CN105458037B - 一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，包括：获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径；在卷筒使用一预定时间周期后，通过限制卷筒的实际刚性胀径，获得卷筒的测量刚性胀径；通过将卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得卷取机卷筒的测量空载胀径；根据测量刚性胀径、测量空载胀径、零磨损刚性胀径及零磨损空载胀径，获得卷筒的内部磨损间隙总量。在上述技术方案中，通过获得卷筒的内部磨损间隙总量，使得卷筒的更换能够在内部磨损间隙总量接近最大允许磨损间隙值时进行，解决了现有技术中根据卷钢量更换卷筒造成的维修成本浪费的技术问题，达到延长卷筒的更换周期，降低维修成本的有益技术效果。

Description

一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法

技术领域

本发明涉及钢铁、机械技术领域，特别涉及一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法。

背景技术

热轧卷取机卷筒的更换周期，依据卷筒的卷钢量而定。国内各热轧生产线卷取机卷筒的更换周期一般定为80万-100万吨更换一次。卷筒更换下机后，需要进行拆解维修，将卷筒内部出现磨损的部位进行更换或修复，恢复其膨胀收缩精度。卷筒每次修复的价格在50-55万元之间，按照热轧生产线年产量400万吨计算，每年卷筒修复所产生的维修成本大约在200万元左右。

然而，由于卷筒卷取的钢卷规格、生产环境、操作方式等的不同，导致卷筒的实际使用周期与生产的钢卷量无确定的关系，甚至，当生产的钢卷量达到更换量时，卷筒的其实还可以继续工作很长一段时间，不需要更换或维修，但是，根据现有技术的做法，依然会将可继续使用的卷筒更换，造成了大量维修成本的浪费。

实际上，卷筒内部磨损量未接近最大允许磨损间隙值时，可以在不影响卷筒卷钢状态的前提下持续使用卷筒。但是，现有技术中没有对卷筒内部的磨损情况进行测算的方法，无法获知卷筒内部磨损间隙的大小 。

发明内容

本发明实施例提供一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，用于获得卷筒内部磨损间隙的总量，延长卷筒的更换周期。

本申请实施例提供一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，所述测算方 法包括：

获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径；

在所述卷筒使用一预定时间周期后，通过限制所述卷筒的实际刚性胀径，获得所述卷筒的测量刚性胀径；

通过将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得所述卷取机卷筒的测量空载胀径；

根据所述测量刚性胀径、所述测量空载胀径、所述零磨损刚性胀径及所述零磨损空载胀径，获得所述卷筒的内部磨损间隙总量。

可选的，所述通过限制所述卷筒的实际刚性胀径，获得所述卷筒的测量刚性胀径，包括：

将所述卷筒的外径限制在745mm内；

逐步增大所述卷筒的膨胀量，直到检测所述卷筒空载胀径的传感器测量获得的数值不再增加，并获得所述传感器的最终数值；

根据所述最终数值，从所述卷筒的空载胀径和理论刚性胀径的对应关系中查找获得所述测量刚性胀径。

可选的，所述将所述卷筒的外径限制在745mm内，具体为：

在所述卷筒的轴向三个楔形块的对称中心位置套设两个钢圈，其中，所述钢圈的内径为745mm，所述两个钢圈中的第一个钢圈位于距所述卷筒的扇形板操作侧端面1400mm的位置，所述两个钢圈中的第二个钢圈位于距所述扇形板操作侧端面940mm的位置。

可选的，所述通过将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得所述卷取机卷筒的测量空载胀径，包括：

将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，在所述卷筒的轴向选取24个测量点位，其中每个测量点位间隔100mm，测量获得所述24个测量点位的卷筒胀径；

获得所述24个测量点位的卷筒胀径的平均值作为所述测量空载胀径。

可选的，所述根据所述测量刚性胀径、所述测量空载胀径、所述零磨损刚性胀径及所述零磨损空载胀径，获得所述卷筒的内部磨损间隙总量，包括：

通过公式δ_楔块＝D_刚性0点-D_刚性测量计算获得所述卷筒的楔形块磨损量，其中，δ_楔形块表示所述楔形块磨损量，D_刚性0点表示所述零磨损刚性胀径，D_刚性测量表示所述测量刚性胀径；

通过公式δ_连杆＝D_空载0点-D_空载测量计算获得所述卷筒的连杆磨损量，其中，δ_连杆表示所述连杆磨损量，D_空载0点表示所述零磨损空载胀径，D_空载测量表示所述测量空载胀径；

