收稿日期:1996年11月16日圆钢倒角机的设计分析任　浩　孙宗江　孟祥瑞　黄　进(莱芜钢铁总厂特殊钢厂)摘　要　莱钢特钢厂设计了圆钢倒角机组对热轧圆钢两端的毛刺、锯切马蹄形、镦粗等缺陷进行磨削消

除。文章介绍了该圆钢倒角机组的工作原理和砂轮倒角机的设计思路。关键词　倒角,圆钢,磨削

TheDesignofEliminating-angleMachineforRoundSteelRenHao,SunZongjiang,MengXiangrui,HuangJin(TheSpecialSteelPlantofLaiwuIronandSteelGeneralWorks)

Abstract　LaiwuIronandSteelGeneralWorksdesignsaeliminating-anglemachineforeliminatingburrandotherdetectsoftwosidesofhotrollingroundsteel.Thispaperintroducestheworkingprincipleofthiseliminating-anglemachineandthedesignthinkingofgrindingwhelleliminating-anglemachine.Keyword　eliminating-angle,roundsteel,grinding

1　前　言

热轧圆钢是在热状态下采用热锯切断,易出现毛刺和锯切马蹄形等缺陷。另外,冷床输入辊道末端多数采用固定挡板定位,因惯性原因,热状态下的钢材头部也极易碰撞镦粗。莱芜钢铁总厂特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)于1996年初组织设计了一部圆钢倒角机组,本文主要介绍圆钢倒角机组的工作原理,并重点介绍砂轮倒角机的设计思路。

2　圆钢倒角机组的工作原理2.1　工作原理圆钢倒角机组构成如图1所示。机组适用范围是:圆钢直径:󰀁36～󰀁85mm;长度:4500～7500mm(莱钢特钢厂棒材定尺,长度为6m)。另外,可以根据钢材产品的规格要求,改变机组的部分设计尺寸。将被倒角圆钢吊在散料布料台上,此段为工作平台,平台区由人工散料,并将圆钢逐根送到斜轨道上,斜轨道处的挡料器将圆钢挡住,分料器把圆钢逐根拨入拍齐辊道中,拍齐辊道将圆钢向倒角端拍齐,拍齐后,卸料机构把圆钢从拍齐辊中卸出,圆钢沿斜轨道下滑并通过拍齐定位板进入主传动的摩擦轮中,如图2(a)所示:压紧装置升程将工件压住,启动主传动轴让工件旋转起来,送进砂轮机开始倒角,倒角完毕,落下压紧装置(图2(b)),挑钢钩子将工件托上斜轨道,又一组挡料分料器将圆钢一根根的分到下一组拍齐辊道中,并向反方向拍齐,下一台砂轮倒角机将另一端倒角,最后一组挑钢勾子把成品送入收集槽中。圆钢借助与橡胶轮之间的

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第19卷　第2期1997年4月山　东　冶　金Shandong YejinVol.19,NO.2April1997图1　圆钢倒角机理简图1　散料布料台　2挡料分料器　3拍齐辊道及卸料机构　4主传动机构　5卸料器　6收集槽　7磨头机　8拍齐定位板　9压紧装置

摩擦力而旋转;压紧轮辅助定位并调整工件的摩擦力矩;利用砂轮倒角是该设计方案的主要内容。2.2　主传动机构如图3所示,主传动机构由主动轮轴Ⅰ和惰性轮轴Ⅱ组成,主动轮轴和惰性轮轴分别镶嵌了八组丁苯橡胶轮,间距为900mm,靠磨削端两橡胶轮的间距为600mm,圆钢置于其间。主动轮转动时,圆钢将借助与橡胶轮之间的摩擦力而回转。热轧钢材总会有不同程度的弯曲,为防止工件在两轮之间卡死和因跳离胶轮而使摩擦力矩减小的现象出现,设计时将主动轮轴的输入端固定,两轴靠磨削端的两个橡胶轮也固定,其余两轴所有的橡胶轮如图2(a)所示皆能上下浮动,左右移动。2.3　压紧装置如图3所示,压紧装置设在倒角端两个固定橡胶轮600mm轮距之间,并配备了两个橡胶轮,其结构如图2(b)所示:统调平衡弹簧和调整弹簧可以改变压紧轮的相对高度;平衡弹簧可以把浮动部分的重量全部

