搜索
1绪论开卷机是轧钢成卷生产不可少的设备。保证开卷机顺利工作对提高轧机生产率有很重要意义。冷轧机组中，开卷机用于将钢卷伸展。采用恒张力轧制，可以提高带钢质量。例如对于1700冷轧机组开卷机设计，其用于二机架冷轧机组中。首先，选择开卷机的设计方案，并对设计方案进行评述。由于冷带钢开卷张力大，采用四棱锥卷筒结构。用液压缸移动斜楔进行胀缩。将四棱锥体单独加工装在卷筒轴上，这样改进，加工方便。当锥体磨损后可以单独更换。这样，可以降低设备维修费用。另外，四个扇形块边采用搭接技术，防止卷筒胀开后出现空隙，减少钢卷局部压扁，提高钢卷质量。去掉钳口，采用助卷器卡紧带钢头部，方便卸卷。这次设计，计算带钢卷开过程中对卷筒的压力并计算卷取轴弯曲强度，对支承轴承进行选择和校核。采用合理的润滑方案、润滑方法和控制技术，使开卷机技术先进，经济合理。强度足够，有广泛的使用价值，可用于酸洗、热处理、镀锌和镀锌机组中。经过朱老师的指导，我们所设计型号为KJJ-560。2第一章开卷机的概念和发展趋势1.1选题的背景和目的开卷机的设计，除了按一般机械设计程序进行机构和强度设计外，尚有几个与工艺和操作有关特殊问题。如机构选择、主要参数确定、卷筒压力计算和张力、调速、卷取质量等。开卷机的结构形式的选择，热带钢卷取机装在热带钢轧机的后面地下式开卷机，一般三辊式成形辊布置多支点棱锥型卷筒。冷轧带钢卷取机安装冷轧机组、平整机组外，广泛用于各类纵切和横切精整机组、重卷机组和酸洗机组的不同部位以满足不同的工艺要求。在可逆式冷轧机上轧制时，带钢张力由开卷机产生，因而这种开卷机要承受很大的张力，宽带钢的张力可达400~500千牛，特别多辊轧机轧制合金薄带材时，带钢对卷取机的径向压力极大，长期以来多采用带钳口的实心卷筒。在设置重卷机组倒卷时，多采用八棱锥无缝隙卷筒，以防止卷筒损坏坯带材表面。冷带钢开卷机是冷轧生产的重要设备。1.2开卷机的概述开卷设备大体可分为：悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机和双锥头式开卷机。悬臂式开卷机具有刚性大，开卷张力大等优点，因此适用于较薄带材的开卷。悬臂式开卷机和双圆柱头式开卷机及双锥头式开卷机已成功地应用于带材精整机组及冷连轧机组。最近几年，西德和美国一些机械制造公司和生产厂商，大力推广双圆柱头式开卷机。国外生产事件证明，双圆柱头式开卷机上料操作方便，工作平稳可靠，其结构也比悬臂式开卷机简单。其缺点是，由于采用两套传动装置，双圆柱头式开卷机设备重量比悬臂式开卷机要大。由于双锥头式开卷机，锥头部分和带内卷圈接触面积太小，带张力操作时，容易损坏带材头部，所以目前已不大采用。图1.1为某机组悬臂式开卷机的结构形式。3图1.1悬臂式开卷机1卷筒2传动装置3减速机4电机5胀缩油缸6对中油缸1.3开卷机的结构1.3.1单卷筒可胀缩开卷机这种结构开卷机，其结构上与张力卷取机基本相同，但在开卷机卷筒上无钳口装置。案卷筒结构形式不同，可分为单卷筒棱锥式开卷机和单卷筒链板式开卷机。图1.2为单卷筒链板开卷机机构。它在带钢精整机组的头部，用来开卷厚度为0.6毫米，宽度为500毫米的带卷。卷重为15吨，开卷速度为3米/秒。卷筒的缩径机构，依靠仅作径向运动的四块弓形块3来实现。弓形块3与内卷筒1用链板2铰接，内卷筒1与心轴4采用其尾部的垫板5连接在一起。心轴4则与卷筒端部的轴向胀缩液压缸活塞杆相连。若轴向液压缸进行压力压油时，活塞杆与心轴4一起做轴向移动使卷筒缩径。借助于弹簧的作用，使活塞杆与心轴4复位，卷筒胀径。4图1.2单卷筒链板式开卷机结构1内卷筒2链板3弓形块4心轴5垫板这种开卷机进适用于开卷张力不大于1000公斤的卷重在15吨以下的横切机组、清洗机组、退火机组等精整机组。对于处理卷重较大和开卷张力较大的带卷时，可采用单卷筒棱锥式开卷机。图1.3为单卷筒棱锥式开卷机。它用于双机架平整机组，带材厚度为0.15-0.8毫米，宽度为550-1270毫米。开卷速度为33米/秒或23米/秒。开卷张力为2270公斤，卷重为20000-45000公斤。这种开卷机卷筒由活动支撑轴颈1、拉杆2、空心轴3、扁销4.