通过公式δ_总＝δ_楔块+δ_连杆＝计5.算94获+得1＝所6.9述4内m部m磨损间隙总量δ_总。

可选的，所述获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径，包括：

在所述卷筒初次上机时，对所述卷筒进行刚性和膨胀测试，获得所述零磨损刚性胀径和所述零磨损空载胀径，其中，所述卷筒为新制卷筒或者已修复卷筒。

可选的，该测算方法还包括：判断所述内部磨损间隙总量是否小于所述卷筒内部允许的最大间隙量；若所述内部磨损间隙总量小于所述卷筒内部允许的最大间隙量，确定所述卷筒可以继续使用；若所述内部磨损间隙总量不小于所述卷筒内部允许的最大间隙量，确定所述卷筒需要更换或修复。

可选的，所述卷筒内部允许的最大间隙量具体为4.72mm。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

通过获得卷筒在零磨损的情况下的零磨损刚性胀径、零磨损空载胀径，及获得卷筒在使用一预定时间周期后的卷筒的测量刚性胀径、测量空载胀径，来获得卷筒的内部磨损间隙总量，从而对卷筒内部的磨损情况进行状态跟踪和控制，可以在不影响卷筒卷钢状态的前提下持续使用卷筒，直至内部磨损间隙总量接近最大允许磨损间隙值时，再对卷筒进行更换，进而解决了现有技术中根 据卷钢量更换卷筒造成的维修成本浪费的技术问题，达到延长卷筒的更换周期，降低维修成本的有益技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的卷筒内部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的楔形块内部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的空载胀径和弹簧伸出量对应关系的示意图；

图4为本申请实施例提供的空载胀径和理论刚性胀径对应关系的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种卷取机卷筒的内壁磨损间隙测算方法的流程图；

图6为本申请实施例提供的刚性测试示意图。

具体实施方式

在本申请实施例提供的技术方案中，通过提供一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，获得卷筒的内部磨损间隙总量，从而对卷筒内部的磨损情况进行状态跟踪和控制，可以在不影响卷筒卷钢状态的前提下持续使用卷筒，直至内部磨损间隙总量接近最大允许磨损间隙值时，再对卷筒进行更换，进而解决了现有技术中根据卷钢量更换卷筒造成的维修成本浪费的技术问题，达到延长卷筒的更换周期，降低维修成本的有益技术效果。

相关结构和概念说明

1)卷筒内部结构

请参考图1，卷筒主要有卷筒本体110、芯轴120、楔形块130、扇形板140、连杆150、胀缩液压缸这几部分组成。卷筒本体110安装在卷取机牌坊上，卷筒本体110的驱动端和卷筒减速机相连、被动端由支撑臂进行支撑。卷筒的其他零部件均安装在卷筒本体110上。芯轴120安装在卷筒内部，芯轴120上安装有8根连杆150，将芯轴120和扇形板140连接在一起。芯轴120的驱动端 和胀缩液压缸活塞杆连接固定在一起。卷筒内部共有12块楔形块130，每块扇形板140下方有3块楔形块130，楔形块130内部安装有平衡弹簧33，楔形块130主要作用是将芯轴120和扇形板140之间顶紧，防止扇形板140晃动。卷筒上安装有4块扇形板140，沿周向均布。扇形板140主要和钢卷心部接触，每块扇形板140由2根连杆150将其和芯轴120连接在一起。卷筒内部共有8根连杆150，将4块扇形板140和卷筒芯轴120连接在一起。胀缩液压缸的缸体安装固定在卷筒本体110上，活塞杆头部和芯轴120固定连接在一起。

2)卷筒的工作原理

卷筒的膨胀收缩主要依靠胀缩缸推拉芯轴120，芯轴120通过连杆150带动扇形板140动作来实现的。卷筒膨胀：胀缩缸拉动芯轴120向驱动端运动，芯轴120带动连杆150摆动，连杆150带动扇形板140向外运动，使卷筒完成膨胀动作。在这一过程中，由于楔形块130和芯轴120之间是斜面接触，因此在芯轴120动作时，楔形块130和扇形板140一同向外运动，楔形块130和扇形板140之间一直处于压紧状态。卷筒收缩：胀缩缸推动芯轴120向非驱动端运动，芯轴120带动连杆150摆动，连杆150带动扇形板140向内运动，使卷筒完成收缩动作。在这一过程中，由于楔形块130和芯轴120之间是斜面接触，因此在芯轴120动作时，楔形块130和扇形板140一同向内运动，楔形块130和扇形板140之间一直处于压紧状态。

