逐层迭代法计算卷取机卷筒单位压力
卷取机等功率计算
(2.05)
1.6605(0.9) 1.845(0.9) 2.122(0.9) 2.49075(0.9) 2.7675(0.9)
低合金高强度钢等，σs定为450Mpa(N/mm2)
q=（0.03～0.05）σs =（0.03～0.05）×450 =13.5～22.5MPa（N/mm2） =1.35～2.25kg/mm2 q—单位张应力，Mpa（N/mm2）
(0.25)
0.315(1.4) 0.350(1.4) 0.4025(1.4) 0.4725(1.4) 0.525(1.4)
0.35～0.65 0.364～0.803 0.432～0.887 0.478～1.056 0.569～1.225 0.660～1.335
(0.50) 0.65～0.95
0.585(1.3) 0.650(1.3) 0.7475(1.3) 0.8775(1.3) 0.975(1.3) 0.624～1.083 0.741～1.197 0.819～1.425 0.975～1.653 1.131～1.801
Md—动态转矩, N·m；
GD12—卷筒飞轮矩，N·m2；
GD12＝πρBg/4×10-15 D14D1—卷筒直径，mm；
ρ—卷筒材料密度，kg/m3；
B—卷筒宽度，mm；
g—重力加速度，g＝9.81m/s；
GD22—钢卷飞轮矩，N·m2；
GD22＝πρBg/8×10-15 (D4－D04)
ρ—材料密度，kg/m3；
(0.75) 0.95～1.35
0.810(1.2) 0.900(1.2) 1.035 (1.2) 1.215(1.2) 1.350(1.2) 0.836～1.411 0.993～1.559 1,097～1.856 1.306～2.153 1.515～2.346
卷取机详解
所以：nmax/ner=2Rc/D，D——卷筒外径。
30
4、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：
NerNj
k2
(Tv)maxkW
1000
1、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 轧件 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
7
的情况下，上辊抬起，使带钢通过它进入下一台卷取机。 2、卷筒： 在高压下能实现胀缩，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。 卷筒的驱动有电机直接驱动及通过减速传动两种方式。直接驱 动必须妥善解决胀缩缸设置问题。
r1
r
2 2
A
2
2 A2
A 2 ln r2 2 A A——棱锥横断面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：
p pirR 2 d cip 2 0 1r r1 2 2 2 ln R r2 2 c 2 rr1 1 2 2 MP （1a 2-4）
2、胀缩缸平衡力计算 由图可以得出：
Q14Pf2(2ta2nf2tfa2)nN
27
由于在卷取过程中，tgα>f2，即卷筒不自锁，这就必须有 Q>0方可平衡。由上式简化之，得：
卷取机卷筒的设计分析_谢磊
第2期(总第159期)2010年4月机械工程与自动化M ECHAN IC AL EN GIN EERIN G & A U TO M A T IO N N o.2Apr.文章编号:1672-6413(2010)02-0111-03卷取机卷筒的设计分析谢 磊,祁文君,牟艳秋,那洪志(新疆大学机械工程学院,新疆 乌鲁木齐 830008)摘要:从某冷轧机厂的酸洗生产线出发,详细阐述了现代卷取机的设计原理,并分析了两种卷筒结构:四棱锥式和扩张锥式。
对这两种卷筒结构进行了详细的比较分析,最终选取了符合实际生产的结构。
关键词:卷取机;卷筒;四棱锥;扩张锥中图分类号:T G 333.2+4 文献标识码:A收稿日期:2009-05-31;修回日期:2009-10-18作者简介:谢磊(1982-),男,新疆克拉玛依人,在读硕士研究生。
0 引言近年来,我国钢铁产量正以每年递增20%～30%的速度向前发展,连续几年排名世界第一[1]。
本文以某冷轧机厂酸洗线卷取机的设计过程为例,对卷筒的结构进行了详细的分析,将目前主要应用的两种结构进行对比,选择了最为适合生产工艺要求的结构。
酸洗线的工作原理是:热轧卷料(原料)由开卷机开卷,在酸洗槽中除去氧化铁皮,然后经水洗、钝化、烘干,进入张力装置,最后经卷取设备将带钢卷取成料盘。
卷取机是酸洗线及冷轧机组中重要的组成设备,它主要负责将酸洗后或冷轧后的带钢卷成卷料以方便运输以及后续加工。
由于冷轧工艺要求原料(坯料)质量高,尤其带卷不能有塔形及松卷,这就要求酸洗不仅要彻底,同时设计卷筒时必须考虑足够的张力。
1 卷取机的组成及工作原理卷取机主要由卷筒、涨缩油缸、回转接头及传动系统组成。
传动系统由电机、制动器、联轴器和减速机等构成。
卷筒的涨缩一般是通过液压控制卷筒尾部的涨缩油缸来实现,而卷筒的旋转运动则由电机通过联轴器、减速机带动卷筒转动来实现。
卷筒旋转将酸洗后的带钢卷成卷料,利用卷筒的涨缩把卷料卸下,从而实现卷取机的卷取和卸卷工作。
卷取机编程简介
5.2 卷取机卷筒张力给定计算：
Tm=Tf+Tb+Tg+Tt+Th 式中：Tm: 卷筒电机输出力矩
Tf：卷筒张力力矩 Tb：卷筒弯曲补偿力矩 Tg：惯性补偿力矩 Tt：机械损失力矩 Th：厚度补偿
• Tf：卷筒张力力矩计算 Tf=Ut*W*H*(D/2)[kg*m]
