专利名称：钢带通过连续加工设备时导引钢带的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢带通过配备有一系列加工工位的连续加工设备时，对它进行导引的方法和装置，其中，带的运行方向和/或运行路线可以任意调整，和/或根据具体情况为了便于用目测进行检验，将带的下侧翻转到上侧，或反之。
一种已知的钢带加工设备例如包括一系列连续加工工序的工位，如除油、退火、镀锌、平整、涂漆、检验、卷绕等。对于如
图1所示的这类热镀锌和涂漆设备，带的所谓的“成品侧”(Gutseite)要从下侧翻转为上侧，以便能对它通过目测进行检验，此时，从镀锌槽出来的带的下侧，沿带的连续运行方向先保持为带的下侧。然后，在例如由于带的表面打毛要进行精整和最后卷绕时，带的下侧必须翻成带的上侧，其目的是进行连续不断的目测检验。
为此，带垂直向上进入高跨厂房屋顶下的一个钢构架中，沿纵向越过一些设备部分，在厂房端部垂直向下，然后水平地迎着带材在设备进口部分中的运行方向回行，以便继续加工和卷绕。在这种情况下，带材紧挨着约40米高的高跨厂房的屋顶之下，在带出口回路塔的出口机组上方以及在涂漆设备上方输送。这就要求有一个长的、稳固的和带支承辊的高的钢构架，以导引钢带，并需要一个用支架加固的吊车，以吊运在它下面的设备部分。所需要的高跨厂房比较长，例如150米。由此还产生了另一个缺点，因为高悬的带材导引装置有长的水平距离，会导致带的运行困难和使带在支承辊上受到损伤。
本发明的目的是提出一种在钢带通过连续加工设置时导引钢带的方法和装置，它们可最好在保持带通过设备的运行方向不变的情况下，尤其是避免带在厂房顶部构架中运行时，产生上述各种问题，并因此大大缩短高跨度的厂房结构、改善带的导引。此外，采用这种方法和装置，还应能顺利地任意调整带的运行方向，设置带的运行路线，如平移。
本发明达到此目的是通过采用权利要求1特征部分所述之方法。在结构设计中规定，带材扭转角(φ)总共为180°，因此，在进入带翻转塔第一个辊中时为带的下侧，在转向的终端翻转180°，成为从最后一个辊出口时带的上侧，或反之。
在带材翻转塔内，带在一个较短的水平距离之内，经过上下设置的导向辊运行，并从辊到辊扭转一个角(φ)是有优点的，所以在绕最后一个下辊共换向180°的情况下，带在进口时的下侧翻转为在出口时带的上侧。因此缩短和降低了厂房结构，可更好地检验带材的导引。另一个优点是，必要时可以保持带通过全部设备的运行方向不变，由此，沿连续加工设备的各工位可观察得更清楚和改善检验的可能性。
然而，也可以经过调整改变带材的运行方向，或使其运行路线平移通过设备的一部分。
在带翻转塔内，由于带材扭转会在带中产生高的边界应力。这一应力必须处于弹性范围之内，并采取适当的措施加以补偿。为此，此结构设计中规定，在上下辊之间允许的带的扭转角(φ)，由带在两个辊之间的自由长度(L)与带宽(B)之比以及在带内由此而允许产行的边界应力(σ)来定。
按本发明为降低带在两个辊之间扭转时其边界应力的另一个措施是，在带翻转塔内采用鼓形的辊。
为此，在结构设计中规定，决定凸度的辊的直径差(D-D′)，大体上相应于在辊对之间带自由长度(L)给定时，由于带扭转角(φ)产生的和引起带边缘区延伸率的边缘伸长量(ΔL)。
此外，设置了一个附加的结构，它在带翻转塔内，通过修正下辊和与之共同工作的上辊之间的垂直距离，来补偿带的长度差和应力差。因此省去了附加的环绕式喂料机的结构。
在需要平移带的运行引路线时，本发明的结构设计规定，带材在转向塔中通过第一组辊运行中偏转一个偏离其入口路线方向的角度，并在通过一个与侧向偏移量相应的直线中间距离后，在第二组导向辊中重新转回其入口路线的原来方向。
