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摘要：本文根据某钢厂1150mm可逆冷轧机组，给出了开卷机的性能参数，介绍了开卷机的组成、特性及工作原理，为以后开卷机的设计与研究提供了参考。探讨了开卷机设计的新方法，提出了开卷机的参数化设计。
关键词：冷轧机组；开卷机；CPC对中；参数化设计
中图分类号：TF303
0 引言
近年来，随着我国经济的发展，对于冷轧板带的需求量也在增大，六辊可逆冷轧机组，就是在常温状态下，将材质为电工钢、普通碳素钢和低合金优质钢，经过酸洗切边后的热轧带卷，经过若干道次的轧制，使其成为具有所需厚度、表面粗糙度的各种规格的冷轧带卷[1]。在可逆冷轧机组中，成品的质量取决于许多因素，其中开卷机的性能对产品的质量也有至关重要的作用。
开卷机是成卷生产带钢必不可少的设备，用于将钢卷展开，保证开卷机顺利工作对提高轧机生产率有很重要意义。本文所研究的开卷机为上开卷， 用于带钢第一道次轧制时的开卷，并为第一道次带钢轧制提供必要的张力。
1 开卷机的种类及特点
开卷机大体可分为[2]：悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机和双锥头式开卷机，目前都已成功地应用于带材精整机组及冷连轧机组。
悬臂式开卷机具有刚性大，开卷张力大等优点，因此适用于较薄带材的开卷。
西德和美国一些机械制造公司和生产厂商，大力推广双圆柱头式开卷机。由于其上料操作方便，工作平稳可靠，结构也比悬臂式开卷机简单。但缺点是，由于采用两套传动装置，双圆柱头式开卷机设备重量比悬臂式开卷机要大。
双锥头式开卷机，锥头部分和带内卷圈接触面积太小，带张力操作时，容易损坏带材头部，目前已不大采用。
本文开卷机为悬臂单卷筒，并带有活动支撑，减速机箱体为浮动式，在液压缸推动下带动卷筒沿卷筒轴线方向（垂直于机组中心线）在底座上浮动。
2 开卷机特性
开卷机布置在轧制线的最左端，为上开卷形式，采用悬臂单卷筒浮动结构，用于将钢卷展开，并为带钢轧制提供张力，以提高带钢质量。为方便开卷和防止松带，在卷轴上方设有压辊，压辊升降由液压缸控制。
减速机采用中硬齿面磨齿，齿轮、轴承均采用稀油循环润滑，齿轮精度为6级。卷筒、活动支承等采用润滑脂润滑。
3 开卷机的工作原理
首先天车将钢卷吊到鞍座上，上卷小车通过高度自动对中（卷径测量），将钢卷送到卷筒上，关闭活动支撑，压辊降下，上卷小车降下退回，电机驱动卷筒将带钢头部送入开头矫直机，等到带头卷到右卷取机卷筒上2～3圈后，开始升速，当开卷机卷筒上剩余3～5圈时开始减速，直到开卷结束，停止开卷机。
4 开卷机基本参数
5.1 卷筒
胀缩式卷筒基本上有以下四种结构形式：弓形板式、平行四连杆式、四棱锥式、四斜楔式。其中平行四连杆式和四棱锥式两种结构比较常见，液压装置的稳定性高、精度高。本卷筒就是采用四棱锥倒锥式结构，锥面斜度为12，液压涨缩，卷筒尾部装有涨缩缸及回转接头，可以适应多种钢卷内径的变化，卷筒旋转由直流电机驱动。
5.2 减速机
减速机为焊接式箱体，两级传动，硬齿面磨齿，齿轮精度为6级，齿轮均采用数控磨齿工艺，精度高，接触性好，传动率高，运转平稳，噪音低，体积小，重量轻，使用寿命长，承载能力高，示意图如图5-2所示。
低速级中心距为630mm，法面模数为12mm，速比为2.3。
高速级中心距为480mm，法面模数为10mm，速比为2.916。
5.3 CPC对中
CPC（Center Position Control）系统[3]，为一个光电液纠偏系统，能使板型较差或机组原因造成板带运行偏离中心线时，重新回到中心线，从而减少板带材的损坏和设备的损坏，降低操作人员的劳动强度，提高板带的成材率。
开卷机CPC液压控制系统由伺服液压系统、信号控制系统、检测系统三部分组成。伺服液压系统包括液压站、伺服阀、伺服缸、位置传感器。检测系统包括传感器定位控制装置、高频光源、光信号接收器。
