夹送辊和张力辊的设计计算_周国盈

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1、夹送辊和张力辊的设计计算 上海冶金设计院 周 国盈 摘要 带钢精整机组中 , 一般设有夹送辊和张力辊 。 本文阐述了夹送辊和张力辊的设计计算 , 带压辊的 张力辊设计计算 : S辊设计计算 。 最后举例说 明了应用方法 。 随工 业技术的发展 , 自前国内外都 十分重 视 连续作业 的精整机组的 设计 。 机组 张力 控制仍是设计精整机组 的重大问题 。 一般在精整机组 的适当区段 , 设有夹送辊和 张力 辊 。 依靠这些设备 , 建立机组各段 合适的张力心 ; 同时 还 可用来隔离机组各段 张力 。 因 此 , 夹送辊和张力辊是能对机组张力进行控 制的 。 在生产过程中根据工 艺要求 , 对

2、某些设备张 力值要求比较严格 , 不能有较大的波动 范 围 。 如退火炉内张力波动范围为 1 2 % 。 实际 上 , 在生产过程中 , 往往由于传动辊 的 飞轮效应 , 引起能量的吸 收和 释放 , 从而产生张力变化 , 即所谓瞬态 (动态)张力变 化 。 另外由于传动辊的摩擦效 应 , 引起摩擦损失 , 从而产生稳态(静态)张力变化 。 因 此 , 在牛产过程 中应实现张力调节 , 以保持符合工 艺要求的恒张力 。 张力控制设备应包括 : 1) 建立机组各段张力值 的张力控制设备 ; 2) 实现生产过程中张力调节的 张力控制设备 。 张力调节可采用 电气液压等控 制设备来完成 , 而机组各

3、段张力值的建立 , 则由夹送 辊和张力辊等设备来实现 。 在生产中 , 带材经过 夹送辊和张力辊 的 张力是变 化 的 。 正确掌握张力变化规律 , 对 机i 1 1 .张力实现 控 制 , 提高产棍 : 质量和对 没 备设计 计算均有直接影响 。 本文将探 讨带材经过 夹送辊和 张力辊的 张力变化规律 , 并提出夹送辊和 张力辊的 设 示日;算方法 。 一 、 夹送辊设 计计算 带训 在压力你用 一卜 火 J 一寺 在两个辊子之 间 , 在其按触处产生摩擦力 , 运送带材 , 从而实现 控 制张力 。 这种装置 称为夹送辊 。 在精整 机组 ! 一l , 火送辊 一般带有前后 张力T , 、

4、 T 。, 如 图 1 所 示 。 若T , r。, 夹送辊将 由T : 力的曳引下处习 1 “发电状 态” 下工 作 , 有下 列关系 : 依靠 此摩擦力来 如 图l a 所示 。 且 T :一T。” 2卜P 卜一一带材与辊面的摩擦系数, P一一夹送辊所承受垂直方向的压力。 (1) 式中 产f , 一 叭 户 ,二 万r 一 声P不 :口 一 拟尸 a 圈, b 当T : 一T 。 2 林P , 夹送辊辊面 与带材表面出现打滑 , 使张力值产生变化 。 若T 。 T :, 夹送辊电动机出力可克服辊面接触处的摩擦力 , 使带材在摩擦力 2协P 的作用下 , 夹送前进 。 其夹送辊处于 “电动状

5、态” 下工作 , 如图1 b所示 。 且 有下 列关 京 、 T 。一 T l= 2件P (2) 当T 。一 T , 镇2 件P , 才能夹送带材前进 , 反之 , T 。一 T : 一 2协p , 则不能实现夹送 带材 。 不计轴承处摩擦消耗 , 而夹送辊处于 “ 电动状态 ” 下工作时 昆使2 林P T 。, 则 夹送辊的夹送力为 T夹 = 2 林P一T 。 (3) 夹送辊的驱动力矩为 M = :。P琴 乙 (4) 式中 , D一一夹送辊直径 。 反之 , 夹送辊处于 “发 电状 态” 下工作 , 夹送辊的 夹送力T 夹就是前张力T ;。 即 T夹= 2 卜P+T 。 这就说 明 , 夹送

