开卷机设计校核分析毕设说明指导书.doc

本科毕业设计（论文）

900mm平整机组开卷机构造设计

（杨爱文）

燕 山 大 学

6月

本科毕业设计（论文）

900mm平整机组开卷机构造设计

学院（系）：机械工程学院
专 业：轧钢专业
学生 姓名：杨 爱 文
学 号：
指引 教师：王 东 城
答辩 日期：-6-24

燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院： 系级教学单位：
学
号

学生
姓名

专 业
班 级

题
目
题目名称

题目性质
1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；
理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）
2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）
题目类型
1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）
题目来源
科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ）
主
要
内
容

基
本
要
求

参
考
资
料

周 次
第 ～ 周
第 ～ 周
第 ～ 周
第 ～ 周
第 ～ 周
应
完
成

内
容

指引教师：
职称： 年 月 日
系级教学单位审批：
年 月 日
注：表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。（此行文字阅后删除）
摘要
冷轧带钢开卷绝大多数采用筒式开卷机，其设备配备较为简朴，重要由筒及其传动系统，压紧辊，活动支撑和推卷、卸卷等装置构成。
该开卷机保证卷取恒定张力，提高了带钢表面质量。开卷机是成卷轧制和带材精整机组中重要设备。在可逆式冷、热轧带材轧机先后均装有开卷机，在不可逆冷、热轧带材轧机以及某些精整作业线上出口端也装设带材开卷机。开卷机有很大张力以保证减少轧制压力，减少带钢翘曲现象，从而提高带钢产品质量。
全文阐述了四斜楔冷轧带钢卷取机工作原理和构造设计基本思想，同步对在应用过程中浮现某些问题进行了综合分析并列出了某些解决办法。
最后翻译了与课题有关外文资料并完毕了本次设计。

核心词:　开卷机，卷筒，张力

Abstract
One of the decoiling belted steel fetches the overwhelming majority and adopts reel type a fetching machine，its device layout is comparatively simple，by the reel and transmission mainly ，compress tightly the roller ，support and pushes one ，unload the devices ，such as one ,etc. to make up in activity.
The intensity of carrying on the major part is calculated，and carry on the economic benefits of the rolling mill and appraise . This fetching machine adopts the adjustable speed electrical machinery of direct current，guarantee a invariable tension fetched，have improved the surface quality with steel.
The whole characters expatiates the theory of the machine，and adduce some method for the problem appearing in the product at the same time.
At last translated some datum in foreign language，accomplished this project.

Keywords：decoiling unit，drum，tension　

目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
第2章 开卷机概念和发展趋势 3
2.1 选题背景和目 3
2.2开卷机概述 3
2.3开卷机构造 4
2.3.1单筒可胀缩开卷机 4
2.3.2双锥头无胀缩开卷机 6
2.3.3双圆柱头可胀缩开卷机 7
2.4开卷机发展趋势 9
第3章 简介重要参数及构造特点 11
3.1 重要参数 11
3.2构造原理 11
第4章 参数计算与选取 13
4.1 卷筒重要参数拟定 13
4.1.1卷筒直径拟定 13
4.1.2卷筒宽度及最小直径拟定 13
4.2 开卷张力选取 14
4.3 卷筒传动设计 15
4.3.1 卷筒电机功率计算 15
4.3.2电机额定转速计算 15
4.4 卷筒胀缩机构受力分析 16
4.5 卷筒径向压力计算 18
4.5.1 C.E.英格里斯（Inglis）公式 19
4.5.2 自动缩径卷筒径向压力计算 20
4.5.2.1 开卷机卷筒实际工作状况 21
4.5.2.2卷筒当量半径拟定 21
4.5.2.3卷筒径向压力公式推导 24
4.6 液压缸行程计算 26
第5章 卷筒及主轴校核 28
5.1轴强度校核 28
5.2卷筒强度校核 30
结论 32
参照文献 33
道谢 35
附录1 36
附录2 44
附录3 49

