立式活套的參數(shù)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(shù)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(shù)之間的關系，為立式活套的設計提供了理論依據(jù)。另外對立式活套設計流程進行了說明。

立式活套 參數(shù) 流程

1 概述

活套是帶鋼生產(chǎn)線連續(xù)化生產(chǎn)的保證，廣泛應用在冷連軋、連續(xù)退火以及各種涂鍍機組中[1]?；钐字饕譃榕P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(xù)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(xù)熱鍍鋅機組，連續(xù)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(tài)存儲裝置，其功能是保證生產(chǎn)線工藝段能連續(xù)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(tài)，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(tài)。

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(jù)情況安裝在坑基中。傳動裝置由電動機、減速機、聯(lián)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(wěn)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(shù)分析

由上述可知，立式活套部件眾多、結構復雜，內外部參數(shù)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(fā)點，試圖理清活套各個參數(shù)間的關系，為活套的設計提供依據(jù)。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(shù)

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

1)產(chǎn)品規(guī)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(chǎn)線上各段的帶鋼張力表；

4)活套的套量?；钐椎奶琢恳话阌晒に噷I(yè)根據(jù)生產(chǎn)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(shù)，其數(shù)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(shù)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(chǎn)，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(chǎn)，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(shù)，在以下的計算討論中都被默認為定值。

3.2 力能參數(shù)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(shù)的分析將為傳動裝置的設計提供依據(jù)。

立式活套的結構參數(shù)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(shù)M、鋼絲繩根數(shù)z、鋼絲繩層數(shù)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(jīng)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(shù)。

不同的帶鋼處理線，帶鋼的規(guī)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(shù)一般在10到30之間，所以，帶鋼總張力一般都在數(shù)十kN到數(shù)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(shù)值，在活套進行初始參數(shù)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(jù)生產(chǎn)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(shù)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(jīng)簡化后：

根據(jù)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(tǒng)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(shù)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(shù)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(shù)T與ΔV有關。

綜上所述，活套力能參數(shù)的初選只與工藝參數(shù)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(guī)格既定后，根據(jù)帶鋼厚度和產(chǎn)品質量要求確定轉向輥的直徑，根據(jù)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(guī)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(shù)就可以初步確定，轉向輥數(shù)量和布置即可確定，活套的跨度即可確定；再根據(jù)活套的套量和帶鋼層數(shù)即可確定活套車的有效行程，再根據(jù)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(shù)還需滿足結構專業(yè)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(jù)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(shù)。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(shù)的選取對電機選型有決定作用。本文厘清了重要參數(shù)之間的關系，對立式活套各結構之間的關聯(lián)、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(yè)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(yè)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)