CN101274720B - 一种带钢张力调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带钢张力调节方法及装置，主要用于调节运行带钢的张力。一种带钢张力调节方法，是在装有传动辊的支座底部的凸块上穿过丝杠，丝杠上还套装有与丝杠相配合的螺母，弹簧穿过丝杠，弹簧两端固接在螺母和支座底部凸块上，支座底部和螺母两侧台阶面装有滑块可在固定于底座上的导轨滑动，丝杠两端经轴承固定在底座上，丝杠一端连接有旋转手柄；在穿过传动辊的带钢张紧情况下，通过转动旋转手柄带动丝杠旋转，螺母在导轨上直线滑动，使弹簧产生变形，弹簧力对支座作用力发生变化，从而调节传动辊上带钢的张力。本发明的带钢张力调节方法操作方便，调节效率高，可定量指示调整力的大小，装置结构简单，占用空间小。

Description

一种带钢张力调节方法及装置

本发明涉及一种带钢张力调节方法及装置，主要用于调节运行带钢的张力。

(二)背景技术

张力控制在带钢生产中具有十分重要的地位，在连续带钢生产过程中中，保持合适的张力对于产品的表面质量、尺寸精度具有重要的影响。此外，准确地控制带钢张力对于确保带钢稳定生产，实现各项预期的工艺目标具有十分重要的意义。

目前带钢生产线张力的控制是通过对张紧辊、开卷机、卷取机、轧机、活套等各个张力装置进行调节来实现的。具体的控制方式包括：间接张力控制、直接张力闭环控制、速度直接闭环控制等。这种张力控制方法系统复杂，适合于生产线的在线自动控制。对于一些简单的、要求不高的场合，这种张力调节方法存在投入成本高、系统复杂、调试操作不变等缺点。

相对比较简单的张力调节方式就是引入张紧轮装置，通过调整机构改变张紧轮的转轴位置来调节带材的松紧程度，进而达到调节张力的目的。日本发明人横山泰弘在中国申请的专利200510064037.1就是其中一例，该专利利用固定轴将张力调节机构固定在机架上，通过调节张力调节螺纹杆，即可调节环形带材的张力大小。这类调节方法额外增加了张紧轮及相关的传动机构，使结构复杂化，而且没有刻度指示，给定量调整带来了困难。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种带钢张力调节方法及装置，该方法采用丝杠螺母副和弹簧，对安装有传动辊的支座进行调节，从而对带钢张力进行调节，其操作方便，调节效率高；装置结构简单，占用空间小。

本发明是这样实现的：一种带钢张力调节方法，是在装有传动辊的支座底部的凸块上穿过丝杠，丝杠上还套装有与丝杠相配合的螺母，弹簧穿过丝杠，弹簧两端固接在螺母和支座底部凸块上，支座底部两侧和螺母两侧台阶面均装有滑块，滑块可在固定于底座上的导轨滑动，丝杠两端经轴承固定在底座上，丝杠一端连接有旋转手柄；

在穿过传动辊的带钢张紧情况下，通过转动旋转手柄带动丝杠旋转，螺母在导轨上直线滑动，使弹簧产生变形，弹簧力对支座作用力发生变化，从而调节传动辊上带钢的张力。

所述传动辊入口带钢和出口带钢平行，并且与丝杠轴线平行，旋转手柄的旋转角度θ与带钢张力T成线性关系，其关系式为：

T＝Kθ

式中：

为常数；t：丝杠导程，k：弹簧刚度；

所述传动辊入口带钢和出口带钢不平行，带钢中心线的角平分线与丝杠轴线平行，旋转手柄的旋转角度与带钢张力成线性关系，其关系式为：

T＝K′θ

式中：

为常数，

α：出口带钢和人口带钢夹角的1/2。

一种带钢张力调节装置，包括装有传动辊的支座，其特征是：所述装置还包括螺母、丝杠、弹簧、底座、导轨、旋转手柄，丝杠穿过固接于支座底部的凸块，支座底部两侧可沿固定安装在底座上的导轨滑动；螺母为倒凸块状，倒凸块状下部开有螺孔，螺母的螺孔与丝杠相配合并套装在丝杠上，螺母倒凸块状的两侧台阶面可沿导轨滑动；丝杠两端经轴承固定安装在底座上，丝杠一端连接有旋转手柄；弹簧穿过丝杠，弹簧两端固接在螺母和支座底部凸块上。

