黃擎陽(yáng)，陳滿意

(1 武漢鋼鐵重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430083； 2 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

無(wú)縫卷取機(jī)卷筒結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

黃擎陽(yáng)1，陳滿意2

(1 武漢鋼鐵重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430083； 2 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

分析無(wú)縫卷取機(jī)卷筒的工作原理以及工作時(shí)造成帶鋼表面有褶印缺陷，探究造成褶印問(wèn)題的原因，通過(guò)改進(jìn)卷筒關(guān)鍵零部件扇形板的結(jié)構(gòu)，有效解決了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中帶鋼表面產(chǎn)生的褶印問(wèn)題。改進(jìn)后的卷筒圓度精度高，不易產(chǎn)生結(jié)合部位高點(diǎn)，完全避免了帶鋼表面褶印缺陷，與此同時(shí)卷筒工作性能大幅改善，鋼卷產(chǎn)品質(zhì)量大大提升。

無(wú)縫卷取機(jī)卷筒； 褶??； 扇形板

無(wú)縫卷取機(jī)卷筒是薄板材生產(chǎn)線上最重要的設(shè)備之一，而卷筒裝置是卷取機(jī)的核心部件。卷取機(jī)卷筒按結(jié)構(gòu)通常分兩類[1]：有縫卷筒與無(wú)縫卷筒，此次研究對(duì)象為無(wú)縫卷筒。該類型卷筒工作時(shí)需借助助卷裝置卷取帶鋼，這種結(jié)構(gòu)的卷筒在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)卷取的帶鋼表面有褶印缺陷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度與產(chǎn)品質(zhì)量，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線停機(jī)，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，對(duì)帶鋼表面褶印缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，通過(guò)改進(jìn)卷筒裝置中關(guān)鍵部件扇形板結(jié)構(gòu)，解決了帶鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量問(wèn)題。

1 無(wú)縫卷取機(jī)卷筒工作原理

圖1a所示為無(wú)縫卷取機(jī)卷筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[2]?？梢娬９ぷ鞯那闆r下，在油缸拉動(dòng)卷筒拉桿時(shí)，棱錐套筒與扇形板、封閉楔發(fā)生軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)卷筒的脹縮。在脹大時(shí)，油缸拉動(dòng)拉桿向左運(yùn)動(dòng)，因拉桿與棱錐套筒通過(guò)扁銷連接在一起，從而使棱錐套筒隨拉桿一起向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)扇形板與封閉楔軸向不動(dòng)，僅與棱錐套筒斜臺(tái)面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得它們只做徑向運(yùn)動(dòng)，從而完成卷筒的脹大功能；另外在卷筒脹大的過(guò)程中，扇形板與封閉楔始終通過(guò)45°斜面配合，當(dāng)脹大到工作圓時(shí)，4塊扇形板與4塊封閉楔剛好組成1個(gè)完整的圓，且圓度公差在±0.05 mm范圍內(nèi)。卷筒縮小時(shí)，則反之。

2 褶印原因分析

2.1 可加工性差

如圖1b所示，此結(jié)構(gòu)類型卷筒是由4塊扇形板與4塊封閉楔通過(guò)與棱錐套筒斜面配合而組合形成一個(gè)封閉的圓柱體(即所謂的卷筒)，相鄰扇形板與封閉楔之間的最終配合面是一條線，且最終加工后卷筒的圓度精度要求不大于0.10 mm。如果棱錐套筒、扇形板、封閉楔任一零部件加工精度稍有超差，都會(huì)造成相鄰扇形板與封閉楔的結(jié)合線高低不一致或者長(zhǎng)度方向局部不平等問(wèn)題，即結(jié)合部位易產(chǎn)生高點(diǎn)，直接影響卷筒圓度精度。因此，該結(jié)構(gòu)類型卷筒的可加工性很差，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般加工企業(yè)的制造標(biāo)準(zhǔn)。

