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1 轧钢机械 第九章 卷取机 教材第十二章 计划学时 4学时 2 1热带钢卷取机 卷取机功用 卷取超长轧件 一般指线材 带材 以便储存 运输 它是热带钢轧机的配套设备 又可再分为地上式与地下式两种 以地下式的为最常用 一 设备布置与卷取工艺1 地下式卷取机的配置这种类型的卷取机位于工作辊道的下面 所以称之为地下式的卷取机 特点 工作条件恶劣 处于连续交替作业 生产节奏快 结构 由夹送辊 前后导尺 导板 助卷辊 卷筒组成 具体见F12 1 3 4 2 卷取工艺 控制速度以控制卷取张力 带钢卷取 5 以下简述卷取工艺过程 1 控制张力必须控制速度 当带钢头部离开轧机以后 辊道的速度必须大于轧制速度 目的是防止堆钢 而进入夹送辊以后 夹送辊的速度必须大于轧制速度 以建立张力 2 助卷辊的作用 轧件头部经导板进入卷筒与助卷辊之间 卷上2 3圈以后 助卷辊方可松开 厚板除外 3 卷筒与轧机同步加速 卷取 4 卷取终了 必须使夹送辊速度小于卷筒速度 以维持张力 而且卷取速度应低 以保持稳定 一般现代化的卷取机最大卷取速度v 30m s 卷重 45t 带钢厚度达 25mm 全部采用计算机控制 大卷重 高速化以提高生产能力 6 带钢热连轧机地下式卷取机 7 一 1700三辊式卷取机的结构 地下式 性能及结构特点 见表12 1 p407 卷取速度 8 22m s 卷重 30t 它由张力辊 卷筒以及助卷辊组成 1 结构与组成 张力辊 由上下辊组成 D1 D2 2 1 以利咬入 同时上辊偏向前方 以利轧件下弯 用气缸调整上辊的开闭 辊缝用千斤顶调整 张力辊前有风动导尺 其作用是使带钢边缘齐整 张力辊后有导板 使带钢能顺利进入卷筒 在有多台卷取机 8 的情况下 上辊抬起 使带钢通过它进入下一台卷取机 2 卷筒 在高压下能实现胀缩 要有足够的强度与刚度 要有辅助支承 以增加刚度 一般采用斜楔式的斜面柱塞式 当液压缸 或复位弹簧 使得锥形心轴左移时 斜面效应使得卷筒张开 反之使卷筒收缩 卷筒的驱动有电机直接驱动及通过减速传动两种方式 直接驱动必须妥善解决胀缩缸设置问题 9 3 助卷辊 一般设有三个助卷辊沿圆周方向120度均布 起到压紧带钢头几圈的作用 武钢1700热轧卷取机助卷辊采用气动式的压紧方案 如图所示 助卷辊的最大的问题在于由于带钢头部层叠引起的冲击问题 过大的冲击往往引起助卷辊的损坏 在实际生产中采用液压控制的办法以减少冲击 10 2冷带钢卷取机 开卷机 卷取机 11 一 冷带卷取机的类型及工艺特点 1 分类一般为卷筒式 主要由胀缩卷筒及传动装置组成 卷筒同时配有皮带助卷器或钳口 为改善轧制条件 改善板形 卷取整齐 卷取时必须有一定的张力 按张力的大小 可分为 轧制及平整线上的大张力卷取机及精整线 退火 酸洗 涂层作业线 上的卷取机 其卷筒大多是棱锥式 弓形块式 也有用实心卷筒的 2 工艺特点 张力 0以可逆式轧机为最高 比张力最大达0 5 0 8 而精整线为0 05 0 10最低 比张力定义为张力与相对应材料的屈服极限之比 几何形状 无论张开或缩起 必须为一整圆不能有缺口 12 稳定性 对于大张力薄带卷取 有产生塌卷的可能 这是不能允许的 纠偏控制 