高速线材吐丝机甩尾问题探究

2010 年特刊 ( 1)
解决吐丝问题的关键是 设计出现理想形状的 吐丝管。 为此要分三步一次解决三个问题或要满足三个条件。 2. 1 质点轴平面内理想运动的 ! 轨迹条件 ∀ 该轨迹 至少有三条线组成 : 1 )入口处与轴线重合的直线段 ; 2 )出口处离轴线为 R 半径的与轴线平行 的直线段 ; 3 )中间爬升到斜线段。 即如图 3, 线材以 V线 的速 度进入吐丝管 , 最后在半径 R 处和轴线平行 的方 向 向前 以较 小的 速度 V吐 吐 出。中 间段是线材 各 质点 倾斜 爬升 运动 , 速 度逐 渐减 慢。但 这 样的平面曲 线质点在 B 和 C 二拐点处会发 生冲击。因此 应改用二条 相互相切的弧线段作为过渡 , 则应设 计成图 4 所示。
。由此可作如下推导 : R理 =
R 理 为理想 吐丝半 径 , 在 设计中 , 先 确定 R理 值 , 并确 定出口 !角。 只要知道夹 送辊送出 线材的速度 V线 , 吐丝 机则必须以 = V线 的角速度 反向旋 转 , 相 应也可 计算出 R理
d l /dt dl = d /d t d
摘要
在高速线材生产线上 , 无论国 产吐丝机还是 进口吐丝 , 都 不同程 度地存 在甩尾 问题 , 本文针 对吐 吐丝管曲线。即 优化吐丝管 曲线 , 从而在
Байду номын сангаас
丝机甩尾的原因进行分析 , 尤其 透析了吐丝机甩尾问题的症结 根本上解决甩尾问题的发生。 关键词 高速线材 吐丝机 甩尾 曲线
R esearch on B ack end W h ip Question of H igh speedW ire Laying H ead
5
冶
金
设
备 2. 3 吐丝管正确成形的 ! 几何条件 ∀
2010 年特刊 ( 1)
吐丝机沿该圆锥体盘绕至 EF 段 时 , 已处于 半径为 R 的圆柱表面。此时的螺旋角 !( !为 吐丝机 管出口 处的螺 旋角 )已经很小了。
最后要 解决的关 键问 题也 是 本文 的核 心 问题 , 就 是 吐丝管绕锥 体盘绕的螺旋 曲线的空 间函数 式。这就 是保 证 质点 在某恒 定轴 平面内 按照 上述轨 迹曲 线运 动 , 最终 达到理想吐 丝的 ! 几何条件 ∀ 。该函数式可 以用一组 轴坐 标函数式来 定义 , 即 : r= f (x) = g (x) 其中的 r = f ( x )已 经确定。 即前述 的平面 轨迹曲线 , 由 5 段组成。因此对应的 段组成。 r 是质点沿 = g ( x )函数 , 也应由 对应的 5 是对 方 向运动时的 半径值 函数 ,
应
的相位角 函数。假 设吐丝 管上 某微 分段 dl, 质点 在
d t 时间内 , 以 V线 速 度在 吐丝 管该 段穿 越了 dl 距 离。则 dl = V线 。由于 d l 是倾斜的不在轴 平面内。因此 , d t 时间 dt 内质点运动产生了相 位角增量 d 。由运 动条件知道 吐丝 机必须反向旋转 , 让质点 仍在轴 平面内 , 则吐 丝机旋 转的 速度必 须是 V线 = d 。前述 已知 , 应该 dt V线 = = V线 , 即 R理 = R理
国内各 大钢厂自 20 世纪八 十年代开 始 , 陆 续引进了 很多条国外高 速线 材生 产线。 著名 的有 摩根 公 司、 西马 克梅尔公司以及达涅利 公司等 等。伴随着 国外先 进线材 生产 技术的 引进 , 国 内也有 一些 线材生 产设 备加工 企业 迅速崛起 , 如哈飞和西航。但是 , 对于技术含量高、 制造难 度大的减定 径 机组、 吐丝 机 和 打包 机 , 则更 多 的 采 用引 进 , 在实际生产过程中 , 吐 丝机的甩 尾问题 也是困 扰企业 的一个技术难题。 从精轧机组出来的高 速线材 , 经夹 送辊喂 送 , 在 吐丝 机上吐丝成圈落放到控冷辊道上并进一步运往集卷站。 这条工艺线上 吐丝 工序 中问 题 较多 , 其 表现 形 式为 吐圈不圆、 排列不 均 , 还 经常出 现甩尾现 象。为此 而不得 不在吐丝机后专设剪尾岗 位 , 由剪尾 工将甩乱 的一、 二十 米的尾段线材 作为 废料 剪除。 甩尾 严重 时 , 甩断 的 钢头 打得四处飞溅 , 严 重地 威胁 着 现场 工人 的生 命安 全。因 此 , 吐丝状况必须改善 , 甩尾问题必须得到解决。
图 5 速度分解图 线材在吐丝管出口 F 点以速度 V线 穿出 , 其 方向和该 段平面的夹角为 ! 。而吐丝机反向旋转 F 点处的速度 V = R, 方向与 轴线垂直。该二速度的合成速度 , 就是线材 轴 同向 , 则只 需 让 V = V线 cos! 即 可。 质点在该瞬间吐出的绝对速度 V吐 。 要使 V吐 和 这就可以得到吐丝机反向旋转的运动条件 : = V V线 cos! = ,即 R R = V线 R 而 R理 = R理 cos!
