基于案例分析镀锌机组立式活套的设计及改造

【摘 要】文章通过通过对某钢铁集团1450mm冷轧工程连续热镀锌机组入套的组成及各部件功能的分析，计算了活套小车控制行程及卷筒轴与联轴器过盈量，指出国内外已有活套在设计上存在的不足之处，并进行了局部改造；仅供参考。

【关健词】案例；镀锌机组；设计参数；立式活套改造；改进

1 某钢铁集团冷轧工程立式活套的设计参数及结构

某钢铁集团1450mm 冷轧工程连续热镀锌机组的入套采用立式活套，并进行了局部的改造，其主要技术参数如表1所示。

表 11450mm 热镀锌机组入套主要技术参数

项目 参数

带钢宽度/mm 1000～1250

带钢厚度/mm 0.6～0.25

入口段速度/(m/min) max.270

工艺段速度 （m/min） max.200

带钢入、出口带钢差(m/min) max.80

入口段加速度(m/s2) 正常0.4，快速0.8

工艺段加速度(m/s2) 正常0.2，快速0.4

活套有效贮量 /m 500

入套车辊子数量 10个

该钢铁集团连续热镀锌线入套由底部滑轮组、钢结构框架、活套小车、卷扬传动装置、顶部辊组、制动装置、导轨与配重等几部分组成，如图1所示。 活套小车在卷扬钢丝绳的牵引下沿着导轨上下滑动，实现放套与充套的工艺要求。 带钢穿过顶部辊组与固定在活套小车上的活套辊组形成套量。在顶部辊组上装有气缸驱动的制动装置，实现带钢的制动与锁紧。通过配重块来平衡活套小车的自重，从而实现活套小车理论上零重量。电机与减速机通过鼓形齿联轴器及盘式制动器相连接，确保了系统的安全性能。卷筒与卷筒轴之间采用热装无键过盈连接，在满足轴的机械强度条件下，大大减小轴的直径及重量，从而减小了卷筒的转动惯量，有利于系统的快速反应与精确控制。

图 1立式入套结构布置

1―活套小车；2―改向滑轮；3―卷扬传动装置；4―导轨；5―钢结构框架；6―配重顶部滑轮；8―顶部辊组；9―带钢制动装置

2 主要设计计算

2.1 活套小车控制行程计算

在满足设备工艺套量的基础上，保证生产线在紧急情况下能够正常稳定运行，需要对活套小车的控制行程进行准确计算。各控制开关的布置如图2所示。

图2控制开关布置

为活套车的有效行程； 为带钢出入口最大速度差； 为带钢最大工艺速度； 为辊子数量； 为带钢加速度。

2.1.1 上部放套开关行程计算

活套车最大放套速度为：

带钢由最大速度差按正常加速度降为零速度差所用时间：

取开关安全距离容量为0.2m，故最终取

取开关安全距离容量为0.2m,故最终取

2.1.2 下部冲套开关行程计算

活套车最大冲套速度：

取开关安全距离容量为0.2m，故最终取

取开关安全距离容量为0.2m,故最终取

取开关安全距离容量为0.2m，故最终取 :

活套小车最大控制行程距离：

2.2 卷筒轴与联轴器过盈量的计算

为了使轴的直径在满足强度的条件下，尽可能的减小，以减小卷筒的转动惯量，卷筒轴的设计采用无键过盈联接。

2.2.1 传递载荷所需的最小过盈量

传递载荷所需的包容件最小直径变化量：

传递载荷所需被包容件的最小直径变化量：

传递载荷所需的最小过盈量：

其中， 为为传递载荷所需的最小压强； 为结合直径；系数 ，系数 ；为包容件的弹性模量； 为被包容件的弹性模量。

2.2.2 不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量包容件最大直径变化量：

被包容件最大直径变化量：

不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量：

其中， 为不产生塑性变形所允许最大结合压强。

2.2.3 配合选择

基本过盈量 故选择基孔制过盈配合。

3 活套结构的不足及其改造方案

国内外现有的热镀锌机组入口立式活套在实际生产中反映出一些设计上的不足。具体如下所述。活套辊布置见图3。

3.1 带钢在活套内部跑偏问题及其改进方案

以往的热镀锌入口立式活套只在活套出入口端安装2个纠偏辊，以保证活套中带钢不偏移。但由于活套内部带钢较长，且活套张力波动较大，很容易使带钢在活套内部跑偏，严重影响生产线的稳定运行，使带钢的质量、产量同时下降[3]。

为了有效地解决这一问题，此次设计在活套中间增加了一个纠偏辊（即图3 中的2#纠偏辊）。活套出入口纠偏辊与活套中间的纠偏辊，共同保证带钢沿着生产中心线运行而不产生偏移，使带钢稳定运行。

3.2 对钢结构框架产生倾翻力矩问题及其改进

采用固定辊组在底部，卷扬钢丝绳通过顶部改向滑轮拉着活套小车向上冲套，向下放套的结构形式，由于带钢在运行中具有一定的张力，因此钢丝绳的拉力将对钢结构框架产生一个很大的倾翻力矩，这就减小了整个框架的稳定性。此次设计入套采用固定辊组安装在框架顶部，卷扬传动装置通过固定在活套小车底部的固定滑轮与安装在活套小车正下方改向滑轮组驱动小车冲套与放套的结构型式。克服了钢丝绳对框架产生倾翻力矩的设计缺陷，提高了框架的稳定性。同时缩短了钢丝绳的长度，简化了活套小车的结构（主要表现在减少了小车上的滑轮组），减小带钢波动，使得维修更加方便。

图3活套辊布置

3.3 带钢在滑轮上打滑问题及其改进

固定辊组无驱动装置，辊子的转动依靠带钢的张力。当带钢的张力减小到一定程度或无张力时，产生带钢在辊子上打滑的现象。

改进后的设计在顶部固定辊组中增加了两组驱动装置，有效解决了固定辊子无动力及带钢在滑轮上打滑的缺陷。

以上研究及实际生产表明，改造后的立式活套克服了以往的设计缺陷，大大提高了活套的生产工艺性能及安全性能。

参考文献：

[1]金炫道，陈殿青.镀锌生产线入套控制系统[J]辽宁科技学院学报，2007，9（2）：1-2。

[2]张 美.冷轧酸洗线入套控制系统[J]电器开关，2001（1）：1-5。

[3]许秀飞.钢带热镀锌技术问答[M]北京：化学工业出版社，2007。

[4]成大先.机械设计手册[M].4版.北京：化学工业出版社，2004。