一般采用光电元件 伺服阀 进行在线纠偏 如图所示 13 二 冷带卷取机的结构 一般以卷筒的结构进行分类 1 实心卷筒卷取机 其结构最简单 刚度大 可受大张力 但无法胀缩故无法卸卷 2 四棱锥卷取机 用于20辊1180轧机 它由四个扇形块 四棱锥 7045 及胀缩液压缸组成 液压油由左端的旋转接头进入液压缸使胀缩液压缸右移 同时使棱锥轴右移 锥轴上的四个斜面将扇形板沿径向顶开 而棱锥轴左移则实现卷筒收缩 在卷筒表面安有钳口 以固定带钢头部 14 该卷筒刚度大 强度高 并可承受大的张力 缺点 卷筒涨开以后不是一个整圆 15 2 八棱锥卷取机 为改善带钢卷取的质量 使卷筒胀开以后为一整圆 发展了八棱锥卷取机 其扇形块锥角 12045 镶条锥角 1604351 增加镶条的目的在于填充扇形块间的间隙 使得卷筒无论张开或收缩均为一整圆 16 其特点如下 在卷筒压力较大时 由于其锥角较大 故可产生自动缩径 从而使压力减小 胀缩楔块的楔角小于其摩擦角 故在卷取时 胀缩缸不受卷取力影响 除以上类型以外 还有弓形块式的 张开不是一个整圆 在冷轧原料段中也广为应用 17 3卷取机的设计计算 首先根据工艺要求确定其结构形式 结构参数 最后进行强度校核 一 卷筒主要参数确定1 卷筒直径及筒身长冷带卷取 内层带材不产生塑性变形 热带卷取 开始几圈产生一定的塑性变形 以得到密实 整齐的带卷 由弹塑性理论可以推出 卷筒外径 D冷 Ehmin s mm 12 1 D热 0 2Eh平均 s mm 12 2 其中 h平均 hmax hmin 2 s 卷取温度下轧件的屈服极限 其大小见p419 2020 3 16 18 可编辑 19 2 卷筒径向压力计算 卷筒外径D不宜过大 也不宜过小 应综合考虑卷取工艺及材料强度 也可用经验公式 如 D 150 200 hmax筒身长一般大于等于轧辊辊身长 卷筒胀缩量 D 15 40mm 热带取上限 卷筒径向压力直接影响卷筒强度以及胀缩缸的推力 并影响卷取质量 它受许多因素的影响 如与张力 带卷外径 卷筒刚度 层间滑动及摩擦等因素有关 由于该问题在理论上极具深度 故而难度很大 以下仅介绍这方面的部份研究成果 20 英格利斯 C E Englis 公式 其本假设 将带卷及卷筒均视作厚壁弹性圆筒 在张力作用下 每层带卷均受一均布的径向压力Pi的作用 而卷筒压力是所有各层带卷对卷筒所产生的径向压力增量之和 假设带材与卷筒弹性模量相同 各向同性 在张力恒定 各层无滑动的条件下 卷筒径向压力分析为弹性力学的平面轴对称问题 在卷取第i 1层带钢时 由拉密解答及r2处的变形协调条件 可解出卷筒径向压力增量 Pi为 12 3 21 而pi 0h r 0 单位张力MPah 带材厚度r 第i层带材半径 mmr1 卷筒当量内半径r2 卷筒当量外半径对弓形块卷筒 r1 弓形块最薄处内径 实心卷筒 r1 0 22 对四棱锥卷筒 A 棱锥横断面的二分之一边长的平均值 mm 令h dr 以积分代替和式 得出卷筒表面压力P的公式 Rc 带卷外径 mm 而带卷表面的切应力 12 5 12 4 23 以上公式表明 卷筒压力及其切向压力是带卷及卷筒的尺寸 r1 r2 Rc 以及张力的函数 卷筒压力P随当量内半径r1的增加而减少 随带卷外径Rc增大而增大 切向压力 t随当量半径r1的增加而减少 