1、精選優質文檔-傾情為你奉上本科畢業設計（論文）900mm平整機組開卷機結構設計（楊愛文）燕 山 大 學2011年6月本科畢業設計（論文）900mm平整機組開卷機結構設計學院（系）：機械工程學院 專 業：軋鋼專業 學生 姓名：楊 愛 文 學 號：6 指導 教師：王 東 城 答辯 日期：2011-6-24 燕山大學畢業設計（論文）任務書學院： 系級教學單位： 學號學生姓名專 業班 級題目題目名稱題目性質1.理工類：工程設計 （ ）；工程技術實驗研究型（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術類（ ）題目類型1.畢業設計（ ） 2.論文（

2、）題目來源科研課題（ ） 生產實際（ ）自選題目（ ） 主要內容基本要求參考資料周 次第 周第 周第 周第 周第 周應完成的內容指導教師：職稱： 年 月 日系級教學單位審批： 年 月 日注：表題黑體小三號字，內容五號字，行距18磅。（此行文字閱后刪除）專心-專注-專業摘要冷軋帶鋼的開卷絕大多數采用筒式開卷機，其設備配置較為簡單，主要由筒及其傳動系統，壓緊輥，活動支撐和推卷、卸卷等裝置組成。 該開卷機保證卷取的恒定張力，提高了帶鋼的表面質量。開卷機是成卷軋制和帶材精整機組中的重要設備。在可逆式冷、熱軋帶材軋機的前后均裝有開卷機，在不可逆冷、熱軋帶材軋機以及某些精整作業線上的出口端也裝設帶材開卷機

3、。開卷機有很大的張力以保證降低軋制壓力，減少帶鋼翹曲現象，從而提高帶鋼產品質量。全文闡述了四斜楔冷軋帶鋼卷取機的工作原理和結構設計的基本思想，同時對在應用過程中出現的一些問題進行了綜合分析并列出了一些解決方法。最后翻譯了與課題相關的外文資料并完成了本次設計。關鍵詞:開卷機，卷筒，張力AbstractOne of the decoiling belted steel fetches the overwhelming majority and adopts reel type a fetching machine, its device layout is comparatively simple

4、, by the reel and transmission mainly , compress tightly the roller , support and pushes one , unload the devices , such as one ,etc. to make up in activity. The intensity of carrying on the major part is calculated, and carry on the economic benefits of the rolling mill and appraise . This fetching

5、 machine adopts the adjustable speed electrical machinery of direct current, guarantee a invariable tension fetched, have improved the surface quality with steel. The whole characters expatiates the theory of the machine, and adduce some method for the problem appearing in the product at the same ti

6、me.At last translated some datum in foreign language, accomplished this project.Keywords: decoiling unit, drum, tension 目 錄第1章 緒論鋼鐵是國民經濟的中流砥柱，是國家的命脈，是國家生存和發展的物質保障。鋼鐵是國民經濟的重要基礎產業，是國家經濟水平和綜合國力的重要標志。在鋼鐵行業中鋼板和帶鋼是國民經濟各部門應用最廣泛的鋼材，它作為多種工業部門的原料使用。其中薄板、帶鋼的生產技術是鋼鐵工業發展水平的一個重要標志。薄鋼板除了供汽車、農機、化工、食品罐頭、建筑、電器等工業使用外，

7、還與日常生活有直接關系，如家用電冰箱、洗衣機、電視機等都需要薄鋼板。因而在一些工業發達的國家中，薄鋼板占鋼材的比例逐年增加，在薄板、帶鋼中，冷軋產品占很大部分。影響薄板、帶鋼質量及產量的因素是很多的，其中開卷機就是一個重要的因素。開卷機是軋鋼成卷生產不可少的設備，廣泛應用于酸洗機組、主機機組和各種精整機組中的開卷。開卷機的技術水平關系到機組的生產能力和帶材的質量。為適應高速化的要求，開卷機對加減速的反應要靈敏，要求轉動慣量小，動平衡性能要好。開卷設備大體可分為：懸臂式開卷機、雙圓柱頭式開卷機和雙錐頭式開卷機。懸臂式開卷機和雙圓柱頭式開卷機及雙錐頭式開卷機已成功地應用于帶材精整機組及冷連軋機組。

8、其中雙圓柱頭式開卷機由于采用兩套傳動裝置，雙圓柱頭式開卷機設備重量比懸臂式開卷機要大。懸臂式開卷機（圖1）由于卷筒長，為了考慮上料方便，要求卷筒卷徑脹縮范圍大，另外上卷時間也較雙柱頭開卷機長。但懸臂式開卷機具有剛性大，張力大等優點，因此適用于較薄帶材的開卷。脹縮式筒基本上有以下四種結構形式的：弓形板式、平行四連桿式、四棱錐式、四斜契式。開卷機一般使用四棱錐脹縮式卷筒。圖1 某機組懸臂式開卷機的結構形式近年來，冷軋帶鋼生產技術的發展主要有以下幾個方面：增加鋼卷質(重)量、提高機組和軋機的速度、提高自動化程度、改進生產工藝。近年來，隨著帶鋼生產向高生產率和高精度發展，鋼卷變得越來越重，軋制速度越來

