段勝林

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

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新型雙柱頭卷取機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算

段勝林

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

文章根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和需求，對(duì)傳統(tǒng)雙柱頭卷取機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，詳細(xì)闡述了其工作原理，并給出了計(jì)算推導(dǎo)過(guò)程。

卷取機(jī)；柱頭；夾緊力；設(shè)計(jì)計(jì)算

雙柱頭卷取機(jī)是箔軋機(jī)組及精整線機(jī)組中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)箔類(lèi)產(chǎn)品的穩(wěn)定卷取有重要作用。隨著市場(chǎng)對(duì)箔材產(chǎn)品品質(zhì)要求的不斷提高，傳統(tǒng)卷取機(jī)逐漸顯露出一些加工工藝無(wú)法解決的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的市場(chǎng)需求已經(jīng)顯現(xiàn)。

1 箔材生產(chǎn)工藝對(duì)卷取機(jī)的要求

箔材生產(chǎn)特有的工藝，要求卷取機(jī)必須具有較高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的高速卷取能力。據(jù)此要求，卷取機(jī)必須能處理適當(dāng)噸位的帶卷、要有較好的強(qiáng)度和剛度、卷筒有良好的動(dòng)平衡性能和較強(qiáng)的速度控制能力以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的張力和穩(wěn)定的卷取過(guò)程。

2 傳統(tǒng)雙柱頭卷取機(jī)的問(wèn)題

傳統(tǒng)雙柱頭卷取機(jī)(圖1)除配有移動(dòng)雙柱頭的液壓缸外，還配有脹縮油缸，設(shè)備重量大，成本高。該卷取機(jī)主要滿足兩個(gè)功能，一是具備合適的開(kāi)口度，使雙柱頭能從兩端移動(dòng)到套筒內(nèi)孔，支住套筒；二是具備脹縮功能，使雙柱頭脹開(kāi)，頂住套筒內(nèi)孔，使套筒和雙柱頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞扭矩。

圖1 傳統(tǒng)雙柱頭卷取機(jī)(單側(cè))Fig.1 Conventional double head coiler (on one side)

目前，此類(lèi)卷取機(jī)在生產(chǎn)中的問(wèn)題主要有設(shè)備成本高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大和維護(hù)較困難。

3 新型雙柱頭卷取機(jī)

新型的雙柱頭卷取機(jī)(圖2)，為了降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不再單獨(dú)配置脹縮油缸，而是單靠夾緊油缸同時(shí)實(shí)現(xiàn)夾緊和脹縮套筒的功能，大大降低了設(shè)備成本，操作簡(jiǎn)便、易維護(hù)。

圖2 新型雙柱頭卷取機(jī)結(jié)構(gòu)(單側(cè))Fig.2 Structure diagram of new double head coiler (on one side)

3.1 新型雙柱頭卷取機(jī)工作原理

如圖2所示，在夾緊缸1的作用下，導(dǎo)向裝置2和整個(gè)柱頭一起移動(dòng)，當(dāng)四棱錐3的斷面接觸到套筒9端部后，夾緊缸1繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，四棱錐3相對(duì)導(dǎo)向裝置2向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，扇形板4在軸向定位裝置6的作用下只能沿導(dǎo)向端蓋7徑向脹開(kāi),直至與套筒內(nèi)壁全接觸，套筒被夾緊和脹緊，夾緊缸繼續(xù)工作，持續(xù)提供夾緊力和脹緊力。序號(hào)5為扇形板4的徑向復(fù)位裝置，序號(hào)8為四棱錐3的軸向自動(dòng)復(fù)位裝置，即夾緊缸退回時(shí)，在徑向復(fù)位裝置5和軸向自動(dòng)復(fù)位裝置8的作用下，柱頭部分能自動(dòng)復(fù)位到最小徑狀態(tài)。

