摘 要冷軋帶鋼的開卷絕大多數(shù)采用筒式開卷機(jī)，其設(shè)備配置較為簡(jiǎn)單，主要由筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)，壓緊輥，活動(dòng)支撐和推卷、卸卷等裝置組成。 小型冷帶鋼開卷機(jī)僅用來開卷，有時(shí)還用來卷取。在軋制過程中依靠這類開卷設(shè)備可以建立前后張力，這樣可以降低軋制壓力，改善軋輥的軋制穩(wěn)定性。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，原開卷機(jī)的張力較小，現(xiàn)增加了帶鋼的張力，進(jìn)行了主要零件的強(qiáng)度計(jì)算，并進(jìn)行了軋機(jī)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。該開卷機(jī)保證卷取的恒定張力，提高了帶鋼的表面質(zhì)量。開卷機(jī)是成卷軋制和帶材精整機(jī)組中的重要設(shè)備。在可逆式冷、熱軋帶材軋機(jī)的前后均裝有開卷機(jī)，在不可逆冷、熱軋帶材軋機(jī)以及某些精整作業(yè)線上的出口端也裝設(shè)帶材開卷機(jī)。開卷機(jī)有很大的張力以保證降低軋制壓力，減少帶鋼翹曲現(xiàn)象，從而提高帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。該軋機(jī)可供小型冷軋廠使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：開卷機(jī)，表面質(zhì)量，恒定張力The design of decoiling unitabstractOne of the decoiling belted steel fetches the overwhelming majority and adopts reel type a fetching machine, its device layout is comparatively simple, by the reel and transmission mainly , compress tightly the roller , support and pushes one , unload the devices , such as one ,etc. to make up in activity. Small-scale cold a fetching machine of belted steel is not only used for twining one but also used for opening a book sometimes. Tension before and after depending on this each and fetching equipment and can be set up in the rolling course, so can reduce the rolling pressure , improve the rolling stability of the roll . According to surveying and studying live, the tension of original fetching machines is relatively small, increase the tension with steel now, selected the capacity of the electrical machinery again at the same time . The intensity of carrying on the major part is calculated, and carry on the economic benefits of the rolling mill and appraise . This fetching machine adopts the adjustable speed electrical machinery of direct current, guarantee a invariable tension fetched, have improved the surface quality with steel. This rolling mill is for small-scale cold-rolled factory to use , have good economic benefits. Keyword: decoiling unit, surface quality, invariable tension 緒論開卷機(jī)是軋鋼成卷生產(chǎn)不可少的設(shè)備。保證開卷機(jī)順利工作對(duì)提高軋機(jī)生產(chǎn)率有很重要意義。冷軋機(jī)組中，開卷機(jī)用于將鋼卷伸展。采用恒張力軋制，可以提高帶鋼質(zhì)量。 例如對(duì)于1700冷軋機(jī)組開卷機(jī)設(shè)計(jì)，其用于二機(jī)架冷軋機(jī)組中。