助卷器的設(shè)計與計算

陳 璽，劉銀娟，尤 磊

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

冷軋薄帶時，卷取機的鉗口不能夾住帶頭進行帶張力軋制，都要在卷筒上套上套筒，在助卷器的作用下薄帶在套筒上纏繞2～3圈后，再進行張力軋制。

2 助卷器工作原理

助卷器主要由行走車體、助卷頭、軌座等組成，其中助卷頭由上、下擺臂和導(dǎo)板構(gòu)成。在工作過程中，助卷頭的上、下擺臂和導(dǎo)板打開，行走車體前進至助卷位，導(dǎo)板擺下，然后上、下擺臂抱緊卷筒，漲緊油缸作用漲緊皮帶，帶頭通過皮帶作用卷到卷筒的套筒上，卷取機旋轉(zhuǎn)，帶頭纏繞在套筒上，助卷成功后，上、下擺臂打開，導(dǎo)板打開，漲緊油缸松開皮帶，行走車體退后，助卷工作結(jié)束。

保證帶鋼頭纏繞在套筒上，助卷頭必須盡可能多的環(huán)抱卷筒，而且漲緊油缸作用使皮帶緊箍在套筒上，助卷頭的工作狀態(tài)如圖1所示。上、下擺臂和導(dǎo)板的打開和閉合及其動作順序，都要進行嚴(yán)格的軌跡設(shè)計。

圖1 助卷頭的工作狀態(tài)Fig.1 Working condition of wrapper head

3 助卷器結(jié)構(gòu)設(shè)計

助卷器的關(guān)鍵技術(shù)在于助卷頭的設(shè)計。帶材是經(jīng)過轉(zhuǎn)向輥到達卷筒，而轉(zhuǎn)向輥與卷取機之間的位置已經(jīng)確定，帶頭是沿著套筒的切向方向經(jīng)過助卷器助卷纏繞在卷筒上的。本文以下助卷為例分析助卷器結(jié)構(gòu)設(shè)計原則。

為了環(huán)抱套筒的角度大些，盡可能增加上擺臂的長度以及導(dǎo)板的長度，但是在擺動過程中，導(dǎo)板不能與帶材干涉;同時當(dāng)上擺臂和導(dǎo)板擺起時，必須使導(dǎo)板高于套筒的上沿，避免助卷器的行走車退后時，導(dǎo)板與套筒干涉，同時導(dǎo)板擺起不能與卷取機的壓輥干涉。

助卷器行走車的行程設(shè)計，主要考慮帶卷最大直徑的情況，以避免卷筒在最大卷徑位置時，助卷器與鋼卷干涉。

為了避免在助卷過程中皮帶的跑偏，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中皮帶轉(zhuǎn)向輥的軸套設(shè)計為偏心套，增加調(diào)節(jié)手段。

4 皮帶張力計算

皮帶助卷器是通過皮帶的張力作用使帶材產(chǎn)生彈塑性彎曲變形，助卷器漲緊油缸的選取取決于皮帶的張力T和液壓系統(tǒng)的壓力，本文忽略皮帶各處的張力損失，認定皮帶張力處處相等。

帶材在助卷帶的作用下必產(chǎn)生彎曲，根據(jù)彎曲變形理論，矩形材料產(chǎn)生彈性彎曲變形的最小彎曲曲率半徑ρw為

式中，E為彈性模量;H為帶材厚度;σs為帶材的屈服極限。

帶材在皮帶助卷器的作用下纏繞在卷筒上，必然產(chǎn)生彈塑性變形，如圖2所示。當(dāng)帶材的彎曲曲率半徑小于帶材的最小彎曲曲率半徑發(fā)生完全彈塑性彎曲變形，而帶材的彎曲曲率半徑大于帶材的最小彎曲曲率半徑時發(fā)生完全彈性彎曲變形時，帶材所需的力矩為

式中，M1為處于帶材彈性區(qū)產(chǎn)生的彎曲力矩;M2為處于帶材塑性區(qū)產(chǎn)生的彎曲力矩。

圖2 卷筒上帶材的應(yīng)力狀態(tài)圖Fig.2 Stress distribution of strip on winding mandrel

式中，b為帶材的寬度。

圖3所示為帶頭進入助卷器時的受力情況，在帶材進入助卷器開始纏繞第一圈時帶頭總會翹起一部分，設(shè)其長度為L，皮帶所產(chǎn)生的彎曲力矩

圖3 皮帶受力圖Fig.3 Force distribution of belt

皮帶助卷器的正常工作必須是皮帶的張力產(chǎn)生的彎曲力矩大于帶材的彎曲力矩。

根據(jù)張力就可以合理的選用漲緊油缸。

5 結(jié)束語

根據(jù)上述的計算方法設(shè)計的皮帶助卷器，已經(jīng)在多條銅軋機生產(chǎn)線上使用，效果良好。

［1］ 黃華清．軋鋼機械［M］．北京:冶金工業(yè)出版社出版，1980．

［2］ 王海文．軋鋼機械設(shè)計［M］．北京:機械工業(yè)出版社出版，1983．

［3］ 鄒家祥．軋鋼機械［M］．北京:冶金工業(yè)出版社出版，2000．