卷取机卷筒的设计分析_谢磊

卷取机的设计与结构分析作者：张卓来源：《中国新技术新产品》2016年第03期摘要：卷取机作为机械加工行业中经常用到的加工设备，对卷板机的结构的了解对于我们更好的使用此设备是非常重要的。

本文针对卷取机的设计和结构分析进行详细的阐述和分析，希望能够对卷板机设备的发展和创新有一定的帮助。

关键词：卷取机；设计结构；工作原理；分析中图分类号：TG162 文献标识码：A对于我们来讲，卷板机的工作原理和机械结构是非常重要的，我们只有掌握了卷板机的工作原理和相关的工作参数，才能够更好的利用和使用卷取机。

一、简要叙述卷取机设备机械生产的过程中有三种设备必不可少：第一个是热连轧机，第二个是炉卷轧机，第三个是行星轧机。

作为这三种轧机设备的主要配套设备，热带钢卷取机设备主要有两种形式。

第一种形式是地上式的卷取机；第二种形式是地下式的卷取机。

现阶段我国的机械生产加工过程中，最常使用的是地下式的卷取机。

主要是因为地下式的卷取机设备具有四个显著的优点。

第一个优点是地下式卷取机的生产效率较高；第二个优点是地下式的卷取机可以卷曲较宽的钢板和较厚的钢板；第三个优点是地下式的卷取机的卷曲生产速度较快；第四个优点是地下式的卷取机卷出的钢板较为密实。

