冷軋機(jī)組中卷取機(jī)的張力分析與計(jì)算

李劭行

【摘 要】 本文介紹了卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、工藝特點(diǎn)，并對(duì)卷取張力進(jìn)行分析與計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】 冷軋機(jī)組 卷取機(jī) 張力

1.概述

在冷軋帶鋼機(jī)組中，采用連軋方式可以提高生產(chǎn)率，軋件長(zhǎng)度可以達(dá)到數(shù)十米甚至更長(zhǎng)，所以在出口端設(shè)置卷取機(jī)是必不可少的，將連軋出來的帶鋼繞成卷，方便生產(chǎn)、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存。在冷軋車間中，卷取機(jī)還普遍用于酸洗、剪切、熱處理等輔助機(jī)組中。

2.卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

卷取機(jī)由卷筒、傳動(dòng)裝置、活動(dòng)支撐、推卷裝置、壓尾裝置等部件組成。卷筒做成懸臂式的，方便從卷筒上卸下鋼卷。帶鋼被拉輥咬入，送入彎曲輥使帶鋼產(chǎn)生適合于鋼卷內(nèi)徑的相應(yīng)撓度，隨后繞上去在卷取輥的支撐和旋轉(zhuǎn)下自行成卷。由于卷筒上負(fù)荷大，需保證卷筒軸的強(qiáng)度和剛度，可通過增大卷筒軸尺寸和在自由端安裝活動(dòng)支撐。傳動(dòng)裝置由電機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器和減速器等構(gòu)成。卷筒的脹縮是通過調(diào)節(jié)尾部的脹縮液壓缸來實(shí)現(xiàn)，而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由電機(jī)通過聯(lián)軸器、齒輪減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。活動(dòng)支撐在卸卷時(shí)，可移到旁邊不妨礙卸卷。鋼卷達(dá)到要求質(zhì)量時(shí)，剪斷帶鋼，最后由推卷裝置將鋼卷從卷取機(jī)上推出，滾到斜坡輥道上。斜坡輥道上的推鋼機(jī)將鋼卷推到斜坡輥道的末端，用吊車把它吊至鋼卷放置場(chǎng)貯存。壓尾裝置是卷取終了時(shí)，用來將帶鋼尾部壓住，防止松卷以便捆扎。

3.冷帶鋼卷取的工藝特點(diǎn)

1）提供張力

張力軋制可以降低軋制壓力，使帶鋼板形平直，提高帶鋼表面質(zhì)量，同時(shí)可使鋼卷緊密、整齊。在連軋時(shí)，張力還起到自動(dòng)調(diào)節(jié)連軋關(guān)系的作用。此外，由于張力直接影響產(chǎn)品質(zhì)量尺寸精度，因此對(duì)張力控制要求很嚴(yán)格。軋制卷取時(shí)，需考慮加工硬化因素；精整卷取薄帶時(shí)，張應(yīng)力應(yīng)取大值。

2）表面質(zhì)量

冷帶鋼表面光潔，板形及尺寸精度要求較高，因此對(duì)卷筒幾何形狀及表面質(zhì)量的要求也相應(yīng)提高。卷筒脹開后，應(yīng)能成為一完整圓形，以防止壓傷內(nèi)層帶鋼。

3）鋼卷的穩(wěn)定性

在帶鋼卷取過程中，鋼卷直徑是變化的。采用大直徑卷筒卷取時(shí)，卸卷后帶卷的穩(wěn)定性極差，甚至出現(xiàn)塌卷現(xiàn)象。所以卷筒須保證可快速更換，以適應(yīng)多種卷取帶鋼厚度或不同卷徑。現(xiàn)代大張力冷帶鋼卷取機(jī)都采用雙電樞或多電樞直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)張力計(jì)發(fā)出的信號(hào)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以保證鋼卷外層線速度與軋機(jī)速度相適應(yīng)并保持張力恒定。若采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過恒力矩摩擦聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)卷取機(jī)卷筒，雖然可以和軋機(jī)同步，但無法保持恒張力卷取。

4）糾偏控制

在連續(xù)機(jī)組中，帶鋼在軋制中或運(yùn)行中容易會(huì)產(chǎn)生左右偏斜，導(dǎo)致卷取的帶卷邊緣不整齊。在卷取機(jī)上最常用的糾偏控制機(jī)構(gòu)是光電式或壓縮空氣式帶鋼邊緣信號(hào)發(fā)生器，通過隨動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)卷取機(jī)上的移動(dòng)液壓缸，使卷取機(jī)可在滑座上左右移動(dòng)，固定不動(dòng)的光電元件檢測(cè)帶鋼邊緣。帶鋼跑偏將使光電元件產(chǎn)生輸出信號(hào)，信號(hào)放大后經(jīng)電液伺服控制器、控制油缸隨時(shí)調(diào)整卷筒位置使帶卷邊緣保持整齊。

4.冷帶剛卷取機(jī)張力分析

張力軋制可以保證帶鋼對(duì)中軋制，保證帶鋼保持平直，降低金屬的變形抗力，適當(dāng)調(diào)整冷軋機(jī)主電機(jī)負(fù)荷。由于張力的變化會(huì)引起前滑與軋輥速度的改變，故其對(duì)冷軋過程有一定的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。

