水平连铸机的拉坯力矩

D0I:10.13374/i.is8n1001-053x.1991.s1.010 北京科技大学学报 第13卷第4(1)期 Vol,13No.4(I) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1991 水平连铸机的拉坯力矩 雷知行·徐立刚·马平安萧秀文 摘要：介绍了水平连铸机拉还力矩的测试方法，以及各种不同工艺条件下的试验结果，并 提出了计算拉坯力矩的方法，二者所得结果是一致的。 关键词：水平连铸机，拉坯机，拉坯力矩 The Research on Withdrawing Moments in Horizontal Continuous Caster Lei Zhixing'Xu Ligang'Ma Pingan'Xiao Xiuwen ABSTRACT:This article introduced the measurement and calculation methods of withdrawing moments in horizontal continuous caster,described the experimental results in different technological conditions.The results correspond with the calculation. KEY WORDS:horizontal continuous caster,withdrawing machine,withdrawing moments 1拉坯力矩的分析计算 图1是水平连铸机拉坯机的一对拉辊的结构图。根据水平连铸机浇铸断面的大小，可由 它组成二对辊的拉坯机或三对辊的拉坯机。 1991-05-06收稿 ·机械工系(Department of Mechanica】Enginceriug) 62

第 卷第 川期 北 京 科 技 大 学 学 报 。 一 。 。 年 月 。 。 水平连铸机的拉坯力矩 雷知行 ’ 徐立刚 ’ 马平安 ’ 萧 秀文 ’ 摘 要 介绍 了水平连铸 机拉坯 力炬的侧试方法 ， 以及各种不 同工艺 条件 下 的试验结果 ，并 提出 了计算拉坯 力矩 的方法 ， 二者所得结果是一致 的 。 关健词 水平连铸机 ， 拉坯机 ，拉 坯力 矩 拄夕 夕 ， 夕 功 以 扭 ， 。 ， ， 拉坯力矩的分析计算 图 是水平连铸机拉坯机 的一 对拉辊的结 构图 。 根据水平连铸机浇铸断面的大小 ， 可 由 它组成二对辊的拉坯机 或三对辊的拉坯机 。 司曰 一 一 收 稿 ， 机械工程 系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s1．010

4 图1拉坯辊的结构图 1一—拉辊；2—拉坯机机架影3一联轴器中间套简：4—摆线针轮减速器，5一伺服电机 Fig.1 The construction of withdrawing rolls 影响拉坯机拉坯力矩的因素包括： (1)结晶器拉坯阻力引起的拉坯力矩拉坯阻力引起每对辊的拉坯力矩可按下式计算： M1=FR/n (1) 式中 F:一结晶器拉坯阻力，N； R一拉辊半径，m,n—一拉辊对数。 结晶器拉坯阻力可以通过理论计算或实测得到。 (2)托辊摩擦阻力产生的拉坯力矩： M2=F2R/n F2=Gge (2) 式中 F2一托辊摩擦阻力，N; G一托辊上铸坯的质量，按20m计，kg: e-一滚动阻力系数，8=0.025。 (3)铸坯、火焰切割机动载引起的拉坯力矩： M3=F3R/n F3=(G+m)a (3) 式中 F3一一动载引起的拉坯阻力，N, m一随铸坯运动的火焰切割机的质量，kg； a一铸坯按拉坯曲线运动的线加速度，ms2。 (4)红坯过拉辊的变形抗力所产生的拉坯力矩红坯过辊有轻压下，若拉银直径为R, 铸坯的轻压下量为4h(4h=:-h:),则接触孤水平投影长度L.为： 63

盟全进队 洲 除 片卜 广 一 留移睑名公目』 卜甲卜一一弓个 耐 卜曰笋 甩 ’ ’ 侣吕 已 ’ 一 广娜一二二口 ‘ 占 汀 即 … …口 口卜〔 七 以 尸 卜伪仍林 拐弓砖必瞬 ， ” ‘ 卜一一刃 ” 一 一一朴弓 「 ’ ’ · 一飞 日人 臼 「 图 拉坯辊 的结构 图 － 拉辊 － 拉坯 机机架 － 联轴器 中间套筒 －摆线针轮减速器 －伺服 电机 。 丁 影响拉坯机拉坯力矩 的 因素包括 结 晶器拉坯阻力 引起的拉 坯 力矩 拉坯阻力 引起每对辊的 拉 坯力矩可按下 式计算 人了 式中 、 － 结 晶器 拉坯 阻力 ， － 拉辊半径 ， 。 －拉辊对数 。 结 晶器拉坯 阻力 可 以通过理论计算或实测得到 。 托辊摩擦 阻力产生的 拉坯力矩 材 二 二 。 －托辊 摩擦 阻力 ， －托辊上铸坯 的 质量 ， 按 计 ， － 滚 动阻力系数 ， ￡ “ 。 。 铸坯 、 火焰切割机 动载 引起的拉坯力矩 邢 － 动载引起的拉坯 阻力 ， 。 － 随铸坯运 动的 火焰 切割机 的质量 ， － 铸坯按拉坯 曲线运动的线加速 度 ， 红坯 过拉辊的 变形抗力 所产生的拉坯 力矩 式式中 “ 。 红坯 过辊有轻压下 ， 若拉辊直径 为 ， 铸坯的轻压下量为 几 从 二 无一 、 ， 则 接触孤 水平投影长度 。 为

