即基本电机的转速为 )，则有 ： =三 nm ：‘ 由此 可得 ：n 盟 ⋯ ⋯ ⋯ ． (2) 3．3 各机架迭加转速计算 设第 n架的选椰转速为 ～．，选加传动系统的一段轴转 一 17— 维普资讯 http://www.cqvip.com 200 7年第 4期(总 90期) 压力容器开孔与补强 王相意 张永 田 王 忠臣 [提要]：论述时压力客器开孔的强度问题和等面积补强法。 关篱词：窖署开孔 补强 薄膜应力 弯曲应力 峰值应力 压力窖器 为满足工艺操作、容器制造 、安装、检验及维修等要 求．在压力容器上开孔是 不可避免的。容器开孔 以后 ，不 仅整体强度受到削弱 ，而 且还 因开孔 引起应 力集 中造成 开 孔边缘局部的高应力。因此压力容器设计中必须充分考虑 开孔 和开孔补强 。 1 压力容器开孔引起的强度问题 11 开孔引起的应 力 压力容器壳体开孔以后，可引起三种应力： (1)局部薄膜应力 压力容器壳体一般承受均匀的薄 膜应力，即一次总体薄膜应力。壳体开孔以后 ，不仅壳体 开孔截面的承载面积减少，使该截面的平均应力增大，而 且开孔边缘应力分布极不均匀。在离开孔边缘较远处 ，应 力几乎没有变化，而增大的应力则集中分布在开孔边缘 由此在孔边引起很大的薄膜应力，即局部薄膜应力。 {2)弯曲应力 容器开孔以后，一般总需设置接管或 凡孔，即有另一个壳体与之相贯。相贯的两个壳体在压力 载荷作用下，各自产生的径 向膨胀 (直径增大)避常是不 一 致的，为使两部件在连接上变形相协调，则必然产生一 组自平衡的边界内力 (包括横剪力与弯矩) 这些边界内力 将在壳体的开孔边缘及接管端部引起局部的弯曲应力．属 于=次应力 (3)峰值应力 在壳体开孔边缘与接管的连接处还会 产生 一种由于应力集中造成的分布范围很小，而数值可能 很高的应力．称为蚌值应力。可见，压力容器壳体由于开 孔使开孔边缘形成了较复杂的应力状况。 1．2 不同应力对应的破坏形式 容器在压力载荷下产生的一次总体薄膜应力是最基本 的应力，是为平衡压力载荷所产生的。这种应力如超过材 料的许用应力达到材料屈服点 ，则容器将产生很大变形 (径向晦胀)，如不计壳体材料的应变强化效应，则壳体材 料会发生塑性流动，导致容器爆破。这种破坏是在一次加 载条件下就发生的，故称为静力强度失效。 由于耜贯壳体变形协调产生的边界内力引起的局部应 力具有 自限性．它不会使容器在一次加载条件下发生破 坏。但它可能在多次加载条件下，即多次加压卸压的加载 方式下，造成开孔附近的局部破坏，即发生所谓失去安定 性的塑性疲劳破坏 (大应变疲劳破坏)。 由于应力集中现象引起蚌值应力虽不会使容器在一次 或多次加载方式下发生破坏，但可能在频繁的加压卸压的 反复加载方式下 ，使开孔接管的连接部位首先出现裂纹． 继而扩展 ，最终导致容器开孔附近的破裂，即发生疲劳破 坏 。 容器中上述几种应力虽然是同时存在的，但其破坏的 发生则是与加载方式 (加卸压循环次数)密切相关的。因 此，压力容器强度设计，首先应根据容器使用条件的加载 方式 (一次、多次或反复加载)考虑可能l发生的破坏形式， 然后确定所应计算的应力 ，井按不同的性质分剐对待，以 t t ● t ● t t t t t t t t ● t t t t t t t ● ● t t t ● ⋯ ● t t t t t t t t t ● t ● t ● t ● t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t ● t ● t ● t t t ● ● t t 速为 ， (即选加电机的转速为 )。 因为所有齿轮的齿数均为已知，所以只要知道 和 ， 如图则有 —璺L=三 - ⋯ ( Zd ； = 由此可得 丑 ．'_ 几d ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ．(4) ；d ⋯ =如 I) 上式中i 为一段轴与第 架选加传动轴之间的传动比。 3 4 轧辊转速的计算 根据M-M公司提供的资料，所有机架的差速系统完全 相同，所以用(2)式的 和(3)式的‰ 分别代替(1)式的n 和 ，，即可得出第 架轧辊的转速 ，如下式： 三LⅡ I+ 壁 ．． n rl 蝤 lL一一 ⋯ ⋯ (5) r ， 一 18一 即知道基奉电机转速和迭加电机转速，就可以求出所有机 架的转速。 4 结 语 各机架轧辊的转速是我们在生产中非常关心的，只要 知道基本电机和迭加电机的转速，即可求出各架轧辊的速 度，从而控制各机架阃的张力，控制壁厚。 牧 稿日觏 ：2001年 4月 u 日 作音 北满特殊钢肢特有雎舟司无琏蛔量厂助理工程 (黑点江省富拉皋 善 邮 政垴码 ：16104l电话 ：0452-6801023) 维普资讯 http://www.cqvip.com