【導(dǎo)讀】因此我國鋁加工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能應(yīng)該有較大的發(fā)展空間，隨著人們生活水平的提高,鋁箔消費(fèi)也會有很大。的提升空間和潛力。由于內(nèi)需市場的拉動，給我國鋁箔企業(yè)的發(fā)展帶來了很好的。年的3100多萬噸,65年間鋁產(chǎn)量增長了31倍。20xx年,全球共計(jì)50個國家的200. 世界十大原鋁消費(fèi)國中，中國、美國和日本分列前三位，美國作為世界第。原鋁產(chǎn)量的空前增長歸因于發(fā)展中地區(qū)和新興經(jīng)濟(jì)體經(jīng)濟(jì)發(fā)。相比，增長了15.6%。其中板帶材產(chǎn)量約為500萬噸，箔材產(chǎn)量約為170萬噸，型。如果將中國產(chǎn)量包括在內(nèi)，20xx年全球原鋁產(chǎn)量為4042. 萬噸，同比增加%。世界總產(chǎn)能的比重超過50%，位列第一。預(yù)計(jì)20xx年，全球鋁型材加工量將達(dá)約1669萬噸。量比例大幅上升，而北美洲和歐洲相對呈現(xiàn)出下降趨勢。并已發(fā)展成為國際市場重要的鋁材生產(chǎn)供應(yīng)基地。目前世界上最先進(jìn)的卷取機(jī)為卡羅塞爾卷取機(jī)。服強(qiáng)度、延伸率等)進(jìn)行預(yù)測。卷取機(jī)的設(shè)備質(zhì)量水平高低和卷取工藝的選擇直接影響熱軋生產(chǎn)線的產(chǎn)量

　　

【正文】 141c thEPKKD???? 式中 P — 單個彈簧的載荷， N。 t — 彈簧厚度， mm； D— 蝶形彈簧外徑， mm； f — 單片蝶形彈簧的變形量， mm； 0h — 蝶形彈簧壓平時變形量的計(jì)算值， mm； E— 彈性模量， MPa； ? — 泊松比。 其中 111121 lnCCKCCC??????????? ?? ， DC d? 計(jì)算系數(shù) 1K 的值也可根據(jù) dDC? 從下表 中查取 第 2 章 卷取軸主要參數(shù)的理論研 究與計(jì)算 27 表 1K 取值表 dDC? 1K 對于有支承面彈簧，計(jì)算系數(shù)22114 22 CCCK ?????????? 其中?????? ?????????? ?????????? ??83854341 0021tttHttthttC ，???????? ??????? ??????? ?? 1132520312tHttCC 對于無支承面彈簧 4 1K? 。 蝶形彈簧在卷取軸的作用主要是在卸卷時，當(dāng)液壓缸撤去壓力時，卷取軸的扇形板能在蝶形彈簧的恢復(fù)力作用下能夠縮回，以便卸卷。 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求扇形板處所選用的蝶形彈簧Ⅰ型號各參數(shù)為： 56D? ，? ， 2t? ， 0 ? ；鉗口處所選用的蝶形彈簧Ⅱ型號各參數(shù)為： 45D? ，? ， ? ， 0 ? 。 使用單片蝶形彈簧時，由于變形量和載荷值往往不能滿足要求，故常用若干蝶形彈簧以不同型式組合，以滿足不同的使用要求。根據(jù)蝶形彈簧在卷取軸中的作用，在本次設(shè)計(jì)的卷取軸中，使用的組合形式是對合組合。 計(jì)算公式為： 0ZzzPPf ifH iH??? （ 230） 其中 1 7i? ， 2 11i ? zP 、 zf 、 zH 為組合碟簧的載荷、變形量和自由高度 根據(jù)上述參數(shù)由公式（ 229）可 得 。 4 221 224 2 0 6 0 0 0 2 8 1 .6 8 1 .6 81 1 11 0 .3 0 .6 8 6 5 6 2 7 2 2 7 2 4 74300PN? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ???? 第 2 章 卷取軸主要參數(shù)的理論研 究與計(jì)算 28 4 222 224 2 0 6 0 0 0 1 .7 5 8 1 .3 8 1 .3 81 1 11 0 .3 0 .6 9 4 4 5 1 .7 5 1 1 1 .7 5 1 .7 5 1 1 1 .7 5 2 1 .7 5 1 12951pN? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ????表 蝶形彈簧的各參數(shù)值 系列 D /mm d /mm t /mm 0h /mm 0H /mm i zf /mm p /N Ⅰ 56 2 7 8 4300 Ⅱ 45 11 8 2951 Ⅰ系列 — 扇形板處所選用的蝶形彈簧各參數(shù)； Ⅱ系列 — 鉗口處所選用的蝶形彈簧各參數(shù)。 