3)卷筒的作用

当带钢头部进入卷取机前，卷筒一直处于预膨胀状态，头部卷曲几圈后，卷筒进行二次膨胀，和钢卷心部完全胀紧，使卷筒和夹送辊间建立有效张力。当卷曲完毕后，卷筒完全收缩和钢卷心部分离，然后将钢卷卸出卷取机。卷筒的膨胀和收缩由安装在卷筒上的胀缩液压缸进行控制，空载状态下完全收缩时卷筒胀径为727mm，完全膨胀时卷筒胀径为762mm，预膨胀时卷筒胀径为745mm。

4)楔形块130内部结构

卷筒内部楔形块130主要由楔形块本体34、平衡弹簧33、行程限位螺栓32和弹簧33的两端端盖31这4部分组成，详见图2。楔形块本体34上的斜面是磨损面，一直和卷筒芯轴120贴紧。平衡弹簧33顶在两个端盖31上，使内部的端盖31和楔形块130贴紧，外部的端盖31和卷筒扇形板140贴紧。行程限位螺栓32的作用，主要是调整平衡弹簧33的工作行程。楔形块130内弹簧33伸出量行程被限制在5mm。当由于卷筒内部磨损导致弹簧33行程达到5mm上限后，仍无法和扇形板140接触时，就会造成卷筒转动过程中，扇形板140晃动并伴随较大声响，这会对扇形板140上的连杆150和固定螺栓等部位产生不良影响。

5)空载胀径和刚性胀径的定义

空载胀径：在卷筒无任何负载状态下，扇形板140完全处于自由状态，楔形块130内的弹簧33将扇形板140和芯轴120之间的间隙全部消除，此时卷筒的膨胀直径为空载胀径。

刚性胀径：在卷筒扇形板140被完全压紧的状态，楔形块130内的弹簧33被外部负载作用而压缩，扇形板140和楔形块130完全接触，此时卷筒的膨胀直径为刚性胀径。

下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。

实施例

为了对卷取机卷筒的内部磨损间隙进行测算，本申请实施例先获得卷筒的空载胀径和理论刚性胀径的对应关系和卷筒内部允许的最大间隙量。

一、空载胀径和理论刚性胀径的对应关系

在具体实施过程中，由于卷筒的芯轴120和扇形板140依靠连杆150机构进行连接，因此在不同空载胀径下楔形块130的弹簧33伸出量是变化的，即空载胀径和弹簧33伸出量的对应曲线是非线性的。通过对图纸进行测算，得出卷筒的空载胀径从727mm～762mm的对应弹簧33伸出量和弹簧33力，详 见图3。

根据空载胀径和楔形块130的弹簧伸出量，通过下述公式计算卷筒不同膨胀量下(无间隙磨损的理想状态)对应的理论刚性胀径D_理论刚性，从而获得空载胀径和理论刚性胀径的对应关系，详见图4。

D_理论刚性＝D_空载-2×x

其中，x表示弹簧伸出量；D_空载表示卷筒的空载胀径。

二、卷筒内部允许的最大间隙量

卷筒内部出现磨损的部位主要有楔形块130、连杆150和扇形板140右侧端面。卷筒内部楔形块130磨损会导致实际刚性胀径逐渐减小，连杆150和扇形板140端面磨损会导致实际空载胀径逐渐增大。两者的差值即是楔形块130弹簧33的有效行程区间。卷筒使用过程中，磨损越来越大，两者的差值也逐步变大，当两者的差值大于弹簧33的最大行程时，弹簧33便会失效，也就是所谓的超过了最大允许磨损量。

预膨胀状态(未磨损情况下空载胀径为745mm)是卷筒的等待状态，带钢头部能否顺利进入，主要是看这一状态。因此，最大允许磨损间隙也是在预膨胀状态下进行选取。由于卷筒内部每个楔形块130平衡弹簧33的行程为5mm，因此卷筒内楔形块130和扇形板140径向间隙总和最大不超过10mm。根据图3可以确定，在卷筒预膨胀空载胀径745mm时，其每个楔形块130的弹簧伸出量x＝2.64mm(卷筒内部无磨损的理想状态下)，所以卷筒内部允许的最大间隙量Δ等于：

Δ＝10-2×x＝4.72mm。

请参考图5，在获得卷筒的空载胀径和理论刚性胀径的对应关系和卷筒内部允许的最大间隙量后，执行本申请实施例提供一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，该测算方法包括：

