雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(xué)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(chǎn)的主流方法被廣泛采用，其主要特點(diǎn)為通過(guò)導(dǎo)電棒引導(dǎo)電流，最終將電流導(dǎo)向種板。因此在實(shí)際生產(chǎn)中由于受到承重、撞擊等各種因素的影響，導(dǎo)電棒會(huì)產(chǎn)生形變。因?yàn)檎麄€(gè)電解過(guò)程的效率和自動(dòng)化程度的提高需要使用滿足要求直線度的導(dǎo)電棒，所以一個(gè)電解周期后必須矯直產(chǎn)生形變的導(dǎo)電棒。本文以國(guó)內(nèi)某鎳冶煉廠中規(guī)格為①36x3X1350的電鎳導(dǎo)電棒為研究對(duì)象，對(duì)轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直機(jī)進(jìn)行研究，利用優(yōu)化后的矯直機(jī)矯直編為兩組的20根電鎳導(dǎo)電棒，對(duì)矯直后的導(dǎo)電棒進(jìn)行測(cè)量，并分析比較其平直度，從而驗(yàn)證該種矯直機(jī)能否完成電鎳導(dǎo)電棒的矯直。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)轂式矯直；電鎳導(dǎo)電棒；參數(shù)分析中圖分類號(hào)：TF305 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(guò)電解法制作，在整個(gè)生產(chǎn)流程中，導(dǎo)電棒將電流從電解槽導(dǎo)向陽(yáng)極板和陰極板。因此，導(dǎo)電棒的主要功能則是引導(dǎo)電流。若導(dǎo)電棒產(chǎn)生形變，則會(huì)極大地影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的電解效率，同時(shí)也會(huì)對(duì)后續(xù)穿棒環(huán)節(jié)產(chǎn)生不利影響。本文重點(diǎn)分析研究規(guī)格為①36x3"350的導(dǎo)電棒產(chǎn)生的形變及最佳矯直方式，同時(shí)在彈塑性變形理論的基礎(chǔ)上[1，]通過(guò)設(shè)計(jì)合適的輥系裝置和矯直方式來(lái)對(duì)雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。1雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的理論分析工作方式

完成優(yōu)化后的雙向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的矯直方式如下所示，當(dāng)導(dǎo)電棒棒進(jìn)入矯直機(jī)的輥?zhàn)雍螅捎谵D(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)向不同，它們之間的作用力即可矯直導(dǎo)電棒。圖1所示即為其矯直原理圖。Fig.1Theschematicdiagramofhubtypestraighteningmachine由于普通轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)在矯直過(guò)程中無(wú)法矯直棒材的頭部和尾部，為了改善這一點(diǎn)，將轉(zhuǎn)轂定為2輥，即在3、4號(hào)位置內(nèi)裝入兩組斜輥，使其具備完全矯直的能力，隨著工件向前運(yùn)行和轉(zhuǎn)轂的公轉(zhuǎn)，兩組斜輥開(kāi)始自轉(zhuǎn)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)轂在旋轉(zhuǎn)方向上并不相同，為了確保棒材具有相同的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，在配置矯直機(jī)輥?zhàn)訒r(shí)確保同組的上輥具有互相對(duì)稱的傾斜方向1.2矯直原理和壓彎撓度在采用雙向旋轉(zhuǎn)方式矯直導(dǎo)電棒時(shí)，由于斜輥會(huì)對(duì)導(dǎo)電棒產(chǎn)生作用力，且導(dǎo)電棒會(huì)被不同輥形影響而發(fā)生形變，所以每次變形過(guò)程也既是矯直系統(tǒng)的一個(gè)單元。為了便于分析，可以引入力學(xué)系統(tǒng)中處理簡(jiǎn)支梁中出現(xiàn)對(duì)稱載荷時(shí)的處理方式，來(lái)解釋矯直單元。如圖2所示，圖2導(dǎo)電棒與矯直單元的受力示意圖圖2導(dǎo)電棒與矯直單元的受力示意圖圖3導(dǎo)電棒壓彎撓度圖Fig.2ForcediagramofconductingrodandstraighteningunitFig.3Thebendingdeflectionofconductingbar導(dǎo)電棒在兩個(gè)零彎矩點(diǎn)之間會(huì)有一定的的撓曲量，這也被稱作壓彎撓度。圖3是導(dǎo)電棒壓彎撓度圖。本文首先對(duì)整個(gè)矯直模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后在對(duì)導(dǎo)電棒的壓彎撓度進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用了彎曲變形的一些相關(guān)理論，通過(guò)計(jì)算出壓彎曲率，最終求出導(dǎo)電棒的壓彎撓度。