式中：W: 带钢宽度（mm）； H: 带钢厚度（mm）； D: 钢卷直径(m)； Ut: 卷取机单位张力；
3.1 带钢头部计算
带钢头部出精轧机末机架开始，对输出辊道 上的钢头部就开始跟踪，直到卷取机卷上 带止。跟踪距离通过带钢速度计算出来， 就能知带钢在辊道上的位置。卷取部分的 热金属测器（HMD）、夹送辊压头对带钢 头部跟正作用。公式为：
带钢头部长度＝精轧机末机架速度X时间
3.2带钢尾部计算
带钢尾部离开精轧机末机架开始，对输辊道的带 钢尾部就开始跟踪，跟踪距离通过带钢速度计算 出来，就能知道带钢尾部在辊道上的位置。相应 的辊道在带钢尾部离后就完成了本块钢的运输过 程，为下一块的运输作准备。卷取部分的热金属 （HMD）、夹送辊压头对带钢头部跟踪有修正作 用。公式为：
• Tb：卷筒弯曲补偿力矩计算 Tb=W*H^2*σ÷4[kg*m]
式中：σ：屈服应力[kg/mm ] 2 W: 带钢宽度（mm）； H: 带钢厚度（mm）；
• Tg：惯性补偿力矩 Tg=（GD2/375）×（dN/dt）＝（GD2/375）÷
（π×D）×（dV/dt） GD×21＝0G-3[Dkg02/m＋m（2π] ÷8）×ρ×W×（D4－D04） 式中：ρ：带钢比重（7.8×103Kg/m3）；
B方式（卷取圈数计数方式,F6 off） 采用卷取圈数计数方式计算卷径的基本公式
卷取机工作载荷计算公式
卷取机工作载荷计算公式一、引言。
卷取机是一种用于卷取、解卷、输送和张紧的设备，广泛应用于各种行业中，如纺织、印刷、包装等。
在卷取机的设计和运行过程中，工作载荷的计算是非常重要的，它直接影响到设备的稳定性、安全性和效率。
本文将介绍卷取机工作载荷的计算公式及其应用。
二、卷取机工作载荷的定义。
卷取机的工作载荷是指在运行过程中受到的外部力的总和，包括张力、惯性力、摩擦力等。
在卷取机的设计和运行中，需要对工作载荷进行准确的计算，以确保设备的稳定性和安全性。
三、卷取机工作载荷的计算公式。
卷取机的工作载荷可以通过以下公式进行计算：F = T + F_in + F_out + F_fr。
其中，F表示卷取机的工作载荷，T表示张力，F_in表示输入力，F_out表示输出力，F_fr表示摩擦力。
1. 张力的计算。
卷取机的张力是指卷取物料所受的拉力，可以通过以下公式进行计算：T = μ W R。
其中，T表示张力，μ表示摩擦系数，W表示卷取物料的重量，R表示卷取物料的半径。
2. 输入力和输出力的计算。
卷取机的输入力和输出力可以通过以下公式进行计算：F_in = m a_in。
F_out = m a_out。
其中，F_in表示输入力，F_out表示输出力，m表示卷取物料的质量，a_in表示输入加速度，a_out表示输出加速度。
3. 摩擦力的计算。
卷取机的摩擦力可以通过以下公式进行计算：F_fr = μ_fr N。
其中，F_fr表示摩擦力，μ_fr表示摩擦系数，N表示受力物体的法向压力。
四、卷取机工作载荷计算公式的应用。
卷取机工作载荷计算公式可以用于以下几个方面：1. 设备设计。
在卷取机的设计过程中，需要根据工作载荷计算公式对设备的结构和材料进行合理的选择，以确保设备能够承受预期的工作载荷。
2. 运行参数的确定。
在卷取机的运行过程中，需要根据工作载荷计算公式确定合适的运行参数，如张力、输入力、输出力等，以确保设备能够稳定运行。
卷取机卷径计算公式【详解】
在卷取机卷带材的过程中，随着带材厚度的增加，卷径是不断变化的，如何正确快速的计算这一变化，显得尤为重要和必要，下面将为大家揭开其中的奥秘。
一切以逻辑为依据：在上一篇发表的《关于角速度和线速度之间的转换》的文档中提到一个公式，如果齿轮传动，那么前齿轮的齿数*前齿轮转的圈数=后齿轮的齿数*后轮转的圈数即：g1*n1=g2*n2如果换成辊子皮带传动，上面的公式就变成了：前辊子的角速度*前辊子的直径=后辊子的角速度*后辊子的直径即：G1*D1=G2*D2卷取机的卷径就是基于这一基本公式计算出的，原理如下：正常运行时，带材要经过偏导辊到卷取机，且由卷取机计算得到，所以偏导辊转速与卷取机的转速是一致的，注意是一致，不是一样。
但其线速度基本是一样的，所以就得到以下公式：Vc* D =DR_DIA*Vd得到：D=(DR_DIA*Vd)/VcD-卷取机的卷径DR_DIA –偏导辊直径（一定）Vd –偏导辊角速度Vc –卷取机角速度通过以上计算公式，我们就可以实时计算并监视卷径。
另，还有一种计算方法，如下：我们知道带材的目标厚度由二级发出且是一定的，当它乘上卷取机的转速（角速度）后，会得到厚度的累加R1，R1*2再加上芯轴二级涨径后的直径，就得出卷径。
是不是很简单！扩展资料：收卷机的卷径计算：关于收卷机的控制问题，在所有的控制模式中都需要用到卷筒的卷径。
大家知道，在生产过程中放卷机的卷径是在不断变小，收卷机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳定的张力控制。
可见卷筒的卷径计算是多么地重要。
卷径计算有两钟途径：一种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，一般是在PLC中运算获得。
另一种是变频器自己运算获得。
矢量控制型变频器都具有卷径计算功能，在大多数的应用中都是通过变频器自己运算获得。
这样可以减少PLC程序的复杂性和调试难度，还能降低生产成本。
变频器自己计算卷径的方法有三种：1、速度计算法：通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。
冷轧机组中卷取机的张力分析与计算
