1420 酸轧机组卷取机介绍及卷筒受力计算摘要：本文简要介绍了梅钢1420 酸轧机组卡罗塞尔双卷筒卷取机机械构成和工作原理，并根据卷取机的卷筒结构结合工艺条件对卷筒进行了径向压力计算和校核关键词：卡罗塞尔卷取机 径向压力 卷筒 扇形块V 、性、■1、前言梅钢 1420 冷轧项目以“技术先进、产品一流、投资省、效益高”的设计思 想为指导，在充分消化和吸收宝钢分公司现有冷轧技术的基础上，由宝钢工程技 术公司进行自主集成和创新梅钢冷轧设计产能85 万吨，主要有酸洗连轧、连 退镀锡、镀锌等机组酸洗连轧机组是将酸洗段和轧机段联合起来组成一条连续的生产线其中轧 机段工艺要求较高，相应地设备配置要求也较高根据产品生产工艺要求及原有 机组的生产经验，轧机段最重要的配套设备卷取机选择了目前广泛用于冷轧带钢 卷取的卡罗塞尔卷取机卡罗塞尔卷取机有两套张力卷筒，可以连续的进行交替 卷取与两台串列布置的卷取机相比具有以下优点，一、设备设计布置紧凑，减 少了出口设备数量，相应地也减少了故障点二、缩短了卷取机与轧机间的距离， 避免了双卷取机因为切换时造成的卷取停机故障三、能够快速的建立张力，延 长了稳定轧制时间，提高成才率。
2、卡罗塞尔卷取机结构和工作原理2.1 卷取机结构图 2－1 是卡罗塞尔卷取机，它主要由旋转大盘、卷筒、大盘旋转及锁定、卷筒传动、外支承、压辊等装置组成卡罗塞尔卷取机为双卷筒结构，在卷取时两个卷筒交替进行卷取两个卷筒分别有各自的涨缩和传动机构图2 — 1卡罗塞尔卷取机1、卷筒2、旋转大盘驱动齿轮3、旋转大盘4、芯轴、外套5、分配齿轮装置6、卷筒回转电机该卷取机的卷筒为刚度可控的可涨缩式结构，如图2 — 2所示，卷筒主要由传动轴、拉杆，斜楔、扇形块组成通过卷筒轴尾部的旋转液压缸带动拉杆及斜 楔轴向移动可实现卷筒的涨开和收缩d ： j T 口1 匚...〔_._=5^A—A视图放大MAX.SOS图 2－2 卡罗塞尔卷取机卷筒结构1、扇形块 2、斜楔 3、传动轴 4、拉杆图 2—3 为卷筒传动结构简图，目前设计使用的卡罗塞尔卷取机采用的机械 传动方式有两种：一种是行星齿轮的工作方式；另一种是采用芯轴外套的工作方 式梅钢酸轧机组采用的是后一种传动方式，结构如图2—3 所示，1＃和 2＃卷 筒分别有单独的传动系统通过芯轴外套传动图2－3卷筒传动机构简图1、卷筒 2、外套 3、芯轴 4、电机2.2 卷取机工作原理卡罗塞尔卷取机的主要特点是，穿带包绕总是在助卷位置，整个带钢的卷取 以及钢卷的卸卷是在卷取位置完成的。
工作方式如图2－4所示，两个单独传动 的卷筒安装在一个可转动的旋转大盘上，通过大盘的旋转，两个卷筒可交替进行 轧制后带钢的卷取o助卷位a、穿带助卷位b、卷取图 2 － 4 卷取机工作原理3、卷筒强度校核卷取机在卷取带钢时，要为轧机提供前张力，随着卷厚的增加，卷取机卷筒要承受较大的径向压力由于径向力的作用，卷筒、扇形板有可能会发生变形，造成卷取故障，影响机组的正常生产因此对卷筒进行径向受力分析和卷筒的强度校核具有重要的意义3.1 卷筒径向压力计算一般认为卷筒径向压力与卷取张力和带卷直径、带卷和卷筒的径向刚度（包 括带卷的层间变形效应和卷筒的胀缩性能）、带卷层间介质及表面状态、层间滑 动与摩擦及带宽等因素有关多年来国内外虽有许多学者做了大量的研究工作， 至今仍不能精确计算卷筒径向压力但他们采用的分析方法及其结论可以作为参 考本文所讨论的卷取机棱锥角为140，锥面角大于摩擦角而不能自锁，属于自 动缩径卷筒，其刚度可通过涨缩液压缸中的油压大小来调整自动缩径卷筒的径 向压力可按经验公式计算P=KoQ—f兀1 + j2In Rc3－1式中 f ——带材（卷）层间的摩擦系数，对冷轧带钢一般取下列值表面有油或乳化液时 f =0.1；表面有少量乳化液时 f =0.12；表面无由或无乳化液时 f =0.15；K——卷筒压力系数。
