《压力加工设备》第十章卷取机

1、1压力加工设备压力加工设备第九章：卷取机（教材第十二章）2教学内容教学内容各类卷曲机的用途及种类；各类卷曲机工作原理；第一节 热带卷取机第二节 冷带卷曲机第三节 线材卷取机31 热带钢卷取机热带钢卷取机 卷取机功用卷取机功用：卷取超长轧件（一般指线材、带材），以便储存、运输。 热带钢卷取机是热连轧机热连轧机、炉卷轧机炉卷轧机和行星轧机行星轧机的配套设备，按运输辊道标高：地上式、地下式地上式、地下式;有卷筒式、无卷筒式有卷筒式、无卷筒式等。由于地下式卷取机具有生产率高、便于卷取宽且厚的带钢、卷取速度快而钢卷密实等特点，所以现代热连轧生产线上主要采用地下式。 一、设备布置与卷取工艺设备布置与卷取工

2、艺1、地下式卷取机的配置特点：工作条件恶劣，处于连续交替作业，生产节奏快。 在整个连轧机组中，卷取机的工作条件最为恶劣，也是最易出故障的环节之一。为保持连轧机组的生产节奏，一般依次布置三台以上的卷取机。二台交替使用，一台备用检修。 41-入口导板；2-送料辊（夹送辊）；3-倾斜导板；4-卷筒；5-助卷辊562、卷取工艺：主要有两点：1）控制速度以控制卷取张力。 2）带钢卷取。7（1）准备阶段）准备阶段：带钢头部：带钢头部离开精轧机时，卷取机已处于准备工作状态。此时，上张力辊下压，助卷辊围抱卷筒。张力辊和助卷辊在各自的辊缝调整机构控制下，在上、下张力辊之间、助卷辊与卷筒之间都保持有与带钢厚度相适

3、应的辊缝。带钢进入卷取机时，张力辊前导尺前导尺正确导向，借助导板装置导板装置，在张力辊和卷筒之间形成封闭路径，使带钢能顺利地卷上卷筒。 （2）卷取）卷取：待带钢卷上：待带钢卷上35圈圈后，带钢在卷筒和轧机之间即能建立稳定的张力。此时上张力辊放松，传动电机采用“零电流零电流”控制，助卷辊全部打开(卷厚带钢时，第一个助卷辊要始终压住带钢)，卷筒和轧机一起加速至最高速度，进入正常卷取状态。（3）收卷）收卷：带尾即将离开轧机时，卷取机进入收卷状态。轧机与轧机与卷取机同时降速，助卷辊合拢，压住外层带卷。卷取机同时降速，助卷辊合拢，压住外层带卷。当带钢脱离末架轧机时，张力辊压紧，传动电机处于发电状态，使带

4、钢在张力辊与卷筒之间建立张力，避免带尾跑偏或钢卷外层松散。卸卷时助卷辊打开，卸卷小车上升托住带卷，待卷筒收缩后，可将钢卷移出。此后卷取机又恢复准备工作状态。8 在准备状态下，带钢的速度不宜过高，否则既不利于带钢咬入张力辊，也不利于卷上卷筒。辊道的速度高辊道的速度高于轧件速度于轧件速度(即末架轧机速度即末架轧机速度)，可防止堆钢。，可防止堆钢。张力辊速度张力辊速度高于轧件速度，便于轧件咬入。高于轧件速度，便于轧件咬入。卷筒助卷辊的速度高于(即超前于)张力辊的速度，有利于带钢卷上卷筒。正常卷正常卷取时，由卷筒与轧件之间的速度差保持张力。取时，由卷筒与轧件之间的速度差保持张力。卷取机应具有足够的加速

5、能力，尽快达到最高速度，以发挥最大生产能力。收卷时张力辊速度低于(即滞后于)卷筒速度以维持收卷张力，降低辊道速度可增加带钢前进阻力，防止带尾跳动。收卷时应采用较低的卷取速度，以避免带尾脱离轧机后剧烈甩动，造成事故。9工艺特点：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