弓形块5、棱锥轴6以及滑键7等组成。图1.3单卷棱锥式开卷机的卷筒结构51活动支撑轴颈2拉杆3空心轴4扁销5弓形块6棱锥轴7滑键这种单卷筒棱锥式开卷机与链板式开卷机比较，具有刚性好、开卷张力大、设备重量较轻等优点，目前已被广泛采用。1.3.2双锥头无胀缩开卷机图1.4为双锥头无胀缩开卷机。它用来开卷厚度为1.5-5毫米，宽度为1500毫米的带材，开卷速度为1米/秒。这种开卷机结构简单，其缺点是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑。为了克服这一缺点，可采用锥头可胀缩开卷机。图1.4双锥头无胀缩开卷机1.3.3双圆柱头可胀缩开卷机双圆柱头可胀缩开卷机按其胀缩方式的不同，还可分为径向液压缸胀缩双圆柱头式开卷机和轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机两种。双圆柱头式开卷机用于酸洗机组、剪切机组及冷连轧机组。一般来说，这种开卷机用来开卷张力不大的带厚为2-8毫米的热轧带钢。对于薄带钢和大张力开卷时，则采用悬臂式开卷机。图1.5为径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机。开卷机左右锥头分别由液压缸2操作，可沿其水平方向移动。借此夹持带卷内径，并对中机组中心线。圆柱胀缩由二个6图1.5径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机径向液压缸来实现。为了使两个径向液压缸4作同步径向运动，利用齿轮3实现机械同步。这种结构上克服了上述锥头无胀缩开卷机的打滑现象，使用情况表明，效果良好。轴向液压缸双圆柱头开卷机，用于五机架冷连轧机组。带材厚度为1.5-6毫米，带材宽度为550-1530毫米。屈服极限为37公斤/2毫米。最大卷重为45000公斤。开卷速度为10.5米/秒。开卷张力为920-9200公斤。卷筒结构如图1.6所示，卷筒直径为610毫米，胀径时为630毫米，缩径时为560毫米。卷筒长度为855毫米，由于卷筒较短，把与轴向胀缩液压缸活塞直接相连的拉杆头部做成锥形，在锥形部位加工出燕尾槽滑动面，使它与弓形3相配合，构成斜契滑动机构。推动弓形块胀开，卷筒胀径。轴向胀缩液压缸反向动作时，借助拉杆端部上的燕尾槽是卷筒缩径。轴向胀缩活塞直径为440毫米，行程为221毫米。71.6轴向液压缸胀缩的双圆柱头开卷机的卷筒结构1空心轴2拉杆3弓形块轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机与径向液压缸找那个所双圆柱头开卷机相比，仅仅是圆柱头胀缩液压缸布置方式不同。制造和使用等方面来看，轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机较好。图1.7胀缩液压缸和回转接头1拉杆2活塞3回转接头1．4开卷机的发展趋势薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。薄钢板除了供8汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板占钢材的比例逐年增加，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大部分。近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面：增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前，都必须经过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷的过程，占用较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加，机组的速度才能真正得到提高，带钢的质量也才能得以改善。