荀玉偉，劉新偉，王丹超

轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)是目前世界上最先進(jìn)的冷軋卷取機(jī)之一，與常規(guī)卷取機(jī)相比，具有重量輕、集成度高、占地少、投資省、成材率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)各大鋼鐵公司使用的轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)都是國(guó)外進(jìn)口，或外國(guó)技術(shù)國(guó)內(nèi)制造。中國(guó)一重現(xiàn)已成功設(shè)計(jì)制造了轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)，優(yōu)質(zhì)高效地服務(wù)于中國(guó)的鋼板冷軋生產(chǎn)線上。

1 工作原理

轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)是一種雙卷筒卷取機(jī)，工作時(shí)一個(gè)卷筒卷取帶鋼，另一空卷筒處于卷取前的助卷準(zhǔn)備位置。當(dāng)卷取位置上的帶卷將達(dá)到預(yù)定卷徑時(shí)，飛剪前夾送輥推上，空卷筒漲徑，助卷器升起抱緊空卷筒，空卷筒啟動(dòng)并達(dá)到喂料速度，而設(shè)在卷取位置處的卷取機(jī)壓輥壓下，滾筒式飛剪啟動(dòng)，剪斷帶材。剪切后的帶頭通過(guò)穿帶裝置進(jìn)入助卷器后卷在空卷筒上；當(dāng)帶材在卷筒上纏繞3～4圈后，助卷器、穿帶裝置及飛剪前的夾送輥降下，卷取機(jī)升速正常工作。與此同時(shí)，在卷取位置上的卷筒開始卸卷，活動(dòng)支承退回，卸卷小車進(jìn)入卷取位置并托住帶卷，卷取機(jī)壓輥抬起，當(dāng)卷筒縮徑后，卸卷小車攜帶卷沿卷筒軸向方向運(yùn)動(dòng)，把帶卷從卷筒上卸下，并輸送到受卷臺(tái)架上?；剞D(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下張開至最大極限位置后，回轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)圓錐圓柱齒輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪與聯(lián)接在回轉(zhuǎn)本體上的大齒圈嚙合，回轉(zhuǎn)本體沿帶材前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)。（此時(shí)，助卷位置上的卷筒仍在正常卷取帶鋼） 待旋轉(zhuǎn)180°后回轉(zhuǎn)電機(jī)停止，回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊回轉(zhuǎn)本體定位，原助卷位置上的卷筒轉(zhuǎn)至卷取位置，活動(dòng)支承伸出支撐住卷筒頭部直至卷取結(jié)束；原卷取位置的空卷筒在助卷位置等待下一卷帶材。

2 運(yùn)動(dòng)分析

該卷取機(jī)可實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)動(dòng)：一是兩個(gè)卷筒各自單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，二是回轉(zhuǎn)本體繞轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，完成卷筒位置互換。第一種運(yùn)動(dòng)稱之為卷筒的自轉(zhuǎn)，第二種運(yùn)動(dòng)稱之為卷筒的公轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)采用減速齒輪箱雙電機(jī)平行軸輸入，同心雙層軸輸出，分別通過(guò)一級(jí)外嚙合齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)本體中的卷筒；即將驅(qū)動(dòng)卷筒的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分成兩部分，一部分是兩臺(tái)主電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩流齒輪副的減速齒輪箱，把兩流動(dòng)力分別傳送到同軸雙層輸出軸的內(nèi)外兩層上，另一部分則是與兩層空心軸相聯(lián)接的位于回轉(zhuǎn)本體中的齒輪再分別與卷筒上的齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)卷筒的自轉(zhuǎn)。通過(guò)將雙層輸出軸的中心線與回轉(zhuǎn)本體回轉(zhuǎn)中心線重合設(shè)置以保證卷筒的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)互不干涉?；剞D(zhuǎn)本體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即卷筒公轉(zhuǎn)由回轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)圓錐圓柱齒輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪，再通過(guò)回轉(zhuǎn)小齒輪與聯(lián)接在回轉(zhuǎn)本體上的大齒圈嚙合完成。

