用于冷轧板生产的开卷机

绪论

开卷机是轧钢成卷生产不可少的设备。保证开卷机顺利工作对提高轧机生产率有很重要意义。冷轧机组中，开卷机用于将钢卷伸展。采用恒张力轧制，可以提高带钢质量。例如对于1700冷轧机组开卷机设计，其用于二机架冷轧机组中。首先，选择开卷机的设计方案，并对设计方案进行评述。由于冷带钢开卷张力大，采用四棱锥卷筒结构。用液压缸移动斜楔进行胀缩。将四棱锥体单独加工装在卷筒轴上，这样改进，加工方便。当锥体磨损后可以单独更换。这样，可以降低设备维修费用。另外，四个扇形块边采用搭接技术，防止卷筒胀开后出现空隙，减少钢卷局部压扁，提高钢卷质量。去掉钳口，采用助卷器卡紧带钢头部，方便卸卷。

这次设计，计算带钢卷开过程中对卷筒的压力并计算卷取轴弯曲强度，对支承轴承进行选择和校核。采用合理的润滑方案、润滑方法和控制技术，使开卷机技术先进，经济合理。强度足够，有广泛的使用价值，可用于酸洗、热处理、镀锌和镀锌机组中。经过朱老师的指导，我们所设计型号为KJJ-560。

第一章开卷机的概念和发展趋势

1.1选题的背景和目的

开卷机的设计，除了按一般机械设计程序进行机构和强度设计外，尚有几个与工艺和操作有关特殊问题。如机构选择、主要参数确定、卷筒压力计算和张力、调速、卷取质量等。

开卷机的结构形式的选择，热带钢卷取机装在热带钢轧机的后面地下式开卷机，一般三辊式成形辊布置多支点棱锥型卷筒。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的不同部位以满足不同的工艺要求。

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的张力，宽带钢的张力可达400~500千牛，特别多辊轧机轧制合金薄带材时，带钢对卷取机的径向压力极大，长期以来多采用带钳口的实心卷筒。在设置重卷机组倒卷时，多采用八棱锥无缝隙卷筒，以防止卷筒损坏坯带材表面。冷带钢开卷机是冷轧生产的重要设备。

1.2开卷机的概述

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，开卷张力大等优点，因此适用于较薄带材的开卷。

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。最近几年，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。国外生产事件证明，双圆柱头式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，所以目前已不大采用。

图1.1 为某机组悬臂式开卷机的结构形式。

图1.1悬臂式开卷机

1卷筒2传动装置3减速机4电机5胀缩油缸6对中油缸

1.3开卷机的结构

1.3.1单卷筒可胀缩开卷机

这种结构开卷机，其结构上与张力卷取机基本相同，但在开卷机卷筒上无钳口装置。案卷筒结构形式不同，可分为单卷筒棱锥式开卷机和单卷筒链板式开卷机。

图1.2为单卷筒链板开卷机机构。它在带钢精整机组的头部，用来开卷厚度为0.6毫米，宽度为500毫米的带卷。卷重为15吨，开卷速度为3米/秒。

卷筒的缩径机构，依靠仅作径向运动的四块弓形块3来实现。弓形块3与内卷筒1用链板2铰接，内卷筒1与心轴4采用其尾部的垫板5连接在一起。心轴4则与卷筒端部的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卷筒缩径。借助于弹簧的作用，使活塞杆与心轴4复位，卷筒胀径。

图1.2 单卷筒链板式开卷机结构

1内卷筒2链板3弓形块4心轴5垫板

这种开卷机进适用于开卷张力不大于1000公斤的卷重在15吨以下的横切机组、清洗机组、退火机组等精整机组。对于处理卷重较大和开卷张力较大的带卷时，可采用单卷筒棱锥式开卷机。

图1.3为单卷筒棱锥式开卷机。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20000-45000公斤。

这种开卷机卷筒由活动支撑轴颈1、拉杆2、空心轴3、扁销4.弓形块5、棱锥轴6以及滑键7等组成。

图1.3单卷棱锥式开卷机的卷筒结构

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

这种单卷筒棱锥式开卷机与链板式开卷机比较，具有刚性好、开卷张力大、设备重量较轻等优点，目前已被广泛采用。

1.3.2双锥头无胀缩开卷机

图1.4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毫米的带材，开卷速度为1米/秒。这种开卷机结构简单，其缺点是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑。为了克服这一缺点，可采用锥头可胀缩开卷机。

