二次冷轧机组张力辊设计计算

式中7 ! 为张力辊辊径 （ @@ ） ； " 为带钢弹性模量
引! 言
二次冷轧时， 带钢不仅受到轧辊的轧制压力， 而 且还承受张力。带钢张力对压下率和板形有很重要 的作用。为了便于控制二次冷轧时的张力， 并能使 张力均匀地加到钢带上， 在二次冷轧机组的入口端 和出口端都布置有张力辊。张力辊工作原理为： 带 钢包绕在张力辊上， 在其包绕接触处 （ 即包角处） 产 生摩擦力， 使出口张力与入口张力按某种规律变化， 借此改变带钢的张力值， 对机组实现张力控制。 张力辊的设计计算主要包括张力辊几何尺寸设 计计算， 张力的计算， 张力辊传动力矩、 传动功率的 计算等。本文根据以上计算内容， 详细介绍了张力 辊的设计计算方法， 并针对某钢厂二次冷轧机组对 张力辊设计的具体要求， 进行了张力辊设计计算。
万方数据
图 !$ 5 辊
(
)
!" 张力辊传动功率计算
张力辊传动功率按下式计算 &) () （ #% ） + ,,* 式中$ ( 为传动功率 （ -.） ； & 为传动力矩 （ /0） ； )为 * * 为带钢速度 （ 0 2 034） 。 辊子转速 （ 1 2 034） ， )) ， !’ 根据传动功率、 传动力矩和辊子转速合理选取 电机。 我们通常所说的张力辊多指 5 辊 （ 图 ! 所示为 立式 5 辊） 。5 辊两辊结构一样， 单独驱动。在计算 5 辊的张力、 传动力矩及传动功率时， 根据位置结构 确定每辊的包角， 按上述方法分别计算每一辊。
第 !" 卷第 ! Байду номын сангаас #$$% 年 & 月
江 苏 冶 金 ’()*+,- ./0)11-2+3
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二次冷轧机组张力辊设计计算
潘卫东， 梅如敏
（ 常州宝菱重工机械有限公司，江苏 常州7 #9!$9: ） 摘要： 介绍了张力辊的工作原理及设计计算方法， 并结合某钢厂二次冷轧机组设备的使用要求， 对张力辊进行了设 计计算。 关键词： 二次冷轧； 张力辊； 设计计算； =辊 中图分类号： >?!!"6 9#
图 (# 带压辊的张力辊工作状态
（;）
式中# !( 为张力辊出口张力 （ )） ； . 为张力辊传动 力矩 （ )4万方数据 ） ； ) 为辊子直径 （ 4） 。
张力辊处于电动工作状态时， 由于增加了压辊， 实际包角增大， 带钢在入口端未紧贴张力辊。此时， 出口张力及传动力矩按下式计算。 !& 9 ! ’ < ! # !( 9 !/ " !"（,） ) !".’ ［ （ !( 9 !/ ） （ = 9 & ）< ! # ］ ( 式中# / 为压辊压力 （ )） 。 为使张力辊能处于经常工作状态 （电动机工作状 ［&］ 态） ， 不发生打滑现象， 压辊压力 / 值应满足下式 & !& 9 ! ’ 9 ! # 9 !( * / * ! " !"& # # ［ （ !& 9 ! ’ 9 ! # ） = !"- 9 !( ］ （8） ! 张力辊处于发电工作状态时， 带钢在出口端未紧 贴张力辊。此时， 出口张力及传动力矩按下式计算
此， 张力辊辊径按下式计算选择 "# @)A !) !$
收稿日期： #$$&;$<;9$
图 97 张力辊工作状态
（9）
万方数据 作者简介： 潘卫东 （ 9:&& —） ， 男， 高级工程师。电话： （ $"9: ） !#"<!#9 。
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江 苏 冶 金
第 $% 卷
! * !" 带压辊张力辊张力计算 在某些张力辊上往往带有压辊， 以便增加张力， 或 对带钢建立初张力， 还可以防止带钢在辊子表面打滑。 如图 ( 所示。当张力辊处于电动机工作状态时， 一般 将压辊加在出口端 （图 ( （ /） ） ； 当张力辊处于发电机工 作状态时， 一般将压辊加在入口端 （图 ( （ 1） ） 。
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第! 期
潘卫东， 等： 二次冷轧机组张力辊设计计算
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（ #* ） ’ &) （ !# ’ !" & ! # ） （ ( !"$ & # ） % 为防止张 力 辊 打 滑， 压辊压力 " 值应满足下
［ #］ 式
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# !% & ! % & !# ’ ! # （ ## ） ! ( !"$ 实际操作过程中， " 值稍大于式 （ ## ） 中决定的 最小值。这样才能使包角处不打滑。但是， " 值过 大也会出现打滑。 ")
