1、大张力卷取机的参数计算及分析王春选 1) 蒋文滨 2)摘 要通过对太钢公司不锈钢薄板轧机的张力卷取机胀缩机构进行受力分析与计算 ,提出使用维护建议 : 首先在生产中要合理确定张力 ; 另外要尽量设法改善润滑条件。关键词 : 卷取机 径向力 压力引 言太钢不锈钢二十辊冷轧机 (型号 ZR 22B 52)是从法国引进的 , 可轧制不锈钢薄板。轧机的带钢卷取机使钢带成卷 , 并在轧机工作时提供和控制轧制张力。卷筒结构型式为倒四棱锥型 , 强度高 ,径向刚度大 , 能自动缩径 , 可承受大张力卷取。1 卷取机技术参数带钢材质 : 不锈钢 A IS I300, 400带钢宽度 mm : 1320带钢厚度
2、 mm : 013 6卷筒额定直径 mm : 610筒 身 长 mm : 1522带卷外径 mm : 2000 (包括垫纸 )最大张力 t: 45 (440mpm ) , 35 (600mpm )油压力 Pa: 130 105胀缩液压缸 : D 850 D 360 65由于使用中承受的卷取张力大 , 所以卷筒的胀缩机构受力恶劣 , 是整个系统的薄弱环节。本文对该部分进行分析计算 , 并提出建议 , 指导使用管理。2 分析计算211 计算钢卷对卷筒的径向压力卷筒工作原理见图 1。p = K R0 (1+ f 1P 2) lnA式中 : R0单位张力 , 最大可达 360N mm 2;f 1 带材
3、层间摩擦系数 , 表面有油时取f 1= 011;R cm ax 带卷最大卷取半径 , 无垫纸时为900mm ;r2卷筒外半径 , 305mm ;K 卷筒压力系数设 A = R cm ax r2缩径状态时 , 据 R0 查出 : C = 1 时 K = 01248;自锁状态时 K = 11046, 则缩径时 p = 8215N mm 2; 自锁时 p = 348N mm 2。图 1 卷筒工作原理图212 计算钢卷对每个扇形板的压力卷筒径向受力见图 2。图 2 卷筒径向受力图1) 王春选 , 女 , 1967 年出生 , 1989 年毕业于北京科技大学机械工程系 , 工程师。2) 蒋文滨 , 男
4、, 1964 年出生 , 1986 年毕业于上海交通大学机械工程系 , 工程师。以上 2 人工作单位 : 030003, 太原钢铁 (集团 ) 有限公司。841 山 西 机 械 1999 年增刊 P 1= 2 DB p 2式中 : B 带材宽度 , B = 1320;D 卷筒额定直径 ; D = 610mm。则缩径时 P 2 = 417 107N ; 自锁时 P 3 =1198 108N213 计算胀缩缸平衡力每一扇形板受力见图 3, 棱锥受力图见图 4。力平衡条件 :P 1+ S sinA= N co sA+ f 2N sinA+ f 2S co sAS co sA+ f 2S sinA+
5、f 2N co sA= N sinA图 3 扇形板受力图图 4 棱锥受力图式中 : f 2 卷筒零件摩擦面间的摩擦系数 , 有油时 f 2= 011, 无油时 f 2= 012,A锥棱角 , A= 715 ,求得卷取时 : Q 1 = 2 2 DB p (tgA- f 2) = 519106N自锁时 : Q 2= 2 2 DB p (f 2- tgA) = 519107N214 校核胀缩液压缸及扇形板尾部连接键 (用自锁时的受力值 )21411 胀缩缸校核卷取时 , 胀缩缸可提供最大平衡力为 :Q 1= P 4 (8502- 3602) 130 011= 6106N Q 1自锁时 , 胀缩缸可
