開卷機(jī)壓力臂的改造設(shè)計(jì)

張芝梁 黃奇宏

摘要：開卷機(jī)是精沖機(jī)組生產(chǎn)線的重要組成部分，其設(shè)備配置較為簡單，主要由卷筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)，壓輥，活動(dòng)支撐和推卷、卸卷等裝置組成。本文以開卷機(jī)卸卷開料時(shí)原有氣壓伸縮桿通過轉(zhuǎn)矩傳到壓輥處的壓緊力不足以壓緊帶鋼為背景，進(jìn)而對(duì)開卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行液壓動(dòng)力改造。主要包括帶鋼張力、壓輥壓緊力、傳動(dòng)扭矩、液壓站壓力的理論計(jì)算。

Abstract： The uncoiler is an important part of the fine blanking unit production line， its equipment configuration is relatively simple， mainly by the drum and its drive system， pressure roller， mobile support and push， uncoiler and other devices. In this paper， the background of the original pneumatic telescopic rod passing through the torque to the roller is not enough to compress the strip steel when uncoiler uncoiling the material. It mainly includes the theoretical calculation of strip tension， roller compression force， driving torque and hydraulic station pressure.

關(guān)鍵詞：開卷機(jī);帶鋼張力;壓輥壓緊力;傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩

Key words： uncoiler;strip tension;pressing force of roller;drive torque

0? 引言

開卷機(jī)是帶鋼各種加工工序的重要配套設(shè)備，在帶鋼開卷和卸卷中起著重要作用。常用的開卷機(jī)有懸臂式開卷機(jī)、雙圓柱頭式開卷機(jī)、雙錐頭式開卷機(jī)三種。在精沖機(jī)組生產(chǎn)線常使用懸臂式開卷機(jī)，有利于帶鋼的卸卷，并配合直頭機(jī)將帶材送入矯直機(jī)。此文的改造其背景是公司原有開卷機(jī)的壓力臂由氣動(dòng)系統(tǒng)提供的壓輥壓緊力不足以壓緊帶材，會(huì)導(dǎo)致在解開帶材扎帶后，帶材散落、造成安全隱患等，同時(shí)不利于帶材在進(jìn)料過程中的傳送。由此這里決定對(duì)開卷機(jī)壓力臂由原來的氣動(dòng)改為液壓傳動(dòng)，以期滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

1? 懸臂式開卷機(jī)基本結(jié)構(gòu)及功能

懸臂式開卷機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要由卷筒、壓料裝置、傳動(dòng)裝置、電機(jī)、底座等組成。其主要特點(diǎn)是開卷剛度大并且具有高壓的有點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中常適用于薄板帶鋼的上料卸卷，如圖1所示。

2? 帶鋼張力計(jì)算

T=δ×b×h

式中：b=82為帶鋼最大寬度，單位：mm; h=4.97為帶鋼最大厚度，單位：mm;δ為帶鋼單位張力，單位：kg/mm2。

上述單位張力δ還可以按照下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

δ=K×σs

式中：σs為帶鋼屈服極限，單位：MPa，此處為360MPa。

K為張力系數(shù)如表1。

精沖機(jī)組線和張力矯直機(jī)組有比較類似的特點(diǎn)，K取0.06～0.15，此處取0.08。

則：δ= K×σs=0.08×360=28.8MPa

則：TMax=82×4.97×10-6×28.8×106=11.74kN

3? 壓輥壓緊力計(jì)算

P×R×sinα=M彈、塑

式中：R=1600 為帶卷半徑，單位：mm; α=12°為卸卷角，單位：°; M彈、塑為成卷帶材在壓輥壓緊力的作用下，帶材產(chǎn)生的彈塑彎曲轉(zhuǎn)矩值，單位：N·m。

其中M彈、塑可由以下式子決定：

E=206GPa為帶材的彈性模量，則：M彈、塑=105410、壓輥壓緊力P=31.69kN

4? 傳動(dòng)扭矩計(jì)算

式中：μ1=0.12 為壓輥和帶鋼之間的摩擦系數(shù);μ2=0.18 為壓輥軸承處的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，d=240 為壓輥軸承處輥?zhàn)又睆?，單位：mm。

