二輥銅桿連續冷軋機軋制力計算與應用

錢正華

（中國人民解放軍海軍上海工程機械廠，上海 200433）

二輥銅桿連續冷軋機軋制力計算與應用

錢正華

（中國人民解放軍海軍上海工程機械廠，上海 200433）

針對二輥銅桿冷軋機在設計過程中，軋制力計算部分理論參數無法確定，造成計算困難的問題，以φ25～ φ12.7八牌坊軋機為實驗對象，通過能耗實驗法和相關公式推導計算軋制力大小。同時應用計算結果，簡單介紹在相同軋制條件下不同孔型或道次軋制力的計算方法。

銅桿冷軋機；軋制力；能耗實驗；應用

近幾年來，隨著銅加工行業的發展，二輥銅桿冷軋機的需求一直保持快速增長的態勢，其應用范圍也越來越廣，常規孔型軋機已不能滿足市場要求，各種復雜孔型軋機應運而生。

軋機設計主要有兩個難點：一是孔型設計，二是強度計算。對于特殊規格孔型設計，目前我廠已有一套較好的控制方法。因此如何進行強度計算，特別是當軋制較大尺寸規格銅桿時，軋制力變大，軋制箱體內各部件的強度是否足夠？如何使其滿足設計指標？成為目前軋機設計的一項非常重要課題。

對于二輥銅桿連續冷軋機，強度計算的關鍵是軋制力的大小。對于紫銅桿圓—橢—圓孔型系，其軋制力目前從理論上計算過程較為復雜，且缺少相關理論數據，無法直接計算。實踐已經證明，常規孔型軋機的設計強度完全符合使用要求。因此本文主要通過對 φ25～φ12.7八牌坊軋機進行實驗，通過能耗實驗法和相關公式推導來確定某一道次軋制力的大小，并通過類比法加以應用。

1 軋制力計算

1.1 傳動力矩的組成

二輥銅桿連續冷軋機軋制過程中，軋輥作勻速運動，忽略動力矩dM 的影響,因此在電動機軸上，傳動軋輥所需力矩最多由下面三部分組成：

式 中： Mj為 軋 制靜力矩， 亦即克服被 軋金屬的變形抗力和金屬對軋輥表面的摩擦所需的力矩，N·m；i為軋輥與電動機之間的傳動比，i=10.3； Mm為克服軋制時發生在軋輥軸承和傳動機構等的附加摩擦力矩，N·m；Mk為空轉力矩，即軋輥空轉時的傳動力矩，N·m；

靜載荷又可由電動機的功率確定：

1.2 軋制力矩的確定

軋制力矩通常有二種方法確定：一是按金屬對軋輥的作用力計算軋制力矩；二是按能量消耗曲線確定軋制力矩。在孔型系統中軋制時，力臂系數的計算尤為困難，特別對于銅桿冷軋，目前沒有相關實驗研究數據。在很多情況下，比較合理的是，利用按實驗數據得出的軋制能耗來確定軋制力矩。如果軋制條件相同，其計算結果也較可靠。

為了獲得更精確的數據，本次實驗逐道次測定了這一消耗。由實驗可得軋制每噸銅時根據總延伸率的不同所需的能耗曲線，如圖1所示。

圖1 φ25～ φ12.7八牌坊二輥銅桿冷軋機的單位能耗曲線

由于軋制能耗是按電動機的載荷測定的，上述曲線的數據也包含了軋制機構中的摩擦耗能，但扣除了軋機空轉時的能量損失。所以這一能耗計算出的力矩是軋制力矩Mz與附加摩擦力矩 mM 之和。

表1 二輥銅桿冷軋機 φ25～ φ12.7某道次參數

若忽略前滑的影響，并且軋制為理想狀態，無張力或推力，則對于密度為 8.9t/m3 的紫銅，有：

對于二輥銅桿冷軋機某道次，已知以下參數：

1.3 附加摩擦力矩的確定

附加摩擦力矩由軋輥軸承中的摩擦力矩和傳動機構中的摩擦力矩二部分組成。對于二輥銅桿連續冷軋機，軋輥軸承中的摩擦力矩值為：

式中：P為軋制力；1d為軋輥輥頸直徑，1d =0.1m；1f 為軋輥軸承摩擦系數，二輥銅桿冷軋機采用滾動軸承，1f=0.003。

二輥銅桿冷軋機傳動機構中的摩擦力矩：

式中：2mM 為換算到主電機軸上的傳動機構的摩擦力矩；為傳動機構的效率，

換算到主電機軸上的附加摩擦力矩為：

1.4 空載力矩的確定

按常規公式計算甚為復雜，在此對二輥銅桿冷軋機按實驗辦法確定：

式 中： Nk為 空 載 時 電 動 機 的 功 率，為空載時電動機的角速度計算得

1.5 計算

由式（1）～（6）求出：軋制力矩 Mz=37886.9 N·m；附加摩擦力矩 Mm=149.5 N·m；軋輥軸承中的摩擦力矩值Mm1=160N·m；傳動機構中的摩擦力矩 Mm2=134N·m；軋制力 P=533kN。

2 應用

二輥銅桿連續冷軋機常規設計常采用經驗方法，各軸、齒輪和軸承等選用缺少相關理論支持，特別是在增大銅桿規格時各參數選用可能不符合要求，造成這一現象的根本原因就是孔型軋制時軋制力計算困難。下面介紹應用上述結果來簡單計算不同孔型或道次軋制力的方法。

在簡單的孔型中軋制時，用以下公式計算接觸應力：

式中： nσ為影響軋件應力特性的因素，由和'四 部 分 組 成 ， 其 中為 有 寬 展 時 ， 外 摩 擦力變化的影響系數，其值可由已知孔型軋前平均寬度與高度之比值查圖表選取；為外摩擦影響系數可由已知孔型參數寬度差與軋前高度之比值查圖表選取；為外區影響系數，可由已知孔型的接觸弧長與軋件截面平 均 高 度 之 比 值 查 圖 表 選 取 ；為 張 力 影 響 系 數，為 了 計 算 方 便， 假 設 軋 制 為 理 想 狀 態 ， 即為孔型的沖頭及形狀對接觸壓力的特殊影響系數，其值可由定值摩擦系數、接觸弧長與軋件截面平均高度之比值和金屬在孔型中的受限制的程度通過公式計算確定。為孔型形狀系數，

軋制力計算按公式：

式中：F為接觸面積，如孔型已知則其為定值。

綜合（8）、（9）二式可知，若已知某孔型道次軋制力 為定值，則任一孔型軋制力亦即可求。

由于查表誤差和忽略了張力等影響因素，按此經驗算值與實際實驗計算值存在 15%左右誤差。

3 結語

利用能耗實驗法計算二輥銅桿連續冷軋機孔型軋制力，避免了理論公式計算中大量參數無法選取問題，為目前比較簡單合理的方法，其計算結果也較為準確。再以某一道次軋制力為基數，推廣應用到求解其他類似條件下的軋制力，計算過程十分簡單，從而使軋機的設計簡便可靠。

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