翻鋼機(jī)構(gòu)受力分析和計(jì)算

王軍芳， 馬秋亞

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司， 江蘇 常州 213019)

引 言

翻鋼機(jī)普遍用于線材生產(chǎn)線、棒材生產(chǎn)線(包含圓棒和方坯)、型鋼生產(chǎn)線。一般配合開(kāi)坯軋機(jī)的輥道一起使用，布置在BD1開(kāi)坯軋機(jī)的出、入口。翻鋼機(jī)隨驅(qū)動(dòng)側(cè)推床同步動(dòng)作，在軋制過(guò)程中起翻轉(zhuǎn)坯料軋制面的作用。

本文主要對(duì)用于驅(qū)動(dòng)翻鋼機(jī)構(gòu)的連桿及擺臂的支點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，這兩個(gè)位置的設(shè)定對(duì)翻鋼鉤的運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作精準(zhǔn)度以及滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡都有著極大的影響，決定著是否能將坯料準(zhǔn)確地送入開(kāi)坯軋機(jī)孔型。所以翻鋼機(jī)是軋制生產(chǎn)線上一個(gè)非常重要的大型冶金生產(chǎn)設(shè)備。

1 翻鋼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能介紹

1.1 翻鋼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

翻鋼機(jī)是由電機(jī)、齒式聯(lián)軸器、減速機(jī)、帶長(zhǎng)軸連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、翻鋼鉤、側(cè)板機(jī)構(gòu)以及電控機(jī)構(gòu)等主要部件組成，在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)中一般定義帶長(zhǎng)軸的連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和翻鋼鉤為翻鋼機(jī)，其余部件組合則定義為推床，但在西馬克梅爾的設(shè)計(jì)中則習(xí)慣把這個(gè)整體定義為翻鋼機(jī)。翻鋼機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 翻鋼機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

翻鋼機(jī)構(gòu)包含了帶長(zhǎng)軸的連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和翻鋼鉤，整體安裝在右側(cè)側(cè)板機(jī)構(gòu)的橫梁上，長(zhǎng)軸是由兩根軸組成，中間用齒式聯(lián)軸器剛性連接。長(zhǎng)軸上安裝6個(gè)翻鋼鉤，6處翻鋼鉤、連桿及擺臂通過(guò)曲柄與減速機(jī)相連，減速機(jī)通過(guò)齒式聯(lián)軸器與電機(jī)相連。翻鋼機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1.2 翻鋼機(jī)的功能介紹

翻鋼過(guò)程中翻鋼機(jī)構(gòu)隨著側(cè)板機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，側(cè)板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是靠齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的。翻鋼機(jī)構(gòu)的翻鋼原理是電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)為一端輸入，兩端輸出，在它的兩端輸出軸上各連接一個(gè)曲柄，曲柄旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂在順時(shí)針0.782°至逆時(shí)針28°的范圍內(nèi)小幅旋轉(zhuǎn)，擺臂通過(guò)長(zhǎng)軸中間的兩個(gè)連桿驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸再通過(guò)平連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化至翻鋼鉤的曲線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軋制件的90°翻轉(zhuǎn)。翻鋼鉤的曲線軌道安裝在側(cè)板機(jī)構(gòu)側(cè)板的背面及橫梁上。

圖2 翻鋼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 擺臂和連桿的受力分析和計(jì)算

2.1 受力分析

從前面的結(jié)構(gòu)及功能原理的分析中可以知道，如圖3所示，支點(diǎn)A即連桿與擺臂的連接點(diǎn)，支點(diǎn)B即曲柄與擺臂的連接點(diǎn)，也是動(dòng)力輸入點(diǎn)，即圖中力F1。在動(dòng)力F1和配重阻力G的聯(lián)合作用下，作用力通過(guò)支點(diǎn)A傳遞至連桿上。L1和L2分別為作用力臂。

擺臂在支點(diǎn)A上給連桿傳遞作用力Fx和Fy，連桿固定在長(zhǎng)軸上形成支點(diǎn)C，如圖4所示。連桿在Fx和Fy的綜合作用下形成最終的傳動(dòng)力矩M。

圖3 擺臂的受力分析

圖4 連桿的受力分析

2.2 受力計(jì)算

在支點(diǎn)A處，配重機(jī)構(gòu)重力G和驅(qū)動(dòng)力F1作用下，形成如下平衡

G(L1+L2)×cosα=F1×L2

(1)

支點(diǎn)A的受力情況Fx和Fy如下：

Fx=Gsinα

(2)

Fy=F1-Gcosα

(3)

支點(diǎn)A處在Fx和Fy的綜合驅(qū)動(dòng)力下，最終在翻鋼鉤上形成的力矩如下

M=Fx×acosα+Fy×asinα

(4)

2.3 配重和支點(diǎn)A對(duì)受力的影響

在正常工作狀態(tài)下，一個(gè)完整的翻鋼動(dòng)作的任何一點(diǎn)，力矩M均應(yīng)該是正值，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如某一點(diǎn)M出現(xiàn)了負(fù)值，則代表配重的質(zhì)量超重，亦或連桿上支點(diǎn)A位置的選擇不對(duì),這種情況下就必須重新設(shè)計(jì)計(jì)算。

另外，需要注意的是配重的作用，它不僅僅只起到平衡力矩的作用，更重要的是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是由一組碟簧組成的，在翻鋼過(guò)程中要起到對(duì)滑塊沖擊力的緩沖， 所以設(shè)計(jì)時(shí)不能一昧的減小配重來(lái)滿足

傳動(dòng)力矩。而連桿支點(diǎn)A的選擇也不止僅傳輸力矩一項(xiàng)作用，它也決定著翻鋼鉤的翻鋼動(dòng)作軌跡，所以也不能隨意的改動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，翻鋼過(guò)程中的力是各種因素下的綜合作用。配重的存在也是為了平衡翻鋼過(guò)程中的翻鋼阻力和沖擊力，減輕了驅(qū)動(dòng)減速機(jī)及曲柄的受力；連桿固定在長(zhǎng)軸上，一方面保證了6處連桿的同步性功能，另一方面?zhèn)鲃?dòng)一部分作用到框架上。眾所周知，力矩的大小決定因素為力和力臂，在這個(gè)翻鋼機(jī)構(gòu)中，配重的自重影響著力，而連桿上支點(diǎn)A的選擇決定著力臂。總而言之，要想使翻鋼機(jī)構(gòu)達(dá)到一個(gè)和諧的工作狀態(tài)，要考慮四點(diǎn)：配重質(zhì)量，配重碟簧數(shù)量，連桿支點(diǎn)A，翻鋼鉤軌跡。