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设计与计算ＣＦＨＩＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．ｌ673－3355．2015．04．006四棱锥式卷筒设计参数的分析计算闰利佳1，沈楠2摘要：针对近年在冷轧及连退酸洗等机组中频繁使用的四棱锥式卷筒做分类介绍，重点介绍四棱锥卷筒设计中几个主要参数的计算方法。关键词：四棱锥；卷筒；胀缩油缸；钳口缸中图分类号：ＴＧ333．2＋4文献标识码：Ａ文章编号：1673－3355（2015）04－0006－04ＡｎａｌｙｓｉｓＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＭａｉｎＤａｔａｏｆＴｅｔｒａｈｅｄｒａｌＰｙｒａｍｉｄＭａｎｄｒｅｌＤｅｓｉｇｎＹａｎＬｉｊｉａ，ＳｈｅｎＮａｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｓｓａｙｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌｐｙｒａｍｉｄｍａｎｄｒｅｌｄｅｓｉｇｎｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｕｓｅｄｉｎｔｏｔｈｅｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｎｅａｌｉｎｇｌｉｎｅａｎｄｔｈｅｐｉｃｋｌｉｎｇｌｉｎｅ，ｅｔｃｄｕｒｉｎｇｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｉｔｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｖｅｒａｌｍａｉｎｄａｔａｏｎｔｈｅｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌｐｙｒａｍｉｄｍａｎｄｒｅｌｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌｐｙｒａｍｉｄ；ｍａｎｄｒｅｌ；ｅｘｐａｎｄｉｎｇ／ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｇｒｉｐｐｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒ在现代带钢精整生产中，带钢卷取机的作用十损坏。同时，正锥结构使主轴和胀缩油缸的连接螺分重要，它是带钢生产线上最关键的设备之一。卷栓处于不利的受力状态，因此新方案已少有采用取机设备质量水平的高低和卷取工艺的选取直接（见图1）。影响精整生产线的产量和带钢的质量。实际上，＋＾Ａｒｒ－卷取机是－个集机械、电气、控制、传动为－ｉ本＼Ａ－ｉ的复杂雜。聽筒霞卷職巾Ｍ翻肩Ａ－之一，直接关系到卷取机的产能和成品带卷的质量。本文主要讨论目前常用四棱锥卷筒的大体分—￣类和各主要设计参数的确定方法。1一旋转接头；2—胀缩液压缸；3—传动空心轴；4一四棱锥轴；1四棱锥卷筒的分类图1正锥式四棱锥卷筒具体结构1．1正锥式卷筒1．2倒锥式卷筒正锥式卷筒由棱锥轴、扇形板、Ｔ形键、尾倒锥式卷筒由棱锥轴，扇形板，空心轴，内齿钩、空心轴以及胀缩油缸等组成。由胀缩缸直接套，Ｔ形键，螺母，胀缩油缸等组成。胀缩油缸由推动棱锥轴，使扇形板产生径向位移，实现胀缩螺母和棱锥轴上的阶梯面固定在棱锥轴上。空心轴功能。四棱锥卷筒为开式卷筒，卷筒胀开时，扇通过键与齿轮相连，空心轴端部与内齿套连接，齿形板间有间隙。因此，卷筒胀缩量不宜过大，否轮带动空心轴转动并通过内齿套带动棱锥轴转动。则扇形板之间缝隙过大，卷取时会压伤内层带卷扇形板通过Ｔ型键装配在棱锥轴的斜面上，这样，卷筒为悬臂结构，外端设有活动支撑。