9、越高，產品質量要求越來越高，從而對開卷設備提出了越來越高的要求。本說明書從四棱錐冷軋帶鋼開卷機的工作原理入手，著重對該開卷機的卷筒等重要部件進行了設計。由于本次設計時間有限，加之本人水平與實踐經驗的限制，在設計中難免會出現錯誤和不足，懇請各位老師批評指正，我必定耐心受教并誠心感謝各位老師。 第2章 開卷機的概念和發展趨勢2.1 選題的背景和目的 開卷機的設計，除了按一般機械設計程序進行機構和強度設計外，尚有幾個與工藝和操作有關特殊問題。如機構選擇、主要參數確定、筒壓力計算和張力、調速、卷取質量等。開卷機的結構形式的選擇，熱帶鋼卷取機裝在熱帶鋼軋機的后面地下式開卷機，一般三輥式成形輥布置多支點棱

10、錐型筒。冷軋帶鋼卷取機安裝冷軋機組、平整機組外，廣泛用于各類縱切和橫切精整機組、重卷機組和酸洗機組的不同部位以滿足不同的工藝要求。在可逆式冷軋機上軋制時，帶鋼張力由開卷機產生，因而這種開卷機要承受很大的張力，寬帶鋼的張力可達400500千牛，特別多輥軋機軋制合金薄帶材時，帶鋼對卷取機的徑向壓力極大，長期以來多采用帶鉗口的實心筒。再設置重卷機組倒卷，多采用八棱錐無縫隙筒，以防止筒損壞坯帶材表面。冷帶鋼開卷機是冷軋生產的重要設備。2.2開卷機的概述開卷設備大體可分為：懸臂式開卷機、雙圓柱頭式開卷機和雙錐頭式開卷機。懸臂式開卷機具有剛性大，開卷張力大等優點，因此適用于較薄帶材的開卷。懸臂式開卷機和雙

11、圓柱頭式開卷機及雙錐頭式開卷機已成功地應用于帶材精整機組及冷連軋機組。最近幾年，西德和美國一些機械制造公司和生產廠商，大力推廣雙圓柱頭式開卷機。國外生產事件證明，雙圓柱頭式開卷機上料操作方便，工作平穩可靠，其結構也比懸臂式開卷機簡單。其缺點是，由于采用兩套傳動裝置，雙圓柱頭式開卷機設備重量比懸臂式開卷機要大。由于雙錐頭式開卷機，錐頭部分和帶內卷圈接觸面積太小，帶張力操作時，容易損壞帶材頭部，所以目前已不大采用。 圖2-1 為某機組懸臂式開卷機的結構形式。 圖2-1懸臂式開卷機1筒2傳動裝置3減速機4電機5脹縮油缸6對中油缸2.3開卷機的結構2.3.1單筒可脹縮開卷機這種結構開卷機，其結構上與張

12、力卷取機基本相同，但在開卷機筒上無鉗口裝置。案筒結構形式不同，可分為單筒棱錐式開卷機和單筒鏈板式開卷機。圖2-2為單筒鏈板開卷機機構。它在帶鋼精整機組的頭部，用來開卷厚度為0.6毫米，寬度為500毫米的帶卷。卷重為15噸，開卷速度為3米/秒。筒的縮徑機構，依靠僅作徑向運動的四塊弓形塊3來實現。弓形塊3與內筒1用鏈板2鉸接，內筒1與心軸4采用其尾部的墊板5連接在一起。心軸4則與筒端部的軸向脹縮液壓缸活塞桿相連。若軸向液壓缸進行壓力壓油時，活塞桿與心軸4一起做軸向移動使筒縮徑。借助于彈簧的作用，使活塞桿與心軸4復位，筒脹徑。 圖2-2 單筒鏈板式開卷機結構1內筒2鏈板3弓形塊4心軸5墊板這種開卷機

13、進適用于開卷張力不大于1000公斤的卷重在15噸以下的橫切機組、清洗機組、退火機組等精整機組。對于處理卷重較大和開卷張力較大的帶卷時，可采用單筒棱錐式開卷機。圖2-3為單筒棱錐式開卷機。它用于雙機架平整機組，帶材厚度為0.15-0.8毫米，寬度為550-1270毫米。開卷速度為33米/秒或23米/秒。開卷張力為2270公斤，卷重為20000-45000公斤。這種開卷機筒由活動支撐軸頸1、拉桿2、空心軸3、扁銷4.弓形塊5、棱錐軸6以及滑鍵7等組成。 圖2-3單卷棱錐式開卷機的筒結構1活動支撐軸頸2拉桿3空心軸4扁銷5弓形塊6棱錐軸7滑鍵這種單筒棱錐式開卷機與鏈板式開卷機比較，具有剛性好、開卷張

14、力大、設備重量較輕等優點，目前已被廣泛采用。2.3.2雙錐頭無脹縮開卷機圖2-4為雙錐頭無脹縮開卷機。它用來開卷厚度為1.5-5毫米，寬度為1500毫米的帶材，開卷速度為1米/秒。這種開卷機結構簡單，其缺點是圓錐頭與帶卷內孔容易產生打滑。為了克服這一缺點，可采用錐頭可脹縮開卷機。 圖2-4雙錐頭無脹縮開卷機2.3.3雙圓柱頭可脹縮開卷機雙圓柱頭可脹縮開卷機按其脹縮方式的不同，還可分為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭式開卷機和軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機兩種。雙圓柱頭式開卷機用于酸洗機組、剪切機組及冷連軋機組。一般來說，這種開卷機用來開卷張力不大的帶厚為2-8毫米的熱軋帶鋼。對于薄帶鋼和大張力開卷時，則采