按本发明的结构，还可以为了补偿由于带通过导向辊翻转时引起的侧向偏移(S)，使带在第一组导向辊中至少扭转180°以上，与带进口轴线(X-X)成角(β)从最后一个下辊出来，朝带出口轴线(Y-Y)的方向，经一段直线的纵向导引，以侧向位移量(S)，进入第二组导向辊，在其中转过一个角度进入与带进口轴线(X-X)的方向同轴的带出口轴线(Y-Y)中。采用这一措施，使带在塔内的反授，在保持带的运行路线从开始到结束均通过设备中心的情况下来达到。如同通常的缠绕塔那样，最好在带翻转塔前后设带的定心控制机构。
实施本发明的方法，在钢带加工设备中导引钢带的装置(此加工设备具有用于系列连续加工工序的工位，如除油、退火、镀锌、平整、涂漆、检验、卷绕等)的特征为，有一个设计为类似于立式环绕喂料机的带材翻转塔，塔中有一些垂直设置上下相隔一定距离的带材上导向辊和下导向辊，这些辊沿带运行方向总是被安装成从辊到辊相对于带进口轴线(X-X)转同向的角度值(φ1至φn)，根据具体情况角度累积为180°，因此使带在缠绕着总是由下辊和上辊构成的辊对时扭转一个角(φ)，并根据具体情况当所有扭转角(φ1至φn)的总和为180°时，将带的下侧转为上侧，或反之。此时，通过缠绕每个辊接近180°，达到对带的良好导引和表面的防护。
可设一个附加的结构，从而使上导向辊具有调整它与下辊垂直间距的机构。因此带的长度差，可在带翻转塔内不附加环绕式喂料机备用设备的情况下，用简单的方法来补偿。此外，另一个结构设计规定，翻转装置的上辊具有调整运行中的带的应力状态并最好保持其为常数的机构。这种机构可例如是液压式的活塞/油缸组件，它固定上辊使运行中的带在规定的应力状态下。用于长度补偿和应力补偿的机构可合成一个组件。
通过将导向辊设计成鼓形，其中，鼓形辊中央和侧端的直径差，在带宽及辊的轴线间距离给定时，最好大体等于带扭转角(φ)时引起的边缘伸长量，这样就有效地降低了带中较高的边界应力，并改善了辊的带材导引特性。这里所涉及的是一种并不复杂的措施。
一个特殊的结构设计规定，带翻转塔有两组互相分开的辊对，它们通过一个朝着与带进口轴线(X-X)同轴的带出口轴线(Y-Y)方向的带材直线运行距离互相连接起来，此时，这两组的转角总量最好累积为180°。采用这一结构，保证使带的运行从带的进口到出口保持在一条通过设备中心的线上。
此外，当此直线运行距离延长到等于两个平行路线预定的距离时，可以采用这一装置在带材输送时任意地调整平移量。此外，适当地组合扭转角度可任意调整带的运行方向。
另一个重要的结构设计规定，从垂直投影看，上辊和下辊互相排列成，使导引同一个带段和相对转角(φ)的两个辊的侧线，总是相交在宽度一半处。采取这一措施保证用简单的方法，使带在通过彼此前后相继的辊对运行时，总是保持在每个辊上可靠的定中心导引。
本发明的其它详情，特征和优点，通过下文对一些在附图中示意表示的实施例的说明给出。其中图1传统的组合式热镀锌和涂漆设备的侧视图;
图2具有本发明带翻转塔的热镀锌和涂漆设备;
图3a-3c示意表示带翻转时各种扭转的可能性，例如2×90°(图3a);或4×45°(图3b);或6×60°(图3c);
图4带材翻转塔的侧视图;
图5带材翻转塔的垂直投影;
图6a-6c示意地并用曲线表示在不同带宽的带交叉时所需要的自由带长(L);
图7a-7b示意表示借助于鼓形的导向辊补偿扭转引起的边界应力;
图8示意表示带翻转塔和与之连接的外围传输线路，这些传输线路用于在设备不同的加工工位之间进行带材输送。
