差动调速小型连轧机组负荷分配的研究——小型轧机技术改造研究之一

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.008 北京铜铁学院学报 1983年第4期 差动调速小型连轧机组负荷分配的研究 一小型轧机技术改造研究之一 北京钢铁学院苏逢西、蒋金梅、陶小同、马晓平· 北京红治钢厂陈书文、江树声、王桂兴、吴中 山东治金学院苏逢荟 摘 要 本工作在分析中250mmX6半连续小型轧机的综合测定试验资料的基础上， 着重研究了它的负荷分布情况，明确了差速器损坏的主要原因，给出了强化差速 器设计所必需的担矩MB、功率N等负荷参数并建立了角钢连轧的能耗模型， 一、前 言[1Jr2] 我国现有小型轧机约300套，分布于全国各地，布局较好。横列式轧机占绝对多数，产 量达746万吨，约占钢材总产量的26.6%。但轧机形式落后，单机产量低，劳动强度大，产 品规格比较单调。技术改造的潜力很大。采用连轧工艺可以加大坯料断面与单重，从而可 以减少中间开坯次数，节约能源，减少切头尾损失，提高成材率，降低成本，改善劳动条 件。因此采用连轧技术改造我国现有的老轧机，是技术改造、提高经济效益、逐步实现现 代化的有效方案之一。 为了充份利用旧有设备、节省投资、缩短改造时间，北京红治钢厂采用差动调速技术 将中300mm×2/中250mm×4/中300mm×1横列式小型轧机改建成粗轧为中300m×2、 精轧为中25)mm×5与中300mm×1的半连轧机组，成品轧制速度可达6.33M/sec。不设 立辊机架，采用扭转导板实现翻钢立轧。旧牌坊不更换；为了稳定连轧过程与保证产品精 度，将胶木瓦改造为四列短圆柱滚动轴承；轴向调整装贸政造为在一侧用正反丝扣控制的 机构。轧辊传动机构为“万向接轴一梅花套简”。主要产品为3·~5·角钢以及厚6心 19mm、宽25~60mm的扁钢，钢种有普碳、碳工、合结等，共八十多个品种规格。坯料 为602mm×1.22M、682mm×2M与752mm×2M三种。粗轧4~6个道次，精轧6个道 次。精轧机组扁钢孔型系统为“平一平一立一平一立一平”，角钢孔型系统为：切分孔 -(K6、K5),上沿线不变的蝶式孔(K4、K3、K2)与开口或半开口式成品孔(K1)。 1年投产后，经过一年多的技术适应，82年生产与改造前80年相比[3]，年综合合格率 , 参加本工作的还有正晓彬、刘玉海、刘斯悟、李子豪、吴伊兰及罩威等。 6