首先，選擇開卷機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)述。由于冷帶鋼卷取張力大，采用四棱錐筒結(jié)構(gòu)。用液壓缸移動(dòng)斜楔進(jìn)行脹縮。將四棱錐體單獨(dú)加工裝在筒軸上，這樣改進(jìn)，加工方便。當(dāng)錐體磨損后可以單獨(dú)更換。這樣，可以降低設(shè)備維修費(fèi)用。另外，四個(gè)扇形塊邊采用搭接技術(shù)，防止筒脹開后出現(xiàn)空隙，減少鋼卷局部壓扁，提高鋼卷質(zhì)量。去掉鉗口，采用助卷器卡緊帶鋼頭部，方便卸卷。這次設(shè)計(jì)，計(jì)算帶鋼卷開過程中對(duì)筒的壓力并計(jì)算卷取軸彎曲強(qiáng)度，對(duì)支承軸承進(jìn)行選擇和校核。采用合理的潤(rùn)滑方案、潤(rùn)滑方法和控制技術(shù)，使卷取機(jī)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。強(qiáng)度足夠，有廣泛的使用價(jià)值，可用于酸洗、熱處理、鍍鋅和鍍鋅機(jī)組中。 第一章 開卷機(jī)的概念和發(fā)展趨勢(shì) 1.1選題的背景和目的 開卷機(jī)的設(shè)計(jì)，除了按一般機(jī)械設(shè)計(jì)程序進(jìn)行機(jī)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，尚有幾個(gè)與工藝和操作有關(guān)特殊問題。如機(jī)構(gòu)選擇、主要參數(shù)確定、筒壓力計(jì)算和張力、調(diào)速、卷取質(zhì)量等。 開卷機(jī)的結(jié)構(gòu)形式的選擇，熱帶鋼卷取機(jī)裝在熱帶鋼軋機(jī)的后面地下式開卷機(jī)，一般三輥式成形輥布置多支點(diǎn)棱錐型筒。冷軋帶鋼卷取機(jī)安裝冷軋機(jī)組、平整機(jī)組外，廣泛用于各類縱切和橫切精整機(jī)組、重卷機(jī)組和酸洗機(jī)組的不同部位以滿足不同的工藝要求。 在可逆式冷軋機(jī)上軋制時(shí)，帶鋼張力由開卷機(jī)產(chǎn)生，因而這種開卷機(jī)要承受很大的張力，寬帶鋼的張力可達(dá)400500千牛，特別多輥軋機(jī)軋制合金薄帶材時(shí)，帶鋼對(duì)卷取機(jī)的徑向壓力極大，長(zhǎng)期以來多采用帶鉗口的實(shí)心筒。再設(shè)置重卷機(jī)組倒卷，多采用八棱錐無縫隙筒，以防止筒損壞坯帶材表面。冷帶鋼開卷機(jī)是冷軋生產(chǎn)的重要設(shè)備。1.2開卷機(jī)的概述 開卷設(shè)備大體可分為：懸臂式開卷機(jī)、雙圓柱頭式開卷機(jī)和雙錐頭式開卷機(jī)。懸臂式開卷機(jī)具有剛性大，開卷張力大等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于較薄帶材的開卷。懸臂式開卷機(jī)和雙圓柱頭式開卷機(jī)及雙錐頭式開卷機(jī)已成功地應(yīng)用于帶材精整機(jī)組及冷連軋機(jī)組。最近幾年，西德和美國(guó)一些機(jī)械制造公司和生產(chǎn)廠商，大力推廣雙圓柱頭式開卷機(jī)。國(guó)外生產(chǎn)事件證明，雙圓柱頭式開卷機(jī)上料操作方便，工作平穩(wěn)可靠，其結(jié)構(gòu)也比懸臂式開卷機(jī)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是，由于采用兩套傳動(dòng)裝置，雙圓柱頭式開卷機(jī)設(shè)備重量比懸臂式開卷機(jī)要大。由于雙錐頭式開卷機(jī)，錐頭部分和帶內(nèi)卷圈接觸面積太小，帶張力操作時(shí)，容易損壞帶材頭部，所以目前已不大采用。 圖1.1 為某機(jī)組懸臂式開卷機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。 圖1.1懸臂式開卷機(jī) 1筒2傳動(dòng)裝置3減速機(jī)4電機(jī)5脹縮油缸6對(duì)中油缸1.3開卷機(jī)的結(jié)構(gòu)1.3.1單筒可脹縮開卷機(jī) 這種結(jié)構(gòu)開卷機(jī)，其結(jié)構(gòu)上與張力卷取機(jī)基本相同，但在開卷機(jī)筒上無鉗口裝置。案筒結(jié)構(gòu)形式不同，可分為單筒棱錐式開卷機(jī)和單筒鏈板式開卷機(jī)。 圖1.2為單筒鏈板開卷機(jī)機(jī)構(gòu)。它在帶鋼精整機(jī)組的頭部，用來開卷厚度為0.6毫米，寬度為500毫米的帶卷。卷重為15噸，開卷速度為3米/秒。 筒的縮徑機(jī)構(gòu)，依靠?jī)H作徑向運(yùn)動(dòng)的四塊弓形塊3來實(shí)現(xiàn)。弓形塊3與內(nèi)筒1用鏈板2鉸接，內(nèi)筒1與心軸4采用其尾部的墊板5連接在一起。心軸4則與筒端部的軸向脹縮液壓缸活塞桿相連。若軸向液壓缸進(jìn)行壓力壓油時(shí)，活塞桿與心軸4一起做軸向移動(dòng)使筒縮徑。借助于彈簧的作用，使活塞桿與心軸4復(fù)位，筒脹徑。 