第1章 绪论
钢铁是国民经济中流砥柱，是国家命脉，是国家生存和发展物质保障。钢铁是国民经济重要基本产业，是国家经济水平和综合国力重要标志。在钢铁行业中钢板和带钢是国民经济各部门应用最广泛钢材，它作为各种工业部门原料使用。其中薄板、带钢生产技术是钢铁工业发展水平一种重要标志。薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与寻常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在某些工业发达国家中，薄钢板占钢材比例逐年增长，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大某些。
影响薄板、带钢质量及产量因素是诸多，其中开卷机就是一种重要因素。开卷机是轧钢成卷生产不可少设备，广泛应用于酸洗机组、主机机组和各种精整机组中开卷。开卷机技术水平关系到机组生产能力和带材质量。为适应高速化规定，开卷机对加减速反映要敏捷，规定转动惯量小，动平衡性能要好。
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。悬臂式开卷机和双圆柱头式开卷机及双锥头式开卷机已成功地应用于带材精整机组及冷连轧机组。其中双圆柱头式开卷机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。悬臂式开卷机（图1）由于卷筒长，为了考虑上料以便，规定卷筒卷径胀缩范畴大，此外上卷时间也较双柱头开卷机长。但悬臂式开卷机具备刚性大，张力大等长处，因而合用于较薄带材开卷。胀缩式筒基本上有如下四种构造形式：弓形板式、平行四连杆式、四棱锥式、四斜契式。开卷机普通使用四棱锥胀缩式卷筒。

图1 某机组悬臂式开卷机构造形式
近年来，冷轧带钢生产技术发展重要有如下几种方面：增长钢卷质(重)量、提高机组和轧机速度、提高自动化限度、改进生产工艺。近年来，随着带钢生产向高生产率和高精度发展，钢卷变得越来越重，轧制速度越来越高，产品质量规定越来越高，从而对开卷设备提出了越来越高规定。
本阐明书从四棱锥冷轧带钢开卷机工作原理入手，着重对该开卷机卷筒等重要部件进行了设计。由于本次设计时间有限，加之本人水平与实践经验限制，在设计中难免会浮现错误和局限性，恳请各位教师批评指正，我必然耐心受教并诚心感谢各位教师。

第2章 开卷机概念和发展趋势
2.1 选题背景和目
开卷机设计，除了按普通机械设计程序进行机构和强度设计外，尚有几种与工艺和操作关于特殊问题。如机构选取、重要参数拟定、筒压力计算和张力、调速、卷取质量等
开卷机构造形式选取，热带钢卷取机装在热带钢轧机背面地下式开卷机，普通三辊式成形辊布置多支点棱锥型筒。冷轧带钢卷取机安装冷轧机组、平整机组外，广泛用于各类纵切和横切精整机组、重卷机组和酸洗机组不同部位以满足不同工艺规定。
在可逆式冷轧机上轧制时，带钢张力由开卷机产生，因而这种开卷机要承受很大张力，宽带钢张力可达400~500千牛，特别多辊轧机轧制合金薄带材时，带钢对卷取机径向压力极大，长期以来多采用带钳口实心筒。再设立重卷机组倒卷，多采用八棱锥无缝隙筒，以防止筒损坏坯带材表面。冷带钢开卷机是冷轧生产重要设备。
2.2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。悬臂式开卷机具备刚性大，开卷张力大等长处，因而合用于较薄带材开卷。
悬臂式开卷机和双圆柱头式开卷机及双锥头式开卷机已成功地应用于带材精整机组及冷连轧机组。近来几年，西德和美国某些机械制造公司和生产厂商，大力推广双圆柱头式开卷机。国外生产事件证明，双圆柱头式开卷机上料操作以便，工作平稳可靠，其构造也比悬臂式开卷机简朴。其缺陷是，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。
由于双锥头式开卷机，锥头某些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，因此当前已不大采用。
图2-1 为某机组悬臂式开卷机构造形式。

图2-1悬臂式开卷机
1筒2传动装置3减速机4电机5胀缩油缸6对中油缸
2.3开卷机构造
2.3.1单筒可胀缩开卷机
这种构造开卷机，其构造上与张力卷取机基本相似，但在开卷机筒上无钳口装置。案筒构造形式不同，可分为单筒棱锥式开卷机和单筒链板式开卷机。
图2-2为单筒链板开卷机机构。它在带钢精整机组头部，用来开卷厚度为0.6毫米，宽度为500毫米带卷。卷重为15吨，开卷速度为3米/秒。
筒缩径机构，依托仅作径向运动四块弓形块3来实现。弓形块3与内筒1用链板2铰接，内筒1与心轴4采用其尾部垫板5连接在一起。心轴4则与筒端部轴向胀缩液压缸活塞杆相连。若轴向液压缸进行压力压油时，活塞杆与心轴4一起做轴向移动使筒缩径。借助于弹簧作用，使活塞杆与心轴4复位，筒胀径。

