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        臥式皮帶助卷器設(shè)計(jì)

        2021-10-31 08:52:14任繼平
        世界有色金屬 2021年8期

        楊 妤,任繼平

        (中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039)

        皮帶助卷器分為立式皮帶助卷器和臥式皮帶助卷器。立式皮帶助卷器多用于銅帶熱軋機(jī)組、冷軋機(jī)組及精整機(jī)組;臥式皮帶助卷器多用于熱軋機(jī)組、冷軋機(jī)組,常見于鋁帶加工機(jī)組。按使用方式分為上卷取式(帶材從卷筒頂部進(jìn)入)和下卷取式(帶材從卷筒下部進(jìn)入),具體卷取方式依據(jù)甲方生產(chǎn)工藝的需要而定。臥式皮帶助卷器是皮帶助卷器的基本形式。本文以臥式皮帶助卷器為例,解析該設(shè)備的部分基本力能參數(shù)。臥式皮帶助卷器的組成為:車體、移動機(jī)架油缸及軌道。車體為助卷器主要部件,它的組成為:皮帶、脹緊油缸、脹緊輥、包膠輥裝置(含包角油缸)等。

        1 脹緊油缸和包角油缸確定

        1.1 帶材彎曲力矩計(jì)算

        以某項(xiàng)目設(shè)備設(shè)計(jì)為例,帶材材料為鋁合金1系~8系,帶材的厚度為3mm,卷軸直徑為Φ508mm~Φ665mm,帶材的寬度為1680mm,皮帶長度8270mm,包角輥裝置的重量563.4kg。

        根據(jù)《鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊》表4-21,查得帶材彈性模量最大為E=74x103N/mm2。

        h——帶材厚度,取為3mm,帶材屈服極限為δs=30~420N/mm2

        矩形斷面材料彈性彎曲變形的最小曲率半徑為:

        ρw=Eh/2δs

        =264.3(mm)

        卷軸的最小半徑R=508/2=254mm<ρw

        圖1 皮帶助卷器車體主要組成

        因此,帶材處于彈塑性變形狀態(tài),其變形力矩為:

        其中,b——帶材寬度,為1680mm;

        h1——帶材彈性區(qū)域高度

        ρ——帶材中間層的曲率半徑,

        將式(3)代入式(2)得 : h1=2.9(mm)

        將式(2)代入式(1)得 : M=1093092(N·mm)

        1.2 計(jì)算皮帶張力P

        如圖2,當(dāng)卷筒半徑R遠(yuǎn)大于帶材的厚度h時(shí),計(jì)算時(shí)忽略h的影響,由圖二得出的受力分析知,帶材剛進(jìn)入助卷器時(shí),皮帶給其的彎矩:

        圖2 帶材進(jìn)入助卷器時(shí)的受力

        M=P LSin[tg-1(L/R)+Cos-1(R/√(R2+L2)]

        故,皮帶張力有:

        其中,L——帶材頭部翹起的長度,根據(jù)帶材的厚度取20mm~50mm,在h<2mm時(shí)取偏低值,h>2mm時(shí)取偏高值,在本文中取L=40mm,將L值代入式(4),得:

        P=88152.6(N)

        1.3 脹緊缸的確定

        如圖3,皮帶在脹緊輥處的夾角θ,這里θ=34.1°

        圖3 助卷器脹緊缸的受力

        需要脹緊油缸的推力最小為F

        F=2PCosθ

        =169727.6(N)

        脹緊油缸最大推力為:Fmax=2P

        =176305.2(N)

        根據(jù)該計(jì)算結(jié)果,由樣本選取φ125/90的液壓油缸,標(biāo)準(zhǔn)推力為196000N,可以滿足厚度為3mm、寬1680mm鋁帶卷取的需要。

        1.4 包角缸的確定

        如圖4,以包角輥裝置為研究對象,對鉸接點(diǎn)Q取矩,必須滿足:

        圖4 包角輥裝置受力分析

        MT2+MN>MT1+MG

        帶材才能被包緊。

        式中,MT1——皮帶上的力T1對Q點(diǎn)的力矩,MT1=T1LT1;

        MN——包角缸提供給包角輥裝置的推力N對Q點(diǎn)的力矩,MN=NLN;

        MT2——皮帶上的力T2對Q點(diǎn)的力矩,MT2=T2LT2;

        MG——包角輥裝置所受重力G對Q點(diǎn)的力矩,MG=GLG.

        其中,皮帶上的力T1和T2均由脹緊缸產(chǎn)生,不考慮與各輥的摩擦,則T1=T2

        以上各力的力臂分別為:

        LT1=653mm,LN=222mm,LT2=67mm,LG=454mm,

        故,MN>MT1+MG-MT2

        NLN>T1LT1+GLG-T2LT2

        N>(T1LP+GLG-T2LT2)/LN

        N>244212.9N

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在液壓缸樣本選擇兩個(gè)φ110/80的油缸,每個(gè)缸標(biāo)準(zhǔn)推力為152000N。可以滿足包角輥裝置包緊帶材的作用。

        2 結(jié)束語

        臥式皮帶助卷器對提高機(jī)組穿帶的自動化具有很重要的作用,對于不同合金和不同尺寸的帶材,選取合適的油缸(或氣缸)可以合理控制制造成本,為設(shè)備做精做細(xì)提供合理基本參數(shù)。

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