1700冷轧机组卷取机设计1 绪论1.1选题的背景和目的卷取机的设计，除了按一般机械设计程序进行机构和强度设计外，尚有几个与工艺和操作有关特殊问题。

如机构选择、主要参数确定、卷筒压力计算和张力、调速、卷取质量等。

卷取机的结构形式的选择，热带钢卷取机装在热带钢轧机的后面地下式卷取机，一般三辊式成形辊布置多支点棱锥型卷筒。

冷轧带钢卷取机安装冷轧机组、平整机组外，广泛用于各类纵切和横切精整机组、重卷机组和酸洗机组的不同部位以满足不同的工艺要求。

在可逆式冷轧机上轧制时，带钢张力由卷取机产生，因而这种卷取机要承受很大的张力，宽带钢的张力可达400~500千牛，特别多辊轧机轧制合金薄带材时，带钢对卷取机的径向压力极大，长期以来多采用带钳口的实心卷筒。

再设置重卷机组倒卷，多采用八棱锥无缝隙卷筒，以防止卷筒损坏坯带材表面。

冷带钢卷取机是冷轧生产的重要设备。

通过卷取机将带钢卷成钢卷，以便贮存和运输。

卷取机的设计，为解决针对工艺和操作有关特殊问题背景下进行的。

其目的是确定合理的主要参数。

通过综合分析选择正确的机构，按工艺要求确定张力的大小，计算调速范围，保证恒张力卷取。

按实测张力讯号调整电机转速，解决卷取带卷平整，防止产生左右偏斜的跑偏问题。

提高卷取质量。

这次设计，根据卷取机生产中存在的问题，制定合理的改造方案，选择合适电机以满足调速范围的要求。

通过设计过程，掌握单体机械设备设计方法，提高绘图技术和设计能力，为以后工作打下良好的基础。

1.2带钢卷取机国内外发展热带钢卷取机最早是八辊成型导板引入，生产中事故较多，改成四个成型辊和导板。

由于压力不均，钢卷质量不好，易形成塔形。

现在，多数采用三辊式卷取机，用计算机进行控制。

卷取机的引料辊由框架结构改进摆动机构以便快速提升上辊，满足卷取张力的要求。

冷带钢卷取机是地上卷取机，卷筒机构由形块改成扇形块，由于扇形块机构对称、强度高，在冷轧机上广泛应用。

近年来，冷轧机发展采用高速、大卷重、自动化。

要求卷取机进行改革。

采用八棱锥扇形块卷筒，对薄带钢采用牙条扇形块无缝隙卷筒，以防止钢卷不圆。

为满足卷取工艺要求，保证卷取质量，卷取机能够夹紧板头和卸卷，一定采用钢板头夹紧机构，卷筒胀缩机构。

近年来采用液压伺服系统自动调整卷取机的位置，保证板边整齐。

近年来，由于卷筒机构的改进，卷筒一般有两段胀缩和三段胀缩机构，胀缩量较大。

最近，使用四棱锥可控制刚度的卷筒。

这种卷取机在卷取过程中，随着径向压力的增加有微量的自动缩径。

从而，在不影响带钢张力的前提下，大大减少了带钢对卷筒的径向压力。

以保证卷筒的刚度。

卷取机卸卷侧都设有活动支撑，以提高它的刚度同时，保证卸卷要求。

1.3冷带钢卷取机研究内容和方法1.3.1冷轧机组平面布置图，卷取机的作用1700冷轧机组平面布置如图1.1所示1 预拆卷机2 伸直机3 拆卷机4 导向辊（二个）5 机前压板6 1700四辊轧机（二架）7 张力辊8 卷取机图1.1 1700冷轧机组平面布置示意图1700冷轧机是不可逆轧机，采用二辊机架连轧，也称二重式冷轧机。