然而，钢卷质量也不可无限制地增加，它受到开卷机等机械设备的结构与强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30-36kg／mm。提高机组和轧机的速度。20世纪50年代开卷机大都在20m／s左右，60年代以来已逐步提高到30m／s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。其他作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。(3)提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制。(4)改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢的精度和节省能量。9第二章开卷机设计计算2.1开卷机卷筒设计胀缩式卷筒基本上有以下四种结构形式：弓形板式、平行四连杆式、四棱锥式、四斜契式。其中平行四连杆式和四棱锥式两种结构比较常见。平行四连杆式卷筒是用四块结构尺寸基本相同的弧形板组成，每块弧形板和轴上的支撑套筒用四条短连杆相联形成平行四连杆机构，依靠短连杆倾角变化产生筒径的胀缩（图2.1）图2.1平心四连杆式卷筒四棱锥式卷筒的筒体由四块扇形板组成，扇形板的内侧有阶梯形斜面与中心四棱锥的阶梯斜面相配合，利用四棱锥的少量轴向滑动形成外径的胀缩（图3）。图2.2四棱锥式卷筒2.2开卷机张力的确定与形成精整机组开卷张力的选用，与机组尾部卷去张力一样，应该十分慎重。不合适的开卷张力，会影响到精整机组正常生产。一般开卷张力为10T=δbh式中b--带钢宽度，毫米；h--带钢厚度，毫米；δ--单位张力，公斤/2毫米。在机组头部一般可取δ=0.3-0.66公斤/2毫米。再设计计算时，上述单位张力δ还可按下列经验公式计算δ=ks式中s--带钢屈服限，公斤/2毫米；K—张力系数机组名称K值连续酸洗机组0.004-0.005点解清洗机组电镀锡机组热镀锡机组电绝缘涂层机组连续退火机组横切机组张力矫直机组0.03-0.05纵切机组0.8（0.33-14h+0.022h），h为带厚表2-1张力系数机组张力的选用应十分慎重。采用大张力，使传动设备加大，增加投资。过大的张力还可能拉断带材。小张力可能使带材跑偏。实际上常按生产经验选用。一般可按表2.2选取单位张力机组区域单位张力值（MPa）机组区域单位张力值卷机段：作业段：酸洗机组10--40热处理2--8镀锌机组8--70酸洗7--10镀锡机组10--40活套段：电解清洗机组30塔式5--15退火机组20--30车式10--20开卷段3--9图2.2单位张力δ值开卷机张力的形成主要有三种方式：机械抱闸式、磁粉制动器式、直流拖动式。11机械抱闸式的特点是结构简单，投资少，但张力不易控制。通过磁粉制动器形成张卷开力，可以通过调整激磁电流调节系统张力大小，易于实现自动控制，但所能解形成的最大张力受磁粉制动器最大力矩限制，因此适用于小开卷张力机组。大中型带材精整机组一般采用直流拖动方式形成所需的开卷张力。2.3开卷机对中调节对于一般的带材精整机组，都要求开卷机具有对中调整功能，即在上卷时和工作过程中，始终保证带材中心线与机组中心线重合，以保证机组能正常工作。目前采用的纠偏系统主要有光电液纠偏系统和气电液纠偏系统。但光电液系统应用比较成熟。在光电液纠偏系统中，光电头固定在带材的边缘，使带材位于光源的中心线位置，当带材跑偏时，将引起电信号的变化，系统将此变化反馈给液压对中油缸，推动开卷机，实现自动对中。2.4压锟压紧力计算一般在开卷机上均设有压锟，用来压紧带材，增加制动力矩，有利于正常开卷。有时还可以把压锟做成驱动，这样对开卷引料也有一定好处。如图4所示，压紧力P可按下式决定：PRsin=M弹、塑；P=MRsin弹、塑(N)式中：R—带卷半径（m）；--开卷角（。）；M弹、塑--带材在压锟压紧力作用下，带材所产生弹塑弯曲力矩值（Nm）；M弹、塑可由下式决定：M弹、塑=2222211bhs1bhh3hhbs6412（）（）式中：1h--带材横截面上弹性区部分高度，即1h=s2R(mE）；h—带材厚度（m）；s--带材