北 京 钥 铁 攀 碗 学 报 年 第 翔 差动调速小型连轧机组负荷分配的研究 。 一小型轧机技术改造研究之一 北 京钢 铁 学院 苏逢 西 、 蒋金 梅 、 陶小 同 、 马 晓 干 ， 北 京红 冶 钢 厂 陈 书文 、 江 树 声 、 王 桂兴 、 吴 申 山 东冶金 学院 苏逢荃 摘 要 本 工 作 在 分析 中 半连 续小 型札 机 的 综 合 定 试验 资杆 的基础 上 ， 看重研 究 了它 的 负荷分布情况 ， 明确 了差速 器损 坏 的主要 原 因 ， 给 出 了强 化 差速 器 设 计所必 需 的扭 矩 。 、 功 率 等负荷参数并 建 立 了角钢 连 札 的能耗模 型 一 、 前 言 〔 ‘习〔 〕 我国现有小型轧机 约 套 ， 分布于全 国各地 ， 布局 较好 。 横列式轧机 占绝对多数 ， 产 量达 万 吨 ， 约 占钢材总产量的 。 但轧机 形式落后 ， 单机产 量低 ， 劳动强度大 ， 产 品规格比较单调 。 技术改造的潜 力很大 。 采用连轧工艺 可 以加大坯 料断面 与单重 ， 从而 可 以减少 中间开坯 次数 ， 节约能源 ， 减少 切头尾 损失 ， 提 高成材率 ， 降低成本 ， 改善劳动条 件 。 因此 采用连轧技术改造 我 国现 有的老轧机 ， 是技术改造 、 提 高经济效益 、 逐 步实现现 于忆化的有效方案之 一 。 为 了充份利用旧 有设 备 、 节 省投资 、 缩短 改造 时 间 ， 北 京红 冶钢厂采用 差 动调 速 技术 将小 小 小 义 横列式小型轧机改建成粗轧 为小 、 精轧 为中 火 与小 的半连轧机组 ， 成 品轧 制速度 可 达 。 。 不 设 立辊机架 ， 采用 扭转导板实现翻钢立轧 。 旧牌坊不更 换， 为 了稳定连轧过程 与保证 产 品精 度 ， 将胶木瓦改造为四 列短 圆柱滚动轴承 轴向调 整 装置 改 造 为在一侧用正 反 丝 扣控制的 机构 。 轧辊传动机构为 “ 万 向接轴一梅花套筒” 。 主 要产 品为 ’ ‘ 角 钢 以 及 厚 、 宽 的扁钢 ， 钢种有普碳 、 碳工 、 合结等 ， 共八 十多个 品种规格 。 坯 料 为 、 “ 与了 三种 。 粗轧 个道 次 ， 精 轧 个道 次 。 一 精轧机组扁钢孔型系统为 “ 平一平一立一平一立一平” ， 角钢 孔型 系统为 切 分 孔 一 、 ， 上沿线不 变的蝶式 孔 、 、 与开 口 或半开 口 式 成 品孔 。 年投产后 ， 经 过一 年多的技术适应 ， 年生产与改造前 年相 比 〔 〕 ， 年综合合 格 率 二 参加本工作的还 有工 晓彬 、 刘玉 海 、 刘听悟 、 李子豪 、 吴伊兰 及 覃威 等 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．008

从98.87%提高到99.02%，角钢合格率从98.89%提高到99.45%，年成材率由94.65%提 高到95.23%，工伤频率由改造前的5.8~1.8%，下降为1.5%。多数规格班产都有不同程度 提高。82年消耗降低获得增利20万元。这套第一次用于小型连轧的差动调速机组，通过两 年的连续生产考验，也暴露出不少问题。主要是：ⅰ差速器齿面磨损严重并多次发生整齿 从齿根处断裂，差动调速系统运行噪音大。ⅱ连轧操纵调整技术不熟练，换辊、换产品之 后的轧机调整时间长，粗计轧机实际作业率只有50~55%。ii产品尺寸不够稳定，沿长度 上成品尺寸高频率地波动，并具有“大头、大尾”现象。 为了对该机组工作性能进行科学的标定，提供强化差速器所需的参数，进一步完善并 开发差动调速小型连轧技术，本工作在分析综合测试资料的基础上，着重研究连轧机组的 负荷分配情况并建立能耗与轧制力矩的数学模型。 二、功率、转矩与能耗的测定结果与分析 差动调速系统的简图与性能参数如图1、表1所示。这是一种双电机差动调速技术， K6 K5 K K3 K1 2230 3675 2225 轧制中心线 m60 260 20 260 260 300 传动齿轮箱 流电机 1100÷1125 1165宁1060 1160 1080 X 文流电机 D: 图1差动调速连轧机组 即用小功率直流电机D,调速，转速经差速器与交流主电 机D1转速合成后拖动轧辊。K2、K1机架的D1有异步 电机与异步机同步化两种运行方式，K6、K5以及K4、 交流电机 ☒ 输出轴 K3机架均为异步电机拖动。D,拖动系统为“电机放大 机一发电机一一电动机”形式，电控上仅采用电压闭 环，特性较软。差速器结构如图2所示，是二个自由度 的周转轮系，三个基本构件是太阳轮A、B与转架C, ☒2 工一外齿 a、b为行星轮，各有四个。 直滤电机 采用了“从实测电机功率N与转速n推求扭矩M与 图2外齿啮合的2K一H型差速器 能耗E”的方法。按两瓦表法原理将FS一15型三相不 77