图2-2 单筒链板式开卷机构造
1内筒2链板3弓形块4心轴5垫板
这种开卷机进合用于开卷张力不不不大于1000公斤卷重在15吨如下横切机组、清洗机组、退火机组等精整机组。对于解决卷重较大和开卷张力较大带卷时，可采用单筒棱锥式开卷机。
图2-3为单筒棱锥式开卷机。它用于双机架平整机组，带材厚度为0.15-0.8毫米，宽度为550-1270毫米。开卷速度为33米/秒或23米/秒。开卷张力为2270公斤，卷重为0-45000公斤。
这种开卷机筒由活动支撑轴颈1、拉杆2、空心轴3、扁销4.弓形块5、棱锥轴6以及滑键7等构成。

图2-3单卷棱锥式开卷机筒构造
1活动支撑轴颈2拉杆3空心轴4扁销5弓形块6棱锥轴7滑键
这种单筒棱锥式开卷机与链板式开卷机比较，具备刚性好、开卷张力大、设备重量较轻等长处，当前已被广泛采用。
2.3.2双锥头无胀缩开卷机
图2-4为双锥头无胀缩开卷机。它用来开卷厚度为1.5-5毫米，宽度为1500毫米带材，开卷速度为1米/秒。这种开卷机构造简朴，其缺陷是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑。为了克服这一缺陷可采用锥头可胀缩开卷机。

图2-4双锥头无胀缩开卷机
2.3.3双圆柱头可胀缩开卷机
双圆柱头可胀缩开卷机按其胀缩方式不同，还可分为径向液压缸胀缩双圆柱头式开卷机和轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机两种。
双圆柱头式开卷机用于酸洗机组、剪切机组及冷连轧机组。普通来说，这种开卷机用来开卷张力不大带厚为2-8毫米热轧带钢。对于薄带钢和大张力开卷时，则采用悬臂式开卷机。
图2-5为径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机。开卷机左右锥头分别由液压缸2操作，可沿其水平方向移动。借此夹持带卷内径，并对中机组中心线。圆柱胀缩由二个径向液压缸来实现。为了使两个径向液压缸4作同步径向运动，运用齿轮3实现机械同步。这种构造上克服了上述锥头无胀缩开卷机打滑现象，使用状况表白，效果良好。

图2-5径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机
轴向液压缸双圆柱头开卷机，用于五机架冷连轧机组。带材厚度为1.5-6毫米，带材宽度为550-1530毫米。屈服极限为37公斤/。最大卷重为45000公斤。开卷速度为10.5米/秒。开卷张力为920-9200公斤。
筒构造如图2-6所示，筒直径为610毫米，胀径时为630毫米，缩径时为560毫米。筒长度为855毫米，由于筒较短，把与轴向胀缩液压缸活塞直接相连拉杆头部做成锥形，在锥形部位加工出燕尾槽滑动面，使它与弓形3相配合，构成斜契滑动机构。推动弓形块胀开，筒胀径。轴向胀缩液压缸反向动作时，借助拉杆端部上燕尾槽是筒缩径。轴向胀缩 活塞直径为440毫米，行程为221毫米。

2-6轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机筒构造
1空心轴2拉杆3弓形块
轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机与径向液压缸找那个所双圆柱头开卷机相比，仅仅是圆柱头胀缩液压缸布置方式不同。制造和使用等方面来看，轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机较好。