正是由于地下式卷取机的上述四种优点，才导致了我国机械行业现阶段使用地下式的卷取机设备。

二、简要叙述卷取机设备的结构特点和相应的工作原理本文从六个方面阐述了卷取机设备的结构特点和相应的工作原理，第一个方面是卷取机设备的机座部分。

第二个方面是卷取机设备驱动装置中的减速机设备。

第三个方面是卷取机设备的卷筒。

第四个方面是卷取机设备的推板装置。

第五个方面是卷取设备的活动支撑。

第六个方面是卷曲设备的卷筒准确停车装置。

下面进行详细的阐述和分析。

（1）主要结构一卷取机设备的机座部分。

卷取机设备的机座主要由两个部分组成。

第一个部分是浮动形式的底座。

第二个部分是和基础栓接的底座。

这两种底座组成了设备的整体底座。

首钢迁钢&!-$K K 平整机组卷取机卷筒结构优化及改造刘%晗 王月月 彭铁辉 李克诚 濮维飞 王%雷!泰尔重工股份有限公司"安徽马鞍山&Z#$$$$摘%要 随着高强钢%多相钢%薄带钢等高附加值钢种的出现"热轧平整机组卷取机卷筒的性能亟待提高&针对首钢迁钢&!-$KK 平整机组卷取机卷筒难以自动卸卷的工作故障"分析了卸卷时卡钢和塔卷的形成原因"并对该卷筒钳口结构进行了改进与优化&在钳口咬合处增加了导向平台"填平了原结构中呈锐角的铰链开口"为带钢搭出了平整的插入路线&钳口夹紧时带钢不会再受到铰链开口的挤压和剪切&改造后的卷筒在便利性和可靠性方面都得到了明显改善&可作为后续卷筒设计或改造的简单参考"具有一定的指导意义&关键词 卷取机卷筒#钳口#结构优化中图分类号 (1###O &%%文献标识码 +%%文章编号 !$$!,!"-. &$&& $!,$!$-,$W*):#*:)'(,4*&3&C '*&,%'%0*)'%+-,)3'*&,%,-&!-$33-('*),((3&((#,&("),-E &'%F '%&),%'%0+*""(9,GH *0G ^N :84<"U +01d 9@7E 9@"c ?01(6@7396"^N o @7C 3@<="c :U @67R @6"U +01^@6!(46@A 8@4T E N <B9G H A E 25'"^H B'"b 4h 4<G 34<&Z#$$$"236<4$51+*)'#*'U 6H 3H 3@36=3T 4D 9@74BB@B G H @@D G G 9C 34G 36=3G H A @<=H 3G H @@D "K 9D H 6I34G @G H @@D 4<B H 36<G H A 6I G H @@D 4II@4A @B 6<A @C @<H E @4A G "H 3@I@A R 5A K 4<C @5R C 56D @A K 4<BA @D 6<35H 7A 5D D 6<=G L6<I4G G K 6D D K 9G H P@6K IA 5T @B 9A 7=@<H D E '+C C 5A B6<=H 5H 3@Q 5A L6<=PA @4LB5Q <Q 36C 36G B6R R 6C 9D H H 549H 5K 4H 6C 9<D 54B6<=5R &!-$K KG L6<I4G G K 6D D C 56D @A K 4<BA @D "H 3@C 49G @G 5R G H 9C L 4<B H 3@A @4G 5<G R 5A H 3@R 5A K 4H 65<5R H 5Q @A G 34I@B C 56D G B9A 6<=H 3@9<D 54B6<=IA 5C @G G 4A @4<4D E V @B'(3@G H A 9C H 9A 4D B@R @C H G 5R C 56D @A j 4QQ 4G 4D G 56K IA 5T @B 4<B 5IH 6K 6V @B'+=96B@ID 4H R 5A K6G 4BB@B 4H H 3@j 4Q "Q 36C 3R 6D D G 9I H 3@G 34A I74<=D @B 36<=@@B=@6<H 3@5A 6=6<4D G H A 9C H 9A @"4<B C A @4H @G 4G K 55H 36<7G @A H 65<A 59H @R 5A H 3@G H A 6I G H @@D 'N <H 36G Q 4E "H 3@G H A 6I Q 6D D <5H P@G S9@@V @B 4<B G 3@4A @B PE H 3@36<=@@B=@Q 3@<H 3@j 4Q6G C D 4K I@B'(3@C 5<T @<6@<C @4<B A @D 64P6D 6H E 5R H 3@K 4<BA @D Q 4G G 6=<6R 6C 4<H D E 6K IA 5T @B 4R H @A K 5B6R 6@B'(36G I4I@A 6G 6<G H A 9C H 6T @4<B C 4<P@9G @B 4G 4G 6K ID @A @R @A @<C @R 5A G 9PG @S9@<H B@G 6=<5A H A 4<G R 5A K 4H 65<5R C 56D @A K 4<BA @D '6"7.,)0+'C 56D @A K 4<BA @D #C D 4K I #G H A 9C H 9A 4D 5IH 6K 6V 4H 65<收稿日期 &$&!,$-,&-#修订日期 &$&!,$*,&"作者简介 刘晗!!""