冷轧带钢重卷机组卷取机卷筒橡胶套筒的设计与运用

胡世标 吴致辉 吴久福

（1.湖南科美达重工有限公司，湖南岳阳 414000；2.湖南科美达电气股份有限公司，湖南岳阳 414000）

0.引言

随着冷轧带钢轧制[1]技术的进步，特别是经精整、镀锌、彩涂、重卷等处理的钢卷，更有市场价格优势，促使广大钢厂对冷轧带钢生产线的设备质量提出了更高的要求。

1.常规卷筒的不足

冷轧卷取机广义上是包括冷轧生产线和退洗、镀锌、彩涂、重卷等后处理生产线出口段的卷取设备，其作用主要用于带钢卷成卷，同时在带钢生产过程中建立前后张力。

冷轧卷取机采用的卷筒有开式和闭式两种形式。开式卷筒系指胀径后各扇形板之间有一条开口，一般用于较厚带钢的卷取或开卷。闭式卷筒系指卷筒胀开后表面为一封闭的整圆，无缝隙。卷取较薄带钢时不产生压痕，并可降低胀缩缸的平衡推力，减小胀缩油缸的大小。常规卷取机卷筒[2]一般带有钳口装置，卷取带钢时难以形成完全封闭的真园状态，卷出来的钢卷板形差，钢卷内圈有折痕、压印或塔型、溢边等质量问题，特别对薄规格的带钢影响更大，前几圈折痕明显，降低了成材率。

为了得到高质量的钢卷，许多钢厂都用封闭式卷筒带助卷器的方式来代替原来带钳口非封闭式的卷筒。但这种纯钢性封闭式卷筒，因带钢与卷筒之间的摩擦，也影响了成品钢卷的外表质量。

因此与冷轧卷取机卷筒配套的橡胶套筒，也就应运而生，这种橡胶套筒成圆筒体状，采用橡胶与麻线纤维合注而成，既保证卷取带钢所需的刚度，又不失弹性，有利于保护钢卷的表面质量。材质要有良好的弹性，不能在卷筒收缩时橡胶套筒不能回缩，或无法胀开。良好的疲劳寿命，保证橡胶套筒在高速、重载条件下长期使用。良好的耐温性能，在带钢温度120℃的情况下，能保证材质性能不发生裂化。较高的材料摩擦系数和内、外表面的特殊设计，确保橡胶套筒在使用时不打滑，并且在卸卷时，套筒与钢卷能很好的分离。

2.橡胶套筒的使用条件

橡胶套筒的设计与卷筒的结构、卷筒的胀缩范围、卷取张力以及胀缩油缸的工作压力有关。带钢的厚度、带钢的材质、工作温度和生产速度也对橡胶套筒有影响。

（1）要选用橡胶套筒，首先要求卷筒的胀缩范围比较大，并且要求卷筒胀开时处在一个真园状态，这时装在卷筒上的橡胶套筒外圆就会形成一个与卷筒同心的近似圆，这样卷取出来的钢卷成形就好。

卷筒胀缩范围比常规卷筒要大，既要保证卷筒正常的卷取与卸卷，又要保证橡胶套筒的预胀紧。

（2）橡胶套筒要正常使用，还必需有配置双行程胀缩油缸，其中一级行程是用于橡胶套筒的装拆，在卷筒安装橡胶套筒和拆卸橡胶套筒时才用上。另一级行程用于卷筒装上橡胶套筒后正常地卷取带钢和卸卷。

国内不少钢厂使用的橡胶套筒都是薄壁橡胶套筒的，一般在25mm以下，薄壁橡胶套筒更容易受到卷筒胀大时圆柱度误差的影响，同时容易疲劳，往往使用一段时间后，橡胶套筒会松弛下来，需放置一段时间后才能恢复使用。但薄壁橡胶套筒对卷筒的胀缩范围要求不是很严。

3.厚壁橡胶套筒的的设计与选用

（1）国内某冷轧厂冷轧重卷机组是由某设计研究院供货，上机一年因钢卷卷型问题，某冷轧厂提出设备改造，原卷筒结构为带钳口的棱锥套式。现要求增设皮带助卷器，卷筒带橡胶套筒，并保证带橡胶套筒后卷筒的工作直径不变。

考虑到用户可用于多规格钢卷的卷取，改造后的卷筒本体的胀径（真圆）为φ508mm，为确保在φ508mm胀径状态卷出较好的钢卷，卷筒采用的结构形式为封闭的横梁斜楔式[3]，卷筒断面图如图1所示。

