八棱锥卷取机的结构分析

张 萍

(常州宝菱重工机械有限公司，江苏 常州 213019)

0 前言

近年来，我国钢铁产量以每年递增20%～30%的速度向前发展，并连续几年排名世界第一，钢铁产业已成为支撑国家经济发展的重要支柱。我国几大国有钢铁厂如宝钢、武钢、鞍钢、攀钢等这几年均加大了冶金设备制造的投入力度，以确保生产出高品质、高性能的钢板，随之也带动了国内钢铁设备制造业的蓬勃发展，冶金设备从以前依赖进口的格局逐渐转变为国内制造。一批关键核心设备逐渐实现了国产化，彻底取代了进口，为国家节约了大量外汇［1］。本文主要对冷轧作业线中的终端核心设备八棱锥式卷取机结构特点进行分析。

1 八棱锥卷取机的结构

八棱锥卷取机的传动机构由电机、联轴器、齿轮箱、卷筒、膨胀油缸、横移液压缸及底座组成，如图1所示。

工作时电机高速旋转，通过带制动器的小联轴器、大联轴器带动齿轮箱内的Ⅰ级齿轮旋转，Ⅰ级齿轮与卷筒轴上的Ⅱ级齿轮啮合，实现二级变速，由于卷筒轴与Ⅱ级齿轮为过盈的键槽配合，因此Ⅱ级齿轮的变速旋转也相应带动卷筒的旋转，从而实现了对带钢的绕卷。

卷筒的胀缩是通过膨胀油缸、拉杆、芯轴、扇形板、斜楔块实现的。卷筒的结构示意图如图2所示。

卷筒轴尾部的膨胀油缸在液压系统伺服阀的作用下推动卷筒内拉杆做轴向运动，拉杆通过T形套与镶嵌在芯轴槽口内的斜楔块用螺栓紧固，因此拉杆的轴向移动带动了斜楔块的位移，由于扇形板与闭合条(也叫扇形附板)内壁均有斜面，且与各自的斜楔块紧密接触，因此斜楔块的位移带动了扇形板和闭合条沿斜面方向移动，在外形上即有直径方向胀大或缩小了。在特定的直径时，卷筒胀成一完整的外圆，即为真圆，以实现对带钢的卷取;当卷取带钢到一定直径后，卷取机停止旋转，剪机剪断连续的带钢，卷筒直径缩小，钢卷小车将成卷的钢卷从卷筒上卸走，卷筒旋转和膨胀成真圆，开始新一轮的卷取工作。

2 带凸度的卷筒特点

普通四棱锥卷取机不论是正锥开式还是倒锥闭式均存在缺陷。

正锥开式结构较简单、制造加工较容易，棱锥轴直径大，硬度高，刚性好，可承受较大的张力。缺点是卷筒胀开时扇形板之间间隙过大，如图3所示，易压伤内层带钢;扇形板的尾钩在棱锥轴轴向分力作用下会产生很高的弯曲和剪切应力，易于疲劳破坏。正锥结构的主轴和膨胀油缸的连接螺栓处于不利的受力状态，常用于大张力可逆式冷轧和冷连轧机组卷取机。

图3 四棱锥式卷筒Fig.3 Structure of coiling block rectangular pyramid

倒锥斜楔闭式卷筒取消了扇形板的尾钩，显著改善了芯轴和卷筒轴以及胀缩油缸连接螺栓的受力情况。卷筒胀大时，四个斜楔与四个扇形板形成一个完整的圆柱体，解决了胀开扇形板之间缝隙对薄带钢表面质量的影响。最大特点是主轴、扇形板加工方便，不足之处在于斜楔只支持扇形板的两翼，卷筒的强度和刚度都有削弱。因此不常采用［5］。

八棱锥卷取机的卷筒比普通四棱锥卷取机卷筒增加了四对闭合条与斜楔块，在胀缩过程中闭合条随扇形板胀大或缩小，填补了扇形板与扇形板之间的间隙，弥补了四棱锥卷筒扇形板之间大间隙的缺点，卷筒胀成真圆状态时，为一完整的实心圆形，避免了卷筒卷取带钢头几层时产生压痕的现象，同时增强了卷筒的刚性。因此其芯轴的结构比较复杂，一段为圆柱体结构，另一段为八棱锥直槽结构，芯轴结构如图4所示。

而四棱锥带棱锥套式的卷取机，由于无斜楔块，因此芯轴结构较简单，均为圆柱体结构，如图5所示，但相应的，棱锥套就会比较复杂。

图4 八棱锥卷取机芯轴Fig.4 Core axis of novel octahedral pyramid recoiling reel

图5 四棱锥卷取机芯轴Fig.5 Core axis of rectangular pyramid recoiling reel

为增强卷筒的使用寿命，提高卷取冷轧带材的表面质量，具有精确凸度的卷筒应用在冷轧薄板线的八棱锥卷取机上，其结构如图6、7所示。

由于扇形板与闭合条的斜面斜率不同:1∶4与1∶2.8，因此当膨胀油缸旋转带动拉杆轴向位移时，在同一轴向距离上，扇形板与闭合条的径向位移不一致，在外形上四条闭合条凸出了扇形板，形成了带凸度的卷筒。该卷筒在使用时，由于卷筒上有凸起的闭合条，增大了与带头的摩擦力，开始卷取带钢时，在皮带助卷器的帮助下，带钢在卷筒上绕卷后，能迅速与整条机组建立良好、持续的张力，保证了卷取带钢的表面质量;同时由于闭合条的轻微凸起，减缓了钢卷对扇形板的压力磨损，保护了扇形板表面。由于闭合条所占面积不及扇形板的十分之一，因此对带钢头几层不会形成明显的条形压痕。使用该新型的八棱锥卷取机，避免了头几层带材的报废损失，提高了带钢的成卷率。

3 结束语

通过对新型八棱锥卷取机的结构进行分析，比较了四棱锥卷取机的结构特点，得出了其具有传动结构简单，卷筒结构合理，改善钢板表面质量的特点，对国内钢铁设计院的设计研究和钢厂用户的设备选型都具有一定的实际意义。

［1］ 董海红，王庆新．宝钢1580热轧平整机开卷机卷筒的国产化研制［J］．宝钢技术，2006(5):54－58．

［2］ 邹家祥．轧钢机械(二版)［M］．北京:冶金工业出版社．1998，393－410．

［3］ 张志强．卷取机有限元研究及数字化分析［D］．秦皇岛:燕山大学，2008．

［4］ 邹家祥．冶金机械设计理论［M］．北京:冶金工业出版社，1998．

［5］ 黄焕江，李轲．张力卷取机的设计要点浅析［J］．钢铁技术，2006(3):25－51．

［6］ 谢磊，祁文君，牟艳秋，等．卷取机卷筒的设计分析［J］．机械工程与自动化，2010(2):111－113．