助卷车架互换式双带助卷器设计

陈育明

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司二重设计研究院，四川 618000)

助卷器是热轧铝板带生产线的重要辅助设备之一。目前单一的单带或双带助卷器已不能满足助卷带材宽度宽且宽度范围变化大的要求。当助卷的带材宽度为1 000 mm～2 700 mm 时，若用两根窄带助卷器去助卷宽度为1 800 mm 以上的带材时，则包不紧带头，不能进行助卷;若用两根宽带助卷器去助卷宽度为1 800 mm 以下的带材时，带材没达到两根助卷带中心间距，不利于助卷且会损伤助卷带使其很快报废。针对上述情况，设计了助卷车架互换式双带助卷器，以适应宽度范围较大的大型热轧板带材生产，提高助卷带的使用寿命。下面介绍为某2 850 mm 热连轧机组设计的车架互换式双带助卷器。其工艺参数为:

产品品种:热轧铝及铝合金

带材最大厚度/mm:10

带材宽度/mm:1 000～2 700

卷筒直径/mm:610

带材温度/℃:250～400

1 设计方案和设备特点

1.1 设计方案

由于大型热连轧铝板带机组配套的需要，根据以往现场的生产经验，确定带材宽度在1 000 mm～1800mm 之间时采用两根窄带助卷器进行助卷，而带材宽度在1 800 mm～2 700 mm 之间时采用两根宽带助卷器进行助卷。该助卷器结构如图1 所示。

1.2 主要设备组成及特点

(1)为了分别适应生产窄卷和宽卷的需要，采用两个互换的双带助卷车架:1#助卷车架和2#助卷车架。两个车架都有各自的架体、助卷带、辊子、张紧辊装置、摆动辊装置，结构相同，只是规格不同。1#助卷车架上，所有辊子成对安装，配备两根宽度为500 mm 较窄的助卷带;2#助卷车架上，所有辊子也是成对安装，配备两根宽度为1 000 mm 较宽的助卷带。两个助卷车架安装在一个共用的移动小车上，在移动液压缸的作用下在固定轨道上运动。

(2)1#助卷车架和2#助卷车架与移动小车的安装采用销孔对接方式。安装1#助卷车架或2#助卷车架时将车架底板处的销孔对准移动小车上的定位销轴(共4 处)，放上压板，拧紧固定螺栓，这样就完成对助卷车架的固定。同时设计时要求液压管路共用。

(3)助卷带均采用不锈钢丝网带。许用张力大，耐高温，满足带材温度250～400℃的助卷要求。

(4)助卷架体和摆臂为整体框架焊接结构，辊子对称布置。

(5)张紧辊装置采用双导向杆结构，前端设有调节螺栓可对张紧辊进行调整。

图1 宽幅铝带热轧机双架及带助卷器Figure 1 Double carriages and double belts wrapper of wide size aluminum strip hot mill

(6)部分辊子具有适当的凸度，以及上前端辊子设有偏心套，可调整偏心套防止助卷带跑偏。

(7)轨道装置水平布置在基础上，由固定轨道、小车车架、车轮、移动液压缸等组成。

(8)固定轨道末端设有车架锁紧装置，使助卷器安全可靠的停在初始位置处。

2 工作原理

结合图1 说明该助卷器的工作原理。助卷器开始工作前，车架锁紧装置动作打开钩爪，移动缸9 推动助卷器到工作位置，摆动缸4 动作推动摆臂到工作位置，张紧缸5 同时动作，使助卷带7 包紧卷取机的卷筒即可开始助卷工作。

可根据不同的生产带材宽度选择不同的助卷车架。1#车架和2#车架安装在一个共用的移动小车上，只要松开螺栓11、拔出压板、关闭相应管路的球阀，脱开相应管路的接头，即可卸下1#车架(或2#车架)，换上2#车架(或1#车架)，更换完毕后，打进压板、拧紧螺栓，重新联接相应管路的接头等。

3 受力计算

助卷器的工作负荷取决于带材厚度、卷筒直径和卷第一圈时带材产生的弯矩。第一圈卷得紧，以后的卷取就会顺利，否则带材在助卷器中会产生打滑现象。带材产生的弯矩是由助卷带的张力决定的，因此助卷带的助卷张力的选取至关重要。

3.1 带材弯曲力矩带材在助卷带的作用下包绕于卷筒时必然产生弹塑性变形。由于铝带材在温度250～400℃下屈服极限Re较小，带材弹性变形可以忽略，只考虑带材塑性变形产生的弯曲力矩。

带材塑性变形产生的弯曲力矩:

式中，Re是带材屈服极限(MPa);h 是带材厚度(mm);b 是带材宽度(mm)。

实际设计时，以3000 系热轧铝合金带材作为典型产品进行计算。

(1)1#助卷车架:取Re=35 MPa，b=1 800 mm，h=10 mm。则可得M=1575 kN·mm。

(2)2#助卷车架:取Re=35 MPa，b=2 700 mm，h=10 mm。则可得M=2362 kN·mm。

3.2 助卷带张力的计算及选取

带材进入助卷器开始卷绕第一圈时带材头部总会翘起一段(设其长度为L)，在第二圈时才能把带材头部压下去，如图2 所示。

图2 带头进入助卷器的受力情况Figure 2 Stress situation of strip end engaging in wrapper

因为卷筒半径R 远大于带材的厚度h，所以在计算弯矩时可略去h。由图2 受力分析可得出助卷带对带头(K 点)产生的弯矩为:

式中，T 是助卷带张力(kN);L 是带材头部翘起的长度;

助卷器的正常工作条件是皮带张力产生的弯曲力矩必须大于带材的弯曲力矩(Mp≥M)。由前面的公式可以导出T 必须满足以下关系:

根据热轧铝板带助卷器的设计经验，在本助卷器设计时L 取40 mm。

由已知数据可得:

1#助卷车架的张力T=152 kN，实际设计时选用了许用张力［T］＞1.5T 的助卷带。

2#助卷车架的张力T=232 kN，实际设计时选用了许用张力［T］＞1.5T 的助卷带。

3.3 张紧缸的选取

张紧缸的选取取决于助卷带张力T 和系统的工作压力，从该助卷器的助卷带安装结构形式可以得出张紧缸推力F 为:

式中，β 为张紧辊处张紧缸与助卷带之间的夹角，根据本结构取β 为10°，则可得1#助卷车架的F=300 kN;2#助卷车架的F=456 kN。

根据这一计算值和液压系统的工作压力即可选择张紧缸的型号和工作压力。

4 结束语

设计的车架互换式双带助卷器能够满足大型热轧机生产铝板带材宽度范围大的要求，且助卷车架更换简单可靠。

［1］肖亚庆.铝加工技术实用手册.第1 版.北京:冶金工业出版社，2005.

［2］邹家祥.轧钢机械(修订版).北京:冶金工业出版社，1980.