所述支座底部两侧装有滑块，滑块与导轨相配合使支座在导轨上作直线移动。

所述螺母倒凸块的两侧台阶面上装有滑块，滑块与导轨相配合使螺母在导轨上作直线移动。

所述底座一侧安装有刻度盘，刻度盘对应于旋转手柄。

本发明采用弹簧、丝杠-螺母副，通过转动两端位置固定的丝杠带动螺母产生直线运动，使安装在螺母和传动辊支座之间的弹簧产生变形，达到调整带钢张力的目的。张力的大小与弹簧的变形量成正比例关系，而弹簧的变形量与丝杠的旋转角度有关，丝杠一端装有旋转手柄，通过安装在旋转手柄一侧的刻度盘指示张力调整的大小，从而克服了一般张力调整无法定量化的缺点，消除了张力调整过程中的盲目性。该张力调节方法简单，不占空间，经济实用。

本发明的带钢张力调节方法操作方便，调节效率高；装置结构简单，占用空间小，无需额外的张力调整辅助装置，可以有效节省张力调整系统的体积。

(四)附图说明

图1为本发明带钢张力调节装置结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视示意图；

图3为图1中B-B向剖视示意图；

图4为带钢入口与出口平行时的张力调节分析示意图；

图5为底座一侧的刻度表和手柄的示意图；

图6为带钢入口与出口不平行时的张力调节分析示意图。

图中：1带钢，2传动辊，3支座，4滑块，5导轨，6刻度盘，7旋转手柄，8丝杠，9底座，10弹簧，11螺母。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2、图3，一种带钢张力调节方法，是在装有传动辊2的支座3底部的凸块上穿过丝杠8，丝杠8上还套装有与丝杠相配合的螺母11，弹簧10穿过丝杠8，弹簧10两端固接在螺母11和支座3底部凸块上，支座3底部和螺母11两侧台阶面装有滑块4可在固定于底座9上的导轨5滑动，丝杠8两端经轴承固定在底座9上，丝杠8一端连接有旋转手柄7；在穿过传动辊2的带钢1张紧情况下，通过转动旋转手柄7带动丝杠8旋转，丝杠8带动螺母11在导轨5上直线滑动，螺母11和支座3之间的距离发生改变，使弹簧10产生压缩变形，弹簧力对支座3作用力发生变化，从而调节传动辊2上带钢1的张力。

刻度盘5安装在底座9上靠近旋转手柄7一侧，其轴线与丝杠8轴线重合，刻度指示直接反映张力的大小。

在带钢1存在初始张力并且在其弹性极限范围进行调节的情况下，旋转手柄7的角度与带钢1张力存在确定的关系，其具体如下：

第一种情况：传动辊2入口带钢1和出口带钢平行，并且与丝杠8轴线平行，参见图4、图5。旋转手柄7带动丝杠8转动一周2π，螺母11在直线方向的位移为丝杠8的一个导程t，相应的弹簧10的变形量可以认为是t；手柄7的旋转角度θ与螺母11位移x的关系为：

$x=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}t---\left(1\right)$

在一般情况下，由张力引起的带钢伸长量可以忽略不计，x就是弹簧的变形量，此时弹簧对支座的力F为：

F＝kx                (2)

根据力的平衡关系：

F-2T＝0              (3)

因此，带钢张力T为：

$T=\frac{F}{2}=\frac{\mathrm{kx}}{2}=\frac{k}{2}\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}t---\left(4\right)$

由于丝杠导程t、弹簧刚度k是一定的，因此有：

T＝Kθ               (5)