2-7胀缩液压缸和回转接头
1拉杆2活塞3回转接头
2.4开卷机发展趋势
薄板、带钢生产技术是钢铁工业发展水平一种重要标志。薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与寻常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在某些工业发达国家中，薄钢板占钢材比例逐年增长，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大某些。
近年来，冷轧带钢生产技术发展重要有如下几种方面：
(1)增长钢卷质(重)量。增长钢卷质量是提高设备生产能力有效办法，由于冷轧带钢是以钢卷方式生产，每一种钢卷在送到机组内轧制或解决前，都必要通过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷过程，占用较多生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增长作业时间，并且由于每卷带钢长度增长，带钢在稳定速度下轧制时间也相应增长，机组速度才干真正得到提高，带钢质量也才干得以改进。然而，钢卷质量也不可无限制地增长，它受到开卷机等机械设备构造与强度限制，也受到电动机调速范畴限制，并且卷重太大还会给车间内钢卷运送和存储带来困难。当前，冷轧带卷质量已达40t，个别达到60t，以带钢单位宽度计算卷重达到30-36kg／mm。
(2)提高机组和轧机速度。20世纪50年代开卷机大都在20m／s左右，60年代以来已逐渐提高到30m／s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度进一步提高会受到工艺润滑材料与方式限制。其她作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、持续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)机组速度也都相应提高。
 (3)提高自动化限度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边沿纠偏、机组中带钢速度自动调节、剪切钢板自动分选等自动化操作和控制。
(4)改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板持续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢精度和节约能量。

第3章 简介重要参数及构造特点
3.1 重要参数
来料规格：经冷轧退火后成卷带材
来料材质：Q235、Q215、08A1、20、16Mn、SPCC、SPCD、SPCE等
带材规格：
厚度：0.2~ 1.25mm
宽度： 450 ~ 750mm
带卷最大质量：8t
带卷直径：510mm（内）、1500mm（外）
带卷机械性能：
≤ 600MPa ； ≤ 360MPa
卷取速度：
轧制速度（Max）：350 m / min
开卷张力： 2.5-30 kN
卷筒：
最大直径： Ф520mm
最小直径： Ф460mm
卷筒直径： Ф510mm(正圆)
卷筒宽度： 750mm
3.2构造原理
开卷机为带活动支撑悬臂式上开卷构造，重要由卷筒、活动机座、传动装置、浮动控制油缸和底座重要零部件构成。液压涨缩四棱锥式卷筒由直流电机通过十字型万向联轴器及本体减速箱驱动。卷筒轴上方装有油缸驱动摆动压辊。
本体减箱机为一级圆柱齿轮传动；硬齿面，喷油循环润滑。减速箱低速齿轮用双键固定在卷筒中空轴上。
卷筒由四块带斜面扇形板及T型滑键、四棱锥主轴、中空轴、涨缩缸、回转接头等重要零（部）件 构成。四棱锥主轴（倒锥式）尾部与涨缩缸空心活塞通过双螺母联为一体。在轴向移动过程中通过斜面T型键带动扇形板实现卷筒直径涨缩。主轴与中空轴在径向通过两个导键连接，传递扭矩；涨缩缸体法兰固定在中空轴尾端，通过回转接头供油。

第4章 参数计算与选取
4.1 卷筒重要参数拟定
4.1.1卷筒直径拟定
对于冷轧带钢开卷机，卷筒直径选取普通以开卷过程中内层不产生塑性变形为设计原则。按照弹性弯曲理论，卷筒直径与开卷带材厚度及机械性能之间应满足一下关系：
D=

=715.3mm
式中 E=206Gpa，
=1.25mm，
=360Mpa
D=720mm
式中 ——带材屈服极限，单位：MPa
——带材最大厚度，单位：mm
——带材弹性模量
由于本次设计是依照已有平整机组来设计开卷机，因此公式所得开卷机卷筒直径过大。因此在这里依照900mm平整机组规定，选取卷筒直径为510mm。
即 D=510mm
4.1.2卷筒宽度及最小直径拟定
卷筒筒身工作某些长度应等于或稍不不大于轧辊辊身长度，卷筒直径涨缩量应不不大于卷取机卷筒涨缩量。卷取机卷筒涨缩量约为15～40mm，因此在这里取开卷机卷筒涨缩量为50mm，取卷筒最大宽度为900mm，卷筒最小直径为460mm，卷筒最大直径为520mm。

4.2 开卷张力选取
开卷机在开卷过程中，必要具备一定开卷张力。精整机组开卷张力选用应十分慎重，不适当开卷张力会影响到精整机组正常生产。普通开卷张力按照如下公式选用：
T=
式中 ——带钢厚度，单位：mm

——带钢宽度，单位：mm
——单位张力，单位：N/mm2 。
在机组头部普通可取单位张力为=0.3-0.66 N/mm2，在设计计算时，上述单位张力还可按如下经验公式计算.

