銅帶冷軋機皮帶助卷器的鷹嘴設計概要

楊妤，任繼平

（中色科技股份有限公司，河南洛陽 471039）

皮帶助卷器是有色金屬（如銅帶）加工廠應用廣泛的輔助設備，是銅帶冷軋機組生產中的重要組成單元。本文涉及的是用于銅帶冷軋機，安裝于卷取機減速箱上，適合下卷取的皮帶助卷器形式。目前，很多廠家為提高機組使用率，會根據自身生產需要，提供兩種或兩種以上的套筒直徑規格。因此，設計助卷器需要適應多規格套筒結構，它還與相鄰設備的位置有關。為使帶材順利進入助卷器，研發設計入口導板形式，我們稱之為鷹嘴結構，置于上包角輥下方。

1 開發鷹嘴的作用

圖1是適用只有一種套筒規格的銅帶助卷器簡圖，當它要適用兩種套筒規格的助卷器，上包角輥與下包角輥間距應適當加大。那么厚度為2～5毫米的帶材進入助卷器，從上包角輥出來，由于彈塑性變形的作用，帶材不會自動進入下包角輥的皮帶與套筒之間，需操作者手動助卷才可。因此，開發鷹嘴結構可代替人工操作，便于實現穿帶自動化。

鷹嘴用以幫助帶材更好地進行卷取。鷹嘴的設置與卷取機前一工序的布置位置有關，當帶材進入助卷器的夾角α偏小時，鷹嘴不需投入使用，直接將上包角輥設置在合適的位置即可幫助帶材導入。但是當帶材進入助卷器的夾角α（見圖1）偏大時，空間不足，帶材無法自動進入助卷器，不能實現助卷功能，所以有必要設置鷹嘴裝置（見圖2）用以完成相應銅帶卷取。

圖1 無鷹嘴結構助卷器示意圖

圖2 帶鷹嘴助卷器示意圖

2 鷹嘴的設計計算

2.1 計算鷹嘴的壓緊力P

以某項目設備設計為例，說明鷹嘴對帶材的壓緊力P'及鷹嘴的動力計算。帶材材料為鈹銅，帶材的厚度為3mm，助卷器的張緊油缸選用的缸徑規格為Φ90/63mm，鷹嘴結構的相關件重量為126.2kg，套筒直徑707mm，帶材的寬度為670mm。

如圖3所示，各字母分別代表：鷹嘴結構的重力G；皮帶拉力分別為T1、T2；帶材給鷹嘴的壓緊力P（=P'作用力與反作用力）；油缸的推力F；

向鷹嘴架的回轉中心取矩，上述（相關）各力（交接點）的力臂依次表示為LG、LT1、LT2、LP、LF。

作 圖 得 出，LG=110mm、LT1=165.5mm、LT2=161.2mm、LP=274.8mm、LF=130mm

實際經驗表明，帶材在接觸鷹嘴裝置時產生了彈塑性彎曲變形，帶材的彈塑性彎曲力矩為：

其中，h—帶材厚度，取h=3（mm）；

b—帶材寬度b=670（mm）；

δs—帶材的材料屈服極限（MPa），鈹銅的屈服極限δs=570MPa

h1—帶材橫截面彈性部分高度（mm）；

E—帶材的材料彈性模量（MPa），鈹銅的彈性模量E=137GPa

R—卷筒半徑（mm）；

由圖三知板材的彈塑性力矩為：

M弾塑=P×LP

帶入公式（2），得到：h1=2×（707/2）×570/（137×103）=2.94（mm）

將h1帶入式（1），得：

M弾塑=（3×32-2.942）×670×570/12

=584192N·mm

P=M弾塑/LP

=2125.89（N）

2.2 選擇鷹嘴裝置結構所需動力（油缸）

由鷹嘴架回轉中心力矩平衡，得出：

皮帶拉力由張緊缸提供，由已選定的油缸知：規格Φ90/63油缸，壓力在16MPa時，油缸推力為F1=10170kgf，助卷器的工作壓力一般為10MPa。

如圖3，

圖3 鷹嘴裝置受力分析圖

T2=F1Cos5°/2

=（10170/2x10/16）Cos5°

=31660（N）

根據計算柔性體上摩擦力的歐拉公式，得到：

T2=T1efθ

其中，f—滑動摩擦系數，這里取f=0.25

θ—皮帶在鷹嘴裝置輥子處的包角，θ=124°。

將（4）式帶入（3）式，得：

F=（T2LT2+PLP-T1LT1-GLG）/LF

=19250.8（N）

另有油缸推力：F=ΠD2p/4

其中，D—油缸缸徑（mm）

這里的p為油缸工作壓力，取p=10MPa

D=√4F/Πp

=√4x19250.8/（3.14x10）

=49.52（mm）

考慮油缸的效率及其它因素，故，油缸缸徑取80mm可以滿足。

3 結束語

開發皮帶助卷器助卷功能，即鷹嘴結構，有助于機組穿帶的自動化。提高成卷質量，觀察、分析助卷器的設計細節，并且優化其結構，可以有效提高整個機組的生產效率。