卷取機傳動系統的設計計算

胡佳楠

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

卷取機是有色金屬板帶生產線上的重要設備，它負責卷取超長軋件，將其卷成卷以便于貯存和運輸。卷取機的工作狀態直接影響著軋機生產能力的發揮。本文以我院為某鋁加工廠設計的鋁箔軋制機組中的卷取機為例，給出卷取機傳動系統的設計計算方法。

1 卷取機傳動系統設計計算

在進行傳動設計時，首先根據工藝要求，由設計條件確定卷取張力、卷取速度，計算出所需的傳動功率，確定傳動比，最后完成機械設計制造圖紙。

1.1 卷取張力確定

式中：S—帶材單位張應力N/㎜2；B—帶材寬度，1330㎜；h—帶材出口厚度，0.4㎜；

在設計時應按第一道次的最大厚度乘最寬帶材的斷面積及張應力求得所需的最大張力值，按最薄產品乘最窄帶材的斷面積及張應力求得所需的最小張力值。

取Tmax=14.68kN

最大張力值與最小張力值之比稱為張力調節范圍倍數，為保證調節精度，對于一臺電機的最大調節范圍為10倍～12倍。本案通過三臺電機的串聯，可使調節范圍擴大到34倍。

1.2 最高卷取速度的確定

由于軋制過程中有前滑，卷取速度應高于軋制速度，卷取機的最高速度，一般取最高軋制速度的1.15倍～1.25倍左右，這里取1.25。主機軋制最高速度為1200m/min；求得卷取最高速度Vmax=1500 m/min。

1.3 卷取功率計算

在保持張力恒定的條件下，卷筒軸上驅動力矩則隨著卷徑的加大而增大。因此利用電機在基速以上弱磁調節，隨速度的增加力矩下降的特性進行調節，讓電機始終處在最大力矩狀態下工作，稱為最大力矩調節法。按最大力矩法，由靜張力確定的卷取功率計算公式如下：

式中：k—系數，一般取1.1～1.2；T—最大張力，14.68 kN；Vmax—對應最大張力下的最高速度，500（初定）m/min；Dmax—卷材最大外徑，2m；D0—卷材內徑（卷筒直徑或套筒外徑），0.565m；ne—電機基速，450（由電機樣本初選）r/min；nmax—電機最高轉速，1600（由電機樣本初選）/min；η—傳動效率取0.9～0.96；k系數是考慮到上述計算公式中忽略了帶材塑性彎曲所需的力矩等尚未知因素的影響作用的加大系數。

計算得：

按動力矩計算所需的電機功率，卷取機在加減速時會產生的動力矩為：

式中：J—轉動慣量；ε—角加速度；GD2—卷筒軸及電機和傳動系統折算到卷筒軸的飛輪矩kN?m2。a—加速度m/s2；g—重力加速度9.81 m/s2；R—質點的轉動半徑。

動力矩MD所需的電機功率為：

式中：MD—動力矩kN·m；n—卷筒的轉速r/min；

在設計計算初期，由于速比等傳動系統都未確定。所以一般是上述初選電機之后，以電機軸上的GD2乘以1.2～1.5的系數，（本案取1.3）作為系統的GD2。

本案軋機的卷取電機由三臺電機串聯。第一臺電機利用機械離合器可以與后面的二臺脫開，小張力時采用一臺電機工作。

綜合考慮上述計算出的由靜力矩所需的功率由內動力矩所需的功率以及電機的過載能力后從電機標本上選擇合適的電機型號：Z4-250-41型功率：3X67 kW轉速：450/1600r/min。

1.4 傳動比的選擇

電動機選定后，就要確定傳動比i。在選擇卷取機的傳動比時，應考慮所選電機的允許最高轉速nmax與基速ne之比值和最大卷徑Dmax與卷筒外徑D0之比值的大小，以便充分發揮電機的能力。

傳動比按電機最高轉速nmax與對應卷材最小直徑D0（即卷筒外徑或套筒外徑）的最高速度Vmax下的轉速之比求得，即：

式中：D0—卷材內徑（卷筒外徑或套筒外徑），0.565m；nmax—電機最大轉速，1600r/min；Vmax—最高卷取速度，1500m/min；

以上數值代人式（5）得：

最高速度時

高速檔最大張力

低速檔傳動比可按下式求得：

式中：Tmax—最大張力要求，14.68kN；Ne—電機額定功率，3×67 kW；Dmax—最大卷徑，2m；ne—電機基速，450r/min；η—傳動效率，一般取0.9～0.96，取0.96。

2 小結

以上計算選型結果總結如下：

電機型號：Z4-250-41型：功率：3X67kW，轉速：450/1600r/min；

高速檔速比：i=1.892；

低速檔速比：i=3.585；

高速檔張力調節范圍：0.23kN～7.75 kN；

低速檔張力調節范圍：0.43kN～14.68 kN；

低速檔最高卷取速度：792m/min；

低速檔最高卷取速度：1500m/min。

3 結語

本文給出的傳動比是理論值，在做減速器方案時可根據實際情況微調，只要能滿足機組速度、張力要求即可。按此方法設計出的傳動系統，在多個現場使用情況優良。