缩径状态工作时：K=C0.15 + 1(R 丫1.5 + — 1r )2其中C为卷筒刚度系数当棱锥角为14时，C一般取1.45〜1.6G——单位张力，MPa0R 带卷最大卷取半径，mmcr 卷筒外半径（D/2）, mm2结合卡罗塞尔卷取机自身结构特点及1420酸轧机组卷取工艺（表3－1）确定各个参数表3－1 1420酸轧机卷取机工艺参数钢卷内经钢卷外径钢卷重量带钢宽度卷取单位张力508mm1000〜2000mmmax22100kg700〜1300mm5kg/mm2卷筒外半径r :2r =508/2=254mm2带卷最大卷取外半径 R ：cR =2000/2=1000mm c单位张力 G =49 MPa0卷筒压力系数K：取 C=1.5K=1.50.15 +1.5 +(1000\2=0.313254丿取f =0.12，把各个参数带入式3 — 1,得:1P=Kc0—1+空In0.313 x 49 1000= In1 （0.12兀）2 2541 + I 2丿=20.3MPa即卷取机卷筒的最大径向压力为20.3MPa3.2 卷筒强度校核不论是棱锥式卷筒还是扇形块式卷筒，都不是厚壁圆筒在计算卷筒的径向 压力时，往往把卷筒当作是弹性厚壁圆筒来考虑。
就是所谓的“当量卷筒”当量卷筒的外半径就是卷筒的外半径r，其内半径就是卷筒当量半径r (如图3 — 121所示)当量半径很难确定，一般采取经验公式，对于扇形块式卷筒取r = (0.81—0.9) r，对于四棱锥式卷筒取r =(0.2—0.4) r卡罗塞尔卷取机卷筒类2 1 2似于四棱锥结构，取 r =0.3 r ，即 r =0.3x254=76.2mm1 2 1图 3—1 卷筒受力简图把卷筒看成是只受外压P，外半径为r ,内半径为r的弹性厚壁圆筒，假定 21轴向无约束，或有轴向约束时，轴向应力与径向应力b、切向应力b相比较小, rt可忽略并认为压缩应力为负值此时，卷筒外表面的应力值为Pr2r2r2Pr23－2r2 -按照第三强度理论，卷筒的强度条件为-o=P-12P r 2r2 -3－3把数据带入式3－3，得2 Pr2 2 x 20.3 x 76.22o = 1 = = 4MPa合 r2 - r2 2542 -76.2221对于钢制卷筒，其许用应力0]可取6〜8Mpa, o人＜ 0],卷筒强度满足工艺合要求在卷取过程中，为避免带材过大的切向应力和和卸卷后“踏卷”卷筒的机械缩径量应适当，也就是在卷筒一定寿命允许的条件下，使卷筒压力尽量大些。
实际上，冷轧机组的卷取机大多采用非常好的高强度材料，不太大的安全系数， 尽量提高材料的许用应力，以使卷筒有较高的许用压力3.3 扇形块的校核扇形块斜面是卷筒最薄弱的环节，必须保证它有一定的寿命图3－2是扇 形块的受力图作用于一个扇形块上的压力，在受力弧的弦的垂直方向上的投影 总和为：P = P?db =o S N 3 — 41 2 y 1式中 D卷筒直径，mm；B 带材宽度，mm；斜面上的压应力，MPa；yS ——斜面上的有效承压面积在轴线方向上的投影，mm21则得:式中s亠DB2 2DB2 pSiS二 2-S1根据扇形块的结构（如图2 — 2所示），扇形块的有效承压宽度为120mm；有效 承压长度约为 5x165mm，故S =120x5x165 = 99000mm21当钢圈直径为最大2000mm，卷筒径向压力P = 20.71MPa时，根据卷取机的 最大卷重—^D2 - d2 < G ，可确定钢圈的宽度B< 958mmB按最大值选取,4 maxP2则 s = x 508 x 958 =344123 mm22 2数据带入式3－5，得：Sb — —2 P y S1344123= x 20.71 =80MPa99000卷取机扇形板材质为特殊合金钢，其屈服强度b应在500 MPa以上，安全s系数一般取3〜5,故扇形板能满足工况要求。
4、结束语卷取机是轧机段的重要配套设备，保证卷取机顺利工作对提高轧机的生产率 有很重要的意义卷筒是卡罗塞尔张力卷取机重要的组成部分，在卷取带钢时要 承受较大的径向压力，本文在简述卡罗塞尔卷取机的机械结构和工作原理的基础 上，对卷取机卷筒进行了径向压力计算，并对卷筒和扇形块进行了强度校核，结 果表明，该卷取机卷筒符合机组的工艺要求参考文献［1］ 轧钢机械［M］,邹家祥，北京：冶金工业出版社，1989［2］ 材料力学［M］，刘鸿文 高等教育出版社 1992［3］ 轧钢机械设备［M］，边金生主编，冶金工业出版社，1984［4］ 带钢卷曲设备［M］，周国盈主编，冶金工业出版社，1982。