其中

为常数。

式中：t：丝杠导程，

      k：弹簧刚度。

由式(5)可以看出，手柄的旋转角度θ与带钢张力T的成线性关系。

第二种情况：传动辊2入口带钢1与出口带钢不平行，带钢中心线的角平分线与丝杠8轴线平行，参见图6、图5；即：传动辊入口带钢与出口带钢成2α角，当转角为θ时，当螺母11在直线方向的位移为x时，手柄的旋转角度θ与螺母位移x的关系为：

$x=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}t----\left(6\right)$

由张力引起的带钢伸长量可以忽略不计，x就是弹簧的变形量，此时弹簧对支座的力F为：

F＝kx                        (7)

根据力的平衡关系：

F-2Tcosα＝0                 (8)

因此，带钢张力T为：

$T=\frac{F}{2\cos \mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{kx}}{2\cos \mathrm{\α}}=\frac{k}{2\cos \mathrm{\α}}\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}t---\left(9\right)$

由于α可以认为不变，(9)式可以简化为：

T＝K′θ                     (10)

其中：

为常数；

式中：α：出口带钢和入口带钢夹角的1/2。

由式(10)可以看出，手柄的旋转角度θ与带钢张力T的变化值也成线性关系。

参见图1、图2、图3，一种带钢张力调节装置，包括装有传动辊2的支座3、螺母11、丝杠8、弹簧10、底座9、导轨5、旋转手柄7、滑块4。丝杠8穿过固接于支座3底部的凸块，支座3底部两侧装有滑块4，滑块4与导轨5相配合使支座3在导轨5上作直线移动。螺母11为倒凸块状，倒凸块状下部开有螺孔，螺母11的螺孔与丝杠8相配合并套装在丝杠8上，螺母11倒凸块状的两侧台阶面上装有滑块4，滑块4与导轨5相配合使螺母11在导轨5上作直线移动。丝杠8两端经滚动轴承固定安装在底座9上，丝杠8一端连接有旋转手柄7；弹簧10穿过丝杠8，弹簧10两端固接在螺母11和支座3底部凸块上。

底座9一侧安装有刻度盘6，刻度盘6对应于旋转手柄7。刻度盘5轴线与丝杠8轴线重合，刻度指示直接反映张力的大小。

在支座3底部两侧和螺母11两侧台阶面上固定安装滑块4，在底座9上表面相应的安装导轨5，其目的是精确导向和减小工作面的磨损。

本发明一种带钢张力调节方法和装置是采用弹簧10、丝杠8和螺母11副，通过转动两端位置固定的丝杠8带动螺母11产生直线运动，使安装在螺母11和传动辊支座3之间的弹簧10产生变形，达到调整带钢1张力的目的。带钢1张力的大小与弹簧10的变形量成正比例关系，而弹簧10的变形量与丝杠8的旋转角度有关，通过丝杠8一端装有旋转手柄7，旋转手柄7转过的旋转角度经固定安装在底座9上的刻度盘6指出，从而指示带钢1张力调整的大小，克服了一般张力调整无法定量化的缺点，消除了张力调整过程中的盲目性。

实施例1

参见图4、图5，对于带钢运行试验装置初始长度l0为10m的带钢，其截面积S为300mm×0.2mm，材料的拉压弹性模量E为2.0×10⁵MPa，材料弹性极限σ_e为200MPa的带钢。选用弹簧原长度X₀＝420mm，弹簧刚度k＝27.2N/mm，丝杠导程t＝40mm。带钢张力调节范围T＝700～1800N，常数

