【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 湊重量輕；均為外嚙合，傳動(dòng)平穩(wěn)、應(yīng)用廣 泛。其缺點(diǎn)包括：制造相對(duì)困難；裝配精度要求較高；傳動(dòng)件的互換性稍差，備 件種類偏多。 ②行星式，其優(yōu)點(diǎn)包括：制造相對(duì)簡(jiǎn)單；裝配相對(duì)容易；傳動(dòng)件的互換性好， 備件少。其缺點(diǎn)包括：小齒輪強(qiáng)度不好；設(shè)備重量偏大；小規(guī)格鋼卷使用不理 想； 行星內(nèi)齒副傳動(dòng)平穩(wěn)性差。 本課題主要研究的是芯軸式雙卷筒卷取機(jī)。 項(xiàng)目研究的意義來(lái)源及可行性論證 項(xiàng)目研究的學(xué)術(shù)意義 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)卷取設(shè)備水平正在逐步提高，這就迫切要求相應(yīng)的理論研究的深入。國(guó)內(nèi)許多研究人員針對(duì) CARROUSEL 卷取機(jī)做出了一定的研究工作，包括設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的研究，以及運(yùn)用仿真分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，但總體上對(duì)于卷取機(jī)有許多關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有完全掌握，該領(lǐng)域的理論和成果還不是很完善。我國(guó)當(dāng)前對(duì)該卷取機(jī)技術(shù)的研發(fā)正處在一個(gè)起步階段，相關(guān)可參考資料有限，進(jìn)展不 大。隨著國(guó)內(nèi)卷取機(jī)的設(shè)備水平的提高，以及新方法、新手段的出現(xiàn)，更由于該領(lǐng)域的理論和成果的不完善、不系統(tǒng)，還有許多新課題等待著我們?nèi)ラ_發(fā)和研究。通過(guò)這次研究盡可能的使該領(lǐng)域的理論和成果完善、系統(tǒng)化。 項(xiàng)目研究的工程意義 隨著我們鋼鐵工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，近年鋼鐵企業(yè)主要設(shè)備技術(shù)水平也有了顯著的提高，為提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，就必須采用先進(jìn)高效的設(shè)備，這對(duì)先進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)水平就提出了新的課題。卷取機(jī)作為連續(xù)冷軋生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，其生產(chǎn)效率及成本、能耗的高低，無(wú)疑在整條生產(chǎn)線中占有舉足輕重的地位。 CARROUSEL卷取機(jī)，是一種雙卷筒卷取機(jī)，相比于其他卷取機(jī)，具有以下顯著的特點(diǎn)：卷取效率高，連續(xù)性好；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，可大大節(jié)省安裝空間，并且由于縮短了卷取機(jī)與軋機(jī)的距離，能夠快速建立張力，延長(zhǎng)穩(wěn)定軋制時(shí)間，提高成材率；由一臺(tái)CARROUSEL 式卷取機(jī)取代兩臺(tái)卷取機(jī)，減少出口設(shè)備數(shù)量，故障點(diǎn)大大減少；更適宜卷取薄卷；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造難度相對(duì)較大。 綜合比較，并從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看， CARROUSEL 卷取機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，對(duì)于提高軋鋼廠家的經(jīng)濟(jì)利益、產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力都具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和可行性 論證 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)綜合技術(shù)開發(fā)，對(duì)攻克關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)，具有非凡的重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 1 緒論 6 戰(zhàn)略意義： ① 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)基于其特有的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為國(guó)際同類設(shè)備中具有領(lǐng)先水平的設(shè)備； ② 