6、辊是不能处于 “发 电状态 ” 下工作的 。 这 时 , 夹送辊不能产生夹送 力 , 而是以前张力T : (曳引力)作为夹送力的 。 在机组设计时 , 夹送辊的前张力T : 的选择应略低于T夹值 。 即T : T Z。 公式可 知 : T l二 T :e卜“ 即驱动的张力辊带动带钢运动 , 如图G所示 。 入口张力 若其包角为a , 由欧拉 _ 式中 卜 : 包角处带钢与辊面 的摩擦系数 。 对于钢辊取 尽 “0 . 150 . 1 8 , 对于橡胶辊取林 = 0 . 28o . 2 8) 。四 一张力扩大系数 。 对于橡胶辊使用以后被磨光 , 其摩擦系数比上述 值降低5 0%左右 。 这一点

7、在生产实践中应引起注意 。 值的变化 。 图6 由于件值的降低 , 会引起机组 张力 ! 了 ! 。 1名 召叫必 动 扭 抽秘沪秘护 默 J 口e s 次口 J .肆 算 加 礴 付脚 砂柳油脚脚阴 柳脚脚附必砂 汤 全 勺一厂厂了叮万 石 厂 寿 护百万一不 图7 为了简化计算 , 。a 值可用图表求得(见图7) 。 如 a (2 2 0 )=。 卜=0 . 25 , 即可由图 7 查得 e林a =2 . 5 6 。 进出端张力差 值T : 一T :二 T , 等于 包角处的摩擦力总和 , 即 AT = 艺F = T : (e卜a 一l ) 驱动力矩为 (3 . 85) , (15) :

8、。D 二,、,二_二、 D 乃住 =凸1 目石 =1 2 气e 卜认 一1夕二 乙 艺 (16) 事实上 , 由于带 钢具有一定的刚性 , 不 是完全 的弹性柔软体 , 由此 , 带 钢不 是 很 , J J及 贴 ” 地贴在辊子表面 上 的 。 实际包角议 应 小于理论包角 a (图6) 。 我们假定 , 在 俞和众 两弧段 上的带钢 要产生弹塑弯曲 , 并认为两者相等 。 这些假定比较符合实际 情况 “。 关于a 值, 可按实验求得 , 但目前尚缺乏这方面的实验数据 。 在设计计算时 , 可 取 a 尹= (0 . 8一0 . 9)a 。 一般说来 , 带钢越厚 , a尹值越小 。 张力辊

9、直经选择应以带钢最外层表面 达到屈 服 限为出发点 。 这样丙防止带钢产生永 久变形(伸长) 。 显然 , 张力辊直经越小 , 越容易产生塑性变形 。 因此 , 对张力辊最小 直径且有一定 限 制 。 若带钢 最外 层表面 到屈服限时 , 张力辊最小直 径为 D ,:;。二 卫l (17) 式中 式中 则有 a : E一带 钢弹性摸量(公 斤/毫米 “) h一带 钢厚度(毫米) ; a ,一带钢屈服限(公 斤/毫米 “) 。 张力辊所产生的张力值T 夹为 T := T 一 T弹塑 ; T = =T 。 e卜a, 由于T : 二T :一 T弹塑 , 所以 T 2 _ T 3 e协a, 一 T弹塑

10、 =工止少丝 - e 卜a 一 T弹塑 (18) 卜一包角处带钢与辊子表面的摩擦系数, a 声一实 际 包角 ; T弹塑一带钢在弹 塑性弯曲时所引起 的张力谊 , 其 苗可按 下式 确定 T弹塑 = ZM弹塑 D (19) 带 钢弹塑性弯曲力矩M弹塑 一可按下 式 求得 M”塑 = 一 着 a b “ 2+ 轰 a ob h Z 一 1 1 1 “, (3h 2一 h x Z) ba : 1 一 1 2 一 一 T弹塑 _ Zba 。 l D 1 2 (3h “一 h ,“) (20) 式中 h ; 二ZPd : E 为弹塑性分界区域的带钢厚度(毫来) ; E一带钢弹性摸量(公斤/ 毫米 “)

11、 ; Q s一带钢屈服限(公斤 / 毫米 “) , 尸 ,、 尸、 p一带钢在D B和A C弧段上弯曲时 曲率半径; 一般说来 , 、 D p户 育 , _ . , “ . 。、 D 目J职p= Ll 1l 乙, 丁 一一 刁. _ 、 _ J .、 _ . 、 _ 二 , 。 _ 、 D 。 一1一人 、长 二, . 阴住多考又 献贬4 , 甲建议月 Xp二 丁 , 龙小百迫日九 D 车昆子 直径 (毫米) ; h带钢厚度(毫米) ; b 带钢宽度(毫米) 。 ) ) ) ) ) ) ) ) ) i i i) ) ) . . . 爪甲lm叫不川川r甲 甲仁 仁尹 愁 “呼 呼 I I IJ