卷筒的薄通过旋转接头向胀缩油缸两腔分别供油，即可通过弱部位在扇形板的尾钩，尾钩在棱锥轴向分力的胀缩油缸的运动带动棱锥轴移动，实现扇形板的胀作用下会产生很高的弯曲和剪切应力，易于疲劳缩。倒锥式卷筒同样为开式卷筒（见图2、图3）。丨．一重集团大连设计研究院有限公司工程师．辽宁大连丨166002．中国第－重型机械股份公司核电石化事业部助理工程师，辽宁大连116113272015年第4期（里166期）‘‘ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈｉ．ｃｏｍＣＦＨＩ一重技术设计与计算1234＾＾5＂567（ｍｍ）。＼ｒ－＾ｒ－＾｜＾＼八另外，由于受卷筒强度和作业线工序互相衔接鄉、＾ｆＴＩｌ的限制，卷筒直径不宜取得过小或过大。设计时也可以参考以下经验方法：冷带钢卷取时取Ｄ取—150－200倍／Ｗ；有色金属带卷取时取Ｄ取120￣卜旋转接头；2—胀缩ｆ營3—端盖；4—传动空心轴；5—四170倍Ｌ。常用的气筒Ｈ列＝05，0450，棱锥轴；6—内齿套；7—扇形板。0508，0610ｍｍ。在下一步开卷工序有矫正设备的图2倒锥式四棱锥卷筒具体结构情况下，对于厚度大且屈服极限低的带材，允许采用小于式（1）计算值的卷筒直径。如卷取带材的厚度范围很大，则应该采用可更换卷筒或加套筒的方案，根据带材的厚度和工艺要求变换卷筒直径，ＹＭ＋＿＿ＹＡ＼防止厚带材在小直径卷筒上出现塑性变形或薄带材＼＾Ａ＿带卷ｍ内？Ｌ过大ｍ出政！塌＃。人ｒｋ＇Ｗ卷筒筒身工作部分的长度应等于或稍大于轧辊￥昆身长度，卷筒直径的胀缩量约为15￣40ｍｍ，热＾＿／ｉｒ轧卷筒1取■大值。1一扇形板；2一Ｔ形键。图3倒锥式卷筒径向剖面图2．2棱锥倾斜角度的选择倒锥式四棱锥卷取机显著地改善了正锥式卷筒土地券料灿士土地却八奶姑々、丨在？丁曰ＡＡＳ2．－ＵＡ－4，ｉ／ａｒｃｎＵｉ＾Ａ－四ｆｅ；锥卷筒轴锥部分的倾斜角度并不是随思的受力缺点，扇形块结构也得以简化。但因胀缩缸、＊＃的甘出ＡＡ，－Ｔ－／Ａ－Ｔ＾ｉｒｒＴｆｆｉ－＾Ｊ－－ＣｔＡＡＴｘｒ＝ｃｎｃｃ，ｕ选择的ａ其中，斜楔角Ｃｔ不目匕过小，由自锁理论的工作面积要减去活基杆的面积，所以胀缩缸直径ｉ／ｍ＾，可知，当斜楔角ａ小于滑动摩擦面的摩擦角！Ａ／ｎ（ａ？Ａ）时，会产生自锁。此时不论卷筒上承受多总的来说四棱锥卷筒虽然卷筒表面有缝隙，但，＞Ａ＋＋Ａｔ4－；，＾＾ｒａｌｒ－－ＸｉＴｌ■？ｒ—ＵＴＩ7Ｊ．Ｍ大的径向压力，都不会使卷筒扇形板与ｆｅ锥轴相配由于棱锥轴为实心结构’故卷筒刚度及强度水平均ｍｕ．ｖ．？＋ｎ合的斜楔面产生相对滑动。因此被称为固定卷ａｗＳＭ筒’，。卷取机工作时’这种卷筒在受力上同整体实＊卷筒贿什么区别。事实证明，这种卷筒受力极9士蓝喪粉晌输佘为不利。特别对于大张力卷取机，应力往往高达350－700ＭＰａ，卷筒很容易产生塑性变形。2．1卷筒直径的确定由此可见，设计时选用《＜（Ａ的“固定卷筒”卷筒直径的确定需要考虑市场需求，年产量等诸多因素，同时冷、热轧卷取机又具有各自不同的‘‘”目，们所设计的卷筒，大，分是ａ＞（Ａ的工艺特点，考虑咖難卷筒仅細于冷轧及＿缩＇彳＾＾。在卷Ｍ程中：■径向压力Ｐ？达等机组，这里我们只讨论冷轧卷筒直径的确定方，－定值以后’、扇形板沿着棱翻＾面向下滑动’卷法。对于冷轧带材卷取机，带材温度低，赚薄，筒开始收缩。这样’，一卷，压力ｐ。就会下降。随着弯曲变形弹力相对较小，冷轧之后－般不再有轧制卷，工作续进行’径向压力Ｐ0又继续增加’工序，故冷轧卷筒直径的选择一般以卷取过程中内增加到－疋值以后’、－筒又收缩，－般在整个《层带材不产生塑性变形为设计原则。按照弹塑性弯白勺过程中，卷筒要进行3￣4次收缩。这，卷筒受曲舰，卷筒直径与被卷带材的厚度及机械性能之力＆■‘？所需的力加大，进而加大涨缩油紅的直径。从而使、＿Ｅｈｚ、：胀缩缸制造难度加大，成本增高，浪费能源。因此（1）在ａ＞ｉ／ｒ的前提下，合理确定倾斜角度《很重要。式中，卷取温度下带材的屈服极限（ＭＰａ）；而要确定倾斜角度《，首先需要确定摩擦角。