单机架可逆式冷轧机组卷取机设计

（Cold Mill Department, CISDI Engineering Co., Ltd., MCC, Chongqing 401122, China）
Abstract： Based on the construction and working principle of the tension coiler, the determination of the tension reel parameter and motor parameter and also the design of the reducer are described. It has been proved that this tension coiler can meet the needs of the large tension and high speed in reversing mill line and save the cost of the project. Key words： single stand; tension coiler; tension reel; reducer; design
推卷装置是辅助将卷取完成的钢卷从卷筒上卸下， 由液压缸驱动沿着两根导向柱进行伸缩运动。
压辊装置用于在卷曲结束时压住带尾，防止带尾松 开造成散卷。活动外支撑是在卷取过程中，支撑住卷筒的 悬臂外端，以减小带卷重力和张力作用引起的卷筒的挠 曲变形。 3 卷取机设计计算
某单机架冷轧机组卷取机相关工艺参数见表 1。 3.1 卷筒胀缩缸参数确定
一方面，光传送层的保护措施经常需与数据网 IP 层 的保护策略（如 IGP，即 Internal Gateway Protocol）快速收 敛）进行配合协调，数据网的 Hold-Off 等参数以及光层面 的误码率等指标应该协调配合设定。
另一方面，目前 IP 层保护方式的成熟度尚待进一步 完善，尤其对于长途骨干网的高速 IP 业务。如 GE over WDM 要达到 IGP 的收敛时间小于 1s 的电信级要求，以 目前的 技 术 ，GE 端 口之 间 只 能 通 过 BFD（Bidirectional
结束。随着卷取继续，卷径变大，径向压力 P0 再次 增大，卷筒再次产生自动缩径，如此往复，卷筒自
动缩径是一个动态平衡的过程。
图 1 卷取机结构示意图 1.传动电机 2.胀缩卷筒 3.减速器 4.推卷装置 5.压辊装置 6.活动外支撑
径向压力 P0 的计算不仅是卷筒零件强度和 胀缩缸胀缩力计算的先决条件，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
力矩；b 为带钢宽度，mm；h 为带钢厚度，mm；R 为钢卷外
在带钢卷取过程中，卷筒扇形板受到带钢给它的沿 径，mm；σs 为带钢屈服强度，MPa；∑F 为卷筒轴承处的合
110 机械工程师 2012 年第 8 期
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小拉力 Q＝117kN，设计时考虑一定的安全系数，因此取卷
筒胀缩缸直径 D＝250mm。
从式（1）可以看出，液压缸的拉力 Q 和斜楔角 γ 大小
紧密相关，当 tanγ<μ 时，斜楔自锁；tanγ>μ 时，斜楔角越
大，所需的胀缩缸拉力越大；当 tanγ=μ 时，卷筒的润滑条
件对卷筒的工作性能有重要影响。
3.2 电机功率确定
卷取机卷取带材时，正常情况下可以认为张力处于恒
定，卷取线速度恒定，卷取机功率主要由带钢弯曲功率、卷
取张力所需功率、摩擦功率组成，其功率 P 的计算公式为：
P＝（M1+M2+M3）V/1000Rη， M1=bh2σs /4， M2=TR， M3=∑Fμd0/2
（2）
式中，M1、M2、M3 分别表示带钢弯曲力矩、张力力矩、摩擦
和钳口压板的斜面运动夹紧带头。同理，胀缩液压缸和钳 口液压缸的反向动作，实现卷筒缩回和钳口松开。由于棱
的。本文采用其计算方法计算卷筒胀缩缸的参数，则卷筒 胀缩缸所需的最小拉力可由下式计算：
锥主轴和扇形板等为整体锻件，刚性好，而且端部容易连 接活动外支撑，因此可以满足大张力和较大卷重的要求。
减速器是实现动力传输的主要部件，此外还支撑着 卷取机的主要结构件，因此必须有足够的强度和刚度。减 速器通过联轴器和电机输出轴相连，卷筒轴即是减速器 的低速轴，通过几组齿轮的相互啮合传动，输出满足工艺 要求的速度和动力。为了满足单机架可逆式冷轧机组卷 取速度和张力的要求，减速器需要设计为可换档变速式。 传动电机是卷取机动力的来源，通过联轴器和减速器将 动力传递给卷筒，传动电机必须满足机组运行的张力和 速度要求，同时要具有较好的经济性。
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单机架可逆式冷轧机组卷取机设计