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)綜合技術(shù)開發(fā)采用了先進(jìn)的分析計(jì)算方法，結(jié)合了強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)； ③ 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果，可有效的指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)，具有良好的市場(chǎng)前景。該項(xiàng)目的成功開發(fā)，為我公司在冷軋?jiān)O(shè)備設(shè)計(jì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 7 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 卡羅塞爾卷取機(jī)的工作原理 卡羅塞爾卷取機(jī)布置在帶鋼導(dǎo)板臺(tái)的后面，交替地用兩套張力卷筒卷取帶鋼。它由雙卷筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)、脹縮機(jī)構(gòu)、共享的大轉(zhuǎn)盤及其傳動(dòng)系統(tǒng) (圖 25)、外支撐和壓力輥組成。 MP CMP CMP C1 3 a2 2 a1 7 1 3 b2 2 b4 b3 b53 a2 31 b2 b2 a76 1 a4 a 1a、 1b 卷筒 2a、 2b 頭套 3a、 3b 套筒 4a、 4b 漲縮缸 5 齒輪箱 23 芯軸 6 轉(zhuǎn)盤減速箱 7 聯(lián)軸器 17 減速箱 13a、 13b 電機(jī) 22a、 22b 聯(lián)軸器 圖 21 芯軸式雙 卷筒卷取機(jī) 主傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理 傳動(dòng)系統(tǒng)是卡羅塞爾卷取機(jī)的核心部分，芯軸式傳動(dòng)系統(tǒng)卷取機(jī)的傳動(dòng)示意圖如圖 21 所示，傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、外空心長(zhǎng)軸、內(nèi)空心長(zhǎng)軸、芯軸、齒輪機(jī)構(gòu)組成。兩個(gè)卷筒分別有各自的減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，電機(jī)到卷筒的傳動(dòng)路徑為：電機(jī) — 聯(lián)軸器 — 減速箱 — 齒輪箱 — 卷筒。 卷筒結(jié)構(gòu)工作原理 卡羅塞爾卷取機(jī)卷筒部分工作原理 (如圖 22)如下： 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 8 圖 22 卡羅塞爾卷取機(jī)卷取過(guò)程 當(dāng)帶鋼出連軋機(jī)最后一架機(jī)座，經(jīng)磁性皮帶送入卷取機(jī) 1 號(hào)位置的卷筒 1，如圖 22(a)所 示，卷筒 1 處于脹徑狀態(tài)，在助卷器的助卷下卷取，進(jìn)入穩(wěn)定的卷取狀態(tài)后助卷器讓開，大轉(zhuǎn)盤在大轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（圖 25）的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng) 180176。，如圖22(b)所示， 1 號(hào)位置的卷筒 1 在卷取狀態(tài)下轉(zhuǎn)到 2 號(hào)位置，卷筒 1 加速到卷取速度繼續(xù)進(jìn)行卷取，如圖 22(c)所示，同時(shí) 2 號(hào)位置上的卷筒 2 轉(zhuǎn)到 1 號(hào)工作位置，并作好下一卷的穿帶卷取準(zhǔn)備；當(dāng) 2 號(hào)位置卷筒 1 上帶卷達(dá)到額定卷重后，通過(guò)傳感器，張力輥壓下，啟動(dòng)滾筒式飛剪機(jī)剪斷鋼板，帶卷在三個(gè)壓輥?zhàn)饔孟聦⑺ξ矌т摼砗茫缓缶硗?1 縮勁，卸卷，卸卷小車運(yùn)走鋼卷，與此同時(shí) 1 號(hào)位置上的卷筒 2 啟動(dòng)并逐漸達(dá)到喂料速度，開始穿帶卷取，如圖 22(d)、 (e)所示 ；至此，卷取機(jī)完成一個(gè)回轉(zhuǎn)工作周期； 當(dāng)達(dá)到圖 22(a)的狀態(tài)時(shí)大轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)前述步驟。 卷筒在卸卷位置由外支撐提供輔助支撐，卷筒直徑的改變由外加扇形板實(shí)現(xiàn)，這種改變將不影響成品的質(zhì)量。 卡羅塞爾卷取機(jī)的主要構(gòu)件 如上圖 21 所示，芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)的主要構(gòu)件有：卷筒、大轉(zhuǎn)盤、芯軸、減速箱、電機(jī)等部分 。 