立式活套的參數分析和設計流程

田兆營

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

立式活套的參數分析和設計流程

田兆營

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

介紹了立式活套的功能和結構，厘清了諸多參數之間的關系，為立式活套的設計提供了理論依據。另外對立式活套設計流程進行了說明。

立式活套 參數 流程

1 概述

活套是帶鋼生產線連續化生產的保證，廣泛應用在冷連軋、連續退火以及各種涂鍍機組中[1]。活套主要分為臥式活套和立式(塔式)活套。臥式活套由于其水平布置距離較長，占地面積大，車間廠房的高度要求較小，一般常用于帶鋼較厚的連續機組。立式活套由于其豎直布置高度較高，占地面積小，車間廠房的高度要求較高。立式活套其輥子用量較少，與帶鋼的接觸就比較少，這樣可以有效地保護帶鋼表面；另外，立式活套的帶鋼主要是豎直布置，極大地減少了帶鋼粘附灰塵的幾率。所以立式活套主要用于對帶鋼表面質量要求較高的精整機組，如：連續熱鍍鋅機組，連續退火機組和彩色涂層機組[2]。

2 立式活套的功能結構

立式活套是一種垂直帶鋼動態存儲裝置，其功能是保證生產線工藝段能連續化運行。一般而言，帶鋼處理線都會在入口段、出口段分別設置入口活套和出口活套，有的還需要設置中間活套和檢查活套。其工作流程是這樣的：在正常運行情況下，入口段的速度比工藝段的速度高，從而使入口活套存儲帶鋼，活套儲存滿帶鋼后恢復到與工藝段速度一致；在正常運行情況下，出口段的速度與工藝段的速度相同，出口活套處于空套狀態，當出口分卷或者減速時，出口活套開始充套，當分卷完成后，出口活套快速釋放，恢復到空套狀態。

立式活套一般由安裝在底部的固定輥組、安裝在活套車上的移動輥組、活套移動車、驅動裝置、滑輪組、配重以及活套塔鋼結構等幾大部分組成。如圖1所示，帶鋼依次在底部固定輥組和活套車移動輥組之間有序穿入，傳動裝置驅動活套車的上下移動，使活套完成充套和放套。傳動裝置為帶鋼提供張力，其一般安裝在地面上，也可根據情況安裝在坑基中。傳動裝置由電動機、減速機、聯軸器、卷揚機構、鋼絲繩以及滑輪組構成。鋼絲繩用來牽引活套車升降，為使鋼絲繩所受拉力減小，一般都采用滑輪組。鋼結構上設有軌道，活套車和配重上分別設有滾輪，用來導向和減小摩擦，活套車的重量幾乎被配重所平衡。底部固定輥子上設有帶鋼夾緊裝置，當帶鋼斷帶或者緊急停車時，用來夾緊帶鋼。部分底輥上還設有帶鋼張力補償裝置，使帶鋼張力維持穩定。

圖1 某立式活套結構簡圖

1-固定輥組; 2-活套車框架; 3-移動輥組; 4-活套塔鋼結構; 5-塔頂繩輪組; 6-配重; 7-鋼絲繩; 8-驅動裝置; 9-帶鋼; 10-活套車繩輪組

3 立式活套的力能參數分析

由上述可知，立式活套部件眾多、結構復雜，內外部參數間相互制約因素多，設計時需要進行全面謀劃。在此以活套的功能本質為出發點，試圖理清活套各個參數間的關系，為活套的設計提供依據。為簡化計算，以下的討論均以單活套車型立式活套為設計前提，且一個立式活套只有一臺電機。

3.1 設計初始參數

設計初始參數是整個活套設計的依據，主要從工藝參數中讀取或計算出來。具體參數如下：

1)產品規格。包括帶鋼厚度、帶鋼寬度等；

2)工藝速度。包括入口段速度、工藝段速度、出口段速度、平整段速度等；

3)生產線上各段的帶鋼張力表；

4)活套的套量。活套的套量一般由工藝專業根據生產線的工藝段速度和最大停頓時間等因素確定；

5)活套的急停時間和快停時間；

6)帶鋼單層張力T(kN)。

帶鋼單層張力T(kN)是個很重要的參數，其數值等于單位面積張力乘以帶鋼厚度再乘以帶鋼寬度，分別從工藝參數中選取，從中選取最大值作為計算條件，以使得活套能滿足各種工況。

7)帶鋼進入和離開活套的速度差ΔV(m/min)

對于ΔV關注的是其最大值。對于入口活套而言，其極限情況是工藝段正常生產，入口段倒卷，此時

ΔV=V倒卷+V工藝

對于出口活套，其極限情況是工藝段正常生產，出口段倒卷，此時

ΔV=V倒卷+V工藝

式中V倒卷—帶鋼的倒卷速度，m/min；V工藝—帶鋼在工藝段的速度，m/min。

上述的速度在計算時，都默認為標量值。

上述的初始參數，在以下的計算討論中都被默認為定值。

3.2 力能參數分析

傳動裝置是立式活套的設計重點，也是一個難點[2]。對立式活套力能參數的分析將為傳動裝置的設計提供依據。

立式活套的結構參數包括：整個活套的跨度、高度和寬度，轉向輥直徑和輥身長度、帶鋼層數M、鋼絲繩根數z、鋼絲繩層數k、鋼絲繩直徑d(mm)、活套車重量G車(kN)、配重重量G配重(kN)、卷筒直徑D(mm)、活套車的總行程S0(mm)、活套車的工作行程S1(mm)等。圖2是某立式活套的簡化受力分析圖。由受力分析可知：

