無縫卷取機卷筒結構改進設計

黃擎陽，陳滿意

(1 武漢鋼鐵重工集團有限公司，湖北 武漢 430083； 2 武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070)

無縫卷取機卷筒結構改進設計

黃擎陽1，陳滿意2

(1 武漢鋼鐵重工集團有限公司，湖北 武漢 430083； 2 武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070)

分析無縫卷取機卷筒的工作原理以及工作時造成帶鋼表面有褶印缺陷，探究造成褶印問題的原因，通過改進卷筒關鍵零部件扇形板的結構，有效解決了生產現場中帶鋼表面產生的褶印問題。改進后的卷筒圓度精度高，不易產生結合部位高點，完全避免了帶鋼表面褶印缺陷，與此同時卷筒工作性能大幅改善，鋼卷產品質量大大提升。

無縫卷取機卷筒； 褶??； 扇形板

無縫卷取機卷筒是薄板材生產線上最重要的設備之一，而卷筒裝置是卷取機的核心部件。卷取機卷筒按結構通常分兩類[1]：有縫卷筒與無縫卷筒，此次研究對象為無縫卷筒。該類型卷筒工作時需借助助卷裝置卷取帶鋼，這種結構的卷筒在使用過程中經常會出現卷取的帶鋼表面有褶印缺陷，嚴重影響生產進度與產品質量，有時甚至會導致整個生產線停機，造成極大的經濟損失。為此，對帶鋼表面褶印缺陷產生的原因進行分析，通過改進卷筒裝置中關鍵部件扇形板結構，解決了帶鋼產品表面質量問題。

1 無縫卷取機卷筒工作原理

圖1a所示為無縫卷取機卷筒結構簡圖[2]?？梢娬９ぷ鞯那闆r下，在油缸拉動卷筒拉桿時，棱錐套筒與扇形板、封閉楔發生軸向相對運動，從而實現卷筒的脹縮。在脹大時，油缸拉動拉桿向左運動，因拉桿與棱錐套筒通過扁銷連接在一起，從而使棱錐套筒隨拉桿一起向左運動，此時扇形板與封閉楔軸向不動，僅與棱錐套筒斜臺面發生相對運動，使得它們只做徑向運動，從而完成卷筒的脹大功能；另外在卷筒脹大的過程中，扇形板與封閉楔始終通過45°斜面配合，當脹大到工作圓時，4塊扇形板與4塊封閉楔剛好組成1個完整的圓，且圓度公差在±0.05 mm范圍內。卷筒縮小時，則反之。

2 褶印原因分析

2.1 可加工性差

如圖1b所示，此結構類型卷筒是由4塊扇形板與4塊封閉楔通過與棱錐套筒斜面配合而組合形成一個封閉的圓柱體(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，都會造成相鄰扇形板與封閉楔的結合線高低不一致或者長度方向局部不平等問題，即結合部位易產生高點，直接影響卷筒圓度精度。因此，該結構類型卷筒的可加工性很差，已遠遠超出一般加工企業的制造標準。

(a)縱向

(b)橫向

2.2 無誤差裝配要求

扇形板與封閉楔圓周方向配合屬于無縫連接，對裝配精度要求無疑是非常高的，無論是對扇形板、封閉楔與棱錐套筒斜面配研接觸面積，還是對扇形板與封閉楔配合面的間隙，都提出了無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，都會造成相鄰扇形板與封閉楔結合線高低不均勻，無法實現無縫連接，進而影響裝配后卷筒圓度精度，最終造成卷筒正常工作時產生帶鋼表面褶印缺陷。因此，該結構類型卷筒的無誤差裝配要求，目前一般加工企業基本無法實現。

2.3 帶鋼表面褶印缺陷

無縫卷取機卷筒制造時的圓度精度高低直接影響帶鋼表面質量好壞。因這種類型卷筒結構可加工性差，裝配精度要求很難實現，造成卷筒圓度精度很難達到設計要求，最終導致卷筒正常工作時卷取帶鋼表面出現褶印缺陷(圖2)。

圖 2 帶鋼褶印

3 結構改進

基于上述分析可知該無縫卷取機卷筒的結構設計不合理，需要對結構進行改進設計[3]。針對卷筒圓度精度可加工性差、無誤差裝配要求難實現造成卷筒卷取帶鋼時產生表面褶印缺陷的現狀，通過改進卷筒主要部件扇形板的結構，從而實現提高卷筒圓度精度的可加工性與規避無誤差裝配精度要求。改進前，扇形板與封閉楔配合部位形狀是尖頭(圖3a)。此時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誤差裝配精度要求。

圖 3 扇形板結構改進示意圖

改進后，扇形板與封閉楔配合部位形狀是平頭(圖3b)。此時相鄰扇形板與封閉楔最終配合面是一個類似三角形的槽(圖4a)，這樣既彌補了扇形板、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，因結合部位是三角槽的結構，即使裝配精度有累積誤差也不會對卷筒圓度精度造成影響，彌補了裝配時累積誤差因素，完全避免了無誤差裝配精度要求。當卷筒卷取帶鋼工作時，帶鋼與扇形板99%以上圓弧面接觸，只剩下結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合部位有高點而產生褶印。

(a) 改進后橫向

(b) 改進后卷帶鋼

[1] 王海文.軋鋼機械設計[M].北京:機械工業出版社,1983.

[2] 周國盈.帶鋼卷取設備[M].北京:冶金工業出版社,1982.

[3] 機械工程師手冊(第二版)編輯委員會.機械工程師手冊[M].第二版.北京:機械工業出版社,2000.

2015-04-20

黃擎陽(1981-)，男，河南鄧州人，武漢鋼鐵重工集團有限公司工程師，研究方向為機械制造專業

陳滿意(1966)，男，湖北武漢人，武漢理工大學教授，研究方向為數字制造，齒輪傳動

1003-4684(2015)04-0099-02

TH122

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