冷轧机组中卷取机的张力分析与计算作者：李劭行来源：《大经贸》2017年第05期【摘要】本文介绍了卷取机的结构组成、工作原理、工艺特点，并对卷取张力进行分析与计算。
【关键词】冷轧机组卷取机张力1.概述在冷轧带钢机组中，采用连轧方式可以提高生产率，轧件长度可以达到数十米甚至更长，所以在出口端设置卷取机是必不可少的，将连轧出来的带钢绕成卷，方便生产、运输以及储存。
在冷轧车间中，卷取机还普遍用于酸洗、剪切、热处理等辅助机组中。
2.卷取机的结构组成卷取机由卷筒、传动装置、活动支撑、推卷装置、压尾装置等部件组成。
卷筒做成悬臂式的，方便从卷筒上卸下钢卷。
带钢被拉辊咬入，送入弯曲辊使带钢产生适合于钢卷内径的相应挠度，随后绕上去在卷取辊的支撑和旋转下自行成卷。
由于卷筒上负荷大，需保证卷筒轴的强度和刚度，可通过增大卷筒轴尺寸和在自由端安装活动支撑。
传动装置由电机、制动器、联轴器和减速器等构成。
卷筒的胀缩是通过调节尾部的胀缩液压缸来实现，而旋转运动则由电机通过联轴器、齿轮减速器带动卷筒转动实现。
活动支撑在卸卷时，可移到旁边不妨碍卸卷。
钢卷达到要求质量时，剪断带钢，最后由推卷装置将钢卷从卷取机上推出，滚到斜坡辊道上。
斜坡辊道上的推钢机将钢卷推到斜坡辊道的末端，用吊车把它吊至钢卷放置场贮存。
压尾装置是卷取终了时，用来将带钢尾部压住，防止松卷以便捆扎。
3.冷带钢卷取的工艺特点1）提供张力张力轧制可以降低轧制压力，使带钢板形平直，提高带钢表面质量，同时可使钢卷紧密、整齐。
在连轧时，张力还起到自动调节连轧关系的作用。
此外，由于张力直接影响产品质量尺寸精度，因此对张力控制要求很严格。
轧制卷取时，需考虑加工硬化因素；精整卷取薄带时，张应力应取大值。
2）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。
卷筒胀开后，应能成为一完整圆形，以防止压伤内层带钢。
3）钢卷的稳定性在带钢卷取过程中，钢卷直径是变化的。
铝带冷轧机组卷取机卷筒主要参数计算及分析
曾采用 了液 压螺 母 的联 接方式 。 ２ １ 卷 简 径 向压 力 的计 算 ．
内还是 国外 的公 司普 遍 采 用 了闭 式 四斜 楔 卷 筒 ， 种 这 卷 筒具 有满 足 现代 铝 带 冷 轧 机 组 生 产 工 艺 要 求 应 具
Ｒ — 带卷 外半 径 （ — ｍｍ） ｒ —— 卷 筒半 径 （ ｍｍ）
３ 卷 筒 内部 结构 的 改进 和 完 善
通 过多 方 面 的改 进 和 完善 ， 卷 筒 的性 能 在 实 际 使 生 产 中得 到 了更 好 的 发 挥 。增 加 了卷 筒 工 作 的 可 靠 性 ， 长 了寿命 。装 配和 维修也 更 为方便 。 延 ① 在 生产 现场 ， 卷筒 往 往 因维 护 不 当 ， 滑状 况 润 严 重恶 化 造 成 卡 死 不 能 胀 缩 的 现 象 ， 大 影 响 了生 极 产 。为 此 ， 在扇 形 块 、 向斜 楔 、 向斜 楔 和空 心 主轴 径 轴
备 的优 点 ：
要 确定 卷筒 胀缩 缸 直 径 ， 先 要进 行 计 算 带 卷作 首
用 于卷 筒表 面 的径 向压 力 Ｐ 到 目前 为 止 ， 内外 有 国
① 闭式 四斜 楔 卷 筒 在各 类 可胀 缩 卷 筒 中强 度 和 刚度较 高 ， 次 于 四棱 锥 卷 筒 。可 承 受 较 大 的 张 力 。 仅 另 外具 有 四棱 锥卷 筒 不可 比拟 的一 些优 点 ； ② 闭式 四斜 楔 卷筒横 截 面 的几何 对称 性好 ， 动 故
卷筒 主要 由扇 形 块 、 向斜 楔 、 向斜 楔 、 心 主 径 轴 空
２ 卷 筒 的 径 向压 力 及 行 程 的计 算
全液压卷取机卷筒压力分布探析
全液压卷取机卷筒压力分布探析[摘要]：本文以全液压卷取机中的卷筒元件为研究对象，从全液压卷取机卷筒压力计算模型分析、全液压卷取机卷筒压力计算结果分析以及全液压卷取机卷筒压力分布结论分析这三个方面入手，围绕全液压卷取机卷筒压力分布这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了把握卷取机卷筒压力分布规律在进一步提升全液压卷取机工作质量与工作效率的过程中所起到的至关重要的作用与意义。
[关键词]：全液压卷取机卷筒压力分布计算模型分析中图分类号：o6-335 文献标识码：o 文章编号：1009-914x（2012）32- 0381-01相关工作人员需要清醒的认识到一个问题：在当前技术条件支持下，卷取机一般是由张力辊、助卷辊以及卷筒这三大部分所组成的。
其工作原理可以做如下概述：在热轧铝板经由粗轧机做轧制处理的情况下，切头飞剪会对热轧铝板做切头处理，所得到的中间坯在精轧处理作用下会存放在冷却装置当中，做冷却处理，进而进入卷取机作业区域当中。
2台或是2台以上的卷取机在交互工作的同时将冷却至卷曲温度范围的铝板输送至侧导板位置，自动启动短行程控制程序，输送铝板至张力辊处理环境，并转入压力控制模式。
经由卷取机处理完成的带卷装卸、打捆进而转入运输系统，统一输送至下一处理环节当中。
基于以上分析，相关工作人员不难发现：对于热轧铝板而言，其在卷曲过程当中能够对卷筒径向方位压力参数计算结果产生影响的最根本因素并非卷筒零件强度或是涨缩缸的推力参数，而是卷曲质量。
换句话来说，在对卷筒压力分布问题进行研究的过程当中，如何正确把握并不断提升铝板卷曲质量，研究卷筒胀径过程是最为关键的。
笔者现结合实践工作经验，以模型验证的方式就这一问题谈谈自己的看法与体会。
一、全液压卷取机卷筒压力计算模型分析下图（见图1）为全液压卷取机卷筒的构成情况示意图。
有图我们得知，在当前技术条件支持下，卷取机卷筒是由外筒以及内筒这两大组成部分所构成的。
