冷轧机组中卷取机的张力分析与计算

李劭行

【摘 要】 本文介绍了卷取机的结构组成、工作原理、工艺特点，并对卷取张力进行分析与计算。

【关键词】 冷轧机组 卷取机 张力

1.概述

在冷轧带钢机组中，采用连轧方式可以提高生产率，轧件长度可以达到数十米甚至更长，所以在出口端设置卷取机是必不可少的，将连轧出来的带钢绕成卷，方便生产、运输以及储存。在冷轧车间中，卷取机还普遍用于酸洗、剪切、热处理等辅助机组中。

2.卷取机的结构组成

卷取机由卷筒、传动装置、活动支撑、推卷装置、压尾装置等部件组成。卷筒做成悬臂式的，方便从卷筒上卸下钢卷。带钢被拉辊咬入，送入弯曲辊使带钢产生适合于钢卷内径的相应挠度，随后绕上去在卷取辊的支撑和旋转下自行成卷。由于卷筒上负荷大，需保证卷筒轴的强度和刚度，可通过增大卷筒轴尺寸和在自由端安装活动支撑。传动装置由电机、制动器、联轴器和减速器等构成。卷筒的胀缩是通过调节尾部的胀缩液压缸来实现，而旋转运动则由电机通过联轴器、齿轮减速器带动卷筒转动实现。活动支撑在卸卷时，可移到旁边不妨碍卸卷。钢卷达到要求质量时，剪断带钢，最后由推卷装置将钢卷从卷取机上推出，滚到斜坡辊道上。斜坡辊道上的推钢机将钢卷推到斜坡辊道的末端，用吊车把它吊至钢卷放置场贮存。压尾装置是卷取终了时，用来将带钢尾部压住，防止松卷以便捆扎。

3.冷带钢卷取的工艺特点

1）提供张力

张力轧制可以降低轧制压力，使带钢板形平直，提高带钢表面质量，同时可使钢卷紧密、整齐。在连轧时，张力还起到自动调节连轧关系的作用。此外，由于张力直接影响产品质量尺寸精度，因此对张力控制要求很严格。轧制卷取时，需考虑加工硬化因素；精整卷取薄带时，张应力应取大值。

2）表面质量

冷带钢表面光洁，板形及尺寸精度要求较高，因此对卷筒几何形状及表面质量的要求也相应提高。卷筒胀开后，应能成为一完整圆形，以防止压伤内层带钢。

3）钢卷的稳定性

在带钢卷取过程中，钢卷直径是变化的。采用大直径卷筒卷取时，卸卷后带卷的稳定性极差，甚至出现塌卷现象。所以卷筒须保证可快速更换，以适应多种卷取带钢厚度或不同卷径。现代大张力冷带钢卷取机都采用双电枢或多电枢直流电机驱动，根据张力计发出的信号调整电动机转速，可以保证钢卷外层线速度与轧机速度相适应并保持张力恒定。若采用交流电动机驱动，经过恒力矩摩擦联轴器驱动卷取机卷筒，虽然可以和轧机同步，但无法保持恒张力卷取。

4）纠偏控制

在连续机组中，带钢在轧制中或运行中容易会产生左右偏斜，导致卷取的带卷边缘不整齐。在卷取机上最常用的纠偏控制机构是光电式或压缩空气式带钢边缘信号发生器，通过随动阀驱动卷取机上的移动液压缸，使卷取机可在滑座上左右移动，固定不动的光电元件检测带钢边缘。带钢跑偏将使光电元件产生输出信号，信号放大后经电液伺服控制器、控制油缸随时调整卷筒位置使带卷边缘保持整齐。

4.冷带刚卷取机张力分析

张力轧制可以保证带钢对中轧制，保证带钢保持平直，降低金属的变形抗力，适当调整冷轧机主电机负荷。由于张力的变化会引起前滑与轧辊速度的改变，故其对冷轧过程有一定的自动调节作用。

4.1 当卷取机卷曲带钢时张力的优点

1）减少划伤。冷带刚卷取机的张力可以让钢卷卷的更紧，避免带钢拆卷折棱和在活套坑中造成的折棱造成钢卷层间错动而划伤。

2）避免塔形。带钢的镰刀形弯曲，造成在卷取过程中卷成塔形。无张力卷取时，夹板立辊虽能在一定程度上控制钢卷塔形，但在带钢较薄的情况下，因夹板立辊夹得过紧，会使带钢边部特别是塔形突出部分造成浪形，严重时会使带钢产生窝边。

3）减少粘辊或擦伤。弯曲辊和卷取辊表面往往被带钢毛边和卷取辊与带钢之间滑动造成擦伤或粘辊，从而将带钢表面擦伤。当钢卷在卷取中质量逐渐增大时，张力轧制可以避免卷取中的摇晃，保护下表面不被擦伤。

4）避免带钢起套。卷取过程中，随着钢卷直径的增大，由于卷曲辊滑动时钢卷旋转速度降低，但拉辊拉钢的速度不变，带钢不能绕钢卷卷取果就出现活套。此时应适当增大拉辊的辊缝来消除带钢起套的现象。

4.2 卷取機张力恒定计算

卷取机卷取张力由电动机力矩产生，电动机力矩为：

M=KMφI

式中KM---电动机结构常数；φ---电动机磁通； I---电动机电枢电流。

卷取张力T与电动机力矩M的关系如下；T=

式中D---带卷直径。

带钢线速度为：v=

式中n---电动机转速，r/min； i---电动机至卷筒的速比。

电动机电枢电视E为：E=Kcφn

此时，T=CI

式中C为常数，C=。若电枢电势E不变，v也不变，则带钢张力T与电动机电枢电流I成正比。

卷取张力控制的实质是，若卷取带钢线速度不变，采用电流调节器使电枢电流I保持恒定，就可以保持张力恒定。实际上，随着带钢卷径变化，卷取带钢的线速度是变化的。生产中一般采用电势调节器来调整电动机的磁通量，以改变电动机转速，使带钢线速度不变。或者当磁通量一定时，通过电流调节器调节电机电流，以保持带钢张力恒定。

4.3 卷取张力的选择

带钢卷取时，卷取张力值的大小取决于卷取机工作状态和产品规格。不合适的卷取张力会直接影响正常工作和产品的质量。生产中张力的选择主要是指选择平均单位张力σ。当轧钢工人操作技术水平较高时，可选用σ大些，当带钢硬脆、边部不理想或者操作不熟练时，σ可取得小些。

卷取张力函数如下：T=σ0bh

式中，σO为单位张力（kg/mm2 ）；b为带钢宽度（mm）：h为带钢厚度（mm）。

根据经验，在可逆式冷轧机上，对于2-4mm厚的带钢，张应力σO≈（0.1～0.2）σs；，对于1-2mm厚的带钢，张应力σO≈（0.2～0.5）σs；对于 0.3-1mm厚的带钢，σo≈（0.5～0.8）σs。（σs是考虑加工硬化后的材料屈服极限）。在连轧机组中，末架轧机与卷取机之间带钢采用小张力，卷取机张应力σo≈（0.1～0.15）σs。其中σs为带钢的屈服极限（kg/mm2）。

5.小结

冷轧机组中的卷取机设计的影响因素多而复杂， 其中的卷取张力十分重要，希望能为读者设计卷取机提供设计理论与实际应用依据。

【参考文献】

[1] 邹家祥 轧钢机械 冶金工业出版社 2007年.

[2] 黄庆学 轧钢机械设计 冶金工业出版社 2001年.

[3] 周国盈 带钢卷取设备 冶金工业出版社 1982.