3 結(jié)構(gòu)分析

轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)由卷筒、回轉(zhuǎn)本體、回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)、減速齒輪箱以及液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)等幾部分組成（見(jiàn)圖 1）。

圖1 轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)結(jié)構(gòu)分析圖

（1） 卷筒

該卷取機(jī)將兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的可漲縮卷筒，裝在同一回轉(zhuǎn)本體內(nèi)的對(duì)稱位置上，由各自的主傳動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。卷筒采用四塊扇形板，扇形板間帶有曲線板，以減小卷筒漲徑后接縫對(duì)帶鋼的壓痕。卷筒的漲縮由卷筒尾部的漲縮缸推動(dòng)拉桿帶動(dòng)漲縮楔來(lái)實(shí)現(xiàn)。卷筒軸采用矩形斷面結(jié)構(gòu)以提高卷筒的承載能力。

（2） 回轉(zhuǎn)本體

回轉(zhuǎn)本體是轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)的核心部分。兩卷筒安裝在回轉(zhuǎn)本體的對(duì)稱位置，裝配有大齒輪的兩根空心花鍵軸安裝在本體回轉(zhuǎn)軸線上，兩大齒輪分別與卷筒軸上的小齒輪嚙合；回轉(zhuǎn)本體在傳動(dòng)側(cè)安裝有可剖分的關(guān)節(jié)軸承，操作側(cè)設(shè)置有回轉(zhuǎn)托圈，關(guān)節(jié)軸承支撐在減速齒輪箱上，托圈則被托在回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)中兩對(duì)稱托輥上；托圈旁裝配有大齒圈，工作時(shí)由回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)中的小齒輪軸驅(qū)動(dòng)大齒圈使本體回轉(zhuǎn)。為便于裝配和維護(hù)，大齒圈大都設(shè)計(jì)成兩半分體的，分別把合在回轉(zhuǎn)本體上下機(jī)體上?；剞D(zhuǎn)本體的結(jié)構(gòu)與分流式減速機(jī)相類似，區(qū)別在于分流減速機(jī)是從同一根軸分流，而回轉(zhuǎn)本體是從同軸的雙層空心軸內(nèi)外分別分流，各通過(guò)一級(jí)外嚙合齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)；再因兩同心空心花鍵軸設(shè)置在回轉(zhuǎn)本體的中心上，這樣就既能在完成兩根卷筒互相轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還能保證卷筒的正常自轉(zhuǎn)卷取。

（3） 回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)可以完成回轉(zhuǎn)本體的回轉(zhuǎn)（見(jiàn)前述）和夾緊兩種動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中設(shè)有兩件支撐回轉(zhuǎn)本體的托輥，為保證回轉(zhuǎn)齒輪副的正常嚙合和回轉(zhuǎn)本體安裝的對(duì)中性，在兩個(gè)托輥處均設(shè)有偏心裝置；入口側(cè)偏心裝置只負(fù)責(zé)調(diào)整入口托輥軸線高度和對(duì)中性，而出口偏心裝置既能調(diào)整出口托輥軸線高度和對(duì)中性，也可調(diào)整軸線相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的歪斜度，從而保證回轉(zhuǎn)齒輪副的接觸率。

夾緊機(jī)構(gòu)由左卡爪、右卡爪、中間連桿、楔形滑塊、滑軌和液壓缸等零部件組成，其運(yùn)動(dòng)原理就是兩個(gè)反向的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。左、右卡爪相當(dāng)于可以擺動(dòng)的曲柄，擺動(dòng)中心由銷軸鉸接在底座上，通過(guò)中間連桿與楔形滑塊鉸接。在液壓缸的作用下，楔形滑塊在固定于底座的滑軌上水平運(yùn)動(dòng)，卡爪繞其擺動(dòng)中心擺動(dòng)，完成夾緊和松開的動(dòng)作。

（4） 減速齒輪箱

減速齒輪箱采用兩臺(tái)主電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩流齒輪副，將動(dòng)力匯到同軸雙層輸出軸上，對(duì)內(nèi)外兩層空心軸分別驅(qū)動(dòng)。每流傳動(dòng)大都為單級(jí)傳動(dòng)，為保證兩臺(tái)主電機(jī)并排擺放空間，在大小齒輪間增添一個(gè)惰輪，兩流傳動(dòng)可以都設(shè)有惰輪，也可只在一流傳動(dòng)中增設(shè)惰輪。

