热轧带钢卷取机浅议

热轧带钢卷取机设计

摘要:阐述了热扎带钢卷取机的结构特点、工作原理,进行了各个系统的原理设计，及系统中个标准部件的选取、非标准零部件的及设计和相关计算。

关键词：卷取机原理设计卷筒控制液压缸。

Abstract: This paper introduces the hot rolling strip steel coiler structural features, working principle, undertook various system design, and system of standard parts, non-standard parts and components selection and design and related calculation.

Key words: coiler reel control principle design of hydraulic cylinder.

第一章绪论

1.1卷取机简介

在近代轧钢生产中，卷取机的用途是收集超长轧件，将其卷绕成卷以位于生产、运输和贮存。

卷取机是轧钢车间的重要辅助设备，是成卷轧制主轧线中必不可少的设备，在带材和线材生产中均被广泛应用。轧钢生产实践证明．保证卷取机顺利工作对提高轧机的生产率有很重要的意义。

卷取机的类型技其用途可分为热带材卷取机、冷带材卷取机。热带钢卷取机是热连轧机、炉卷轧机和行星轧机的配套设备，有地上式式、元卷筒式等。由于地下式卷取机具有生产率高，便于卷取宽且厚的带钢俐卷密实等持点，所以现代热连轧生产线上主要采用这种卷取。

1.2地下式卷取机的发展现状

在带钢热轧机上生产厚度为1.2～8mm成卷热轧带钢的工艺。带钢宽度600mm以下称为窄带钢；超过600mm的称为宽带钢。第一台带钢热连轧机于1905年在美国投产，生产宽 200mm的带钢。带钢热轧机的技术经济指标优

越，发展很快。在工业发达国家，1950年以前热轧宽带钢的产量约占钢材总产量的25%,70年代已达50%左右。热轧带钢的原料是连铸板坯或初轧板坯，厚度为130～300mm。板坯在加热炉中加热后,送到轧机上轧成厚1.00～25.4mm的带钢，并卷成钢卷。轧制的钢种有普通碳钢、低合金钢、不锈钢和硅钢等。其主要用途是作冷轧带钢、焊管、冷弯和焊接型钢的原料；或用于制作各种结构件、容器等。

在国外最近的卷取机发展的代表有德国SMS和日本IHI。目前SMS采用的方法是对中导板处的辊道本身具有一定的斜度．从而使带钢进入对中导板区域后，根据前面测宽仪测到的带钢宽度，自然地向由对中导板控制处理器预置位置的液压传动的一侧导板靠拢。同时．在另一侧，带钢未进入导板前，另一侧的导板也由液压传动到比带钢宽度稍宽一些的地方，待带钢进入后，再通过两侧导板前的短行程快速液压缸由伺服阀控制轻靠带钢的边部，保证带钢能够在卷取机与末机架建立张力前带钢准确地对中。当带钢与卷筒之间产生张紧以后，控制侧导板少许放松．同时进行动态跟踪和侧压的压力控制．陵带锕自然卷取并减少侧导板对带锕边部的擦伤和侧导板的磨损。当带钢尾部离开最后机架或夹送辊时，侧导板再次靠上带钢边部．以控制带钢尾部对中地进入卷取机，保证带锕尾部卷取具有良好的状态。在整个控制过程中，对于导板的位置的检测是根据置于导板传动液压缸内部的位移传感器获得的。

IHI对中导板采用的是两侧对称的控制方法．两侧导板都根据前面测宽仪测得的宽度．经控制处理器控制两侧对应的伺服阀控制快速液压缸调整对中导板的开口度和中心位置。当带钢的头部离开层流冷却段．还未进入对中导板时．一个计时器开始工作，两侧导板先移动到比带锕宽度略宽的地方．随着带钢头部的进入前部，短行程快速液压缸分两次靠近带锕。当带钢开始正常卷取时，导板与带钢随动进行动态跟踪并控制最大的刮压压力，使带锕始终保持对中状态。带钢尾部离开最后一架张力辊时．延时将短行程液压缸分段打开再将导板全部打开．这样可以保证带钢尾部不会产生甩尾，取得良好的尾部卷取状况。

在张力辊装配上．目前SMS和IHI都采用了全液压式，为获得准确的张力辊开口度(由于采用液压压紧，除去了原先张力辊压下的气缸．因此不可能象原来那样，在开口度不准确的情况下，还可以靠气体的压缩咬入带钢。