15、用懸臂式開卷機。圖2-5為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機。開卷機左右錐頭分別由液壓缸2操作，可沿其水平方向移動。借此夾持帶卷內徑，并對中機組中心線。圓柱脹縮由二個徑向液壓缸來實現。為了使兩個徑向液壓缸4作同步徑向運動，利用齒輪3實現機械同步。這種結構上克服了上述錐頭無脹縮開卷機的打滑現象，使用情況表明，效果良好。圖2-5徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機軸向液壓缸雙圓柱頭開卷機，用于五機架冷連軋機組。帶材厚度為1.5-6毫米，帶材寬度為550-1530毫米。屈服極限為37公斤/。最大卷重為45000公斤。開卷速度為10.5米/秒。開卷張力為920-9200公斤。筒結構如圖2-6所示，筒直徑為610毫米

16、，脹徑時為630毫米，縮徑時為560毫米。筒長度為855毫米，由于筒較短，把與軸向脹縮液壓缸活塞直接相連的拉桿頭部做成錐形，在錐形部位加工出燕尾槽滑動面，使它與弓形3相配合，構成斜契滑動機構。推動弓形塊脹開，筒脹徑。軸向脹縮液壓缸反向動作時，借助拉桿端部上的燕尾槽是筒縮徑。軸向脹縮 活塞直徑為440毫米，行程為221毫米。 2-6軸向液壓缸脹縮的雙圓柱頭開卷機的筒結構1空心軸2拉桿3弓形塊軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機與徑向液壓缸找那個所雙圓柱頭開卷機相比，僅僅是圓柱頭脹縮液壓缸布置方式不同。制造和使用等方面來看，軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機較好。2-7脹縮液壓缸和回轉接頭1拉桿2活塞3回轉接頭

17、2.4開卷機的發展趨勢薄板、帶鋼的生產技術是鋼鐵工業發展水平的一個重要標志。薄鋼板除了供汽車、農機、化工、食品罐頭、建筑、電器等工業使用外，還與日常生活有直接關系，如家用電冰箱、洗衣機、電視機等都需要薄鋼板。因而在一些工業發達的國家中，薄鋼板占鋼材的比例逐年增加，在薄板、帶鋼中，冷軋產品占很大部分。近年來，冷軋帶鋼生產技術的發展主要有以下幾個方面：(1)增加鋼卷質(重)量。增加鋼卷質量是提高設備生產能力的有效方法，因為冷軋帶鋼是以鋼卷方式生產的，每一個鋼卷在送到機組內軋制或處理前，都必須經過拆捆、開卷、穿帶，然后加速到正常速度工作，在每一卷終了時又需要有減速、剪切、卷取及卸卷的過程，占用較多的

18、生產時間。鋼卷質量增大后，可相應地增加作業的時間，而且由于每卷帶鋼長度的增加，帶鋼在穩定速度下軋制的時間也相應增加，機組的速度才能真正得到提高，帶鋼的質量也才能得以改善。然而，鋼卷質量也不可無限制地增加，它受到開卷機等機械設備的結構與強度的限制，也受到電動機調速范圍的限制，而且卷重太大還會給車間內鋼卷的運輸和存放帶來困難。目前，冷軋帶卷的質量已達40t，個別的達到60t，以帶鋼單位寬度計算的卷重達到30-36kgmm。 (2)提高機組和軋機的速度。20世紀50年代開卷機大都在20ms左右，60年代以來已逐步提高到30ms左右，最高軋制速度達37.5m/s。六機架冷連軋機的最高軋制速度已超過了4

19、0m/s。但是，軋制速度的進一步提高會受到工藝潤滑材料與方式的限制。其他作業線(如單機架平整機組、雙機架平整機組、各剪切機組、連續熱鍍鋅機組、酸洗機組、電鍍錫機組等)的機組速度也都相應提高。 (3)提高自動化程度。在生產操作自動化方面，普遍采用各種形式的極限開關、光電管等、對每個動作實行自動程序控制，實現了鋼卷對中、帶鋼邊緣糾偏、機組中帶鋼速度的自動調整、剪切鋼板的自動分選等自動化操作和控制。 (4)改進生產工藝。不斷采用新工藝、新設備，例如深沖鋼板連續退火作業線和淺槽鹽酸酸洗、HC軋機、和異步軋制等，以簡化冷軋工藝過程，提高冷軋帶鋼的精度和節省能量。 第3章 簡介主要參數及結構特點3.1 主

20、要參數 來料規格：經冷軋退火后的成卷帶材來料材質：Q235、Q215、08A1、20、16Mn、SPCC、SPCD、SPCE等帶材規格：厚度：0.2 1.25mm寬度： 450 750mm帶卷最大質量：8t帶卷直徑：510mm（內）、1500mm（外）帶卷機械性能： 600MPa ； 360MPa卷取速度：軋制速度（Max）：350 m / min 開卷張力： 2.5-30 kN卷筒：最大直徑： 520mm最小直徑： 460mm卷筒直徑： 510mm(正圓)卷筒寬度： 750mm3.2結構原理開卷機為帶活動支撐的懸臂式上開卷結構，主要由卷筒、活動機座、傳動裝置、浮動控制油缸和底座主要零部件組成