高速直 线运 动 的 线材 从 吐 丝 机轴 线 入 口 穿入 吐 丝 机 , 经过高速旋转的吐丝 机后变 成圈状 , 缓缓 落放到 控冷 辊道上 , 线材的这种运动 形态的 变化 , 是由二 种运动 合成 而致的结果 。要想 得到 理想 的合 成运 动 , 完 美的 吐丝 状 况 , 就得从运动合成的机理上进行研究。 1 吐丝机理的研究和分析 线材的 吐丝过程是由以下二种运动合成的。其中 : ! 相对运动 ∀即 线材 相对于 吐丝 管的 运动 , 夹 送辊 以 和终轧机出 口相匹配的速度 V线 , 将线 材喂入 吐丝管 的入 口 , 则线材就 以此 速度 在整 个吐 丝管 内高 速穿 行。尽 管 线材的形态 由直线状随吐 丝管变成 圈状。但 它相对 于吐 丝管的穿行 速度不变 , 始终是 V线 。 ! 牵连运动 ∀弯曲的吐丝管 杯固定在吐 丝机的可 旋转 轴上 , 随吐丝机以 角 速度 (吐丝 机的 运转 角速度 ) 高速 吐圈 旋转 , 使穿行 的 线材 也得 到 了这 一 旋转 的 ! 牵连 运 动 ∀。 这二种运动 的叠加即合称为线材 的 ! 绝对 运动 ∀
W e iW enhua Chen L i
(1 : S M S M eer Eng in eerin g ( Ch in a) L td . , Shangha i 201108 ; 2 : Austria AndritzM etals Shangha i Representat iv e O ffice , Shanghai 200021)
图 1 单一质点运动曲线 R 就 是吐丝成圈的半径。因此若吐丝管是静止 的话 , 该质点所走的运动轨迹 就是吐 丝管的形 状。它在 吐丝管 中任一位置所处的轴平面 必然和下 一时刻 它运动 到吐丝 机的 另一位 置时 的轴平 面 , 是不 相同的 有一 夹角的 二个 轴平面上。若把 它定 义为 相位 角的 话 , 该质 点在 管 内运 动到不同的 r半径 时 , 它的相位角 也是不相同的。这就 AB 段 : r = 0 (是一条与 轴线中和 的直线 段 , 只 需设 计给出直线 长度即可 ); 同时 方向 # BC 段 : r1 = a 1 x 2 CD 前后 均相 切的 抛 1 (一条 与 AB、 物线 , 设计给出恰当的常数 a1 即可 ); ∃ CD 段 : r2 = rc + tgr% x2 (一条与前 后弧线均相 切的 倾斜直线 ); & D E 段 : r3 = R - a3 x2 3 (一 条与前 后均相 切的反 抛物 线 , 给出合适的常数 a3 ); ∋ EF 段 : r4 = R ( 一条与轴线距离为 R 的平行直线 , R 即是吐丝半 径 )。 线材在 吐丝管内 高速 穿行 运 动 , 吐丝 管 又反 向匹 配 旋 转 , 就是 为了让 线材 上的各 质点 均在各 自相 位角 的轴 平面内按照 上述的轨迹曲 线运动。即 能得到 出口处 理想 的吐丝运动 。 若把这条曲线作 为一个圆锥体的母线 , 让吐丝管从 A 点开始 , 沿这个锥 体作 旋转 盘绕 , 一 直盘 绕到 F 点 , 则 线 材 质点 必然离 不开 这个锥 体的 内表面 , 但 要在 某恒 定的 轴平面内 , 还要吐丝机的 匹配运 动 , 以 及吐丝 管在锥 体上 的正确盘绕 路径。这 样才能使 线材各 质点真 正在某 轴平 面内沿上述 轨迹曲线运动。 图 2 质点 X 轴速度图 2. 2 吐丝机反向旋转的 ! 运动条件 ∀ 是质点在吐丝管内的相对运动状况。 1. 2 吐丝管的旋转牵连运动和合成后的绝对运动 当质点在爬升运动过程 中 ( 即 r 逐 渐增大 时 ) 应的反向旋转牵 连运动 , 则 使该质 点仅 仅沿 轴线 也在顺时针 (或逆时针 ) 相应变化 时。