雙旋轉轂式矯直機的優(yōu)化設計

雙旋轉轂式矯直機的優(yōu)化設計莫翰林1孫東明1王立錚1鐘晨1翟富兵2王天兵2(1昆明理工大學云南昆明6505002新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠新疆昌吉831500)摘要：目前電解法作為純鎳生產的主流方法被廣泛采用，其主要特點為通過導電棒引導電流，最終將電流導向種板。因此在實際生產中由于受到承重、撞擊等各種因素的影響，導電棒會產生形變。因為整個電解過程的效率和自動化程度的提高需要使用滿足要求直線度的導電棒，所以一個電解周期后必須矯直產生形變的導電棒。本文以國內某鎳冶煉廠中規(guī)格為①36x3X1350的電鎳導電棒為研究對象，對轉轂式斜輥矯直機進行研究，利用優(yōu)化后的矯直機矯直編為兩組的20根電鎳導電棒，對矯直后的導電棒進行測量，并分析比較其平直度，從而驗證該種矯直機能否完成電鎳導電棒的矯直。關鍵詞：轉轂式矯直；電鎳導電棒；參數分析中圖分類號：TF305 文獻標志碼：A 文章編號：TheOptimizationDesignofLevellerwithDoubleRotary

HubMOHanlin1,SUNDongming1,WANGLizheng1,ZHONGChen1,ZHAIFubing2,WANGTianbing2

(1.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,China2.FukangSmelterofXinjiangXinxinMiningIndustryCo.,Ltd.,Changji831500,China)Abstract:Forthemoment,electrolyticmethodiswidelyusedasthemainstreammethodofpurenickelproduction.Themaincharacteristicistoguidethecurrentthroughtheconductiverod,andfinallythecurrentisguidedtotheplate.Therefore,inactualproduction,duetotheinfluenceofbearing,impactandotherfactors,theconductiverodwillundergodeformation.Becausetheefficiencyofthewholeelectrolysisprocessandtheimprovementofthedegreeofautomationneedtousetheconductiverodthatmeettherequiredstraightness,theseconductiverodsmustbestraightenedafteranelectrolyticcycle.Inthistext,westudyrotarybeveltyperollerstraighteningmachinebychooseconductivityrodwithasizeof36x3x1350inadomesticnickelsmelterforthestudy.Byusingtheoptimizedstraightenertostraightentwogroupsof20electricnickelconductiverods,measuringtheseconductiverodsandanalyzingtheirflatness,andverifyingwhetherthestraightenercancompletethestraighteningoftheelectricnickelconductiverod.Keywords:straighteningofrotatingthehub;theconductiverod;analysisofstraighteningparameters0引言鎳是具有磁性的銀白色展性金屬。目前純鎳的主要制法是通過電解法制作，在整個生產流程中，導電棒將電流從電解槽導向陽極板和陰極板。因此，導電棒的主要功能則是引導電流。若導電棒產生形變，則會極大地影響整個生產過程的電解效率，同時也會對后續(xù)穿棒環(huán)節(jié)產生不利影響。本文重點分析研究規(guī)格為①36x3"350的導電棒產生的形變及最佳矯直方式，同時在彈塑性變形理論的基礎上[1，]通過設計合適的輥系裝置和矯直方式來對雙旋轉轂式矯直機進行優(yōu)化。1雙旋轉轂式矯直機的理論分析工作方式