从 提高到” ， 角钢合格率从 宫 提高到 ， 年成材率由 提 高到 ， 工伤频率由改造前的 肠 下降为 编 。 多数规格班产都有不伺程度 提高 。 年消耗降低获得增利 万元 。 这套第一 次用于小型连轧 的差 动调速 机组 ， 通 过两 年的连续生产考验 ， 也暴露出不少 问题 。 主要是 差 速器齿面磨损严重并多 次发生 整 齿 从齿根 处断裂， 差动调 速系统运行噪音大 。 连轧操纵调 整 技术不熟练 ， 换辊 、 换产 品之 后 的轧机调 整 时间长 ， 粗计轧机实际作业率只 有 。 产 品尺寸不够稳定 ， 沿 长度 上成品尺 寸高频率地 波动 ， 并具 有 “ 大头 、 大尾 ” 现象 。 为了对该机组工作性能进 行科学 的标定 ， 提供强化差 速器所需的参数 ， 进一步完善并 开发差动调速小型连轧技术 ， 本工 作在分析综合测试 资料的基 础上 ， 着重研究连轧机组的 负荷分配情况并建立能耗与轧制力矩的数学模型 。 二 、 功率 、 转矩与能耗的测定结果与分析 差 动调速 系统的简 图与性能参数如 图 、 表 所示 。 这 是一 种双 电机差 动调速 技术， ‘ ‘ 于之 轧创中心线 二︸幼︺ 动口︼﹄盯“ 立古轮流电箱 江丁﹄厂了差，上︸‘ 上 ‘招“”几﹄ 名 。摘裕妇几 几一 一 差。 器 下 …又 ‘ ， 口 。 ， 口 。 门口一了工 差速器 差速器 ‘ 又 交流电机 卜 ” 「 直流 电机 图 外齿啮合的 一 型差速器 图 差动调 速连轧机组 即用小功率直 流 电机 调 速 ， 转速 经差速器 与交流主电 机 转速合成后 拖动轧辊 。 、 机架的 有异步 电机与异步机 同步化两种运行方式 ， 、 · 以及 、 机架均为异步电机拖动 。 拖动系统为 “ 电机放大 机一 发电机－ 电动机” 形式 ， 电控上仅采用 电压 闭 环 ， 特性较软 。 差速器 结构如 图 所示 ， 是二个 自由度 的周 转轮系 ， 三个基本构件是太 阳轮 、 与转架 ， 、 为行星轮 ， 各有四个 。 采用 了 “ 从实测 电机功率 与转速 推求扭矩 与 能耗 ” 的方法 。 按两瓦表法原理将 一 塾 兰相 不

差动调速系统基本参数 项目 K6 K5 K4 K3 K2 K1 交旅电机 210 270264 360 1366 功率(kw) 494 480 625 860 D: 转速(r、Pm) 591 737 290 直流电机 功率(KW) 60 60 Co 60 60 100 D 转速(r,P、m) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1 分速箱遵比 i 2.25 1.75 1,946 1.405 1/2.054 、 1/2,375 itB 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 差速器速比 i29 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 15.2 名义直径(mm) 260 260 260 260 260 300 r.P.m 123 i 166 186 257 292 338 r,p,5 2,15 2.77 3.1 4.28 4.87 5.36 速 m/sec 1.75 2.25 2.53 3.50 3.98 5.30 r.p.m 85~172 122-209 142-229 214-301 248~335 273404 调 f,p,5 1.43～2.87 2.05~3.48 2.38~3.82 3.57~5 4.155.58 4.53≈4.73 m/sec 11.17~2.351.672.85 1.943.12 2.914.09 3.39→4.5714.276.33 幅度(%) 33.5 26,1 23,2 16.8 14.8 19.4 平衡有功功率变送器中的二个测功单元接成三相二元件功率测量线路。二个单相功率元件 的输入电压经电压互感器（变比60）联接D:的线电压UAB与Uc影其输入电流分别取自相电 流I与Ic的电流互感器（对K6一5、K4一3与K2一1的变比分别为30、40与60)，二个测量元 件的直流输出电流串接送示波器振子自动记录。采用纯电阻性负载标定了功率变送器，标 定曲线为线性的，灵敏度K=0,01174KW/mm。在测量ND1的同时，测量了D,电枢回路电 流I与电压U、轧制力P、轧辊转速n8、轧件温度，并切取了各道次轧件的小样，用称重法 计算各道次轧件的靛面积F与延伸系数μ：。共进行了四次测定，其生产条件如表2所示。 图3~4为连轧5×502mm与4×402mm角钢实测N.】P与nB等参数的典型示波照象。 可以看出，直流马达拖动系统的响应速度不高，咬钢与脱尾阶段电枢电流I的过渡过程约 0、30.45秒。从咬入与脱尾后I值的变动可以判定K6到K1机架的连轧关系基本是“微堆 一撤堆一徵拉一傲堆一微堆”。整个连轧机组形成了一个相互影响的系统。取决于辊缝S 与转速题的设定植，第i机架咬钢之后与第i+1机架要形成一定的连轧关系，此种轧制过程 状态变化的“找动”要逆轧制方向地传递到i+2,i+3,…等各个机架上，使其运动学条 件、变形条件与力能参数发生变化，越是邻近的机架受到影响的程度就越大；这种干扰必 然影响着连轧动态过程的稳定性以及戒品尺寸辅度。同样第机架抛钢后使1与i+1架间的 连轧关系消失，这个状态变化的“扰动”要瓶轧制方向地传递到i一1，i-2,…等各个 机架上。受限于坯料的单重，在轧制5·(4·)角钢的同一瞬间最多可使三（四）个机架 构愈连轧关系。通过轧并除去传递扰动与阙节作用之外，还会在机架之间传递能量。对于 任一帆架，根据能量守恒定律都可写成 78