21、。液壓漲縮的四棱錐式卷筒由直流電機通過十字型萬向聯軸器及本體減速箱驅動。卷筒軸上方裝有油缸驅動的擺動壓輥。本體減箱機為一級圓柱齒輪傳動；硬齒面，噴油循環潤滑。減速箱低速齒輪用雙鍵固定在卷筒中空軸上。卷筒由四塊帶斜面的扇形板及T型滑鍵、四棱錐主軸、中空軸、漲縮缸、回轉接頭等主要零（部）件 組成。四棱錐主軸（倒錐式）尾部與漲縮缸的空心活塞通過雙螺母聯為一體。在軸向移動過程中通過斜面T型鍵帶動扇形板實現卷筒直徑漲縮。主軸與中空軸在徑向通過兩個導鍵連接，傳遞扭矩；漲縮缸體的法蘭固定在中空軸尾端，通過回轉接頭供油。 第4章 參數的計算與選擇4.1 卷筒的主要參數確定4.1.1卷筒的直徑確定對于冷軋帶鋼開

22、卷機，卷筒直徑的選擇一般以開卷過程中內層不產生塑性變形為設計原則。按照彈性彎曲理論，卷筒直徑與開卷帶材厚度及機械性能之間應滿足一下關系：D=715.3mm式中 E=206Gpa，=1.25mm， =360Mpa D=720mm式中 帶材的屈服極限，單位：MPa帶材的最大厚度，單位：mm 帶材的彈性模量由于本次設計是根據已有平整機組來設計開卷機，所以公式所得開卷機卷筒的直徑過大。所以在這里根據900mm平整機組的要求，選擇卷筒的直徑為510mm。即 D=510mm4.1.2卷筒寬度及最小直徑的確定卷筒筒身工作部分長度應等于或稍大于軋輥輥身長度，卷筒直徑的漲縮量應大于卷取機的卷筒漲縮量。卷取機的卷

23、筒漲縮量約為1540mm，所以在這里取開卷機卷筒漲縮量為50mm，取卷筒最大寬度為900mm，卷筒最小直徑為460mm，卷筒的最大直徑為520mm。4.2 開卷張力的選擇開卷機在開卷過程中，必須具有一定的開卷張力。精整機組開卷張力的選取應十分慎重，不合適的開卷張力會影響到精整機組的正常生產。一般開卷張力按照以下公式選取： T=式中 帶鋼厚度，單位：mm帶鋼寬度，單位：mm 單位張力，單位：N/mm2 。在機組頭部一般可取單位張力為=0.3-0.66 N/mm2，在設計計算時，上述單位張力還可按以下經驗公式計算.已知帶材屈服極限，=360MPa K張力系數，已知k取值如下表：機 組 名 稱K的取

24、值酸 洗 機 組 退 火 機 組 準 備 機 組 張力矯直機組0.03 0.050.03 0.060.03 0.050.06 0.15由于精整機組和張力矯直機組相類似，所以k取0.06 0.15。故取k=0.08則，=0.08×360=28.8MPa當=4500mm，=0.2mm時當=750mm，=1.25mm時所以：開卷張力為 2.525kN4.3 卷筒的傳動設計4.3.1 卷筒電機功率計算帶材開卷所需要的傳動功率應由帶材的張力、塑性彎曲變形、卷取速度和加速度及摩擦阻力等因素確定。由于塑性彎曲和摩擦的影響遠小于張力，所以初選電機時，額定功率可按下式近似計算：額定功率式中 kN m/

25、s 取1.05 取0.95 塑性彎曲及摩擦影響系數，取1.051.1； 開卷張力，單位：N 開卷速度，單位：m/s 傳動效率，取0.850.95計算功率，表示在各種制度下，速度和張力乘積的最大值故：kW4.3.2電機的額定轉速計算開卷機速度控制要同時考慮以下兩個因素：1、為了適應機組速度變化而調整開卷速度時，不應影響電機的驅動力矩。2、為適應卷徑變化而調整卷筒轉速時，不應引起張力的波動。一般開卷機都同時采用調壓（恒力矩）和調激磁（恒功率）兩種調速方法，分別適應上述兩種情況，以充分利用電機的容量。當電機轉速減小時，為適應其變化，采用調壓法降低電機轉速。正常開卷時，隨著開卷的進行，帶卷半徑變小，為

26、了保持張力，此用調激磁方法。卷筒電機的額定轉速必須與開卷計算轉速相配合： r/min式中： 最大卷取線速度，單位：m/s 最大帶卷半徑，單位：m傳動比 故：選取電動機型號為Z4-315-41:160KW,440V,400/1200RPM。4.4 卷筒脹縮機構受力分析由開卷機構可知，卷筒漲縮是由液壓缸驅動的棱錐軸與弓形塊配合的斜楔來完成的，此稱為卷筒漲縮機構。按斜楔角大小不同，卷筒可分為固定卷筒和縮徑卷筒兩大類。斜楔角小于滑動摩擦角（），此為自鎖情況，稱之為“固定卷筒”。在這種情況下，卷取機工作時，不論卷筒上承受多大的徑向壓力，不會使卷筒弓形塊與棱錐軸向配合的斜楔面產生相對滑動。這種卷筒在受力分