6、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。10带钢热连轧机地下式卷取机带钢热连轧机地下式卷取机11二、 地下式卷取机的分类及 结构 1地下式卷取机的分类 地下式卷取机型式上的主要差别在于助卷辊的数目、分助卷辊的数目、分布情况、控制方式以及卷筒结布情况、控制方式以及卷筒结构构的不同。习惯上就以上述差别进行分类。 按助卷辊数目助卷辊数目，地下卷取机可分为八辊式、四辊式、三辊八辊式、四辊式、三辊式、滑座四辊式、二辊式式、滑座四辊式、二辊式等； 按助卷辊的移动控制移动控制方式，又可分为各助卷辊连杆联接集各助卷辊连杆联

7、接集体定位控制的和辊单独定位控体定位控制的和辊单独定位控制制两种。 按卷筒结构则可分为连杆胀连杆胀缩卷筒卷取机缩卷筒卷取机和棱锥斜面柱塞棱锥斜面柱塞胀缩卷筒卷取机胀缩卷筒卷取机等。12 2地下式卷取机结构(1)张力辊（喂料辊）张力辊的作用是在带尾离开轧机时保持张力辊的作用是在带尾离开轧机时保持卷取张力并在卷取开始时咬入带钢，迫使带钢头部向下弯曲，沿卷取张力并在卷取开始时咬入带钢，迫使带钢头部向下弯曲，沿导板方向进入卷筒与助卷辊的缝隙，进行卷取。导板方向进入卷筒与助卷辊的缝隙，进行卷取。( (图12-3P397) 13 (2)卷筒 卷筒是卷取机的核心部件卷筒是卷取机的核心部件。它要在张力下高速度

8、卷取热状态下重达45t的带卷。为此，要求卷筒内部有冷却与润滑系统；要在较大的带材压力作用下缩径卸卷；要有足够的强度与刚度。所有这些都决定了卷筒结构的复杂性。此外，在大张力情况下，为改善卷筒受力状态，悬臂端都应设有活动支承。常见的卷筒结构型式有斜面柱塞式和棱锥式。141516171819 (3)助卷辊与助卷导板助卷辊与助卷导板 集体定位控制的助卷辊(a、b、c)结构复杂，铰链点多。铰链稍有磨损就会影响助卷辊的使用性能，目前已不再采用。单独位置控制的助卷辊一般由支臂、辊支臂、辊子及其传动系统、助卷导板、驱动气缸和辊缝控制机构子及其传动系统、助卷导板、驱动气缸和辊缝控制机构等组成。 在卷取过程中，层

9、叠的带钢通过助卷辊缝时会造成强烈冲击。因此助卷辊往往是整个卷取机的薄弱环节。 20 助卷辊直径一般取300400mm，采用实心辊可提高强度，但也增加其惯性质量，对冲击更为敏感。空心辊可减少质量，提高动力控制性能，但强度有所削弱。 下图为液压缸开闭控制的助卷辊布置方式。 21 助卷辊控制过程如图所示，它包括压力控制压力控制和“跳动跳动”控制两部分。22伺服控制系统如图所示。激光探测器和助卷辊上的加速度计可探测带钢头部的位置；卷筒和张力辊的测速计可测定卷取速度(带头速度)。这些信息输入计算机进行处理，然后由计算机通过伺服系统控制助卷辊开闭液压缸，使层叠的带头即将通过助卷辊时，助卷辊瞬时“跳起”，让

10、过带头。液压助卷辊可以有效地消除冲击，同时也使卷取中的头端压痕、划头端压痕、划伤、松卷、塔形伤、松卷、塔形等现象大为减少。23三、三、1700三辊式卷取机的结构（地下式）三辊式卷取机的结构（地下式） 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。在有多台卷取机的情况下，上辊抬起，使带钢通过它进入下一台卷取机。轧件242、卷筒卷筒：在

11、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。3、助卷辊助卷辊：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。252 冷带钢卷取机冷带钢卷取机开卷机开卷机卷取机卷取机26一、冷带卷取机的类型及工艺特点一、冷带卷取机的类型及工艺特点 1、分类 一般为卷筒式，主要

12、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0.50.8。而精整线为0.050.10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。27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。28二、冷带卷取

13、机的结构二、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。实心卷筒卷取机一般为两端支撑，结构简单，具有高的强度和刚度，用于大张力卷取。其缺点是卸卷需采用倒卷卸卷需采用倒卷方法，影响了轧机的生产能力。为减少卸卷辅助时间，提高作业率，常采用转盘式双卷筒结构。29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。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