(a)縱向

(b)橫向

2.2 無(wú)誤差裝配要求

扇形板與封閉楔圓周方向配合屬于無(wú)縫連接，對(duì)裝配精度要求無(wú)疑是非常高的，無(wú)論是對(duì)扇形板、封閉楔與棱錐套筒斜面配研接觸面積，還是對(duì)扇形板與封閉楔配合面的間隙，都提出了無(wú)誤差的裝配精度要求。如果扇形板、封閉楔與棱錐套筒斜面配研接觸面積小于70%，或者扇形板與封閉楔配合面的間隙大于0.15 mm，都會(huì)造成相鄰扇形板與封閉楔結(jié)合線高低不均勻，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，進(jìn)而影響裝配后卷筒圓度精度，最終造成卷筒正常工作時(shí)產(chǎn)生帶鋼表面褶印缺陷。因此，該結(jié)構(gòu)類型卷筒的無(wú)誤差裝配要求，目前一般加工企業(yè)基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

2.3 帶鋼表面褶印缺陷

無(wú)縫卷取機(jī)卷筒制造時(shí)的圓度精度高低直接影響帶鋼表面質(zhì)量好壞。因這種類型卷筒結(jié)構(gòu)可加工性差，裝配精度要求很難實(shí)現(xiàn)，造成卷筒圓度精度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最終導(dǎo)致卷筒正常工作時(shí)卷取帶鋼表面出現(xiàn)褶印缺陷(圖2)。

圖 2 帶鋼褶印

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

基于上述分析可知該無(wú)縫卷取機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)[3]。針對(duì)卷筒圓度精度可加工性差、無(wú)誤差裝配要求難實(shí)現(xiàn)造成卷筒卷取帶鋼時(shí)產(chǎn)生表面褶印缺陷的現(xiàn)狀，通過(guò)改進(jìn)卷筒主要部件扇形板的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)提高卷筒圓度精度的可加工性與規(guī)避無(wú)誤差裝配精度要求。改進(jìn)前，扇形板與封閉楔配合部位形狀是尖頭(圖3a)。此時(shí)相鄰扇形板與封閉楔最終配合面是一條線(圖1b)，這就大大增加了零部件的加工精度及無(wú)誤差裝配精度要求。

圖 3 扇形板結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖

改進(jìn)后，扇形板與封閉楔配合部位形狀是平頭(圖3b)。此時(shí)相鄰扇形板與封閉楔最終配合面是一個(gè)類似三角形的槽(圖4a)，這樣既彌補(bǔ)了扇形板、封閉楔等零部件加工精度誤差，又不影響零部件的使用，極大地降低了加工制造難度；與此同時(shí)，因結(jié)合部位是三角槽的結(jié)構(gòu)，即使裝配精度有累積誤差也不會(huì)對(duì)卷筒圓度精度造成影響，彌補(bǔ)了裝配時(shí)累積誤差因素，完全避免了無(wú)誤差裝配精度要求。當(dāng)卷筒卷取帶鋼工作時(shí)，帶鋼與扇形板99%以上圓弧面接觸，只剩下結(jié)合部位三角槽處未接觸到(圖4b)，這樣就保證了帶鋼表面不因結(jié)合部位有高點(diǎn)而產(chǎn)生褶印。

(a) 改進(jìn)后橫向

(b) 改進(jìn)后卷帶鋼

[1] 王海文.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1983.

[2] 周國(guó)盈.帶鋼卷取設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1982.

[3] 機(jī)械工程師手冊(cè)(第二版)編輯委員會(huì).機(jī)械工程師手冊(cè)[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

2015-04-20

黃擎陽(yáng)(1981-)，男，河南鄧州人，武漢鋼鐵重工集團(tuán)有限公司工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造專業(yè)

陳滿意(1966)，男，湖北武漢人，武漢理工大學(xué)教授，研究方向?yàn)閿?shù)字制造，齒輪傳動(dòng)

1003-4684(2015)04-0099-02

TH122

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