立式活套的参数分析和设计流程

田兆营

(中冶南方工程技术有限公司 湖北武汉430223)

立式活套的参数分析和设计流程

田兆营

(中冶南方工程技术有限公司 湖北武汉430223)

介绍了立式活套的功能和结构，厘清了诸多参数之间的关系，为立式活套的设计提供了理论依据。另外对立式活套设计流程进行了说明。

立式活套 参数 流程

1 概述

活套是带钢生产线连续化生产的保证，广泛应用在冷连轧、连续退火以及各种涂镀机组中[1]。活套主要分为卧式活套和立式(塔式)活套。卧式活套由于其水平布置距离较长，占地面积大，车间厂房的高度要求较小，一般常用于带钢较厚的连续机组。立式活套由于其竖直布置高度较高，占地面积小，车间厂房的高度要求较高。立式活套其辊子用量较少，与带钢的接触就比较少，这样可以有效地保护带钢表面；另外，立式活套的带钢主要是竖直布置，极大地减少了带钢粘附灰尘的几率。所以立式活套主要用于对带钢表面质量要求较高的精整机组，如：连续热镀锌机组，连续退火机组和彩色涂层机组[2]。

2 立式活套的功能结构

立式活套是一种垂直带钢动态存储装置，其功能是保证生产线工艺段能连续化运行。一般而言，带钢处理线都会在入口段、出口段分别设置入口活套和出口活套，有的还需要设置中间活套和检查活套。其工作流程是这样的：在正常运行情况下，入口段的速度比工艺段的速度高，从而使入口活套存储带钢，活套储存满带钢后恢复到与工艺段速度一致；在正常运行情况下，出口段的速度与工艺段的速度相同，出口活套处于空套状态，当出口分卷或者减速时，出口活套开始充套，当分卷完成后，出口活套快速释放，恢复到空套状态。

立式活套一般由安装在底部的固定辊组、安装在活套车上的移动辊组、活套移动车、驱动装置、滑轮组、配重以及活套塔钢结构等几大部分组成。如图1所示，带钢依次在底部固定辊组和活套车移动辊组之间有序穿入，传动装置驱动活套车的上下移动，使活套完成充套和放套。传动装置为带钢提供张力，其一般安装在地面上，也可根据情况安装在坑基中。传动装置由电动机、减速机、联轴器、卷扬机构、钢丝绳以及滑轮组构成。钢丝绳用来牵引活套车升降，为使钢丝绳所受拉力减小，一般都采用滑轮组。钢结构上设有轨道，活套车和配重上分别设有滚轮，用来导向和减小摩擦，活套车的重量几乎被配重所平衡。底部固定辊子上设有带钢夹紧装置，当带钢断带或者紧急停车时，用来夹紧带钢。部分底辊上还设有带钢张力补偿装置，使带钢张力维持稳定。

图1 某立式活套结构简图

1-固定辊组; 2-活套车框架; 3-移动辊组; 4-活套塔钢结构; 5-塔顶绳轮组; 6-配重; 7-钢丝绳; 8-驱动装置; 9-带钢; 10-活套车绳轮组

3 立式活套的力能参数分析

由上述可知，立式活套部件众多、结构复杂，内外部参数间相互制约因素多，设计时需要进行全面谋划。在此以活套的功能本质为出发点，试图理清活套各个参数间的关系，为活套的设计提供依据。为简化计算，以下的讨论均以单活套车型立式活套为设计前提，且一个立式活套只有一台电机。

3.1 设计初始参数

设计初始参数是整个活套设计的依据，主要从工艺参数中读取或计算出来。具体参数如下：

1)产品规格。包括带钢厚度、带钢宽度等；

2)工艺速度。包括入口段速度、工艺段速度、出口段速度、平整段速度等；

3)生产线上各段的带钢张力表；

4)活套的套量。活套的套量一般由工艺专业根据生产线的工艺段速度和最大停顿时间等因素确定；

5)活套的急停时间和快停时间；

6)带钢单层张力T(kN)。

带钢单层张力T(kN)是个很重要的参数，其数值等于单位面积张力乘以带钢厚度再乘以带钢宽度，分别从工艺参数中选取，从中选取最大值作为计算条件，以使得活套能满足各种工况。

7)带钢进入和离开活套的速度差ΔV(m/min)

对于ΔV关注的是其最大值。对于入口活套而言，其极限情况是工艺段正常生产，入口段倒卷，此时

ΔV=V倒卷+V工艺

对于出口活套，其极限情况是工艺段正常生产，出口段倒卷，此时

ΔV=V倒卷+V工艺

式中V倒卷—带钢的倒卷速度，m/min；V工艺—带钢在工艺段的速度，m/min。

上述的速度在计算时，都默认为标量值。

上述的初始参数，在以下的计算讨论中都被默认为定值。

3.2 力能参数分析

传动装置是立式活套的设计重点，也是一个难点[2]。对立式活套力能参数的分析将为传动装置的设计提供依据。

立式活套的结构参数包括：整个活套的跨度、高度和宽度，转向辊直径和辊身长度、带钢层数M、钢丝绳根数z、钢丝绳层数k、钢丝绳直径d(mm)、活套车重量G车(kN)、配重重量G配重(kN)、卷筒直径D(mm)、活套车的总行程S0(mm)、活套车的工作行程S1(mm)等。图2是某立式活套的简化受力分析图。由受力分析可知：