图1.4双锥头无胀缩开卷机

1.3.3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的不同，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。一般来说，这种开卷机用来开卷张力不大的带厚为2-8毫米的热轧带钢。对于薄带钢和大张力开卷时，则采用悬臂式开卷机。

图1.5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

图1.5径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机

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，利用齿轮3实现机械同步。这种结构上克服了上述锥头无胀缩开卷机的打滑现象，使用情况表明，效果良好。

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，

毫米。最大卷重为45000公斤。带材宽度为550-1530毫米。屈服极限为37公斤/2

开卷速度为10.5米/秒。开卷张力为920-9200公斤。

卷筒结构如图1.6所示，卷筒直径为610毫米，胀径时为630毫米，缩径时为560毫米。卷筒长度为855毫米，由于卷筒较短，把与轴向胀缩液压缸活塞直接相连的拉杆头部做成锥形，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，卷筒胀径。轴向胀缩液压缸反向动作时，借助拉杆端部上的燕尾槽是卷筒缩径。轴向胀缩活塞直径为440毫米，行程为221毫米。

1.6轴向液压缸胀缩的双圆柱头开卷机的卷筒结构

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。

图1.7胀缩液压缸和回转接头

1拉杆2活塞3回转接头

1．4开卷机的发展趋势

薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。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，还与日常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板占钢材的比例逐年增加，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大部分。

近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面：

增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为

冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前，都必须经过拆捆、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、卷取及卸卷的过程，占用较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加，机组的速度才能真正得到提高，带钢的质量也才能得以改善。然而，钢卷质量也不可无限制地增加，它受到开卷机等机械设备的结构与强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30-36kg／mm。

提高机组和轧机的速度。20世纪50年代开卷机大都在20m／s左右，60年

代以来已逐步提高到30m／s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。其他作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。

(3)提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度的自动调整、剪切钢板的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，例如深冲钢板连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，提高冷轧带钢的精度和节省能量。

第二章开卷机设计计算

2.1开卷机卷筒设计

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、四斜契式。其中平行四连杆式和四棱锥式两种结构比较常见。

平行四连杆式卷筒是用四块结构尺寸基本相同的弧形板组成，每块弧形板和轴上的支撑套筒用四条短连杆相联形成平行四连杆机构，依靠短连杆倾角变化产生筒径的胀缩（图2.1）

图2.1平心四连杆式卷筒

四棱锥式卷筒的筒体由四块扇形板组成，扇形板的内侧有阶梯形斜面与中心四棱锥的阶梯斜面相配合，利用四棱锥的少量轴向滑动形成外径的胀缩（图3）。

图2.2四棱锥式卷筒

2.2开卷机张力的确定与形成

精整机组开卷张力的选用，与机组尾部卷去张力一样，应该十分慎重。不合适的开卷张力，会影响到精整机组正常生产。一般开卷张力为

T=δbh

式中 b--带钢宽度，毫米；

h--带钢厚度，毫米；

δ--单位张力，公斤/2毫米。在机组头部一般可取δ=0.3-0.66公斤

/2毫米。再设计计算时，上述单位张力δ还可按下列经验公式计算

δ=k s σ

式中 s σ--带钢屈服限，公斤/2毫米；

表2-1张力系数

机组张力的选用应十分慎重。采用大张力，使传动设备加大，增加投资。过大

的张力还可能拉断带材。小张力可能使带材跑偏。实际上常按生产经验选用。一

般可按表2.2选取单位张力

图2.2单位张力δ值

开卷机张力的形成主要有三种方式：机械抱闸式、磁粉制动器式、直流拖动式。

机械抱闸式的特点是结构简单，投资少，但张力不易控制。通过磁粉制动器形

成张卷开力，可以通过调整激磁电流调节系统张力大小，易于实现自动控制，但

所能解形成的最大张力受磁粉制动器最大力矩限制，因此适用于小开卷张力机组。

大中型带材精整机组一般采用直流拖动方式形成所需的开卷张力。

2.3开卷机对中调节

对于一般的带材精整机组，都要求开卷机具有对中调整功能，即在上卷时和工

作过程中，始终保证带材中心线与机组中心线重合，以保证机组能正常工作。

目前采用的纠偏系统主要有光电液纠偏系统和气电液纠偏系统。但光电液 系

统应用比较成熟。

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，实现自动对中。

2.4 压锟压紧力计算

一般在开卷机上均设有压锟，用来压紧带材，增加制动力矩，有利于正常开卷。

有时还可以把压锟做成驱动，这样对开卷引料也有一定好处。如图4所示，压紧

力P 可按下式决定：

PR sin α=M 弹、塑 ； P=

M R sin α弹、塑(N)