14、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。303、八棱锥卷取机： 近年来冷轧机向高速、重卷、自动化方向发展，在卷取机结构上也做了较大的改进。首先为减小卷取机转动惯量，改善启动、调速、制动性能，趋向于采用电动机直接传动卷筒的方式。其次，为解决胀开时扇形块间的缝隙对薄带钢表面质量的影响，卷筒采用四棱锥加四棱锥加镶条的结构镶条的结构(即八棱锥即八棱锥)，卷筒胀开后能成为一个完整的圆柱体。 其扇形块锥角：=12045，镶条锥角：=1604351；3132 4四斜楔卷取机 图为1420四斜楔卷取机的卷筒，它由主主轴、芯轴、斜楔、扇形块、胀缩缸轴、芯轴、斜楔、扇形块、胀缩缸等组

15、成。卷卷筒的胀缩机构是四对斜楔筒的胀缩机构是四对斜楔。内层斜楔由胀缩缸通过芯轴带动做轴向移动，外斜楔支持扇形块的两翼，带动扇形块径向胀缩。胀径时外斜楔径向外伸，填补扇形块间隙，斜楔顶面与扇形块外表面构成一整圆。卷取薄带不会产生压痕。 这种卷简的最大特点是主轴、扇形块加工方便。由于斜楔只支持扇形块的两翼，卷筒强度、刚度都有削弱，适用于张力不大的平整机组和精整作业线。 333435365. 弓形块卷取机 弓形块卷取机多用于宽带钢精整线的卷取。卷筒的胀缩方式有凸轮式、轴向缸斜楔胀缩式和径向缸式三种。凸轮和轴向缸斜楔胀缩式目前基本上已不再采用，而径向缸式由于结构紧凑，使用可靠，在国内外新设计的精整卷取

16、机上普遍采用，使用情况良好。 如图所示的卷取机也可采用450、610两种直径的卷筒，并能实现快速更换。弓形块卷筒的主要缺点是卷筒结构不对称，高速卷取时动平衡性能较差。 3738三、三、 卷取机的设计计算卷取机的设计计算 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、卷筒主要参数确定卷筒主要参数确定 1、卷筒直径及筒身长卷筒直径及筒身长 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)

17、/2；s卷取温度下轧件的屈服极限。392、卷筒径向压力计算卷筒径向压力计算 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=（150200）hmax 筒身长一般大于等于轧辊辊身长。卷筒胀缩量卷筒胀缩量D=1540mm，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。 40英格利斯（英格利斯（C. E. Englis）公式）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

18、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：MPaprrrrrrpii.2221222122(12-3) 41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； 42.对四棱锥卷筒：ArAAArr2ln22222221A棱锥横断面

19、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： MParrrRrrdpppcRcrii212221222210ln122Rc带卷外径，mm；而带卷表面的切应力（12-5）： MParrrRrrc212221222210ln122（12-4）43. 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）。44自动缩径卷筒径向压力的计算自动缩径卷筒径向压力的计算 由以上分析可以看出，r1 =

20、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QQ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缩径。 45缩径使卷筒径向压力减小，一般缩径量为缩径量为0.183mm。但过大的缩径

21、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，保证适量的缩径适量的缩径。46自动缩径时压力计算的丛书和公式：自动缩径时压力计算的丛书和公式： MParRcfkp210ln21 而系数k：k=c0.15+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=1.451.6，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。 47胀缩缸平衡力的计算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

22、计算。 锥面间的反力锥面间的反力： 如图，带卷对每一扇形块的等效压力： DBpdpBrP22cos24/02 B带卷宽；D卷筒外径。48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：sin2cos1/222ffPN2、胀缩缸平衡力计算、胀缩缸平衡力计算 由图可以得出：NfffPQtan21)(tan4222249 由于在卷取过程中，tgf2，即卷筒不自锁，这就必须有Q0方可平衡。由上式简化之，得： NfDBpQ)(tan222 对于不自动缩径的卷筒tgf2，此时，Q用于卸卷，其方向与图示相反： NfDBpQ)tan(222 f 2一般取0.080.12. 一般自锁角由 f

23、确定，当6度时自锁；而=7.58度时，可实现自动缩径。而棱锥锥角越大，轴向平衡力越大。50二、卷筒传动设计二、卷筒传动设计 1、卷取机的速度控制卷取机的速度控制 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、电机的额定转速与速比 卷取计算转速：nj=30vmax/Rcmax(r.p.m) 51对电机直接驱动的卷取机：ner nj，否则，减速机的速比为：i=ner/nj 3 3、励磁调速