圖2 活套受力簡圖

1-活套車滑輪組; 2-活套車; 3-鋼絲繩; 4-固定滑輪組

單股鋼絲繩上所受拉力：

∑T=M×T

式中 ∑T—帶鋼總張力；G滿套帶鋼自重—活套滿套時，套內所有帶鋼的總重力；

ΔG—活套車與所有對應配重的重力差值，設計時一般按3%～5%G車取值。

鋼絲繩一端固定在卷筒側壁上，然后在定滑輪和動滑輪之間有序穿入，另一端可以固定在定滑輪(圖2所示的B)或者經過定滑輪最終固定在活套車上(圖2所示的A)。

k=2n(圖2所示的B)；

k=2n+1(圖2所示的A)。

式中n—活套車上的滑輪(即動滑輪)的個數。

不同的帶鋼處理線，帶鋼的規格和帶鋼單位張力不盡相同，但一般而言，單層帶鋼張力T一般在幾kN到幾十kN之間，帶鋼層數一般在10到30之間，所以，帶鋼總張力一般都在數十kN到數百或上千kN。而活套車的重力一般在幾十kN到幾百kN，相對于帶鋼總張力，ΔG是個小數值，在活套進行初始參數設計時可忽略不計。而G滿套帶鋼自重的影響一般要大于ΔG。根據生產線的不同其影響比重不盡相同，但一般都在10%左右，不超過20%，在探討參數之間的相互影響關系時可暫時不予考慮，選型時適當考慮富余量，待完成基本方案設計后再進行相關驗算和校核。綜上，經簡化后：

根據物料輸送平衡原則，活套車速度：

單根鋼絲繩速度：

卷筒轉速：

電動機需要提供的功率：

η總=η1×η2×η3×……

式中η總—整個機械傳動機構的總效率；η1、η2、η3…—代表各個傳動機構的效率。

如上所述，略去ΔG、G滿套帶鋼自重的影響，簡化得：

整個傳動系統的總效率η總是一個可以設定的值，由此可以看出，在工藝參數T與ΔV確定后，即可估算出電動機功率P。

卷筒上的轉矩：

減速機減速比：

式中n電動機—電動機的轉速， r/min；f—交流電頻率，Hz；n卷筒—卷筒的轉速，r/min。

電動機所提供扭矩：

綜合考慮價格、重量和占地面積等因素，電動機極對數一般選2或3對，減速機一般選用二級或三級減速機，電動機的轉速n電動機即可算出，可視為選定值。所以電動機所需提供的扭矩也只與工藝參數T與ΔV有關。

綜上所述，活套力能參數的初選只與工藝參數T與ΔV有關。最后在選型時再考慮η總、ΔG、G滿套帶鋼自重等影響。這個結論極大的簡化了立式活套的傳動選型計算，給立式活套傳動裝置的初步選型設計帶來了方便。

4 立式活套的設計流程

在帶鋼的規格既定后，根據帶鋼厚度和產品質量要求確定轉向輥的直徑，根據帶鋼最大寬度確定輥身長度[3]，活套的寬度就可大致確定；活套車的運行速度和停車時間都有嚴格的規定，因為活套車運行速度的加快勢必會增加磨損，停車時勢必會有過大的沖擊，這是需要避免的。那么帶鋼層數就可以初步確定，轉向輥數量和布置即可確定，活套的跨度即可確定；再根據活套的套量和帶鋼層數即可確定活套車的有效行程，再根據急停時間，確定剎車距離，再加上其他結構(如緩沖裝置)等就可以確定活套的總體高度。立式活套塔的具體參數還需滿足結構專業的抗震等要求。如果活套的高度受限，且需要更大的套量，可以把活套設置成雙活套車的型式布置。 再根據上述的受力分析結果完成電動機和減速機的選型、鋼絲繩選型和卷筒的參數。在此基礎上，再進行細化設計，包括傳動輥、自由輥、活套車、配重等細部結構設計。從而最終完成整個立式活套的設計。

5 結語

就立式活套的設計而言，力能參數的選取對電機選型有決定作用。本文厘清了重要參數之間的關系，對立式活套各結構之間的關聯、設計流程進行了說明，可為以后其他同類設備的設計提供參考。

[1]鄒家祥.軋鋼機械(修訂版)[M].北京：冶金工業出版社，2007．

[2]劉剛.活套的結構分析與設計[J].梅山科技，2013(3)：48-51．

[3]李彥清.關于活套設計的幾點考慮[J].鋼鐵技術，2008(3)：16-19．

Parameter Analysis and Design Procedure of Vertical Looper

Tian Zhaoying

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan 430223)

This article introduces the function and structure of vertical looper, clarifies the relationship among various parameters, and provides a theoretical basis for the vertical looper design. In addition, the design flow of the vertical looper is described.

Vertical looper Parameter Procedure

田兆營，男，1982年出生，畢業于遼寧科技大學，碩士，工程師，從事冶金設備設計工作

TG335.86

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.005

2014-04-07)