图中r1代表卷筒内径参数，r2代表卷筒外半径参数，t代表卷筒卷取铝板的厚度参数。
带钢卷取过程中边波的产生与控制
再适当减小张力。如图 1 所示，初始卷取张力、甩
尾张力和硬芯卷径为该模式下三个重要的卷取工
艺参数。
穿带过程
甩尾结束
610 硬芯直径 2200
卷径/mm
正常运行过程 甩尾
过程
卷取张力/KN
图 1 机组卷取张力模式
根据板形屈曲理论，小边浪的形成应该是带钢
边部区域发生了局部的或比中部区域更大的纵向
塑性拉伸变形，而产生这种变形的力学根源只能是
卷取张力过大或局部区域卷取张应力过大。显然，
确定是卷取张力过大使带钢全宽发生塑性变形，还
是局部张应力过大使带钢边部发生塑性变形，需要
对卷取过程进行力学解析。
论认识[3]。至此，负凸度的来源只能镀锌过程，即
锌层厚度在边部大中部薄。通过检测锌层厚度证实
了这一猜测，同时据文献报道[4-5]，在镀锌过程中气
刀边沿的向外偏转气流导致了带钢边部过渡锌
（EOC）现象。另外，测量还发现薄板比厚板凸度
下降趋势更明显，见表 1 和 2，这也是为什么彩涂
发现，机组出口在线板形质检台上板形质量良好的
钢卷，在后续彩涂开卷后却出现了明显边浪，而且
卷芯比外圈更严重。这期间带钢依次经历了卷取和
开卷两个工艺环节，直观看卷取张力明显大于开卷
张力，因此首先研究该机组的卷取过程。
2.1 卷取工艺
该机组从日本成套引进，由日方提供卷取工
艺。卷取初期为防止扁卷，加大卷取工艺张力，当
的力学关系式。另外，考虑到带钢宽度方向的对称
性，取半板宽带钢离散为 n 个条元便于考虑横向温
铝带材卷取机卷筒的设计计算
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ：ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕｍ ｐｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｏｌ ｌ ｉ ｎｇ ｍｉ ｌ ｌ ；ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｅ ｌ ； ｍａ ｎｄ ｒ ｅ ｌ ； ｄｅ ｌ ｆ ｅｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
卷取 机 是 铝 带 材 热 轧 机组 的重 要 设 备 ，用 于 卷取 带 材 、与 铝板轧 机或 其他设 备 建立 张力 。
２ 结构形式
本 文所 述 卷筒轴 采用 ４ ２ Ｃ ｒ Ｍｏ ， 扇 形 板 用
３ ４ Ｃ ｒ Ｎ ｉ ３ Ｍｏ 。 为 了 增 大 摩 擦 力 ，在 扇 形 板 的 真 圆
０ ６ ０ ７表 面 沿 轴线 方 向加 工 沟 槽 ，扇形 板 的 边 缘 采
接 推 动 棱 锥 轴 ，使 扇 形 板 产 生径 向位 移 ，不需 要
中问零 件 ，因此 棱 锥轴 直径 大 、强 度 高 、刚性 好形 板矩 形齿 交错 布 置 ，以
弥补 扇形 板涨 开时交 错处 的间 隙 ，消除带 卷 内层 受
关于热轧卷取机张力控制的策略研究
关于热轧卷取机张力控制的策略研究发布时间：2022-01-04T07:24:54.381Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：刘志浩[导读] 文章对热轧卷取过程及恒张力控制进行了介绍，分析了传统恒张力控制在当前高强规格带钢的卷取时的不足，并提出了新的控制策略。
在实际生产中，较好的解决了高强规格带钢卷取的难题。
广西钢铁集团有限公司广西防城港市 538000摘要: 文章对热轧卷取过程及恒张力控制进行了介绍，分析了传统恒张力控制在当前高强规格带钢的卷取时的不足，并提出了新的控制策略。
在实际生产中，较好的解决了高强规格带钢卷取的难题。
关键词: 热轧卷取；张力控制；策略研究热轧带钢生产过程中，热轧带钢卷取机是非常重要的设备之一，带钢的卷取是热轧工艺中最后一道关键工序。
随着国内钢铁产品结构调整，高强规格的品种钢需求量越来越大，但高强规格带钢的卷取难度也很大，容易出现塔形、层错等卷形缺陷。
为了满足高强度带钢的正常卷取，保证高强度带钢的卷形要求，在卷取机设备不变的情况下，卷取的张力控制策略也需要不断变化以适应生产的需要。
1热轧卷取张力控制原理卷取张力控制的好坏，直接影响到卷取的质量。
卷取张力控制不好会导致钢卷层错，钢卷尾部塔形。
卷取张力是通过卷取机芯轴电机提供转矩，转换到带钢卷取过程中带钢的表面张力。
芯轴电机的转矩计算如式 ( 1) : MD = MT + MF + MB + ML ( 1) 式中: MD 为芯轴电机输出总力矩; MT 为带钢张力力矩; MF 为加减速力矩; MB 为带钢弯曲力矩; ML 为机械损失力矩。
为保证带钢张力控制的稳定性，必须考虑带钢加减速，带钢弯曲所需要的力以及卷筒和减速机等机械设备在卷取过程中损耗的力，通过芯轴电机的变频器，控制电机输出需要的转矩达到控制作用在卷取带钢上的张力。
2. 1带钢张力力矩计算根据不同带钢的特性，在控制系统中可针对不同钢种设置一个带钢卷取需要的单位张力。
热轧带钢卷取中卷筒负荷的计算
热轧带钢卷取中卷筒负荷的计算赖宏;胡昌宗;闫立超【摘要】热轧带钢卷取过程是一个复杂的动态工艺过程,卷取过程中卷筒上的钢卷卷径随时都在发生变化,导致卷筒的状态也在跟随变化.卷取机设计选型需要获取卷筒的动态负荷,利用开发的卷筒动态负荷模拟计算程序对卷取过程进行了模拟计算,计算结果和生产实际情况吻合较好.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(015)003【总页数】5页(P125-129)【关键词】热轧带钢;卷取过程;卷筒负荷;模拟计算【作者】赖宏;胡昌宗;闫立超【作者单位】中冶赛迪工程技术股份有限公司轧钢事业部,重庆401122;中冶赛迪工程技术股份有限公司轧钢事业部,重庆401122;中冶赛迪工程技术股份有限公司轧钢事业部,重庆401122【正文语种】中文【中图分类】TG3351 热轧带钢卷取工艺过程分析地下卷取机是热轧带钢生产线上核心装备之一。