图1表示一台组合式的热镀锌和涂漆设备的传统结构形式，其中首先有一个低跨度的厂房部分(40)，接着有一个约40米高150米长的厂房部分(41)。在低跨度厂房(40)中设有进料机组(1)，从两个带卷来的带材(30a、30b)在机组中合成一条长带(30)，此带(30)接着通过除油装置(2)和在此装置之后的卧式环绕喂料机(3)，进入厂房的高跨部分(41)。在高跨度厂房部分中，带(30)首先通过退火炉(4)进行消除应力退火，并在通过退火炉(4)后面的冷却设备(5)之后进入镀锌槽(6)镀锌。通过另一个冷却段(7)后，带(30)垂直向上进入钢构架(8)中，并在约40米高的高跨厂房(41)的屋顶下，水平地越过设备部分(9-12)，在厂房一端垂直向下后，重新水平地逆带材在前面的运行方向，朝进料机组(1)方向运行，以便作进一步加工首先通过平整机(9)，然后经过张力矫正机(10)，再通过全自动涂漆机(11)。从涂漆机(11)出来的镀锌和涂漆带，通过附属于涂漆机的立式出口环行塔进入出料机组(12)，并在那里卷成带材卷。在标有符号“X”的地方，例如带(30)从镀锌槽(6)的出口处、在平整机(9)之间以及在出料机组(2)中，要对带(30)通过目测检查(X)进行检验。为此目的，原来带(30)的下侧(33)要翻转为带的上侧(34)。在设备的这种传统结构形式中，实现这种转向是通过在钢构架(8)和平整机(9)入口之间的垂直段(35)中扭转2×90°。显然，为了翻转带(30)而要求厂房(41)跨度高和长度长，以及有高和长的钢构架(8)，从而需要极高的成本。另一个缺点是，带材不可避免地有一个逆行的方向。此外，带材在高的钢构架(8)中运行时，由于不准确和难以监控而有受损伤的危险。
按本发明设有带材翻转塔(20)的设备表示在图2中。带材翻转塔(20)设在镀锌槽(6)和它后面冷却段(7)与平整机(9)之间，大约在高跨厂房(41)前1/3的地方。由于带材翻转塔(20)的这一结构，可以缩短高的和昂贵的厂房结构约40米，缩短了的部分用安装出料机组(12)的低跨厂房(42)来代替。后者的高度约为15米，而高跨厂房的高度约为35米。以带材下侧(33)进入的带(30)，在带材翻转塔(20)中翻转180°，并以带材上侧(34)为“成品侧”从带材翻转塔(20)出来。
将带材翻转180°的各种可能方案表示在图3a至3c的三个实例中。在图3a中只用三个辊(21、22)来翻转带材，故带材(30)扭转2×90°，此时产生很大的边界应力。只有在带的自由长度(L)很大时，边界应力才能补偿到可允许的限度之内，然而这样做成本高很不经济。采用图3b所示的五个辊(21、22)，则扭转4次，每次扭转45°，总共为180°。相比之下更好的是如图3c所示，在长度(L)明显减小的情况下，用7个辊(21、22)扭转6次，每次转30°，带材(30)上同一个“成品”侧，进入时为下侧(33)，当其离开时为标有检验侧(X)的上侧(34)。
图4所示的带材翻转塔(20)设计成类似于直立式环行喂料机，它有一些沿垂直方向隔开一定距离设置的带材上导向辊(21)、下导向辊(22)。带材上导向辊(21)和设在第一个与最后一个下辊(22c、22d)之间的下导向辊(22)，顺着带(30)运行方向从辊(21)至辊(22)，再从辊(22)到辊(21)排列，它们相对于带的入口轴线X-X转角(φ1至φn)累积转角180°。由图5可看出，这种结构特别好。当带(30)缠绕着总是由一个下辊(22)和一个上辊(21)组成的辊对时扭转一个角(φ)，所有扭角(φ)的总和最终使带(30)翻转了180°。张紧长度用(L)表示，带的入口轴线为(X-X)，与之同轴的带出口轴线用(Y-Y)表示。
