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轧制原理 主讲： 张荣华 Emai:zrh1980@126.com 河北联合大学金属材料与加工工程系 第七章 轧制力矩与电机负荷力矩的计算 轧制力矩及其计算 电机传动所需的力矩和功率 电机负荷图的绘制 电机能力较验 轧制力矩及其计算 轧制力矩：轧制时，为克服金属的变形抗力和摩擦阻力，使 轧辊转动所需的力矩就是轧制力矩。它是确定电机负荷力矩的重 要参数之一，也是在进行工艺、设备设计时，所必须计算的力能 参数。 轧制力矩Ｍ的计算 (1) 若能确定力臂a，则Ｍ可定： ； (2) 利用能耗曲线； (3) 通过计算变形功求得轧制力矩。 轧制力矩的计算 通过确定a来计算轧制力矩： 经验法 其中，ξ称为力臂系数；是变形区长度。由(1)式，只需确定 ξ，则ａ值可定。根据经验∶ ① 热轧： Ⅰ. 简单断面∶ Ⅱ. 复杂断面∶ 　 轧制力矩的计算 ② 冷轧：　 Ⅰ. 带润滑∶ Ⅱ. 不润滑∶ 理论计算法： 根据定义，轧制压力的为： 则根据图1，轧制力矩为 因轧制力矩的大小为 轧制力矩的计算 将该二式联立，有 将力臂a解出 力臂a的几何意义： 力臂a是p分布图的图形的重心与轧辊中心线的距离，见上图。 通过变形功来计算轧制力矩 　轧制时，轧辊转动需克服轧制力矩而做功，即 其中θ是轧件通过轧辊期间（纯轧时间内），轧辊转过的角度。 故： 轧制力矩的计算 下面分别确定Ａ和θ。 ① 求θ： 其中t为纯轧时间， ( 是轧件的长度)， 是出口速度。 根据前滑的定义， 有 ② 求该道次的变形功Ａ： 变形功的确定在《塑性加工力学》中已学过，为 轧制力矩的计算 所以轧制力矩为： 利用能耗曲线确定轧制力矩 (1) 能耗曲线及其测定方法 ① 概念：能耗曲线是指轧制过程中，轧件的单位重量（按每吨 计）的积累电耗( )与总延伸系数( )之间的关系曲线，即 和的关系。对板材轧制，能耗曲线为 和ｈ之间的关系。 　能耗曲线来源于现场实测，作为工程技术人员应掌握本厂所生 产的钢种的能耗曲线。 轧制力矩的计算 ② 实测方法∶ 以型钢轧制为例，其主要步骤为： Ⅰ. 首先计算出各道次的延伸系数： ； Ⅱ. 然后测出各道次的电流 与电压 值(根据电机负荷可得到) 及时间t，则单位电耗为： ，其中 是某道次 所消耗的电能( )，Ｇ是轧件的重量。 　Ⅲ. 计算积累能耗 和总延伸系数 ： 以例说明，如当 ，即可第二道，则 ， 将各道均算出，然后列出计算表∶ 轧制力矩的计算 Ⅳ. 根据上表绘出能耗曲线 该曲线的横轴为 ，纵轴为 ，即总延伸系数与积累能耗的 关系曲线。这就是能耗曲线的测定过程。 道次 电耗 能耗 积累单耗 1 2 3 轧制力矩的计算 (2) 利用能耗曲线求轧制力矩Ｍ的步骤： 　① 通过现场实测或查找资料，得到与现场 生产相等或相近的能耗曲线； ② 计算各道次的总延伸系数 ； 例如，若计算第八道次的轧制力矩，则 ③ 在能耗曲线上查得 ，如图3所示。 图3. 能耗曲线示意 轧制力矩的计算 ④ 计算该道次的单位能耗 和总能耗 ： ⑤ 计算轧制力矩Ｍ： 式中v为轧辊的线速度，t为纯轧时间，它与轧件的出口速度 有 关，而 又与前滑 有关，故需作如下变换。 其中 是轧件的长度。 轧制力矩的计算 注：如此计算出的轧制力矩Ｍ，并非是纯的轧制力矩，其中还 包括有轧机传动机构中（即各传动零部件）的附加摩擦力矩 。 这是因为能耗曲线是通过实测电机的电流和电压（即电机的负 荷）而得到的。为区别之，用 表示利用能耗曲线求得的轧制力 矩。 若仅将轧辊轴承处的摩擦力矩考虑在内（忽略其他传动部件中的 摩擦力矩），则轧制力矩 为 其中，i是速比； 是辊颈处的附加摩擦力矩；Ｍ是纯的轧制力 矩。这是因为 是电机上的，而Ｍ和 是轧辊上的，而者之间的 关系相差一个速比i，换算到电机上时，需除以i。 电机传动所需的力矩和功率 电机传动轧辊所需力矩 图1. 轧机传动系统示意 在轧制过程中，主电机传动轧辊所需的力矩(也称扭矩) 由如 下四部分组成： ：轧制力矩，是用于使轧件塑性变形所需之力矩，其中包括