若给吐丝管 一个相 向前 , 并沿 r 半径方向爬 升 , 而仍 处在上 一时 刻的轴 平面 内。若吐丝管始 终在 做一 个匹 配的 反向 旋转 运 动的 话 , 则该 质点就 始终 在某固 定的 平面内 , 向 吐丝 管出口 方向 运动。这就是线材某质点 的穿行运 动虽吐 丝管附 加上反 向旋转的牵连运动后就合成为一 个既沿 轴线 前方又沿 半径方向爬升 , 但 恒定 在一 个 轴平 面内 的曲 线运 动。若 每个 质点都 在各 自的轴 平面 内运动 的话 , 则 旋转的 吐丝 管出 口完全 能得 到所追 求的 理想吐 丝状 态 , 即质点 在离 开吐丝管时都以同样的 X 轴方向 上的分速度 V 吐 落在控 冷辊道上 (如图 2 )。
ABSTRACT Fo r w ire and rod h igh speed ro lling m il, l whatever on the i m ported or loca l supp lied ro lling m ill
line there is still back end w hip prob le m. Th is artic le analysis the reason of back end w hip prob le m and espec ia lly so lv es the real question that is opti m ization lay ing pipe curve . Therefore it so lves the back end wh ip prob lem from the basis . KEYW ORDS H igh speed w ire line L ay ing head Back end wh ip Curve
Ex tra Edition ( 1) 2010
冶 金 设 备 M ETA LLURG ICA L EQU IP M ENT
2010 年特刊 ( 1)
高速线材吐丝机甩尾问题探究
魏文华
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陈
莉
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(1 : 西马克梅尔工程 (中国 )有限公司销售部
上海 201108; 上海 200021)
2 : 奥地利安德里斯股份有限公司金属部上海代表处
作者简介: 魏文华 , 男 , 1975 年出生 , 毕业于甘肃工业大学 , 本科学历 , 工程师
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魏文华等 : 高速线材吐丝机甩尾问题 探究 运动。它既不是 高速 度穿 行运 动 , 也不 是高 速度 旋 转运 动 , 而是以 圈 状的 形 态 向吐 丝 机轴 线 前 方 的吐 落 运 动。 追求 的就是 以正 圆的圈 状 , 稳定 地缓缓 地向 前方沿 着与 吐丝 机轴线 平行 的方向 的吐 落运动 , 包 括线 材尾部 也应 该基本上呈圈状。 下面将以线材 上某 任意 质点 作 为研 究对 象 , 分 析其 运动合成的机理。 1. 1 质点在吐丝管内地相对应的状况 : 该质点必然随整条线材以 V线 速度在 管内穿行 , 然而 吐丝管是一条由轴线逐渐 开始远离 轴线作 锥状螺 旋弯曲 的管子。因此该 质点 在穿 行过 程中 , 也 作螺 旋状 的 爬升 穿行运动 , 最终到 达吐丝管出口 F 处 , 已离 轴线有 R 距离 (如图 1 )。 2 吐丝管曲线空间数学模型对建立