近年来，高强度钢已经成为当前市场的强烈需求，而卷取机能力是制约高强度钢生产的重要环节之一，各钢铁公司对卷取机的卷取能力也愈加重视，因此有必要对热轧带钢卷取全工艺过程进行充分研究并准确计算卷取机卷取过程的力能参数，以便为现有热轧带钢生产线卷取机升级改造提供理论计算支撑。
热轧带钢卷取过程是一个比较复杂的工艺过程，带钢往往在精轧机和卷取机之间形成连轧关系，卷取机与精轧机之间的位置关系如图1所示。
图1 精轧机与卷取机间设备布置示意图一个完整的热轧带钢卷取周期应包括从带钢头部出精轧末架机架开始，直到带钢尾部到达卷取机完成卷取并卸卷整个动态工艺过程［1］。
在这个过程中，带钢的速度、张力、钢卷直径均有变化，因此要获得准确的卷筒主传动的负荷情况，必须对卷取过程整个周期按阶段逐时间节点进行动态分段模拟计算。
热轧带钢卷取过程各工艺阶段带钢速度与时间关系曲线见图2。
卷取过程各阶段说明见表1。
2 卷筒负荷动态模拟计算模型2.1 卷筒上的钢卷卷径计算随着带钢在卷筒上不断地卷取，卷筒上的钢卷直径时刻都在发生变化，从而导致卷筒速度、卷筒上的钢卷重量和转动惯量也时刻发生变化，因此卷筒负荷动态计算的前提是要根据各时刻卷入带钢的长度来计算钢卷直径。
差分法计算卷取机卷筒单位压力
>/? 连家创 G卷取机卷筒单位压力的计算 >Y?G机械工 程 学 报 2 /ZO-2 /=E AO[ Z/G
>,? 蒋昭 G卷取机卷筒径向压力的计算 G有色金属加工 设 备设计参考 >\?G洛阳有色金属设计院编2/ZA"G
>D? ]G^G_‘abcGdbefghfegiajkfhbkfl mjfgnjopgqre >V?2 /Z==G
螺栓固定着一个弹簧座6弹簧座内装设四组环形 弹簧6在卷取过程中6当受力超过 "%2 [F !每组 超过 5)2 [F#时弹簧将发生收缩@环形弹簧的作 用是当箍紧力过大时6它会作略微的收缩6从而 使卷筒发生微量收缩6最终导致箍紧力降低@为 了 防 止 在 不 大 的 箍 紧 力 下 卷 筒 缩 径 6影 响 卸 卷 6环 形弹簧力取到 "%2 [F@
卷筒的收缩量#q$与轴向移动量 &r的关系Z
q$1 &rmn3
!5)#
对于该卷取机6通过分析可以得出Z
&r1 g-"%2222
t ,"t
重型机械
,--, TuG/
!
"#$%&’( )*( .
+,----
$/"*
01! "#$%&’().*(+,----%&’ 式中 . 环形弹簧的倔强系数
$/+*
这 样 2在 发 生 缩 径 时 卷 筒 表 面 位 移 可 表 示 为
>"? 孙 蓟 泉 G冷 轧 钢 卷 粘 结 成 因 及 其 消 除 措 施 的 研 究 >s?G>博 士 学 位 论 文 ?G秦 皇 岛 E燕 山 大 学 2,---G=G
卷取机径向压力计算公式
径向压力计算公式及相关说明1、C.E ．英格利斯（Inglis ）公式该公式是按厚壁圆筒的弹性力学平面轴对称的拉美公式推导的，可用于中、小张力非径缩卷筒的径向压力计算。
22201122211ln ()2r R r P MPa r r r σ⎛⎫⎛⎫-=- ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭式中：0σ——带材单位张力，MPa ；R ——带卷外半径，mm ；1r ——卷筒的当量内半径，mm ；r ——卷筒外半径，mm ；2、A.B.特列基雅夫公式这一公式也是按厚壁圆筒的弹性变形理论推导的，但它考虑了带卷材料的各向异性弹性体影响，可用于计算弓形板结构卷筒的径向压力计算。
()()()2''2221()4111T P MPa r Bh K K R r =⋅+++-式中：T ——卷取张力，N ；B ——带材宽度，mm ；h ——带材厚度，mm ；'K ——带材卷径与材料的综合系数：22'21122211E r r K E r r μμ⎛⎫+=-+ ⎪-⎝⎭ 其中：1E 、2E ——卷筒、带钢材料弹性模数；1μ、2μ——卷筒、带钢材料泊松系数；1r 、r ——卷筒当量内半径和外径。
当卷取碳钢带材时，则12E E =，12μμ=，于是2'22121r K r r +=-。
当卷径比2R r 较大时，卷筒径向压力为一有限值，即：()()max '1.21TP MPa Bh K =+3、拉美公式本公式将带卷作为连续带环多层组合的弹性圆筒，并考虑带卷层的摩擦，从而导出卷筒径向压力的计算公式：()()2222002011ln 212f B R r R r e P B r πσ⎛⎫+⎪-++⎝⎭=+ σ——卷取单位张力，T bhσ=，T 为卷取张力，b 为带宽，h 为带厚； 220212201122r r E E B E r r E μμ⎛⎫+=-+ ⎪-⎝⎭当当 1E 、1μ——带卷材料的弹性模量、泊松比；R ——带卷的最大外半径；2E 、2μ——卷筒材料的弹性模量、泊松比；0r 、r 当——分别为卷筒的外半径和当量内半径f ——带材卷层之间摩擦系数，对于卷取冷态带钢卷取时，0.1~0.15f =，对于卷取热态带钢时，0.35f =。
张力开卷、卷取传动系统设计计算
张力开卷、卷取传动系统设计计算段云辉;陈勃;侯冬芳【摘要】文章在考虑了开、卷取机机组速度、张力变化范围、产品规格性能、传动电机及减速器特性等影响因素的情况下，对开卷、卷取传动系统的选择进行合理设计计算。