6、提供最大推力为 :Q 2 = P 4 8502 130 011= 714 106N Q 2这种情况下 , 卷筒缩不到位 , 不能卸卷 , 并且液压系统在超负荷下工作 , 易损坏密封等元件 , 造成泄露。21412 计算键的受力 : 材质 30C rM o, 屈服极限Rs= 800N mm 2。据图 2 分析 , 力 S 和 f 2S 为连接键对扇形板的作用力 , 其值等于扇形板对连接键的作用力。求得卷取时 : S 1= 114 106N ; 自锁时 :S 2= 113 107N。可见 , 在卷取时 , 扇形板对其连接键施加一推力 ; 在自锁状态并缩径时 , 扇形板对其连接键施加一拉力。键受推力
7、时 , 被压缩 , 扇形板加强了键的刚度见图 5, 键受力安全 , 不必校核 ; 但键受拉力时 , 同时也受弯矩和剪力 , 受力状况不隹 (图 6) ,下面选择两危险截面 (A - A 和 B - B ) 核算此时键的强度。图 5 键受压力图图 6 键受拉力图 A - A 面受力 : 剪力和扭矩剪力产生的应力 S= S 2co sA (2A A ) = 2191N mm 2, 远远大于许用剪应力 S = 385N mm 2, 再加上扭矩的作用 , A - A 面受力更大 , 更易破坏。 B - B 面受力 ; 拉力和弯矩拉力引起的应力 R= S 2co sA A B = 7121N mm 2,
8、 远远大于屈服极限 Rs= 800N mm 2, 可见 , 没加弯矩计算 , B - B 面的拉应力已经超过屈服极限 , 该处易断裂。3 结论从以上分析可知 , 大的径向压力对卷筒零件的受力不利。根据 p 的计算式 , 减小径向压力的途径有降低单位张力。单位张力是根据所轧带钢的材质和厚度 , 由特定的工艺要求决定的 , 建议在保证产品质量的前提下 , 尽量使用较小张力 ; (下转第 152 页 )9411999 年增刊 王春选等 : 大张力卷取机的参数计算及分析- RD 1 的性能曲线图。从图中看出 , 当冷却器的进油流量为 60L m in, 冷却水流量为 25L m in时 , 冷却器的交
9、换热量 Q 为 75 103kcal h,AM 500 采煤机冷却器组由四个 KS18H 12- RD 1组成 , 所以 , 冷却器组总的交换热量为 4 75103kcal h, 等于 34833W。图 2 KS18H 12- RD 1 冷却器性能曲线214 温升计算由箱体的外形尺寸 925 820 500 可以计算出箱体的散热面积为 A = 31262m 2, 由箱体的散热功率计算公式N h1= KA $H (13)式中 : N h1 箱体的实际散热功率 , W , N h1= N ih- N ef - Q = 78492- 42112- 34833= 2961(W )$H 温差 ,K 散热
10、系数 , 取 K = 15113W m 2。所以 : $H= 31 35 40满足工作要求。3 结束语我厂新型泵箱试制工作于 1996 年 5 月完工。到目前为止 , 共生产该泵箱 20 余台 , 分布在晋城、阳泉、大同及江苏大屯、甘肃靖远等矿务局。液压系统的温升都保持在 30左右 , 使用良好 , 受到用户好评。参 考 文 献1 陶弛东 1 采掘机械 1 北京 : 煤炭工业出版社 , 19832 蔡春源 1 机械零件设计手册 (续编 ) 1 北京 : 冶金工业出版社 , 1979(上接第 149 页 )降低卷筒压力系数。至少 8 小时加油一次 , 选用粘度高、耐高压的润滑脂 , 改善摩擦面间的润滑条件。参考文献1 北科大冶金机械教研组 1 轧钢机械 1 北京 : 北京科技大学出版社 , 19821188 1922 刘鸿文 1 材料力学 1 北京 : 高教出版社 , 19861501203 机械设计手册编写组 1 机械设计手册 1 北京 : 化学工业出版社 , 19821460 500251 山 西 机 械 1999 年增刊