图4中还示意表示，翻转装置(20)的上导向辊(21)可设机构(25)，用来调整距下辊(22、22c，22d)之间的垂直距离(L)。在图4中这种可能的距离改变用“D”表示。距离调整机构完全示意性地用箭头(25)来表示。此时，上辊(21)所具有的机构(25)，既可用于调整带长，也可用于保持带(30)在运行中的应力状态不变。这些机构(25)可以彼此相同，并例如由活塞/油缸单元组成。图4还表示，带材入口轴线(X-X)以下侧“U”进入带翻转塔(20)，在带材共扭转180°后，以其同一侧，但现已作为上侧“0”，从带材出口轴线(Y-Y)出来。
带(30)在翻转塔(20)内的反授，保证必要时保持带材从设备开始到结束沿一条直线运行，并因而保证带进口轴线(X-X)与带出口轴线(Y-Y)的同轴性。达到这一点是如图5所示，在带翻转塔(20)的翻转装置，设有两组(20A)和20B)辊对(21a;22a)和(21b;22b)，它们通过一条与轴线(X-X)成角度(β)的直行带段(31)互相连接。两组(20A)和(20B)的角度(φ1至φn)合起来为180°。
在图6a中示意表示了在上辊(21)和下辊(22)之间的轴间距离(L)内带段(32)的扭转。其中，为保证带段(32)卷绕过程定中心和精确地运行，使上辊和下辊(21、22)在图6b的垂直投影来看，这两个导引同一带段(32)的辊(21和22)的侧线(28或29)，总是相交在带宽一半(B/2)的带中心(X-X)和(Y-Y)区。在满足这一条件的情况下，带段(32)肯定以其带材中心线(X-X)或(Y-Y)沿每个鼓形辊(21或22)的中心移动。
通过举例可以理解，在带(30)扭转时的边缘伸长将会产生边界应力。例如在轴间距为(L)的两个辊之间翻转90°时，边缘伸长为(L)加(ΔL)可按下式计算
例如扭转角90°，且B＝1500毫米，和L＝30000毫米，则按图7得(1)L+ΔL＝ (2)ΔL(%)＝ ×100/LΔL(%)＝0.0312%(3)ΔL/L＝σ/E;σ＝ΔL·E/Lσ＝65.6牛顿/毫米2式中B-带宽L-两辊的轴线间长度距离ΔL-边缘伸长量σ-引起的边界应力E-带料的弹性模量当扭转角为φ＝30°时则可按约30%估算，即ΔL＝3.1毫米;σ＝22牛顿/毫米2。所以为消除带的边界应力(σ)要求取凸度为ΔD＝D′-D＝3.1毫米。
扭转时带材中心线保持长度不变，而带的边缘必然按螺旋线规律伸长。由此得出L′＝L2+(B·π·Φ/360)2]]>＝L·1+(B·π·Φ/L/360)2]]>根号中的第二部分永远小于1，所以此式可近似写为L′＝L[1+1/2(B·π·φ·/L/360)2]
从而得出带边缘的延伸率为εR＝ΔL/L＝(L′-L)/L＝(L′/L)-1＝1/2(B·π·φ·/L/360)2此延伸率必然由带的拉力引起，此拉力朝带中心方向按线性逐渐减小。
εm＝εR/2＝σm/E＝F2/(B·h·E)＝1/4(B·π·φ·/L/360)2，当扭转φ＝90°时F2/(B·h·E)＝1/4[(π/4)·(B/L)]2解出扭转长度L为L＝π/8·B3·h·E/F2]]>L＝B·π·φ/720· 式中ε-由带的拉力引起的带延伸率εR-带材边缘延伸率εm-沿带宽的平均延伸率FZ-带材许用拉力Fspez-带材单位拉力h-带材厚度φ-扭转角按照这一计算得出，当带宽(B)为650至1980毫米，在辊(21)和(22)之间扭转角(φ)不同时，必须的带自由长度(L)取决于带单位拉力(Fspez)和带边界应力σ(牛顿/毫米2)，而相应地，必须的张紧长度(L)(米)可根据图6的曲线确定。在本发明的此实施例中，当带宽B＝1700毫米和张紧长度(L)为30米时，以每次30°角(φ)进行6次换向，按图6的曲线图可以查出，在这种情况下的带单位拉力(Fspez)约为12牛顿/毫米2。
