卷取機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)卷筒徑向壓力計(jì)算的探討

1、    卷取機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)卷筒徑向壓力計(jì)算的探討    金兆民摘 要：為更好地設(shè)計(jì)卷取機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)和滿足強(qiáng)度要求，本文對(duì)涉及到帶鋼在卷取過(guò)程中作用于卷筒的徑向壓力的計(jì)算和公式的選取問(wèn)題做了綜合分析和探討。卷筒是卷取機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵部位，在卷取過(guò)程中其承受的徑向壓力是校核卷筒強(qiáng)度的破壞應(yīng)力，而且卷筒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)好壞也往往直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和各種卷取缺陷的產(chǎn)生。所以如何更好地選擇計(jì)算卷筒徑向壓力，并富有有效地設(shè)計(jì)卷筒的結(jié)構(gòu)就值得斟酌和探討。關(guān)鍵詞：卷取機(jī)設(shè)計(jì)；卷筒；徑向壓力：tg333.24 ：a ：1671-2064（2017）04-0084-011 代表性公式

2、例舉關(guān)于對(duì)卷筒徑向應(yīng)力的分析與計(jì)算，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，特別是前蘇聯(lián)和日本的學(xué)者。比較有代表性的如前蘇聯(lián)的梁勃采夫、特列基雅科夫、別列諾夫斯基、克茨緬柯，德國(guó)的vater，瑞士的amann，英國(guó)的turly，日本的石井英雄、秦和宣、鈴木弘、柳修介，我國(guó)的蔣昭、連家創(chuàng)、周?chē)?guó)盈等等。文獻(xiàn)中針對(duì)卷取機(jī)或卷筒的設(shè)計(jì)而提出的計(jì)算卷筒徑向壓力的公式形態(tài)各異。方法多達(dá)二十余種，有的重于理論方面的研究，有的重于應(yīng)用方面的探討，所列的計(jì)算公式一般都在一定的假定條件下推導(dǎo)的，因而它們各自應(yīng)用于特定的卷筒結(jié)構(gòu)計(jì)算。2 公式的適用范圍及不足三類(lèi)模型的適用范圍或不足分析如下：（1）各向同性模型。第一類(lèi)是

3、把卷筒和鋼卷當(dāng)作兩個(gè)硬套著的各向同性厚壁筒來(lái)計(jì)算。如inglis公式、石井英雄小鹿敏夫公式、公式、公式。由于忽略纏卷中鋼卷各層間的緊密情況及帶材厚度方向的變化，只考慮了卷筒受力后產(chǎn)生的徑向彈性壓縮，又因?yàn)殇摰膹椥阅Ａ亢艽螅诤艽筝d荷下只有很小的變形，這樣鋼卷在纏卷過(guò)程中各層帶鋼的彈性恢復(fù)很小，各圈帶鋼的張力釋放也就很小，始終在略小于原始卷取張力的情況下箍緊在卷筒上，算得的徑向壓力將隨著鋼卷卷繞層數(shù)增加而迅速增高，直到最后，這種壓力仍趨于上升，計(jì)算值比實(shí)際值高出許多。公式也屬于此類(lèi)，不同的是在公式推導(dǎo)時(shí)人為地假定卷筒壓力按等比級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，因此在纏繞一定層數(shù)后其壓力增長(zhǎng)極慢，比前面幾法的計(jì)算值要低得

4、多。公式對(duì)inglis公式做了兩點(diǎn)發(fā)展：考慮了卷筒和帶材材質(zhì)不同的影響，以及加進(jìn)了卷繞第一層帶鋼時(shí)造成的徑向壓力部分，盡管很小，因而擴(kuò)大了inglis公式的適用范圍。周?chē)?guó)盈模型也是此類(lèi)，其研究結(jié)果盡管考慮了卷筒的當(dāng)量半徑和外徑的變化情況，但是它認(rèn)為鋼帶纏繞在卷筒上比較致密，把鋼卷和卷筒看成一個(gè)整體，這顯然計(jì)算結(jié)果有出入。以上如inglis公式、公式、公式，因?qū)訑?shù)越少帶鋼緊密程度的影響越小，卷筒徑向壓力隨卷徑的增大而迅速提高。（2）各向異性模型。第二類(lèi)如：蔣昭公式、上海重型機(jī)械廠機(jī)械科學(xué)研究院公式、公式，由于考慮到卷筒卷層間的緊密情況和鋼板的厚度變化等因素，其徑向彈性模量比帶鋼本身的彈性模量小得

