張 萍

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司，江蘇 常州 213019)

0 前言

近年來，我國鋼鐵產(chǎn)量以每年遞增20%～30%的速度向前發(fā)展，并連續(xù)幾年排名世界第一，鋼鐵產(chǎn)業(yè)已成為支撐國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。我國幾大國有鋼鐵廠如寶鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼等這幾年均加大了冶金設(shè)備制造的投入力度，以確保生產(chǎn)出高品質(zhì)、高性能的鋼板，隨之也帶動(dòng)了國內(nèi)鋼鐵設(shè)備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，冶金設(shè)備從以前依賴進(jìn)口的格局逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閲鴥?nèi)制造。一批關(guān)鍵核心設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，徹底取代了進(jìn)口，為國家節(jié)約了大量外匯［1］。本文主要對冷軋作業(yè)線中的終端核心設(shè)備八棱錐式卷取機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 八棱錐卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)

八棱錐卷取機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪箱、卷筒、膨脹油缸、橫移液壓缸及底座組成，如圖1所示。

工作時(shí)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，通過帶制動(dòng)器的小聯(lián)軸器、大聯(lián)軸器帶動(dòng)齒輪箱內(nèi)的Ⅰ級(jí)齒輪旋轉(zhuǎn)，Ⅰ級(jí)齒輪與卷筒軸上的Ⅱ級(jí)齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)二級(jí)變速，由于卷筒軸與Ⅱ級(jí)齒輪為過盈的鍵槽配合，因此Ⅱ級(jí)齒輪的變速旋轉(zhuǎn)也相應(yīng)帶動(dòng)卷筒的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對帶鋼的繞卷。

卷筒的脹縮是通過膨脹油缸、拉桿、芯軸、扇形板、斜楔塊實(shí)現(xiàn)的。卷筒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

卷筒軸尾部的膨脹油缸在液壓系統(tǒng)伺服閥的作用下推動(dòng)卷筒內(nèi)拉桿做軸向運(yùn)動(dòng)，拉桿通過T形套與鑲嵌在芯軸槽口內(nèi)的斜楔塊用螺栓緊固，因此拉桿的軸向移動(dòng)帶動(dòng)了斜楔塊的位移，由于扇形板與閉合條(也叫扇形附板)內(nèi)壁均有斜面，且與各自的斜楔塊緊密接觸，因此斜楔塊的位移帶動(dòng)了扇形板和閉合條沿斜面方向移動(dòng)，在外形上即有直徑方向脹大或縮小了。在特定的直徑時(shí)，卷筒脹成一完整的外圓，即為真圓，以實(shí)現(xiàn)對帶鋼的卷取;當(dāng)卷取帶鋼到一定直徑后，卷取機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，剪機(jī)剪斷連續(xù)的帶鋼，卷筒直徑縮小，鋼卷小車將成卷的鋼卷從卷筒上卸走，卷筒旋轉(zhuǎn)和膨脹成真圓，開始新一輪的卷取工作。

2 帶凸度的卷筒特點(diǎn)

普通四棱錐卷取機(jī)不論是正錐開式還是倒錐閉式均存在缺陷。

正錐開式結(jié)構(gòu)較簡單、制造加工較容易，棱錐軸直徑大，硬度高，剛性好，可承受較大的張力。缺點(diǎn)是卷筒脹開時(shí)扇形板之間間隙過大，如圖3所示，易壓傷內(nèi)層帶鋼;扇形板的尾鉤在棱錐軸軸向分力作用下會(huì)產(chǎn)生很高的彎曲和剪切應(yīng)力，易于疲勞破壞。正錐結(jié)構(gòu)的主軸和膨脹油缸的連接螺栓處于不利的受力狀態(tài)，常用于大張力可逆式冷軋和冷連軋機(jī)組卷取機(jī)。

圖3 四棱錐式卷筒Fig.3 Structure of coiling block rectangular pyramid

倒錐斜楔閉式卷筒取消了扇形板的尾鉤，顯著改善了芯軸和卷筒軸以及脹縮油缸連接螺栓的受力情況。卷筒脹大時(shí)，四個(gè)斜楔與四個(gè)扇形板形成一個(gè)完整的圓柱體，解決了脹開扇形板之間縫隙對薄帶鋼表面質(zhì)量的影響。最大特點(diǎn)是主軸、扇形板加工方便，不足之處在于斜楔只支持扇形板的兩翼，卷筒的強(qiáng)度和剛度都有削弱。因此不常采用［5］。

