大张力连续纵剪机组中的卷取机设计
总第１３ｌ期２００２年第５期
河北冶全
ＨＥＢＥＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
ＴｏｔａＩ１３ｌ
２００２，Ｎｕｍｂｅｒ大张力连续纵剪机组中的卷取机设计
赵威
（包头钢铁公司带钢厂，内蒙古包头０１４０１０）
摘要：介绍自行设计的大张力连续被动拉剪的简单工艺流程，着重从设备角度介绍大张力卷取机的结构设计和计算，依据有关计算公式，计算了卷取机的卷筒径向压力，确定胀缩液压缸直径及工作油压，卷筒传动功率等。
关键词：卷取机：大张力；设计计算
中图分类号：１－Ｇ３３３．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—５００８（２００２）０５一００３４一０３麟赋ｏＦ００衄己矾∞Ｍ眦顾】Ｓ啪ＴＥＮ删卿ｍＣ【删卿
ＺＨＡＯＷｅｉ
（ｓｔｒｉｐＳｔｅｅｌＰｌａｎｔ＋ＢａｏｔｏｕＩｒｏｎ锄ｄＳｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｂａｏｔｏｕ＇ＮｅｉＭｏｎ２印ｌ，０１４０１０１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐａｓｓｉｖｅｌａｒ盈ｅ－ｔｅｎｓｉｏｎｄｒａｗｉｎｇｃｕｔｔｃｒｄｅｓｉ鼬ｃｄｂｙｏｕｒｓｃｌｖｅｓｉｓｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｓ订ｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉ鼬ａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔ１１ｅｃｏｉｌｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ锄ｐｈａｔｉｃａｌｌｙ疗ｏｍｔｈｅａｎ２ｌｅｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｄａｔｉｖｅｆｏｒｍｕｌａｔｈｅｒａｄｉａｌｐｒｅｓｓｏｆｉｔｓｗｉｎｄｉｎ２ｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｆｏｒｃｅｕｐｏｎｔｈｅｃｏｉｌｅｒｈｅａｄａｎａｌｙｚｏｄ’ｔｈｅｄｉ踟ｃ￡ｅｒｏｆｅｘｐａｎｄｉｎ粤ｒ＿ｃｏｎ打ａｃｔｉｎ＿ｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｗｏ—（ｊｎｇｏｉｌｐｒｃｓｓｕｒｅａ１１ｄｄｒｉｖｅＤｏｗｅｒａｎｄｅｔｃ．ｄｅｔｅｎｎｉｎｅｄ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｃｏｉｌｅｒ：ｌａ噜ｅｔｃＩｌｓｉｏｎ；ｄｅｓｉ即ａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅ
１前言
目前，国内窄带钢的生产技术发展的十分迅速，对产品质量要求越来越严格，产品的几何尺寸的控制范围越来越窄，在这种情况下，包头带钢厂对热轧带钢进行一道次冷轧，以改善板形和厚差，再进行连续纵剪，为用户提供不同规格的产品，满足深加工需要。新卷取机卷取张力为４．８５吨是原四连轧卷取机２吨的２．４３倍，重３．８吨是原卷取机的１．４吨的２．７倍。原卷取机的使用中，还存在如下问题：（１）Ｔ型键经常断裂；（２）卷筒使用寿命短。新卷取机卷筒棱锥形式为正四棱锥两段，卷简直径①５００ｍｍ，胀缩范围①４８６～∞５００ｍｍ，卷筒有效长度４２０ｍｍ，棱锥角度口＝８０，外在参数及结构形式同原卷取机。本文主要介绍在卷取机外部参数不变、张力增大的情况下，如何运用有关计算公式，优化设计卷头内部参数和改进内部结构，使其满足生产需要的。