在光电液纠偏系统中，光电头固定在带材的边缘，使带材位于光源的中心线位置，当带材跑偏时，将引起电信号的变化，系统将此变化反馈给液压对中油缸，推动开卷机减速机，实现自动对中。
5.4 传动装置
传动装置由一台电机、联轴器及制动器组成。电机采用空—水冷却器，冷却器进出水口与电机出线盒异侧。在额定电压、额定转速范围内允许115%额定功率负载连续运行，温升不超过JB/T9577标准规定值；基速短时过载2.2倍额定电流，历时1分钟；高速短时过载1.6倍额定电流，历时1分钟。电机为晶闸管整流电源供电，三相全控桥，电源的整流脉波数不应小于6，在额定基速、额定电枢电压和额定负载下的相控因数不应低于85%。电机的性能标准以在额定基速、额定电枢电压和额定负载下，供电源的峰值纹波因数不超过6%为标准。电机可双方向运行，基速以下为恒转矩调压调速，基速以上为恒功率弱磁调速，速度可达到350～1200rpm。电机采用进口滚动轴承，每个轴承带PT100测温元件一只。每台电机内装有防凝露的电加热器。
5.5 活动支撑
活动支撑用于支撑卷筒，为加强卷筒的稳定性，在卷筒头部设计有活动支撑装置，当卷筒上有钢卷时，活动支撑通过油缸驱动，托住卷筒头部，平时活动支撑打开，不会影响上卷。
6 总结与展望
本文对冷轧机组中的开卷机做了详细的介绍，给出了开卷机的基本参数，分析了本开卷机的特点，主要介绍了开卷机的组成和各部分的功能，并总结了开卷机工作的具体步骤。
目前开卷机的应用已非常广泛，但设计手段还不够先进，应该结合FEM技术、拓扑优化技术以及优化设计技术，提高设计效率，优化整机结构，减轻整机重量，降低成本。此外，还可以利用Solidworks等三维设计软件，开发开卷机参数化模型，优化设计方法，大大缩短出图时间，同时减少出图错误。
在控制上，一般都采用进口机芯，对中系统要求具有高频响应能力，以适应机组高速、高精度的要求。
【参考文献】
[1] 宋晓云，陈文涛等.可逆冷轧机组的卷径计算[J].中国高新技术企业，2009，7：30-31.
[2] 杨文元，费玉石.带材精整机组中开卷机的设计与计算[J].机械设计与制造，1999，4：23-27.
[3] 张祝得，李炜明.浅谈带钢开卷机CPC液压系统控制系统[J].冶金丛刊，2003，3（144）：36-41.
关键词：冷轧机组；开卷机；CPC对中；参数化设计
中图分类号：TF303
0 引言
近年来，随着我国经济的发展，对于冷轧板带的需求量也在增大，六辊可逆冷轧机组，就是在常温状态下，将材质为电工钢、普通碳素钢和低合金优质钢，经过酸洗切边后的热轧带卷，经过若干道次的轧制，使其成为具有所需厚度、表面粗糙度的各种规格的冷轧带卷[1]。在可逆冷轧机组中，成品的质量取决于许多因素，其中开卷机的性能对产品的质量也有至关重要的作用。
开卷机是成卷生产带钢必不可少的设备，用于将钢卷展开，保证开卷机顺利工作对提高轧机生产率有很重要意义。本文所研究的开卷机为上开卷， 用于带钢第一道次轧制时的开卷，并为第一道次带钢轧制提供必要的张力。
1 开卷机的种类及特点
开卷机大体可分为[2]：悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机和双锥头式开卷机，目前都已成功地应用于带材精整机组及冷连轧机组。
悬臂式开卷机具有刚性大，开卷张力大等优点，因此适用于较薄带材的开卷。
西德和美国一些机械制造公司和生产厂商，大力推广双圆柱头式开卷机。由于其上料操作方便，工作平稳可靠，结构也比悬臂式开卷机简单。但缺点是，由于采用两套传动装置，双圆柱头式开卷机设备重量比悬臂式开卷机要大。
双锥头式开卷机，锥头部分和带内卷圈接触面积太小，带张力操作时，容易损坏带材头部，目前已不大采用。
本文开卷机为悬臂单卷筒，并带有活动支撑，减速机箱体为浮动式，在液压缸推动下带动卷筒沿卷筒轴线方向（垂直于机组中心线）在底座上浮动。
2 开卷机特性
开卷机布置在轧制线的最左端，为上开卷形式，采用悬臂单卷筒浮动结构，用于将钢卷展开，并为带钢轧制提供张力，以提高带钢质量。为方便开卷和防止松带，在卷轴上方设有压辊，压辊升降由液压缸控制。
