张力辊辊径及张力设计公式

冷轧后处理机组张力辊设计计算谭刚;陈兵【摘要】从张力辊几何参数和材质确定、张力计算、传动功率计算、力矩校核等方面阐述后处理线张力辊设计计算,对后处理机组中获得精确的张力值以及张力变化规律,合理匹配张力值,提高产品质量和节能降耗有着重要意义.【期刊名称】《四川冶金》【年(卷),期】2010(032)002【总页数】4页(P30-32,6)【关键词】张力辊;后处理机组;设计计算;功率分配【作者】谭刚;陈兵【作者单位】中冶赛迪工程技术股份有限公司冷轧事业部,重庆,400013;中冶赛迪工程技术股份有限公司冷轧事业部,重庆,400013【正文语种】中文连续生产线的带钢必须在张力之下运行,张力的最基本作用是保证带钢的正常运行,使带钢尽可能沿着生产线的中心线运行,而不致因走偏而造成边部刮伤甚至断带;同时,纠偏辊也只有在张力足够的情况下才能起到纠偏作用[1]。

机组各段张力值的建立,是依靠在机组适当位置设置的夹送辊和张力辊实现的。

带钢包绕在张力辊上,在其包绕接触处(包角处)产生摩擦力,正是这个摩擦力,使出口张力与入口张力按某种规律变化,借此改变张力值,对整条机组实现张力控制,因此张力辊是后处理机组连续运行的重要设备组成单元[2]。

如何正确地获得精确的张力值及张力变化规律,更好的控制张力,使整个机组的张力得到合理的匹配,对提高产品质量,降低机组的能耗有着重要的意义,因此张力辊的设计对机组的正常连续运行显得尤为重要。

本文从张力辊几何参数和材质确定、张力计算、传动功率计算、力矩校核等方面阐述后处理线张力辊的设计计算。

张力辊几何参数和材质确定主要是辊径和辊身长度的确定以及表面材质的选定。

为了防止带钢产生永久变形,张力辊辊径确定以带钢包绕在张力辊上不产生塑性弯曲变形为原则,即是以带钢绕过张力辊的弯矩小于等于带钢弹性极限弯矩为准则计算辊径[2～7]。

由此,得出张力辊辊径计算公式:式中D(m)为张力辊辊径;E(MPa)为带钢弹性模量;hmax(m)为带钢最大厚度;σs(MPa)为带钢屈服极限。

1张力辊直径计算原则：带钢缠绕在张力辊上不产生塑性弯曲变形，即按厚带材绕过张力辊的弯矩小于或等于带材的弹性极限弯矩计算辊径。

D：张力辊辊径。

h：钢板厚度。

E：带钢的弹性模量。

σs:带钢的屈服强度。

说明：1).由上述计算可以发现，带钢规格相同，屈服强度越高需要的辊径越小。

这正是带退火炉的热镀锌线入口张力辊径小，出口张力辊径大的原因。

2).带钢经过张力辊不产生塑性变形的要求是相对的，为了不使辊径过大，实际生产中允许部分厚规格产品产生塑性变形。

3).根据产品规格不同，热镀锌及酸洗冷轧生产线常用的张力辊辊径范围是500～1200mm。

4).在实际生产中，最大带钢厚度为1.2mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为550～650mm；拉矫机张力辊径650～700mm；最大带钢厚度为1.5mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为600～700mm；拉矫机张力辊径800mm；最大带钢厚度为2.0mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为800～1000mm；拉矫机张力辊径1000～1200mm；5).根据我公司的现有设计，张力辊辊径选取系列为：560mm；650mm；800mm；900mm；1000mm；1200mm。

6).辊身长度依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200～300mm，常用的宽度系列是1000mm；1300mm；1500mm。

2张力辊允许产生的张力说明带钢经过张力辊后，张力值可以得到放大，放大的量取决于张力辊的结构、辊面材质、传动功率等，μ：带钢与张力辊之间的摩擦系数；采用钢辊时取0.1～0.15；采用衬胶辊时取0.18～0.25；带钢表面有油时，摩擦系数降低。