八棱錐卷取機(jī)的卷筒比普通四棱錐卷取機(jī)卷筒增加了四對閉合條與斜楔塊，在脹縮過程中閉合條隨扇形板脹大或縮小，填補(bǔ)了扇形板與扇形板之間的間隙，彌補(bǔ)了四棱錐卷筒扇形板之間大間隙的缺點(diǎn)，卷筒脹成真圓狀態(tài)時(shí)，為一完整的實(shí)心圓形，避免了卷筒卷取帶鋼頭幾層時(shí)產(chǎn)生壓痕的現(xiàn)象，同時(shí)增強(qiáng)了卷筒的剛性。因此其芯軸的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一段為圓柱體結(jié)構(gòu)，另一段為八棱錐直槽結(jié)構(gòu)，芯軸結(jié)構(gòu)如圖4所示。

而四棱錐帶棱錐套式的卷取機(jī)，由于無斜楔塊，因此芯軸結(jié)構(gòu)較簡單，均為圓柱體結(jié)構(gòu)，如圖5所示，但相應(yīng)的，棱錐套就會(huì)比較復(fù)雜。

圖4 八棱錐卷取機(jī)芯軸Fig.4 Core axis of novel octahedral pyramid recoiling reel

圖5 四棱錐卷取機(jī)芯軸Fig.5 Core axis of rectangular pyramid recoiling reel

為增強(qiáng)卷筒的使用壽命，提高卷取冷軋帶材的表面質(zhì)量，具有精確凸度的卷筒應(yīng)用在冷軋薄板線的八棱錐卷取機(jī)上，其結(jié)構(gòu)如圖6、7所示。

由于扇形板與閉合條的斜面斜率不同:1∶4與1∶2.8，因此當(dāng)膨脹油缸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)拉桿軸向位移時(shí)，在同一軸向距離上，扇形板與閉合條的徑向位移不一致，在外形上四條閉合條凸出了扇形板，形成了帶凸度的卷筒。該卷筒在使用時(shí)，由于卷筒上有凸起的閉合條，增大了與帶頭的摩擦力，開始卷取帶鋼時(shí)，在皮帶助卷器的幫助下，帶鋼在卷筒上繞卷后，能迅速與整條機(jī)組建立良好、持續(xù)的張力，保證了卷取帶鋼的表面質(zhì)量;同時(shí)由于閉合條的輕微凸起，減緩了鋼卷對扇形板的壓力磨損，保護(hù)了扇形板表面。由于閉合條所占面積不及扇形板的十分之一，因此對帶鋼頭幾層不會(huì)形成明顯的條形壓痕。使用該新型的八棱錐卷取機(jī)，避免了頭幾層帶材的報(bào)廢損失，提高了帶鋼的成卷率。

3 結(jié)束語

通過對新型八棱錐卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，比較了四棱錐卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得出了其具有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，卷筒結(jié)構(gòu)合理，改善鋼板表面質(zhì)量的特點(diǎn)，對國內(nèi)鋼鐵設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)研究和鋼廠用戶的設(shè)備選型都具有一定的實(shí)際意義。

［1］ 董海紅，王慶新．寶鋼1580熱軋平整機(jī)開卷機(jī)卷筒的國產(chǎn)化研制［J］．寶鋼技術(shù)，2006(5):54－58．

［2］ 鄒家祥．軋鋼機(jī)械(二版)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社．1998，393－410．

［3］ 張志強(qiáng)．卷取機(jī)有限元研究及數(shù)字化分析［D］．秦皇島:燕山大學(xué)，2008．

［4］ 鄒家祥．冶金機(jī)械設(shè)計(jì)理論［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1998．

［5］ 黃煥江，李軻．張力卷取機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析［J］．鋼鐵技術(shù)，2006(3):25－51．

［6］ 謝磊，祁文君，牟艷秋，等．卷取機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)分析［J］．機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010(2):111－113．