减速机采用中硬齿面磨齿，齿轮、轴承均采用稀油循环润滑，齿轮精度为6级。卷筒、活动支承等采用润滑脂润滑。
3 开卷机的工作原理
首先天车将钢卷吊到鞍座上，上卷小车通过高度自动对中（卷径测量），将钢卷送到卷筒上，关闭活动支撑，压辊降下，上卷小车降下退回，电机驱动卷筒将带钢头部送入开头矫直机，等到带头卷到右卷取机卷筒上2～3圈后，开始升速，当开卷机卷筒上剩余3～5圈时开始减速，直到开卷结束，停止开卷机。
4 开卷机基本参数
5.1 卷筒
胀缩式卷筒基本上有以下四种结构形式：弓形板式、平行四连杆式、四棱锥式、四斜楔式。其中平行四连杆式和四棱锥式两种结构比较常见，液压装置的稳定性高、精度高。本卷筒就是采用四棱锥倒锥式结构，锥面斜度为12，液压涨缩，卷筒尾部装有涨缩缸及回转接头，可以适应多种钢卷内径的变化，卷筒旋转由直流电机驱动。
5.2 减速机
减速机为焊接式箱体，两级传动，硬齿面磨齿，齿轮精度为6级，齿轮均采用数控磨齿工艺，精度高，接触性好，传动率高，运转平稳，噪音低，体积小，重量轻，使用寿命长，承载能力高，示意图如图5-2所示。
低速级中心距为630mm，法面模数为12mm，速比为2.3。
高速级中心距为480mm，法面模数为10mm，速比为2.916。
5.3 CPC对中
CPC（Center Position Control）系统[3]，为一个光电液纠偏系统，能使板型较差或机组原因造成板带运行偏离中心线时，重新回到中心线，从而减少板带材的损坏和设备的损坏，降低操作人员的劳动强度，提高板带的成材率。
开卷机CPC液压控制系统由伺服液压系统、信号控制系统、检测系统三部分组成。伺服液压系统包括液压站、伺服阀、伺服缸、位置传感器。检测系统包括传感器定位控制装置、高频光源、光信号接收器。
在光电液纠偏系统中，光电头固定在带材的边缘，使带材位于光源的中心线位置，当带材跑偏时，将引起电信号的变化，系统将此变化反馈给液压对中油缸，推动开卷机减速机，实现自动对中。
5.4 传动装置
传动装置由一台电机、联轴器及制动器组成。电机采用空—水冷却器，冷却器进出水口与电机出线盒异侧。在额定电压、额定转速范围内允许115%额定功率负载连续运行，温升不超过JB/T9577标准规定值；基速短时过载2.2倍额定电流，历时1分钟；高速短时过载1.6倍额定电流，历时1分钟。电机为晶闸管整流电源供电，三相全控桥，电源的整流脉波数不应小于6，在额定基速、额定电枢电压和额定负载下的相控因数不应低于85%。电机的性能标准以在额定基速、额定电枢电压和额定负载下，供电源的峰值纹波因数不超过6%为标准。电机可双方向运行，基速以下为恒转矩调压调速，基速以上为恒功率弱磁调速，速度可达到350～1200rpm。电机采用进口滚动轴承，每个轴承带PT100测温元件一只。每台电机内装有防凝露的电加热器。
5.5 活动支撑
活动支撑用于支撑卷筒，为加强卷筒的稳定性，在卷筒头部设计有活动支撑装置，当卷筒上有钢卷时，活动支撑通过油缸驱动，托住卷筒头部，平时活动支撑打开，不会影响上卷。
6 总结与展望
本文对冷轧机组中的开卷机做了详细的介绍，给出了开卷机的基本参数，分析了本开卷机的特点，主要介绍了开卷机的组成和各部分的功能，并总结了开卷机工作的具体步骤。
目前开卷机的应用已非常广泛，但设计手段还不够先进，应该结合FEM技术、拓扑优化技术以及优化设计技术，提高设计效率，优化整机结构，减轻整机重量，降低成本。此外，还可以利用Solidworks等三维设计软件，开发开卷机参数化模型，优化设计方法，大大缩短出图时间，同时减少出图错误。
在控制上，一般都采用进口机芯，对中系统要求具有高频响应能力，以适应机组高速、高精度的要求。
【参考文献】
[1] 宋晓云，陈文涛等.可逆冷轧机组的卷径计算[J].中国高新技术企业，2009，7：30-31.
[2] 杨文元，费玉石.带材精整机组中开卷机的设计与计算[J].机械设计与制造，1999，4：23-27.
[3] 张祝得，李炜明.浅谈带钢开卷机CPC液压系统控制系统[J].冶金丛刊，2003，3（144）：36-41.