α：带钢在张力辊上的包角。

图一张力辊1#辊包角为180+61度=241度=4.2弧度。

计算时取0.9的利用系数。

λ：张力辊传动带钢，保证带钢不打滑可能产生的张力放大倍数。

这是可能产生的放大倍数，张力辊实际放大能力取决于传动功率，但是传动能力超过此范围也没有意义。

1张力辊直径计算原则：带钢缠绕在张力辊上不产生塑性弯曲变形，即按厚带材绕过张力辊的弯矩小于或等于带材的弹性极限弯矩计算辊径。

D：张力辊辊径。

h：钢板厚度。

E：带钢的弹性模量。

σs:带钢的屈服强度。

说明：1).由上述计算可以发现，带钢规格相同，屈服强度越高需要的辊径越小。

这正是带退火炉的热镀锌线入口张力辊径小，出口张力辊径大的原因。

2).带钢经过张力辊不产生塑性变形的要求是相对的，为了不使辊径过大，实际生产中允许部分厚规格产品产生塑性变形。

3).根据产品规格不同，热镀锌及酸洗冷轧生产线常用的张力辊辊径范围是500～1200mm。

4).在实际生产中，最大带钢厚度为1.2mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为550～650mm；拉矫机张力辊径650～700mm；最大带钢厚度为1.5mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为600～700mm；拉矫机张力辊径800mm；最大带钢厚度为2.0mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为800～1000mm；拉矫机张力辊径1000～1200mm；5).根据我公司的现有设计，张力辊辊径选取系列为：560mm；650mm；800mm；900mm；1000mm；1200mm。

6).辊身长度依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200～300mm，常用的宽度系列是1000mm；1300mm；1500mm。

2张力辊允许产生的张力说明带钢经过张力辊后，张力值可以得到放大，放大的量取决于张力辊的结构、辊面材质、传动功率等，μ：带钢与张力辊之间的摩擦系数；采用钢辊时取0.1～0.15；采用衬胶辊时取0.18～0.25；带钢表面有油时，摩擦系数降低。

α：带钢在张力辊上的包角。

图一张力辊1#辊包角为180+61度=241度=4.2弧度。

计算时取0.9的利用系数。

λ：张力辊传动带钢，保证带钢不打滑可能产生的张力放大倍数。

这是可能产生的放大倍数，张力辊实际放大能力取决于传动功率，但是传动能力超过此范围也没有意义。

机组张力表及张力计算二、1#张力辊计算计算条件：1#张力辊处于发电状态，辊子直径Φ790，辊子包角α=4.09弧度，总包角8.18。

欧拉公式：T 1=T 2 e -f α，T 2=T 3 e -f α。

T 1---1#辊与开卷机之间的张力，max=1.0*0.5*1000=500kgf T 2---1#辊与2#辊之间的张力T 3---2#辊与活套入口之间的张力，max=2.0*0.5*1000=1000kgf f----带钢与辊子之间的摩擦系数，辊面为聚氨酯，取f=0.28 张力辊的临界张力放大倍数：T 30/T 10= e 2f α= e 2*0.28*4.09=9.9，大于实际张力 放大倍数，张力辊满足要求。

张力辊的张力差：T3-T1=1000-500=500kgf则总的传动负载转矩为：M=500*0.79/2=197.5kgf.m选择马达转速n N =1500rpm ，则减速机传动比i=17，效率约0.9。

总的马达功率：P=197.5*1500/(975*17*0.9)=19.9kw 。

一般可根据包角的比例分配每根辊子的传动功率，均匀分担负载，故可选择2台11KW 的马达。

故原选择的马达型号：YVP160M-4，11kwYVP160L-4，15kw 满足要求。

1T 3三、活套出口张力计算计算条件：入口单位张力 2.0kg/mm2，活套辊13根（Φ370，调心辊子轴承23220C/W33---140mm，辊子重量295kg），纠偏辊2根（Φ400，调心辊子轴承22218C/W33---125，辊子重量409kg），转向辊1根（Φ400，调心辊子轴承23222C/W33---155mm，辊子重量362kg）。