带钢带动张力辊， 张力辊处于发电机工作状态。 设计时， 暂不考虑压辊。 -, 0:= 根据式 （#） ， ’) ) "** 00； 根据实际， 确 #. 定 ’ ) "#* 00； 确定辊身长度 / ) + ’ %,* ) # !** > > 00； # 辊、 % 辊辊径相同， 辊速相同， 离心拉力及弹 塑拉力相同； 辊身表面均衬聚氨酯。 * )) ) ?<%6 ? 1 2 034 !’ 按式 （ ! ）、 （ ; ）分别计算得： ! # ) < +,*% ) , %,* +#% # 0 % ’# （ ! ,% & ,% （ ,# ) ) /； !% ) # ） ) #,% / "’ #6 %% 00） ； %> 根据辊位置关系， 确定 # > 辊包角 "# ) %#,@ ， 辊包角 "% ) #?*@ 。 对于 # > 辊： !# ) %; ;<* /， 按式 （?） 计算得 ! ) !, ;"< /， &# ) ; <"* /0； 对于 % > 辊： # > 辊的出口张力 A 作为 % > 辊的入口 &% ) , ,,< 张力， 按式 （?） 计 算 得 !% ) ;< +?; /， /0。 根据以上计算， 5 辊输出张力为 ;< +?; /， 大于 由于张力 设计要求值 ;, *,* /。实际使用过程中， 辊辊面磨光， 使得出口张力值比上述计算 ! 值降低， 值低。所以认为 5 辊的设计符合要求。 (% ) ;,, -.。 按式 （ #% ） 计算得 (# ) !+< -.， 若设计带压辊的 5 辊， 还需按式 （+） 或式 （ ## ） 计算确定压力 " 值。
"! 张力辊几何尺寸计算
张力辊几何尺寸计算主要是辊径和辊身长度的 选择计算。 为防止带钢产生永久变形 （ 伸长） ， 张力辊直径 选择应以最外层表面达到屈服点为出发点。因此， 张力辊辊径计算原则为： 带钢缠绕在张力辊上不产 生塑性弯曲变形， 即按厚带材绕过张力辊的弯矩小
［ 9， #］ 于或等 于 带 材 的 弹 性 极 限 弯 矩 计 算 辊 径 。据
（ .B)） ； # @)A 为带钢最大厚度 （ @@ ） ； ! $ 为带钢屈服 极限 （ .B)） 。 辊身尺寸依据带钢的宽度选取， 通常是带宽加 #$$ C !$$ @@。 张力辊辊面一般衬有聚氨酯， 以增加辊子与带 钢之间的摩擦力， 并避免带钢表面的擦伤、 印痕等。
#! 张力计算
#$ "! 张力辊张力计算 根据张力辊在机组中安装位置和作用不同， 张 力辊可以处于电动机工作状态或发电机工作状态。 如图 9 所示。图 9 （ )） 中， 带钢入口张力大于出口张 力， 张力辊处于电动机工作状态； 图9 （ D） 中， 带钢出 口张力大于入口张力， 张力辊处于发电机工作状态。
图 &# 张力辊工作状态
# # 用欧拉公式计算张力辊张力 !& ’ !( " !" （(） 式中 !& 为张力辊入口张力 （ )） ； !( 为张力辊出口张 ； 对于钢辊 ! ’ 力 （ )） ! 为辊子与带钢的摩擦系数， "* &% + "* &, ， 橡胶辊使 对于橡胶辊 ! ’ "* &, + "* (, ， 用摩光后， 其摩擦系数降低 %"- 左右； " 为带钢在 辊子上的包角 （ ./0） 。 带钢运动时由于离心力的作用而产生拉力， 拉 力为 （$） ! # ’ ,123( 式中# ! # 为离心拉力 （ )） ； $ 为带钢宽度 （ 4） ； %为 ； & 为带钢速度 （ 4 5 6） 。 带钢厚度 （ 44） 由于带钢具有一定的刚性， 在张力辊入口和出 口端不能完全紧贴在辊子上， 而会产生弹塑变形， 使 得实际包角 "7小于理论包角 " （ 如图 & 所示。实际 计算时， 可取 "7 ’ （ "* , + "* 8 ） 带钢越 "。一般地， 厚， ） ； 且弹塑变形会产生拉力 ! ’ "7值越小。 $# ( ! ’ ’ （ $ %( 9 %( （:） &） !) 式中 （&* & + &* (） )# %& ’ （%） + 计算 !( 时， 应考虑离心拉力 ! # 及弹塑拉力 ! ’ ； 计算传动力矩时， 考虑离心拉力 ! # 及弹塑拉力 ! ’ ， 根据实际包角的大小， 按图 & 中 , 、 ) 两点处的张力 差来进行计算。当张力辊处于电动机工作状态时， 当张力辊处于发电机 按式 （ ! ）计算 !( 及传动力矩； 工作状态时， 按式 （;） 计算及传动力矩。 !& 9 ! ’ 9 ! # !( ’ 9 !’ . ’ " !") （ !( < ! ’ 9 ! # ） （ = !"- 9 & ） ( !"!( ’ （ !& < ! ’ 9 ! # ） " < !’ . ’ ) （ !& < ! ’ 9 ! # ） （ = !"- 9 & ） ( （!）
#" 设计计算实例
某钢厂二次冷轧机组在双机架平整机的入口和 出口侧分别布置一套 5 辊。现以入口 5 辊为例， 设 计计算入口 5 辊。入口 5 辊布置结构如图 ! 所示。 已知： 带钢宽度 + ) # *,* 00； 带钢厚度 , ) #6 * , 00； - ) %6 # 7 #* 89:； （ 最大） ； !# ) %; ;<* #. ) !,* 89: !% ) ;, *,* /； * ) # ,**0 2 034 （ 最大） ； /； ! ) *6 %。
$" 结束语
张力辊在连续作业的带材精整机组中使用越来 越广泛。通过设计过程中的计算分析， 能够得到较 精确的张力值及张力变化规律， 从而能更好的控制 张力， 使整个机组的张力得到合理的匹配。这对于 提高产品的质量， 降低整个机组的能耗有着十分重 要的意义。 参考文献：
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