与此计算相应，应将导向辊(21或22)设计成鼓形。此时，鼓形辊(21，22)中部直径(D)与端侧直径(D′)之差(ΔD)，大体等于在辊(21、22)轴线距离(L)不变时，带(30)扭转角(φ)引起的边缘伸长量(ΔL)。
一个反映实际结构情况的实施例其数据如下带厚 0.2-0.8毫米带宽 750-1500毫米自由张紧长度 约30米辊直径 约800毫米每个辊对的偏转角 30°由于扭转而增高边界应力应保证处于弹性范围之内，并通过适当选择辊的凸度来补偿。
此外，辊的凸度(例如当辊径800毫米、辊长1800毫米时，凸度为沿直径方向3-4毫米)要考虑自动定心的效果，以便带材能准确运行。在带材转向塔的前、后最好设带材定中心控制装置。
按本发明通过使用导引和翻转带(30)的带翻转塔(20)，制成了一种一目了然和不复杂的装置，它可以设在设备的任意位置。与此同时，由于减小了高跨厂房(41)的高度和长度而显著降低了成本，并能做到带材(30)从设备进料机组(1)到出料机组(12)始终同向运行。另一个节约成本和技术方面的优点是通过使带翻转塔(20)设有类似于直立式环绕喂料机的机构(25)来获得的，它用于带长的补偿和/或保持带(30)应力状态不变。
此外，按本发明还公开了一种可能性，即可任意调整带的运行方向，或通过平移使带从第一个运行线路转向与之相隔一定距离的第二个运行线路中。因此公开了一种利用由多部分组成的全部设备中的不同部分，可比较简单地对带材进行导引。
为此图8，示意表示了一个例子。带(30c)从设备部分Ⅰ进入带翻转塔(20)，并在其中将带的移动方向转90°，此后带(30c)从塔(20)出来移向设备部分Ⅱ。从设备部分Ⅲ来的带(30d)移入塔(20)，在那里翻转和平移后出来，继续进入设备部分Ⅱ。带(30e)从设备部分Ⅳ来，进入塔(20)，在那里翻转，然后被继续输送到设备部分Ⅱ中去。来自设备部分Ⅴ的带(30f)进入塔(20)，在那里其运行方向转90°，但带不翻转地从塔(20)出来，继续进入设备部分Ⅱ。
在图8中表示的例子可以单独地或多种同时地贯彻在一个作相应设计的带翻转塔(20)中。它只是用来说明带在塔(20)中被导引的多种可能性，具体要根据它的结构设计是一组或是多组垂直的相隔一定距离的导向辊。
权利要求
1.钢带通过具有多个加工工位的带材连续加工设备时，导引钢带的方法，其中，可任意调整带的运行方向和/或路线，和/或根据具体情况将带下侧翻转为上侧，或反之，其特征为将带材输入一个带材翻转塔，并在此类似于立式环绕喂料机的塔中，经过沿垂直方向相隔一定距离的上、下导向辊运行，此时，从辊到辊每次扭转一个角度值，从而可将带从进口到出口调整为一个任意的扭转角。
2.按照权利要求1所述之方法，其特征为带材总共扭转的角度值为180°，因此在它绕带材翻转塔最后一个辊转向后，进入第一个辊时为带的下侧，出口时被翻转成带的上侧，或反之。
3.按照权利要求1所述之方法，其特征为为了在两个运行路线之间进行平移调整，带材在带翻转塔内通过第一组辊运行时，转动一个偏离其入口线路方向的角度，在经过与此侧向移动的量相应的直线间距后，带进入第二组导向辊，并在其中重新转回到其入口线路的原有方向。
4.按照权利要求1所述之方法，其特征为为了补偿通过导向辊时由于带翻转引起的侧移(S)，带在第一组导向辊中扭转一个大于180°的角度值，以与带入口轴线成倾斜角地从最后一个下辊出来朝带出口轴线方向进行一段直线距离的纵向导引为侧移量(S)后，进入第二组导向辊，并在其中转过一个角后，转回与带材入口轴(X-X)方向同轴的带出口轴线(Y-Y)中。
5.按照权利要求1所述之方法，其特征为为降低带在每个辊之间扭转时的边界应力，在带翻转塔中采用鼓形辊。