轧制工艺过程是，将吊车吊运的钢卷用拆卷机拆开，由伸直机将带钢头部平直。

拆卷机转动使带钢经过机前压板进入四辊轧机运行到卷取机，带钢头部被卷取机钳口夹紧。

卷筒直径胀大，卷取几卷后，压板压紧，进行轧制。

轧制一道次后，卸卷返回卸卷机再重复前面的工艺轧制，重复一次轧制四道次。

由于都是正向轧制道次压下量大，起到五道次的作用。

机前压板产生后张力，而二机架中间用张力辊产生张力，并用液压缸调节它的大小。

这样轧制工艺生产率高、成材率好，相当二机架连轧。

卷取机的作用保证卷取带钢，并产生恒张力轧制。

1.3.2冷带钢卷取机的类型和特点由于成卷冷轧带材生产方式的发展，卷取机成为轧制和各精整线中不可缺少的重要设备，根据不同的用途采用不同的结构形式。

在不同的卷取速度、带卷重量和卷取张力的条件下，卷筒承受较大的张力，这就决定了卷筒结构的多样性和复杂性。

从卷筒的发展过程来看，先后有无心卷筒和凸轮式、斜楔式、棱锥式和径向柱塞式等胀缩卷筒。

卷取机采用固定式卷取外，也出现浮动式卷取机，卷取机横向移动，补偿带材跑偏。

可采用光电或气动式发射和接受装置实现随机控制。

1 实心卷筒卷取机实心卷筒强度和刚度最大，卷取时产生的弯曲和塌陷变形少，保证均匀的张力。

多半用于冷轧带材的多辊轧机上。

但实心卷筒不能胀缩，故不能卸卷，卷取后需要重卷。

2 凸轮式卷筒卷取机这种卷取机用凸轮实现胀缩卷筒，强度和刚度低，对称性差，动平衡不好，加工较困难，凸轮磨损严重，容易卡住而不能胀缩，大型卷取机很少用这种卷筒，多用于小型冷轧机组。

3 弓形块卷筒卷取机弓形块卷筒卷取机，带有独立的钳口，斜楔式胀缩卷筒，这种卷筒虽然机构比较复杂，加工较困难。

但实践证明使用性能良好，工作可靠，卷筒轴强度、刚度较高，平衡性较好，广泛用于轧机、酸洗机组和精整机组中。

4 棱锥式卷筒卷取机棱锥式卷筒结构简单，斜楔机构工作可靠，强度和刚度较大，可在高速下以大张力卷取带卷。

胀缩液压缸与卷筒旋转部分分开，改善液压缸的工作条件，容易密封。

转动部分飞轮较小，利于快速启制动。

特别四棱锥得到广泛应用。

1.3.3带钢卷取机研究内容和方法为搞好卷取机的设计，应研究下列内容，按下列方法进行：1 下厂收集资料，实习有关设备，了解生产中存在的问题，查阅与设计有关的资料。

2 制定设计方案，对生产中存在的问题进行改进，制定合理的设计方案，并对方案进行评述。

3 对电机容量进行选择，制定传动方案。

4 对主要零部件进行设计计算，保证强度和刚度要求。

5 绘制总图、部分部件图和零件图。

6 说明试车要求、润滑方法和油脂，为达到设计功能采用合理控制方案。

7 经济分析与评价。

2 方案的选择与分析冷轧机组采用的卷取机一般用四棱锥式卷取机，有卷筒轴和四个扇形块组成。

卷筒的胀缩靠扇形块与其下面的棱锥轴上的斜楔轴向相对运动来实现。

由于结构对称，强度和刚度好，适用大张力卷取。

因此选择扇形块式斜楔四棱锥卷取机。

卷取机传动简图见图2.1。

1 卷筒2 推动杆3 空心传动轴4 减速机5 制动器联轴器6 电机7 双向胀缩液压缸 8 随动液压缸 9 活动支承图2.1 卷取机传动简图卷筒有电机经减速机带动空心棱锥轴来传递，卷筒的胀缩靠液压缸带动推动杆实现胀缩。

现代冷轧机向高速、大卷重、自动化方向发展。

为保证钢卷质量，对卷取机做了改进，为了减少卷取机的传动惯量以改善卷取机启动、制动、调速性能。

对传动齿轮设计时减少惯量。

其次为解决卷取轴的加工困难，改进卷取轴圆形用键装上较短的带斜楔的四棱锥轴这样改进不仅加工长卷取轴方便，而且更换提高维修度，由于冷轧机带钢出口速度很高已达40米/秒。

为提高轧机的生产率，缩短辅助操作时间，方案中卷筒均不采用钳口。

而用助卷机帮助带钢绕在卷筒上，这样卸卷方便快速。

3 卷筒的设计计算3.1卷筒当量半径的确定对于冷轧带材卷取机，卷筒直径的选择一般以卷取过程中内层带材不产生塑性变形为设计原则。

对热轧带材卷取机，则要求带材的头几圈产生一定程度的塑性变形，以便得到整齐密实的带卷。

四棱锥扁形块式卷筒，可从弹性变形等条件到出卷筒当量半径公式 22202A A r r ++=当 [1，467]（3.1） 式中：o r ----卷筒半径mm2A ----A r 2ln 0[1.467]αtg L A A maz /2-=maz A 为棱锥轴横断面大边长L----为段棱锥轴长α----棱锥角αtg L A A maz /2-=︒⨯-=8182185tgmm 31.146=mm AA 16.73231.1462===7989.016.132230ln 2=⨯=A22202A A r r ++=当71.0271.02302+⨯=mm 88.122=3.2卷筒径向压力的计算径向压力计算不仅是卷筒零件强度和胀缩缸推力计算的先决条件，而且与卷取质量直接相关。

一般认为卷筒径向压力与卷取张力和带卷直径、带卷和卷筒的径向刚度（包括带卷的层间变形效应和卷筒的胀缩性能）、带卷层间介质及表面状态、层间滑动与摩擦及带宽等因素有关。

