卷取机的设计与结构分析

热带钢卷取机是热连轧机、炉卷轧机及行星扎机的配套设备, 可分地上式和地下式。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卷取机。我厂给昆钢1725mm热轧联合机组中生产的卷取机结构就是地下式的, 是在引进国外先进技术的基础上参考攀钢1450mm横切机组卷取机的结构而设计的, 能达到国内外同类产品的技术水平。

昆钢1725mm热轧联合机组中的卷取机安装在机组的尾部, 用来将以纵切园盘剪切完的窄条带材卷成带卷, 并进行纵向捆扎, 以便生产、运输和贮存。

1 设备结构特点及工作原理

本设备主要由以下几部分组成:

a、机座, b、减速机, c、卷筒装置, d、推板装置, e、活动支承, f、准确停车装置, g、稀油润滑装置, h、液压管路。

(1) 本设备为确保卷取带卷端面整齐, 保证质量, 而采用浮动机座, 由带钢边缘控制装置进行监控, 使机座跟踪带钢, 防止带钢卷取时产生串层, 使之控制在最小范围内。

机座部分主要由浮动底座和把在基础上的机座构成。在机座上装有浮动油缸, 其活塞杆与浮动底座相接。活塞为双向移动, 行程为±150 mm, 而浮动油缸的液压油由单独的带钢边缘控制装置的液压站供油, 并进行控制。浮动底座的滑道采用滑板型式, 可用顶丝调整上、下滑板之间隙, 在装配时保证或在压板下面加垫片实现, 该处滑动表面采用润滑脂润滑。

(2) 减速机为两级园柱斜齿轮, 是卧式的。卷筒主轴即是减速机低速轴, 大齿轮直接装在卷筒主轴上。此减速机除了完成减速实现动力传动外, 还起着机器架体的作用。因此箱体必须有足够的强度、刚度。减速机齿轮啮合处及其轴承采用稀油循环润滑。

(3) 卷筒是卷取机的核心部分, 是用来进行卷取带材的。卷筒上设有钳口, 能可靠地夹持住带材的头部, 以便形成张力。此卷筒采用了液压卷筒, 由液压缸控制实现缩径, 工作平稳、可靠。

卷筒由主轴、四个扇型块、四个胀径斜楔、钳口斜楔、拉杆、上钳口板、活动钳口板、液压缸等组成。

卷筒的胀缩是通过主轴中间的拉杆、推块等与胀径及钳口斜楔相连, 由液压缸推动来实现轴向移动。依靠斜面作用, 使四个扇形块产生径向移动来实现胀缩直径。按装配图中位置, 当液压缸活塞向左移动时产生胀径;向右移动时产生缩径。钳口设在下邻两个扇形块连接处, 胀径时钳口夹紧;缩径时钳口张开, 可以喂钢。液压缸装置固定在减速机上, 卷筒的回转是由变频交流电机通过减速机来传动。

(4) 推板装置是用来把已卷好的带卷从卷筒上卸下。推板装置设有两根导向杆, 用滑动轴承座固定在减速机的上箱体上, 推板装置前后移动用液压缸来操作。

(5) 活动支承是当卷筒卷曲带卷过程中带卷重力及卷取张力均作用在卷轴的一端, 为防止曲轴变形而影响生产, 在卷筒的另一端安装了活动支承, 以克服带卷重力及张力有效防止卷轴弯曲。活动支承由底座、拉杆、液压缸等部分组成。

(6) 卷筒准确停车装置是当卷筒停止时, 为了使钳口恰好停在操作线上, 使钳口正好对着引料导板, 以便带材头部顺利进入钳口。为此在机座与卷筒轴之间装有接近开关, 进行检测控制。

2 设备的能力分析

2.1 卷筒电机功率计算

式中:K—为考虑塑性弯曲和摩擦的影响系数, 一般取K=1.1~1.2

T—卷取张力 (N)

v—卷取速度 (m/s)

η—传动效率, 一般取η=0.85~0.9

(Txv) max—各种工艺制度下, 速度和张力乘积的最大

值额定转数

2.2 卷筒胀缩机构受力分析

由卷取机结构可知, 卷筒胀缩是由液压缸驱动的棱锥轴, 与弓形块相配合的斜楔来完成的。

斜楔角α小于滑动摩擦面的摩擦角ψ时不论卷筒上承受多大的径向压力, 不会使卷筒弓形块与棱锥轴相配合的斜楔面产生相对滑动, 处于自锁情况, 卷筒受力极为不利, 很容易产生塑性变形。

目前我们所设计的卷筒都是α>ψ的“缩径卷筒”。在卷取工作过程中, 卷筒压力达到一定值以后, 卷筒开始收缩。此时卷筒压力就会下降, 随着卷取工作的继续进行, 径向压力又继续增加, 增加到一定值以后, 卷筒又收缩, 一般在整个卷取过程中, 卷筒要进行3~4次收缩。

当α>ψ (一般取α=7~8°) , 卷筒径向压力大于斜楔摩擦表面的摩擦力和轴向胀缩液压缸推力时, 斜楔产生相对运动。所以卷取机卷筒在卷取过程会产生收缩。下面进一步分析卷筒的受力情况。

2.2.1 卷取机卷取工作时卷筒收缩

卷取机卷取工作时, 卷筒收缩, 胀缩机构受力分析如图1所示。

此时有如下平衡方程式:

因为f·sinα≈0 f=0.1~0.13

最后F=4·P· (tgα-f)

2.2.2 卷取机卸卷时卷筒缩径

卷取机卷取工作完毕以后, 为卸卷, 卷筒要缩径, 此时, 胀缩液压缸受反向力, 使斜楔作与胀径时相反方向运动。受力分析如图2所示。

弓形块1为自由体, 力平衡方程式为:

棱锥轴2为自由体, 力平衡方程式为:

因为f·sinα≈0 f=0.12~0.13 (f为摩擦系数)

最后F′=4·P· (f-tgα)

轴向胀缩液压缸所需力Q的选择。

胀缩液压缸应按照“顶得住”, “拨得出”的原则来选择。液压缸所需要的力Q应分别大于F和F′。

3 结语

该卷取机是首次自行研发设计的新产品, 各项性能参数都已达到国内同类产品的领先水平, 具有广泛的使用价值。也为各钢铁企业带来可观的经济效益, 同时大大带动行业的技术升级, 为我国钢铁企业的发展壮大做出了更大贡献。

摘要：阐述了热带钢卷取机的结构特点、工作原理, 进行了设备的力能分析。设备投产使用后, 卷取速度快, 效果好, 充分满足用户的使用要求。

关键词：卷取机,工作原理,结构分析,力能分析

参考文献

[1] 邹家祥.轧钢机械 (第三版) [M].冶金工业出版社, 2000.

[2] 周国盈.带钢精整设备[M].机械工业出版社, 1982.

[3] 王海文.轧钢机械设计[M].机械工业出版社, 1983.