收稿日期：２００２—０８一０２
３４１．１工艺流程
钢带首先经过鼓型辊，五辊破磷机去除大部分氧化铁皮，再经四辊轧机进行一道次冷轧，压下率１５％，经圆盘剪切，最后卷取成３．８吨卷。在此工艺流程中，前一卷钢带和后一卷钢带通过剪切机剪切后，通过电弧焊首尾相连，在整个纵剪过程中只需一次穿带。另外，圆盘剪在首次穿带时，由电机传动剪切，随后打开离合器进入被动拉剪状态，此时，由卷取机提供大张力，完成整个剪切过程，故称为大张力连续纵剪。
１．２轧制、纵剪材料的特性分析
设计考虑包钢公司原料来源，主要仍为普碳钢及少量的低碳合金钢带，选定Ｑ２３５ＢＦ为参考材料，进行特性分析。
首先对所需轧制和纵剪的０２３５ＢＦ钢带进行了１５％压下量的模拟冷轧制，取得第一手资料，做为以后设计计算的依据，轧制前后的有关机械特性见
万方数据
河北冶金２００２年第５期表１
表ｌ０２３５ＢＦ轧前、后性能
２卷取机设计计算
２．１卷取机与圆盘剪间的张力计算
纵剪所用带材数据见表１中轧后数据，按剪裁
四条，剪刃数为５对计算。
ｌ对圆盘剪剪切力Ｐ＝８３４．７ｋｇ
当圆剪为被动剪切形式时，卷取机卷筒的所需
张力７＝４８５４．４ｋｇ（计算过程略）。
２．２卷取机设计
２．２．１设计依据
计算卷筒径向压力有许多公式，这些公式计算
的结果同实际相近的很少，从卷取机实际工作情况
来看，带材是一层一层地缠绕在卷筒上，每卷取一
层带钢其作用在卷筒上的径向压力是变化的，不能
只简单的把整个带卷外径做为最大卷径Ｄ，卷筒外
径为内径ｄ，受压力为尸１＝２Ｚ／６Ｄ，内压为Ｒ（卷
筒径向压力）的厚壁弹性圆筒，而是把带卷作为连
续带环多层组合弹性圆筒，比较符合实际情况。故
引入“当量卷筒”这一概念，当量卷筒外半径，０
就是卷筒外半径，内半径就是卷筒当量半径，．当，
当量半径ｒ当按推荐值选用，如四棱锥，弛＝０．２～
０．４％．
２．２．２引用周国盈推导的公式计算下列数据
。疋。群．五
旷ｃ亏‘言儿ｎ露ｏ）式中：跏——卷筒外压力，ＭＰａ
ｌ１．
Ｃ—Ｃ２虿（１?万）（２）
．二口。
其中，为带材层与层之间摩擦系数，对于卷取冷态钢带，选取，＝０．１～０．１５，对于卷取热态钢带取，＝０．３５，Ｃ可按下表选取。
摩擦系数，０．１Ｏ．１５Ｏ．３５
Ｃ值０．８６５０．８１２０．６６６
口——卷取单位张力，口＝Ｚ佃矗，Ｚ为卷取机张力、６为带宽、五为带厚。
，．耋＝篇，彳：＝Ｌｎ≥，其中２４为棱锥轴
横断面边长平均值。
按第三强度理论，得出卷筒外表面的强度条件瓤慵”护警即、㈣巧合外２ｄ，一ｄ，２——：ｆ≤『口１（２）
卷筒内表面的强度条件为：
‰咆可，＝警即，㈣
２．２．３卷取机卷筒胀缩液压缸校核
胀缩液压缸受力分析简图略，本文油缸推出卷筒涨开，胀缩油缸保证最大带卷时卷筒不缩径的最小推力，为：
Ｆ＝４Ｐ０％６（ｔｇ口一７１）式中：Ｐ一一胀缩油缸最小推力，公斤；，。——斜楔摩擦表面摩擦系数，，ｌ＝Ｏ．１２，口——棱锥角，口＝８０．
油缸所产生推力为：
Ｒ毒
９２丁Ｂ刀，式中：尸，——油缸工作油压力（ＭＰａ）；叩——油缸效率，本文取０．８５，ｄ一一活塞直径。张缩油缸保证卷取最大带卷时，卷筒不缩径的条件为ｐ应大于Ｆ，即：
ｐ＝孚Ｂ叩玎ｄ繇㈤ｐ２丁Ｂ
Ｊ『７玎ｄ可丙（４）
求液压缸反向推力∥
∥＝—｝（扩一ｄ１２）尸，刁（５）式中：ｄ。——活塞杆径。
在保证液压缸活塞拔得出的条件下，斜锲摩擦表面最大允许的摩擦系数『，ｍ肼１可按下式来决定。
０’
『７ｍａ卜刁翥石∞）式中符号同前。
２．２．４综合计算