如圖3所示，當(dāng)導(dǎo)電棒受到向下的壓力時(shí)，與支點(diǎn)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(dǎo)電棒的轉(zhuǎn)角變化量則為de二dxjp二Cdx,設(shè)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(jì)算出導(dǎo)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(zhuǎn)轂式矯直機(jī)重要參數(shù)分析及計(jì)算雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)特殊，由于輥?zhàn)拥呐挪挤绞綖槎伵挪?，所以矯直機(jī)轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速、各輥間距、輥?zhàn)有螤钜约拜佔(zhàn)拥膬A斜角度等重要參數(shù)都會(huì)對(duì)最終的矯直質(zhì)量產(chǎn)生影響轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速的計(jì)算轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速是決定矯直效果的關(guān)鍵參數(shù)之一，在同等數(shù)量的輥?zhàn)右约捌渌苄宰冃螀^(qū)具有等曲率的條件下，轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速則直接決定了矯直速度和矯直效果。目前在轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)中比較常用的矯直速度為15-80m/min,極少數(shù)可以達(dá)到80m/min,經(jīng)過(guò)工廠的大量實(shí)驗(yàn)，本文初定的矯直速度為30m/min。輥距的設(shè)計(jì)矯直機(jī)輥距的設(shè)定不宜太大,若輥距過(guò)大,會(huì)增大矯直時(shí)的盲區(qū)；若輥距設(shè)置過(guò)小,會(huì)使輥系之間工作時(shí)互相干擾,矯直機(jī)無(wú)法工作［3］。為了確保輥?zhàn)映C直時(shí)的強(qiáng)度和矯直的精度,輥?zhàn)拥拈g距必須按如下設(shè)計(jì)：當(dāng)導(dǎo)電棒所在接觸區(qū)最小時(shí),J=0.5d；當(dāng)導(dǎo)電棒所在接觸區(qū)最大時(shí),J=d,d為輥dd徑,J為等效接觸區(qū)。d由于導(dǎo)電棒的材質(zhì)為紫銅,強(qiáng)度較低,若輥?zhàn)娱g距過(guò)密,矯直后的銅棒表面會(huì)存在螺旋形壓印,同時(shí)斜輥輥距一般較大,則輥距應(yīng)按如下計(jì)算:p=10d+2J （3）d導(dǎo)電棒的直徑為①36mm，則在本文中近似取輥徑P=380mm。輥形的設(shè)計(jì)輥?zhàn)拥男螤钜彩菦Q定矯直質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一,若對(duì)輥形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)出的輥形由導(dǎo)電棒曲率所定,其優(yōu)勢(shì)巨大,使輥形的利用率顯著提升［5］。其工作原理使得導(dǎo)電棒和矯直輥能夠全面接觸。一般來(lái)講,輥?zhàn)拥呐挪挤绞饺羰嵌伵挪?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(dāng)銅棒被輸送到該段時(shí),會(huì)受到均勻的作用力且發(fā)生形變；而輥腹段是進(jìn)一步將殘留彎曲進(jìn)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(dāng)銅棒在被矯直時(shí)因外力的作用而發(fā)生形變,在通過(guò)該段時(shí)即可被矯直?？梢愿鶕?jù)矯直原理并考慮到矯直機(jī)結(jié)構(gòu)限制,設(shè)計(jì)出輥?zhàn)拥挠行Чぷ鏖L(zhǎng)度為：L=6t （4）g其中,t為兩端矯直輥與管材的接觸區(qū)長(zhǎng)度,綜上,其實(shí)際工作長(zhǎng)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(shí)，輥?zhàn)涌煞譃榘驾伜屯馆仯驾伒妮佈睆揭话銥?.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?zhàn)有苯堑挠?jì)算在對(duì)導(dǎo)電棒進(jìn)行矯直時(shí)，輥?zhàn)优挪嫉姆绞讲煌瑒t輥?zhàn)拥男苯且簿筒煌?，若是普通的斜輥排布，要使整個(gè)矯直過(guò)程平順進(jìn)行，則需減小斜角［7］。而二輥排布若想穩(wěn)定運(yùn)行，則需增大斜角。在矯直速度確定后，由于斜輥的螺旋導(dǎo)程為！=兀dcota，則輥?zhàn)拥男苯菫椋?60u、a=arccot（ t） （6）兀dn通過(guò)上式（6）可知，若想提高矯直穩(wěn)定性，則可適當(dāng)減小輥?zhàn)拥男苯?，也即是增大?dǎo)