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行的是卷取軸主要參數(shù)的理論研究。（ 1）介紹了卷取軸直徑、筒身長度、滑柱斜面角的選擇的依據(jù)，并確定各參數(shù)值。（ 2）對卷取軸徑向 壓力進(jìn)行了一系列的研究。分別通過迭代法、根據(jù)支承筒的思想和微積分方法來對徑向壓力進(jìn)行了研究，為以后設(shè)計(jì)卷取軸提供理論依據(jù)。（ 3）對卷取軸結(jié)構(gòu)內(nèi)部的蝶形彈簧進(jìn)行了研究。確定蝶形彈簧的尺寸和數(shù)量，根據(jù)其設(shè)計(jì)計(jì)算公式，計(jì)算出其恢復(fù)力大小，為下文仿真分析中的受力做理論準(zhǔn)備。第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 29 第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 卷取機(jī)卷取工藝 帶材頭部 離開精軋機(jī)時，卷取機(jī)已處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。此時，上張力輥下壓，助卷輥圍抱卷取軸。張力輥和助卷輥在各自的輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)控制下，在上、下張力輥之間、助卷輥與卷取軸之間都保持有與帶材 厚度相適應(yīng)的輥縫。帶材進(jìn)入卷取機(jī)時，張力輥 前導(dǎo)尺 正確導(dǎo)向，借助 導(dǎo)板裝置 ，在張力輥和卷取軸之間形成封閉路徑，使帶材能順利地卷上卷取軸。 軋機(jī)與卷取機(jī)工作狀態(tài)下的速度關(guān)系如圖 所示。在準(zhǔn)備狀態(tài)下，帶材的速度不宜過高，否則既不利于帶材咬入張力輥，也不利于卷上卷取軸。 輥道的速度高于軋件速度 (即末架軋機(jī)速度 )，可防止帶材堆積。張力輥速度高于軋件速度，便于軋件咬入。 卷取軸助卷輥的速度高于張力輥的速度，有利于帶材卷上卷取軸。正常卷取時，由卷取軸與軋件之間的速度差保持張力。 卷取機(jī)應(yīng)具有足夠的加速能力，盡快達(dá)到最高速度 ，以發(fā)揮最大生產(chǎn)能力。收卷時張力輥速度低于卷取軸速度以維持收卷張力，降低輥道速度可增加帶材前進(jìn)阻力，防止帶尾跳動。收卷時應(yīng)采用較低的卷取速度，以避免帶尾脫離軋機(jī)后劇烈甩動，造成事故。 圖 1700 熱帶材卷取速度制度圖 Ⅰ — 準(zhǔn)備狀態(tài)；Ⅱ — 正常卷取狀態(tài)；Ⅲ — 收卷狀態(tài)； 1? — 第一加速度； 2? — 第二加速度；F — 精軋機(jī)； G — 輸出輥道； P — 張力輥； M — 卷取軸； W — 助卷輥； A — 帶頭出 F ；第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 30 B — 帶頭卷上 M ； C — 帶尾接近 F ； D — 帶尾出 F ； E — 帶尾接近 P ； K — 帶尾出 P 總結(jié)卷取生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，可將卷取工藝對卷取設(shè)備性能的要求概括為以下幾個方面： 具有較高的咬入和卷取速度 ； 能處理大噸位的帶卷，以提高帶材生產(chǎn)率 ；能卷取較大厚度范圍的帶材，特別是厚帶及合金帶材，以擴(kuò)大品種 ；具有 較強(qiáng)的速度控制能力 ，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的張力和穩(wěn)定的卷取過程；能產(chǎn)生 較大的張力 并能在較低的溫度下卷取，以改善帶材的質(zhì)量和機(jī)械性能 (這要求卷取機(jī)本身具有較好的強(qiáng)度和剛度 )； 所卷帶卷邊緣整齊 ，便于貯存運(yùn)輸；高速卷取時， 卷取軸有良好的動平衡性能 ； 卷取軸可脹縮，便于卸卷操作 。除此之外，卷取機(jī)還應(yīng)具有能適應(yīng)高溫環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，維修方便等特點(diǎn)。 