铝带冷轧机组卷取机卷筒主要参数计算及分析_王艳丽

第40卷　第3期有色金属加工

V o l .40　N o .3

2011年6月N O N F E R R O U SM E T A L SP R O C E S S I N G J u n e 2011

铝带冷轧机组卷取机卷筒主要参数计算及分析

王艳丽

1,2

,李小谦

1

(1中南大学,湖南长沙410000)

(2洛阳有色金属加工设计研究院,河南洛阳471039)

摘　要:随着铝带冷轧机组正朝着高速度、大张力、大宽度、大卷径方向发展,卷取机越来越受到人们的关注。实践证明,卷取机工作的好坏,直接影响到机组的工作性能,影响到带材的厚度精度和板形精度,以及卷材的卷取质量。因此,在铝带冷轧机组设计中一直受到特别重视。本文结合作者多年从事设备设计的实践,分析了冷轧机组卷取机卷筒的计算及其改进措施。这些是值得我们借鉴的,对铝带冷轧机组卷取机设计具有一定的指导作用。

关键词:铝带;冷轧机组;卷取机;卷筒;设计;计算;分析

中图分类号:T G 333.2 文献标识码:A 文章编号:1671-6795(2011)03

收稿日期:2011-01-29

在冷轧铝带车间,卷取机是铝带冷轧机组中的重要设备,一直被称为该机组的三大主机之一。在正常轧制过程中,它与轧机之间建立稳定的张力,以实现优质轧制。实践证明,卷取机工作的好坏,直接影响到机组的工作性能,影响到带材的厚度精度、板形精度以及卷材的卷取质量。而卷筒作为卷取机的核心部件,它直接影响卷取机的工作状况。

近几年来,具有现代工艺指标和装机水平的铝带冷轧机组已在国内一些有色金属加工厂中闻世。其主要工艺参数已达:带宽2100m m 、卷重23000K g 、张力200k N 、轧制速度2200m /m i n 。高速、大张力、大宽度和大卷径的参数带来了新的生产工艺,也给卷取机的卷筒提出了更高的要求:能承受大的张力;高速运转时的稳定性能好;卷筒胀缩范围大;能避免卷材局部塌陷;另外卷筒的制造精度要高。

1　卷筒的结构型式

在铝带冷轧机组卷取机卷筒的设计中,无论是国内还是国外的公司普遍采用了闭式四斜楔卷筒,这种卷筒具有满足现代铝带冷轧机组生产工艺要求应具备的优点:

①闭式四斜楔卷筒在各类可胀缩卷筒中强度和刚度较高,仅次于四棱锥卷筒。可承受较大的张力。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,故动

平衡性能高,适于高速卷取。由于卷筒旋转稳定性好,使张力波动小。在高速铝带冷轧机组卷取机的设计中,采用无钳口的闭式四斜楔卷筒,进一步改善截面的对称性,更加提高了卷筒的动平衡性;

③卷筒胀大时,四个扇形块和四个径向斜楔构成了封闭的圆柱表面。它们之间没有明显的沟槽和缝隙。这样,带卷内层不会出现局部塌卷和表面压痕,有利于提高带卷质量。特别适宜于冷轧铝带的卷取;

④卷筒直径胀缩范围大,便于上卸套筒和卸卷;⑤四斜楔卷筒比其它型式的卷筒易于加工,较易获得高精度的卷筒,从而保证卷筒精确、灵活、可靠地工作。

2　卷筒的径向压力及行程的计算

卷筒主要由扇形块、径向斜楔、轴向斜楔、空心主轴、芯杆、十字联接件、胀缩缸、回转接头及支撑头部等组成。芯杆和十字联接件之间通过液压螺母或防松螺母进行联接。在国内外一些公司的新设计中,都曾采用了液压螺母的联接方式。2.1　卷筒径向压力的计算

要确定卷筒胀缩缸直径,首先要进行计算带卷作用于卷筒表面的径向压力P 0到目前为止,国内外有多种计算卷筒单位径向压力P 0的公式。但这些公式计算结果相差很大,至今还没有一个令人满意的公式。由于公式理论推导所采用的某些假定条件,都不能如实地反映卷取机卷筒的实际工作情况。生产中发现即使按照相同尺寸和精度要求加工出来的两个

　第3期

有色金属加工

卷筒,在相同工艺参数的操作条件下,得到的缩径状况也是不一样的。这说明径向压力值的变化是比较复杂的。根据多年设计工作经验和所掌握的一些现场使用情况,比较了一些单位径向压力计算公式。对于铝带冷轧机组闭式四斜楔卷筒来说,运用以下计算公式进行单位径向压力计算,比较接近实际生产情况。

P 0

=K σ01+

f ·π21n R

r (M P a )式中:K ———卷筒压力系数

自动缩径工作时K=C 0.15+

1

1.5+(R r )2C ———为卷筒刚性系数。对于四斜楔卷筒,推荐C 取1.1～1.3

σ0———卷材单位张力σ0=

T b ·h (M P a )T ———带材卷取张力(N )b ———带宽(m m )h ———带厚(m m )

f ———带(卷)层间摩擦系数对于铝带表面有少量工艺润滑油时推荐f 取0.14～0.18

R ———带卷外半径(m m )r ———卷筒半径(m m )

2.2　卷筒直径胀缩量■D 和胀缩液压

缸活塞杆行程L 之间的几何关系计算

胀缩液压缸的活塞杆拉(或推)动芯杆及与它联为一体的十字联接件和轴向斜楔作轴向移动L ,从而带动径向斜楔径向移动■r ,径向斜楔通过支持面的滑动,迫使扇形块沿自身中心线向外(或向内)径向移动■R ,这样卷筒便得到胀缩量为■D 。

闭式四斜楔卷筒主要零件之间的运动关系分析,可通过一个轴向斜楔、径向斜楔和扇形块来进行。根据(图1)进行运动分析:

在图1中的位移三角形中,运用正弦定理,可得:■R ■r =S i n βs i n [180°-(45°+β)°]=s i n β

s i n (45°+β)因此■R =s i n βs i n (45°+β)

■r

卷筒的直径胀缩量■D =2■R =2·s

i n βs i n (45°+β)

■r 胀缩缸活塞行程L =■r t g α=■D ·s i n (45°+β

)

2s i n β·t g α。

式中α———轴向斜楔斜面倾角

1.径向斜楔

2.扇形块

图1　运动原理分析图

3　卷筒内部结构的改进和完善

通过多方面的改进和完善,使卷筒的性能在实际生产中得到了更好的发挥。增加了卷筒工作的可靠性,延长了寿命。装配和维修也更为方便。

①在生产现场,卷筒往往因维护不当,润滑状况严重恶化造成卡死不能胀缩的现象,极大影响了生产。为此,在扇形块、径向斜楔、轴向斜楔和空心主轴相互之间,凡是承压的滑动表面都采用了镶嵌固体润滑剂的铜滑板。甚至,在轴向斜楔和空心主轴的相接触的两侧面也装有这种滑板。这样,即使缺少润滑油时,也可进行自润滑。避免卡死现象。为了增加耐磨性

,有的厂家还在铜滑板里添加了耐磨材料。

②胀缩缸的活塞和缸体间,活塞杆和缸头间均采用了同轴密封和聚四氟乙烯导向带密封结构(图2),不仅改善了密封性和导向性,还降低了摩擦阻力。

1.防尘圈

2.同轴密封圈

3.导向带

4.缸头

5.活塞杆

图2　胀缩缸活塞杆密封结构

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