!,$"男"泰尔重工股份有限工程师"主要研究方向'板带材生产线开卷机%卷取机卷筒的设计及研发&$%前言带钢卷取机是轧钢生产线上的一种常用设备"广泛应用于轧钢%酸洗%脱脂%连退%平整%纵剪%重卷%镀锌%镀锡等生产线)!*&卷筒作为开%卷取机的核心零部件"决定了开%卷取机的适用范围%运行稳定性%寿命及维修周期等#因此卷筒的结构及形式优良与否"在很大程度上影响了开%卷取机的整体稳定性及使用寿命&目前市面上较常见的热轧卷筒结构主要为连杆,柱塞式"冷轧卷筒结构主要分为棱锥套式%棱锥轴式%斜楔开式及斜楔闭式几种结构"其中斜楔闭式结构简单"涨大时扇形板间无空隙"所卷取的钢带的内层质量较好"是目前使用较多的. All Rights Reserved.平整机组卷取机卷筒)&,Z*&!%卷筒结构及工作原理如图!所示为卷筒结构示意图"首钢迁钢&!-$K K平整机组卷取机卷筒为斜楔闭式结构"主要由空心主轴%拉杆%轴向斜楔%径向斜楔%扇形板%钳口扇形板!一$%钳口扇形板!二$%十字头%弹簧%螺杆等零部件构成)W*&空心主轴前半部分为空心四棱柱结构"后半部分为空心台阶轴结构#拉杆穿入空心主轴内部圆孔中#十字头通过螺母固定于拉杆前端"轴向斜楔通过十字头连接在拉杆上且与径向斜楔为斜面配合结构"共同安装于空心主轴轴向矩形凹槽内#扇形板通过螺杆及弹簧安装于空心主轴轴向矩形凹槽中"钳口扇形板!一$与钳口扇形板!二$根部为铰链结构"安装于空心主轴轴向圆形凹槽中&图!%卷筒结构示意图%%图!卷筒工作时"空心主轴轴向相对静止不动"胀缩油缸驱动拉杆向右做轴向运动"带动十字头及轴向斜楔向右运动"迫使径向斜楔沿卷筒径向向外运动"克服弹簧弹力顶起扇形板"并使钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$绕铰链点转动"咬住插入钳口扇形板!一$与钳口扇形板!二$之间缝隙的带钢头部"如图&所示"此为卷筒的涨大及钳口夹紧过程#随后主电机通过减速箱带动卷筒旋转进行带钢的卷取#卷取一卷带钢完成后"胀缩油缸通过拉杆带动十字头及轴向斜楔向左运动"径向斜楔沿卷筒径向向内收缩"扇形板在弹簧弹力作用下收缩"实现卷筒的缩径"同时钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$绕铰链点反向转动"松开被咬住的带钢头部"在卸卷小车的作用下"将带卷顺利移出"完成了一卷带钢的卷取过程&图&%卷筒涨大%钳口夹紧带钢示意图&%问题及原因分析本文所述的首钢迁钢&!-$K K平整机组卷取机卷筒"在带钢卷取完成卸卷时经常会出现钳口卡住带钢头部"难以自动卸卷的现象#强行卸卷就会出现带钢整体移出"但带钢头部仍卡在钳口内造成塔型卷#在卷取厚度较薄的带钢时此现象尤为频发&极大的影响了带钢质量和生产效率&图#为卷筒卷取的带钢实物照片"从图#中可以看出"带钢头部变形严重"本来平直的带钢现在变的凹凸不平"变形的带钢难以从狭窄的钳口中顺利移出"造成卸卷困难&图#%带钢头部变形照片经现场排查及分析"钳口卡钢"难以自动卸卷的主要原因是卷筒钳口结构不合理"挤压带钢头部造成带钢头部凹凸不平"难以卸卷&钳口装. All Rights Reserved.置是卷筒的重要组成部份"结构合理的钳口装置应具有夹紧力均匀%不打滑#运行稳定%安全可靠等特点#且要求维护检修方便"互换性强#同时对带钢内层的影响尽可能小)-*&现卷筒钳口结构如图Z 所示"缩径状态时"钳口张开"钢带进入钳口区域时"由于穿带停止不及时%穿带角度不对%带钢弯曲%钳口夹紧过程中钳口扇形板!二$尖点下压钢带等条件的影响"带钢头部经常性的会插入钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$根部所形成铰链处#此处夹角&为锐角"角度较小"钢带头部在钳口夹紧过程中会被钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$根部的&角挤压的凹凸不平"影响卸卷&图Z%原钳口结构示意图#%结构优化及改造方案针对钳口卡钢"难以自动卸卷的现象"对现卷筒在结构上进行了优化和改造&!!$钳口扇形板!二$的肘部增加了凸出的导向台阶"其在带钢头部插入至钳口中时起到了导向作用"保证了带钢头部可以顺利的插入钳口根部的圆形凹槽处#同时凸出的导向台阶也填平了原结构的锐角开口"带钢头部不会再插入铰链开口受到挤压和剪切&!&$钳口扇形板!一$的对应位置增加了可容纳钳口扇形板!