卷取軸的結(jié)構(gòu)形式 卷取機(jī)本體包括卷取 軸、實(shí)心芯軸、脹縮油缸及回轉(zhuǎn)接頭、減速箱、活動支承及卸卷裝置等幾部分組成，而卷取軸是卷取機(jī)的核心部分 , 它直接影響卷取機(jī)的工作狀況及帶材的卷取質(zhì)量。為此，要求卷取軸內(nèi)部有冷卻與潤滑系統(tǒng)。而要在較大的帶材壓力作用下能夠縮徑卸卷，就需要有足夠的強(qiáng)度與剛度。所有這些都決定了卷取軸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。此外，在大張力情況下，為改善卷取軸受力狀態(tài)，懸臂端都應(yīng)設(shè)有活動支承。 卷取軸一般有以下幾種結(jié)構(gòu)形式 : 實(shí)心卷取軸式、鏈板式、弓形塊徑向液壓鉗口閉式、扇形塊四棱錐式和擴(kuò)張錐式、扇形塊八棱錐等等。現(xiàn)階段在冷軋機(jī)組主要應(yīng)用有兩種 , 擴(kuò)張錐式和四棱錐式 [37]。 (1) 實(shí)心卷取軸式 : 結(jié)構(gòu)簡單 , 強(qiáng)度剛度高 , 無鉗口。缺點(diǎn) : 不便于卸卷 , 軋制張力過大易產(chǎn)生塑性變形。近年被可控漲縮卷取軸取代 , 現(xiàn)常采用轉(zhuǎn)盤式雙卷取軸結(jié)構(gòu)。 (2) 鏈板式 : 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 , 剛性差、制造困難 , 一般用于張力不大于20kN ～ 50 kN的卷取機(jī)。 (3) 弓形塊徑向液壓鉗口閉式 : 弓形塊卷取機(jī)多用于寬帶材精整線的卷取。卷取軸的脹縮方式有凸輪式、軸向缸斜楔脹縮式和徑向缸式三種。凸輪和軸向缸斜楔脹縮式目前基本上已不再采用，而徑向缸式由于結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠，在國內(nèi)外新設(shè)計(jì)的精整卷取機(jī)上普遍采用，使用情況良好。弓形塊卷取軸結(jié)構(gòu)如圖 所示，由主軸和弓形塊等部分組成。圖 216。450、 216。610兩種直徑的，并能實(shí)現(xiàn)快速更換， 卷取軸結(jié)構(gòu)緊湊 , 實(shí)際使用情況好。 弓形塊卷第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 31 取軸的主要缺點(diǎn)是卷取軸結(jié)構(gòu)不對稱，高速卷取時動平衡性能較差， 卷取軸圓柱度差帶來張力波動。要求徑向柱塞密封設(shè)計(jì)和加工精度較高 , 易漏油 , 影響帶材表面質(zhì)量。 圖 徑向活塞弓形塊卷取軸結(jié)構(gòu)圖 1— 平衡缸； 2— 卷取軸； 3— 壓蓋； 4— 牙嵌式接手； 5— 增壓缸； 6— 漲縮缸； 7— 回轉(zhuǎn)接頭 (4) 扇形塊八棱錐閉式 : 近年來冷軋機(jī)向高速、重卷、自動化方向發(fā)展，在卷取機(jī)結(jié)構(gòu)上也做了較大的改進(jìn)。首先為減小卷取機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，改善啟動、調(diào)速、制動性能，趨向于采用電動機(jī)直接傳動卷取軸的方式。其次，為解決脹開時扇形塊間的縫隙對薄帶材表面質(zhì)量的影響，卷取軸采用 四棱錐加鑲條的結(jié)構(gòu) (即八棱錐 )，卷取軸脹開后能成為一個完整的圓柱體。 卷取軸封閉 , 電機(jī)通過裝有快速拆裝齒輪套的齒形聯(lián)軸節(jié)直接拖動。卷取軸的漲縮不是采用旋轉(zhuǎn)液壓缸和輸油接頭 , 而是通過液壓缸驅(qū)動杠桿、帶動凸輪撥叉、驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)以及收縮用的三組彈簧完成。 第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 32 圖 八棱錐卷取軸結(jié)構(gòu) 1— 蝶形彈簧； 2— 扇形板； 3— 棱錐軸； 4— 拉桿； 5— 滾動軸承； 6— 花鍵軸； 7— 花鍵；8— 漲縮油缸； 9— 漲縮連桿； 10— 調(diào)節(jié)螺栓； 11— 環(huán)形彈簧； 12— 漲縮滑套及斜塊； 13— 杠桿撥叉； 14— 齒形聯(lián)軸器； 15— 傳動軸； 16— 卸卷器導(dǎo)桿； 17— 卸卷器油缸； 18— 卸卷器推板； 19— 鑲條； 20— 頭套 (5) 四棱錐式 :為克服實(shí)心卷取軸卸卷困難的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四棱錐卷取軸。