带钢清洗机组横梁斜楔式卷取机卷筒的改造设计与计算

2019-01-23胡世标

中国设备工程 2019年1期

胡世标

（湖南科美达重工有限公司，湖南岳阳 414000）

台湾某钢铁公司冷轧厂清洗机组原为国际某冶金设备工程公司供货，其卷取机卷筒结构形式为三棱锥横梁斜楔式。因卷筒钢卷板形和钢卷内圈折痕问题，要求在原设备基础上对卷筒进行改造设计，要求增加卷筒强度及涨缩灵活性，同时确保卷取机传动和连接部分与原卷筒具有可更换性。

根据原在线卷筒的卷取张力，以及带钢厚度、带钢宽度，推导出卷筒径向压力、轴向斜楔所受的推力，设计出胀缩油缸缸径。保证新设计卷筒的胀缩油缸所产生的推力可以满足卷取的需要，避免大张力卷取时造成带钢在卷取过程中出现塌卷现象。

1 技术参数

带钢厚度：0．15～3．0mm；带钢宽度：600～1600 mm；钢卷内径：ф508mm；

钢卷外径：ф1600mm；卷取张力：T=34kN；胀缩油缸工作压力：14MPa。

2 卷筒直径确定和结构特点

对于冷轧带钢卷取机卷筒直径的选择一般以卷取过程中内层带钢不产生塑性变形为设计原则，由于受卷筒强度和生产工序互相衔接的限制，卷筒直径不宜过小或过大。根据经验方法：D=（150～200）hmax=450～600mm（hmax带钢最大厚度），取卷筒常用的规格：φ508mm。

根据卷筒工艺要求，选用四棱锥封闭斜楔式卷筒（图1）。该卷筒由主轴、拉杆、扇形板、径向斜楔、轴向斜楔、胀缩油缸等组成，通过拉杆带动轴向斜楔沿卷筒主轴轴向移动，通过径向斜楔与扇形板之间的连锁斜面的相对滑动，使得卷筒直径上产生胀缩，并依靠弹簧使扇形板复位。卷筒的扇形板除两翼由径向斜楔支持外，中部还有横梁支承，因而刚度比较大。但由于斜楔都装在主轴上，减少了主轴的有效截面积，对主轴的刚度有所影响，此外，扇形板与径向斜楔有两个配合面要求严格协调，加工比较复杂。

图1 四棱锥斜楔式卷筒

3 卷筒径向压力计算

卷筒的径向压力根据经验公式计算：

式中，σ0——单位张力，；T——卷取最大张力；H——带材最大厚度；B——带材最大宽度。

式中，Rc——带钢最大卷取半径(Rc=D/2=800 mm)；r2——卷筒外半径(r2=254mm)；f1——带钢层间磨擦系数(f1=0．1)；K——卷筒压力系数。

式中，C为卷筒刚性参数，取C=1．6。

卷筒的径向压力：

4 胀缩油缸平衡力计算

（1）带卷对每块扇形板的压力可用等效力P（图2）表示：

图2 扇形板受力图

（2）径向斜楔承受两侧扇形板的合力P＇。

（3）径向斜楔锥面反力N。

根据(图3）径向斜楔的受力分析列出平衡方程式为：

图3 径向斜楔受力简图

图4 轴向斜楔受力简图

式中，S——径向斜楔左端所受的压力；N——斜面上的正压力；f2——滑动摩擦系数，取f2=0．1；α——棱锥角，α=22º。

解方程式，得：

轴向斜楔平衡力Q(图4）所示：卷取时，轴向斜楔的平衡力方程式为：

四块轴向斜楔受到的推力为：

5 胀缩油缸缸径确定

胀缩油缸胀紧力与卷筒胀缩所需的力的关系为：

式中，D0——胀缩油缸缸径，d——活塞杆直径，p1——胀缩油缸工作压力。

活塞杆直径取120mm，则胀缩油缸缸径D0≥242mm，故胀缩油缸缸径可取D0=245mm。

6 弹簧计算

因卷筒结构设计，每块扇形板上装配了十个复位圆柱螺旋弹簧，每块扇形板重量为283kg，卷筒胀缩范围40mm(φ468mm～φ508mm)。弹簧根据卷筒扇形板结构设定d1=4．5mm（钢丝直径），D1=28（弹簧中直径），弹簧的最小工作载荷下的高度和最大工作载荷下的高度必须满足扇形板的结构要求，同时要求最少最小工作载荷P1＞G/10，（G为每块扇形板重量），选定为310N。

式中，G——材料的弹性模量（弹簧材料选取60Si2MnA ，G=78．5Gpa）；n——弹簧有效圈数。