在最小张力T_min＝700N时，弹簧的变形量：

$x_{\min }=\frac{F}{k}=\frac{2T_{\min }}{k}=51.47\mathrm{mm},$

带钢的变形量计算如下：

$\mathrm{\σ}=\mathrm{E\ϵ}=E\frac{\mathrm{\Δl}}{l_0},$ $\mathrm{\σ}=\frac{T}{S}$

$\mathrm{\Δl}=\frac{T}{\mathrm{ES}}{l}_0$

其时，

带钢的变形量与弹簧的变形量相比可以忽略不计。

此时手柄的旋转角度：

在最大张力T_max＝1800N时，弹簧的变形量：

$x_{\max }=\frac{F}{k}=\frac{2T_{\max }}{k}=132.35\mathrm{mm}$

此时手柄的旋转角度：

实施例2

参见图6、图5，对于带钢运行试验装置初始长度l₀为10m的带钢，其截面积S为300mm×0.2mm，材料的拉压弹性模量E为2.0×10⁵MPa，材料弹性极限σ_e为200MPa的带钢，入口带钢与出口带钢2α＝30°。选用弹簧原长度X₀＝420mm，弹簧刚度k＝27.2N/mm，丝杠导程t＝40mm。带钢张力调节范围T＝700～1800N，常数

在最小张力T_min＝700N时，弹簧的变形量：

$x_{\min }=\frac{F}{k}=\frac{2T_{\min }\cos \mathrm{\α}}{k}=49.7\mathrm{mm}$

此时手柄的旋转角度：

在最大张力T_max＝1800N时，弹簧的变形量：

$x_{\max }=\frac{F}{k}=\frac{2T_{\max }\cos \mathrm{\α}}{k}=127.84\mathrm{mm}$

此时手柄的旋转角度：

本发明的带钢张力调节方法操作方便，调节效率高，可定量指示调整力的大小；装置结构简单，占用空间小，无需额外的张力调整辅助装置，可以有效节省张力调整系统的体积。

以上借助于具体实施例描述了本发明专利的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本发明不仅适用于带钢生产还适用于其它带材生产以及物流传输等生产领域，所有这些本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种带钢张力调节方法，其特征是：

在装有传动辊的支座底部的凸块上穿过丝杠，丝杠上还套装有与丝杠相配合的螺母，弹簧穿过丝杠，弹簧两端固接在螺母和支座底部凸块上，支座底部两侧和螺母两侧台阶面均装有滑块，滑块可在固定于底座上的导轨滑动，丝杠两端经轴承固定在底座上，丝杠一端连接有旋转手柄；

在穿过传动辊的带钢张紧情况下，通过转动旋转手柄带动丝杠旋转，螺母在导轨上直线滑动，使弹簧产生变形，弹簧力对支座作用力发生变化，从而调节传动辊上带钢的张力；

所述传动辊入口带钢和出口带钢平行，并且与丝杠轴线平行时，旋转手柄的旋转角度θ与带钢张力T成线性关系，其关系式为：

T＝Kθ

式中：为常数；

t：丝杠导程，

k：弹簧刚度；

所述传动辊入口带钢和出口带钢不平行，带钢中心线的角平分线与丝杠轴线平行时，旋转手柄的旋转角度与带钢张力成线性关系，其关系式为：

T＝K′θ

式中：

为常数，

α：出口带钢和入口带钢夹角的1/2。

2.一种带钢张力调节装置，包括装有传动辊的支座，其特征是：所述装置还包括螺母、丝杠、弹簧、底座、导轨、旋转手柄，丝杠穿过固接于支座底部的凸块，支座底部两侧可沿固定安装在底座上的导轨滑动；螺母为倒凸块状，倒凸块状下部开有螺孔，螺母的螺孔与丝杠相配合并套装在丝杠上，螺母倒凸块状的两侧台阶面可沿导轨滑动；丝杠两端经轴承固定安装在底座上，丝杠一端连接有旋转手柄；弹簧穿过丝杠，弹簧两端固接在螺母和支座底部凸块上。

3.根据权利要求2所述的带钢张力调节装置，其特征是：支座底部两侧装有滑块，滑块与导轨相配合使支座在导轨上作直线移动。

4.根据权利要求2所述的带钢张力调节装置，其特征是：螺母倒凸块的两侧台阶面上装有滑块，滑块与导轨相配合使螺母在导轨上作直线移动。

5.根据权利要求2所述的带钢张力调节装置，其特征是：底座一侧安装有刻度盘，刻度盘对应于旋转手柄。

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