滚子轴承的滚动摩擦因数μk=0.07*2=0.14cm辊子轴承摩擦阻力矩计算：M=N*μk *(d+D)/2d1N----辊子轴承的正压力，N=2T+G（-G），T 为带钢张力d----轴承内径D----轴承外径d1----滚子直径G----辊子重量产生的附加张力：T f=2M/D0D0----辊子直径对于0.5*1000规格的带钢，活套入口的带钢张力T0=2*0.5*1000=1000kg，活套其余各层的带钢张力分别为T1、T2、T3、….、T13。

张力机构方案:1.采用调节辊的张力控制调节辊利用弹簧、气压、重锺在一定方向上施加一定大小的力，不管其位置是否变动始终使加工物保持一定的张力。

使用调节辊时，但所提供的阻力的大小为F的一半。

调节辊的张力控制功能只限于在其容许的行程以内。

下辊几何参数和材质的确定主要是辊径和辊身长度的确定以及表面材质的选定。

为了防止带钢产生永久变形，下辊辊径的确定以带钢包绕在下辊上不产生塑性弯曲变形为原则，即是以带钢绕过下辊的弯矩小于或等于带钢弹性极限弯矩为准则计算辊径。

由此得出下辊辊径计算公式：max1sEh D σ≥式中，D 为下辊辊径，单位m ；E 为带钢弹性模量，MPa ；max h 为带钢最大厚度，m ；s σ为带钢屈服极限，MPa 。

，下辊辊径取决于带钢的弹性模量、屈服极限和最大厚度。

但实际中并不是辊径越大越好，下辊装置辊径的大小对设备成本有很大影响因为所要求的输出转矩直接随辊子尺寸的增大而增加其附属机构的成本也随之增加。

设计时应根据产品方案综合考虑各种因素选择合适的辊径。

查材料手册得E ＝10GPa ，s σ＝60MPa ，≈≥-MpaGpa D 6010*1*103167mm则圆整后取D 1=200mm 。

辊身长度根据带宽L 1 =300mm 定,则取L 1＝400mm 。

2.三辊张力机构由一个上张力辊及两个下张力辊组成,上辊由带机械同步的液压缸驱动升降,在穿带时上辊升起,穿带完成后,上辊压下。

装置示意图如下：张力大小的影响因素：1．带的厚度H越大，张力T就越大，并且，H越大，T的增幅就越大。

2．主要控制因素为上辊的压下量，但在压下量达到一定程度后，其张力的增量趋近于缓慢。

3．缩小下张力辊辊距有利于提高三辊张力装置的增张能力。

4．张力辊直径大小对增张效果的影响不明显，其直径大小确定以强度为主。

张力辊的选择：无论何种形式的张力辊、挟送辊和测量辊均是利用磨擦力来产生张力和挟送力的，一但磨擦力不足，不但无法产生足够且稳定的张力和挟送力，并且会打滑造成卷材的严重刮伤。

拉弯矫直机组设计中张力辊主要参数的计算符可惠（中色科技股份有限公司，河南洛阳471039）[摘要]：本文介绍了拉弯矫直机组的工作原理，张力辊组在拉弯矫直机中的作用及张力辊组基本参数的计算。

[关键词]：张力辊、放大系数、功率、延伸率近年来，随着轧制技术的快速发展，薄带材的平直度已经有了较大改善。

然而，随着用户对板带材平直度的要求更加严格，矫直设备的需求也有了跨越式的发展，其中拉弯矫直设备是提升薄带材板型质量的重要设备之一，它是通过使带材产生一定的延伸量来消除带材波浪、获得良好板型。

拉弯矫直的工作原理：拉弯矫直机是综合了连续张力矫直机和辊式矫直机的特点，使带材在拉伸和弯曲的作用下，连续多次正反弯曲，在大变形矫正下，逐步产生塑性延伸并释放板材内应力，以消除板带材在冷加工时产生的波形、翘曲、侧弯和潜在的板型不良等缺陷，使厚度薄、材料硬的薄带材达到板型平整，满足高端用户的需求。

