钢带开卷机设计

张志伟 郝绘坤 【 通讯作者】

摘要：钢铁是国民经济的重要基础产业，是国民经济水平和综合国力的重要标志。影响薄带质量和产量的因素很多，其中开卷机是影响薄带质量和产量的重要因素。开卷机是轧钢和钢卷生产的重要设备。钢带开卷机广泛用于酸洗装置、主机及各种精加工装置的开箱，它的技术水平直接关系到机组的生产能力和带钢的质量。因此，对开卷机的结构设计和仿真计算进行研究和分析具有十分重要的意义。

关键词：开卷机；主轴设计；液压系统

引言

近年来，中国的钢铁总产量还不到40%。相比之下，发达国家的钢带产量已达到钢铁总产量的60%。近年来，国家努力提高钢材生产和生产，从而提高钢材在钢材总生产中的比重。同时，作为钢带生产实践中非常重要的设备，开卷机也经历了快速的创新和发展。目前在开卷机的研究和创新领域，我们的技术水平低于日本、美国和其他工业化国家。我国许多工厂、企业经常使用的许多开卷机，都是国外直接进口设备或国内外联合研发的。在这方面，中国自主创新能力需要加强。

在现代社会，科学发展很快，人们的生活节奏也比以前快得多。在生产产品时，工厂可以通过使用机械设备来提高加工产品的市场竞争力。应用机械设备加工产品，加工时间大大缩短，工人劳动强度明显降低，同时也加快了自动化和智能化发展的进程。多年来，随着中国制造业和科技的不断发展，特别是在钢带生产方面，我们对钢带生产的质量和精度提出了双重要求。在实际生产中，随着开卷率的提高和加快，对卷取质量的要求越来越高，这对开箱设备的性能和资源资源资源提出了更高的要求。

1 开卷机主体结构功能

开卷机的传动装置包括电机、高速齿轮轴、中间齿轮轴、主轴、制动器、联轴器、齿轮、链条等，开卷机的主电机带动链条传动齿轮实现卷筒的传动，制动器控制卷筒的停止。在开卷机中，伸缩油缸拉动拉杆。通过该过程，可以拉动滑套轴向移动，从而实现滚筒的伸缩。同时，通过改变不同尺寸的拉杆，可以对不同半径的卷筒进行胀缩，从而完成不同内径钢卷的开卷过程。

1.单简可胀缩开卷机

单简可胀缩开卷机结构上与张力卷取机基本相同，但在开卷机筒上无钳口装置。案简结构形式不同，可分为单简棱锥式开卷机和单简链板式开卷机。

2.双锥头无胀缩开卷机

双锥头无胀缩开卷机用来开卷厚度为1.5-5毫米，宽度为1500毫米的带材，开卷速度为1米/秒。这种开卷机结构简单，其缺点是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑.为了克服这一缺点，可采用可胀缩开卷机。

3.双圆柱头可胀缩开卷机

双圆柱头式开卷机用于酸洗机组、剪切机组以及冷连轧机组。开卷机用于以低张力带厚度为28 mm的热轧带钢。对于薄带钢和高压开卷机，使用悬臂开卷机。轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机与径向液压缸唯一不同之处在于圆柱头胀缩液压缸布置方式不同。在制造和使用方面液压缸胀缩双圆柱头开卷机的轴向液压缸伸缩性较好。

图1 单筒链板卷筒机构

2 开卷机工作原理

开卷机设置在连轧机组入口部分的前端，分别对应于卷小车。连续轧机开卷机的功能之一是在保持带钢后张力的条件下开卷带钢。另一个重要功能是在其中央控制下实现带钢的自动对齐。首钢的连续退火机组配有两台开卷机。由于两台开卷机交替开卷，为机组后续设备的连续生产创造了先决条件。带钢混合段和开卷机入口产生的张力相同。

开卷机本体为焊接箱形结构，变频调速电机通过齿轮箱减速后驱动滚筒轴为开卷机提供主动力。开卷机卷筒为空心轴，通过两个轴承支撑在齿轮箱上，轴承之间安装有传动正齿轮。齿轮箱通过强制润滑进行润滑，并为闭环油润滑系统配备两个恒速电机。心轴为悬臂结构。开卷时，其前端由外部支撑轴承支撑，以保持开卷机的刚度和稳定性。

开卷机的芯轴通过四个端面倾斜的燕尾槽与四个扇形板连接。每个扇形板在尾端通过一个径向滑块，以防止其轴向移动，但它可以沿径向膨胀和收缩。滚筒轴的尾端连接一个旋转油缸，油缸杆带动前四边轴通过滚筒轴中心的拉杆轴向滑动，从而带动扇形板的径向伸缩。滚筒的标称直径可以增加四个额外的扇形板。开卷机机架可在底座导轨上移动，由油缸驱动，实现中心位置控制。为了增强滚筒的稳定性，在滚筒头部设计了支撑臂装置。当卷绕板上有钢卷时，支撑臂由油缸驱动，以支撑卷筒头。通常情况下，支撑臂会缩回，这不会影响钢卷的缠绕。3 胀缩机构设计

由于本设计的机构具有液压辅助装置，因此膨胀和收缩运动由液压驱动。膨胀和收缩速度由油缸决定。油缸的移动速度不得过高或过低。如果转速过高，往往会导致密封件过热和磨损，还会加剧活塞和输出缸的磨损。当速度过低时，很容易产生爬行等不稳定现象。一般油缸在低压条件下以 10mm/s的速度运动时，就要注意爬行问题。采用橡胶件密封时，液压自由式的最快速度不宜超过400mm/s~500mm/s。综合考虑各因素确定油缸升降速度为V=1.5m/min，即0.025m/s。则货叉(载货台)升降速度为2V=3m/min，即0.05m/s。

4 结论

对于关键零件的具体数值需要在实验中进行验证计算的准确度。根据现有开卷机结构，进行新的结构的优化设计与改进。整个设计还存在一些小问题，一些尺寸的精度不够。在实际应用是要经过多次调整才能达到预期效果。

参考文献

[1]黄军铭,余爱祥.开卷机后反弯辊结构优化及设计[J].中国重型装备,2022(01):1-3.DOI:10.14145/j.cnki.51-1702/th.2022.01.001.

[2]黄建鹏.重型机械智能焊接应用现状及其发展趋势[J].金属加工(热加工),2022(01):18-21.

[3]刘武猛,郭纯,吴随松.高温合金焊接研究现状及发展趋势[J].金属加工(热加工),2022(01):44-48.

[4]陈鑫,张冠宸,赵康明,王佳宁,杨立飞,司徒德蓉.搭接焊缝对铝合金焊接结构轻量化设计的影响[J/OL].吉林大学学报(工学版):1-8[2022-04-24].DOI:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210920.

[5]胡婧瑶,邢彦锋,杨帅,蒋程宇,蒋世谊.焊接能量对Mg/Al异种金属接头组织和性能的影响[J].农业装备与车辆工程,2021,59(12):77-79+111.