段勝林，張耀，孫紅剛

(1.中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.安徽精誠(chéng)銅業(yè)股份有限公司，安徽 蕪湖 241008)

隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，軋制過程中采用多種手段以獲得高的表面質(zhì)量，然而在運(yùn)輸過程中，產(chǎn)品質(zhì)量容易受到不同程度的破壞，造成很大損失。為了減少在吊裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響，現(xiàn)代化加工廠都增設(shè)了包裝線機(jī)組，在此機(jī)組中，翻卷機(jī)是一個(gè)必不可少的設(shè)備，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)料卷由臥式到立式的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而對(duì)料卷進(jìn)行必要的包裝，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)翻卷機(jī)進(jìn)行力能參數(shù)及主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。

1 翻卷機(jī)設(shè)備的組成、工藝流程及主要技術(shù)參數(shù)

翻卷機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)體(帶有傳動(dòng)鏈條)、底座(帶有傳動(dòng)鏈輪)、入口導(dǎo)向輥道、料卷鋼托座的夾緊裝置、出口輥道、料卷木托座的夾緊裝置、料卷木托座的升降裝置等零部件組成，見圖1。

翻卷機(jī)工藝流程：1)放置木托座。翻卷機(jī)至出口水平位置，將木托座放置出口輥道上，料卷木托座的夾緊裝置工作，夾緊木托座；2)夾緊鋼托座。翻卷機(jī)翻至入口水平位，托有料卷的鋼托座由入口導(dǎo)向輥道運(yùn)輸至翻卷位置，料卷鋼托座的夾緊裝置工作，夾緊鋼托座；3)木托座高度調(diào)整。根據(jù)料卷直徑的尺寸適當(dāng)調(diào)整木托座位置，此工作由升降裝置和料卷木托座的夾緊裝置配合完成，保證木托座和料卷的中心大致重合，便于包裝；4)料卷翻轉(zhuǎn)。翻卷機(jī)翻轉(zhuǎn)，完成料卷由臥式到立式的轉(zhuǎn)化：5)料卷輸出。出口輥道將帶有木托座的料卷輸運(yùn)到下一個(gè)設(shè)備上。料卷輸入、翻轉(zhuǎn)、輸出的整個(gè)過程在翻卷機(jī)上得以完成。

圖1

結(jié)合威海包裝線機(jī)組項(xiàng)目，翻卷機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：

翻卷機(jī)翻轉(zhuǎn)90°所需時(shí)間：0～70s

輥道速度：0～9.5m/min

翻卷機(jī)旋轉(zhuǎn)部分總重量：18255kg

料卷重量：15000kg

鋼托座重量：500kg

翻卷機(jī)的旋轉(zhuǎn)直徑：4.8m

2 翻卷電機(jī)選型計(jì)算

2.1 電機(jī)功率計(jì)算

式中:M1——翻卷機(jī)和料卷產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，N·m；

M1=G卷·L翻+G翻·L翻(逆時(shí)針方向?yàn)檎?

式中，G卷——料卷和鋼托座的總重力，N；

L卷——料卷和鋼托座的重心到回轉(zhuǎn)點(diǎn)的力臂，臥卷狀態(tài)時(shí)L卷=0.755m，立卷狀態(tài)時(shí)L卷=1.175m；

G翻——翻卷機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的總重力，N；

L翻——翻卷機(jī)的重心到回轉(zhuǎn)點(diǎn)的力臂，臥卷狀態(tài)時(shí)L翻=0.118m，立卷狀態(tài)時(shí)L翻=0.133m；

臥卷狀態(tài)時(shí)，M1=155000×0.755-182550×0.118=95484(N·m)

立卷狀態(tài)時(shí)，M1=182550×0.133-155000×1.175=-157845(N·m)

上式中的兩組數(shù)據(jù)為兩個(gè)極限位置的數(shù)值，取較大值M1=157845N·m；

D——翻卷機(jī)的直徑，D=4.8m；

F鏈——翻卷機(jī)傳動(dòng)鏈條的拉力，N;

V翻——翻卷機(jī)的翻轉(zhuǎn)速度，m/s。

將上述數(shù)值代入公式(1)得

則電機(jī)所需功率P=P1/η=3537/0.9=3930(W)=3.93kW

其中，η為傳動(dòng)效率，取0.9。

根據(jù)工況，所選電機(jī)減速機(jī)型號(hào)為MTJA1677MTD97-YEJ7.5-4P- 418-M1-B-0°，此電機(jī)減速機(jī)功率為7.5kW，輸出扭矩M額=18048N·m，輸出轉(zhuǎn)速n額=3.5r/min.