5、多，即可把鋼卷作為一個(gè)各向異性厚壁筒來(lái)計(jì)算。蔣昭和a.b.，引入了鋼卷徑向壓縮系數(shù)的概念和層間變形效應(yīng)。蔣昭針對(duì)有色金屬加工，提出的卷取機(jī)卷筒徑向壓力計(jì)算的將昭公式，在實(shí)用上具有很大局限性，并不太適合鋼卷。通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出了低碳鋼板疊壓縮曲線和帶鋼的壓縮系數(shù)及其與鋼板厚度的關(guān)系。上海重型機(jī)械廠機(jī)械科學(xué)研究院公式也與此公式一樣，只是間接考慮了緊密的影響，計(jì)算結(jié)果比第一類(lèi)公式要低得多，也相對(duì)接近實(shí)測(cè)數(shù)值。對(duì)非徑縮結(jié)構(gòu)卷筒卷取大型鋼卷的情形還是具有一定適用價(jià)值的。（3）卷筒縮徑模型。此一類(lèi)公式比較新穎的是，胡匡復(fù)模型中提出了在機(jī)械縮徑情況下，卷筒外表面徑向變形的當(dāng)量剛度系數(shù)的確定。但在確定四棱錐卷筒的當(dāng)

6、量?jī)?nèi)徑和軸向剛度以及徑縮時(shí)的力學(xué)平衡條件等方面給出了我們現(xiàn)在所常用的計(jì)算公式。m.vater等人為了使以鋼卷是各向同性厚壁筒為前提的理論公式計(jì)算值滿足實(shí)測(cè)結(jié)果。在公式推導(dǎo)中引入層間滑移概念和修正系數(shù)，但這樣做并沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。鈴木弘則提出卷取張力大時(shí)，鋼卷產(chǎn)生滑移而卷緊，使徑向壓力增大，這種滑移和自動(dòng)縮徑時(shí)的滑移有所差別，它更微觀一些。叢書(shū)和從設(shè)計(jì)四棱錐卷筒的需要出發(fā)，給出了計(jì)算可徑縮卷筒徑向壓力的公式，系數(shù)k考慮了自動(dòng)徑縮對(duì)徑向壓力造成的影響；系數(shù)c考慮了帶材張力和棱錐角的影響，考慮因素較多；計(jì)入了層間摩擦的影響，使公式的應(yīng)用范圍可擴(kuò)大到熱軋帶鋼卷??；但系數(shù)的選取由實(shí)驗(yàn)曲線得出，需要較多

7、的經(jīng)驗(yàn)。劉思泉認(rèn)為自動(dòng)縮徑后卷筒仍有一定的剛度，同時(shí)還考慮了鋼卷軸向應(yīng)力分布不均的情況，通過(guò)乘以一個(gè)張應(yīng)力集中系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)處理顯得有些粗糙，李健等人對(duì)此進(jìn)行了完善。其對(duì)層間變形的處理方法無(wú)疑是正確的，對(duì)大張力冷軋卷取是有一定效果的。王祖城、李健認(rèn)為卷筒徑向壓力是用于校核卷筒強(qiáng)度的破壞應(yīng)力，并以inglis公式為基礎(chǔ)，深入地探討了卷取張應(yīng)力沿板寬中部集中時(shí)脹縮式卷筒的力參數(shù)變化規(guī)律。3 結(jié)語(yǔ)對(duì)于徑向柱塞式卷筒、斜楔式卷筒、四棱錐式卷筒，用得相對(duì)普遍，設(shè)計(jì)時(shí)，主要是根據(jù)帶材軋機(jī)的性能及軋制工藝的要求，來(lái)選擇卷筒結(jié)構(gòu)形式，粗略計(jì)算時(shí)可使用第一類(lèi)模型，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用另兩類(lèi)模型。高速冷連軋機(jī)，要求卷取機(jī)的卷筒脹徑后為一整圓、結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、動(dòng)平衡性能好、慣性小和結(jié)構(gòu)緊固可靠，多采用不帶鉗口的斜楔式或四棱錐式卷筒；在精整機(jī)組上采用比較小的張力，通常用斜楔式卷筒，徑向柱塞式、弓形塊式卷筒也有應(yīng)用，諸如此類(lèi)一般選用各項(xiàng)異性縮徑模型計(jì)算較符合實(shí)際。因此，針對(duì)不同形式的卷筒設(shè)計(jì)時(shí)其徑向壓力的計(jì)算值得細(xì)究。參考文獻(xiàn)1鄒家祥.軋鋼機(jī)械（修訂版）.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.6.2周?chē)?guó)盈.帶鋼卷取設(shè)備（修訂版）.冶金工業(yè)出版社，1992.12. 中國(guó)科技縱