式中： R —带卷半径（m ）；

α--开卷角（。）；

M 弹、塑--带材在压锟压紧力作用下，带材所产生弹塑弯曲力矩值（Nm ）；

M 弹、塑可由下式决定：

M 弹、塑=2222211bh s 1b h h 3h h b s 6412δδ+-=-（）（） 式中： 1h --带材横截面上弹性区部分高度，即

1h =s 2R (m E

δ?）； h —带材厚度（m ）；s δ--带材屈服限（MPa ）

E —带材弹性模量（MPa ）。

设：R=500mm ，α=8，h=6，b=500，s δ=40公斤/2毫米。

则：

M 弹、塑=245000公斤?毫米,P=2500公斤

图2.3压紧力受力分析 图2.4带卷力分析

2.5 卷筒径向压力N 计算

为了不使带卷内径与卷筒打滑，必须胀紧卷筒，产生足够的摩擦力。使此摩擦

力产生力矩值，与开卷张力所引起力矩值相平衡（如图2.4）所示。据此可写出平

衡方程，从而可决定卷筒径向压紧力N 。

D d d T D T T =F =N ;N =N 222d λμμμ?

=（） 式中：D d

λ=--带卷卷径比，即带卷外径与内径之比； μ--带卷内径与卷筒的摩擦系数，并按此径向压紧力N ，设计计算卷筒胀缩

机构。实际计算时，考虑受力不均匀，开卷张力一般取1.3-1.5t 计算。

2.6开卷机传动功率计算

此开卷机采用无压锟设计，由于带钢在卷筒与引料锟之间要下垂，张力T 对下

垂度x 值所产生的力矩，应与带钢的弹塑性弯曲力矩相平衡，即如图2.5所示。侧

有：

Tx=M 弹、塑 ； T=M 弹、塑/x

式中 M 弹、塑--带钢弹塑力矩，即

M 弹、塑=2s bh x

σ 若k=0.8，则M 弹、塑=0.982bh 4s σ≈2

bh 4

s σ x —下垂度，毫米。

卷筒传动力矩M可按下列式子确定

M= T（R-x）-M

弹

= T（R-x）-

d Q

2μ

式中T—开卷张力，公斤；

R—卷带半径，毫米；

μ--卷筒轴承处摩擦系数，对于圆柱滚动轴承μ=0.008；

d—轴承处枢轴直径，对于滚动轴承取平均直径，毫米；

Q—由卷筒自重及张力在轴承处所引起的反力，公斤。

求出卷筒力矩后，即按下式计算传动功率

N=

M v 102R

η

卷

式中R—卷带半径，毫米；

M

卷

--卷筒传动力矩，公斤?毫米；

V—开卷速度米/秒；

η--传动效率，一般取η=0.9。

图2.5图无压锟的开卷机受力图

附：悬臂式开卷机KJJ-560主要机构pro/e设计图

?

第三章开卷机主轴设计与计算

3.1开卷机技术参数

开卷机是成卷扎制和带材精整机组中的重要设备。开卷机主要用于支承钢带卷，并和直头机一起把钢带送入矫平机。本开卷机采用胀缩式卷筒，可以适应多种内径变化。其技术参数为

电机功率/KW 2.2

转速r/min 125

料宽/mm 300

卷重/kg 2000

3.2估算轴的直径及机构设计

当轴的支撑位置和轴所受载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定，支点反力及弯矩可以求得时，可按弯矩合成的理论进行近似计算。

图3.1 主轴简图

1安装齿轮2主轴3轴承4张紧装置

外缸筒是用来防止塑性层不遭破裂。随着压力的增加，塑性厚度也增加。弹性层厚度减少，最后发生破裂。因此只要注意到厚壁筒内应力分布的变化规律，就可以大大提高缸筒内的工作压力。

作用在内壁的当量应力既可能是压应力也可能是拉应力，主要取决于压力是从

缸的内面作用还是从外面作用。若是内压力1p 则当量应力为拉应力，若是外压力

H p

作用则当量应力为压应力，因此可以利用外压力并同时考虑内压力的作用，使作

用在内壁上的压力减小或降到很低。

首先，根据轴的直径计算公式初步估算直径：轴计算截面上的工作应力

141[](1)