随Rc增大而增大 负值 24 自动缩径卷筒径向压力的计算 由以上分析可以看出 r1 0的实心卷筒 带卷D越大 则卷筒表面的压力P越大 这样使得卸卷困难 并使得卷筒及棱锥容易发生破坏 为此 新设计的卷筒采用自动缩径 或称之为 可控刚度卷筒 即采用棱锥角等于7度30分到8度的卷筒 使其大于磨擦角而不致自锁 其原理如下 当带卷外径Dc增加时 卷筒压力随之增大 而作用在棱锥上的水平力Q 也增大 当Q Q时 棱锥轴向右移 使卷筒压力P减小 而Q 也随之下降 随着带卷外径的增加 卷筒压力P与Q 又增加 当其到达其临界值P0时 又产生缩径而使其减小 这种当径向压力不断增加 缩径 压力减小 压力增加 这一过程称之为缩径 25 缩径使卷筒径向压力减小 一般缩径量为0 18 3mm 但过大的缩径量会使内层带卷切向应力加大 甚至引起塌卷 所以必须正确确定P0的值 保证适量的缩径 26 自动缩径时压力计算的丛书和公式 而系数k k c 0 15 1 1 5 Rc r2 2 c 卷筒刚度系数 对四棱锥卷筒c与关系见图12 20 当锥角 14度 16度时 推荐c 1 45 1 6 以此作为平衡力的计算依据 这是自动缩径状态下的卷筒压力计算公式 教材还给出了自锁状态下的径向压力计算公式 以上公式可用于卷筒的强度校核 27 胀缩缸平衡力的计算 根据以上推出的卷筒径向压力计算公式 即可对胀缩缸的平衡力进行计算 锥面间的反力 如图 带卷对每一扇形块的等效压力 B 带卷宽 D 卷筒外径 28 假设卷筒收缩时 扇形块受力如图示 由力的平衡条件 可解出法向力N 2 胀缩缸平衡力计算由图可以得出 29 由于在卷取过程中 tg f2 即卷筒不自锁 这就必须有Q 0方可平衡 由上式简化之 得 对于不自动缩径的卷筒tg f2 此时 Q用于卸卷 其方向与图示相反 f2一般取0 08 0 12 一般自锁角由f确定 当 6度时自锁 而 7 5 8度时 可实现自动缩径 而棱锥锥角越大 轴向平衡力越大 30 二 卷筒传动设计 1 卷取机的速度控制为适应机组出口速度而调速时 由于此时带钢的张力与带卷的半径不变 所以驱动电机的驱动力矩不变 应调电压 N Fv 功率N随速度而增大 即恒力矩 当卷径变化而需调速时 张力应保持不变 此时驱动力矩是变的 应调励磁 N不变 即恒功率 2 电机的额定转速与速比卷取计算转速 nj 30vmax Rcmax r p m 31 对电机直接驱动的卷取机 ner nj 否则 减速机的速比为 i ner nj3 励磁调速范围与最大卷径比为保持卷取过程中恒张力卷取 必须保持恒功率 这就意味着 其励磁调速范围应满足以下要求 由于有 vmax 2 Rcner 60i Dnmax 60i 所以 nmax ner 2Rc D D 卷筒外径 32 4 卷取时电机功率计算 卷取功率一般由卷取张力 塑性弯曲变形 卷取速度 摩擦阻力确定 12 13 k2 塑性弯曲及摩擦影响系数 取k2 1 1 1 2 T 张力 N v 卷取速度 m s 传动效率 0 85 0 9 Tv max表示在各种工艺条件下 Tv乘积的最大值 Nj为计算功率 如有两台以上卷取机同时交替工作 则 12 14 33 tw t0 为卷取时间及间歇时间 一般有 tw t0 所以有 Ner 0 7Nj过载校核 Mz Mer 12 15