摘要：本文首先分析开卷机的概述与结构，然后对开卷机卷筒结构优化改造进行探讨。
关键词：开卷机；卷筒；分析；改造
引言
开卷机是钢板（带）冷轧机组或冷加工生产线上的关键辅助设备之一，其作用是开卷并建立张力，在机组运行过程中使带钢宽度方向中心对准机组中心线。
1开卷机概述
开卷设备大体可分为：悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机和双锥头式开卷机。悬臂式开卷机具有刚性大，开卷张力较大等优点，故适用于较薄带材的开卷。悬臂式开卷机和双圆柱头开卷机，已成功地应用带材精整机级及冷连轧机组。国外生产实践证明，双圆柱头开卷机上料操作方便，工作平稳可靠，其结构也比悬臂式开卷机简单。其缺点是，由于采用两套传动装置，双圆柱头开卷机设备重量比悬臂式开卷机要大。由于双锥头开卷机，锥头部分和带内卷圈接触面积太小，带张力操作时，容易损坏带材的头部。目前已不大采用。
图1这某机组悬臂式开卷机的结构形式。
2 开卷机结构设计
开卷机的开卷形式通常为上开卷，底座主要为焊接钢结构，位于开卷机底部，与基础相连，上部设有齿轮箱体和CPC 移动的衬板及滑槽。卷筒通过轴承安装在齿轮箱体内，齿轮箱体安放在带衬板的底座上，CPC 液压缸安装在底座上与齿轮箱体连接，根据直线位移传感器检测带钢的跑偏情况，移动带卷筒的齿轮箱，以确保带钢中心线对准机组中心线。开卷机传动电机制动器独立安装在固定底座上，通过联轴器连接到齿轮箱体。
2.1 传动装置
开卷机传动装置包括电机，联轴器，制动器和齿轮箱体。开卷机电机一般采用交流变频电机，而从节约投资的角度，五机架连轧机组有时也可选用直流电机。由于开卷机运行时要进行浮动对中，一般电机安装在齿轮箱体上，随箱体一起浮动。如果电机特别重，安装在齿轮箱体上比较困难或者不经济，则可单独做在混凝土基础上，同时安
装一可伸缩的万向联轴器进行传动。齿轮箱体设计成两级圆柱齿轮传动，保证传动平稳。齿轮箱体中轴承承受负荷大，齿轮啮合与轴承的发热量大，在封闭式减速箱中热量不易散出，所以减速箱采用稀油集中润滑。如生产线没有配备稀油润滑站，则可在开卷机箱体上设计稀油润滑泵进行强制润滑。对于一些速度慢，钢卷重量轻的生产线如彩涂、镀锌机组，也可选用轴承干油润滑，齿轮箱体油池润滑。在使用过程中要定期检查齿轮箱体轴承和齿轮润滑情况并做好维护，避免箱体油温过高或润滑不到位而影响齿轮正常工作和轴承的使用寿命。
2.2卷筒
卷筒是开卷机的重要部件，具有多种结构型式，其中四棱锥式、四斜楔式、棱锥套式、八斜楔式四种结构型式较为常见，见图2至图 5。
这四种卷筒由于结构不同，应用场合以及加工制造成本有所差别，见表。
从上表可以看出，选用何种卷筒结构并不是一成不变的。设计中要根据产品特点、工艺条件和机组要求合理的选择所需卷筒的结构型式。基本的设计原则是在满足工艺要求的前提下，尽量选取重量较轻、成本较低的结构。
2.3 压辊
开卷机设置压辊的目的是压紧带材，有利于正常开卷。设计的压辊位于卷筒上方，由交流电机或者液压马达传动，压辊升降由液压缸驱动。当上卷小车将带钢上到开卷机卷筒后，压辊在液压缸作用下压住带钢，并与卷筒一起使钢卷旋转，配合矫直机的伸缩铲头导板将带头刮出并送入矫直机的夹送辊，完成穿带后，压辊由液压缸抬起至最高位，机组进入正常轧制工作。
2.4 外支撑
外支撑作为开卷机卷筒的辅助支撑，为了减小悬臂式卷筒的轴向弯曲，减少卷筒挠曲变形，在卷筒外端设置活动辅助支撑。外支撑结构一般设计为双托辊，当上卷小车将带钢上到卷筒后，活动支撑投入，开卷机卷筒胀径，进入工作状态。
2.5 浮动对中装置
开卷机的卷筒，传动电机、齿轮箱体以及稀油润滑管路均安装在一个固定底座上，并整体能够在固定底座的滑轨上沿横向移动，移动范围为 ± 100 ～ 150mm，其横向移动是靠位于底座上的横移液压缸来实现的。