已知——带材屈服极限，=360MPa
K——张力系数，已知k取值如下表：
机 组 名 称
K取值
酸 洗 机 组
退 火 机 组
准 备 机 组
张力矫直机组
0.03 ~ 0.05
0.03 ~ 0.06
0.03 ~ 0.05
0.06 ~ 0.15
由于精整机组和张力矫直机组相类似，因此k取0.06 ~ 0.15。故取k=0.08
则，=0.08×360=28.8MPa
当=4500mm，=0.2mm时

当=750mm，=1.25mm时

因此：开卷张力为 2.5～25kN
4.3 卷筒传动设计
4.3.1 卷筒电机功率计算
带材开卷所需要传动功率应由带材张力、塑性弯曲变形、卷取速度和加速度及摩擦阻力等因素拟定。由于塑性弯曲和摩擦影响远不大于张力，因此初选电机时，额定功率可按下式近似计算：
额定功率

式中 kN m/s 取1.05 取0.95
——塑性弯曲及摩擦影响系数，取1.05～1.1；
——开卷张力，单位：N
——开卷速度，单位：m/s
——传动效率，取0.85～095
——计算功率，表达在各种制度下，速度和张力乘积最大值
故：
kW

4.3.2电机额定转速计算
开卷机速度控制要同步考虑如下两个因素：
1、为了适应机组速度变化而调节开卷速度时，不应影响电机驱动力矩。
2、为适应卷径变化而调节卷筒转速时，不应引起张力波动。
普通开卷机都同步采用调压（恒力矩）和调激磁（恒功率）两种调速办法，分别适应上述两种状况，以充分运用电机容量。
当电机转速减小时，为适应其变化，采用调压法减少电机转速。正常开卷时，随着开卷进行，带卷半径变小，为了保持张力，此用调激磁办法。卷筒电机额定转速必要与开卷计算转速相配合：
r/min
式中： ——最大卷取线速度，单位：m/s
——最大带卷半径，单位：m
传动比

故：选用电动机型号为Z4-315-41:160KW,440V,400/1200RPM。
4.4 卷筒胀缩机构受力分析
由开卷机构可知，卷筒涨缩是由液压缸驱动棱锥轴与弓形块配合斜楔来完毕，此称为卷筒涨缩机构。按斜楔角大小不同，卷筒可分为固定卷筒和缩径卷筒两大类。
斜楔角α不大于滑动摩擦角（），此为自锁状况，称之为“固定卷筒”。在这种状况下，卷取机工作时，无论卷筒上承受多大径向压力，不会使卷筒弓形块与棱锥轴向配合斜楔面产生相对滑动。这种卷筒在受力分析时，同整体实心卷筒没有什么区别。事实证明，这种卷筒受力极为不利。由上述分析可以懂得，在整体实心卷筒上，可以产生与带钢卷开卷应力相似径向压缩应力。特别对于大张力开卷机，卷筒很容易产生塑性变形。由此可知，采用“固定卷筒”是不适当。
当前咱们所设计卷筒大某些是“缩颈卷筒”。在卷筒工作过程中，当卷筒上径向压力不不大于斜楔表面上摩擦力和胀缩液压缸推力时，卷筒开始收缩，称之为“移动卷筒”。从受力状况看比较有利。这种卷筒可按弹性厚壁圆筒进行强度计算。在开卷过程中，卷筒径向压力达到一定数值后，卷筒开始胀径。此时卷筒径向压力就会变大。随着开卷工作继续进行，径向压力又继续变小，当数值达到一定限度后，卷筒又胀径。普通在整个开卷过程中，卷筒要进行3-4次胀径。
由图4-1可以看出，当实心卷筒开卷带卷外径不不大于卷筒3倍时，径向压力将超过带材张力。事实上所有不可自动缩径大张力卷筒(如锥角小

