500带材卷取机开题报告

燕山大学里仁学院

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称： 500带材卷取机结构设计

学院（系）：燕山大学里仁学院机械工程系

年级专业：08级机械制造及自动化专业

学生姓名：李沅松

指导教师：王敏婷

完成日期： 2014.3.28

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

卷取机是将热轧或冷轧钢材卷取成卷筒状的轧钢车间辅助设备，在热带钢连轧机（热连轧机组）、冷带钢连轧机和线材轧机上布置在成品机座之后，在单机座可逆冷带轧机上则安装在轧机的前后。

热带钢卷取机最早是八辊成型导板导入，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，容易形成塔形。现在，多数采用三辊式卷取机，用计算机进行控制，卷取机的引料辊由康佳结构改进摆动机构以便快速提升上辊，满足卷曲张力的要求。

冷带卷取机是地上卷取机，卷曲机构由形块改成扇形块，与扇形块机构对称，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，防止钢卷不圆，为了满足卷卷曲工艺要求，保证卷曲质量，卷取机能夹紧板头和缷巻，一定采用钢板头夹紧机构，卷筒胀缩机构，近年来擦用液压伺服系统自动调整卷取机位置，保证板边整齐。

近年来由于卷曲机构的改造，卷筒一般有两段胀缩和三段胀缩机构，胀缩量大，最近使用四棱锥可控制刚度的卷筒，这种卷取机在卷曲过程中，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，邦郑卷筒的刚度。卷取机缷巻侧都有轰动支撑，以提高刚度的同事保证缷巻的要求。

目前，国内虽然各钢铁公司使用的卷取机在设备数量上不少，但大部分是由外商技术负责提供相关设计图纸，然后在国内制造厂进行转化设计后配套制造。国内的研究能力不足，核心技术少，与国外先进水平差距还是比较大的。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

机械设计时特别强调和重视要从系统的观点出发，首先，合理确定系统的功能，增加可靠性，提高经济性，保证安全性。

1、卷取机整体结构的设计

冷带卷取机的卷取装置冷带钢的卷取装置有两种型式：卷筒和助卷装置组成的卷取装置和卷筒上带有咬钢功能的钳口装置的卷取装置。前者多用于高速的冷连轧机上，以提高轧机的生产率；后者多用于单机座冷轧机上。

冷带卷取机的传动装置 卷取机的传动装置的型式与卷筒所要求的调速有关。卷取过程中带卷的直径不断的增大，为保证带钢始终在恒张力下进行轧制，卷取机的卷筒转数应相应减慢。在整个卷取过程中，卷取机不断地调速。卷取机调速的方法有机械、电动和液压调速三类。

2、卷筒主要参数的设计

在确定卷取机的主要参数之前，应从轧钢工艺方面取得以下数据和依据：

⑴卷取机所卷各种带钢的尺寸：带钢的厚度、宽度和长度。

⑵所卷带钢的材质。

⑶带钢的张力值。

对带钢卷取机的主要参数讨论如下。

⑴卷筒直径的确定

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。按照弹塑性弯曲理论，对冷卷取机来说，卷筒直径与被卷带材的厚度及机械性能之间应满足下面关系

D ≥s

Eh σmax mm 式中 s σ —— 卷取温度下带材的屈服极限，MPa ；

E —— 带材的弹性模量，MPa ；

max h —— 带材的最大厚度，mm ；

另外，由于受卷筒强度和作业线工序互相衔接的限制，卷筒直径不宜取得过小或过大。

⑵卷筒径向压力计算

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。计算卷筒径向压力时，通常把卷于卷筒上的整个带卷看作受压的厚壁弹性圆筒，从而推导出带卷作用在卷筒表面的径向压力公式。我们这里引用英格利斯公式：

P 0=21σ（1－20

2r 当r ）㏑22022r r r 当当--R 式中 P 0 —— 卷取外表面的径向压力，kg/cm 2；

σ —— 卷取张应力，kg/cm ；

R —— 带卷外半径，cm ；

r 0 —— 卷筒外半径，cm ；

r 当 —— 卷筒内当量半径（mm ），它是将四棱锥卷筒或扇

形块的卷筒看作当量弹性厚壁圆筒时的内半径的，r 当=0.42 r 0。

⑶胀缩缸平衡力计算

以开式倒置四棱锥为例：

（1）锥面间的反力 带卷对每一扇形块的压力可用等效力表示P

DBp d p Br P 2

2cos 2402==⎰θθπ

N 式中B ——带材宽度，mm 。

锥面反力N 为

α

αsin 2cos )1(222f f P N +-= N 式中 2f —— 卷筒零件摩擦面间的摩擦系数；

α—— 棱锥角

（2）胀缩缸平衡力Q 计算

()α

αtan 21tan 42222f f f P Q +--= N 3、卷筒传动设计

⑴卷取机的速度控制 卷取机速度控制要同时考虑一下两个因素：为适应机组速度变化而调整卷取速度时，不应影响电机的驱动力矩；为适应卷径变化而调整卷筒转速时，不应引起张力的波动。可以同时采用调压（恒力矩）和调激磁（恒功率）两种调速方法，分别适应上述两种情况，以充分的利用电机的容量。

⑵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f n 相适应

f n = c

R v πm ax 30 r/min 式中 m ax v —— 最大卷取线速度，m/s ；

C R —— 最大带卷半径，m 。

⑶激磁调整范围与最大卷径比 为实现在卷取过程中张力不发生波动，卷筒的电机的弱磁调速范围应满足下列要求

er n n m ax = D

R e 2 式中 m ax n —— 卷筒电机弱磁调整的最大转速；

D —— 卷筒直径，m 。

⑷卷筒电机功率计算 卷取带材所需的传动功率应由带材的张力、塑性弯曲变形、卷取的速度和加速度及摩擦阻力等因素确定。由于塑性弯曲和摩擦的影响远小于张力，故初选电机时，额定功率er N 可按下式近似计算

er N ≥f N =η

1000)(max 2Tv K Kw 式中 2K —— 塑性弯曲及摩擦影响系数，取1.1~1.2；

T —— 卷取张力，N ；

v —— 卷取速度，m/s ；

η —— 传动效率，取0.85~0.9

f N 称为计算功率，max )(Tv 表示在各种工艺制度下，张力和速度乘积的最大值。

4、强度校核

5、冷带钢卷取的工艺特点

⑴张力 冷带钢卷取突出的特点是采用较大张力。此外由于张力直接影响产品质量和尺寸精度，因此对张力的控制也有严格要求。

⑵表面质量 冷带钢表面光洁，板形及尺寸精度要求较高，因此对卷筒几何形状及表面质量的要求也相应提高。

⑶钢卷的稳定性 冷轧的薄带钢采用大直径卷筒卷取时，卸卷后带卷的稳定性极差，甚至出现塌卷现象。因此加工带材厚度范围大的生产线应能采用几种不同直径的卷筒，小直径卷筒用于卷取薄带。

⑷纠偏控制 带钢精整线往往要求带钢在运行时严格对中，使卷取的带卷边缘整齐。为此常采用自动纠偏控制装置。