张力辊组是拉弯矫直机组中的重要设备，拉弯矫直所需的张力主要是靠张力辊组之间张力递增来实现；入口张力辊组最后一个辊和出口张力辊组第一个辊的速度差产生必要的延伸率。

张力递增倍数与带材和张力辊之间的包角、摩擦系数有关。

摩擦系数在实际运行当中也有许多变数，由于包胶辊在使用一段时间后辊面会被磨光，因此辊面与带材之间的摩擦系数会急剧下降，导致系统无法正常工作。

所以，在设计张力辊时既要满足张力要求又要防止张力辊组与带材打滑现象的发生。

下面我们以无锡某厂700mm不锈钢拉弯矫直机组张力辊的参数选择加以说明。

1 张力辊辊径张力辊组设计的基本要求是既要满足张力需要又要防止张力辊组与带材打滑现象的发生，带材包绕在张力辊上，在其包绕接触处产生摩擦力，正是这个摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制。

带材材质：不锈钢带材的屈服极限：σs=205~510N/mm²带材的弹性模量；E=206GPa带材厚度：h= 0.08~0.6mm带材宽度b≤550mm机组速度v：0—100—150 m/minT=30k N最大开卷张力：b最大卷取张力： c T =35 kN最大拉伸张力： n T =200kN下面以入口张力辊组为例，进行主要主要参数的计算。

摘要钢铁工业是国民经济的基础产业，在我国经济的发展中一直处在主要地位，我国钢铁工业的发展长期以来都得到国家的重视，我国钢铁工业发展迅速，形成了完整的成熟的工业体系。

板带材是钢铁产业中的一类重要产品，早已成为国家基建和人民生活中常用的重要物资。

伴随着中国工业化和经济建设的进一步深入，对板带材等钢铁产品的需求也愈加强劲。

随着科学技术的发展，板带材生产目前大部分采用连续化成卷生产。

在带钢生产过程中，张力辊(Tension Roll)作为重要组成部分，在板带材生产线上的作用至关重要。

该设备在连续退火机组中使用非常广泛。

张力辊装置就是用于在连续带材生产线上实现张力调节的一种设备。

采用张力辊装置来实现张力调节是一项新技术。

其原理为：带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处(即包角处)产生摩擦力，以此使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制。

在查阅了大量相关资料和对连退机组及其张力辊相关设备进行了系统的了解下，本文中以机械动力学、机械原理、机械设计和材料力学等知识作为理论基础，从经济、可靠、实用的角度出发，对张力辊和压辊的结构、传动系统以及压下装置进行了细致的设计，并对各部分的重点零部件进行了强度校核。

关键词：张力辊；钢铁；板带材AbstractIron and steel industry is a foundation industry of economy, it acts as a very important role during the development of our country. By the lasting support and guidance of the government, our iron and steel industry develops quickly, a mature industry system has been built up.Board strips is an important class of product in steel industry and had become a common material in the national’s infrastructure and the People's Daily life. Along with the futher development of industrialization and economy construction in China, our country has a strong demand of iron and steel, such as Board strips.With the development of science and technology, now most of the production of board strips use the method of continuously volume production. In the production process, the Tension roller as an important part in the production process of strip, act as an important role in the board strips production line. And the equipment has come to widespread used in the continuous annealing unit is very extensive.Tension roller device is used in cont as a kind of equipment to realize tension adjustment. And adopt tension roller to realize tension adjust is a new technology. The principle is: Strip bag around tension roller, and at the contact point (namely Angle place) produces friction, so as to make the export tension and entry tension change according to some law ,and the the tension value will change. Then realized the tension control of the whole unit.In a lot of relevant information and access to Continuous Annealing Line and it’s tension roller related equipment, This paper take the knowledge of mechanical dynamics, mechanical principle, mechanical design and material mechanics as it’s oretical basis, from the economical, reliable and practical point of view, From the angle of economic, reliable and practical. Take a meticulous design to structure of the tension roller and pressure roller, transmission system and pressing device. And take the key elements of all part into stress test. Key words: Tension Roll；Steel；Steel and Strip目录1 前言 (1)1.1 我国钢铁生产的现状 (1)1.2 连续退火技术的工艺及发展 (1)1.3 板带材的特点 (2)1.3.1 板带产品的外形、使用特点 (2)1.3.2 板带产品分类及技术要求 (2)1.3.3 板带产品的生产特点 (4)1.3.4 张力辊在板带材生产中的作用 (4)2 张力辊的设计和研究 (4)2.1 设计参数 (4)2.2 张力辊的设计计算 (5)2.2.1 辊子的布置方案设计 (5)2.2.2 张力的计算 (5)2.2.3 下辊的几何参数及材质选用 (6)2.2.4 下辊结构设计 (7)2.3 上辊的设计计算 (7)2.3.1 上辊的几何参数及材质选用 (7)2.3.2 上辊的结构设计 (8)2.3.3 压下系统的设计计算 (8)3 传动系统的设计 (11)3.1 电动机的选择 (11)3.1.1 定性选电机 (11)3.1.2 下辊转速的计算 (12)3.1.3 下辊所需功率计算 (12)3.2 减速器的选择 (12)3.3 联轴器的选择 (13)3.3.1 联轴器的分类 (13)3.3.2 联轴器的选择 (13)3.4 轴承的选择 (13)3.4.1 下辊卷筒轴承的选择 (13)3.4.2 上辊轴承的选择 (15)3.5 键的选择 (15)4 机架的设计 (16)4.1 辊子机架的设计 (16)4.2 传动系统机架的设计 (16)5 主要零部件的强度校核 (16)5.1 轴的强度校核 (16)5.1.1 上辊轴的校核 (16)5.1.2 下辊轴的校核 (19)5.2 轴承的寿命计算 (21)5.2.1 上辊轴承寿命计算 (22)5.2.2 下辊轴承寿命计算 (22)5.3 键的强度校核 (22)6 润滑 (24)6.1 润滑剂的种类 (24)6.2 润滑方式的选择 (24)6.3 润滑方式的选择确定 (24)6.3.1 齿轮减速器的润滑方式 (24)6.3.2 轴承的润滑方式 (25)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (27)1 前言钢铁材料良好的综合性能和易于循环利用等特点，至今仍是人类社会发展所需的不可替代的材料。