用以上公式，将１／２的棱锥横断面边长平均值从原四连轧卷取栅＝８５开始取不同值，计算以下参数Ｒ，Ｊ合外，Ｊ合内，尸，，Ｆ，Ｅ、『７ｍ。１，‰，其中％为弓形板弦线高（示意图略）。
本文设计的大张力卷取机结合上文选定参数如下：
产４８５４ｋｇ：，＝０．１５；Ｃ＝０．８１２；６＝３３０ｍｍ；尺＝７００ｍｍ（带卷最大半径）；矗＝３．４ｍｍ（带厚）；确＝２５０ｍｍ；ｄ＝２５０ｍｍ；ｄ】＝８０ｍｍ；，ｌ＝Ｏ．１２
３５
万方数据
总第１３ｌ期ＨＥＢＥＩＹＥＪＩＮ
２９．９７３０．３６３０．７４３１．１０３１．４７３１．８２３２．１７３２．５２３２．８２２２．２５
２０．８０
１９．４０
１８．０４
１６．７０
１５．４２
１４．１６
１２．９２
１１．７２
８２．１９
８１．５２
８０．８８
８０．２５
７９．６６
４９．０７
７８．５ｌ
７７．９６
７７．４２
２８．６
２９．０
２９．３
２９．７
３０．Ｏ
３０．４
３０．７
３１．０
３１．４
０．１５９
Ｏ．１５９
０．１５９
Ｏ．１５９
０．１５９
０．１５９
０．１５９
０．１５９
Ｏ．１５９
可以通过表２的数据发现Ｐｏ，只，Ｊ合外，Ｊ合内随彳值变化的关系，直观地说明以下问题：（１）Ｔ型键折断，随４的增大。尸ｏ，只在增大，而ｄ合外、巧合内、％在增小，引起注意的是原四连轧卷取机，彳＝８５ｍｍ，巧合内＝８２．１９ＭＰａ、ｊ￡兰０．５２，ｄ合内超过了弓型板的许用强度，允许值『口１＝６肛８０ＭＰａ，而当点兰０．４ｌ时，彳＝１２０ｍｍ，巧合内＝７７．９６ＭＰａ已降到许用值ｆｏ１＿６０￣８０ＭＰａ范围内。从表２可以清晰地说明这一问题，当４选ｆ值不合理时，如原四连轧卷取Ｅ值过高，超过推荐值时，导致弓型板过厚，棱锥面过小，致使原卷取机的Ｔ型键由于空间限制，尺寸过小，受力横截面宽度只有２２ｍｍ，极易折断，卷筒内应力过大超过许用值。彳值取合理，即Ｅ值合理时，如新设计卷取机，不但卷筒内外应力值下降至许用值，而且弓形板的合理减薄，使棱锥面尺寸增大，有空间做出所需的新Ｔ型键，新做的Ｔ型键受力横截面宽度达到３６ｍｍ，超过原Ｔ型键１４ｍｍ，既大大改善了Ｔ型键易折断的强度问题，还为以后轧制高精度带钢时，设计液压钳口留出了空间。（２）卷筒的内、外应力得到合理分布。
结论：
选取棱锥横断面平均值为：刎＝２４０ｍｍ，庐Ｏ．４ｌ，来设计此次大张力连续纵剪卷取机。
（１）在弘４８５４Ｋｇ的大张力下，通过表２可知，卷筒内外强度校核都低于许用值６啦８０ＭＰａ，通过。
（２）Ｔ型键易切断问题，通过上述分析可得到很大改善。
（３）在外部结构尺寸未增加，张力增加２．４３倍的情况下，通过使用证明，棱锥头使用寿命提高４倍以上。
（４）采用原有巾２５０胀缩缸不变，只需将工作３６
压力提高到７．５ＭＰａ，即可满足要求。
（５）本文选用斜摩擦系数为Ｏ．１２，小于保证液压缸活塞拔得出的条件细ａｘ≤０．１５９，满足要求。
２．２．５电机和减速机选配
（１）电机控制原则：
卷取机在卷取过程中，为了保证所卷钢带质量，采用恒张力、恒线速最大力矩张力调节控制系统。
（２）电机功率选择
采用直流电动机，根据机组的最大张力和最大速度选取电机功率。最大张力弘４８５４ｋｇ，机组最大速度ＰＩｍａｘ＝３．２ｍ／Ｓ。
枞Ⅳ＝尺等（系始Ｉ．１５，效率．『７＝０－９），Ⅳ＝器＝１９４．６ｋｗ
所以，电机功率选为２００ｋＷ
由于卷筒的缠绕比为Ｊ＝１．７５ｍ／０．５ｍ＝３．５（其中０．５ｍ为卷简直径，１．７５ｍ为剪切窄带时的最大卷径，以前计算所用卷径为卷取厚带受力条件最差时卷径），对于电机来讲，在弱磁区达到这一比值很难。根据最大力矩张力调节系统的性质，电机变磁场调速范围占整个卷取机调速范围的６５％～８０％为宜，过分压缩变磁场调速范围，势必导致电动机容量的增加，所以电机转速选为Ｏ～５００￣１５００ｒ／ｍｉｎ．（３）减速机的选择