12、J J J J J J J J J J J J J J J J J J r r r 子 , 甲 . 甲 , 币币 舜舜舜 图8 T弹塑还可按 图8 求得 。 在利用图 8 时 , 应将上式(20)改写成 T弹塑 =x . y , b (2 1) 3 1 _ 、 _t_. 2 工、甲x 二了可U 。 ,少 (3h 2一 h 工2) D一 2 9曰 1 y“ 止 例如 , 按D 之 7 5 0m 皿 , 求得 x 值 , 另一方面按 p=1 . = 450及a . = 50kg/mm “, 及 a : = 50kg/ m m “, 以及h = smm 求得y , 最 后将 x 、 y两点连接成直

13、线交于P。坐标 轴上 , 得P 。= 0 . 5 , 若b = i Zoomm , 则T弹塑 = o 。 5x1 2 00 二 9 6okg 。 按 照机械另件书上的皮带传动离心力的计算方法 , 可求得带钢离心力 , 得 午 _ qV Z l 尚一 - 里兰生里 卫旦V : 9 。 8 “ 0 . sbhV Z (22) 式中 V一 带钢运 动速度(米/秒) ; h一带 钢厚度(毫米) ; b一带 钢宽度(毫米) ; q一带钢每米重量 (公斤/米) 。 其值为q 二 bh丫 , 丫为比觅(公 斤/ 米 3); 对钢带其值为7 . 8x10 3 公斤/米气 若i 一 卜及 上述带钢离心力时 ,

14、则 张 力值T Z 为 T l一 T弹塑一O 。 e卜。 , sbhV 么 一i弹塑 (23) 张力辊驱 动力矩为 M = T 3一 T 4 , 子 一 T ( e ; 一 1 , 警 一 ,。、 . 二。 _、 _ 、 , _二。,、 D 一 1 2 个 1 弹里/ 气U 尸姚 一1, .、 (24) 计及 离心力时 , 则 驱动力矩为 M 二 T + 。 . sb h V Z, 一 ,) 誓 = T Z + T弹塑 + 。 sb h V Z, _ (一:) 孚 (25) 2 . 张力辊处 于 “ 发电状态 ” 下工作 - 一 认 , 此时 , 张力辊为被动 。 带钢的张力带动张力辊作旋转运

15、动 , 如图 9 所示 , T : T ; 。 张力辊所产生的 张力值 : T Z= T 4+ T弹塑 ; T = T岭卜a , ; T 3= T 、+ T弹塑 T :二 T :e卜“, +T弹塑 = (T x+ T弹塑)e“ a, + T 禅塑 (26) 若 计 及 离心力时 T : = (T , 十T弹塑 一0. sb hV Z )e ;a + T弹塑 (27) 张力辊传动力矩(此时实为制动力矩)若计及离 心力活 响时 , 则有 、: 二 (T 一r 3 ) P 一 : (T , + T弹。 一。 . sb,V : )(e ,以 , 一1 ): 尽 乙 乙 . 多2 , (2 8) 不 ,

16、 。 毛 夕军 仰 性万 么 口娜 图10 l口 月 六9 话丫QJ正 三 、 带压辊的张力棍设计计算 在精整机组中 , 一般张力辊都加有压辊 , 借此可获得初始张力; 还可防止带钢在辊 子表面上打滑 。 打滑会使带钢出现(或加剧)跑偏 , 影响正常生产 。 应指出 , 带钢在张力辊上出现打滑 , 与所加压辊压力值有关 。 不能认为加大压辊压 力可以防止打滑 。 事实恰恰相反 , 往往减少压辊压力可以防止打滑 。 因此 , 产生另一种 想法 , 为了防止打滑 , 建议干脆取消压辊 。 实际表明 , 这种想法也是不正确的 。 这里我 们提出这样的问题 , 压辊压力值应为何值 , 才可以防止带钢 出现打滑 。 1 . 张力辊在 “发电状态” 下工作 当张力辊处于发电状态下工作时 , T : T : 。 一般压辊