电机功率计算13#热张辊电机功率计算主要技术参数：1.带钢厚度: 1.0～2.2mm2.带钢宽度:1000～1250mm3.机组最大速度:130m/min4.入口最大张力:1375kg5.出口最大张力：2750kg6.辊子直径：φ1100mm计算：1号辊包角α1=3.072弧度2号辊包角α2=3.316弧度3号辊包角α3=2.845弧度总包角α=α1+α2+α3=3.072+3.316+2.845=9.232弧度T2=eμ*αT1μ=lnT2/T1/α=ln2750/1375/9.232=0.0751号辊出口最大张力：T/＝T1eμ*α1＝1375×e0.075×3.072＝1731Kg2号辊出口最大张力：T//＝T/eμ*α2＝1731×e0.075×3.316＝2219.8Kg3号辊出口最大张力：T2= T// eμ*α3=2219.8×e0.075×2.845=2748---2750 Kg考虑工艺速度93m/min时张力辊转速为93/π×1.1＝26.91转/分减速机速比为1500/26.91＝55.741号辊：传动所需扭矩＝（T/- T1）×D/2＝（1731-1375）×1.1/2＝195.8Kg.m电机所需功率＝M1n×1.2/975×0.8＝192.8×26.91×1.2/975×0.8＝8.073Kw2号辊：传动所需扭矩＝（T//- T/）×D/2＝（2219.8-1731）×1.1/2＝268.84Kg.m电机所需功率＝M1n×1.2/975×0.8＝268.84×26.91×1.2/975×0.8＝11.13Kw 3号辊：传动所需扭矩＝（T2- T//）×D/2＝（2750-2219.8）×1.1/2＝291.61Kg.m电机所需功率＝M1n×1.2/975×0.8＝291.61×26.91×1.2/975×0.8＝12Kw电机及减速机型号如下：1号辊：电机YTSP160M-4 11KW 1500r/min 上海南洋减速器Z.148-A160 速比54.24 弗兰德输出轴直径：φ100mm2号辊：电机YTSP160L-4 15KW 1500r/min 上海南洋减速器Z.148-A160 速比54.24 弗兰德输出轴直径：φ100mm3号辊：电机YTSP180L-4 22KW 1500r/min 上海南洋减速器D.168-A200 速比53.56 弗兰德输出轴直径：φ120mm。