%In light of such influencing factors as production line speed, tension variation range, product specifications and performance, characteristics of drive motor and gearbox, the paper presented rational design and calculation for selecting transmission system for uncoiling and recoiling.【期刊名称】《有色金属加工》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】2页(P43-44)【关键词】张力;力矩;减速比;功率【作者】段云辉;陈勃;侯冬芳【作者单位】太原晋西春雷铜业有限公司，山西太原 030008;太原晋西春雷铜业有限公司，山西太原 030008;太原晋西春雷铜业有限公司，山西太原 030008【正文语种】中文【中图分类】TG333.2+4张力开卷、卷取机广泛应用于金属板带材加工生产线，在生产过程中依靠传动系统可以建立前后张力，实现稳定生产。
我公司作为铜及铜合金板带材生产企业，轧机、酸洗、连续退火、精整等生产线都运用到张力开卷、卷取机。
近几年新上生产线的产品规格比以前有了很大变化，产品宽度、厚度范围均有所增加，卷重也增加至原来的两倍，卷径也相应增大，这就要求生产设备开卷、卷取机张力的调节范围较老的生产线更宽。
同时新设备的生产速度有了很大提高，在保证速度和张力值均满足要求的前提下，调节范围的增大会加大机械传动系统及电气系统配置的难度，配置过大增加投资及运行成本，配置过小难以同时保证速度和张力的要求，因此合理选择传动系统配置就显得非常重要。
卷取机动态力矩计算
60 Vline DS
带材在加速时，线速度变化量折算到电机轴上的速度变化量为：
dn 60 dV i dt DS dt 带材在加速时，线速度变化量折算到电动机轴上的动态力矩为：
Md
60 i GD2 dV DS 375 dt
60 i GD2 dV 375 DS dt
（DS：即时外径）
两个都是变量
[GDm 2
GDM 2
br 8i 2
( D外 4
D内4 )]
dV dt
综合式中
DS=D
外，D0=D
内（D0=初始卷径=卷筒直径）.
60 375
0.051
2/4
Md
0.051
1 DS
[GD m 2
GDM 2
rb 8i 2
DS 4
rb 8i 2
D内4
]
dV dt
i
Md
[0.051KGDm2 DS
Md
GD 2 375
n t
n 375
(GD 2 ) t
而主轧机在动态过程中 GD2 很少变化，取动态过程中的 GD2=const
所以主轧机仅考虑加速度分量的影响.
Md
GD 2 375
dn dt
材卷线速度 Vline 与材卷转速 n 的关系是：
Vline (mps)
n(rpm) 60
2
r(mps)
于是材卷转速为： n卷
就一瞬间来说，卷径 DS 变化慢，GD2 的变化也慢，动态力矩主要成
分是作用于 dV/dt.但随着卷取的过程，卷径有了明显的变化，使卷
材的 GD2 产生了明显的变化，因而对动态力矩的影响逐渐加大. 卷
径比变化越大，影响就越大.所以卷径比不能太大，或者说最大卷径 要受到电气供电设备出力的限制和最大加速度的制约. 根据前面对电机轴上总的转动惯量的推导可知：
开卷机部分计算公式
4.1.卷筒上总力矩的计算：已知条件： 钢板厚度： mm h 6~2= 钢卷宽度：mm B 1600~700=钢卷内径： mm 762~610=Φ内钢卷外径： mm 1500~1000=Φ外卷重： G=16 t 拉伸限： 2/650mm N b=σ屈服限： 2/360mm N s=σ开卷速度： v=15m/s工作方式：在这里的工作状态为穿带时的点动开卷，因而没有开卷张力，电机点动时需克服的力矩为带材拉直时所消耗的弯曲力矩，加速启动时的动态力矩.摩擦力矩等，穿好带后电机和卷筒脱开，板带由前面的夹送辊运送。
4.1.1带材拉直所消耗的弯曲力矩：B Z h Msy)3/54/(202-=σkg.m式中： s σ——为材料屈服极限：2/mm kg 2/725.3669cm kg s=σh ——带材厚度，h=0.2~0.6cmB ——带材宽度 m 取最大值B=1.6m0Z ——由中性线到塑性变形区及弹性变形区分界线的距离，公式：E R Zs/1000σ= cmE 为带材的弹性模量 kg/cm 2E=200 Gpa 由于E 值太大，因而0Z 很小，故可忽略。
m N m kg Bh Msy.5184.44.5284/725.36696.06.14/22==⨯⨯==σ(g=9.8m/s 2)4.1.2.摩擦力矩：根据理论力学公式知：2/d Q Mμ=摩式中：Q ——由卷筒（包括带卷）的自重在轴承处所引起的反力（kg ） μ——轴承处摩擦系数，对于圆柱滚动轴承004.0=μ d ——轴承处轴承枢直径从上述受力简图中，可以得到下列的关系式：2122P P G =+500)800400(211⨯=+⨯P G kgG G P P kgG P 272007.121192002.1121==+===⇒ 则：摩擦力矩为:md P P M .72.454225.0004.0)2720019200(22221=⨯⨯+⨯=+=μ）（摩4.1.3动过程中的动态载荷1). 