圖1.2 單筒鏈板式開卷機(jī)結(jié)構(gòu) 1內(nèi)筒2鏈板3弓形塊4心軸5墊板 這種開卷機(jī)進(jìn)適用于開卷張力不大于1000公斤的卷重在15噸以下的橫切機(jī)組、清洗機(jī)組、退火機(jī)組等精整機(jī)組。對(duì)于處理卷重較大和開卷張力較大的帶卷時(shí)，可采用單筒棱錐式開卷機(jī)。圖1.3為單筒棱錐式開卷機(jī)。它用于雙機(jī)架平整機(jī)組，帶材厚度為0.15-0.8毫米，寬度為550-1270毫米。開卷速度為33米/秒或23米/秒。開卷張力為2270公斤，卷重為20000-45000公斤。這種開卷機(jī)筒由活動(dòng)支撐軸頸1、拉桿2、空心軸3、扁銷4.弓形塊5、棱錐軸6以及滑鍵7等組成。 圖1.3單卷棱錐式開卷機(jī)的筒結(jié)構(gòu) 1活動(dòng)支撐軸頸2拉桿3空心軸4扁銷5弓形塊6棱錐軸7滑鍵這種單筒棱錐式開卷機(jī)與鏈板式開卷機(jī)比較，具有剛性好、開卷張力大、設(shè)備重量較輕等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛采用。1.3.2雙錐頭無脹縮開卷機(jī) 圖1.4為雙錐頭無脹縮開卷機(jī)。它用來開卷厚度為1.5-5毫米，寬度為1500毫米的帶材，開卷速度為1米/秒。這種開卷機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是圓錐頭與帶卷內(nèi)孔容易產(chǎn)生打滑。為了克服這一缺點(diǎn)，可采用錐頭可脹縮開卷機(jī)。 圖1.4雙錐頭無脹縮開卷機(jī)1.3.3雙圓柱頭可脹縮開卷機(jī) 雙圓柱頭可脹縮開卷機(jī)按其脹縮方式的不同，還可分為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭式開卷機(jī)和軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)兩種。 雙圓柱頭式開卷機(jī)用于酸洗機(jī)組、剪切機(jī)組及冷連軋機(jī)組。一般來說，這種開卷機(jī)用來開卷張力不大的帶厚為2-8毫米的熱軋帶鋼。對(duì)于薄帶鋼和大張力開卷時(shí)，則采用懸臂式開卷機(jī)。 圖1.5為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)。開卷機(jī)左右錐頭分別由液壓缸2操作，可沿其水平方向移動(dòng)。借此夾持帶卷內(nèi)徑，并對(duì)中機(jī)組中心線。圓柱脹縮由二個(gè) 圖1.5徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)徑向液壓缸來實(shí)現(xiàn)。為了使兩個(gè)徑向液壓缸4作同步徑向運(yùn)動(dòng)，利用齒輪3實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。這種結(jié)構(gòu)上克服了上述錐頭無脹縮開卷機(jī)的打滑現(xiàn)象，使用情況表明，效果良好。軸向液壓缸雙圓柱頭開卷機(jī)，用于五機(jī)架冷連軋機(jī)組。帶材厚度為1.5-6毫米，帶材寬度為550-1530毫米。屈服極限為37公斤/。最大卷重為45000公斤。開卷速度為10.5米/秒。開卷張力為920-9200公斤。筒結(jié)構(gòu)如圖1.6所示，筒直徑為610毫米，脹徑時(shí)為630毫米，縮徑時(shí)為560毫米。筒長(zhǎng)度為855毫米，由于筒較短，把與軸向脹縮液壓缸活塞直接相連的拉桿頭部做成錐形，在錐形部位加工出燕尾槽滑動(dòng)面，使它與弓形3相配合，構(gòu)成斜契滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。推動(dòng)弓形塊脹開，筒脹徑。軸向脹縮液壓缸反向動(dòng)作時(shí)，借助拉桿端部上的燕尾槽是筒縮徑。軸向脹縮 活塞直徑為440毫米，行程為221毫米。 1.6軸向液壓缸脹縮的雙圓柱頭開卷機(jī)的筒結(jié)構(gòu) 1空心軸2拉桿3弓形塊 軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)與徑向液壓缸找那個(gè)所雙圓柱頭開卷機(jī)相比，僅僅是圓柱頭脹縮液壓缸布置方式不同。制造和使用等方面來看，軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)較好。 圖1.7脹縮液壓缸和回轉(zhuǎn)接頭 1拉桿2活塞3回轉(zhuǎn)接頭14開卷機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 薄板、帶鋼的生產(chǎn)技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志。薄鋼板除了供汽車、農(nóng)機(jī)、化工、食品罐頭、建筑、電器等工業(yè)使用外，還與日常生活有直接關(guān)系，如家用電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)等都需要薄鋼板。