谭刚， 李轲 （中冶赛迪工程技术股份有限公司 冷轧事业部，重庆 401122）
摘 要：基于卷取机的结构和工作原理，介绍了单机架可逆式冷轧机组中卷取机的卷筒参数确定、电机参数确定和减速
胀缩卷筒是卷取机的核心部分，用来承受卷取张力和 带卷直径、带卷和卷筒的径向刚度、带卷层间介质及表面
钢卷自重。由于单机架可逆式冷轧机组卷取张力较大，钢 状态、层间滑动与摩擦及带宽等因素有关。由于这些问题
卷自重较重，原料厚度也较厚，因此一般采用倒四棱锥带 在理论分析和实验研究方面都具有较大难度，多年来国
力，N；d0 为卷筒轴承直径，mm；V 为卷取速度，m/s；η 表示 传动效率，一般取值为 0.85~0.9，本文取为 0.88。
实际生产中，张力力矩在总力矩中占主要作用，带钢
弯曲力矩和摩擦力矩占的比例很小，电机功率可由下式
初步计算 ： ［3］
பைடு நூலகம்
P＝λTV/η
（3）
其中 λ 为功率因素，一般可取值 1.10~1.15，对应的 T
由于采用 OADM 闭合环网结构，部分波道（特别是保护 存在一定的局限性。随着传送网的智能化发展，不仅将起
波道）在环内被 EDFA 循环放大，可能会导致光功率自激 到链路层的作用，并将提供网络保护层的功能，对承载的
振荡现象，造成系统瘫痪；（4）OMSP 保护采用软件协议 业务实现更完善的保护和更灵活的调度。最终，由传送网
1引言
取和出口卷取，其中一侧卷取时，另外一侧处于开卷状
卷取机是带材生产线上的主要设备之一，张力卷取 态。在第一道次轧制时，带钢厚度厚，卷取张力大，卷取速
机广泛应用于带钢生产和有色带材生产行业中。单机架 度低，随着轧制道次的增加，带钢厚度逐渐变薄，卷取张
可逆式冷轧机组卷取张力大，卷取速度较高，分为入口卷 力也逐渐变小，而卷取速度则逐渐升高。为了满足单机架
610 588~610 1450 2000 800~1250 25 170（卷取速度 V≤640） 103（640<卷取速度 V≤1050） 1050 1.4~4.0
缩 径 ， 成品厚度/mm
0.2~1.2
同时径向压力 P0 也随着减小；当径向压力 P0 减小 到胀缩缸拉力能够维持时，溢流阀关闭，自动缩径
为卷取最大张力，V 取值为最大张力对应的卷取速度。工
程实践表明，式（3）计算的电机功率普遍偏小，可以采取
式（4）初步估算电机功率，然后再进行力矩校核确定合适
的电机功率，其中 Vmax 表示机组的最大卷取线速度。
P＝TVmax/η
（4）
由于冷轧卷取电机功率一般较大，最高转速 nmax 和
实现，倒换时间较通道保护长，为 50ms。
和 IP 网构成的大承载网将统一在智能光网的系统下，实
3.4 与 IP 层保护策略结合的问题
现从 IP over WDM 到 IP over OTN 的过渡。
IP over WDM 环境下，在确立传送层保护方式的时 候，亦需对目前 IP 层保护方式的典型应用和缺陷有一个 比较深入的了解。
可逆式冷轧机组工艺要求，必须设计一种大张力卷取机， 径 向 方 向 的 压
表 1 机组工艺参数表
既能满足卷取的张力要求，又能满足卷取的速度要求。本 文介绍了一种可机械换档式的张力卷取机的主要结构和 参数设计计算过程。 2 卷取机结构和工作原理
单机架可逆式冷轧机组卷取机主要由胀缩卷筒、减 速器、传动电机、推卷装置、压辊装置以及活动外支撑等 组成，其主要结构如图 1 所示。
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3.3 光复用段保护方式
Forwarding Detection）for IGP 的方式缩短线路的故障发
OMSP 保护方式有如下一些技术缺点或不足，在应 现时间；而由于不同厂家的 BFD 存在兼容性问题，且不
Q＝2 姨 2 η′DT（tanγ-μ）/πfd
（1）
其中，D 表示钢卷外径，mm；T 表示卷取张力，N；η′表示液
压缸机械效率；γ 表示卷筒斜楔角，（°）；μ 表示主轴与斜
楔块的摩擦系数；f 表示带钢层间的摩擦系数；d 表示钢
卷内径，mm。卷筒的斜楔角 γ＝7°，摩擦系数 f＝0.18，摩擦
系数 μ＝0.08，液压缸机械效率 η′＝0.98，则可得液压缸最
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2
1
力 P0，随着卷取 卷筒工作直径/mm
的不断进行，径 卷筒胀缩范围/mm 向压力 P0 也随 卷筒有效长度/mm 着增大，当其增 钢卷最大外径/mm
带钢宽度/mm
大到胀缩缸拉
最大卷重/t
力无法维持时， 胀 缩 缸 溢 流 阀 带钢卷取张力/kN
打开，卷 最大卷取速度/m·min-1
筒 自 动 原料厚度/mm
的难度；（2） 光复用段保护方式适用于闭合的 OADM 环 障检测和自动倒换，将有较大的风险。