钢卷的转动惯量为：(）（外内卷222225.1762.01600021)(21)+⨯⨯=+=φφG GD =22648kg.mm 22个卷筒的转动惯量为：（6.34777.786.047018.02405.02)222+=⨯+⨯⨯⨯=）（筒GD =355.4 kg.m 2总的转动惯量 2222.4.230034.35522648)()()(m kg GD GD GD =+=+=筒卷 2). 减速机速比i 的选择：开卷机的速度为s m v /15= （对应卷径 D=1500mm=1.5m ）对应的转速min /1847.35.1152r D v R v n ====πππ 初选电机同步转速为：1n 为1000 转/分，额定转速为 9702=n 转/分则速比为581.3041847.3970==i 查《机械设计实用手册》第二版表9-2-37在326.38附近的速比选为289=17⨯17 为二级传动，重新确定开卷机的速度：对应卷最大直径）开min(/80.155.12899702m D i n v =⨯⨯==ππ 3). 把GD 2折算到电机轴上为：275.02894.23003/)(2222===i GD GD 折 kg/m 2 由初选电机，查《1》表10-4-1 知道电机的惯量 J 2.20.0m kg m = ，则22.80.04)(m kg J GD m ==电假定电机启动时间为1s ，查手册《1》表10-3-10 公式：动载转矩为：5.37)(122n n GD M -=动M N ⋅=⨯-⨯+=28.275.37/82.9)1847.3970(80.0275.0）（4.2电机功率的计算按一般旋转运动的机械所需电动机功率P 来计算，查手册《1》，见表10-3-6公式9550DD M P η=……………………………………（1） 式中：P ——电动机功率，kw D M ——电动机转矩 N.m D η——电动机转 r/min 查手册《1》，见表10-3-10 D M =动M +1M 动M ——为折算到电机轴上的动态转矩1M ——为折算到电机轴上的静阻负载转矩 1M =(y M +摩M )/i 所以折算到电机轴上的总力矩为： D M =动M +1M =动M +(y M +摩M )/i =27.28+28972.4545184+=46.79Nm代入到公式（1）中 9550DD n M P ==46.79⨯970/9550=4.753 kw, 式中n D 取970转/分 见《机械设计手册》（5），根据 ，我们选取电机YEJ-160M-6 功率P=7.5kw ，同步转速为1000转/分，额定转速为970转/分，工作制度为300次/时， FC=0.66,额定电流为17A,功率0.86， 功率因素为,78.0cos =ϕ堵转电流/额定电流为6.5，堵转转矩/额定转矩为2.0， 最大转矩/额定转矩2.0，转动惯量0.0881，质量116kg.Y2系列电动机适用于一般机械配套和出口需要、在轻栽时有较好的效率，在实际运行中有较佳节能效果，具有较高堵转转矩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
#$%&’()& *+,-./-0/.1234351+,67089:0421;7,::07,2:1+,<,=;73>/,8 241+, 6,:2?435-32/,7@ A21+.B2,C 131+,-+.7.-1,71+.11+,7.62./-38;7,::234-3,552-2,41 B.72,:C21+1+,7.620:35.-32/!1+,21,7.123435/.=,7>=/.=,72:1.<,413-./-0/.1,1+, ;7,::07,.11+,-32/,79:6708@D4.-10./8,.:07,8,41;73B,:1+.11+,8,1+368.<,:1+, 7,:0/1-/3:,7131+,5.-1@
STR
Y ST
O VWX 计算结束
O 结束
d 0d
重型机械
!((/ bX$7
图 ! 计算流程图
" 计算结果
#$% 计算结果比较 取某一四棱锥卷取机为例进行分析&已知卷
筒外径 ’()"*+,,-当量内半径 ’.)/+0,,&卷 取带钢厚度 1)!,,-卷取张应力 2()!0345&
图 "为 6) ($((7",, 和 ($(("!,,- 8) ($(/+和 ($(+时-考虑紧密系数 9 沿半径变化和 沿半径取平均值时卷筒单位压力与卷取半径关系 的计算结果比较及紧密系数 9沿径向的变化曲 线&其中 : ;6)($(("!,,<8)($((+=<> ;6 )($((7",,<8)($(/+=为根据文献 ?/@9 取 平 均 值 *7$/!和 /A$"/的 计 算 结 果B C ;6) ($(("!,,<8)($((+=<D ;6)($((7",,<8) ($(/+=为 9 值沿半径变化时的计算结果&C/<D/ 相应于 C和 D 的 9 值沿径向的变化曲线&
3(;!
式中 95)"% 卷取第 %层时"第 )层相对于卷取
第 %+(层时的厚度变化量
@AB 卷筒外表面弹性位移
将卷筒当作厚壁圆筒"它的外半径为 -1"当
量内半径为 -C"卷筒材料的弹性模量为 .1"泊松
比 41&则卷取第 %层后卷筒的外表面相对于卷取
第 %+(层的位移 41为
D E *万1,方.-数11据--<1<12+--<C<C+41 3$("%+$("%+(! 3(F!
=-, >./3(+ >4!$%+ >43012-##$-%!6
3?!
卷取第 %+(层时"第 )层的径向应变为
=-)"%+
(,
>./3(+
>4!$)"%+
(+
4 >
3012
-)"%+
$)2
(
+$ ("%+ (
)"%+
5)"%+ (
(!6
卷取第 %层时"第 )层的径向应变为
3(1!