在张力辊架k．SMS和IHI采用了不同的方式。SMS基本保留了原张力辊的机架形式，上张力辊及压下液压缸安装在一‘个摆动支架上，支架的一端与张力

辊机架铰接，另一端通过两侧的液压缸拉紧在定位架上，增加了拉紧液压缸的拉力。而IHI则在机架结构上引进了轧帆机裂的概念，采用…个整体的张力辊牌坊．上张力辊在机架的牌坊中上下运动。以朔机架获得更高的刚度，使上张力辊对带钢的调整更为明显，并得到更好的张力辊辊缝精度，同时可以通过整体换装的方式提高作业率。这两种结构形式目前的使用情况都很好，都基本上获得了预期的效果。相对来讲，IHI的结掏较为笨重庞大，实际淡用效果相差不太大。

助卷辊目前都采用直流电机(根据带钢速度和结构要求可能中lE有减速器)通过万向节与助卷辊相联接，而l讶卷辊则安装在由比倒阔控制的伺服液压缸传动的摆臂上。助卷辊的实际摆动的位．SMS是依释伺服液压缸内部的位移传感器束获得的，而IHI则是依靠助卷辊摆臂铰接处的电融角度传感器来得到的。

对于卷取处于高温状态的带钢，SMS采用了柱塞连杆式卷筒，且卷筒本身不采用通水冷却，卷筒扇形块采用特殊耐热不锈钢来保证其在高温下稳定地工作和相当长的使用寿命(一般正常情况下使用寿命超过100万t．国内曾经达到过150万t)。IHI在卷筒的设计上采用中间通水的水冷结构以降低卷筒的温度。相对来讲，卷筒的结构和加工较为复杂。但这样可以降低对卷筒扇形块材料的要求。

IHI对带钢头尾的跟踪方法基本与SM类似，仅张力辊上的加速度传感器或电机电流信号改为激光探测器，而助卷辊动作位置的检测由液压缸内置位移传感器改为电磁角度传感器。这两种跟踪方法的基本原理和控制思路基本是一致的。

另外，需要补充的是，SMS的卷筒在卷取时先预涨，当卷取1～3圈时，带钢后涨到规定尺寸，然后还有少量的过涨量以迅速获得带钢的卷取张力而IHI 的卷筒在卷取时先预涨，开始卷取后涨足到规定尺寸。实际使用中这两种方式均可满足工艺要求，如希在短时间内迅速建立张力，则采用SMS的方式可能稍好一一些。

无论是SMS还是IHI，现在在热轧带钢卷取机上的技术都是领先的，随着控制技术的发展和新型传感器的运用以及设备工艺的改进，使目前热轧带钢卷取机获得了相当大的进步，基本实现了对卷取带钢卷型的任意控制。但各种技术也有各自的缺陷，相信不久热轧带钢卷取机的技术将更加成熟和稳定。

近年来，在国内还出现了液压传动的卷取机。由于油马达具有较快的调速性能，采用液压传动，对于高速轧制有重要意义。在一些小的单机座不可逆冷轧机上的卷取机，也有采用交流电动机的，此时，在传动装置中采用摩擦片或皮带轮等摩擦传动方法实现调速；这是在扭矩基本不变的情

况下进行调速。这种调速方法的缺点是不能保持恒张力及摩擦片容易磨损，优点是设备简单，投资少。

1.3卷取工艺对卷取设备件能的要求

总结卷取生产的经验，可将卷取工艺对卷取设备工能的要求概括为以下几个方面：具有较高的咬入和卷取速度；能处理大吨位的带卷，以提高带钢生产率；能卷取较大厚度范围的带材，特别是厚带及合金钢带，以扩大品种；具有较强的速度控制能力，以实现稳定的张力和稳定的卷取过程；能产生较大的张力并能在较低的温度下港取，以改善带材的质量和机械性能；所卷带卷边缘整齐，便于贮存运输；高速卷取时，卷筒有良好的动平衡性能；卷筒可胀缩，便于卸卷操作。此外，港取机还应具有能适应高温环境，结构简单，动作可靠，维修方便等特点。

1.4地下式卷取机的分类

地下式港取机有助卷辊数目、分布情况、控制方式以及卷筒结构个同之分。按助卷辊数目，地下卷取机可分为八辊式、四辊式、三辊式、滑座凹辊式、二辊式等；按助卷辊的移动控制方式，可分为各助港辊连扦连接集体定位控制和各辊单独定位控制两种；按卷筒结构可分为连扦胀缩港筒港取机和棱锥斜面柱塞胀缩卷筒港取机等。八辊式卷取机多采用助卷辊连杆集体定位的控制方式。四辊式卷取机助港辊采用集体定位控制方式。近代卷取机多采用三辊或四辊比各个助卷辊都能单独定位控制的设计方案。滑座四辊式用于卷取h大于16mm们的厚带钢，二辊式主要用于卷取薄窄带钢。