27、析時，同整體實心卷筒沒有什么區別。事實證明，這種卷筒受力極為不利。由上述分析可以知道，在整體實心卷筒上，能夠產生與帶鋼卷開卷應力相同的徑向壓縮應力。特別對于大張力開卷機，卷筒很容易產生塑性變形。由此可知，采用的“固定卷筒”是不合適的。目前我們所設計的卷筒大部分是的“縮頸卷筒”。在卷筒工作過程中，當卷筒上徑向壓力大于斜楔表面上的摩擦力和脹縮液壓缸推力時，卷筒開始收縮，稱之為“移動卷筒”。從受力情況看比較有利。這種卷筒可按彈性厚壁圓筒進行強度計算。在開卷過程中，卷筒徑向壓力達到一定數值后，卷筒開始脹徑。此時卷筒徑向壓力就會變大。隨著開卷工作的繼續進行，徑向壓力又繼續變小，當數值達到一定程度后，卷筒

28、又脹徑。一般在整個開卷過程中，卷筒要進行3-4次脹徑。 由圖4-1可以看出，當實心卷筒開卷的帶卷外徑大于卷筒3倍時，徑向壓力將超過帶材的張力。實際上所有不可自動縮徑的大張力卷筒(如錐角小圖4-1卷筒表面徑向、切向應力計算結果曲線于6°的四棱錐卷筒)的表面，開卷時都將作用有很大的徑向壓力。此壓力不僅使開卷困難，嚴重磨損棱錐面，甚至導致卷筒零件的塑性變形。隨著生產實踐的發展，卷筒的設計方法也在不斷改進。新設計的大張力棱錐卷筒的棱錐角多采用7°8°。錐面錐角大于摩擦角而不自鎖。習慣上稱這種卷筒為自動縮徑卷筒或可控制剛度卷筒，因為卷筒的剛度是可以通過改變脹縮油缸中的油壓來

29、調整的。自動縮徑卷筒的工作原理如圖b所示。隨著開卷半徑的減小，卷筒徑向壓力變小。當達到某一臨界壓力時，Q Q，棱錐軸左移使卷筒脹徑，徑向壓力隨之變大。徑向壓力的增加又使QQ，棱錐又在新位置上平衡，徑向壓力又開始回升如此形成循環，直至開卷終了。圖c以對比形式表示出自動縮徑卷筒與不可縮徑卷筒實測徑向壓力的變化規律。卷筒的自動縮徑量與臨界壓力有關，適量脹徑（一般約為0.18-3mm）可增加卷筒徑向壓力，過量增大會使內層帶卷的切向應力大幅增加，甚至出現塌卷或層間滑動而劃傷帶材表面。雖然在使用中可借漲縮缸油壓加以調整，但合理的確定,保證適量縮徑仍是自動縮徑卷筒設計的核心問題。在開卷過程中，卷筒徑向壓力隨

30、之減小。開卷初期，與斜楔摩擦表面摩擦力和液壓缸的力相平衡，卷筒不脹不縮，隨著開卷過程的進行，隨之減少，則破壞了上述平衡，卷筒就要脹開。受力分析如圖4-2所示。圖4-2 卷筒脹開時脹縮機構受力分析1-弓形塊，2-棱錐軸“1”為自由體。寫出平衡方程式在按上式確定拔出力時，取f=0.12-0.144.5 卷筒徑向壓力計算徑向壓力計算不盡是卷筒零件強度和漲縮缸推力計算的先決條件，而且與卷取質量直接相關。一般認為卷筒徑向壓力與開卷張力和帶卷直徑、帶卷和卷筒的徑向剛度（包括帶卷的層間變形效應和卷筒的漲縮性能）,帶卷介質及表面狀態、層間滑動與摩擦及帶寬等因素有關。由于這些問題在理論分析和實驗研究方面都具有較

31、大的難度，多年來國內外雖然有許多學者作了大量的研究工作，至今仍不能精確計算卷筒徑向壓力。但他們采用的分析方法及其結論，可以作為卷筒設計的參考。4.5.1 C.E.英格里斯（Inglis）公式用英格里斯公式計算卷筒徑向壓力的基本思路，是將層疊卷取的帶材和卷筒都看成是彈性厚壁筒。在張力作用下，帶卷厚壁筒的次外層受一均勻的徑向外壓力Pi。該壓力將通過層疊的帶材向卷筒表面傳遞，并使卷筒表面產生一徑向壓力增加Pi。在卷取過程中，帶材每增加一層徑向壓力相應得以增量。卷筒徑向壓力即為各層壓力增量的總和。假設卷取過程中張力恒定，卷層之間無相對滑動，壓力沿卷筒軸線方向均勻分布，帶卷厚壁筒各向同性且帶卷與卷筒彈性

32、模量相同，則卷筒徑向壓力分析屬于彈性力學平面軸對稱問題。在卷取任意i+1層帶材時，帶卷及卷筒厚壁筒受力變化的分布情況分別如圖：4-3所示。應用拉密解答和r2處的變形協調條件，可求出Pi為：圖4-3 （1）其中：式中 單位張力，單位：MPaH 帶材厚度，單位：mmr 帶卷任意第i層帶材時的帶材半徑，單位：mmr1 卷筒當量內半徑，單位：mmr2 卷筒外半徑（D/2），單位：mm對于各類弓形塊卷筒，可取弓形塊最薄處的內半徑為r1，對實心卷筒r1取零，對四棱錐卷筒r1可按下式計算：其中：A棱錐橫斷面1/2邊長的平均值，單位mm令式（1）中h=dr，表示帶卷半徑變化的增量，以定積分代替求和，按英格里斯