因而在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，薄鋼板占鋼材的比例逐年增加，在薄板、帶鋼中，冷軋產(chǎn)品占很大部分。 近年來，冷軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面：(1)增加鋼卷質(zhì)(重)量。增加鋼卷質(zhì)量是提高設(shè)備生產(chǎn)能力的有效方法，因?yàn)槔滠垘т撌且凿摼矸绞缴a(chǎn)的，每一個(gè)鋼卷在送到機(jī)組內(nèi)軋制或處理前，都必須經(jīng)過拆捆、開卷、穿帶，然后加速到正常速度工作，在每一卷終了時(shí)又需要有減速、剪切、卷取及卸卷的過程，占用較多的生產(chǎn)時(shí)間。鋼卷質(zhì)量增大后，可相應(yīng)地增加作業(yè)的時(shí)間，而且由于每卷帶鋼長(zhǎng)度的增加，帶鋼在穩(wěn)定速度下軋制的時(shí)間也相應(yīng)增加，機(jī)組的速度才能真正得到提高，帶鋼的質(zhì)量也才能得以改善。然而，鋼卷質(zhì)量也不可無限制地增加，它受到開卷機(jī)等機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的限制，也受到電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍的限制，而且卷重太大還會(huì)給車間內(nèi)鋼卷的運(yùn)輸和存放帶來困難。目前，冷軋帶卷的質(zhì)量已達(dá)40t，個(gè)別的達(dá)到60t，以帶鋼單位寬度計(jì)算的卷重達(dá)到30-36kgmm。(2)提高機(jī)組和軋機(jī)的速度。20世紀(jì)50年代開卷機(jī)大都在20ms左右，60年代以來已逐步提高到30ms左右，最高軋制速度達(dá)37.5m/s。六機(jī)架冷連軋機(jī)的最高軋制速度已超過了40m/s。但是，軋制速度的進(jìn)一步提高會(huì)受到工藝潤(rùn)滑材料與方式的限制。其他作業(yè)線(如單機(jī)架平整機(jī)組、雙機(jī)架平整機(jī)組、各剪切機(jī)組、連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組、酸洗機(jī)組、電鍍錫機(jī)組等)的機(jī)組速度也都相應(yīng)提高。 (3)提高自動(dòng)化程度。在生產(chǎn)操作自動(dòng)化方面，普遍采用各種形式的極限開關(guān)、光電管等、對(duì)每個(gè)動(dòng)作實(shí)行自動(dòng)程序控制，實(shí)現(xiàn)了鋼卷對(duì)中、帶鋼邊緣糾偏、機(jī)組中帶鋼速度的自動(dòng)調(diào)整、剪切鋼板的自動(dòng)分選等自動(dòng)化操作和控制。 (4)改進(jìn)生產(chǎn)工藝。不斷采用新工藝、新設(shè)備，例如深沖鋼板連續(xù)退火作業(yè)線和淺槽鹽酸酸洗、HC軋機(jī)、和異步軋制等，以簡(jiǎn)化冷軋工藝過程，提高冷軋帶鋼的精度和節(jié)省能量。 第二章 開卷機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算2.1開卷機(jī)筒設(shè)計(jì) 脹縮式筒基本上有以下四種結(jié)構(gòu)形式的：弓形板式、平行四連桿式、四棱錐式、四斜契式。其中平行四連桿式和四棱錐式兩種結(jié)構(gòu)比較常見。 平行四連桿式筒是用四塊結(jié)構(gòu)尺寸基本相同的弧形板組成，每塊弧形板和軸上的支撐套筒用四條短連桿相聯(lián)形成平行四連桿機(jī)構(gòu)，依靠短連桿傾角變化產(chǎn)生筒徑的脹縮（圖2.1） 圖2.1平心四連桿式筒 四棱錐式筒的筒體由 四塊扇形板組成，扇形板的內(nèi)側(cè)有階梯形斜面與中心四棱錐的階梯斜面相配合，利用四棱錐的少量軸向滑動(dòng)形成外徑的脹縮（圖3）。 圖2.2四棱錐式筒2.2開卷機(jī)張力的確定與形成 精整機(jī)組開卷張力的選用，與機(jī)組尾部卷去張力一樣，應(yīng)該十分慎重。不合適的開卷張力，會(huì)影響到精整機(jī)組正常生產(chǎn)。一般開卷張力為 T=bh式中 b-帶鋼寬度，毫米； h-帶鋼厚度，毫米； -單位張力，公斤/。在機(jī)組頭部一般可取=0.3-0.66公斤/。再設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，上述單位張力還可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算=k式中 -帶鋼屈服限，公斤/； K張力系數(shù)機(jī) 組 名 稱K 值連 續(xù) 酸 洗 機(jī) 組0.004-0.005點(diǎn) 解 清 洗 機(jī) 組電 鍍 錫 機(jī) 組熱 鍍 錫 機(jī) 組電 絕 緣 涂 層 機(jī) 組連 續(xù) 退 火 機(jī) 組橫 切 機(jī) 組張 力 矯 直 機(jī) 組 0.03-0.05縱 切 機(jī) 組 0.8（0.33-14h+0.02），h為帶厚 表2-1張力系數(shù) 機(jī)組張力的選用應(yīng)十分慎重。