6.按照权利要求5所述之方法，其特征为确定辊凸度的直径差，大体上相应于在给定一对辊之间带自由长度(L)时，带扭转角(φ)产生的和引起带边缘区延伸率的边缘伸长量。
7.按照权利要求1所述之方法，其特征为带的长度差或应力差，在翻转塔内通过改变下辊和与之共同工作的上辊之间的距离来补偿。
8.用于实施按前述权利要求所述之方法，在一个钢带的连续加工设备中导引钢带的装置，此加工设备具有一些加工工序的工位，如除油，退火、镀锌、平整、涂漆、检验、卷绕等，其特征为有一个设计为类似于立式环绕喂料机的带材翻转塔(20)，塔(20)中有一些垂直地上、下相隔一定距离设置的带材上导向辊(21)和下导向辊(22)，这些辊沿带(30)运行方向总是被安装成，从辊(21)到辊(22)相对于带进口轴线(X-X)转同向的角度值(φ1至φn)，从而使带(30)在缠绕着一对由下辊(22)和上辊(21)构成的辊对时扭转(φ)角，并根据具体情况当所有扭转角(φ1至φn)的总和为180°时，将带的下侧(33)翻转为带的上侧(34)，或反之。
9.按权利要求8所述之装置，其特征为在带材翻转塔(20)的前和后设带材定中心控制装置。
10.按权利要求8或9所述之装置，其特征为翻转装置(20)的上导向辊(21)具有调整垂直距离(L)和/或对运行中的带(30)的应力状态进行调整或保持其为常数的机构(25)。
11.按权利要求8至10之一项或多项所述之装置，其特征为导向辊(21)和(22)均设计成鼓形。
12.按权利要求11所述之装置，其特征为鼓形辊(21、22)的中部直径(D)和侧端直径(D′)之差(ΔD)，大体相应于在辊(21)和(22)之间轴线距离(L)不变时，由于带(30)扭转角度(φ)引起的带(30)的边缘伸长量(ΔL)。
13.按权利要求8至12之一项或多项所述之装置，其特征为带翻转塔(20)有两组(20A)和(20B)辊对(21a;22a)和(21b;22b)，这两组辊对通过带(30)的一个直线运行段(31)互相连接，直线运行段(31)与带进口轴线(X-X)同轴的带出口轴线(Y-Y)的方向成(β)角，此时，这两组(20A)和(20B)转角(φ1至φn)的总量最好补足为180°。
14.按权利要求8至13之一项或多项所述之装置，其特征为从垂直投影看，上辊(21)和下辊(22)互相排列成，使导引同一个带段(32)和相对转角(φ)的两个辊(21)和(22)的侧线(28)和(29)，总是相交在带宽一半(B/2)的带中心线(X-X)和(Y-Y)上。
15.按照权利要求8至14之一项或多项所述之装置，其特征为在上辊和下辊(21、22)之间，带(30)允许的扭角(φ)，由这两个辊之间的带(30)的自由长度(L)与带宽(B)之比值以及由此而产生的带(30)的边界应力(σR)确定。
全文摘要
钢带通过具有多个加工工位的连续加工设备运行时导引钢带的方法，其中，按具体情况，为了检验带的“成品侧”，将带从下侧翻转到上侧，或反之，此方法大大改善了空间关系和大幅度降低成本，做到这点是使在设备工位之间的带进入一个带翻转塔，在翻转塔中相继经过具有垂直间距的上下导向辊，每次从辊到辊扭转一个角度，以便将带从其进口到出口调整为任意扭转角，并按具体情况扭转为，在进入第一辊中时为带的下侧(当转过180°后)翻转为出口时的上侧，或反之。
文档编号B65H23/04GK1103049SQ94101199
公开日1995年5月31日 申请日期1994年2月1日 优先权日1993年2月1日
发明者G·汪格林, W·里赫特 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司