图1 卷筒断面图

这种卷筒结构紧凑，胀径（真圆）是一个整圆，封闭无缝隙，卷筒质量分布对称均匀，钢卷成形比较好，但因斜楔都装在主轴上，减少了主轴直径，降低了主轴强度。为保证卷筒胀缩范围有利于装卸橡胶套筒，斜楔的倾角选定为22°，经计算要保证钢卷的正常卷取和卸卷，卷筒的胀缩范围为φ508mm～φ476mm，（此时卷筒带橡胶套筒的胀缩范围为φ610mm～φ584mm），工作行程为56mm。要保证橡胶套筒的安装与拆卸，卷筒还需要一级胀缩油为φ476mm～φ468mm，装拆行程为14mm，卷筒的总行程为70 mm。

（2）当卷筒处于φ468mm最小圆时，如图1所示，卷筒处在一个直径为φ478.3mm的圆内。所选用的橡胶套筒自然状态时，内径必须略大于φ478.3mm，设定为φ481mm，这样每边约有1.5mm的间隙，方便橡胶套筒的安装。当卷筒装上橡胶套筒再从φ468mm胀至φ508mm，卷筒外圆直径要达到φ610mm的工作圆状态，此时橡胶套筒壁厚为51mm。考虑到橡胶套筒的材质特性，橡胶套筒壁厚自然状态时可增至54mm，因此，设定橡胶套筒自然状态内外圆尺寸为φ481mm～φ589mm，如图2所示。

图2 橡胶套筒三维示意图

（3）橡胶套筒要正常使用，需要一个双行程胀缩油缸，同时需要两个进油管路，和一个回油管路，同时阀台和控制系统也作同步改造。两种行程分别为卷筒卷取带钢和卸卷的工作行程以及胶套装拆行程，如图3所示。卷筒安装橡胶套筒时涨缩油缸全行程回缩，当橡胶套筒安装在卷筒上后，卷筒胀开，将胀缩油缸行程控制在工作行程，此时卷筒可在φ476mm～φ508mm之间胀缩，实现卷筒正常卷取和卸卷。

图3 行程示意图

（4）橡胶套筒正常使用，除了常规采用双行程胀缩油缸来实现外，另外还有两种方式可以考虑。一是配置带位移传感器的胀缩油缸，这是目前新设计的生产经常采用的方式，可以随机调整油缸行程，确保卷筒正常卷取和卸卷，以及供货橡胶套筒。二是针对改造项目，在卷筒尾部联轴器处增设调整块，调整块如图4所示。经计算确定尺寸A，当卷筒安装橡胶套筒时，将调整块取下，此时卷筒可缩小至φ468mm，胀缩油缸的行程为总行程70mm。当橡胶套筒安装在卷筒上后，卷筒胀开，将调整块装在卷筒主轴的尾部以限位。此时卷筒可在φ476mm～φ508mm之间胀缩，胀缩油缸的行程为56mm，为正常工作行程。

图4 调整块剖面图

（5）根据生产实际要求，对于卷取机为了尽可能减少卸卷时间，防止钢卷抽芯，橡胶套筒外表面一般加工双向螺旋槽。

为避免卷筒扇形板表面的油污或其他杂物的影响，提高橡胶套筒的回缩响应，套筒内表面通常设计若干细长槽。为了确保橡胶套筒与卷筒扇形板的良好贴合，扇形板外表面往往进行毛化处理。

（6）采用橡胶套筒后，钢卷的的折痕、压印或塔型、溢边等质量问题可以完全消除，但会产生带头印，在带钢卷取时，当带钢绕过内圈的带头时，产生曲率突变凸起，在张力的作用下，使内圈的数层带钢产生塑性变形，产生带头印。为了解决带头印，可以在橡胶套筒轴向设计特别的一处定位槽，基本能够消除带头印，如图5所示。

图5 定位槽示意图

4.结语

橡胶套筒在冷轧重卷、镀锌、彩涂等机组上改善了成品钢卷的表面质量，能解决钢卷内圈黑斑、折痕、划伤以及钢卷鼓包。

塔型等质量问题，提高成材率，降低降等品率，同时能满足不同卷径的产品需要，给用户带来更高的经济效益，延长了卷筒的使用寿命，正引起许多钢厂的关注和使用。