采用大張力，使傳動(dòng)設(shè)備加大，增加投資。過大的張力還可能拉斷帶材。小張力可能使帶材跑偏。實(shí)際上常按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選用。一般可按表2.2選取單位張力 機(jī)組區(qū)域單位張力值（MPa）機(jī)組區(qū)域單位張力值卷機(jī)段：作業(yè)段：酸洗機(jī)組10-40熱處理2-8鍍鋅機(jī)組8-70酸洗7-10鍍錫機(jī)組10-40活套段：電解清洗機(jī)組30塔式5-15退火機(jī)組20-30車式10-20開卷段3-9 圖2.2單位張力值 開卷機(jī)張力的形成主要有三種方式：機(jī)械抱閘式、磁粉制動(dòng)器式、直流拖動(dòng)式。 機(jī)械抱閘式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，但張力不易控制。通過磁粉制動(dòng)器形成張卷開力，可以通過調(diào)整激磁電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)張力大小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但所能解形成的最大張力受磁粉制動(dòng)器最大力矩限制，因此適用于小開卷張力機(jī)組。大中型帶材精整機(jī)組一般采用直流拖動(dòng)方式形成所需的開卷張力。2.3開卷機(jī)對(duì)中調(diào)節(jié) 對(duì)于一般的帶材精整機(jī)組，都要求開卷機(jī)具有對(duì)中調(diào)整功能，即愛上卷時(shí)和工作過程中，始終保證帶材中心線與機(jī)組中心線重合，以保證機(jī)組能正常工作。 目前采用的糾偏系統(tǒng)主要有光電液糾偏系統(tǒng)和氣電液糾偏系統(tǒng)。但光電液 系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟。 在光電液糾偏系統(tǒng)中，光電頭固定在帶材的邊緣，使帶材位于光源的中心線位置，當(dāng)帶材跑偏時(shí)，將引起電信號(hào)的變化，系統(tǒng)將此變化反饋給液壓對(duì)中油缸，推動(dòng)開卷機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中。2.4 壓錕壓緊力計(jì)算 一般在開卷機(jī)上均設(shè)有壓錕，用來壓緊帶材，增加制動(dòng)力矩，有利于正常開卷。有時(shí)還可以把壓做成傳動(dòng)，這樣對(duì)開卷引料也有一定好處。如圖4所示，壓緊力P可按下式?jīng)Q定： PR= ； P=(N)式中： R帶卷半徑（m）； -開卷角（。）； -帶材在壓錕壓緊力作用下，帶材所產(chǎn)生彈塑彎曲力矩值（Nm）； 可由下式?jīng)Q定： =式中： -帶材橫截面上彈性區(qū)部分高度，即 =； h帶材厚度（m）；-帶材屈服限（MPa） E帶材彈性模量（MPa）。 圖2.3壓緊力受力分析 圖2.4帶卷力分析2.5 筒徑向壓力N計(jì)算 為了不使帶卷內(nèi)徑與筒打滑，必須脹緊筒，產(chǎn)生足夠的摩擦力。使此摩擦力產(chǎn)生力矩值，與開卷張力所引起力矩值相平衡（如圖2.4）所示。據(jù)此可寫出平衡方程，從而可決定筒徑向壓緊力N。 式中：-帶卷卷徑比，即帶卷外徑與內(nèi)徑之比； -帶卷內(nèi)徑與筒的摩擦系數(shù)，并按此徑向壓緊力N，設(shè)計(jì)計(jì)算筒脹縮機(jī)構(gòu)。實(shí)際計(jì)算時(shí)，考慮受力不均勻，開卷張力一般取1.3-1.5t計(jì)算。2.6開卷機(jī)傳動(dòng)功率計(jì)算此開卷機(jī)采用無壓錕設(shè)計(jì)，由于帶鋼在筒與引料錕之間要下垂，張力T對(duì)下垂度x值所產(chǎn)生的力矩，應(yīng)與帶鋼的彈塑性彎曲力矩相平衡，即如圖2.5所示。側(cè)有 Tx= ； T=/x 式中 -帶鋼彈塑力矩，即 = 若k=0.8，則=0.98x下垂度，毫米。 筒傳動(dòng)力矩M可按下列式子確定 M= T（R-x）- = T（R-x）- 式中 T開卷張力，公斤； R卷帶半徑，毫米； -筒軸承處摩擦系數(shù)，對(duì)于圓柱滾動(dòng)軸承=0.008； d軸承處樞軸直徑，對(duì)于滾動(dòng)軸承取平均直徑，毫米； Q由筒自重及張力在軸承處所引起的反力，公斤。求出筒力矩后，即按下式計(jì)算傳動(dòng)功率 N=式中 R卷帶半徑，毫米； -筒傳動(dòng)力矩，公斤毫米；V開卷速度米/秒；-傳動(dòng)效率，一般取=0.9。 圖2.5圖無壓錕的開卷機(jī)受力圖 附：開卷機(jī)主要機(jī)構(gòu)三維（pro/e）設(shè)計(jì)圖 第三章 開卷機(jī)主軸設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1開卷機(jī)技術(shù)參數(shù) 開卷機(jī)是成卷扎制和帶材精整機(jī)組中的重要設(shè)備。開卷機(jī)主要用于支承鋼帶卷，并和直頭機(jī)一起把鋼帶送入矯平機(jī)。