衰 差 功 调 速 系 统 基 本 参 数 漏一 芝述芝之 交 流 电 机 功 ， 、 ， 二 ，，， ， ‘ 霖 妙 。 。 。 、 ， 」 少 ， ‘ 、 、 一 一 一 直 －流 电 一机－… 转 速 、 功 率 转速 ‘ 、 、 。 … 。 。 。 、 · 、 。 一 厂…一丽 分速箱魂比 小 。 一 ， 一 ， 。扁 ， 俪一 一 反 。扩…几而 巧 。 。 。 。 差速器速 比 － 一 ’ ”一－ 一一毫刃甄万赢 ， 轧 · 基 · · ， 速 ， 。 。 ‘ 调 辊 ‘ 。 ， 。 ， 速 一 厂 厂一 下 一 一 幅度浅 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 一 ，山︸，二 ︸臼一了，冉 伪 平衡有功功率变送器 中的二个 测功单元接成三相二元件功率 测量线路 。 二个单相功率元件 的物入 电压经 电压互感器 变比 联接 ‘ 的线 电压 ，与 。 幻 其输入 电流分别取 自相 电 流 与 的电流互感器 对 一 、 一 与 一 的变比分别为 、 与 ，二个 测量元 件的直流输出电流 串接送示 波器振 子 自动记录 。 采用纯 电阻性负载标定了功率变送器 ， 标 定曲线为线性的 ， 灵敏度 。 。 在侧量 。 、 的同时 ，侧是 了 电枢回路电 流 与 电压 、 轧制力 、 轧辊转速 、 轧件温度 ， 并切取了各道次轧件的小样 ， 用称重法 计算各道次轧 件的截面积 与延伸系数协 。 共 进行 了 四次测定 ， 其生产条件如表 所示 。 图 为连轧 与 角钢实测 · 与 。 等参数的典型 示波 照 象 。 可 以看出 ， 直 流马达拖动系统的响应速度不高 ， 咬钢与脱尾 阶段 电枢 电流 的过渡过程 约 必 。 。 秒 。 从咬入与脱尾后 值的变动可 以判定 到 机架的连轧关系基本是 “ 微堆 一徽堆一徽拉一徽堆一微堆” 。 整个 连轧机组形成 了一个相互影响的系统 。 取决于辊缝 与转速二 ，的设定值 ， 第 机架咬俐之后 与第 机架要形成 一定的连轧关系 ，此种轧制过程 状态变化的 ‘ 扰 动 ” 要逆轧制方向地传递到 ， ， … 等各个机架上 ， 使其运 动学条 件 、 变形条件与力佬参数发生变化， 越是邻近 的机架受到影响的程度就越大， 这 种干扰必 然形晌粉连轧动态过程 的稳定性 以及成 品尺 寸精度 。 同样第 机架抛钢后 使 与 架间的 连轧关系消失 ， 这个状态变化的 “ 扰动” 要顺轧制方向地传递到 一 ， 卜 ， … … 等各个 机架上 。 受限于坯料的单重 ， 在轧制 角钢的 同一 瞬间最多可使三 四 个机架 钩成连轧关系 。 通过轧件除去传递扰动与调 节作用之 外 ， 还会在机架之 间传递能量 。 对于 任 一机架 ， 根据能 守恒定律都可写成