根据最大力矩调速系统，选弱磁调速为整个调速系统的７５％，则电机的弱磁调速范围为：
５００×３．５×７５％产１３１２ｒ／ｍｉｎ．
１３１２／３．５＝３７５ｒ／ｍｉｎ．
ｆ１：转第３９页）
：３∞钌∞钙∞驺∞巧
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跖∞％啪；呈ｍ
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万方数据
河北冶金２００２年第５期
使热装率受到限制。同时轧钢机时产量高，时产量不能与其匹配，故不能实现全热装。
炼钢机量，简化了生产工艺流程，简化了生产操作。
（２）炉尾上料辊道因热坯停放时间长，且受炉气冲刷，经常损坏，为适应生产，需做系统改造，保证高温坯的正常输送。
８
结论
（１）津西全热装工艺大提高了加热炉加热能
力，热装温度达７８０～７９０℃，进而提高了轧钢产
（２）热送热装工艺达到了节能、降耗的目的，津西钢铁公司生产一年来仅重油一项就可节约成本７００余万元。
参考文献：
『１１郭迁钢．连续铸钢『Ｍ１．北京：冶金工业版社，１９９５．
『２１张树堂．连铸坯热送热装类型及相关的冶金学问题『Ｊ１．轧钢，
１９９８。
（５）：３－６．
（上接第３０页）
领域有着自己独特的见解和解决方案，为多条连铸连轧生产线提供了中等厚度板坯连铸机，同时也保留了传统生产方式的各方面优点，ＶＡＩ技术特点表现为：
（１）中等厚度板坯连铸机配置有在线压轧机，是解决中厚板坯变形大问题的核心设备。
（２）中等厚度板坯连铸技术结合了厚板坯和薄板坯连铸技术优势，具有高产稳产，低的成本，高的产品质量和生产钢种（不论来自电炉还是转炉）多样性的特点。
．
（３）能满足电弧炉或转炉的各种等级钢种的
连铸质量，选择这项技术所能达到的实用效果的优越性已得实践证实。
（４）液芯压下不生产超薄带钢的有效措施，对于降低单位能耗和获得铸坯等轴状组织来说，效果是实明显的。
（５）薄带连铸技术的工业化生产，为独立于钢铁联合企业的小企业提供了竞争力。这一生产方式适合钢种变换频繁、批量小的特殊钢，它将回避与高产能的设备直接竞争问题。
参考文献：
『１１ＦＩｉｃｋＡ，
‰ａｙｒ
Ｇ，ＷｈＲｎｃｒＡ．
‘Ｖ赳’ｓＭｅｄｉｕｍＳｌａｂ
Ｃ够ｔｉｎｇ
ａｎｄ
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Ｔ∞ｈｎｏ删
一
Ｃ０ｎｆｉ叠ｕｍｔｉｏｎ
锄ｄ
Ｒｅｓｕｌｔｓ限１．Ｂｅｉｉｉｎ叠：ＩＳＣ，２０００．
『２１任吉堂，刘宏强．邯钢薄板坯连铸连轧试产情况分析『Ｊ１．
钢铁，２００ｌ，３６（１２）：４４．
（上接筋６页）
所以，电机弱磁调速范围为：５００～１３１２ｒ／ｍｉｎ．电机工作范围为：３７５～１３１２ｒ／ｍｉｎ．
与电机转速ｎ＝１３１２ｒ／ｍｉｎ．相对应的卷取机卷筒转速（即在最小卷径时）的转速门。ｉ。为：
玎。ｉｎ－Ｗ（Ｄ。ｉ。×３．１４／６０）＝３．２／（０．５×３．１４／６０）＝１２２ｒ／ｍｉｎ．
减速机的速比为：
ｆ＝１３１２／１２２＝１０．７５
取ｆ＝ｌＯ．０８
根据电机功率Ｉｖ＝２００ｋｗ、扭矩朋＝３３７０Ｎｍ，选用型减速机ＺＬｌｌ５．４．ＩＩ（ＪＢｌｌ３０．７０）型减速
机。
３
结论
在此机组的设计计算过程中，主要考虑的是解决：
（１）在大张力情况下卷筒的设计合理性和结
构合理性，以及大张力引起的大扭矩的传递问题。（２）在卷筒的缠绕比为３．５的情况下，直流电动机的选择。此机组使用实践证明，效果良好。
参考文献：
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ｒ２１吴濮良．轧钢机械『Ｍ１．ｊｔ京：高等教育出版社，１９８２．
３９
万方数据