八棱錐卷取機的結構分析

張 萍

(常州寶菱重工機械有限公司，江蘇 常州 213019)

0 前言

近年來，我國鋼鐵產量以每年遞增20%～30%的速度向前發展，并連續幾年排名世界第一，鋼鐵產業已成為支撐國家經濟發展的重要支柱。我國幾大國有鋼鐵廠如寶鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼等這幾年均加大了冶金設備制造的投入力度，以確保生產出高品質、高性能的鋼板，隨之也帶動了國內鋼鐵設備制造業的蓬勃發展，冶金設備從以前依賴進口的格局逐漸轉變為國內制造。一批關鍵核心設備逐漸實現了國產化，徹底取代了進口，為國家節約了大量外匯［1］。本文主要對冷軋作業線中的終端核心設備八棱錐式卷取機結構特點進行分析。

1 八棱錐卷取機的結構

八棱錐卷取機的傳動機構由電機、聯軸器、齒輪箱、卷筒、膨脹油缸、橫移液壓缸及底座組成，如圖1所示。

工作時電機高速旋轉，通過帶制動器的小聯軸器、大聯軸器帶動齒輪箱內的Ⅰ級齒輪旋轉，Ⅰ級齒輪與卷筒軸上的Ⅱ級齒輪嚙合，實現二級變速，由于卷筒軸與Ⅱ級齒輪為過盈的鍵槽配合，因此Ⅱ級齒輪的變速旋轉也相應帶動卷筒的旋轉，從而實現了對帶鋼的繞卷。

卷筒的脹縮是通過膨脹油缸、拉桿、芯軸、扇形板、斜楔塊實現的。卷筒的結構示意圖如圖2所示。

卷筒軸尾部的膨脹油缸在液壓系統伺服閥的作用下推動卷筒內拉桿做軸向運動，拉桿通過T形套與鑲嵌在芯軸槽口內的斜楔塊用螺栓緊固，因此拉桿的軸向移動帶動了斜楔塊的位移，由于扇形板與閉合條(也叫扇形附板)內壁均有斜面，且與各自的斜楔塊緊密接觸，因此斜楔塊的位移帶動了扇形板和閉合條沿斜面方向移動，在外形上即有直徑方向脹大或縮小了。在特定的直徑時，卷筒脹成一完整的外圓，即為真圓，以實現對帶鋼的卷取;當卷取帶鋼到一定直徑后，卷取機停止旋轉，剪機剪斷連續的帶鋼，卷筒直徑縮小，鋼卷小車將成卷的鋼卷從卷筒上卸走，卷筒旋轉和膨脹成真圓，開始新一輪的卷取工作。

2 帶凸度的卷筒特點

普通四棱錐卷取機不論是正錐開式還是倒錐閉式均存在缺陷。

正錐開式結構較簡單、制造加工較容易，棱錐軸直徑大，硬度高，剛性好，可承受較大的張力。缺點是卷筒脹開時扇形板之間間隙過大，如圖3所示，易壓傷內層帶鋼;扇形板的尾鉤在棱錐軸軸向分力作用下會產生很高的彎曲和剪切應力，易于疲勞破壞。正錐結構的主軸和膨脹油缸的連接螺栓處于不利的受力狀態，常用于大張力可逆式冷軋和冷連軋機組卷取機。

圖3 四棱錐式卷筒Fig.3 Structure of coiling block rectangular pyramid

倒錐斜楔閉式卷筒取消了扇形板的尾鉤，顯著改善了芯軸和卷筒軸以及脹縮油缸連接螺栓的受力情況。卷筒脹大時，四個斜楔與四個扇形板形成一個完整的圓柱體，解決了脹開扇形板之間縫隙對薄帶鋼表面質量的影響。最大特點是主軸、扇形板加工方便，不足之處在于斜楔只支持扇形板的兩翼，卷筒的強度和剛度都有削弱。因此不常采用［5］。

八棱錐卷取機的卷筒比普通四棱錐卷取機卷筒增加了四對閉合條與斜楔塊，在脹縮過程中閉合條隨扇形板脹大或縮小，填補了扇形板與扇形板之間的間隙，彌補了四棱錐卷筒扇形板之間大間隙的缺點，卷筒脹成真圓狀態時，為一完整的實心圓形，避免了卷筒卷取帶鋼頭幾層時產生壓痕的現象，同時增強了卷筒的剛性。因此其芯軸的結構比較復雜，一段為圓柱體結構，另一段為八棱錐直槽結構，芯軸結構如圖4所示。

而四棱錐帶棱錐套式的卷取機，由于無斜楔塊，因此芯軸結構較簡單，均為圓柱體結構，如圖5所示，但相應的，棱錐套就會比較復雜。

圖4 八棱錐卷取機芯軸Fig.4 Core axis of novel octahedral pyramid recoiling reel

圖5 四棱錐卷取機芯軸Fig.5 Core axis of rectangular pyramid recoiling reel

為增強卷筒的使用壽命，提高卷取冷軋帶材的表面質量，具有精確凸度的卷筒應用在冷軋薄板線的八棱錐卷取機上，其結構如圖6、7所示。

由于扇形板與閉合條的斜面斜率不同:1∶4與1∶2.8，因此當膨脹油缸旋轉帶動拉桿軸向位移時，在同一軸向距離上，扇形板與閉合條的徑向位移不一致，在外形上四條閉合條凸出了扇形板，形成了帶凸度的卷筒。該卷筒在使用時，由于卷筒上有凸起的閉合條，增大了與帶頭的摩擦力，開始卷取帶鋼時，在皮帶助卷器的幫助下，帶鋼在卷筒上繞卷后，能迅速與整條機組建立良好、持續的張力，保證了卷取帶鋼的表面質量;同時由于閉合條的輕微凸起，減緩了鋼卷對扇形板的壓力磨損，保護了扇形板表面。由于閉合條所占面積不及扇形板的十分之一，因此對帶鋼頭幾層不會形成明顯的條形壓痕。使用該新型的八棱錐卷取機，避免了頭幾層帶材的報廢損失，提高了帶鋼的成卷率。

3 結束語

通過對新型八棱錐卷取機的結構進行分析，比較了四棱錐卷取機的結構特點，得出了其具有傳動結構簡單，卷筒結構合理，改善鋼板表面質量的特點，對國內鋼鐵設計院的設計研究和鋼廠用戶的設備選型都具有一定的實際意義。

［1］ 董海紅，王慶新．寶鋼1580熱軋平整機開卷機卷筒的國產化研制［J］．寶鋼技術，2006(5):54－58．

［2］ 鄒家祥．軋鋼機械(二版)［M］．北京:冶金工業出版社．1998，393－410．

［3］ 張志強．卷取機有限元研究及數字化分析［D］．秦皇島:燕山大學，2008．

［4］ 鄒家祥．冶金機械設計理論［M］．北京:冶金工業出版社，1998．

［5］ 黃煥江，李軻．張力卷取機的設計要點淺析［J］．鋼鐵技術，2006(3):25－51．

［6］ 謝磊，祁文君，牟艷秋，等．卷取機卷筒的設計分析［J］．機械工程與自動化，2010(2):111－113．