δσγ-=≤- （１） 轴的直径

1/31/34

11()1d γ-=?- （２） 式中 Ｍ――轴计算截面上的合成玩弯矩，Ｎｍ；

Ｔ――轴计算截面上的扭矩，Ｎｍ

Ｐ――传递功率，ＫＷ；

ｎ――转速，ｒ／ｍｉｎ；

α――根据扭应力变化性质而定的校正系数；

γ――空心轴内径0d 与外径ｄ之比，γ＝0d ／ｄ＝0.7；

1[]δ-――许用疲劳应力，ＭＰａ。

选择轴的材料为45钢，经调质处理，可知材料的机械性能为

s δ＝360ＭＰａ；b δ＝650ＭＰａ；1δ-＝270ＭＰａ；1τ-＝155ＭＰａ；E ＝2.15

ｘ510

代入（2）式得 ｄ≥80mm

考虑到安装张紧装置需加键槽，故将其轴径增加3％－7％。因此取轴径为80

ｍｍ根据轴的受力，选取圆锥滚子轴承。装轴承处的直径1d ＝110ｍｍ，2d ＝90

ｍｍ。初选7518E 和7522E ，其宽度分别为42.5ｍｍ和56ｍｍ。

3.3 轴上受力分析

轴上受力如图 3.2（a ）所示。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的梁，

轴上零件传来的力，通常作为集中力，其作用点取为零件轮廓宽度的中点。轴上

扭矩则从轮毂宽度的中点算起。轴上支撑反力的作用点，根据轴承的类型和组合

确定。

如果作用在轴上的各载荷不再同一平面内，可分解到2个相互垂直的平面上，

然后分别求出这2个平面内的弯矩，再按矢量法求的合成弯矩。

轴承受的弯矩

M ＝2000ｘ9.8ｘ0.402－7879.2Nm

轴传递的转矩

Ｔ＝9550000P ／n ＝2.2ｘ9550000／125

＝168.08N ｍ

圆周力

t F ＝2T ／c d ＝2ｘ168.08／0.24≈1400N

径向力

r F ＝t F ｔａｎα＝1400ｘ0.364≈510N

（１）在水平平面内的支反力（图3.2（b ））

由A M ∑＝0得BZ R ｘ510－r F ｘ289＝0

因此BZ R ＝288N ；AZ R －BZ R ＝510－288＝222N

齿轮的作用力在水平平面的弯矩（图3.2（ｃ））

DZ M ＝AZ R ｘ288＝222ｘ0.288≈64N ｍ

（２）在垂直平面内的支反力（图3.2（ｄ））

AY R ＝（512－288）／512ｘt F ＝616N

BY R ＝288／512ｘt F ＝0.56ｘ1400＝784N

齿轮的作用力在水平平面的弯矩（图3.2（ｅ））

DY M ＝AY R ｘ288＝616ｘ0.288≈177N ｍ

（３）由于负载0F 的作用，在支点Ａ和Ｂ处的支反力（图3.2（ｆ））

由B M ＝0得AO R ｘ512－0F ｘ402＝0

AO R ＝15839N ；BO R ＝AO R ＋0F ＝15839＋19600＝34989N

由于负载0F 的作用而产生的弯矩图如图3.2（ｇ）所示：

BO M ∑＝ 0F ｘ0.402＝7879.2N ｍ

图3.2轴所受载荷

３.４轴的强度校核

根据轴的结构尺寸及弯矩图，截面Ｂ处的弯矩较大，且有轴承配合引起的应

力集中，因此，Ｂ处是危险截面。现对其进行强度校核。

由于该减速机轴的传动，弯矩引起对称循环的弯应力，而转矩引起的为脉动

循环的剪应力。

抗弯断面系数 Ｗ＝

34(1)32d πγ-≈1.4ｘ410- 弯曲应力幅47879.21.410

B M W -=?＝56.3MP ａ 附：KJJ-560主轴设计三维效果图

第四章开卷机恒张力控制系统

4.1引言及硬件组成

在冷轧带钢控制系统中，为保证产品质量和工艺过程稳定，无论是冷连轧还是机还是可逆冷轧机均需要恒张力控制。在可逆轧机张力控制系统中，开卷机、卷取机张力控制精度直接影响成品的板形以及厚度公差，卷取控制系统不仅在稳速轧制过程中维持张力恒定，而且在加减速动态过程中也要保持张力的恒定，要求系统能准确的补偿加减速等因素引起的动态力矩。按照不同的工艺要求，较典型的张力控制方法有间接张力控制直接张力控制。