由于这些问题在理论分析和实验研究方面都具有较大的难度，多年来国内虽有许多学者做了大量研究工作，至今仍不能精确计算卷筒径向压力。

卷筒压力的计算公式较多，一般都把卷筒化为薄壁圆筒，考虑圆筒受力后的弹性压缩变形与应力的，但没有考虑卷筒的自动缩径和卷层之间的摩擦的影响。

其中英格利斯公式较易于计算，其计算结果与不自动缩径情况较为接近。

英格利斯公式推导的出发点是，认为在张力卷取时，带材是连续依次地绕在卷筒上并把带卷和卷筒看成厚圆筒的整体。

2020220202)(ln 1r r R r R a a p ++-+=σ [1，466] （3.2） ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--+=121222022012μμE E r r r r E E a 当当 [1，466] （3.3）⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=220222020ln 122当当当r r r R r r t σσ [2,420] （3.4） 0σ----作用在带材上的张应力R----带卷外半径0r ----卷筒外半径当r ----卷筒当量半径1E ----带材的弹性模数2E ----卷筒的弹性模数1μ----带材波松系数2μ----卷筒波松系数若E E =1，21μμ=2020220202)(ln 2r r R r R a p ++-=σ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22222288.12223088.1221150ln 23088.1221205.19MPa 12.24= 式中：⎪⎭⎫⎝⎛+=πf e C 1121f=0.15 时，C=0.81⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--=220222020ln 122当当当r r r R r r t σσ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=22222288.12223088.1221150ln 23088.12212205.19 MPa 33.24=3.3卷筒的强度条件选择45#钢[]σσ≤-=22022当当合外r r pr（3.5） 22288.12223088.12212.242-⨯⨯=MPa MPa 58027.19≤=[]σσ≤-=22022当合外r r pr（3.6） 22288.12223023012.242-⨯⨯=MPa MPa 58051.67≤=3.4卷取张力的计算Mpa bh T 1207008.124.950=⨯⨯==σ（3.7）3.5卷筒胀缩机构受力分析PP图3.1 卷筒收缩时受力分析3.5.1卷取工作时收缩时的受力分析0sin cos =++-ααfN N Pααsin cos f PN +=（3.8） ︒+︒=12sin 12.012cos 12.24MPa 05.24=0sin 4cos 4=-+ααN fN F（3.9）()ααcos sin 4f N F -=()ααααsin cos cos sin 4f f P F +-=若 0sin ≈αf()f tg P F -=α4()12.01212.244-︒⨯=tgMPa 93.8=图3.2 卷筒收缩时受力参考图带宽为bAb p P m 2⨯=（3.10） A prp m 20=（3.11） Ab A pt P 220=∴155016.73216.73223012.24⨯⨯⨯⨯⨯=292.12160627MPamm =()f tg Ab A pr F o-=α224 12.0≈f（3.12） ()f tg b pr -=α024()12.012155023012.2424-︒⨯⨯⨯=tg2188.4504210MPamm =式中：F ----卷筒收缩时受力（卷筒工作时卷筒缩径）3.5.2卸卷时卷筒缩径的受力分析PP图3.3 卸卷时卷筒缩径的受力分析简图取扇形块为自由体0sin cos ='-ααN f PN （3.13） 0cos 4sin 4=+-'ααfN N F （3.14）()f tg b pr F '-='α024 [1,469] 125.0='f（3.15） ()125.08155023071.561940524-︒⨯⨯⨯⨯=tgMPa 111076.1⨯=式中：F '----胀缩液压缸反向推力（卸卷缩径） 3.6轴向胀缩液压缸行程计算N图3.4 轴向胀缩液压缸行程计算简图卷筒胀缩时直径1D()π1441GLD+=（3.16）()π113.258415.3364⨯+⨯=mm460=卷筒缩径时直径2D()π1442GLD'+=（3.17）()π1415.3364⨯+⨯=mm428=XGG2-='（3.18）X----径向位移αHtgX=卷筒胀缩量αππHtgXDDD24124121==-=∆（3.19）απtgDH24∆=︒=122432tg πmm 61.103=3.7胀缩缸直径的计算πη02p Q D H = [1，470] （3.20）9.03.159188.45042102⨯⨯=πmm 200=Q----胀缩缸张紧力 F Q ≥0p ----液压缸供油压力η----胀缩缸效率 9.0=η液压缸的反向推力Q '()ηπ0224p d D Q H H -=' （3.20） ()9.03.15975200422⨯⨯-=π286.3870708MPamm =H d ----活塞杆直径[]αtg bpr Q f +=0max 24 （3.21）155023071.561940524188.4504210⨯⨯⨯=2126.0=[]m ax f ----最大允许摩擦系数4 卷筒传动设计4.1电机的额定转速与传动比卷筒电机的额定转速er n 必须与卷取计算转速j n 相适应Cj R v n πmax30=[2，423] （4.1） π11501030⨯=s m /04.83=式中m ax v ----最大卷取线速度，s m /； c R ----最大带卷半径，m 。