步骤501：获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径；

步骤502：在所述卷筒使用一预定时间周期后，通过限制所述卷筒的实际刚性胀径，获得所述卷筒的测量刚性胀径；

步骤503：通过将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得所述卷取机卷筒的测量空载胀径；

步骤504：根据所述测量刚性胀径、所述测量空载胀径、所述零磨损刚性胀径及所述零磨损空载胀径，获得所述卷筒的内部磨损间隙总量。

执行步骤501时，针对新制卷筒或者已修复卷筒，可以根据新制提供的检测报告，和/或初次上机时的刚度测试、膨胀测试结果确定卷筒的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径。刚度测试和膨胀测试的方法具体参见步骤502和步骤503。

步骤502中，卷筒的预定时间周期可以是固定值也可以根据卷筒当前的磨损程度进行设置。例如：预定时间周期可以是60天，也可以进行如下设置：初次使用的卷筒，因为零磨损预定时间周期可以设置为80天；修复后的卷筒，虽然经过修复但是耐磨程度降低，为此预定时间周期减少为60天；一个预定时间周期检测获得的磨损间隙总量小于最大间隙量的一半时，可以将预定时间周期设置为35天。

当预定时间周期到达后，对卷筒进行刚度测试，具体方法如下：首先，将卷筒的外径限制在745mm内。然后，逐步增大卷筒的膨胀量，具体可以将卷筒膨胀量从727mm膨胀到762mm，直到检测卷筒空载胀径的传感器测量获得的数值不再增加，并获得传感器的最终数值。由于卷筒的外径被限制在了745mm，因此卷筒在膨胀过程中，一旦膨胀到745mm时则不能再继续膨胀，此时检测卷筒空载胀径的传感器检测到的膨胀量数值将不再变化，此时传感器检测到的最终数值即是：在实际刚性胀径745mm时卷筒的空载胀径，然而若卷筒未磨损在空载胀径为该最终数值时，卷筒的刚性胀径不是745mm，所以，接下来根据该最终数值，从卷筒的空载胀径和理论刚性胀径的对应关系(具体见图4)中查找获得测量刚性胀径，即将空载胀径为该最终数值时对应的理论 刚性胀径作为磨损测算用的测量刚性胀径。

请参考图6，可以选用如下方式将卷筒的外径限制在745mm内：在卷筒的轴向三个楔形块130的对称中心位置套设两个钢圈，其中，钢圈的内径为745mm，两个钢圈中的第一个钢圈位于距卷筒的扇形板140操作侧端面1400mm的位置，两个钢圈中的第二个钢圈位于距扇形板140操作侧端面940mm的位置。

在执行步骤502获得测量刚性胀径之后或之前，执行步骤503通过将卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得卷取机卷筒的测量空载胀径，包括：将卷筒膨胀到预膨胀位置，在卷筒的轴向选取24个测量点位，其中每个测量点位间隔100mm，测量获得24个测量点位的卷筒胀径；获得24个测量点位的卷筒胀径的平均值作为测量空载胀径。其中，预膨胀位置为卷筒在预膨胀状态时卷筒芯轴120所处的位置。测量24个测量点位的卷筒胀径时可以通过π尺测量。

在获得测量刚性胀径、测量空载胀径后，执行步骤504获得卷筒的内部磨损间隙总量，具体可以通过如下方式获得：

1、计算获得卷筒的楔形块磨损量：

δ_楔块＝D_刚性0点-D_刚性测量

其中，δ_楔形块130表示所述楔形块磨损量，D_刚性0点表示所述零磨损刚性胀径，D_刚性测量表示所述测量刚性胀径；

2、计算获得卷筒的连杆磨损量：

δ_连杆＝D_空载0点-D_空载测量

其中，δ_连杆150表示所述连杆磨损量，D_空载0点表示所述零磨损空载胀径，D_空载测量表示所述测量空载胀径；

3、计算获得卷筒的内部磨损间隙总量

在具体实施过程中，本申请实施例还在获得卷筒的内部磨损间隙总量时，还执行如下步骤：判断卷筒的内部磨损间隙总量是否小于卷筒内部允许的最大 间隙量；若卷筒的内部磨损间隙总量小于卷筒内部允许的最大间隙量，确定卷筒可以继续使用；反之，若卷筒的内部磨损间隙总量不小于卷筒内部允许的最大间隙量，确定卷筒需要更换或修复。其中，卷筒内部允许的最大间隙量具体为4.72mm。进一步的，为了保证卷筒生产的安全性，在判断时可以将卷筒内部语序的最大间隙量减去一安全阈值，例如：假设卷筒内部允许的最大间隙量实际为4.72mm，那么可以将卷筒内部允许的最大间隙量设置为4mm。

