板坯链式输送机的设计

叶炜垚 李 友

(1．中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122；2．宝钢湛江钢铁股份有限公司，江苏524072)

为生产汽车板、超高强钢等高质量产品，需要在连铸工序增设铸坯表面清理工序，以清除危害钢坯质量的表面缺陷。

常见的辅助铸坯移送设备包括翻坯机、链式输送机和移载机等。离线清理区一般仅设置翻坯机，其铸坯清理效率大大低于在线人工清理区。从表1和表2中可知链式输送机对于提高板坯人工清理的效率至关重要。以A钢厂双流板坯连铸机的链式输送机为例，详细阐述板坯连铸机中链式输送机的设计及应用。

表1 在线人工清理区板坯平均处理周期

表2 离线人工清理区板坯平均处理周期

1 链式输送机的工况及设计要点

链式输送机在连铸车间用作板坯横向移动，并在其上进行人工火焰清理作业，板坯移动时，为了避免产生板坯和链条的相对滑动，将待清理板坯直接设置在链式输送机的链条上。一块待清理的板坯质量约为25～40 t，根据人工火焰清理作业工位设置数量的不同，链式输送机一般需要同时承载6块以上板坯，链式输送机属于占地面积大的大型慢速重载设备，因此，链式输送机设备的稳定运行至关重要。设计时，一方面要考虑链式输送机传动系统的稳定性，另一方面，大量的人工火焰清理作业需要在链式输送机上进行，产生的大量钢渣会严重阻碍设备的稳定运行，因此，需要对链式输送机相关部件进行保护。

A钢厂双流板坯连铸机的链式输送机主要由轨道及支架、运输链条、牵引传动装置、链条润滑装置、链条防护罩等组成。如图1所示，牵引传动装置由电机、减速器、联轴器、驱动轴组成。驱动轴上带有链轮，通过输送链条实现铸坯移送；驱动轴上的4个链轮同步转动，使输送链条同步运行；链条由滚动轴承支撑，运行于轨道上，轨道固定设置在支架上，支架为焊接结构件；在输送链条的区域设有防护盖板，以保护输送链条。减速器采用油池润滑，轴承部位采用干油润滑。

图1 A钢厂链式输送机

2 链式输送机的主要性能参数设计

链式输送机的主要性能参数包括输送载荷、移送速度、移送距离。根据人工清理人员作业指导书的具体情况确定移送速度，在满足生产要求的前提下，取下限值；根据人工火焰清理作业工位、最大铸坯宽度、铸坯清理工位间隙以及翻坯机工作区域长度共同确定移送距离，在满足生产要求的前提下，取下限值；根据人工火焰清理作业工位以及单个铸坯的最大重量确定输送载荷：

Gg=G1Nc

式中，Nc为人工火焰清理作业工位；G1为单个铸坯的最大重量，单位N；Gg为输送载荷，单位N。

3 链式输送机主要部件设计

3.1 传动电机的设计选型

链式输送机的典型工作模式是“点动”，即每移动一块板坯间距的宽度后停下来，然后再移动，不断重复。由于链条的移动速度较低，对停位精度要求不高，其启动和停止控制策略可以设置为：启动时一步加速到高速，停止时一步减速到零速，用抱闸制动；有时链条也会采用连续移动的方式，以便清理台面。因此，对于传动电机可能是连续工作或者间歇启动。“点动”模式时电机工作负荷图如图2所示。

图2 电机工作负荷图

3.1.1 计算静力矩

按下述公式分别计算出作用于链轮的力矩：

Tc=WcLcNμ1dp/2

式中，Wc为单位长度链条重量，单位N/m；Lc为单根链全长，单位m；N为链条根数；μ1为链条于滑轨间的摩擦系数，根据工程经验可以取为0.1；dp为链轮的节圆直径，单位m；Tc为链条作用于链轮的力矩，单位N·m。作用于链轮的力矩Tw为：

Tw=Ggμ1dp/2

以这两个力矩为基础分别算出空载和有载力矩，再除以减速机速比和机械效率，得出电动机轴上的静力矩。

3.1.2 计算动力矩

根据下述公式计算加速力矩[2]：

式中，GD2为飞轮矩，单位N·m2；Nm为电机额定转速，单位r/min；ta为加速时间，单位s。

上述公式的飞轮矩分为空载力矩和有载力矩两种，空载力矩包括驱动系统的飞轮矩和链条的飞轮矩，驱动系统的飞轮矩可以按电动机本身的飞轮矩的2.22倍估算，链条的飞轮矩则按移动体的通用公式计算，两者之和作为空载飞轮矩。有载力矩再加上材料的飞轮矩，也按移动体的通用公式计算，移动体的通用公式为：

GD2=Wdp2/i2

式中，W为移动体重量，单位N；i为减速比。

因此，链式输送机的启动力矩T启=Ta+Tc+Tw，制动力矩T制=Ta-Tc-Tw。

3.1.3 发热校对

T额/T均≤[S1]