式中，d——鏈輪的直徑，d=0.318m。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要求額定輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1.5倍，M額≥1.5M啟，功率計(jì)算通過。

2.2 電機(jī)速度驗(yàn)算

3 輥道電機(jī)選型計(jì)算

3.1 電機(jī)功率計(jì)算

當(dāng)輥道上輸送的料卷遇到阻礙而突然停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥道的靜力矩達(dá)到最大值。如料卷停止后輥?zhàn)舆€在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)优c料卷托座之間產(chǎn)生打滑。此時(shí)，輥?zhàn)优c托座間的滾動(dòng)摩擦變成了滑動(dòng)摩擦，其靜力矩最大。此最大靜力矩為Mmax[1]：

式中:Mmax——輥道穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大靜力矩，N·m；

Q——在該組輥道上作用的鋁卷和鋼托座總重量;Q=155000N；

G1——單個(gè)輥?zhàn)拥闹亓?，G1=2000N；

C——由一臺(tái)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)量，C=9；

μ——輥?zhàn)虞S承中的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾子軸承，μ=0.005；

d——輥?zhàn)虞S頸的直徑，d=0.06m；

μ1——輥?zhàn)釉阡X卷木底座打滑時(shí)的摩擦系數(shù)，木對(duì)鋼時(shí)，μ1=0.12～0.16；

D——輥?zhàn)又睆?，D=0.19m。

根據(jù)工況，選擇電機(jī)減速機(jī)型號(hào)為MTD107-YEJ5.5-4P-91.20-M3(M6)-0°，此電機(jī)減速機(jī)的功率為5.5kW，額定輸出扭矩M額=3127N·m，輸出轉(zhuǎn)速是n額=16r/min,經(jīng)驗(yàn)算，此電機(jī)減速機(jī)的額定輸出扭矩M額=3127N·m，M額≥1.5Mmax，功率計(jì)算通過。

3.2 電機(jī)速度驗(yàn)算

4 鋼托座夾緊裝置液壓馬達(dá)的選型計(jì)算(圖2)

(1)夾緊力Q的計(jì)算

Q=G×9.8/μ=500×9.8/0.15=32670(N)

式中，G為鋼托座重量，G=500kg；

μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，取μ=0.15.

(2)螺桿所受扭矩T

式中，ρ為螺桿的螺距，ρ=8;

η為傳動(dòng)效率，取η=0.5。

由此選擇液壓馬達(dá)型號(hào)為JM23-D0.09J.，其額定輸出扭矩為150N·m，大于所需扭矩T的1.5倍，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 夾緊裝置

5 夾緊裝置中螺母和螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)摩擦副材料的選擇

螺母材料選用ZCuAl10Fe3，則σbp=40～60N/mm2，取σbp=50N/mm2；τp=30～40N/mm2，取τp=35N/mm2。

(2)按耐磨性計(jì)算螺紋中徑d2

式中，ψ為系數(shù)，取1.2；

Pp為螺紋副許用壓強(qiáng)，取Pp=18N/mm2。

為了增加安全系數(shù)，由GB/T5796.3—1986(第2卷)可選d=52mm,p=8mm,d2=48mm,D4=53mm,d3=43mm,D1=44mm的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為Tr52×8-7H/7e。

螺母高度H=ψd2=1.2×48=57.6mm，取H=60mm，則螺紋圈數(shù)n=H/P=60/8=7.5圈。

(3)自鎖性驗(yàn)算

由于系單頭螺紋，導(dǎo)程S=P=8mm，故螺紋升角為：

淬火鋼對(duì)青銅f=0.06～0.08，取0.07,可得：

則λ<ρ′，故自鎖可靠。

(4)螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算

=22.8N/mm2<σp

(5)螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算

因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需驗(yàn)算螺紋強(qiáng)度即可。

式中，b為牙根寬度，b=0.65P=0.65×8=5.2mm；

式中，H1=0.5P=0.5×8=4mm。

6 木托座夾緊裝置液壓馬達(dá)的選型計(jì)算

木托座重量輕，選擇液壓馬達(dá)型號(hào)為JM21-D0.02J.，其額定輸出扭矩T為26N·m。

(1)夾緊力Q的計(jì)算

(2)可夾緊木托座的重量G

木托座重量約在15kg以下，故需在管路上增設(shè)減壓閥，防止夾緊力過大破壞木托座。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)翻卷機(jī)的組成、工藝流程做了簡(jiǎn)要描述，對(duì)翻卷機(jī)的力能參數(shù)做了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)重要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，各參數(shù)均滿足機(jī)組的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)備已成功投產(chǎn)，運(yùn)行狀況良好。

[1]黃華清.軋鋼機(jī)械[M].冶金工業(yè)出版社.1979.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4卷(第四版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社. 2002.