二$导向台阶的凹槽"钳口开合时"此凹槽与钳口扇形板!二$的导向台阶配合作用"为带钢搭出了平整的插入路线"形成了导向平台"有利于钢带的插入&如图W 所示为优化后钳口结构示意图"优化后的卷筒在缩径状态时"钳口张开"钢带进入钳口区域"钳口扇形板!一$的凹槽及钳口扇形板!二$的导向台阶配合作用"为带钢搭出了平整的插入路线"原为锐角的&角现在变为角度很大的钝角"钢带进入钳口后会直接插入钳口根部"不会再被夹角&处咬伤&图W%优化后钳口结构示意图Z%强度校核为防止结构修改对卷筒强度产生较大影响"进而导致卷筒强度不足影响正常工作使用"需对原结构及改进后的结构进行强度校核&ZO !%模型建立由于卷筒其他部分并未改动"为节省资源及便于计算"利用:10.!/Z*分别建立钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$优化前后的三维模型"并划分网格"其中钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$根部应力集中处是分析的重点"网格划分设定较小"其余位置网格相对较粗&简化后的模型及网格划分结果如图-所示&图-%网格划分及边界条件设置ZO &%接触定义 边界条件及材料设置ZO &O !%模型中的主要接触定义卷筒运动过程中主要接触有扇形板根部圆柱与主轴圆形凹槽之间的摩擦副以及扇形板底面与. All Rights Reserved.径向斜楔之间的摩擦副&此二处摩擦副之间都有润滑脂润滑"且摩擦力对本强度校核影响不大"因此忽略此二处摩擦不加考虑"钳口条与钳口扇形板!一$设置为面面接触&ZO&O&%边界条件设置)-,/*钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$根部圆柱面采用圆柱形约束"沿轴向旋转自由"其余自由度固定#钳口扇形板!一$中钳口条上表面及钳口扇形板!二$中钳口条在钳口扇形板!二$上的投影面采用固定约束#钳口扇形板!一$与径向斜楔接触面及钳口扇形板!二$与径向斜楔接触面施加垂直于面方向的相应大小的力&边界条件设置情况如图-所示& ZO&O#%材料设置钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$均采用Z$2A06b5+合金结构钢"密度*/#$L=\K#"弹性模量&$"$$$b c4"泊松比$O&""抗拉强度.J)"/$b c4"屈服强度.-)/#W b c4)"*&ZO#%应力分析采用J6K C@<H@A04G H A4<求解器"解算类型选择Je^!$!线性静态,全局约束"钳口扇形板与径向斜楔接触面施加的力经计算大小为Z!&&#" 0"加载运算结果如图*所示&图*%钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$优化前后应力云图对比由图*的应力分析结果可知"原结构钳口扇形板!二$最大等效应力为&Z/O"W b c4"钳口扇形板!一$最大等效应力为#-*O&#b c4#对钳口结构进行优化与改进"优化后的钳口扇形板!二$最大等效应力为&*/O#/b c4"钳口扇形板!一$最大等效应力为#"ZO WZ b c4&由图*可以看出"此优化方案对钳口扇形板的强度影响较小"钳口扇形板!一$及钳口扇形板!二$主要应力集中部位及最大等效应力的大小都没有很大改变"以最大等效应力#"ZO WZ b c4计算"安全系数0Kl.K9.K4gl&O!!v&"可以满足正常工作条件下的使用要求&W%结论!!$本文所述卷取机卷筒卸卷困难的主要原因是钳口结构设计不合理"钳口挤压带钢头部造成带钢头部凹凸不平"卡在钳口内部"难以卸卷&!&$结构优化后钳口扇形板!二$的肘部增加了凸出的导向台阶"填平了原结构的铰链开口"带钢头部不会再插入铰链开口受到挤压和剪切"带头平整&!#$优化方案对钳口扇形板的强度影响较小"可以满足正常工作条件下的使用要求&参考文献)!*%鲍思贺"陈述良"等'板带车间机械设备设计)b*'北京'冶金工业出版社"!"/*')&*于建升'热轧酸洗线卷取机结构对自动卸卷影响)>*'冶金设备"&$!/"ZZ!$Z$'-$[-/,*$')#*孟继跃"刘升学'冷轧开卷取机分类及特点分析)>*'现代冶金"&$!&!$Z$'*,/')Z*向干江"李明"刘洪涛"等'热轧平整卷取机卷筒整体结构改造)>*'装备维修技术"&$$$!$Z$'#' )W*杨丰产"彭铁辉"罗志仁'热轧平整机组卷取机卷筒改造设计)>*'重型机械"&$&$!$Z$'-'. 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本科毕业设计题目：精轧线卷取机卷筒设计学院: 机械自动化学院专业: 机械类学号:学生姓名:指导教师:日期: 二○一七年六月摘要卷取机是轧钢生产过程中的常用设备。