電棒與輥?zhàn)拥慕佑|區(qū)域。3雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的實(shí)驗(yàn)分析688S88從電解槽中隨機(jī)抽取20根已經(jīng)彎曲變形的導(dǎo)電棒，且確保這些導(dǎo)電棒具有分布較廣泛的折彎點(diǎn)，將其編為兩組，使用優(yōu)化后的矯直機(jī)分別對(duì)兩組導(dǎo)電棒進(jìn)行矯直，并測(cè)量導(dǎo)電棒矯直前后的弦長(zhǎng)和撓度，對(duì)比矯直前后的參數(shù)并分析其矯直效果［8-。9圖］4為雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)簡(jiǎn)化模型。圖5為根據(jù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)用轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)。688S88圖4雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)簡(jiǎn)化模型Fig.4ThesimplifiedmodelofdoublerotaryFig.hubstraightener上一 ■h.. -圖6導(dǎo)電棒的弦長(zhǎng)和撓度示意圖Fig.6Theillustrationofthechordlengthanddeflectionoftheconductingrod待矯直的導(dǎo)電棒都會(huì)發(fā)生形變，其可簡(jiǎn)化為如示意圖6所示。在示意圖中，分別測(cè)量矯直前后的導(dǎo)電棒弦長(zhǎng)L和撓度h,通過(guò)對(duì)矯直前后的直線度進(jìn)行對(duì)比來(lái)測(cè)試矯直機(jī)的矯直效果。如下所示為直線度的計(jì)算公式：(7)對(duì)比矯直前后的直線度A,若是處理后導(dǎo)電棒越趨平直，則導(dǎo)電棒的直線度A越小。如下表1-表2所示為導(dǎo)電棒矯直前的各關(guān)鍵參數(shù)。表1第一組導(dǎo)電棒矯直前的關(guān)鍵參數(shù)Tab.lThekeyparametersofthefirstgroupofconductiverodsbeforestraightening編號(hào)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(dǎo)電棒矯直前關(guān)鍵參數(shù)Tab.2Thekeyparametersofthesecondgroupofconductiverodbeforestraightening編號(hào)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(dǎo)電棒的關(guān)鍵參數(shù)。表3第一組導(dǎo)電棒矯直后關(guān)鍵參數(shù)Tab.3Thekeyparametersofthefirstgroupofconductiverodsafterstraightening編號(hào)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(dǎo)電棒矯直后關(guān)鍵參數(shù)Tab.4Thekeyparametersofthesecondgroupofconductiverodsafterstraightening編號(hào)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(hào)電榛序號(hào)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(guò)對(duì)比20根導(dǎo)電棒矯直前后的直線度，可以明顯觀測(cè)到矯直后的直線度更小，且直線度波動(dòng)范圍為2mm/m-8mm/m，所以優(yōu)化后的雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的矯直效果良好。如圖7-圖8為兩組導(dǎo)電棒矯直前后的直線度對(duì)比圖。在矯直前，測(cè)量其各參數(shù)并計(jì)算出平均直線度分別為：43.36904mm/m、52.83496mm/m。號(hào)電榛序號(hào)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(hào)電權(quán)序號(hào)圖8第二組處理前后直線度變化圖Fig.8Thesecondsetofstraight-linechangesbeforeandafterprocessingbeforeandafterprocessingbeforeandafterprocessing4結(jié)論使用優(yōu)化后的雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)對(duì)20根導(dǎo)電棒進(jìn)行矯直，通過(guò)對(duì)比矯直前后的直線度等重要參數(shù)，結(jié)論如下：(1)首先明確了雙旋式轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和其工作原理，然后將矯直機(jī)的壓彎撓度和受力情況進(jìn)行分析計(jì)算。同時(shí)通過(guò)不斷總結(jié)，對(duì)雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的各重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化最終將雙二輥排布作為輥?zhàn)拥呐挪挤绞?，將輥距設(shè)置為380mm,矯直速度設(shè)置為30m/min。(2)通過(guò)對(duì)比雙旋轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)矯直前后導(dǎo)電棒的直