图2　压紧装置a升程 b落下平衡掉,调整弹簧可以调整压紧轮压力的大小;其运动原理是当液压缸升程时,压紧轮上升将工件压住,当液压缸回程时,压紧轮落下,让开空间卸料。其作用主要是稳定磨削工件,另外可以通过调整弹簧改变对工件的正压力,起增大摩擦力矩的作用。

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任　浩　孙宗江　孟祥瑞　黄　进 圆钢倒角机的设计分析图3　主传动机构简图3　砂轮倒角机

圆钢两端的切削状态较复杂,其主要原因是:(1)特殊钢的品种较多,硬度变化范围大,而且有些钢种轧制冷却后硬度很大,不宜采用刀具切削。(2)热轧钢材头部有不少缺陷,如弯曲、镦粗、马蹄形和撕裂等现象,切削参数难以确定。(3)刀具的修复与更换将会频繁,工作效率难以提高。鉴于以上原因,经反复比较,认为采取刀具切削比较困难,而采用砂轮倒角比较稳妥。如图4所示,砂轮机在结构设计上做了特殊处理:砂轮机的主轴可以绕一个固定轴转动,而砂轮机主轴和固定轴的中心距恰好也是三角皮带轮传动的中心距,即当砂轮机主轴绕固定轴摆动时,皮带传动并不受影响。砂轮机的主轴是靠一个压缩弹簧4配合螺母5铰在砂轮机底座上,螺母5既担负砂轮主轴定位的作用,又给压缩弹簧预先设定一个与磨削抗力相对应的预压力,这一措施主要是针对钢材弯头和锯切马蹄形而采取的:当弯头对向砂轮时,磨削抗力将增大,于是弹簧被压缩,砂轮将绕固定轴向后摆动,自动减小磨削量;当弯头背离砂轮时,被压缩弹簧释放能量,实行跟踪磨削,这一动力特性既可以避免因磨削抗力过大而挤碎砂轮,又可以使弯头钢材、端面马蹄形等达到倒角均匀的目的。图5示出在砂轮机的底座上均布开设了4条0～60°的圆弧地脚槽孔,通过旋转机头,砂轮机可以磨削外圆,最大可磨削60°的倒角。为满足砂轮的进给和保持砂轮均匀磨损的目的,分别设置了横向和纵向两种进刀机构。

图4　砂轮机结构简图1砂轮主轴　2固定转轴　3皮带轮　4压缩弹簧　5螺母 图5　砂轮机底座　

4　磨削力的计算和砂轮电机功率及扭矩校核

4.1　磨削力的计算48

1997年4月山　东　冶　金径向磨削力的表达式为:Fy=CF󰀁󰀁2󰀁Zw󰀁Fr󰀁Bv󰀁tga2(N)(1) 切向磨削力的表达式为:Fz=CF󰀁Zw󰀁Fr󰀁Bv+uFy(N)(2)式中　CF—单位面积切削力,N/mm2,对高速钢CF=17652N/mm2,对合金钢CF=11768～14710N/mm2,对铸铁CF=4805N/mm2;Zw—工件速度,m/s;Fr—径向进给量,mm;B—每次磨削宽度,mm;󰀂—工件和砂轮的摩擦系数,干摩时对退火钢󰀂=0.73,对淬火钢󰀂=0.32,轧后合金钢󰀂=0.4,采用乳化液时退火钢󰀂=0.35,淬火钢󰀂=0.16,采用水润滑时退火钢󰀂=0.82,淬火钢󰀂=0.38;v—砂轮速度,m/s; —砂轮磨削力尖顶角,一般取 =120°。该磨削工艺把圆钢外部缺陷毛刺等去掉后,再继续把圆钢磨削成2×45°的倒角,尽管砂轮机具备磨削0°至60°的倒角功能,但除在特定情况下用来磨削外圆外,一般都进行45°的倒角,所以磨削力的计算就按2×45°来考虑,并且工艺制定要求工件在7转内完成倒角。从图6不难看出砂轮一开始是磨削了一个三角形面积,以后每次都将磨削一个梯形面积(实际三角形也是一个梯形的特例,上底为零)。公式(1)、(2)中的径向进给量Fr与每次磨削宽度B的乘积Fr×B实际为每次的磨削面积,以S代表,因为2×45°的倒角要分七次完成,我们可以近似的用微分形式来分析。设A点的坐标为(x,0),则D点的坐标为(x+dx,0),以dFr