本開卷機(jī)采用脹縮式筒，可以適應(yīng)多種內(nèi)徑變化。其技術(shù)參數(shù)為 電機(jī)功率/KW 2.2 轉(zhuǎn)速r/min 125 料寬/mm 300 卷重/kg 20003.2估算軸的直徑及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)軸的支撐位置和軸所受載荷大小、方向、作用點(diǎn)及載荷種類均已確定，支點(diǎn)反力及彎矩可以求得時(shí)，可按彎矩合成的理論進(jìn)行近似計(jì)算。 圖3.1 主軸簡(jiǎn)圖 1安裝齒輪2主軸3軸承4張緊裝置 外缸筒是用來防止塑性層不遭破裂。隨著壓力的增加，塑性厚度也增加。彈性層厚度減少，最后發(fā)生破裂。因此只要注意到厚壁筒內(nèi)應(yīng)力分布的變化規(guī)律，就可以大大提高缸筒內(nèi)的工作壓力。 作用在內(nèi)壁的當(dāng)量應(yīng)力既可能是壓應(yīng)力也能使壓應(yīng)力，主要取決于壓力是從缸的內(nèi)面作用還是從外面作用。若是內(nèi)壓力則當(dāng)量應(yīng)力為拉應(yīng)力，若是外壓力作用則當(dāng)量應(yīng)力為壓應(yīng)力，因此可以利用外壓力并同時(shí)考慮內(nèi)壓力的作用，使作用在內(nèi)壁上的壓力減小或降到很低。 首先，根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式初步估算直徑：軸計(jì)算截面上的工作應(yīng)力 （）軸的直徑（）式中軸計(jì)算截面上的合成玩彎矩，；軸計(jì)算截面上的扭矩，傳遞功率，；轉(zhuǎn)速，；根據(jù)扭應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)；空心軸內(nèi)徑與外徑之比，.；許用疲勞應(yīng)力，。選擇軸的材料為鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可知材料的機(jī)械性能為；.代入（）式得考慮到安裝張緊裝置需加鍵槽，故將其軸徑增加。因此取軸徑為根據(jù)軸的受力，選取圓錐滾子軸承。裝軸承處的直徑，。初選和，其寬度分別為.和。.軸上受力分析軸上受力如圖3.2（）所示。計(jì)算時(shí)，通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，軸上零件傳來的力，通常作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪廓寬度的中點(diǎn)。軸上扭矩則從輪轂寬度的中點(diǎn)算起。軸上支撐反力的作用點(diǎn)，根據(jù)軸承的類型和組合確定。如果作用在軸上的各載荷不再同一平面內(nèi)，可分解到個(gè)相互垂直的平面上，然后分別求出這個(gè)平面內(nèi)的彎矩，再按矢量法求的合成彎矩。軸承受的彎矩.軸傳遞的轉(zhuǎn)矩.齒輪圓周力齒輪徑向力.（）在水平平面內(nèi)的支反力（圖3.2（）由得因此；齒輪的作用力在水平平面的彎矩（圖3.2（）.（）在垂直平面內(nèi)的支反力（圖3.2（）（）齒輪的作用力在水平平面的彎矩（圖3.2（）.（）由于負(fù)載的作用，在支點(diǎn)和處的支反力（圖3.2（）由得；由于負(fù)載的作用而產(chǎn)生的彎矩圖如圖3.2（）所示：.圖3.2軸所受載荷.軸的強(qiáng)度校核根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，截面處的彎矩較大，且有軸承配合引起的應(yīng)力集中，因此，處是危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于該減速機(jī)軸的傳動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱循環(huán)的彎應(yīng)力，而轉(zhuǎn)矩引起的為脈動(dòng)循環(huán)的剪應(yīng)力?？箯潝嗝嫦禂?shù).彎曲應(yīng)力幅.附：開卷機(jī)主軸三維設(shè)計(jì)圖 第四章 開卷機(jī)恒張力控制系統(tǒng)4.1硬件組成 開卷電機(jī)型號(hào)為Z4-315-11,功率為110KW、電壓為400V。電流為324A。轉(zhuǎn)速為400r/min，供電裝置采用意大利Ansaldo全數(shù)字傳動(dòng)模塊，型號(hào)為SPDM450RCF，CPU為型號(hào)416-2DP。主站與從站間通信方式為Profibus-DP。 PLC控制系統(tǒng)完成操作連鎖，卷徑計(jì)算，速度、加速度及張力的設(shè)定，斷帶保護(hù)和準(zhǔn)確停車等功能。通過數(shù)字量輸入模板DI把各傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)好、停止、輕故障、重故障、就緒信號(hào)送入PLC,PLC則根據(jù)整個(gè)軋機(jī)的工藝連鎖條件和操作指令，再通過數(shù)字量輸出模板DQ向傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)、停止命令。