33、方法得到徑向壓力計算公式為： （2）式中：RC帶卷最大卷取半徑，單位mm卷筒表面的切向應力為： （3） 由于采用上述假設，英格利斯表明徑向壓力是張力和卷筒與帶卷卷徑比的函數，式（2）和式（3）的計算結果如圖a其值與不可縮徑卷筒的徑向壓力，實測值較為接近。在其它一些徑向壓力計算公式的推導過程中，有很多公式不同程度的，借鑒了英格利斯的方法。他們在補充考慮了帶卷的各向不同性，層間變形效應等因素后，計算結果一般都低于英格利斯的計算值。另有人分析認為，徑向壓力不會隨帶卷外徑增大而無限增大，而是向某一極限值逼近。4.5.2 自動縮徑卷筒徑向壓力的計算到目前為止，有很多計算卷筒徑向壓力的公式。這些公式計算結

34、果表明相差很大。至今沒有一個令人滿意的公式。理論推導所采用的某些假定條件，不能入市的反應開卷機實際工作情況。因此，在一定程度上影響著計算結果的準確性。關于卷筒徑向壓力的計算，應注意如下幾個問題：4.5.2.1 開卷機卷筒的實際工作情況在推導公式時，要盡量符合開卷機的實際工作情況。否則，所導出的公式缺乏實踐基礎。從開卷機的工作情況看，帶材是一層一層的纏繞在卷筒上的。這就表明，應研究每開卷一層在卷筒外徑上所引起的徑向壓力的變化情況。因此，把帶卷作為連續帶環多層組合彈性卷筒是比較符合實際的。目前，所設計的大部分開卷機卷筒是屬于工作過程中能自由脹徑的所謂“移動卷筒”，即卷筒在工作過程中所產生徑向位移。

35、由于卷筒的脹徑，其結果使帶材卷層間產生相對滑動，出現摩擦力。到目前為止，所有卷筒徑向壓力計算公式，都沒有計及帶材卷層間摩擦的影響。實驗證實帶卷是各向異性彈性體。也就是說帶卷的徑向彈性模量與切向彈性模量是不同的。有人曾用各向異性彈性力學方法來處理，由于徑向彈性模量是變量，其結果求解相當復雜，不便于工程計算。此外，徑向彈性模量的變化規律，尚缺乏足夠的實驗數據加以確定。蔣昭按各向異性體來考慮的計算公式，由于缺乏足夠的實驗數據，在使用上有很大的局限性。他把徑向彈性模量稱之為壓縮系數，引入系數，E為帶卷材料的彈性模量。他還建議取=7-10。經過分析=7與取=10計算結果兩者相差很大。這種方法雖然考慮各向

36、異性，但還不能得到滿意的結果。我們把帶卷作為連續組合圓筒，對每層所寫出的平衡方程，顯然是各向異性的。4.5.2.2卷筒當量半徑的確定卷筒當量半徑對卷筒徑向壓力的影響，目前缺乏應有的重視。不論是四棱錐式卷筒，還是扇形塊式卷筒，都不是厚壁卷筒。在計算卷筒徑向壓力時，往往把卷筒當做彈性厚壁圓筒來考慮。就是所謂的“當量卷筒”。當量卷筒的外半徑，就是卷筒外半徑，其內半徑就是卷筒當量半徑。的數值選取對徑向壓力影響很大。有時取大一些，即當量卷筒薄一些。反之會使卷筒徑向壓力減少。這是由于卷筒本身承受壓力以后，產生一定的徑向壓縮變形。薄壁變形值大，使卷筒與帶卷內徑松脫接觸，從而使徑向壓力不再增加。實際上卷筒徑向

37、壓力有某一最大極限值。若采取可控脹縮卷筒時，采用控制脹縮缸的供油壓力可達到控制卷筒縮徑量，從而達到控制卷筒徑向壓力。到目前為止，大多數當量半徑按某些推薦值選取。對于扇形塊式卷筒，建議取扇形塊最薄處半徑為當量半徑是比較適合的。對于四棱錐式卷筒，則應按照下述彈性變形等效條件導出。圖4-4 弓形塊受力圖1-弓形塊，2-棱錐軸四棱錐式卷筒，由棱錐軸2與四個弓形塊1組成。某一弓形塊受力如圖所示。某一弓形塊單位寬度上的平衡條件為式中 2A 棱錐軸橫斷面邊長的平均值。上式表明，半徑為卷筒上作用者徑向壓力，與半徑為的圓形棱錐軸上作用著壓力相等。這樣棱錐軸可以看成是受外壓，半徑為 的實心圓筒，即實心圓軸。由拉美