卷筒 卡羅塞爾卷取機(jī)有兩個(gè)可脹縮卷筒，其結(jié)構(gòu)尺寸相同，兩卷筒的安裝位置與大轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)中心對(duì)稱。卷筒軸為可控脹 縮的帶楔塊的倒四棱錐結(jié)構(gòu)。心部裝有推桿及楔塊，外部裝有四塊扇形板。 此種結(jié)構(gòu)的卷筒棱錐軸截面大，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，平衡性好，抗彎剛性大。 卡羅塞爾卷取機(jī)卷筒結(jié)構(gòu)如圖 2圖 24 所示。 卷筒脹徑和縮徑由卷筒裝置端的旋轉(zhuǎn)液壓缸推動(dòng)拉桿來(lái)完成。此種結(jié)構(gòu)的卷筒相對(duì)簡(jiǎn)單，加工制造容易，但卷取薄帶時(shí)需要加增徑板。 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 9 圖 23 卡羅塞爾卷取機(jī)卷筒結(jié)構(gòu)示意圖 圖 24 卡羅塞爾卷取機(jī)剖面卷筒結(jié)構(gòu)示意圖 卷筒脹縮液壓缸設(shè)在回轉(zhuǎn)卷筒軸的末端，工作時(shí)隨著卷筒一起繞大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) 1 號(hào)卷筒進(jìn)入工作位置時(shí)，脹縮液壓缸啟動(dòng)給油 ，使拉桿向右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)棱錐軸向右移動(dòng)。棱錐軸又帶動(dòng)工字形楔塊向右移動(dòng)，楔塊的四個(gè)斜面與扇形板產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致扇形板產(chǎn)生徑向位移，使卷筒處于脹徑狀態(tài)。當(dāng)帶卷達(dá)到目標(biāo)重量時(shí)，液壓缸反向給油，拉桿回歸到原始位置，卷筒處于縮徑狀態(tài)。 大轉(zhuǎn)盤 大轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如圖 25）是由外齒圈、小齒輪、電機(jī)及減速裝置組成，電機(jī)通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)小齒輪，通過(guò)大小齒輪嚙合，從而驅(qū)動(dòng)大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。定位鎖緊裝置的作用是保證將卷筒固定在準(zhǔn)確的工作位置，在大轉(zhuǎn)盤的下方位置對(duì)稱布重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 10 置兩個(gè)限位塊及由液壓缸控制的鎖緊裝置。 當(dāng) 兩個(gè)卷筒更換位置時(shí)，需要大轉(zhuǎn)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 180176。，此時(shí)卷筒仍處于卷取狀態(tài)，因此卷筒的傳動(dòng)采用類周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 圖 25 大轉(zhuǎn)盤及其傳動(dòng)系統(tǒng) 芯軸 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)采用的是兩個(gè)套筒（內(nèi)同心軸、外同心軸）套在一個(gè)芯軸上，三者可以各自運(yùn)動(dòng)，通過(guò)倆套筒分別將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳到 2 個(gè)卷筒上（如上圖 21 所示）。 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 3 基本參數(shù)的確定 11 3 基本參數(shù)的確定 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雙卷筒卷取機(jī)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，主要包括以下幾個(gè)部分：主電機(jī)選型校核，聯(lián)軸器選型，減速器及齒輪座中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，雙列圓錐 滾子軸承選型，輸入輸出軸設(shè)計(jì)校核，普通平鍵，花鍵聯(lián)接的校核等。 主電機(jī)的選型及校核 隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展，卷取機(jī)的傳動(dòng)電機(jī)近年來(lái)多采用交流變頻電機(jī)。