带钢张力辊的设计计算和结构分析

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1、带钢张力辗的设计计算和结构分析高卫军二重集团（德阳）重型装备股份有限公司摘要：根据带钢张力辊在机组中的受力情况进行了分析计算，精确得到了张力辊各段的张力值及所需电机功率，从而提高了生产效率和产品质量。并对张力辊辊筒壁厚进行Y有限元分析。关键词：带钢;张力;张力辗;有限元分析;收稿日期：2017-08-03DesignCalculationandStructuralAnalysisofStretchRollforStripSteelProductionAbstract：Accordingtotheforceconditionofstretch

2、rollofstripsteel,theanalysisandcalculationhavebeenperformed,thetensionvalueofeachsectionofstretchrollandtherequiredpowerofmotorwereaccuratelyobtained,soastoimprovetheproductionefficiencyandtheproductquality.Thefiniteelementanalysiswasperformedonthewallthicknessofdrumofstre

3、tchroll.Keyword：stripsteel;tension;stretchroll;finiteelementanalysis;Received：2017-08-03张力辊是各种带钢连续处理机组（如连续酸洗、连续冷乳、酸连轧、镀锌、彩涂等机组）中重要的关键设备之一。张力辊不仅能为连续机组提供生产所需的带钢张力，并丑合理、适当的带钢张力也是保证机组稳定、高速运行的基本条件。在张力辊的设计计算时，首先要根据连续机组所处理的带钢参数（包含带钢材质、带钢最大宽度、带钢最大厚度及带钢表而要求等）、机组运行速度和张力要求等，通过计算分析确定张

4、力辗的结构型式（如两辗张力辗、三辊张力辊或四辊张力辊）、辊径及驱动张力辊所需要的电机功率。本文最后对张力辊辊简壁厚进行有限元分析计算，对张力辊辊简进行了优化设计，减少了设备投资。1理论计算1.1张力辊辊径的确定张力辊材质和几何参数的确定主要是指张力辊辊筒表面材质和辊径、辊身长度的选定。首先辊径的确定是以带钢缠绕在张力辊上不产生永久性的塑性变形为原则,即以带钢弹性极限弯矩大于等于带钢绕过张力辊的弯矩为原则。由此可计算得出张力辗辗径为：式中，0s为带钢屈服极限，早位MPa;Pw为带钢的最大厚度，早位mm;R为带钢弹恍模量，单位MPa;D为张力辗

5、辗径，单位mm。从式（1）中可以看出：张力辊辊径取决于带钢的屈服极限、最大厚度和弹性模量。但实际生产中为节约设备投资及占地面积，张力辊辊径并不是越大越好，设计时应理论结合实际，综合考虑各种因素，根据现场使用经验通过类比原则选择适合该产品方案的辊径。为增加辊子与带钢之间的摩擦力，提高张力辊自身的张力放大系数，同时避免辊子与带钢表面产生擦伤、印痕，张力辊表面通常包覆聚氨酯橡胶材料。为避免带钢在运行中跑出张力辊辊身外侧，一般辗身长度耍比机组生产带钢的最大宽度大200〜300mmo1.2张力放大系数由相关文献可知，每经过一个张力辊，张力放大系数为:

6、式中，e为自然对数的底；u为张力辗辗身与带钢之间的摩擦系数，其值跟辗筒表面材质有关，一般张力辊辊面衬胶时取值为0.18~0.28;a为带钢缠绕在张力辊上的最大伍角，单位rad,但实际生产中带钢并不是完全贴紧在辊面上，一般实际包角a’取值为（0.8~0.9）a,因此理论计算时应采用实际包角a’来计算张力放大系数。张力辊状态示意图如图1所示。图1张力辗状态示意图Figure1Statusschematicofstretchroll下载原图若张力辊传动电机处于“电动”状态，则根据欧拉公式可得：若张力辊传动电机处于“发电”状态，则根据欧拉公式可得:

7、为防止打滑现象的过早出现，延长辊子使用寿命，一般张力辊的使用张力放大系数X要小于张力辊自身所能承受的最大张力放大系数A1.3张力辊张力的计算假定，张力辊传动电机处在“发电”状态下:若张力辊辊子数量为1,即为单辊张力辊，贝IJ:若张力辊辊子数量为2，即为两辊张力辊，贝IJ:若张力辊辊子数量为3，即为三辊张力辊，则:若张力辊辊子数量为4，即为四辊张力辊，则:以此类推，张力辊辊子数量为n，则:上述计算的前提是：人〈入^e同理，若张力辊传动电机处在“电动”状态下也可根据式（3）计算出各种张力辊型式下的带钢张力。1.4张力辊传动功率的计算张力辊传动所

8、需的功率主要由张力放大所需功率W:、带钢弯曲变形损耗功率W2以及轴承摩擦损耗功率W3组成。若张力辊出口和入口的张力差为AT,单位N;张力辊所受合力为T&单位N;张力辊直径为D，单