随着社会进步、经济发展，工业生产中对轧钢生产的质量要求越来越高，现如今的精轧线就是为了满足社会需要而产生的。

我们知道，提高钢带质量不仅要求钢铁冶炼水平要提高，而且要求轧钢机械更加优化合理。

这次设计是精轧线卷取机卷筒设计。

首先，选择卷筒类型的设计方案。

说明书中对不同类型的卷筒做了比较，根据我们涉及要满足的要求，最后确定选用的结构是四棱锥式卷筒。

用液压缸带动斜楔轴轴向动作，实现卷筒的胀缩动作。

为了使加工方便，同时保证主轴足够大的强度，本设计对椎体做了改进。

直接将四棱锥体加工在主轴上，和主轴成为一体。

并且为了润滑方便，在四棱锥轴的每个表面都开有润滑油槽。

本设计的优点在于，保证了足够大的轴径，提高了轴的强度。

设计主要对四棱锥受力进行了分析，对轴和轴承等支撑零件进行了校核。

在扇形板和棱锥轴表面采用优质润滑。

关键词：精轧线卷取机；四棱锥胀缩；液压钳口AbstractThe coiler is a common equipment used in the rolling process. With the social progress, economic development, industrial production of steel production quality requirements are getting higher and higher, now the finishing line is to meet the needs of society arising. We know that improving the quality of steel not only requires the level of iron and steel smelting to be improved, but also requires rolling steel machinery more optimized and reasonable. This design is the finishing line coiler reel design.First, select the design of the reel type. The manual compares the different types of reels, and according to the requirements we have to meet, the final selection of the selected structure is a quadrangular pyramid. With the hydraulic cylinder to drive the wedge axis axial action, to achieve reel expansion and contraction action. In order to facilitate processing, while ensuring that the spindle is large enough strength, the design of the vertebral body to do improvements. Directly to the quadrangular pyramid processing in the spindle, and the spindle into one. And for lubricating convenience, there is a lubricating oil groove on each surface of the quadrangular pyramid shaft.The advantage of this design is that it ensures a sufficiently large shaft diameter and improves the strength of the shaft. The design of the four pyramid force was analyzed, the shaft and bearing support parts were checked. In the fan-shaped plate and pyramid shaft surface with grease lubrication.Keyword: Finishing line coiler; dilations quadrangular pyramid; hydraulic jaws目录1 绪论 (1)1.1 选题的背景和目的 (1)1.2 带钢卷取机国内外发展 (2)1.3 卷取机的内容和方法 (2)1.3.1 冷轧机组平面布置图 (2)1.3.2 卷取机的类型和特点 (3)2 方案的选择与分析 (9)2.1 选型原则 (10)2.1.1 卷筒的样式 (10)2.1.2 钳口型式 (11)2.2 机构组成及工作原理 (11)2.1.1 四棱锥卷筒介绍 (11)2.1.2 液压式钳口介绍 (11)3 卷筒的设计计算 (13)3.1 卷筒直径与卷筒长度 (13)3.2 计算卷筒的当量半径 (13)3.2 卷筒径向压力的计算 (14)3.3 卷筒的强度条件 (15)3.4 卷取张力的计算 (16)3.5 卷筒胀缩机构受力分析 (16)3.5.1 受力分析卷取工作时的收缩 (16)3.5.2 受力分析卸卷时的卷筒缩径 (18)3.6 轴向胀缩液压缸行程计算 (19)3.7 胀缩缸直径的计算 (20)3.8 心轴的校核 (21)3.8.1 作出心轴的计算简图 (21)3.9 轴的计算简图 (26)3.9.1 作出轴的计算简图 (26)4 轴承计算 (30)4.1 轴承的寿命计算 (30)结论 (31)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1 选题的背景和目的冷轧机组卷取机是一种大型轧钢生产设备，主要用于冷轧带钢的生产，在轧钢生产中有重大作用。