00171096 88017020 8301-826 0107-016 8501-089 店 8.0 ~. 82-1601627 时 21.I 对 三 :1: 的 解 时 食 6I'I 呈 豆 萨 的 奈 男 品 87752 器 品 品 始 6 S'gIe 2-3TS 斜 层 32.0 g 17:0-60.0 U ZI0 61:0-2.0 8.0 8110731-0 2h8 HtiI EAg 实 (0)1x(“m元) 2-8-18483 2738-18109 解 :0SXS 79

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N=N+N+NH-Nab 式中N,为金属变形的功率消耗，N:为摩擦消耗的功率，N、NaH为前、后张（推）力功 率，N为传动轧辊所拖加的功率。对于由·个机架组成、无卷取机与开卷机的连轧机组有 2(No-NaD)=2 C (Ni+Nu)-N]=0 i=l 1m1 085 胃e5=1B3KW Nes-109KW 1 Na✉5》2841V (6-5分=183Rw248Kwi 8,(5=》e132Kw Na5-《-3)"142KW 8 29,1T 19.4T l28.5T r.T 19.IT 8 8 8 No.s 8 8 K3 1K51050G 8 0.015 =0.01s 305KW N,=288K1W .8-5-) =122Kw -49We,(5--3川N6:(3-2) Ne:-3-2》 No:(3-2-1) N的零 4.T 23.2T 3.27 26.81T 24.9T 23.2T 24,9T r. T 3.063 K-乳 8 No.2 K事连乳- 8 K行选扎 8 AK5155 K4 K2 8 8 8 () 36.r+: 1369.2rp n41-355.2r"p+m 349.2rp* ne =335.3r+n+m 344.Ir-p.m 0,1Hs Ne.=319KW 自03 N1(4-3-2)“156.3KY NE:=201 5KW N,#-10.2KW, 的C线 一 P 22,9T 2.9T 3.3t 21T 6 17 27.2T 8 8 8 8 'No.16 K2 8 图3连轧5×50'mm角钢交流马达功率N、直流马达电流I、轧制力p与的示波照象 80

二 ‘ “ 一 、 式 ，卜 为金 属变形的功率消耗， ‘ 为摩擦消耗的功率， 率， 为传动轧辊所拖加的功率 。 对 于 由 个机架组成 、 、 、 。 为前 、 后 张 推 力 功 无卷取机 与开 卷机的连轧机组有 艺 、 一 二 艺 〔 ， ‘ 一 」二 一 二紧添 心 戈 凡 刀的 二 明 二 一 ， 叮汤艾 岔肠 备石万刃砚万而 、 水 印 ‘ 一 丝翌毁一一里性竺三让竺兰曹全 坦艺还砚乏三 和衬 乏 卜 犷 一从 厂二 二 ‘ 一 一 。 一 右 … 妇 今 心 ” · 二 ， ， 、 ， ‘ ’ 日 刊 日 犷 因 广 让 刊 占』月 公 一勺众溉 日门书 入脚丫六探沪八丫升脚节八 眨压乙毋艺理匕 奢 人均 一 二 ， 一冲 肠 一 一 二 ， 一 叶 ， 二 山 的军改 一 一 烤 站 』韶 沙七二世杏生渔鱼些卫边 刊 万晚 一 节之 ， 二干二 二户二一 了 － 一 入吐 一 一 飞， －一 寸 二 翻 习 二之二二二岁二二 二二二二 ‘ 三三万产 厂厂 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 丁 一 十一 一 一 一 一 一 一 牛 一 ‘ ，一 众 口 叹 ’ ， 刀 ， ， 含 乳 ℃ ﹄ 图 连轧 ’ 二 角钢交流马达 功率 、 直流马达电流 、 轧制力 与 咖示波照象 村