4 轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)受力分析

回轉(zhuǎn)齒輪箱裝配后的重心位置在大齒輪附近（見(jiàn)圖2），右圖中的粗實(shí)線代表了卷取機(jī)在卷取過(guò)程，回轉(zhuǎn)齒輪箱的重心變化情況。因此回轉(zhuǎn)齒輪箱設(shè)計(jì)時(shí)采用三點(diǎn)支撐，一處位于回轉(zhuǎn)齒輪箱體與固定齒輪箱的連接處 (圖中c點(diǎn))，另外兩處位于齒輪箱體前端的左右兩個(gè)托輥處 (圖中a、b點(diǎn))，由左右托輥提供主要的支撐力。

卷取機(jī)卷筒在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受力包括三個(gè)支撐點(diǎn)的支反力N1、N2、N3，帶鋼張力T，回轉(zhuǎn)齒輪箱的重力 (包括卷筒)G1，鋼卷的重力G2，卡爪的夾緊力F1、F2?；剞D(zhuǎn)齒輪箱的重心的力臂為L(zhǎng)2，帶鋼張力T到右托輥中心的力臂為L(zhǎng)1，鋼卷卷到最大直徑時(shí)回轉(zhuǎn)齒輪箱的重心在m處（見(jiàn)圖3）。

圖2 回轉(zhuǎn)齒輪箱重心分布示意圖

圖3 回轉(zhuǎn)齒輪箱受力圖

轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)卷取帶鋼的過(guò)程中，回轉(zhuǎn)齒輪箱受力如下：

水平方向：

豎直方向：

左托輥與大托圈的接觸點(diǎn)處：

式中，L左—各個(gè)力對(duì)左托輥與大托圈的接觸點(diǎn)的力臂。

右托輥與大托圈的接觸點(diǎn)處：

式中，L —各個(gè)力對(duì)左托輥與大托圈的接觸點(diǎn)的力臂。

由上面所列的4個(gè)方程，可以計(jì)算出回轉(zhuǎn)齒輪箱在整個(gè)卷取過(guò)程中，在任意時(shí)刻的卡爪的夾緊力 F1、F2和支反力 N1、N2。

由轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)工作原理可知，卷筒由助卷位置運(yùn)動(dòng)到卸卷位置時(shí)，張力逐步建立，在到達(dá)卸卷位置時(shí)達(dá)到最大。在助卷位置和卸卷位置時(shí)，回轉(zhuǎn)齒輪箱受夾緊力F的作用不會(huì)移動(dòng)，而在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，受帶鋼張力T的作用，轉(zhuǎn)盤有可能發(fā)生移動(dòng)。因此我們對(duì)回轉(zhuǎn)齒輪箱由助卷位置運(yùn)動(dòng)到卸卷位置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行受力分析，此過(guò)程忽略鋼卷重量G1，F(xiàn)1=F2=0，由于轉(zhuǎn)盤發(fā)生移動(dòng)時(shí)的臨界值為N1=0，我們把上述條件代入式 (4)后得出轉(zhuǎn)盤不移動(dòng)的條件為:

這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)一定要注意協(xié)調(diào)好這幾個(gè)參數(shù)的關(guān)系。

5 結(jié)語(yǔ)

該轉(zhuǎn)盤卷取機(jī)不僅適用于鋼板連續(xù)酸洗及冷連軋制生產(chǎn)線上，而且同樣也適合鋼板連續(xù)酸洗、連續(xù)退火、連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)線以及有色板材冷軋機(jī)組，市場(chǎng)前景良好。

[1]姜世平，焦時(shí)光，張娜，周繼海.Carrousel卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)分析.機(jī)械設(shè)計(jì)，2007，24(10)：18-21.

[2]張曉偉，蔣金水，王光儒.轉(zhuǎn)盤式卷取機(jī)的自主設(shè)計(jì) [J].一重技術(shù)，2009(1)：4-7.