完成優(yōu)化后的雙向旋轉轉轂式矯直機的矯直方式如下所示，當導電棒棒進入矯直機的輥子后，由于轉轂轉向不同，它們之間的作用力即可矯直導電棒。圖1所示即為其矯直原理圖。Fig.1Theschematicdiagramofhubtypestraighteningmachine由于普通轉轂式矯直機在矯直過程中無法矯直棒材的頭部和尾部，為了改善這一點，將轉轂定為2輥，即在3、4號位置內裝入兩組斜輥，使其具備完全矯直的能力，隨著工件向前運行和轉轂的公轉，兩組斜輥開始自轉，由于兩個轉轂在旋轉方向上并不相同，為了確保棒材具有相同的運動趨勢，在配置矯直機輥子時確保同組的上輥具有互相對稱的傾斜方向1.2矯直原理和壓彎撓度在采用雙向旋轉方式矯直導電棒時，由于斜輥會對導電棒產生作用力，且導電棒會被不同輥形影響而發(fā)生形變，所以每次變形過程也既是矯直系統(tǒng)的一個單元。為了便于分析，可以引入力學系統(tǒng)中處理簡支梁中出現(xiàn)對稱載荷時的處理方式，來解釋矯直單元。如圖2所示，圖2導電棒與矯直單元的受力示意圖圖2導電棒與矯直單元的受力示意圖圖3導電棒壓彎撓度圖Fig.2ForcediagramofconductingrodandstraighteningunitFig.3Thebendingdeflectionofconductingbar導電棒在兩個零彎矩點之間會有一定的的撓曲量，這也被稱作壓彎撓度。圖3是導電棒壓彎撓度圖。本文首先對整個矯直模型進行簡化，然后在對導電棒的壓彎撓度進行計算時采用了彎曲變形的一些相關理論，通過計算出壓彎曲率，最終求出導電棒的壓彎撓度。如圖3所示，當導電棒受到向下的壓力時，與支點相距x的位置處其曲率為：TOC\o"1-5"\h\zC二C-C （1）x 工 0而在該截面處，導電棒的轉角變化量則為de二dxjp二Cdx,設其原始彎曲撓度為x x50，則總的壓彎撓度即為：5=J5dy=f1xCdx=f1x（C一C）dx=AJ1Cdx-5 （2）0 0x 0 Xx t0Xx 0在式中：A=M.EI,C=Cg（MfM）=Cg（M），所以在計算出導電棒的彎矩后,t t X t t t則可算出其總曲率，最終求出壓彎撓度。2雙旋轉轂式矯直機重要參數分析及計算雙旋轉轂式矯直機結構特殊，由于輥子的排布方式為二輥排布，所以矯直機轉轂轉速、各輥間距、輥子形狀以及輥子的傾斜角度等重要參數都會對最終的矯直質量產生影響轉轂轉速的計算轉轂轉速是決定矯直效果的關鍵參數之一，在同等數量的輥子以及其塑性變形區(qū)具有等曲率的條件下，轉轂轉速則直接決定了矯直速度和矯直效果。目前在轉轂矯直機中比較常用的矯直速度為15-80m/min,極少數可以達到80m/min,經過工廠的大量實驗，本文初定的矯直速度為30m/min。輥距的設計矯直機輥距的設定不宜太大,若輥距過大,會增大矯直時的盲區(qū)；若輥距設置過小,會使輥系之間工作時互相干擾,矯直機無法工作［3］。為了確保輥子矯直時的強度和矯直的精度,輥子的間距必須按如下設計：當導電棒所在接觸區(qū)最小時,J=0.5d；當導電棒所在接觸區(qū)最大時,J=d,d為輥dd徑,J為等效接觸區(qū)。d由于導電棒的材質為紫銅,強度較低,若輥子間距過密,矯直后的銅棒表面會存在螺旋形壓印,同時斜輥輥距一般較大,則輥距應按如下計算:p=10d+2J （3）d導電棒的直徑為①36mm，則在本文中近似取輥徑P=380mm。輥形的設計輥子的形狀也是決定矯直質量的關鍵參數之一,若對輥形進行優(yōu)化設計,其不僅可以增大接觸面積,而且還能降低銅棒的損傷［4］。利用三曲率反彎輥形法設計出的輥形由導電棒曲率所定,其優(yōu)勢巨大,使輥形的利用率顯著提升［5］。其工作原理使得導電棒和矯直輥能夠全面接觸。一般來講,輥子的排布方式若是二輥排布,則矯直能力通?？煞譃槿?即在輥形中分別稱為輥腰段、輥腹段和輥胸段。輥腰段即為中段,當銅棒被輸送到該段時,會受到均勻的作用力且發(fā)生形變；而輥腹段是進一步將殘留彎曲進行矯直,該段的主要作用是確保銅棒的矯直精度［6］；而輥胸段是輥腹段的后一段,當銅棒在被矯直時因外力的作用而發(fā)生形變,在通過該段時即可被矯直。可以根據矯直原理并考慮到矯直機結構限制,設計出輥子的有效工作長度為：L=6t （4）g其中,t為兩端矯直輥與管材的接觸區(qū)長度,綜上,其實際工作長度為：L=L+2R （5）g上式中R為輥段圓角半徑，通常取銅棒的最小直徑，即：R>d。min同時，輥子可分為凹輥和凸輥，凹輥的輥腰直徑一般為0.66Lg而凸輥的輥腰半徑一般為凹輥受力最大處的截面直徑。輥子斜角的計算在對導電棒進行矯直時，輥子排布的方式不同則輥子的斜角也就不同，若是普通的斜輥排布，要使整個矯直過程平順進行，則需減小斜角［7］。而二輥排布若想穩(wěn)定運行，則需增大斜角。在矯直速度確定后，由于斜輥的螺旋導程為！=兀dcota，則輥子的斜角為：/60u、a=arccot（ t） （6）兀dn通過上式（6）可知，若想提高矯直穩(wěn)定性，則可適當減小輥子的斜角，也即是增大導