1.4本设计的主要任务

1.4．1 设计内容

1.热轧带钢卷取机的总体设计，选择合适的方案。

2.热轧带钢卷取机中各个分系统的原理设计，主要是卷筒和控制液压缸部分的设计。

3.系统中个标准部件的选取、非标准部件的设计和相关计算。

4.绘制非标准部件的图纸。

5.计算说明书。

1.4.2设计参数

带钢厚度：1.8-25.4mm；带钢宽度：1000-2000mm；卷曲带钢温度：500-700℃；带卷内径：762mm；带卷外径：1100-2150mm卷曲速度为：23m/s

第二章卷取机的总体设计

1.1卷取机的结构特点

设备主要有以下几部分组成：

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。

2.2工作原理

(1)热轧带钢卷取机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。

第三章卷筒设计

3.1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。

3.2卷取机的卷筒结构

卷筒是卷取机的重要组成部分, 一般有以下几种结构形式: 实心卷筒式、链板式、弓形块径向液压钳口闭式、扇形块四棱锥式和扩张锥式、扇形块八棱锥等等。现阶段在冷轧机组主要应用有两种, 扩张锥式和四棱锥式。

(1)实心卷筒式: 结构简单, 强度刚度高, 无钳口。缺点: 不便于卸卷,

轧制张力过大易产生塑性变形。近年被可控涨缩卷筒取代, 现常采

用转盘式双卷筒结构。

(2)链板式: 结构较复杂, 刚性差、制造困难, 一般用于张力不大于

20kN～50kN的卷取机。

(3)弓形块径向液压钳口闭式: 卷筒结构紧凑, 实际使用情况良好。缺

点: 结构上不对称, 高速卷取时动平衡性差, 卷筒不圆柱度带来张

力波动。要求径向柱塞密封设计和加工精度较高, 易漏油, 影响带

钢表面质量。

(4)扇形块八棱锥闭式: 卷筒封闭, 电机通过装有快速拆装齿轮套的齿

形联轴节直接拖动。卷筒的涨缩不是采用旋转液压缸和输油接头,

而是通过液压缸驱动杠杆、带动凸轮拨叉、驱动连杆机构以及收缩

用的三组弹簧完成。

(5)四棱锥式: 其主要零件为棱锥轴和扇形板, 工作时通过涨缩油缸的

拉动使棱锥轴前后运动, 利用棱锥轴和扇形板的斜面互相配合以达

到涨和缩的目的。这种结构形式有以下几个优点: 棱锥轴为整体铸

件(或锻件), 其刚性比较大, 可以承受较大的张力和重力;结构简单,

其头部容易连接活动支撑; 润滑方便, 配合面防尘效果好。但是四

棱锥也有其缺点: 由于棱锥轴为整体, 这就注定了其制造成本高,

加工难度大; 棱锥轴和扇形板之间的配合面的斜度不能太大, 如果

斜度太大会导致涨缩油缸行程也随之增加。

(6)扩张锥式: 其主要零件为锥套、拉杆、空心轴和扇形板, 涨缩油缸

拉动拉杆前后运动, 拉杆带动锥套来实现涨缩。虽然结构看似复杂,

但其制造成本很低, 加工简单, 被称为假四棱锥。这种结构不易接

出活动支撑, 一般卷取时卷筒都处于悬臂状态, 所以这种形式不能

承受太大的张力和重力。扩张锥的配合斜面角度比四棱锥式的大,

油缸行程短, 涨缩范围大。所以在卷重中等、张力不大的情况下, 很

多企业都采取这种结构形式。

为了适应现代经济的发展, 工厂一般都会在生产工艺允许的情况下选取投入成本低、加工周期短的结构设备, 扩张锥式便成为了首选,。

3.3 卷取机的运行特点和主要参数计算

3.3.1 卷取机的运行特点

卷取机在每次卷取时, 先以低速在卷筒上卷取圈～5圈, 然后建张并加速,

达到机组正常的运行度。由于带卷越卷越大, 线速度也就越来越高, 这为了保持匀速和恒定的张力, 就要使电机逐渐减速,带卷直径达到要求时, 减速停车, 并卸卷。

3.3.2 卷曲张力的计算

带钢卷取时, 卷取张力值的大小由卷取机工作状