代表每次径向进给量(梯形ABCD的高),以dB(梯形ABCD的中位线)代表砂轮每次的磨削

图6　砂轮磨削面积计算简图宽度,dS代表砂轮每次的磨削面积,则:

dB=AB+CD2=xsin45°+x+dxsin45°2

dFr=dx󰀁sin45°

dS=dB󰀁dFr=xsin45°+x+dxsin45°2dx󰀁sin45°=x2dx+xdx+d2x2

2×45°倒角磨削的全面积设为S,则:

S=x+dxxds=x+dxxx2dx+x+dxxxdx+d2x2=2(mm2) 因为在整个磨削过程中,本机构基本保持恒压力磨削,由公式可知,当磨削力为恒值时,每次磨削面积的值不变,因为工件要在七圈内完成倒角,所以:

Fr×B=dS=dB×dFr=27mm2(2mm的面积分七次磨削,所以可把每次的磨削面积近似视为微分元)取合金钢单位面积磨削力CF=14710N/mm2,工件设计速度Zw=0.144m/s,砂轮设计速度v=29.97m/s,工件和砂轮的摩擦系数取轧后合金钢󰀂=0.4,则根据公式(1)和(2),得径向磨削力Fy=54.94N,切向磨削力为Fz=41.16N。4.2　砂轮电机功率及扭矩的校核49

任　浩　孙宗江　孟祥瑞　黄　进 圆钢倒角机的设计分析砂轮电机设计时选定为Y90S-2;1.5kW;2840rpm,则砂轮的扭矩为:M砂=9549!!1󰀁!2=95492840×0.99×0.96=4.79(N󰀁m)式中　!1—轴承效率;!2—皮带效率。(1)砂轮磨削所需功率可通过下式计算:N=Fzv/1000=1.26(kW),所选砂轮电机为1.5kW,通过。(2)砂轮磨削所需要的扭矩可用下式计算:M=FzR=4.22(N·m),式中　R—砂轮的设计半径,R=100mm。砂轮设计输出扭矩为4.79N·m,也通过。

5　结　语经检验,莱钢特钢厂设计的圆钢倒角机组结构合理;采用砂轮倒角,磨削力及砂轮电机功率、扭矩皆达到工艺要求。圆钢倒角机组消除了热轧圆钢两端存在的缺陷,不仅方便了用户,而且满足了装备水平高的自动化生产线的要求。

R74aR󰀁1100热风阀阀杆密封的改进1　问题的提出R74aR󰀁1100热风阀是安装在热风炉与热风管道之间用于控制热风的通断,实现热风炉燃烧期与送风期功能的转换。该阀的性能如下:适用介质:热风;工作温度:≤1300℃;介质压力:0.4MPa;开启压差:0.01MPa;启闭时间:≤13s;工作行程:1220～1250mm;管道通径:󰀁1100mm。该阀为单向密封截止阀,只有全开和全闭两种工作状态。启闭工作是由液压缸带动阀杆往复运动来实现的。阀杆处的密封采用浮动密封(见图)。密封材料为油浸石棉盘根。投入使用不到半年,阀杆处密封失效,开始漏风。更换密封需要高炉休风才能进行,不仅影响生产,而且更换油浸石棉盘根不方便,换后最多使用二十几天又开始漏风。

阀杆处密封简图2　原因分析在多次更换阀杆密封并对其失效状况进行分析以后,我们认为有以下几种原因:(1)环境因素:由于热风温度高,油浸石棉盘根中的油质被蒸发,从而密封失效。(2)人为因素:操作人员维护不及时,使得密封处润滑油不足,造成密封不严。(3)密封材料自身因素:油浸石棉盘根不适用于该工况环境。3　改进措施及效果针对上述分析原因,我们认为最主要的是油浸石棉盘根不适用于该工作环境。因此,我们决定对密封材料进行改进。根据此处的工况要求密封材料必须满足下列特点:(1)适用于较高温度环境;(2)便于维护;(3)寿命长,维修方便。因此,我们采用了PTFE(聚四氟乙烯)复合材料,即用PTFE添加石墨、二硫化钼等材料合成。使其具有减摩、耐磨、自润滑、耐蚀、耐热、耐老化和线膨胀系数低等优点。为了便于安装更换,将其做成切口45°的剖分密封圈。自1995年3月使用PTFE复合材料代替油浸石棉盘根,近两年来的实践证明效果很好,寿命长达1a左右,且良好的自润性使得维护简便。(亓玉敏)