電棒與輥子的接觸區(qū)域。3雙旋轉轂式矯直機的實驗分析688S88從電解槽中隨機抽取20根已經彎曲變形的導電棒，且確保這些導電棒具有分布較廣泛的折彎點，將其編為兩組，使用優(yōu)化后的矯直機分別對兩組導電棒進行矯直，并測量導電棒矯直前后的弦長和撓度，對比矯直前后的參數并分析其矯直效果［8-。9圖］4為雙旋轉轂式矯直機簡化模型。圖5為根據優(yōu)化參數設計出的實驗用轉轂式矯直機。688S88圖4雙旋轉轂式矯直機簡化模型Fig.4ThesimplifiedmodelofdoublerotaryFig.hubstraightener上一 ■h.. -圖6導電棒的弦長和撓度示意圖Fig.6Theillustrationofthechordlengthanddeflectionoftheconductingrod待矯直的導電棒都會發(fā)生形變，其可簡化為如示意圖6所示。在示意圖中，分別測量矯直前后的導電棒弦長L和撓度h,通過對矯直前后的直線度進行對比來測試矯直機的矯直效果。如下所示為直線度的計算公式：(7)對比矯直前后的直線度A,若是處理后導電棒越趨平直，則導電棒的直線度A越小。如下表1-表2所示為導電棒矯直前的各關鍵參數。表1第一組導電棒矯直前的關鍵參數Tab.lThekeyparametersofthefirstgroupofconductiverodsbeforestraightening編號h(mm)L(mm)A(mm/m)174134654.97771286134264.08346357138441.18497438135428.06499552134938.54707667135249.55621752134738.60431847134934.84062961136244.787081053135039.25926平均值58.71353.543.36904表2第二組導電棒矯直前關鍵參數Tab.2Thekeyparametersofthesecondgroupofconductiverodbeforestraightening編號h(mm)L(mm)A(mm/m)

143135431.75775271134652.74889357134242.47392463134246.94486569134651.26300686134563.94052772135053.33333870134452.08333996134571.375461084134362.54654平均值71.11345.752.83496如下表3-表4所示為矯直后導電棒的關鍵參數。表3第一組導電棒矯直后關鍵參數Tab.3Thekeyparametersofthefirstgroupofconductiverodsafterstraightening編號h（mm）L（mm）A(mm/m)1613544.431322713565.162243813935.743004313592.207515513593.679186713565.1622471013587.363778913606.617659513733.6416610613614.40852平均值6.61362.94.84262表4第二組導電棒矯直后關鍵參數Tab.4Thekeyparametersofthesecondgroupofconductiverodsafterstraightening編號h（mm）L（mm）A(mm/m)1813605.882352613544.431323413532.956394513523.698235813525.9171669.513656.95971

73.513602.573538313542.2156794.513573.3161410313552.21402平均值5.451356.24.01858號電榛序號矯直前?矯直后圖7第一組處理前后直線度變化圖Fig.7Thefirstsetofstraight-linechanges通過對比20根導電棒矯直前后的直線度，可以明顯觀測到矯直后的直線度更小，且直線度波動范圍為2mm/m-8mm/m，所以優(yōu)化后的雙旋轉轂式矯直機的矯直效果良好。如圖7-圖8為兩組導電棒矯直前后的直線度對比圖。在矯直前，測量其各參數并計算出平均直線度分別為：43.36904mm/m、52.83496mm/m。號電榛序號矯直前?矯直后圖7第一組處理前后直線度變化圖Fig.7Thefirstsetofstraight-linechanges號電權序號圖8第二組處理前后直線度變化圖Fig.8Thesecondsetofstraight-linechangesbeforeandafterprocessingbeforeandafterprocessingbeforeandafterprocessing4結論使用優(yōu)化后的雙旋轉轂式矯直機對20根導電棒進行矯直，通過對比矯直前后的直線度等重要參數，結論如下：(1)首先明確了雙旋式轉轂矯直機的優(yōu)點和其工作原理，然后將矯直機的壓彎撓度和受力情況進行分析計算。同時通過不斷總結，對雙旋轉轂式矯直機的各重要參數進行了優(yōu)化最終將雙二輥排布作為輥子的排布方式，將輥距設置為380mm,矯直速度設置為30m/min。(2)通過對比雙旋轉轂式矯直機矯直前后導電棒的直