38、方程可知，對于實心圓筒，徑向壓力應與切向應力處處相等，且等于。由上式可知，其外表面徑向壓縮變形即彈性位移為：式中 E、v為卷筒棱錐軸的彈性模量和泊桑比，其值一般與卷筒 的弓形塊相同。由于 ，所以 對弓形塊外表面徑向壓縮彈性變形微分為由上述可知，半徑r處的徑向壓力 ，則 ，則上式變為：兩邊取積分，即卷筒外表面總的徑向壓縮彈性變形為 若把卷筒看成受外壓、外半徑為、內半徑為的彈性厚壁圓筒，并取壓縮變形為負號。則可得卷筒外表面的徑向壓縮變形值u為按彈性變形等效條件，即 令 ，則所以已知式中，A=160mm,代入上式可求=60.668mm4.5.2.3卷筒徑向壓力公式的推導按上述連續帶環多層組合彈性圓筒

39、觀點出發，考慮卷層間的摩擦力影響，導出卷筒徑向壓力計算公式。自動縮徑卷筒徑向壓力可按此推出經驗公式推導式中 帶材層間摩擦系數。對于冷軋帶鋼推薦下列取值： 表面有油或乳化液潤滑時，=0.1 表面有少量乳化液時，=0.12 表面無油或乳化液時，=0.15 K卷筒的壓力系數縮徑狀態工作時其中，c為卷筒剛性系數，對于四棱錐卷筒，可根據帶材的單位張力由圖查處。當棱錐角為15度時，推薦c的取值為1.45-1.6。縮徑狀態的卷筒壓力可作為脹縮缸平衡力計算的依據。自縮工作時此時： 取=0.12，c=1.5,代入上式，可得可求得 所以，卷筒的徑向壓力為11.8MPa4.6 液壓缸行程的計算卷筒的脹縮由軸向液壓缸

40、來完成。由圖4-5所示為卷筒脹縮量與脹縮液壓缸位移H之間的關系。圖4-5脹縮量與液壓缸位移H之間關系卷筒脹徑直徑為，即式中 L弓形塊的弧長； G兩弓形塊之間間隙距離。卷筒縮徑直徑為以代入，得卷筒的脹縮量為棱錐軸軸向位移H與徑向位移x之間有下列關系即。所以上式變為式中，為斜楔滑塊的傾斜角，一般取值為=7°-8°。這里取=8°。所以可求得H=197.5mm。考慮到脹徑需求以及脹縮缸的傳動間隙和壓力有的可壓縮性，所以應保留一定的行程余量，故取H=200mm。 第5章 卷筒及主軸的校核5.1軸的強度校核軸上受力如圖5.1（）所示。計算時，通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，軸

41、上零件傳來的力，通常作為集中力，其作用點取為零件輪廓寬度的中點。軸上扭矩則從輪轂寬度的中點算起。軸上支撐反力的作用點，根據軸承的類型和組合確定。如果作用在軸上的各載荷不再同一平面內，可分解到個相互垂直的平面上，然后分別求出這個平面內的彎矩，再按矢量法求的合成彎矩。軸承受的彎矩20009.80.4027879.2軸傳遞的轉矩p/n2.2÷125168.08齒輪圓周力2168.08÷0.N 齒輪徑向力1400×0.N（）在水平平面內的支反力（圖5.1（）由得510×2890因此288N；510-288=222N齒輪的作用力在水平平面的彎矩（圖5.1（）

42、15;288222×0.28864（）在垂直平面內的支反力（圖5.1（）(512-288) ÷512×616N288÷512×0.56×1400=784N齒輪的作用力在水平平面的彎矩（圖5.1（）×288616×0.（）由于負載的作用，在支點和處的支反力（圖5.1（）由得51240215389N；15389+19600=34989N 由于負載的作用而產生的彎矩圖如圖5.1（）所示：×0.4027879.2圖5.1軸所受載荷根據軸的結構尺寸及彎矩圖，截面處的彎矩較大，且有軸承配合引起的應力集中，因此，處是危

43、險截面。現對其進行強度校核。由于該減速機軸的傳動，彎矩引起對稱循環的彎應力，而轉矩引起的為脈動循環的剪應力。抗彎斷面系數1.4彎曲應力幅56.3所以，軸的校核通過。5.2卷筒的強度校核在進行卷筒的強度校核時，把卷筒看成是之手外壓力，外徑為，內徑為的彈性厚壁圓筒。還要假定軸向無約束。此時，卷筒外表面的應力值應為按照第三強度理論，寫出卷筒的強度條件為同理可求出卷筒內表面（即）的卷筒強度條件為對于鋼制卷筒，其許用應力建議取值為600-800。已知=60mm，=255mm,=11.8MPa，所以可求得卷筒外表面卷筒內表面卷筒內外表面的應力值均小于，所以卷筒通過強度校核。結論在畢業設計即將結束的時候，我

44、深深的感到自己所學知識的不足。通過這次的畢業設計設計，我對大學四年所學知識有了一個全面的檢查。我這次設計的題目是冷軋機組開卷機設計，通過對于開卷機的設計、計算、受力分析等工作，使我對自己所學知識有了更深的了解和掌握。設計中難免遇到很多自己不明白的問題，通過老師的指導和個人的一些努力弄懂了一些問題，對于高深的問題還有代于工作中進一步去解決。在這次畢業設計中，我得到了指導老師的引導和督促，同學的幫助、積極心態的熏陶，才促成了設計論文的順利完成。通過這次畢業設計我學到了很多知識，同時也使我認識到自己的不足，我會再接再勵。參考文獻1 王守城,客一鳴.液壓與氣壓傳動.北京:北京大學出版社,2008:1-