每卷的初始卷徑、帶寬、比重和各道次的入口厚度、出口厚度、軋制速度、單位張力、屈服強(qiáng)度等參數(shù)，經(jīng)上位機(jī)鍵盤輸入，上位機(jī)通過Siemens公司的CP5613卡與PLC通信。 根據(jù)以上這些參數(shù)計(jì)算出每卷各道次的主機(jī)速度設(shè)定值，同時(shí)計(jì)算開卷電機(jī)張力設(shè)定值，速度設(shè)定值和張力設(shè)定值通過模擬量輸出模板AQ送到傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)回路。各傳動(dòng)系統(tǒng)速度、電流和磁通實(shí)際值通過模擬量輸入模板AI送給PLC，并分別在上位機(jī)和操作臺(tái)顯示。為了進(jìn)行卷徑計(jì)算，分別在左卷、左側(cè)量錕、右卷、右側(cè)量錕上裝有脈沖發(fā)生器，這些脈沖分別送入西門子高速計(jì)數(shù)器模板FM450，高速計(jì)數(shù)器根據(jù)Step7軟件中設(shè)置的工作方式對(duì)開卷機(jī)和測(cè)量錕轉(zhuǎn)過的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由其脈沖值計(jì)算當(dāng)時(shí)卷徑。4.2開卷機(jī)工作狀態(tài)分析 主機(jī)與開卷機(jī)間帶鋼的張力由開卷機(jī)建立，開卷過程即維持帶鋼張力恒定的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程。開卷機(jī)上料時(shí)需點(diǎn)動(dòng)工作，張力給定不投入，系統(tǒng)為典型的速度的、電流雙閉可逆調(diào)速系統(tǒng)。穿帶完成后建立靜張力，大小由操作臺(tái)給出，此時(shí)系統(tǒng)為電流單閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到給定張力后開卷機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，靜張力建立。建立靜張力前開卷機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)；建立靜張力時(shí)開卷機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，傳動(dòng)SPDM的晶閘管始終工作于整流狀態(tài)。開卷機(jī)具體工作狀態(tài)分析如下： ()開卷機(jī)靜張力建立的過程時(shí)開卷機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)左卷取工作，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，晶閘管處于整流狀態(tài)，輸出整流電壓=234（為觸發(fā)角，為交流側(cè)相電壓有效值）。 （）靜張力建立時(shí)，帶鋼線速度為零，開卷機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E為0，開卷機(jī)堵轉(zhuǎn)，晶閘管變流裝置處于整流狀態(tài)，建立堵轉(zhuǎn)電流/R（為晶閘管變流裝置輸出的整流電壓） （）靜張建立進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)。主機(jī)升速拉動(dòng)帶鋼使開卷機(jī)開卷工作，晶閘管變流裝置輸出電壓U開始下降，開卷機(jī)被拉動(dòng)旋轉(zhuǎn)，反電動(dòng)勢(shì)E與電動(dòng)勢(shì)相比反向，電樞電流（U+E）/R(E為絕對(duì)值)。 ()開卷電機(jī)再發(fā)生電制動(dòng)狀態(tài)。主機(jī)升速，此時(shí)晶閘管變流裝置輸出電壓U也反向，此時(shí)U與E符號(hào)相同，但E的絕對(duì)值大于U的絕對(duì)值，此時(shí)晶閘管變流裝置處于逆變狀態(tài)。正常開卷時(shí)由帶鋼張力產(chǎn)生。4.3開卷機(jī)恒張力控制實(shí)現(xiàn) 開卷張力產(chǎn)生的張力矩與電機(jī)電磁力矩應(yīng)相等。則張力的機(jī)電參數(shù)表達(dá)式： =/D （1）式中：為常數(shù)；為開卷機(jī)磁通量；為開卷電動(dòng)電樞電流；D為帶卷瞬時(shí)卷徑。由式（1）得： =/ （2）結(jié)論1：在基速以下，開卷機(jī)電機(jī)磁通保持恒定，即全磁狀態(tài)，電樞電流與卷徑D成正比變化，可實(shí)現(xiàn)恒張力控制。由式（2）得： =/=/=（/E）v （3）結(jié)論2：在基速以上，若保持反電勢(shì)E恒定，控制電樞電流與帶鋼線速度v成正比，可實(shí)現(xiàn)恒張力控制的。