转盘式双卷筒卷取机结构设计与计算

论文摘要

随着经济建设的迅速发展,尤其是冶金工业发展的迫切需要,新上或改造的高速带钢冷连轧机组日益增多,转盘式双卷筒卷取机以其高效、连续的带钢卷取方式,已成为带钢冷连轧生产线,尤其是全连续的冷轧带钢生产线的首选卷取设备。该设备结构设计紧凑,可节省设备安装空间,节省机组投资。当其被用于改造项目时,可将改造量降至最低。它同时也可适用于生产线入口段的开卷操作。该设备在国外已得到广泛使用。转盘式双卷筒卷取机是一种可回转的双卷筒卷取机。该设备属于大型高速回转类机器,其内部驱动系统相当复杂(传动级数多,传动轴长,构造复杂),是一种设计和制作难度非常高的冶金机械设备。国内目前尚不具备进行该产品自主设计的能力。国内钢厂对转盘式双卷筒卷取机的需求量很大,尤其是新上或改造的高速冷连轧机组等。国内继宝钢最先从西马克和日本整机引进后,陆续有多家钢厂也开始选择这种卷取机。例如攀钢、邯钢、涟钢、马钢等,估计目前转盘式双卷筒卷取机在国内钢厂的拥有量已超过20台。但均为国外设计,国内合作制造,但部分关键配套件仍由国外引进。在收集钢厂引进设备资料的前提下,我们通过消化吸收,拟定了产品钢卷规格及主要工艺、设备参数,进行转盘式双卷筒卷取机的技术研究。在不同工况及负载变化、参数变化(卷取速度、卷取张力等)下,进行卷取机主要参数确定及主要件的受力分析,通过对转盘式双卷筒卷取机的结构分析及计算,为自主研发设计该类型卷取机提供了相应的设计理论和方法,将能够自主研发设计该卷取机,最终达到实现转盘式双卷筒卷取机国产化的目标。论文主要研究内容如下:(1)转盘式双卷筒卷取机结构分析:研究分析转盘式双卷筒卷取机的结构特征,卷取机在冷连轧机组中的布置位置,卷取机的主要组成部分:卷筒、卷筒涨缩装置、卷取机的传动机构、卷取机大转盘旋转装置、大转盘锁紧装置、活动支承、卷取机压辊、皮带助卷器的结构特点。研究分析了转盘式双卷筒卷取机在冷连轧机组中的工作过程和工作原理。研究分析了转盘式双卷筒卷取机在装配上的技术难点及须注意的技术特点。(2)转盘式双卷筒卷取机的主要参数计算:在收集钢厂引进设备资料的前提下,我们通过消化吸收,拟定了产品钢卷规格及主要工艺、设备参数,进行转盘式双卷筒卷取机的技术研究。对卷取机主要参数:卷筒直径、卷取张力、卷取速度调节、卷筒的径向压力、卷筒涨缩油缸的能力和尺寸进行了分析确定。在有载状态下计算确定双卷筒卷取机主电机功率。编制了主电机功率分析计算软件,分析负载变化、参数变化(卷取速度、卷取张力等)时主电机功率的确定。(3)转盘式双卷筒卷取机主要件的受力分析:对转盘式双卷筒卷取机重要件(内传动空心长轴、外传动空心轴、大转盘齿圈)使用PRO/E软件进行实体三维建模,然后使用ANSYS软件建立有限元模型,对其在有载状态下进行有限元分析。进行负载变化、参数变化(卷取速度、卷取张力等)时主要件各截面的应力变化分析。(4)转盘式双卷筒卷取机分析结果及展望:通过对设备的消化吸收,掌握了双卷筒卷取机的设计结构、工作原理。通过有限元分析,有针对性解决了工程使用中的一些实际问题。采用有限元分析,与传统方法相比,提高了分析精度与设计质量。为进一步改进该类型转盘式双卷筒卷取机相关件的设计,提高使用寿命提供了可靠的理论依据。通过论文的研究工作,为自主研发设计该类型卷取机提供了相应的设计理论和方法,为自主研发设计该卷取机,最终达到实现转盘式双卷筒卷取机国产化的目标提供了可行的方法和手段。因此该论文具有重要的理论意义和实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的主要意义
• 2 转盘式双卷筒卷取机结构分析
• 2.1 结构特征
• 2.1.1 转盘式双卷筒卷取机布置位置
• 2.1.2 转盘式双卷筒卷取机结构简述
• 2.2 工作原理
• 2.3 技术特点
• 2.4 小结
• 3 转盘式双卷筒卷取机主要参数确定
• 3.1 卷取机的技术经济指标
• 3.2 卷取机主要参数确定
• 3.2.1 卷筒直径的选择
• 3.2.2 卷取张力的确定
• 3.2.3 卷取速度调节
• 3.2.4 卷筒传动主电机功率计算
• 3.2.5 电机选型软件设计
• 3.2.6 卷筒的径向压力
• 3.2.7 卷筒涨缩油缸的能力和尺寸
• 3.3 小结
• 4 转盘式双卷筒卷取机主要件的受力分析
• 4.1 卷取机主要件的受力分析法
• 4.2 卷取机主要件有限元计算
• 4.2.1 内传动空心长轴、外传动空心轴的三维建模
• 4.2.2 内传动空心长轴有限元结构线型静力分析
• 4.2.3 外传动空心轴进行有限元结构线型静力分析
• 4.2.4 内传动空心长轴花键有限元接触分析
• 4.2.5 外传动空心轴花键有限元接触分析
• 4.2.6 大转盘单个齿有限元接触分析
• 4.3 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录