热轧厂运输辊道传动及电机选型的研究与应用

皖南电机百科摘要：本文研究了热轧厂辊道传动形式的分类与比较，以实例讲解了辊道电机选型设计，对降低辊道传动能耗、减少故障时间和维护工作跫、提高设备作业率具有非常重要的意义。

0 引言

在热轧厂，从加热炉到粗轧机、精轧机至卷取机,钢板的输送都是由运输辊道来完成的，只是炉区、粗轧区、精轧区、卷取区各段运输辊道的工作条件及工艺要求不同而已。

对于热连轧厂占总轧线60%以上的辊道来说，采用何种传动形式对降低能耗、减少故障时间和维护工作量、提高设备作业率具有非常重要的意义。

1 辊道传动形式的研究

从目前各热连轧厂的实际应用来看，辊道的传动形式有两种；单独传动和集体传动。本文主要研究单独传动辊道的传动形式及单传辊道电机的选型问题。

单独传动辊道的传动形式有两种：①电机—联轴器—减速机—联轴器—辊子；②电机—联轴器—传动轴—联轴器—辊子或电机—联轴器—辊子。

对于高速转动的辊道，转速r/min，一般釆用后一种传动形式，而不需要减速机。而对于低速转动的辊道，即转速n<400 r/min时，则面临对上述两种传动形式的选择问题。1.1“电机—联轴器—减速机—联轴器—辊子”传动

形式的特点

该形式由于釆用了减速机，因此电机的选型较为简单，一般普通交流异步电机或变频电机极数都能满足其使用要求，由于电机额定频率为50 Hz,电机发热和耗电一般。由于采用了减速机，多了一道故障发生和设备维修的环节，但电机与减速机可制作成一体式的结构，以减少故障的发生和漏油的可能性，并且体积和重量都大大降低。从市场调查来看，进口的电机连减速机一体的设备通常使用寿命在10年以上，在这10年中，减速机不需开盖检修，只需定期加油而而已，设备几乎没有故障。

1.2 “电机—联轴器—传动轴—联轴器—辊子”传动形式的特点

该形式由于没有减速机，减少了一道故障发生和设备维修的环节。但是电机的选型较为复杂，一般多为非标变频电机。因为辊道转速低，而电机一般转速较高，因此需选择变频调速电机，电机极数较多，体积大且重量重，电机额定频率都在50 Hz以下。这种电机在工作时，发热较50 Hz的电机大，功率因数较低，耗电量大，而当电机额定频率低于25 Hz时，还会产生较大谐波。

此外，这种非标电机不仅制造成本较高，而且需选用较大的变频器。变频器的费用较50 Hz的标准变频电机的变频器要高出许多。

2  单传辊道电机的选型设计与应用实例

以某热轧厂单传辊道电机的实际选型为例，来说明上述两种不同传动形式的单传辊道电机的设计选型比较（以下所有数据仅供参考）辊道的基本设计条件如下：板坯宽度1 400 mm，厚度47mm,材料密度7.9×103kg/m3;辊子质量为

1358kg;辊子直径为ψ355.6 mm;辊子线速度为2m/s(107.5 r/min);转子最大间距为125mm;辊道24 h连续运转；环境温度为50 ℃。辊道24h连续运转；环境温度为50℃。

其中，Mmax为电机最大力矩，Nm; P为电机功率，kW; Q为辊子上轧件重量，N; C为1台电机所驱动的辊子数；G为辊子重量，N; μ为辊子轴承中的摩擦系数，取0.005;μ1为辊子在打滑时的摩擦系数，取0.3;D为辊子直径，m;d辊子轴颈的直径，m; η为减速机效率，取0.98; i为减速机传动比，直接单传辊道，取1; n为电机转速，r/min。根据上述基本设计条件可计算出辊子所需最大驱动力矩Mmax = 691. 04 Nm(轧件打滑时）。当电机传动轴和辊子布置在一条直线上时，由于辊子所需额定驱动力矩为42 Nm，远远小于驱动辊子的最大力矩691.04 Nm，为降低电机功率，在设计选型时，将辊子所需最大驱动力矩691.04 Nm作为电机过载2倍时的力矩，由此计算出的电机额定力矩为353 Nm，即 Mmax = 353 Nm，P=3.97kW。当辊道由原集传方式改造为单传方式，由于场地狭小，部分传动轴采用倾斜的布置方式。考虑传动轴的倾斜角度（最大为12°)和其传动效率(η=0. 98)，计算得到的最大驱动力矩为M_x = 464 Nm，即辊子所需额定驱动力矩取470 Nm,电机功率为5.3 kW。

此辊道在我们改造前，同类型的单传辊道驱动电机功率一般为28.5 kW，经本文重新设计计算并考虑放大系数后我们选取电机功率为13 kW。

2.1 采用“电机—联轴器—减速机—联轴器—辊子”传动形式

选用进口的电机和减速机一体式的设备。其电机参数如下：电机额定功率为15 kW;电机极数为4级；电机额定转速为1445 r/mm;减速机输出转速为100 r/min;减速机输出扭矩为382 Nm;电机额定电压为400 V;电机额定电流为8.3 A;电机额定频率为50 Hz;电机过载倍数为200% (60s);电机功率因数为0.8;电机效率为86%;电机+减速机外形尺寸为996 mm×351mm×327 mm;电机+减速机质量为74 kg。

变频器SIEMENS—6SE70按支持200%过载60s即电流16 A来选择参数。

2.2 采用“电机—联轴器—传动轴—联轴器—辊子”传动形式

由于辊子所需额定驱动力矩为42 Nm,远远小于驱动辊子的最大力矩691. 04 Nm，为降低电机功率，在设计选型时，将辊子所需最大驱动力矩691. 04 Nm作为电机过载2倍时的力矩，因此电机额定力矩为353 Nm。

电机参数如下：电机额定功率为13 kW;电机极数为10级；电机额定转速为107. 5 r/min;电机额定转矩为364 Nm;电机额定电压为380 V;电机额定电流为13.5 A;电机额定频率为9.6 Hz;电机过载倍数为250%(60s);电机功率因数为0.60;电机效率为77%;电机外形尺寸为990 mm×510mm×650 mm;电机质量为840 kg。

变频器SIEMENS — 6SE70按支持200%过载60s即电流27A来选择参数。

此非标变频电机价格远远高于普通变频电机的价格，且在日常使用中此非标电机发热较大，耗电量较多。

3 结论

在实际生产中，由于辊子所需额定驱动力矩远远小于驱动辊子的最大力，我们在对辊道电机设计选型时，将辊子所需最大驱动力矩作为电机过载2倍时的力矩，结果降低电机功率50%(由原28.5 kW降到13 kW)，大大节约了电机和变频器的采购成本和电耗，2006年10月投产使用至今，电机运行良好，无故障。