24、范围与最大卷径比、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 =2Rcner/60i= Dnmax/60i； 所以：nmax/ner=2Rc/D，D卷筒外径。52 4、卷取时电机功率计算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： kWTvkNNjer1000)(max2（12-13） k2塑性弯曲及摩擦影响系数，取k2=1.11.2。 T张力，N；v卷取速度，m/s；传动效率，0.850.9。（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

25、台以上卷取机同时交替工作，则： kWtttNNwwjer0（12-14）53tw 、 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) 电机的过载系数，Mer电机额定力矩=9550Ner/ner (N.m) 而最大力矩：Mz =MT+Mb+Mj+Mf Nm (12-15a ) 各力矩的意义及计算方法如下各力矩的意义及计算方法如下： 带材弯曲产生的阻力矩：Mb =Bh2s/4i10-3 Nm54 NmPidMRjjjj3102 PRj表示第j个轴承的支反力，它应由张力与卷筒、最大卷重共同产生。 加速卷取的动力矩： 张力产生的阻力矩：M

26、T =DwBh0/2i10-3 Nm Dw-带卷外径 卷筒轴承的摩擦阻力矩：NmGDDDiBSGDdtdniMpwmj2449221082 .3855 3 线材卷取机 线材卷取机的型式经历了两个变化阶段。60年代以前线材卷取机的作用是单纯单纯打卷打卷以便于线材的收集和运输。它有两种基本结构型式：1) 轴向送料的线材卷取机轴向送料的线材卷取机。如图所示，由轧机来的线材，经过管1和卷取机的空心旋转空心旋转轴轴2，从轴的锥形端的螺旋管3出来后，在自由地挂于轴上的卷筒5和外壳4之间的环形空间成圈地叠起。当打开门6 后，卷好的线材掉在运输机上。56 这种卷线机的主要优点是卷取过程卷取过程中线卷不转动，因

27、而可允许采用较高的中线卷不转动，因而可允许采用较高的卷取速度，卷取速度，这样，为选择较高的轧制速度创造了有利的条件。然而由于金属在卷取时被扭转(卷取机每转一转金属扭转3600)，故这种卷线机常用于卷取直径较卷取直径较小的圆形断面金属小的圆形断面金属。 57 2) 径向送料的线材卷取机径向送料的线材卷取机。如图卷筒1与托钩2一起旋转，金属经管3沿切向进入卷筒与外壳4之间的环形空间。卷取时，外壳支在托钩上一同旋转。卷取终了卷取机停止，在曲柄机构5的作用F使辊子支架6升起，托钩被掀向卷筒内侧，外壳4落到圆锥座7上，从而使成品卷落在运输机上。在下一次卷取开始前，卷取机加速到稳定速度。 由于线卷在卷取过

28、程中作高速旋转运动，因此线卷旋转的不稳定性及巨大的转动惯量限制了这种卷线机的卷取速度。然而由于被卷金属无扭转现象，故可用来卷取断面尺寸较大的、甚至非圆断面的轧材。 58 从使用角度看，大多数的热轧线材用于拉大多数的热轧线材用于拉丝丝。60年代由于拉丝生产对线材的要求提高而导致线材轧饥的卷线机在结构上进行了重大的改进。 拉丝拉丝生产对其原料热轧线材的要求是： 1)最少的氧化铁皮最少的氧化铁皮，且易于去除，从而缩短拉丝前的酸洗时间和耗酸量。 2)高强度高强度。 3)线材在全长上具有均匀的机械性能，从而保证线材制品在全长上的机械性能的均匀性，拉拔性能良好，不致在拉拔时产生断裂现象不致在拉拔时产生断裂现象。 59 4)高的断面收缩率及延伸率高的断面收缩率及延伸率。随着线材轧机轧速的不断提高及盘重增大，线材的卷取温度高达1000 0C左右，此时若仍按传统的卷取工艺和传统的卷取机卷取，将产生下列严重的不良后果： 盘重大，成卷的线材因缓冷而产生大量的氧化因缓冷而产生大量的氧化铁皮铁皮，且属难于溶解的Fe3O4。