3.2 新型雙柱頭卷取機(jī)的和受力分析

1)卷取張力的選擇

卷取張力由帶材的斷面尺寸大小和機(jī)組所需的張應(yīng)力值決定：

T=SBh(1)

式中：

T—卷取張力，N；

B—帶材寬度，mm；

h—帶材的厚度，mm；

S—帶材單位張應(yīng)力，MPa,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可按下經(jīng)驗(yàn)公式選?。篠=kσs

式中：

σs—帶材屈服極限，MPa；

k—張應(yīng)力系數(shù)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取。對(duì)于軋機(jī)的卷取機(jī)k約為0.05～0.30左右；對(duì)于精整機(jī)組卷取機(jī)k值取較小值，參考文獻(xiàn)[3]中列有一個(gè)參考表，認(rèn)為酸洗機(jī)組k=0.004～0.025；其他精整機(jī)組取k=0.03～0.05；可供設(shè)計(jì)參考。

2)雙柱頭脹縮卷筒在一個(gè)柱頭上的徑向壓力為P

如圖3所示，在帶卷外徑上有一個(gè)卷取張力T的作用。套筒內(nèi)徑與柱頭之間是靠柱頭脹開(kāi)，產(chǎn)生足夠的摩擦力F所形成的力矩來(lái)與張力所形成的力矩相平衡。摩擦力F靠正壓力P產(chǎn)生。

式中：

P—總徑向壓力，N；

D—卷材外徑，mm；

d—卷材內(nèi)外徑，mm；

f—卷筒與卷材之間摩擦系數(shù)；

T—開(kāi)卷張力，N。

3)雙柱頭卷取機(jī)夾緊油缸的推力

此新型雙柱頭卷取機(jī)為四棱錐式柱頭結(jié)構(gòu)，在夾緊缸推力Q的作用下卷筒上總徑向壓力P由四塊扇形板承擔(dān)，傳遞到卷材內(nèi)徑上，通過(guò)摩擦力的作用來(lái)承受卷取張力。作用在每一塊斜楔上的總壓力G：

四棱錐一對(duì)斜楔機(jī)構(gòu)的受力示意圖如圖4所示。Q為移動(dòng)和夾緊用液壓缸的總推力，單位為N。

圖3 卷筒的受力分析Fig.3 Force analysis of mandrel

圖4 斜楔受力分析圖Fig.4 Force analysis of wedge

由圖4-(c)可知，由∑x=0得：

(4)

由圖4-(b)可知，由∑x=0得：

S=Nsinα+f1Ncosα=N(sinα+f1cosα)

(5)

由∑y=0得：

G+f1S+f1Nsinα=Ncosα

G=N(cosα-f1sinα)-f1S

(6)

將公式(4)、(5)代入(6)式得：

G=N(cosα-f1sinα)-f1N(sinα+f1cosα)

=N(cosα-2f1sinα-f12cosα)

(7)

將公式(3)代入(7)式得：

(8)

整理(8)式得出，夾緊油缸的推力Q為：

(9)

式中：

α—斜楔的斜角；

f1—斜楔之間的摩擦系數(shù)。

由于f12很小，(9)式可以簡(jiǎn)化為：

4 結(jié)束語(yǔ)

此新型雙柱頭卷取機(jī)結(jié)構(gòu)方案已在某廠的銅箔軋機(jī)項(xiàng)目中應(yīng)用，本文推導(dǎo)的夾緊油缸推力計(jì)算公式與現(xiàn)場(chǎng)情況符合，可供同行設(shè)計(jì)參考。

Design and Calculation of New Double Head Coiler

DUAN Shenglin

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the process characteristics and actual production practices, the paper highlighted the improvement of conventional double head coiler, it illustrated the working principle and it demonstrated the mathematical derivation.

coiler; head; clamping force; design and calculation

2014-07-28

段勝林(1983-)，男，工程師，主要從事冶金設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

TG333.2+4

A

1671-6795(2015)01-0044-03