冷連軋機(jī)開卷機(jī)卷筒主要參數(shù)的計(jì)算與分析

孫 鵬

(洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽 471039)

開卷機(jī)是冷連軋帶材生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一，軋制過程中與軋機(jī)建立后張力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制。開卷機(jī)的組成部分中，卷筒是與料卷直接接觸、支撐鋁卷承擔(dān)載荷的零部件。現(xiàn)代化高速鋁帶冷連軋機(jī)組中，開卷卷筒通常采用四棱錐卷筒結(jié)構(gòu)，其形狀對(duì)稱、動(dòng)平衡性能好且漲縮量大，本文對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)零件的強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行分析探討。

1 卷筒結(jié)構(gòu)

圖1卷筒結(jié)構(gòu)圖是為某廠設(shè)計(jì)的 1700冷連軋開卷機(jī)卷筒所采用的方案圖。從圖1看出， 漲縮缸推動(dòng)芯桿軸向移動(dòng)，芯桿軸向移動(dòng)鉤住楔形塊作軸向移動(dòng)，在楔形塊的作用下，斜滑塊產(chǎn)生徑向位移，頂著扇形板徑向移動(dòng)，完成卷筒漲徑縮徑。卷筒脹開時(shí)芯桿受拉力，其穩(wěn)定性較好。由此結(jié)構(gòu)分析可看出，回轉(zhuǎn)缸的缸徑拉力、缸徑計(jì)算及斜塊滑塊、楔形塊剪切、擠壓力的計(jì)算對(duì)卷筒的正常工作起到關(guān)鍵作用。

圖1 卷筒結(jié)構(gòu)圖

2 漲縮缸拉力及缸徑計(jì)算

如圖2所示，帶材外徑上作用開卷張力T。卷材內(nèi)徑與卷筒之間靠卷筒脹開，產(chǎn)生足夠的摩擦力F所形成的力矩與張力所形成的力矩平衡。摩擦力F由正壓力產(chǎn)生，即T×D=F1×μ1×d；式中，T為帶材的最大張力120kN；D為帶材的最大直徑1850mm；F1為帶材與卷筒之間的壓力；μ1為帶材與卷筒間的摩擦系數(shù)，取0.17；d為卷筒的外徑510mm；計(jì)算求得F1為2560.6 kN。

圖2 開卷卷筒受力圖

圖3為卷筒斜楔的受力圖，根據(jù)圖中的平衡關(guān)系可列出以下方程：N×cosα=f×sinα+F1，N×sinα+f×cosα=T′，f=N×μ2；式中，N為兩斜塊之間的壓力；α為斜塊的傾斜角取15o；f為兩斜塊間摩擦力；F1為帶材與卷筒之間的壓力已求得為2560.6kN；T′為空心軸作用在斜塊上的水平力；μ2為兩斜塊間的摩擦系數(shù)取0.1；計(jì)算求得N=2724 kN，f=272.4 kN。

圖3 斜楔受力圖

根據(jù)圖3中下斜塊的平衡關(guān)系可列出以下方程：S=N×sinα+f×cosα，N′+f×sinα=N×cosα；式中，S為斜塊所需拉力；N′為外界作用在下斜塊上豎直方向的力，由于斜塊是對(duì)稱布置在卷筒上，最終豎直方向的力將會(huì)抵消，因此這里可忽略不計(jì)；計(jì)算求得S≈968.2kN。

考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的各種損耗，一般液壓缸的拉力都適當(dāng)放大，這里取F=1.2S,F為液壓缸的拉力，計(jì)算求得F≈1162kN。根據(jù)液壓缸壓力的計(jì)算公式P×π×(R2-r2)=F,式中，P為液壓缸壓力7MPa；R為回轉(zhuǎn)缸半徑；r為芯桿半徑60mm；計(jì)算求得R≈237.6mm。取R=240mm，則回轉(zhuǎn)缸的直徑為D=2R=80mm。

3 斜、滑塊及其楔形塊強(qiáng)度的計(jì)算

3.1 楔形塊的計(jì)算

圖4為斜、滑塊及楔形塊結(jié)構(gòu)示意圖。楔形塊在工作時(shí)主要受壓力影響，只需校核擠壓應(yīng)力即可。楔形塊所受擠壓應(yīng)力為σ1=F/A0；式中σ1為楔形塊所受擠壓應(yīng)力，F(xiàn)為回轉(zhuǎn)油缸的拉力，A0為楔形塊的截面積，由圖4得出約為20000mm2；計(jì)算求得σ1=59.35MPa

3.2 斜、滑塊的計(jì)算

斜塊和滑塊既受剪切又受擠壓，擠壓力為帶材和卷筒間壓力(即F1)傳遞到斜塊和滑塊上的力，剪切力為空心軸作用在斜塊上的水平力(即T′)與帶材和卷筒之間摩擦力(即F1×μ1)的合力。

件1-斜、滑塊；件2 -楔形塊

斜塊所受剪切應(yīng)力為τ1=F2/A2；式中τ1為斜塊所受的剪切應(yīng)力；F2為空心軸作用在斜塊上的力與帶材和卷筒之間摩擦力的合力，F(xiàn)2=[T′2+(F1×μ1)2]0.5，T′為空心軸在斜塊上的水平力約1000kN，F(xiàn)1為帶材與卷筒間的壓力約為2600kN；μ1為帶材與卷筒間的摩擦系數(shù)，取0.17；A2為接觸面的截面面積；計(jì)算求得τ1=22.32MPa。

由上述計(jì)算得知，斜、滑塊及楔形塊滿足許用。

4 結(jié)束語

通過對(duì)冷連軋開卷機(jī)卷筒相關(guān)主要部件的分析計(jì)算，使開卷機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更優(yōu)化、更合理，也為日后相關(guān)軋機(jī)開卷機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。

[1]冶金工業(yè)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院.板帶車間機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)(下冊(cè))[M].冶金工業(yè)出版社， 1983.

[2]閆開宇.開卷機(jī)卷筒漲縮缸推力的確定[J].一重技術(shù)，2007，2

[3]周國(guó)盈.帶鋼卷取設(shè)備(修訂本)[M].冶金工業(yè)出版社，1992.