L.=√△hR 金属高温单位变形阻力，对合金钢可按下式计算： K,=0.147(1400-t) (N/mm2) 过辊时的变形抗力F4为： F4=bL.K 考虑变形抗力由辊压相平衡： Q=F4=bL.K L.=QA/bK 上式中b为铸坯与辊面接触宽度，浇铸方坯时b等于边长。辊压与液压缸油压关系为： QA=TP(R8-r)L|L。 式中R。一液压缸的半径，m; ro一活塞杆的半径，n； P一工作压力，Pa L一液压缸的作用臂长，m影 L。一上辊的作用臂长，m。 由变形抗力引起的拉坯力矩由下式计算： M4=F,·Z 式中Z为变形抗力的作用力臂，Z=(2R+h,)sinB,式中h,为变形后铸坯的高度，B为变形 抗力与拉辊中心线夹角，B=si~1(L./2R),考虑到拉坯时为轻压下，h,可近似取为铸坯厚 度，D为拉辊直径，则： o M.=(D+k)bDK, (Nm)(4) 对TG公司辊式拉坯机，当R0=0.07m,,To=0.01m,,L=0.81m,L0=0.45m, P=4.91×108Pa,b=0.15m时，M4=1897.5N·m 综合上述计算方法，若浇铸150mm方坯，拉辊直径R=150mm,对二辊拉坯机，每对 拉辊的拉坯力矩各分量与总值M列于下面： n力矩M1M2M3M4 M 2N.m912.361.8322.51897,53194.1 2测试方法 拉坯力矩的测试采用力参数和电参数两种方法。 2,1在减速机与拉银立轴联轴器的中间套简上直接测力矩 由于中间套筒是空心的，在它上面贴电阻应变片可获得较大的应变信号，另外，该处有 足够贴片和安装集流环的位置。 64

。 侧 金属高温单位 变形 阻力 ， 对合金钢可按下 式计算 了 。 一 。 么 过辊时的 变形抗力 为 。 考虑变形抗力由辊 压相平衡 二 二 。 ， 。 上 式 中 为铸坯与辊 面接触 宽度 ， 浇 铸方坯 时 等于边长 。 辊压与 液压缸 油压关系 为 口 二 尸 落一 落 上 。 式 中 。 －液压缸的半径 ， 。 －活塞 杆的半径 ， 尸－ 工作压力 ， －液压缸的作用臂长 ， 。 －上辊的 作用臂长 ， 。 由变形抗力 引起的拉坯 力矩 由下式计算 · 式 中 为变形抗 力的 作用 力臂 ， 口 ， 式 中 为变形后铸坯的高度 ， 刀 为变形 抗力与拉辊 中心线 夹 角 ， 夕 一 ’ 。 ， 考虑 到拉坯时为轻压下 ， ，可近似取为铸坯厚 度 ， 刀 为拉辊直径 ， 则 岭 ‘“ · 潇 · 对 公 司辊式拉 坯 机 ， 当 。 ， ， 。 一 ， ， 。 二 ， 。 。 ， 。 又 已 ， 。 时 ， 材 。 · 综合上述计算方法 ， 若浇铸 方坯 ， 拉辊直径 二 二 ， 对二辊 拉 坯 机 ， 每对 拉辊的拉坯力矩各分 量与 总值 列于下 面 力矩 。 。 一 。 。 。 。 。 测试方法 拉坯力矩的测试采用 力参数和 电参数两种方法 。 在减速机 与拉辊 立轴联轴器 的 中间套筒 上直接 洲 力矩 由于 中间套筒是空心的 ， 在它上 面贴电阻应 变片 可获得较大的应变信号 ， 另外 ， 该处有 足够贴片和 安装集流 环的位置

采用全桥测量方法，以得到较大的桥臂系数A=4,应变片与套筒轴线成45°，其应变 值为e1,与轴线成135°的应变值为e2,当e2=-e:时，则桥臂电阻为： T=E1-e2=2e1 力矩M与应变e1之间的关系为： M=0.2D21)e1(1-)a4 (5) 式中 y一应变片的泊桑比；D一中间轴套筒外径，cm; a一套筒内、外径之比，a=d1D。 取中间套筒D=266mm,d=246mm,E=2.1×105N/mm2,y=0.28,由此可算得产生 14e需要的扭矩值。 2,2通过测量电参数求得拉还力矩 直流伺服电机产生的力矩M与电流I之间可由下式进行计算： M=KI (6) 式中 K一电机常数，可由实测得到K=0,888: I一实测瞬时电流值，A。 由电机输出力矩换算到低速轴的拉辊力炬M,可由下式计算： M,=(M.-Ma-M。)in-M.d (N·m) (7) 式中M.一高速电机输出力矩，N·m; M,一电机和拉坯机同步转动部分 的动载力矩，N·m; M。一拉坯机本身的摩擦力矩， M,。一与拉辊轴同步转动部分的动 N.m; 载力矩，N·m; i一减速机的传动比，=17。 7一减速机的传动效率，取)=0,18； 其中M和M,d分别由下式进行计算： (Mhd=Jh 2max (8) Mid=J.eman: 式中J一高速轴上转动惯量，kgm2;多 J。一低速轴上转动惯量，kg·m2 e。,一高速轴最大角加速度， ￡ms,。一低速轴最大角加速度， rad/s2; rad/s2; 圆柱体的转动惯量J可按下式计算 空心：J=m(R-72) (9) 式中 m一转动体质量，kg； D—一转动体外径，m; r一转动体内径，m。 65

