冷軋帶鋼重卷機組卷取機卷筒橡膠套筒的設計與運用

胡世標 吳致輝 吳久福

（1.湖南科美達重工有限公司，湖南岳陽 414000；2.湖南科美達電氣股份有限公司，湖南岳陽 414000）

0.引言

隨著冷軋帶鋼軋制[1]技術的進步，特別是經精整、鍍鋅、彩涂、重卷等處理的鋼卷，更有市場價格優勢，促使廣大鋼廠對冷軋帶鋼生產線的設備質量提出了更高的要求。

1.常規卷筒的不足

冷軋卷取機廣義上是包括冷軋生產線和退洗、鍍鋅、彩涂、重卷等后處理生產線出口段的卷取設備，其作用主要用于帶鋼卷成卷，同時在帶鋼生產過程中建立前后張力。

冷軋卷取機采用的卷筒有開式和閉式兩種形式。開式卷筒系指脹徑后各扇形板之間有一條開口，一般用于較厚帶鋼的卷取或開卷。閉式卷筒系指卷筒脹開后表面為一封閉的整圓，無縫隙。卷取較薄帶鋼時不產生壓痕，并可降低脹縮缸的平衡推力，減小脹縮油缸的大小。常規卷取機卷筒[2]一般帶有鉗口裝置，卷取帶鋼時難以形成完全封閉的真園狀態，卷出來的鋼卷板形差，鋼卷內圈有折痕、壓印或塔型、溢邊等質量問題，特別對薄規格的帶鋼影響更大，前幾圈折痕明顯，降低了成材率。

為了得到高質量的鋼卷，許多鋼廠都用封閉式卷筒帶助卷器的方式來代替原來帶鉗口非封閉式的卷筒。但這種純鋼性封閉式卷筒，因帶鋼與卷筒之間的摩擦，也影響了成品鋼卷的外表質量。

因此與冷軋卷取機卷筒配套的橡膠套筒，也就應運而生，這種橡膠套筒成圓筒體狀，采用橡膠與麻線纖維合注而成，既保證卷取帶鋼所需的剛度，又不失彈性，有利于保護鋼卷的表面質量。材質要有良好的彈性，不能在卷筒收縮時橡膠套筒不能回縮，或無法脹開。良好的疲勞壽命，保證橡膠套筒在高速、重載條件下長期使用。良好的耐溫性能，在帶鋼溫度120℃的情況下，能保證材質性能不發生裂化。較高的材料摩擦系數和內、外表面的特殊設計，確保橡膠套筒在使用時不打滑，并且在卸卷時，套筒與鋼卷能很好的分離。

2.橡膠套筒的使用條件

橡膠套筒的設計與卷筒的結構、卷筒的脹縮范圍、卷取張力以及脹縮油缸的工作壓力有關。帶鋼的厚度、帶鋼的材質、工作溫度和生產速度也對橡膠套筒有影響。

（1）要選用橡膠套筒，首先要求卷筒的脹縮范圍比較大，并且要求卷筒脹開時處在一個真園狀態，這時裝在卷筒上的橡膠套筒外圓就會形成一個與卷筒同心的近似圓，這樣卷取出來的鋼卷成形就好。

卷筒脹縮范圍比常規卷筒要大，既要保證卷筒正常的卷取與卸卷，又要保證橡膠套筒的預脹緊。

（2）橡膠套筒要正常使用，還必需有配置雙行程脹縮油缸，其中一級行程是用于橡膠套筒的裝拆，在卷筒安裝橡膠套筒和拆卸橡膠套筒時才用上。另一級行程用于卷筒裝上橡膠套筒后正常地卷取帶鋼和卸卷。

國內不少鋼廠使用的橡膠套筒都是薄壁橡膠套筒的，一般在25mm以下，薄壁橡膠套筒更容易受到卷筒脹大時圓柱度誤差的影響，同時容易疲勞，往往使用一段時間后，橡膠套筒會松弛下來，需放置一段時間后才能恢復使用。但薄壁橡膠套筒對卷筒的脹縮范圍要求不是很嚴。

3.厚壁橡膠套筒的的設計與選用

（1）國內某冷軋廠冷軋重卷機組是由某設計研究院供貨，上機一年因鋼卷卷型問題，某冷軋廠提出設備改造，原卷筒結構為帶鉗口的棱錐套式。現要求增設皮帶助卷器，卷筒帶橡膠套筒，并保證帶橡膠套筒后卷筒的工作直徑不變。

考慮到用戶可用于多規格鋼卷的卷取，改造后的卷筒本體的脹徑（真圓）為φ508mm，為確保在φ508mm脹徑狀態卷出較好的鋼卷，卷筒采用的結構形式為封閉的橫梁斜楔式[3]，卷筒斷面圖如圖1所示。