四棱錐卷取軸脹徑 時，由脹縮缸直接推動棱錐軸，使扇形塊產(chǎn)生徑向位移。由于沒有中間力的傳動零件，棱錐軸直徑變大，強(qiáng)度變高，可 承受的張力可達(dá) 600kN，常用于冷連軋機(jī)組的卷取機(jī)和多輥可逆式冷軋機(jī)的大張力卷取。 卷取軸的棱錐軸有正錐式和倒錐式 。圖 1180二十輥軋機(jī)的正錐式四棱錐卷取機(jī)卷取軸，主要由 棱錐軸、扇形塊、鉗口及脹縮缸 等組成，結(jié)構(gòu)比較簡單。 其主要零件為棱錐軸和扇形板 , 工作時通過漲縮油缸的拉動使棱錐軸前后運(yùn)動 ,利用棱錐軸和扇形板的斜面互相配合以達(dá)到漲和縮的目的。這種結(jié)構(gòu)形式具有以下幾個優(yōu)點(diǎn) :剛性比較大 ,結(jié)構(gòu)簡單 , 潤滑方便 , 配合面防塵效果好。缺點(diǎn) 是 制造成本高 , 加工難度大 。 圖 四棱錐卷取軸結(jié)構(gòu) 1— 回轉(zhuǎn)接頭； 2— 漲縮液壓缸； 3— 傳動空心軸； 4— 四棱錐軸； 5— 鉗口活塞； 6— 彈簧；a、 b、 c、 d— 油路 (6)四斜楔卷取機(jī)：圖 1420四斜楔卷取機(jī)的卷取軸，它由 主軸、芯軸、第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 33 斜楔、扇形塊、脹縮缸 等組成。 當(dāng) 芯軸通過漲縮缸推動做軸向移動，使扇形塊和外斜楔做徑向外伸，斜楔頂面與扇形塊外表面構(gòu)成一整圓。卷取薄帶不會產(chǎn)生壓痕。這種卷簡的最大特點(diǎn)是主軸、扇形塊加工方便。由于斜楔只支持扇形塊的兩翼，卷取軸強(qiáng)度、剛度都有削弱，適用于張力不大的平整機(jī)組和精整作業(yè)線。 圖 四斜楔卷取軸結(jié)構(gòu) 1— 內(nèi)層斜楔； 2— 外層斜楔； 3— 芯軸； 4— 主軸； 5— 扇形塊 卷取軸的選擇及工作原理 卷取機(jī)主要由卷取軸、漲縮油缸、回轉(zhuǎn)接頭及傳動系統(tǒng)組成。傳動系統(tǒng)由電機(jī)、制動器、聯(lián)軸器和減速機(jī)等構(gòu)成。卷取軸的漲縮一般是通過液壓控制卷取軸尾部的漲縮油缸來實(shí)現(xiàn) , 而卷取軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動則由電機(jī)通過聯(lián)軸器、減速機(jī)帶動卷取軸轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)。卷取軸旋轉(zhuǎn)將酸洗后的帶材卷成卷料 , 利用卷取軸的漲縮把卷料卸下 , 從而實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)的卷取和卸卷工作。 本文選用的是扇形塊式的卷取軸 ，在鋁帶冷軋機(jī)組卷取機(jī)中 ,這種卷取軸具有滿足現(xiàn)代鋁帶冷軋機(jī)組生產(chǎn)工藝要求應(yīng)具備的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）卷取 軸強(qiáng)度能夠滿足卷取鋁帶材，可承受較大的張力。 （ 2） 閉式四斜楔卷取軸橫截面的幾何對稱性好 , 故動平衡性能高 , 適于高速卷取。由于卷取軸旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好 , 使張力波動小。在高速鋁帶冷軋機(jī)組卷取機(jī)的設(shè)計(jì)中 , 若 采用無鉗口的卷取軸 , 進(jìn)一步改善截面的對稱性 , 更加提高了卷取軸的動平衡性 ；（ 3） 卷取軸脹開時 , 三個扇形板和三個徑向楔形塊構(gòu)成了封閉的圓柱筒。它們之間沒有明顯的溝槽和縫隙。這樣 , 帶卷內(nèi)層不會出現(xiàn)局部塌卷和表面壓痕 ,有利于提高帶卷質(zhì)量。特別適宜于冷軋鋁帶的卷取 ；（ 4） 卷取軸直徑脹縮范圍大 , 便于上卸套筒和卸卷 ；（ 5） 四斜楔卷取軸比其它型式的卷取軸易于加工 , 較易獲得高精度的卷取軸 , 從而保第 3 章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 34 證卷取軸精確、靈活、可靠地工作 [38]。 卷取軸是卷取機(jī)的核心部分 ,是用來進(jìn)行卷取帶材的。卷取軸上設(shè)有鉗口 ,能可靠地夾持住帶材的頭部 ,以便形成張力。卷取軸采用液壓缸來控制實(shí)現(xiàn)漲縮徑 ,工作平穩(wěn)、可靠。卷取軸由 輔助軸體 、主軸、