SPDM接收來自PLC的張力設(shè)定值，通過其內(nèi)部軟件進(jìn)行張力自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)恒張力調(diào)節(jié)。4.4瞬時(shí)筒徑D的計(jì)算為實(shí)現(xiàn)恒張力精度控制和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，必須精確測(cè)量并記憶卷材瞬時(shí)卷徑D值。由帶鋼線速度v和開卷電機(jī)轉(zhuǎn)速n，利用公式v=/i即可推導(dǎo)并計(jì)算出瞬時(shí)卷徑D值。卷徑計(jì)算記憶單元如圖4.1所示。 圖4.1卷徑記憶單元框圖 第五章 支撐液壓裝置的設(shè)計(jì)5.1開卷機(jī)液壓系統(tǒng)的作用 由于在開卷機(jī)上當(dāng)卷材裝加上去之后直徑較大，但隨著開卷設(shè)備的工作，卷材直徑會(huì)慢慢變小，其重量也會(huì)隨之變輕，為了使卷材開卷后保持水平伸展，并且使卷材在開卷機(jī)上有足夠的支撐力，需選用一個(gè)液壓系統(tǒng)，將供壓、保壓和釋壓在這個(gè)系統(tǒng)上同時(shí)完成。下圖便是它的簡(jiǎn)單的液壓原理圖： 圖5.1 液壓原理圖 容易看出，主控制閥和下降速度控制閥和回油閥，單向閥都是相通的，主控制閥就是一個(gè)三位五通閥，回油閥是二位二通閥，通過換位達(dá)到控制油路的作用。5.2液壓系統(tǒng)工作原理作為用在開卷機(jī)系統(tǒng)中控制提升器上升、下降、中立位置的液壓系統(tǒng)有四個(gè)基本工作位置，即：提升、中立、下降和快速升降。在提升位置的工作特性液壓系統(tǒng)在提升位置時(shí)，泵通過吸油過濾器從變速箱殼體內(nèi)吸取液壓油，通過泵以后形成高壓油，然后通過系統(tǒng)的安全閥(V)來到分配器的進(jìn)油口。系統(tǒng)安全閥在選裝多路閥時(shí)即為多路閥的安全閥否則需要另外在管路上增加安全閥，以保證整個(gè)拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)的安全。閥芯處于提升位置，因此閥芯與閥套控制油孔被密封，因此控制回油閥的油路被關(guān)閉即回油閥處于密封狀態(tài)，主要油道的液壓油無法通過回油閥泄油，因此只能打開單向閥進(jìn)入提升器油缸內(nèi)，進(jìn)入油缸后的液壓油推動(dòng)活塞向后移動(dòng)，提升臂向上抬起從而達(dá)到提升器的提升。由于單向閥打開后其殼體內(nèi)部油道是與安全閥相通，此時(shí)如果下速閥是打開狀態(tài)，液壓油通過下速閥、殼體工藝孔、進(jìn)入主控制閥的泄油孔，但是由于主控制閥的泄油被閥芯密封，所以液壓油無法泄壓，只能進(jìn)入到液壓缸內(nèi)。在中立位置時(shí)的工作特性 主要有兩個(gè)油路，一個(gè)是泵出來的高壓油，一個(gè)是液壓油缸和分配器內(nèi)部形成的封閉油路。另一個(gè)油路由于提升臂上懸掛有一定的重物，作用到液壓缸內(nèi)形成一定的壓力，此時(shí)液壓缸和分配器形成一個(gè)密閉的形腔。油缸內(nèi)的液壓油通過分配上出油接頭進(jìn)入分配殼體內(nèi)，由于單向閥的鋼球和單向閥座密封油缸內(nèi)的液壓油無法通過單向閥，則液壓油通過殼體油道進(jìn)入到安全閥和下速閥內(nèi)，此時(shí)安全閥密封無法泄壓。此時(shí)主控制的位置處于中立，液壓油通過閥芯和閥套的控制腔、殼體工藝孔進(jìn)入到回油閥上腔即大螺塞孔，液壓油壓縮活塞向下移動(dòng)推動(dòng)回油閥向下移動(dòng)，打開回油閥。在下降位置時(shí)的工作特性 液壓系統(tǒng)在下降位置時(shí)，也有兩個(gè)油路。一個(gè)是泵出來的高壓油，一個(gè)是提升器油缸內(nèi)的液壓油泄壓的油路。泵出來的高壓油同分配器在中立時(shí)在油路一樣，回油閥打開，高壓油泄壓到油箱。另一個(gè)油路主要油缸的液壓油泄壓，油缸的油在活塞的推動(dòng)下，通過分配器單向閥出油接頭進(jìn)到殼體內(nèi)，由于單向閥鋼球和閥座是密封的，液壓油無法通過單向閥。液壓油進(jìn)入到下速閥孔，安全閥密封，下速閥處于打開狀態(tài)，油通過下速閥進(jìn)入到工藝孔，來到主控制閥泄油孔，由于閥芯和閥套處于下降位置，液壓油通孔閥套的泄油孔排到提升器殼體內(nèi)。 參考文獻(xiàn) 1 王守城，客一鳴. 液壓與氣壓傳動(dòng). 北京大學(xué)出版社. 2008 2 周國(guó)盈編著.帶鋼精整設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社，1982 3 李海.關(guān)于開卷機(jī)筒設(shè)計(jì)的初步研討.重型機(jī)械，19794 黃華清主編.軋鋼機(jī)械M.北京：冶金工業(yè)出版社，19865 鄒家祥主編.軋鋼機(jī)械M. 北京：冶金工業(yè)出版社，20046 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，20017 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