￡一带材的弹性模量（ＭＰａ）；带材的根据试验结果，棱锥轴斜模角ａ＝6°时，卷筒曰＋ｈ曲／、7自锁；若取ａ＝7．5°，卷筒收缩。由此可给出卷筒斜最大厚度（ｍｍ）；／ｉ—带材的平均厚度2015＾第4■总166期）ｑｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈｉ．ｃｏｍ设Ｉ十与Ｉ十算ＣＦＨＩＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ楔摩擦表面的摩擦系数为0．12．据此，设计时棱锥（ＭＰａ）。倾斜角度取ａ＝7°￣8°为宜Ｉ将式（5）代人式（4），可得胀缩缸在卷取机2．3卷筒胀縮油紅的确定工力力：由卷取机结构可知，卷筒胀缩是由液压缸驱动（6）的棱锥轴，与扇形板相配合的斜楔（开式四棱锥卷ｔ筒只有棱锥轴和扇形板）来完成的。此液压缸即为亜掠ｓ兀广土“上ｉｉ－ｉｆｓ被红6＾＋／1、曰类件、几、＋ｃｂ八北声？要缩彳工。此时，胀缩液压ｆｅｔ反向力厂使斜楔运动卷筒胀缩缸。胀缩缸的大小是卷筒设计中一个非常＿ｒ，方向与胀径时相反。厂称为抜出力（见图6）。重要的参数。下面通过对卷筒轴的受力分析来确定工／Ｉ，设扇形板为自由体，力平衡方程式为：胀缩油缸的大小。（1）卷取机卷取工作时的受力分析Ｐ－Ｎ卿－ｆＮ窗＝0首先，对卷取机卷取工作时，胀缩机构的受力整理得二ｉｎａ（7）Ｉｆｆ（Ｍ4）。设棱锥轴为自由体，力平衡方程式为：设扇形板为自由体，力平衡方程式为：／＾－‘ｉｙ／ｂｏｓａ＋＾ｙＶｓｉｎｃ＾Ｏ－Ｐ＋ｙＶｃｏｓａ＋／Ｖｓｉｎａ＝0即Ｆ＝4尊ｃｏｓａ－ｓｉｎａ）（8）则有Ａｔ——？＿一（2）将式（7）代人式（8），则得：ｃｏｓａ－＾ｓｉｎａ式中，产－斜楔摩擦表面的摩擦系数，计算时可取Ｆ＇＝4Ｐｃｏｓａ＋ＭＺａ‘ａｉ￣ａ13。因为可以认为／ｓｉｎａ＝0，则上式变为：设棱锥轴为自由体，四个棱锥表面总的摩擦力Ｆ＝4尸（／－ｔｇａ）（9）为4／Ｖ／，力平衡方程式如下：将式（5）代人式（9），可得卷取机在卸卷状Ｆ＋4／Ｖ／ｏｓａ！－4ｙＶｓｉｎａ＝0态时的拔出力为：Ｆ＝＾（ｓ［ｎａｆ0ｓａｊ＾■■■＂■Ｖ，…；；⑶Ｆ＇＾ＶＴｐｒｂ（Ａ－ｔｇａ）（10）将式（2）代人式⑶式中，则得用上述公式确定拔出力时，／取0．12￣0．13。Ｆ＝4Ｐｃｏｌ？＋／ｆｉｎＴ‘ｔｔ舰撤夜政舰照‘‘厕导仏娜ｔＴＷ因为可以认为／ｓｉｎａ＝0，则上式变为原则来选择。因此，液压虹所需要的力＜？应分别Ｆ＝4Ｐ（ｌｇａ－ｆ）（4）大于／实际中卷筒扇形板受力面为弧面，上式中Ｚ3有了胀缩油紅的力（？与卷筒径向压力的关系，其实为等效压力，下面讨论等效压力Ｐ与卷筒径就需要知道径向压力的计算方法。一般认为卷筒径向的ｇ系（见图5）［21。向压力与卷取张力和带卷直径，带卷和卷筒的径向带卷对每一扇形板的等效压力用ｐ表示刚度（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Ｐ＝2ｆ‘ｂｒｐｃｏｓｅｄｅ＝＾Ｄｂｐ（5）及带宽等因素有关。到目前为止，关于卷筒径向压—＋：，力的计算公式有很多，但这些公式都存在着一些问式中，6—市材Ｊ71度（ｍｍ）；／￣卷｜奇半＃（ｍｍ）；题，公式推导时所采用的某些假定条件，不能如实／）一卷筒直径（ｍｍ）；Ｆ卷筒径向压力＿，＇Ｍｒ，■务Ｉ—扇形板；2—棱锥轴。1一扇形板；2＿棱锥轴。1一扇形板；2—棱锥轴。图4卷筒胀径时受力简图图5等效压力Ｐ与卷筒径向压力ｐ简图图6卷筒縮径时受力简图20巧年萆4期（总166期）29ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈｉ．ｃｏｍＣＦＨＩ一重技术设Ｉ十与计算地反映卷取机实际工作情况，在一定程度上影响了式中，／，一钳口板与带钢的摩擦系数。一般在钳口计算结果的准确性。因此，至今没有一个令人满意板上呈锯齿形。此时，取0．5￣0．8；ａ—带的公式。目前常用的卷筒径向力计算公式主要有英材的屈服极限（ＭＰａ）；6—带材宽度格利斯公式、蒋昭公式、连家创公