4.1 當(dāng)卷取機(jī)卷曲帶鋼時(shí)張力的優(yōu)點(diǎn)

1）減少劃傷。冷帶剛卷取機(jī)的張力可以讓鋼卷卷的更緊，避免帶鋼拆卷折棱和在活套坑中造成的折棱造成鋼卷層間錯(cuò)動(dòng)而劃傷。

2）避免塔形。帶鋼的鐮刀形彎曲，造成在卷取過程中卷成塔形。無張力卷取時(shí)，夾板立輥雖能在一定程度上控制鋼卷塔形，但在帶鋼較薄的情況下，因夾板立輥夾得過緊，會(huì)使帶鋼邊部特別是塔形突出部分造成浪形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使帶鋼產(chǎn)生窩邊。

3）減少粘輥或擦傷。彎曲輥和卷取輥表面往往被帶鋼毛邊和卷取輥與帶鋼之間滑動(dòng)造成擦傷或粘輥，從而將帶鋼表面擦傷。當(dāng)鋼卷在卷取中質(zhì)量逐漸增大時(shí)，張力軋制可以避免卷取中的搖晃，保護(hù)下表面不被擦傷。

4）避免帶鋼起套。卷取過程中，隨著鋼卷直徑的增大，由于卷曲輥滑動(dòng)時(shí)鋼卷旋轉(zhuǎn)速度降低，但拉輥拉鋼的速度不變，帶鋼不能繞鋼卷卷取果就出現(xiàn)活套。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大拉輥的輥縫來消除帶鋼起套的現(xiàn)象。

4.2 卷取機(jī)張力恒定計(jì)算

卷取機(jī)卷取張力由電動(dòng)機(jī)力矩產(chǎn)生，電動(dòng)機(jī)力矩為：

M=KMφI

式中KM---電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)；φ---電動(dòng)機(jī)磁通； I---電動(dòng)機(jī)電樞電流。

卷取張力T與電動(dòng)機(jī)力矩M的關(guān)系如下；T=

式中D---帶卷直徑。

帶鋼線速度為：v=

式中n---電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； i---電動(dòng)機(jī)至卷筒的速比。

電動(dòng)機(jī)電樞電視E為：E=Kcφn

此時(shí)，T=CI

式中C為常數(shù)，C=。若電樞電勢(shì)E不變，v也不變，則帶鋼張力T與電動(dòng)機(jī)電樞電流I成正比。

卷取張力控制的實(shí)質(zhì)是，若卷取帶鋼線速度不變，采用電流調(diào)節(jié)器使電樞電流I保持恒定，就可以保持張力恒定。實(shí)際上，隨著帶鋼卷徑變化，卷取帶鋼的線速度是變化的。生產(chǎn)中一般采用電勢(shì)調(diào)節(jié)器來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的磁通量，以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使帶鋼線速度不變。或者當(dāng)磁通量一定時(shí)，通過電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機(jī)電流，以保持帶鋼張力恒定。

4.3 卷取張力的選擇

帶鋼卷取時(shí)，卷取張力值的大小取決于卷取機(jī)工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格。不合適的卷取張力會(huì)直接影響正常工作和產(chǎn)品的質(zhì)量。生產(chǎn)中張力的選擇主要是指選擇平均單位張力σ。當(dāng)軋鋼工人操作技術(shù)水平較高時(shí)，可選用σ大些，當(dāng)帶鋼硬脆、邊部不理想或者操作不熟練時(shí)，σ可取得小些。

卷取張力函數(shù)如下：T=σ0bh

式中，σO為單位張力（kg/mm2 ）；b為帶鋼寬度（mm）：h為帶鋼厚度（mm）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在可逆式冷軋機(jī)上，對(duì)于2-4mm厚的帶鋼，張應(yīng)力σO≈（0.1～0.2）σs；，對(duì)于1-2mm厚的帶鋼，張應(yīng)力σO≈（0.2～0.5）σs；對(duì)于 0.3-1mm厚的帶鋼，σo≈（0.5～0.8）σs。（σs是考慮加工硬化后的材料屈服極限）。在連軋機(jī)組中，末架軋機(jī)與卷取機(jī)之間帶鋼采用小張力，卷取機(jī)張應(yīng)力σo≈（0.1～0.15）σs。其中σs為帶鋼的屈服極限（kg/mm2）。

5.小結(jié)

冷軋機(jī)組中的卷取機(jī)設(shè)計(jì)的影響因素多而復(fù)雜， 其中的卷取張力十分重要，希望能為讀者設(shè)計(jì)卷取機(jī)提供設(shè)計(jì)理論與實(shí)際應(yīng)用依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 鄒家祥 軋鋼機(jī)械 冶金工業(yè)出版社 2007年.

[2] 黃慶學(xué) 軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì) 冶金工業(yè)出版社 2001年.

[3] 周國(guó)盈 帶鋼卷取設(shè)備 冶金工業(yè)出版社 1982.