卷取機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

胡佳楠

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

卷取機(jī)是有色金屬板帶生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，它負(fù)責(zé)卷取超長(zhǎng)軋件，將其卷成卷以便于貯存和運(yùn)輸。卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著軋機(jī)生產(chǎn)能力的發(fā)揮。本文以我院為某鋁加工廠設(shè)計(jì)的鋁箔軋制機(jī)組中的卷取機(jī)為例，給出卷取機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

1 卷取機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

在進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)工藝要求，由設(shè)計(jì)條件確定卷取張力、卷取速度，計(jì)算出所需的傳動(dòng)功率，確定傳動(dòng)比，最后完成機(jī)械設(shè)計(jì)制造圖紙。

1.1 卷取張力確定

式中：S—帶材單位張應(yīng)力N/㎜2；B—帶材寬度，1330㎜；h—帶材出口厚度，0.4㎜；

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按第一道次的最大厚度乘最寬帶材的斷面積及張應(yīng)力求得所需的最大張力值，按最薄產(chǎn)品乘最窄帶材的斷面積及張應(yīng)力求得所需的最小張力值。

取Tmax=14.68kN

最大張力值與最小張力值之比稱(chēng)為張力調(diào)節(jié)范圍倍數(shù)，為保證調(diào)節(jié)精度，對(duì)于一臺(tái)電機(jī)的最大調(diào)節(jié)范圍為10倍～12倍。本案通過(guò)三臺(tái)電機(jī)的串聯(lián)，可使調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大到34倍。

1.2 最高卷取速度的確定

由于軋制過(guò)程中有前滑，卷取速度應(yīng)高于軋制速度，卷取機(jī)的最高速度，一般取最高軋制速度的1.15倍～1.25倍左右，這里取1.25。主機(jī)軋制最高速度為1200m/min；求得卷取最高速度Vmax=1500 m/min。

1.3 卷取功率計(jì)算

在保持張力恒定的條件下，卷筒軸上驅(qū)動(dòng)力矩則隨著卷徑的加大而增大。因此利用電機(jī)在基速以上弱磁調(diào)節(jié)，隨速度的增加力矩下降的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓電機(jī)始終處在最大力矩狀態(tài)下工作，稱(chēng)為最大力矩調(diào)節(jié)法。按最大力矩法，由靜張力確定的卷取功率計(jì)算公式如下：

式中：k—系數(shù)，一般取1.1～1.2；T—最大張力，14.68 kN；Vmax—對(duì)應(yīng)最大張力下的最高速度，500（初定）m/min；Dmax—卷材最大外徑，2m；D0—卷材內(nèi)徑（卷筒直徑或套筒外徑），0.565m；ne—電機(jī)基速，450（由電機(jī)樣本初選）r/min；nmax—電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，1600（由電機(jī)樣本初選）/min；η—傳動(dòng)效率取0.9～0.96；k系數(shù)是考慮到上述計(jì)算公式中忽略了帶材塑性彎曲所需的力矩等尚未知因素的影響作用的加大系數(shù)。

計(jì)算得：

按動(dòng)力矩計(jì)算所需的電機(jī)功率，卷取機(jī)在加減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生的動(dòng)力矩為：

式中：J—轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ε—角加速度；GD2—卷筒軸及電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)折算到卷筒軸的飛輪矩kN?m2。a—加速度m/s2；g—重力加速度9.81 m/s2；R—質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。

動(dòng)力矩MD所需的電機(jī)功率為：

式中：MD—?jiǎng)恿豮N·m；n—卷筒的轉(zhuǎn)速r/min；

在設(shè)計(jì)計(jì)算初期，由于速比等傳動(dòng)系統(tǒng)都未確定。所以一般是上述初選電機(jī)之后，以電機(jī)軸上的GD2乘以1.2～1.5的系數(shù)，（本案取1.3）作為系統(tǒng)的GD2。

本案軋機(jī)的卷取電機(jī)由三臺(tái)電機(jī)串聯(lián)。第一臺(tái)電機(jī)利用機(jī)械離合器可以與后面的二臺(tái)脫開(kāi)，小張力時(shí)采用一臺(tái)電機(jī)工作。

綜合考慮上述計(jì)算出的由靜力矩所需的功率由內(nèi)動(dòng)力矩所需的功率以及電機(jī)的過(guò)載能力后從電機(jī)標(biāo)本上選擇合適的電機(jī)型號(hào)：Z4-250-41型功率：3X67 kW轉(zhuǎn)速：450/1600r/min。

1.4 傳動(dòng)比的選擇

電動(dòng)機(jī)選定后，就要確定傳動(dòng)比i。在選擇卷取機(jī)的傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)考慮所選電機(jī)的允許最高轉(zhuǎn)速nmax與基速ne之比值和最大卷徑Dmax與卷筒外徑D0之比值的大小，以便充分發(fā)揮電機(jī)的能力。

傳動(dòng)比按電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax與對(duì)應(yīng)卷材最小直徑D0（即卷筒外徑或套筒外徑）的最高速度Vmax下的轉(zhuǎn)速之比求得，即：

式中：D0—卷材內(nèi)徑（卷筒外徑或套筒外徑），0.565m；nmax—電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，1600r/min；Vmax—最高卷取速度，1500m/min；

以上數(shù)值代人式（5）得：

最高速度時(shí)

高速檔最大張力

低速檔傳動(dòng)比可按下式求得：

式中：Tmax—最大張力要求，14.68kN；Ne—電機(jī)額定功率，3×67 kW；Dmax—最大卷徑，2m；ne—電機(jī)基速，450r/min；η—傳動(dòng)效率，一般取0.9～0.96，取0.96。

2 小結(jié)

以上計(jì)算選型結(jié)果總結(jié)如下：

電機(jī)型號(hào)：Z4-250-41型：功率：3X67kW，轉(zhuǎn)速：450/1600r/min；

高速檔速比：i=1.892；

低速檔速比：i=3.585；

高速檔張力調(diào)節(jié)范圍：0.23kN～7.75 kN；

低速檔張力調(diào)節(jié)范圍：0.43kN～14.68 kN；

低速檔最高卷取速度：792m/min；

低速檔最高卷取速度：1500m/min。

3 結(jié)語(yǔ)

本文給出的傳動(dòng)比是理論值，在做減速器方案時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)，只要能滿足機(jī)組速度、張力要求即可。按此方法設(shè)計(jì)出的傳動(dòng)系統(tǒng)，在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)使用情況優(yōu)良。