包裝機組翻卷機液壓系統分析

耿慶斌 顧亞婷

(中冶京誠工程技術有限公司 北京 100176)

1 前言

隨著國內鋼鐵行業產業升級及包裝行業的發展[1]，冷軋鋼卷生產企業對鋼卷存儲及運輸越來越重視，陸續新建多條包裝機組。翻卷機作為包裝機組中的一種重要設備，可將鋼卷由臥卷改為立卷，也可將立卷改為臥卷。

翻卷過程中，動作穩定性差很容易造成鋼卷的表面戳傷和液壓管道爆管等問題。因此為保證產品表面質量，防止出現安全生產事故及提高工作效率，實現翻卷機動作的穩定和精確控制非常重要。

2 翻卷機的研究

翻卷機主要由翻轉鞍座，驅動機構，傳動輥道組成，見圖1翻卷機及動作示意。

翻轉工作過程：首先在位置一處，鋼卷通過運卷車放置在翻轉鞍座上。然后通過液壓缸對鋼卷進行翻轉，如位置二。翻轉完成在位置三處，鋼卷通過傳動輥道輸送到翻卷機外。

翻轉驅動機構，一般可采用液壓馬達或液壓缸形式。液壓馬達具有旋轉角度大、驅動簡單和體積小等特點[2]。但馬達抗沖擊差，因此多數翻卷機采用液壓缸驅動。采用液壓缸驅動，執行元件少，控制簡單。但在位置二處，當α角大于45度時，由于重力原因，翻轉鞍座與鋼卷將會失重。為了實現翻卷機動作的穩定和精確控制，設計時需考慮該問題。

圖1 翻卷機及動作示意

3 翻卷機液壓缸受力分析

翻卷機傾翻速度低，角速度小，計算傾翻力矩時動力矩可以忽略不計[3]。根據圖2翻卷機受力分析及液壓缸軌跡，利用翻卷機靜力矩平衡方程及液壓缸運動軌跡建立如下方程：

F3L=F1cos(40+α)+F2cos(75+α)

(1)

B12+2BR3cos(45+α)=B2+R32

(2)

sinβ=R3[cos(-45+α)-cos45]/B1

(3)

L=Bsin(12+β)

(4)

式中:F1-鋼卷重量，N，取100000;

F2-翻卷機重量，N，取55000;

F3-液壓缸作用力，N，可求變量;

L-液壓缸作用力的力臂，m，可求變量;

α-翻卷機翻卷角度，°，變量;

R1-設備幾何尺寸，m，取1.48;

R2-設備幾何尺寸，m，取0.66;

R3-設備幾何尺寸，m，取0.44;

B-設備幾何尺寸，m，取1.54。

圖2 翻卷機受力分析及液壓缸軌跡

通過方程組及Excel電子表格計算，畫出當α角由0°到90°時液壓缸作用力曲線,見圖3。

圖3 液壓缸作用力曲線

從液壓缸作用力曲線可以看出，當翻卷機剛翻卷時，液壓缸對翻轉鞍座產生約280kN的推力。隨著翻卷角度的變大，推力越來越小。當翻轉角度超過40°后，為避免設備失重，液壓缸將對翻轉鞍座產生拉力。并且隨著角度增大，拉力越來越大。當翻轉角度達到90°時，液壓缸拉力最大，達到370kN左右。

本項目采用兩個液壓缸，液壓缸缸徑160mm，缸桿直徑70mm。根據計算可知，液壓系統需要的最高工作壓力在推力280kN時，工作壓力7MPa。液壓缸耐壓強度，出現在拉力370kN時，最高背壓11MPa。

4 液壓系統

圖4 液壓系統圖

本項目選用公稱壓力為25MPa的液壓缸，為避免設備失速，液壓缸有桿腔將產生11MPa左右的背壓。 由于背壓較高，為避免液壓缸意外爆缸造成安全生產事故，在液壓缸口處安裝液控單向閥保證爆缸時的安全。

液壓系統采用比例閥與出口節流流量限制閥組合使用。翻轉鞍座翻轉速度穩定可控，同時避免設備失重失速，見圖4。

當液壓缸速度60mm/s時，液壓缸油耗150L/min。結合使用壓力7MPa，可選排量125ml的液壓泵，功率30kW的電機。

5 結束語

翻卷機作為彩涂包裝機組的一種主要設備。本文對其使用情況進行了介紹，對其不同的結構形式進行了比較。通過理論分析與實踐應用兩方面，總結出提高翻卷機動作穩定性的方法。利用本方法設計的液壓系統已經投入到多條生產線上，效果良好受到用戶好評。