圖1 卷筒斷面圖

這種卷筒結構緊湊，脹徑（真圓）是一個整圓，封閉無縫隙，卷筒質量分布對稱均勻，鋼卷成形比較好，但因斜楔都裝在主軸上，減少了主軸直徑，降低了主軸強度。為保證卷筒脹縮范圍有利于裝卸橡膠套筒，斜楔的傾角選定為22°，經計算要保證鋼卷的正常卷取和卸卷，卷筒的脹縮范圍為φ508mm～φ476mm，（此時卷筒帶橡膠套筒的脹縮范圍為φ610mm～φ584mm），工作行程為56mm。要保證橡膠套筒的安裝與拆卸，卷筒還需要一級脹縮油為φ476mm～φ468mm，裝拆行程為14mm，卷筒的總行程為70 mm。

（2）當卷筒處于φ468mm最小圓時，如圖1所示，卷筒處在一個直徑為φ478.3mm的圓內。所選用的橡膠套筒自然狀態時，內徑必須略大于φ478.3mm，設定為φ481mm，這樣每邊約有1.5mm的間隙，方便橡膠套筒的安裝。當卷筒裝上橡膠套筒再從φ468mm脹至φ508mm，卷筒外圓直徑要達到φ610mm的工作圓狀態，此時橡膠套筒壁厚為51mm。考慮到橡膠套筒的材質特性，橡膠套筒壁厚自然狀態時可增至54mm，因此，設定橡膠套筒自然狀態內外圓尺寸為φ481mm～φ589mm，如圖2所示。

圖2 橡膠套筒三維示意圖

（3）橡膠套筒要正常使用，需要一個雙行程脹縮油缸，同時需要兩個進油管路，和一個回油管路，同時閥臺和控制系統也作同步改造。兩種行程分別為卷筒卷取帶鋼和卸卷的工作行程以及膠套裝拆行程，如圖3所示。卷筒安裝橡膠套筒時漲縮油缸全行程回縮，當橡膠套筒安裝在卷筒上后，卷筒脹開，將脹縮油缸行程控制在工作行程，此時卷筒可在φ476mm～φ508mm之間脹縮，實現卷筒正常卷取和卸卷。

圖3 行程示意圖

（4）橡膠套筒正常使用，除了常規采用雙行程脹縮油缸來實現外，另外還有兩種方式可以考慮。一是配置帶位移傳感器的脹縮油缸，這是目前新設計的生產經常采用的方式，可以隨機調整油缸行程，確保卷筒正常卷取和卸卷，以及供貨橡膠套筒。二是針對改造項目，在卷筒尾部聯軸器處增設調整塊，調整塊如圖4所示。經計算確定尺寸A，當卷筒安裝橡膠套筒時，將調整塊取下，此時卷筒可縮小至φ468mm，脹縮油缸的行程為總行程70mm。當橡膠套筒安裝在卷筒上后，卷筒脹開，將調整塊裝在卷筒主軸的尾部以限位。此時卷筒可在φ476mm～φ508mm之間脹縮，脹縮油缸的行程為56mm，為正常工作行程。

圖4 調整塊剖面圖

（5）根據生產實際要求，對于卷取機為了盡可能減少卸卷時間，防止鋼卷抽芯，橡膠套筒外表面一般加工雙向螺旋槽。

為避免卷筒扇形板表面的油污或其他雜物的影響，提高橡膠套筒的回縮響應，套筒內表面通常設計若干細長槽。為了確保橡膠套筒與卷筒扇形板的良好貼合，扇形板外表面往往進行毛化處理。

（6）采用橡膠套筒后，鋼卷的的折痕、壓印或塔型、溢邊等質量問題可以完全消除，但會產生帶頭印，在帶鋼卷取時，當帶鋼繞過內圈的帶頭時，產生曲率突變凸起，在張力的作用下，使內圈的數層帶鋼產生塑性變形，產生帶頭印。為了解決帶頭印，可以在橡膠套筒軸向設計特別的一處定位槽，基本能夠消除帶頭印，如圖5所示。

圖5 定位槽示意圖

4.結語

橡膠套筒在冷軋重卷、鍍鋅、彩涂等機組上改善了成品鋼卷的表面質量，能解決鋼卷內圈黑斑、折痕、劃傷以及鋼卷鼓包。

塔型等質量問題，提高成材率，降低降等品率，同時能滿足不同卷徑的產品需要，給用戶帶來更高的經濟效益，延長了卷筒的使用壽命，正引起許多鋼廠的關注和使用。