通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下技术效果：

通过获得卷筒在零磨损的情况下的零磨损刚性胀径、零磨损空载胀径，及获得卷筒在使用一预定时间周期后的卷筒的测量刚性胀径、测量空载胀径，来获得卷筒的内部磨损间隙总量，从而对卷筒内部的磨损情况进行状态跟踪和控制，可以在不影响卷筒卷钢状态的前提下持续使用卷筒，直至内部磨损间隙总量接近最大允许磨损间隙值时，再对卷筒进行更换，进而解决了现有技术中根据卷钢量更换卷筒造成的维修成本浪费的技术问题，达到延长卷筒的更换周期，降低维修成本的有益技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种卷取机卷筒的内部磨损间隙测算方法，其特征在于，所述测算方法包括：

获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径；

在所述卷筒使用一预定时间周期后，通过限制所述卷筒的实际刚性胀径，获得所述卷筒的测量刚性胀径；

通过将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得所述卷取机卷筒的测量空载胀径；

根据所述测量刚性胀径、所述测量空载胀径、所述零磨损刚性胀径及所述零磨损空载胀径，获得所述卷筒的内部磨损间隙总量；

其中，所述通过限制所述卷筒的实际刚性胀径，获得所述卷筒的测量刚性胀径，包括：

将所述卷筒的外径限制在745mm内，包括：在所述卷筒的轴向三个楔形块的对称中心位置套设两个钢圈，其中，所述钢圈的内径为745mm，所述两个钢圈中的第一个钢圈位于距所述卷筒的扇形板操作侧端面1400mm的位置，所述两个钢圈中的第二个钢圈位于距所述扇形板操作侧端面940mm的位置；

逐步增大所述卷筒的膨胀量，直到检测所述卷筒空载胀径的传感器测量获得的数值不再增加，并获得所述传感器的最终数值；

根据所述最终数值，从所述卷筒的空载胀径和理论刚性胀径的对应关系中查找获得所述测量刚性胀径，所述对应关系通过公式D_理论刚性＝D_空载-2×x获得，x表示楔形块的弹簧伸出量，D_理论刚性表示卷筒的理论刚性胀径，D_空载表示卷筒的空载胀径；

所述通过将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，检测获得所述卷取机卷筒的测量空载胀径，包括：

将所述卷筒膨胀到预膨胀位置，在所述卷筒的轴向选取24个测量点位，其中每个测量点位间隔100mm，测量获得所述24个测量点位的卷筒胀径；

获得所述24个测量点位的卷筒胀径的平均值作为所述测量空载胀径；

所述根据所述测量刚性胀径、所述测量空载胀径、所述零磨损刚性胀径及所述零磨损空载胀径，获得所述卷筒的内部磨损间隙总量，包括：

通过公式δ_楔块＝D_刚性0点-D_刚性测量计算获得所述卷筒的楔形块磨损量，其中，δ_楔形块表示所述楔形块磨损量，D_刚性0点表示所述零磨损刚性胀径，D_刚性测量表示所述测量刚性胀径；

通过公式δ_连杆＝D_空载0点-D_空载测量计算获得所述卷筒的连杆磨损量，其中，δ_连杆表示所述连杆磨损量，D_空载0点表示所述零磨损空载胀径，D_空载测量表示所述测量空载胀径；

通过公式δ_总＝δ_楔块+δ_连杆＝计算获得所述内部磨损间隙总量δ_总。

2.如权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述获得卷取机的卷筒在没有磨损的情况下的零磨损刚性胀径和零磨损空载胀径，包括：

在所述卷筒初次上机时，对所述卷筒进行刚性和膨胀测试，获得所述零磨损刚性胀径和所述零磨损空载胀径，其中，所述卷筒为新制卷筒或者已修复卷筒。

3.如权利要求2所述的测算方法，其特征在于，还包括：

判断所述内部磨损间隙总量是否小于所述卷筒内部允许的最大间隙量；

若所述内部磨损间隙总量小于所述卷筒内部允许的最大间隙量，确定所述卷筒可以继续使用；若所述内部磨损间隙总量不小于所述卷筒内部允许的最大间隙量，确定所述卷筒需要更换或修复。

4.如权利要求3所述的测算方法，其特征在于，所述最大间隙量具体为4.72mm。