图2 活套受力简图

1-活套车滑轮组; 2-活套车; 3-钢丝绳; 4-固定滑轮组

单股钢丝绳上所受拉力：

∑T=M×T

式中 ∑T—带钢总张力；G满套带钢自重—活套满套时，套内所有带钢的总重力；

ΔG—活套车与所有对应配重的重力差值，设计时一般按3%～5%G车取值。

钢丝绳一端固定在卷筒侧壁上，然后在定滑轮和动滑轮之间有序穿入，另一端可以固定在定滑轮(图2所示的B)或者经过定滑轮最终固定在活套车上(图2所示的A)。

k=2n(图2所示的B)；

k=2n+1(图2所示的A)。

式中n—活套车上的滑轮(即动滑轮)的个数。

不同的带钢处理线，带钢的规格和带钢单位张力不尽相同，但一般而言，单层带钢张力T一般在几kN到几十kN之间，带钢层数一般在10到30之间，所以，带钢总张力一般都在数十kN到数百或上千kN。而活套车的重力一般在几十kN到几百kN，相对于带钢总张力，ΔG是个小数值，在活套进行初始参数设计时可忽略不计。而G满套带钢自重的影响一般要大于ΔG。根据生产线的不同其影响比重不尽相同，但一般都在10%左右，不超过20%，在探讨参数之间的相互影响关系时可暂时不予考虑，选型时适当考虑富余量，待完成基本方案设计后再进行相关验算和校核。综上，经简化后：

根据物料输送平衡原则，活套车速度：

单根钢丝绳速度：

卷筒转速：

电动机需要提供的功率：

η总=η1×η2×η3×……

式中η总—整个机械传动机构的总效率；η1、η2、η3…—代表各个传动机构的效率。

如上所述，略去ΔG、G满套带钢自重的影响，简化得：

整个传动系统的总效率η总是一个可以设定的值，由此可以看出，在工艺参数T与ΔV确定后，即可估算出电动机功率P。

卷筒上的转矩：

减速机减速比：

式中n电动机—电动机的转速， r/min；f—交流电频率，Hz；n卷筒—卷筒的转速，r/min。

电动机所提供扭矩：

综合考虑价格、重量和占地面积等因素，电动机极对数一般选2或3对，减速机一般选用二级或三级减速机，电动机的转速n电动机即可算出，可视为选定值。所以电动机所需提供的扭矩也只与工艺参数T与ΔV有关。

综上所述，活套力能参数的初选只与工艺参数T与ΔV有关。最后在选型时再考虑η总、ΔG、G满套带钢自重等影响。这个结论极大的简化了立式活套的传动选型计算，给立式活套传动装置的初步选型设计带来了方便。

4 立式活套的设计流程

在带钢的规格既定后，根据带钢厚度和产品质量要求确定转向辊的直径，根据带钢最大宽度确定辊身长度[3]，活套的宽度就可大致确定；活套车的运行速度和停车时间都有严格的规定，因为活套车运行速度的加快势必会增加磨损，停车时势必会有过大的冲击，这是需要避免的。那么带钢层数就可以初步确定，转向辊数量和布置即可确定，活套的跨度即可确定；再根据活套的套量和带钢层数即可确定活套车的有效行程，再根据急停时间，确定刹车距离，再加上其他结构(如缓冲装置)等就可以确定活套的总体高度。立式活套塔的具体参数还需满足结构专业的抗震等要求。如果活套的高度受限，且需要更大的套量，可以把活套设置成双活套车的型式布置。 再根据上述的受力分析结果完成电动机和减速机的选型、钢丝绳选型和卷筒的参数。在此基础上，再进行细化设计，包括传动辊、自由辊、活套车、配重等细部结构设计。从而最终完成整个立式活套的设计。

5 结语

就立式活套的设计而言，力能参数的选取对电机选型有决定作用。本文厘清了重要参数之间的关系，对立式活套各结构之间的关联、设计流程进行了说明，可为以后其他同类设备的设计提供参考。

[1]邹家祥.轧钢机械(修订版)[M].北京：冶金工业出版社，2007．

[2]刘刚.活套的结构分析与设计[J].梅山科技，2013(3)：48-51．

[3]李彦清.关于活套设计的几点考虑[J].钢铁技术，2008(3)：16-19．

Parameter Analysis and Design Procedure of Vertical Looper

Tian Zhaoying

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan 430223)

This article introduces the function and structure of vertical looper, clarifies the relationship among various parameters, and provides a theoretical basis for the vertical looper design. In addition, the design flow of the vertical looper is described.

Vertical looper Parameter Procedure

田兆营，男，1982年出生，毕业于辽宁科技大学，硕士，工程师，从事冶金设备设计工作

TG335.86

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.005

2014-04-07)