5? 單桿活塞缸選用和強(qiáng)度校核

根據(jù)上述開卷機(jī)壓力臂的結(jié)構(gòu)，我們?cè)诖颂庍x擇單桿活塞缸（缸固定）。

式中：P1=15 為進(jìn)油壓力，單位：MPa;P2=5 為回油壓力，單位：MPa;A1為無桿腔的有效工作面積、D為有桿腔直徑，單位：m2;A2為有桿腔的有效工作面積、d為無桿腔直徑，單位：m2;Q=6為油液流量，單位：L/min。

液壓缸內(nèi)徑D和活塞直徑d的確定：

當(dāng)無桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)：

式中：λ=0.5為活塞桿的直徑d與液壓缸內(nèi)徑D的比值。

根據(jù)上式聯(lián)立可得：D=50mm，d=25mm。

液壓缸缸筒行程L的確定：

L=活塞最大行程I+活塞寬度b+活塞桿導(dǎo)向長度I1+活塞桿密封長度I2+其他長度

根據(jù)實(shí)際安裝場所確定，L=380mm

在中、低壓液壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，強(qiáng)度一般都滿足，故通常不須驗(yàn)算。當(dāng)液壓缸工作壓力較高或缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，需對(duì)其最薄處的壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核方法為：

式中：δ=3.6 為缸筒壁厚，單位：mm;D 為缸筒內(nèi)徑（或活塞直徑）， 單位：mm;Py為缸筒試驗(yàn)壓力，一般比最大工作壓力高 20%～30%;[σ]為缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb=460為材料抗拉強(qiáng)度（查有關(guān)手冊(cè)），n為安全系數(shù)，一般取 n=3.5～5。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)改造，此處選取D/δ≥10的校核公式，經(jīng)計(jì)算δ=3.6≥2.17符合強(qiáng)度需求。

式中：d為活塞桿直徑，單位：mm;[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb為材料抗拉強(qiáng)度，n 為安全系數(shù)，一般取 n≥1.4。

6? 液壓站設(shè)計(jì)

如圖2所示為改造設(shè)計(jì)的液壓站，各部元器件如表2所示。其中我們采用液壓鎖的結(jié)構(gòu)，其屬于開關(guān)型閥，一般僅有開合關(guān)兩種位置狀態(tài)，停留在兩個(gè)極限位置，做不到精細(xì)控制。但其作用是為了保持負(fù)載，而不是控制速度，適用于運(yùn)動(dòng)速度不高的閉鎖回路。整個(gè)原理圖的工作工況為，油液從油缸出來，經(jīng)過電機(jī)定量泵的作用，調(diào)節(jié)指定壓力的油液通過單向閥，經(jīng)過壓力表監(jiān)控，流經(jīng)溢流閥，如果此處定量泵壓力大于16MPa則從溢流閥泄流回油缸，若不大于16MPa，則通過H型二位四通中位電磁換向閥，流經(jīng)液壓鎖和單向控制閥到達(dá)無桿腔開始作用活塞缸，達(dá)到推動(dòng)負(fù)載的作用。

7? 結(jié)論

本文通過對(duì)開卷機(jī)壓力臂在卸卷過程中的張力和壓輥壓緊力的計(jì)算和分析，通過改造傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力來源，以及對(duì)液壓站的設(shè)計(jì)和對(duì)各部件的設(shè)計(jì)校核，最終解決了實(shí)際生產(chǎn)問題。本文對(duì)開卷機(jī)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行剖析，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和理論研究具有重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張利平.現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用200例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]劉延俊.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]楊文元，費(fèi)玉石.帶材精整機(jī)組中開卷機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 [J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，1999.

[4]王巖.開卷機(jī)關(guān)鍵部件的有限元分析及尺寸優(yōu)化 [D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2015.

[5]任凱奇.開卷機(jī)主軸結(jié)構(gòu)有限元分析 [C].制造技術(shù)自動(dòng)化學(xué)術(shù)議論文集，2015.

[6]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001.