冷軋機組中卷取機的張力分析與計算

李劭行

【摘 要】 本文介紹了卷取機的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、工藝特點，并對卷取張力進行分析與計算。

【關(guān)鍵詞】 冷軋機組 卷取機 張力

1.概述

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

2.卷取機的結(jié)構(gòu)組成

卷取機由卷筒、傳動裝置、活動支撐、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。由于卷筒上負荷大，需保證卷筒軸的強度和剛度，可通過增大卷筒軸尺寸和在自由端安裝活動支撐。傳動裝置由電機、制動器、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現(xiàn)，而旋轉(zhuǎn)運動則由電機通過聯(lián)軸器、齒輪減速器帶動卷筒轉(zhuǎn)動實現(xiàn)?；顒又卧谛毒頃r，可移到旁邊不妨礙卸卷。鋼卷達到要求質(zhì)量時，剪斷帶鋼，最后由推卷裝置將鋼卷從卷取機上推出，滾到斜坡輥道上。斜坡輥道上的推鋼機將鋼卷推到斜坡輥道的末端，用吊車把它吊至鋼卷放置場貯存。壓尾裝置是卷取終了時，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

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，同時可使鋼卷緊密、整齊。在連軋時，張力還起到自動調(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，因此對張力控制要求很嚴格。軋制卷取時，需考慮加工硬化因素；精整卷取薄帶時，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，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都采用雙電樞或多電樞直流電機驅(qū)動，根據(jù)張力計發(fā)出的信號調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，可以保證鋼卷外層線速度與軋機速度相適應(yīng)并保持張力恒定。若采用交流電動機驅(qū)動，經(jīng)過恒力矩摩擦聯(lián)軸器驅(qū)動卷取機卷筒，雖然可以和軋機同步，但無法保持恒張力卷取。

4）糾偏控制

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

4.冷帶剛卷取機張力分析

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

4.1 當(dāng)卷取機卷曲帶鋼時張力的優(yōu)點

1）減少劃傷。冷帶剛卷取機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動而劃傷。

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，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，會使帶鋼邊部特別是塔形突出部分造成浪形，嚴重時會使帶鋼產(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，張力軋制可以避免卷取中的搖晃，保護下表面不被擦傷。

4）避免帶鋼起套。卷取過程中，隨著鋼卷直徑的增大，由于卷曲輥滑動時鋼卷旋轉(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 卷取機張力恒定計算

卷取機卷取張力由電動機力矩產(chǎn)生，電動機力矩為：

M=KMφI

式中KM---電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)；φ---電動機磁通； I---電動機電樞電流。

卷取張力T與電動機力矩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---電動機轉(zhuǎn)速，r/min； i---電動機至卷筒的速比。

電動機電樞電視E為：E=Kcφn

此時，T=CI

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

卷取張力控制的實質(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)中一般采用電勢調(diào)節(jié)器來調(diào)整電動機的磁通量，以改變電動機轉(zhuǎn)速，使帶鋼線速度不變?；蛘弋?dāng)磁通量一定時，通過電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機電流，以保持帶鋼張力恒定。

4.3 卷取張力的選擇

帶鋼卷取時，卷取張力值的大小取決于卷取機工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格。不合適的卷取張力會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，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，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，在可逆式冷軋機上，對于2-4mm厚的帶鋼，張應(yīng)力σO≈（0.1～0.2）σs；，對于1-2mm厚的帶鋼，張應(yīng)力σO≈（0.2～0.5）σs；對于 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）。在連軋機組中，末架軋機與卷取機之間帶鋼采用小張力，卷取機張應(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)

冷軋機組中的卷取機設(shè)計的影響因素多而復(fù)雜， 其中的卷取張力十分重要，希望能為讀者設(shè)計卷取機提供設(shè)計理論與實際應(yīng)用依據(jù)。

【參考文獻】

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