采 用全桥测 量方法 ， 以得到较大 的桥臂系数 二 ， 应 变片与套筒 轴 线 成 “ ， 其应 变 值为。 ， 与轴线 成 “ 的 应 变值为 ， 当。 二 一 、 时 ， 则桥臂 电 阻 为 ￡ 一 ￡ ￡ 力矩 与应 变。 之 间的 关系 为 。 ￡ 一 心 式 中 夕－ 应 变片的 泊桑 比 －中间轴套筒 外径 ， －套筒内 、 外径之 比 ， 。 取中间套筒 ， 二 ， ， 户“ 需要的扭矩值 。 ， 由 此 可 算 得 产 生 通过洲 电参教求得 拉坯 力矩 直流伺服 电机产生 的力矩 与 电流 之 间可由下式进行计算 二 － 电机 常数 ， 可 由实测得到 二 。 － 实测 瞬时电流值 ， 。 由电机输 出力矩换算 到低速轴的拉辊 力矩 。 可由下式计算 材 。 一 ，‘ 一 。 叮 一 ， ‘ · 。 － 高速电机输出力矩 ， ， ‘ － 电机和拉坯机 同步转动 部 分 式式中中 的动载 力矩 ， · 。 －拉坯机 本 身 的 摩 擦 力 矩 ， － 与拉辊轴 同步转动部分 的 动 载力矩 ， · －减速机 的传动 比 ， 。 ，－减速机 的 传动效 率 ， 取， 二 其 中 、 ‘ 和 ‘ 分别 由下式进行计算 ，‘ ， ￡ ， 。 二 ， ， 戈对 ‘ 。 ， 。 ， ， 式 中 九－ 高速轴上转 动惯量 ， 忍 。 。 二 ， － 高速轴最大 角 加 速 度 ， 忿 － 低 速轴上转 动惯 量 ， “ “ 。 二 ， － 低速轴最大 角 加 速 度 ， 圆 柱体的 转动惯量 可按 下式计算 ， 。 至 ‘ ， 二 一 厄 气“ ‘ 一 ‘ ， 式中 －转动 体质量 ， 刀 －转 动体外径 ， －转动体内径 ，

了试验结果与分析 试验时浇铸断面为160mm,150mm和130mm方坯，实测的参数有拉坯机各对辊低速轴 的力矩，各拉辊的电流、电压、转速、·拉坯曲线各参数，浇铸钢种，温度，中间包液面高 度，以及浇铸工作状态等，以下说明浇俦150mm方坯的试验结果 3.1开铸阶段的拉还力矩 开铸阶段力矩变化波形如图2所示，其值如下： 拉坯长度，mm100200300 400500600700800 9001000 拉辊力矩前辊567.0485.6539,6567.0485.6485.6513.1513.1431.6513.1 N.m 后1026,1951.61026.1782.8647.5715.1715.1715.1618.0618.0 LM从从MMv 水原机从收水从R L人nnAA 图2拉坯力矩波形图 1-3C-1P影2-3C-2P,33C-5P (注C一拉坯曲线号，P一程序号) Fig.2 The oscillogram of withdrawing moments 180 160 140 120 0 100 80 60 40 0 L/m 图3拉坯长度和拉坯力矩的关系，1前辊，2后辊 Fig.3 The relationship between withdrawing length and withdrawing momeats 66

试验结果与分析 试验时浇铸断面为 ， 和 方坯 ， 实测的参 数有拉坯机各对 辊 低 速轴 的 力矩 ， 各拉辊 的 电流 、 电压 、 转速 、 ， 拉坯 曲线各参数 ， 浇 铸钢种 ， 温度 ， 中 间 包 液 面 高 度 ， 以及浇铸工作状态等 ， 以下说明浇 铸 方坯 的试 验结 果 。 开 铸阶段的 拉坯 力矩 开铸阶段力矩 变化波形如图 所示 ， 拉坯 长度 ， 拉辊 力矩 前辊 。 一 后辊 。 。 其值如下 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 图 拉坯 力矩波形 图 一 一 一 一 一 一 注 － 拉坯 曲线号 ，尸－ 程 序号 丁 · 今 星 矛 尸 ， 厂 护 ，心 口口声 口 尹产 月 图 拉坯长度和 拉坯 力矩 的关 系 ， 前辊 ， 后辊 垂 血 贝 冬 母