图4-1
卷筒表面径向、切向应力计算成果曲线

于6°四棱锥卷筒)表面，开卷时都将作用有很大径向压力。此压力不但使开卷困难，严重磨损棱锥面，甚至导致卷筒零件塑性变形。随着生
产实践发展，卷筒设计办法也在不断改进。新设计大张力棱锥卷筒棱锥角多采用7°～8°。锥面锥角不不大于摩擦角而不自锁。习惯上称这种卷筒为自动缩径卷筒或可控制刚度卷筒，由于卷筒刚度是可以通过变化胀缩油缸中油压来调节。自动缩径卷筒工作原理如图b所示。随着开卷半径减小，卷筒径向压力变小。当达到某一临界压力时，Q′＜ Q，棱锥轴左移使卷筒胀径，径向压力随之变大。径向压力增长又使Q′》Q，棱锥又在新位置上平衡，径向压力又开始回升如此形成循环，直至开卷终了。图c以对比形式表达出自动缩径卷筒与不可缩径卷筒实测径向压力变化规律。
卷筒自动缩径量与临界压力关于，适量胀径（普通约为0.18-3mm）可增长卷筒径向压力，过量增大会使内层带卷切向应力大幅增长，甚至浮现塌卷或层间滑动而划伤带材表面。虽然在使用中可借涨缩缸油压加以调节，但合理拟定,保证适量缩径仍是自动缩径卷筒设计核心问题。
在开卷过程中，卷筒径向压力随之减小。开卷初期，与斜楔摩擦表面摩擦力和液压缸力相平衡，卷筒不胀不缩，随着开卷过程进行，随之减少，则破坏了上述平衡，卷筒就要胀开。受力分析如图4-2所示。

图4-2 卷筒胀开时胀缩机构受力分析
1-弓形块，2-棱锥轴
“1”为自由体。写出平衡方程式

在按上式拟定拔出力时，取f=0.12-0.14
4.5 卷筒径向压力计算
径向压力计算不尽是卷筒零件强度和涨缩缸推力计算先决条件，并且与卷取质量直接有关。普通以为卷筒径向压力与开卷张力和带卷直径、带卷和卷筒径向刚度（涉及带卷层间变形效应和卷筒涨缩性能）,带卷介质及表面状态、层间滑动与摩擦及带宽等因素关于由于这些问题在理论分析和实验研究方面都具备较大难度，近年来国内外虽然有许多学者作了大量研究工作，至今仍不能精准计算卷筒径向压力。但她们采用分析办法及其结论，可以作为卷筒设计参照。
4.5.1 C.E.英格里斯（Inglis）公式
用英格里斯公式计算卷筒径向压力基本思路，是将层叠卷取带材和卷筒都当作是弹性厚壁筒。在张力作用下，带卷厚壁筒次外层受一均匀径向外压力Pi。该压力将通过层叠带材向卷筒表面传递，并使卷筒表面产生一径向压力增长△Pi。在卷取过程中，带材每增长一层径向压力相应得以增量。卷筒径向压力即为各层压力增量总和。
假设卷取过程中张力恒定，卷层之间无相对滑动，压力沿卷筒轴线方向均匀分布，带卷厚壁筒各向同性且带卷与卷筒弹性模量相似，则卷筒径向压力分析属于弹性力学平面轴对称问题。在卷取任意i+1层带材时，带卷及卷筒厚壁筒受力变化分布状况分别如图：4-3所示。应用拉密解答和r2处变形协调条件，可求出△Pi为：
图4-3
（1）
其中：
式中 ——单位张力，单位：MPa
H ——带材厚度，单位：mm
r ——带卷任意第i层带材时带材半径，单位：mm
r1 ——卷筒当量内半径，单位：mm
r2 ——卷筒外半径（D/2），单位：mm
对于各类弓形块卷筒，可取弓形块最薄处内半径为r1，对实心卷筒r1取零，对四棱锥卷筒r1可按下式计算：