45、22 許石民,孫登月.板帶材生產工藝及設備. 北京:冶金工業出版社, 2008.8:2192303 周國盈.帶鋼精整設備.北京:機械工業出版社,1979.9:22234 李海.關于開卷機筒設計的初步研討.重型機械,1979:30355 S. Maki, T. Shibata, K. Mori, H. Makino, Mushy state forging of aluminum alloy using resistance heating, 2004.2 :7117166 黃華清主編.軋鋼機械.北京:冶金工業出版社,1986:20227 S. Maki, Y. Harada, K. Mori,

46、 H. Makino, Application of resistance heating technique to mushy state forming of aluminium alloy, Journal of Materials Processing Technology ,2002.125126:477482.8 濮良貴,紀名剛.機械設計.北京:高等教育出版社,2001:50629 董海紅,王慶新.寶鋼1580平整線開卷機卷筒的國產化研制.寶鋼技術,2006,5:555810 孫桓,陳作模.機械原理.北京：高等教育出版社,2001：657211 Ivan Machon-Gonzal

47、ez，HilarioLopez-Garcia. FLSOM with individual kernel radii formation and application to optimization of a pickling line. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2010.23: 411419 12 鞏云鵬,田萬祿,張祖立.機械設計課程設計.東北大學出版社,2001:4449 13 G.C. Goodwin and R.H. Middleton, "The class of all stable un

48、biased estimators", Systems and Control Letters, 1989.13:16116314 濮良貴,紀名剛.機械設計.北京:高等教育出版社,2001:506215 W.S. Miller, L. Zhuang, J. Bottema, A.J. Wittebrood, P. DeSmet, A.Haszler, A. Vieregge, Recent development in aluminium alloys for the automotive industry, Materials Science and Engineering , 2

49、000.280:3749.致謝在這次設計過程中，得到了指導老師王東城導師熱忱細心的指導和幫助。從給我們布置設計任務，提供設計材料，講解設計思想等教學過程中，我體會到了他作為人師的強烈責任心和作為一個前輩對一個學生的關愛之情。這次設計能夠完成于王老師的幫助和教誨是不可分割的，在其間他那種對學生毫無保留，無私而又盡心的教學態度令我感動不已，也作為我完成設計工作的動力。在設計過程中，我們軋鋼專業的其他老師也給予了我很大幫助，他們的指導予傾囊相授是我們完成這次設計的前提，在此，我對所有參與畢業設計指導的老師表示誠心的感謝。附錄1開題報告一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義鋼鐵是國民經濟的

50、中流砥柱，是國家的命脈，是國家生存和發展的物質保障。鋼鐵是國民經濟的重要基礎產業，是國家經濟水平和綜合國力的重要標志。在鋼鐵行業中鋼板和帶鋼是國民經濟各部門應用最廣泛的鋼材，它作為多種工業部門的原料使用1。其中薄板、帶鋼的生產技術是鋼鐵工業發展水平的一個重要標志。薄鋼板除了供汽車、農機、化工、食品罐頭、建筑、電器等工業使用外，還與日常生活有直接關系，如家用電冰箱、洗衣機、電視機等都需要薄鋼板。因而在一些工業發達的國家中，薄鋼板占鋼材的比例逐年增加，在薄板、帶鋼中，冷軋產品占很大部分。影響薄板、帶鋼質量及產量的因素是很多的，其中開卷機就是一個重要的因素。開卷機是軋鋼成卷生產不可少的設備，廣泛應用

51、于酸洗機組、主機機組和各種精整機組中的開卷。開卷機的技術水平關系到機組的生產能力和帶材的質量。為適應高速化的要求，開卷機對加減速的反應要靈敏，要求轉動慣量小，動平衡性能要好2。開卷設備大體可分為：懸臂式開卷機、雙圓柱頭式開卷機和雙錐頭式開卷機。懸臂式開卷機和雙圓柱頭式開卷機及雙錐頭式開卷機已成功地應用于帶材精整機組及冷連軋機組。其中雙圓柱頭式開卷機由于采用兩套傳動裝置，雙圓柱頭式開卷機設備重量比懸臂式開卷機要大。懸臂式開卷機（圖1）由于卷筒長，為了考慮上料方便，要求卷筒卷徑脹縮范圍大，另外上卷時間也較雙柱頭開卷機長。但懸臂式開卷機具有剛性大，張力大等優點，因此適用于較薄帶材的開卷3。脹縮式筒基

52、本上有以下四種結構形式的：弓形板式、平行四連桿式、四棱錐式、四斜契式4。開卷機一般使用四棱錐脹縮式卷筒。圖1 某機組懸臂式開卷機的結構形式近年來，冷軋帶鋼生產技術的發展主要有以下幾個方面：(1)增加鋼卷質(重)量。增加鋼卷質量是提高設備生產能力的有效方法，因為冷軋帶鋼是以鋼卷方式生產的，每一個鋼卷在送到機組內軋制或處理前，都必須經過拆捆、開卷、穿帶，然后加速到正常速度工作，在每一卷終了時又需要有減速、剪切、卷取及卸卷的過程，占用較多的生產時間。鋼卷質量增大后，可相應地增加作業的時間，而且由于每卷帶鋼長度的增加，帶鋼在穩定速度下軋制的時間也相應增加，機組的速度才能真正得到提高，帶鋼的質量也才能得以改善。然而，鋼卷