3开卷机卷筒结构优化改造
3.1 问题的提出
冷轧厂三平整机组自从 2012-12 投产以来，由于开卷机卷筒结构设计不合理，机械故障一直居高不下，非计划性检修次数不断增加，增加了维护成本和严重影响该条生产线的生产。因此有必要对该设备结构进行改造。
3.2 分析与改进
3.2.1 原因分析
原开卷机卷筒结构存在主要问题如下：
（1）开卷机卷筒扇形板外圆结构、扇形板滑板固定方式、滑板的材质选用不合理。开卷机卷筒由 4 块扇形板组成，在缩径状态下相邻两块扇形板之间缝隙有 30 mm，出现过多次钢卷带尾插入缝隙的故障。扇形板上铜滑板的螺栓孔台阶厚度只有 5 mm，扇形板一旦受径向的冲击力时铜滑板固定螺栓的台阶应力集中点很容易就被拉断，滑板材质为 ZCu Al10Fe3 太软，被扇形板撞后容易变形。
（2）开卷机卷筒轴头和空心轴设计为分体式连接，固定在卷筒轴上的螺栓孔台阶厚度只有 8 mm，当开卷机轴头和外支撑底面托轮及侧面托轮间隙调整不合理时容易造成轴头上抬或者前倾，生产时轴头受到重力和张力的作用，加上轴头与卷筒轴安装配合面止口宽度较窄，轴头螺栓受力不在一个平面内，长时间受力轴头螺栓容易被拉断或是轴头螺栓孔台阶易被拉崩，需要定期更换轴头螺栓和检查螺栓孔台阶，维护不方便。另外，轴头倒角较小上卷对中不好时钢卷内心容易撞到扇形板。
（3）开卷机涨缩缸和卷筒轴的连接部位结构不合理，开卷机卷筒涨缩缸出现故障拆开卷机轴头和拉杆螺母都是在 2 号小车地坑坑洞上方施工，存在高处坠落风险。
3.3.2 改造措施
（1）将 4 块扇形板设计成错齿形结构，在缩径到最小状态时 4 块扇形板是能形成真圆，各块扇形板之间的缝隙小，避免了钢卷带尾插入扇形板之间造成的设备损坏，也减少了焊接卷芯的焊渣进入加快扇形板和涨缩套斜楔面的磨损。把滑板的材质改为焊接件，主体材质为42crMo，在滑板底面两侧斜面堆焊铝青铜层，加工后斜面后保留铝青铜厚度至少 2.5 mm，要求堆焊牢固致密肉眼无法看见缺陷，堆焊后渗透探伤不能有裂纹。滑板的固定方式由原来的3个改为4个螺栓（16 mm×35 mm）固定。滑板的厚度由22 mm加厚至30 mm，其中8mm直接镶进扇形板斜面的沉槽，滑板的螺栓孔台阶厚度增加至 17 mm，这种固定方式比更牢固，受到轴向冲击力时滑板固定的螺栓孔台阶不会被拉断。
（2）把开卷机轴头和卷筒轴做成一体式，轴头轴承座直接安装在卷筒轴上，可避免之前结构轴头和外支撑底面托轮及侧面托轮间隙不合理时，导致的轴头螺栓断裂或轴头螺栓孔台阶崩裂现象。另外，在轴头轴承座和扇形板之间增加一个Φ498～545 mm 圆锥过渡套，这样避免了钢卷卷心不对中时卷心撞到扇形板的情况。
（3）在不改变涨缩缸结构的情况下，在涨缩缸活塞杆和拉杆的连接中间增加隔离套，拉杆和涨缩缸的连接通过 2 个联接头对接然后再用 2 个半环固定好，这样涨缩缸出现问题时，只需拆开隔离套就能完成备件更换。涨缩缸更换时间至少缩短 5 h。
4 结束语
2016年4月 把改造好的开卷机卷筒安装到三平整机组后，使用至今运行稳定，故障时间和故障频率大大降低，降低了维修成本和维保的工作量，同时该机组的生产能力得到最大释放。
参考文献：
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[4]开卷机结构设计与主参数计算[J].焦时光，张娜.冶金设备.2013（S2）
论文作者:彭焕芝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/23
标签：卷筒论文; 扇形论文; 箱体论文; 螺栓论文; 齿轮论文; 结构论文; 滑板论文; 《基层建设》2018年第18期论文;