其中：
A——棱锥横断面1/2边长平均值，单位mm
令式（1）中h=dr，表达带卷半径变化增量，以定积分代替求和，按英格里斯办法得到径向压力计算公式为：
（2）
式中：
RC带卷最大卷取半径，单位mm
卷筒表面切向应力为：
（3）
由于采用上述假设，英格利斯表白径向压力是张力和卷筒与带卷卷径比函数，式（2）和式（3）计算成果如图a其值与不可缩径卷筒径向压力，实测值较为接近。在其他某些径向压力计算公式推导过程中，有诸多公式不同限度，借鉴了英格利斯办法。她们在补充考虑了带卷各向不同性，层间变形效应等因素后，计算成果普通都低于英格利斯计算值。另有人分析以为，径向压力不会随带卷外径增大而无限增大，而是向某一极限值逼近。
4.5.2 自动缩径卷筒径向压力计算
到当前为止，有诸多计算卷筒径向压力公式。这些公式计算成果表白相差很大。至今没有一种令人满意公式。理论推导所采用某些假定条件，不能入市反映开卷机实际工作状况。因而，在一定限度上影响着计算成果精确性。
关于卷筒径向压力计算，应注意如下几种问题：
4.5.2.1 开卷机卷筒实际工作状况
在推导公式时，要尽量符合开卷机实际工作状况。否则，所导出公式缺少实践基本。
从开卷机工作状况看，带材是一层一层缠绕在卷筒上。这就表白，应研究每开卷一层在卷筒外径上所引起径向压力变化状况。因而，把带卷作为持续带环多层组合弹性卷筒是比较符合实际。
当前，所设计大某些开卷机卷筒是属于工作过程中能自由胀径所谓“移动卷筒”，即卷筒在工作过程中所产生径向位移。由于卷筒胀径，其成果使带材卷层间产生相对滑动，浮现摩擦力。到当前为止，所有卷筒径向压力计算公式，都没有计及带材卷层间摩擦影响。
实验证明带卷是各向异性弹性体。也就是说带卷径向弹性模量与切向弹性模量是不同。有人曾用各向异性弹性力学办法来解决，由于径向弹性模量是变量，其成果求解相称复杂，不便于工程计算。此外，径向弹性模量变化规律，尚缺少足够实验数据加以拟定。蒋昭按各向异性体来考虑计算公式，由于缺少足够实验数据，在使用上有很大局限性。她把径向弹性模量称之为压缩系数ψ，引入系数，E为带卷材料弹性模量。她还建议取=7-10。通过度析=7与取=10计算成果两者相差很大。这种办法虽然考虑各向异性，但还不能得到满意成果。咱们把带卷作为持续组合圆筒，对每层所写出平衡方程，显然是各向异性。
4.5.2.2卷筒当量半径拟定
卷筒当量半径对卷筒径向压力影响，当前缺少应有注重。
无论是四棱锥式卷筒，还是扇形块式卷筒，都不是厚壁卷筒。在计算卷筒径向压力时，往往把卷筒当做弹性厚壁圆筒来考虑。就是所谓“当量卷筒”。当量卷筒外半径，就是卷筒外半径，其内半径就是卷筒当量半径。数值选用对径向压力影响很大。有时取大某些即当量卷筒薄某些。反之会使卷筒径向压力减少。这是由于卷筒自身承受压力后来，产生一定径向压缩变形。薄壁变形值大，使卷筒与带卷内径松脱接触，从而使径向压力不再增长。事实上卷筒径向压力有某一最大极限值。
若采用可控胀缩卷筒时，采用控制胀缩缸供油压力可达到控制卷筒缩径量，从而达到控制卷筒径向压力。
到当前为止，大多数当量半径按某些推荐值选用。
对于扇形块式卷筒，建议取扇形块最薄处半径为当量半径是比较适合。对于四棱锥式卷筒，则应按照下述弹性变形等效条件导出。

图4-4 弓形块受力图
1-弓形块，2-棱锥轴
四棱锥式卷筒，由棱锥轴2与四个弓形块1构成。某一弓形块受力如图所示。某一弓形块单位宽度上平衡条件为

式中 2A ———棱锥轴横断面边长平均值。
上式表白，半径为卷筒上作用者径向压力，与半径为圆形棱锥轴上作用着压力相等。这样棱锥轴可以当作是受外压，半径为 实心圆筒，即实心圆轴。由拉美方程可知，对于实心圆筒，径向压力应与切向应力处处相等，且等于。由上式可知，其外表面径向压缩变形即弹性位移为：