卷取機(jī)速度控制要同時(shí)考慮一下兩個(gè)因素：為適應(yīng)機(jī)組速度變化而調(diào)整卷取速度時(shí)，不應(yīng)影響電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩；為適應(yīng)卷徑變化而調(diào)整卷筒轉(zhuǎn)速時(shí)，不應(yīng)引起張力波動(dòng)。一般卷取機(jī)都同時(shí)采用恒力矩和恒功率兩種調(diào)速方法，分別適應(yīng)上述兩種情況，以充分利用電機(jī)的容量。 ① 卷取機(jī)功率計(jì)算 卷取機(jī)電機(jī)功率由卷筒負(fù)載力矩決定，負(fù)載力矩包括靜力矩和動(dòng)力 矩。 ⑴ 卷筒靜力矩計(jì)算 卷筒的靜力矩為： 12M TR M M? ? ? （ ） 式中： T —— 卷取張力（ N ）； R—— 帶 卷半徑（ m ）； 1M —— 使帶鋼塑性彎曲的變形力矩（ Nm? ）， 21 /6sM bh ?? ； 2M —— 摩擦力矩（ Nm? ）， ? ?2 /2M Fd?? ? ； s? —— 帶材屈服極限； b—— 帶材寬度（ m ）； h—— 帶材厚度（ m ）； F—— 軸承受力（ N ）； d—— 軸承平均直徑（ m ）； ?—— 軸承的摩擦系數(shù)； ⑵ 卷取靜態(tài)功率計(jì)算 卷取靜態(tài)功率為：1000j MvP R?? （ ） 將式 帶入式 得： 12210006 0 . 510001 0 0 0 1 0 0 0jsT R v M v M vPRb h vTv F d vRR??? ??????? ? ? ? （ ） 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 3 基本參數(shù)的確定 12 在功率計(jì)算中，式 的后兩項(xiàng)的功率和比較小，通常情況為總功率的5%~10%，故把這兩項(xiàng)折合成彈塑性變形系數(shù) K，取 ~機(jī)的計(jì)算功率： 1000j KTvP ?? （ ） jP—— 電機(jī)的計(jì)算功率，（ KW ）； v—— 最高卷取速度（ /ms） ?—— 總效率，包括傳動(dòng)效率，摩擦損失，一般為 ~； 假設(shè)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 en 、最高轉(zhuǎn)速為 maxn ，則交流變頻電機(jī)在恒功率時(shí)的調(diào)速范圍為： maxenq n? ，成品鋼卷的最大外徑（ D）與帶卷的內(nèi)徑（ d）比值 p ，當(dāng)maxenDpqdn? ? ? 時(shí)，電機(jī)的實(shí)際功率為： jPP? ，但是在現(xiàn)在的帶材生產(chǎn)線中，為了提高機(jī)組的生產(chǎn)效率，成品帶卷的最大外徑與內(nèi)徑之比 p 往往要大于 q ，此時(shí)令 pgq?。 卷取時(shí)，卷取速度保持恒定，卷筒的轉(zhuǎn)速隨著卷徑的變化而變化，由于 pq? ，所以卷筒的轉(zhuǎn)速變化范圍超出交流變頻電機(jī)的調(diào)速范圍，選擇電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)該考慮增加電機(jī)的計(jì)算功率，以保證電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，有足夠的力矩滿足帶材卷取時(shí)候所需要的張力，計(jì)算功率時(shí)應(yīng)考慮增大電機(jī)的計(jì)算功率。即電機(jī)的實(shí)際功率為： jgPP? ，式中 g 為放大倍數(shù)。 例 ：根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)：張力為 80000N，最高卷取速度為 20m/s，取彈塑性變形系數(shù) K 為 ，電機(jī)總效率為 。 由式 求得主電機(jī)功率為 2347KW，圖紙上選取電機(jī) 2160KW。由此可知以該方法選取電機(jī)和實(shí)際選取的電機(jī)有較好的一致性。 ② 卷取機(jī)動(dòng)態(tài)功率計(jì)算（作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)） 在設(shè)計(jì)中，要考慮帶材卷取時(shí)候動(dòng)態(tài)力矩對(duì)卷取功率的影響，為了方便起見，往往只是在靜態(tài)功率上乘以 ~ 的動(dòng)力系數(shù)，可以滿足一般工程設(shè)計(jì)的要求，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在高速薄帶材的軋制和卷取中，越來(lái)越多地采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，這就需要為計(jì)算機(jī)提供十分精確的卷取力 矩、卷取動(dòng)態(tài)力矩以及由動(dòng)態(tài)力矩所引起的張力損失的數(shù)學(xué)模型。動(dòng)力矩有兩部分，一部分是由于卷筒速度變化重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 3 基本參數(shù)的確定 13 而引起的；另一部分是卷徑