=-)"%, >./3(+ >4!$)"%+ >4301
卷对卷筒的单位压力 N(
Z [ N()
/ !OP(>
QQRWSXTRUUVYWRXSTRUUMY
QJ QWXRUYRSTU
;/\= 式中 > 卷取宽度
Q 摩擦系数 U 楔形套斜面倾角 当卷取温度为 7A(]和 70(]-卷取带钢规格 为 /!$*,,^ /(+(,, 时-根 据 实 测 卸 卷 推 力 计 算得到的卷筒单位压力与本文方法计算的卷筒单
-)"%"5)"% 卷 取 第 %层 时 第 )层 半 径 和 厚 度
$)"%"$)2 ("%
卷取第 %层时第 )层 的 内 部 和外部径向压力
因此"卷取第 %层时"第 )层相对于卷取第 % + (层 时 的 径 向 弹 性 位 移 增 量 为
9*)"%, *)"%+ *)"%+ (
3:!
将平衡方程式 3;!代入径向应变方程 3<!得
j Tj
重型机械
bVVK k3RT
设计计算
逐层迭代法计算卷取机卷筒单位压力
燕山大学 连家创 李俊洪 孙蓟泉
摘要 卷取机卷筒单位压力的计算是卷取机设计中的关键问题!考虑钢卷径向紧密系数沿径向变 化 的 特 性 !采 用 逐 层 迭 代 计 算 法 !对 卷 取 机 卷 筒 单 位 压 力 进 行 更 精 确 的 计 算 "现 场 实 测 证 明 本 计 算 方 法 的计算结果更接近实际"
K 钢卷内应力逐层计算方法
QRQ 钢卷平面问题基本方程 钢卷径向压力计算简图如图 K"
图 K 钢卷径向压力计算简图
第 一作者S连万家方创数!男据!TU岁!教授 O博士生导师P!燕山大学
O秦 皇 岛 市 ! VTTVVMP
钢卷平面问题的基本方程为
切向应变方程
WXY ZKJ[V\[]\^_]N 径向应变方程
9*)"%2
*)"%+
(+ -.)"%3012-)"%$)2 3(+ 4!-.)"%
(5"%)+"%$)"%!
3(:! 由 式 3(8!知"钢卷的紧密系数 > 与层间压 力 有 关"要 求 层 间 压 力 $)"%必 须 先 知 道 紧 密 系 数 >N而要求 >"必须先知道层间压力 $)"%&本文采 用迭代法求解&计算流程见图 <&
EF%)’GH&I’% -32/,79:6708!;7,::07,!1+,21,7.123435/.=,7>=/.=,7
卷取机卷筒单位压力的计算是卷取机设计中 的 关 键 问 题"卷 筒 单 位 压 力 的 分 析 计 算 方 法 很 多 JKL MN!其 中 文 献 JKN把 卷 筒 单 位 压 力 的 计 算 当 作 弹 性理论 平 面 问 题 进 行 求 解!得 出 考 虑 钢 卷 各 向 异性的卷筒单位压力计算公式"但该文为了简化 微 分 方 程 求 解 !将 径 向 弹 性 模 量 取 平 均 值 "本 文 在 文 献 JKN的基 础上!考 虑 钢 卷 径 向 弹 性 模 量 O径 向 紧 密 系 数 P沿 径 向 变 化 的 特 性 !采 用 逐 层 迭 代 求 解 的 方 法 !对 卷 筒 单 位 压 力 进 行 更 精 确 的 计 算 "
2 -)"%$)2 (5"%)+"%$)"%!6
3((!
因此"卷取第 %层时"第 )层相对于卷取第 %
+ (层 时 的 径 向 形 变 增 量 为
9=-)"%, =-)"%+ =-)"%+ (
3(<!
用相对厚度变化量表示该层径向应变增量"
则得
9=-)"%, 955)"%" 即 95)"%,59=-)"%
以 /+0(热连轧地下卷取机为例-将本文方法 的计算结果与实测值进行比较&
/+0(热 连 轧 地 下 卷 取 机 的 卷 筒 为 楔 形 套 式 结 构 形 式-具 体 参 数 如 下F卷 取 开 始 时 直 径F *+A,,B扩 径 后 直 径 F*7!,,B卷 筒 工 作 段 长 度 /*++,,B卷 取 厚 度 范 围 F/$+G /!$*,,B卷 取 张 应 力 范 围 F万0方$0数G据"(345B 最 大 卷 径 F H!/+(,,&
图 " 单位压力的计算结果比较和 9值的变化曲线
从图 "可见-考虑钢卷紧密系数 9 沿半径变 化时-计算结果比紧密系数 9 取平均值时小-因 此-在计算钢卷对卷筒的单位压力时-有必要考 虑钢卷径向弹性模量沿半径变化的特性&从图 " 的 C/<D/曲线还可看出-钢卷紧密系数 9 沿径向 变化较大-特别是在靠近钢卷外部-9 急剧增大& #$E 计算实例
3(7!
@AI 钢卷紧密系数 > 的确定
钢卷紧密系数 > 可由如下公式计算 J /(6
D E >,(2K925L5
. $
1A:
3(8!
式中 9 带材表面粗糙度所决定的微观不平
度
L5 由 纵 向 和 横 向 厚 差 及 板 形 所 决 定 的宏观不平度
< 应力计算
由式 37!M38!M3:!可得J
$)"%,
图中 I为钢卷对扇形板的总压力-J为由于 扇形板的热变形而产生的扇形板与楔形套间的卡
紧力-K/为由于 J而产生的摩擦力&L 为楔形套 对 扇形板的支持力-K!为相应于 L 的摩擦力-M 为卷筒胀缩液压缸提供的卸卷推力&关于扇形板 与楔形套间因为热变形而产生的卡紧力的计算根据扇形板的受力平衡方程可求出卷取结束时钢