式中 E、v———为卷筒棱锥轴弹性模量和泊桑比，其值普通与卷筒
弓形块相似。
由于 ，因此

对弓形块外表面径向压缩弹性变形微分为

由上述可知，半径r处径向压力 ，则 ，则上式变为：

两边取积分，即

卷筒外表面总径向压缩弹性变形为

若把卷筒当作受外压、外半径为、内半径为弹性厚壁圆筒，并取压缩变形为负号。则可得卷筒外表面径向压缩变形值u为

按弹性变形等效条件，
即

令 ，则

因此

已知式中，，A=160mm,代入上式可求

=60.668mm

4.5.2.3卷筒径向压力公式推导
按上述持续带环多层组合弹性圆筒观点出发，考虑卷层间摩擦力影响，导出卷筒径向压力计算公式。
自动缩径卷筒径向压力可按此推出经验公式推导

式中 ——带材层间摩擦系数。对于冷轧带钢推荐下列取值：
表面有油或乳化液润滑时，=0.1
表面有少量乳化液时，=0.12
表面无油或乳化液时，=0.15
K——卷筒压力系数
缩径状态工作时

其中，c为卷筒刚性系数，对于四棱锥卷筒，可依照带材单位张力由图查处。当棱锥角为15度时，推荐c取值为1.45-1.6。缩径状态卷筒压力可作为胀缩缸平衡力计算根据。自缩工作时

此时：

取=0.12，c=1.5,代入上式，可得

可求得

因此，卷筒径向压力为11.8MPa
4.6 液压缸行程计算
卷筒胀缩由轴向液压缸来完毕。由图4-5所示为卷筒胀缩量与胀缩液压缸位移H之间关系。
图4-5胀缩量与液压缸位移H之间关系
卷筒胀径直径为，即

式中 L——弓形块弧长；
G——两弓形块之间间隙距离。
卷筒缩径直径为

以代入，得

卷筒胀缩量为

棱锥轴轴向位移H与径向位移x之间有下列关系即。因此上式变为

式中，为斜楔滑块倾斜角，普通取值为=7°-8°。这里取=8°。
因此可求得H=197.5mm。
考虑到胀径需求以及胀缩缸传动间隙和压力有可压缩性，因此应保存一定行程余量，故取H=200mm。

第5章 卷筒及主轴校核
5.1轴强度校核
轴上受力如图5.1（ａ）所示。计算时，普通把轴当作置于铰链支座上梁，轴上零件传来力，普通作为集中力，其作用点取为零件轮廓宽度中点。轴上扭矩则从轮毂宽度中点算起。轴上支撑反力作用点，依照轴承类型和组合拟定。
如果作用在轴上各载荷不再同一平面内可分解到２个互相垂直平面上，然后分别求出这２个平面内弯矩，再按矢量法求合成弯矩。

轴承受弯矩
　　Ｍ＝ｘ9.8ｘ0.402－7879.2Ｎｍ
轴传递转矩
　　Ｔ＝9550000p/n＝2.2ｘ9550000÷125
　　　　　　　　　＝168.08Ｎｍ
齿轮圆周力
　　＝２Ｔ／＝2ｘ168.08÷0.241400N
齿轮径向力
　　＝ｔａｎ＝1400×0.364510N
（１）在水平平面内支反力（图5.1（ｂ））
　　　　由＝０得ｘ510－×289＝0
　　　　因而＝288N；－＝510-288=222N
　　齿轮作用力在水平平面弯矩（图5.1（ｃ））
　　　　＝×288＝222×0.28864Ｎｍ
（２）在垂直平面内支反力（图5.1（ｄ））
　　　　＝(512-288) ÷512×＝616N
＝288÷512×＝0.56×1400=784N
齿轮作用力在水平平面弯矩（图5.1（ｅ））　
　　　　＝×288＝616×0.288177Ｎｍ
（３）由于负载作用，在支点Ａ和Ｂ处支反力（图5.1（ｆ））
　　　　由＝０得ｘ512－ｘ402＝０
＝15389N；＝＋＝15389+19600=34989N
由于负载作用而产生弯矩图如图5.1（ｇ）所示：

＝　×0.402＝7879.2Ｎｍ