式中，T额为电机额定力矩，单位N·m，T均为均方根力矩，单位N·m；[S1]为发热校核系数，取[S1]=1。当上述等式成立时，认为电机的发热通过校核。

3.1.4 停止精度

由于各种误差造成停车时的滑行距离差，可按如下公式先算出时间再算出距离：

t1=GD22N1/375(T2+TL2)

t2=GD12N2/375(T1+TL1)

S1=0.1V1+V1t1/2

S2=V2t2/2

ΔS=±(S1-S2)/2

ΔS≤[S]

算法是在TI公司发布的CCStudio v3.3开发环境下编写与调试的，采用的开发板是中国源创力YCL-DSP2812pro配合TDS510-USB2.0的仿真器使用，为了方便DSP之间的程序移植采用了通用的C语言作为程序设计的主要语言，并结合CCStudio v3.3的特点，部分程序嵌入汇编命令，提高程序的运行速度。整个项目程序包括主程序、系统初始化程序、外围设备初始化、中断服务程序和LCD显示程序。限于篇幅原因，在此仅给出主程序和ADC中断服务程序。

式中，N1为最高转速，N1=1.03Nm，单位r/min；N2为最低转速，N2=0.97Nm，单位r/min；T1为最大制动力矩，T1=1.3Tm，单位N·m；T2为最小制动力矩，T2=0.7Tm，单位N·m；V1为最高运作速度，V1=N1πdp/1000×60i，单位m/s；V2为最低运作速度，V2=N2πdp/1000×60i，单位m/s；TL1为最高静负荷，取有载荷值，单位N·m；TL2为最低静负荷，取无载荷值，单位N·m；GD12为最高飞轮矩，取有载荷值，单位N·m2；GD22为最低飞轮矩，取无载荷值，单位N·m2；t1为最长制动时间，单位s；t2为最短制动时间，单位s；S1为最长制动距离，单位m；S2为最短制动距离，单位m；ΔS为停车精度，单位m；[S]为许用停车精度，单位m。

3.2 链条结构设计

为了减少链条与导轨的摩檫力，每节链条两端设置滚动轴承，通过设置在链式输送机中部的翻坯机实现铸坯翻转，在铸坯翻转过程中会对链条产生冲击，滚动轴承负荷可按如下公式确定：

4Cor/G1≥η

式中，Cor为滚动轴承额定静载荷，单位N；η为安全系数。

上述滚动轴承负荷计算公式考虑两个链节承受一个铸坯的冲击，因此，可以选安全系数≥4。

3.3 链轮结构设计

链轮结构需要结合链条结构进行设计，需要满足最小包角准则和强度准则，最小包角准则是指链轮在整个运转过程中至少有两个链节啮合，可以通过调整链轮的节圆直径和链条节距来满足最小包角准则；强度准则是指链轮所受最大应力应小于链轮的许用应力，可以通过有限元分析的方法进行校核。

3.4 保护罩设计

保护罩用于保护手工清理时产生的钢渣对设备性能的影响，链条在清理平台区域以及清理平台下方等均需要设置相应的链条保护装置，如图3为设置在清理平台区域的链条保护装置，其他区域的链条也可以相应设置保护装置。

图3 链条保护装置

4 安装注意事项

链式输送机部件非常多，且分散，无法在制造厂一一组装，因此，设备现场安装精度对于投产后设备运行非常重要，在链式输送机的安装过程中需要注意如下事项：

(1)以链式输送机的传动底座架为基准，进行各支架、传动轴、横向定位，并调整其高度和水平度。

(2)链式输送机的输送链条分四条，分别安装在纵向，按照链条订货图所示方向安装纵向输送链条，并采取措施，防止链条自行滑动；在横向，以其中一行为基准，安装其它行的设备。

(3)链轮托辊架、长轴等部件组装完毕后，以联轴器为基准，安装减速器和电动机。

(4)检查设备安装状况，确认无误后，安装罩、盖和挡板等。

(5)机上配管管件必须进行清洗，吹干，以保证管道内清洁，无任何异物，无锈蚀。

5 铸坯清理流程

铸坯清理区的运行流程如下：

(1)不需要精整处理的铸坯经称量后运入热轧车间。

(2)需要火焰清理机处理的铸坯由火焰清理机清理后，无需手工清理的铸坯直接经辊道运入热轧车间，经火焰清理机清理后，还需要手工清理的铸坯，由推钢机推到堆垛机上，再由夹钳起重机吊运到铸坯堆存区空冷，空冷后的铸坯由夹钳起重机吊运到人工清理区，必要时可进行人工清理，然后再检测上表面质量，经翻坯机作业后人工检测下表面质量，再由链式输送机将铸坯运送到辊道上，经辊道称量后运入热轧板坯库。

(3)只需要人工清理的铸坯由夹钳起重机等吊运到人工清理线上，在人工清理区进行人工清理后，铸坯再由链式输送机运送到辊道上，经称量后运入热轧板坯库。

6 结语

以A钢厂双流板坯连铸机的链式输送机为例，阐述了链式输送机的设计要点，采用该设计方法设计的链式输送机，在多个板坯连铸工程中得到运用，设备运行良好，达到了工艺设计要求，满足了生产的需要。