以往张力控制大多采用模拟系统，难以实现精确控制，且实现方法较为麻烦，随着数字电路及微处理器技术的发展，直流传动的控制技术正逐步由模拟向全数字控制方式过渡。目前广泛应用的方法是以16位微处理器全数字直流传动系统配以专用的张力控制软件，构成不同的张力控制系统，来完成复杂的控制运算并实现快速动态补偿。本开卷机利用PLC和全数字直流传动装置进行张力控制的方法。

开卷电机型号为Z4-315-11,功率为110KW、电压为400V。电流为324A。转速为400r/min，供电装置采用意大利Ansaldo全数字传动模块，型号为SPDM450RCF，CPU为型号416-2DP。主站与从站间通信方式为Profibus-DP。

PLC控制系统完成操作连锁，卷径计算，速度、加速度及张力的设定，断带保护和准确停车等功能。通过数字量输入模板DI把各传动系统的启动好、停止、轻故障、重故障、就绪信号送入PLC,PLC则根据整个轧机的工艺连锁条件和操作指令，再通过数字量输出模板DQ向传动系统发出启动、停止命令。每卷的初始卷径、带宽、比重和各道次的入口厚度、出口厚度、轧制速度、单位张力、屈服强度等参数，经上位机键盘输入，上位机通过Siemens公司的CP5613卡与PLC通信。

根据以上这些参数计算出每卷各道次的主机速度设定值，同时计算开卷电机张力设定值，速度设定值和张力设定值通过模拟量输出模板AQ送到传动系统的调节回路。各传动系统速度、电流和磁通实际值通过模拟量输入模板AI送给PLC，并分别在上位机和操作台显示。为了进行卷径计算，分别在左卷、左侧量锟、右卷、右侧量锟上装有脉冲发生器，这些脉冲分别送入西门子高速计数器模板FM450，高速计数器根据Step7软件中设置的工作方式对开卷机和测量锟转过的脉冲进行计数，并由其脉冲值计算当时卷径。

4.2开卷机工作状态分析

主机与开卷机间带钢的张力由开卷机建立，开卷过程即维持带钢张力恒定的动

态调节过程。开卷机上料时需点动工作，张力给定不投入，系统为典型的速度的、

电流双闭可逆调速系统。穿带完成后建立静张力，大小由操作台给出，此时系统

为电流单闭环控制系统，达到给定张力后开卷机处于堵转状态，静张力建立。建

立静张力前开卷机处于电动状态；建立静张力时开卷机处于堵转状态，传动SPDM

的晶闸管始终工作于整流状态。开卷机具体工作状态分析如下：

(ⅰ)开卷机静张力建立的过程时开卷机逆时针旋转左卷取工作，电机处于电动

状态，晶闸管处于整流状态，输出整流电压d U α=2342cos U α（α为触发角，2U 为

交流侧相电压有效值）。

（ⅱ）静张力建立时，带钢线速度为零，开卷机反电动势E 为0，开卷机堵转，

晶闸管变流装置处于整流状态，建立堵转电流d d I U αα=/R （d U α为晶闸管变流装置

输出的整流电压）

（ⅲ）静张建立进入反接制动状态。主机升速拉动带钢使开卷机开卷工作，晶闸

管变流装置输出电压U 开始下降，开卷机被拉动旋转，反电动势E 与电动势相比

反向，电枢电流d I =（U+E ）/R(E 为绝对值)。

(ⅳ)开卷电机再发生电制动状态。主机升速，此时晶闸管变流装置输出电压U

也反向，此时U 与E 符号相同，但E 的绝对值大于U 的绝对值，此时晶闸管变流

装置处于逆变状态。正常开卷时由带钢张力产生。

4.3开卷机恒张力控制实现

开卷张力产生的张力矩与电机电磁力矩应相等。则张力z F 的机电参数表达式：

z F =1T K I φ/D （1）

式中：1K 为常数；φ为开卷机磁通量；T I 为开卷电动电枢电流；D 为带卷瞬时卷

径。由式（1）得：

T I =z F D /1K φ （2）

结论1：在基速以下，开卷机电机磁通φ保持恒定，即全磁状态，电枢电流T I 与卷

径D 成正比变化，可实现恒张力控制。

由式（2）得：

T I =z F D /1K φ=z F D e nC π/1K φe nC π=（e C i /1K πE ）z F v （3）