儲(chǔ)能式阻尼器在卷取生產(chǎn)線中的研究與應(yīng)用

王健，徐磊，林森

(朝陽(yáng)三創(chuàng)新產(chǎn)品制造有限公司，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

0 引言

阻尼器是以提供運(yùn)動(dòng)阻力、耗減運(yùn)動(dòng)能量的機(jī)械部件[1]。阻尼器的形式有多種多樣，應(yīng)用的場(chǎng)合也很多，有彈簧阻尼器、液壓阻尼器、脈沖阻尼器、旋轉(zhuǎn)阻尼器、粘滯阻尼器等等。本文阻尼器是卷取安全卡盤所配套的阻尼器，應(yīng)用于物料卷取生產(chǎn)線中并安裝在卷取卡盤的輸出軸上的，在卷取卡盤工作過(guò)程中，起到調(diào)整輸出軸在物料運(yùn)行方向的張力大小，也可起到剎車作用，其廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、電線電纜、包裝、印刷、塑料、皮革、輸送帶、輪胎制造等行業(yè)。

現(xiàn)有卡盤阻尼器原理是由零件表面產(chǎn)生的彈性壓力，從而獲得的摩擦張力，故在生產(chǎn)過(guò)程中，剛剛調(diào)好阻尼器的張力，在物料卷旋轉(zhuǎn)幾圈后，由于摩擦片磨損，導(dǎo)致調(diào)整螺母壓力隨摩擦片磨損減薄出現(xiàn)壓力減少，從而出現(xiàn)物料卷張力不足，物料卷取松散現(xiàn)象發(fā)生，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工人需頻繁的調(diào)整旋緊螺母，增加工作時(shí)間，降低工作效率。另外，調(diào)整時(shí)還需進(jìn)入設(shè)備工作范圍，增加了安全隱患。

為解決現(xiàn)有的卷取卡盤阻尼器的不足之處，避免不必要的頻繁調(diào)節(jié)鎖緊螺母，確保卷取生產(chǎn)安全，因此，我們開發(fā)設(shè)計(jì)了新型儲(chǔ)能式阻尼器。

1 產(chǎn)品原理及儲(chǔ)能器設(shè)計(jì)

在原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種全新的，帶有儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)的阻尼器，如圖1所示[2]。由原有零件表面間產(chǎn)生的彈性壓力，更改為效果更好的組合碟簧式儲(chǔ)能原理，儲(chǔ)能效果更優(yōu)，張力保持時(shí)間更長(zhǎng)，解決了工序上頻繁調(diào)節(jié)阻尼器張力的工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，減少安全隱患發(fā)生。

1.1 產(chǎn)品原理

按照?qǐng)D1所示，阻尼器固定端蓋（1）與固定摩擦盤通過(guò)內(nèi)六角螺絲安裝至卡盤外殼上，固定摩擦盤右側(cè)則設(shè)有摩擦片，而摩擦片右側(cè)設(shè)有旋轉(zhuǎn)摩擦盤，旋轉(zhuǎn)摩擦盤上設(shè)有儲(chǔ)能器組合碟簧，組合碟簧由儲(chǔ)能器壓板連接，儲(chǔ)能器壓板右側(cè)則設(shè)有壓力軸承，壓力軸承一側(cè)設(shè)有壓力軸承座，阻尼器固定端蓋1上設(shè)有支撐桿，支撐桿連接阻尼器固定端蓋2，阻尼器固定端蓋上設(shè)有調(diào)整螺母，調(diào)整螺母上裝有調(diào)整手柄，支撐桿圓周方向設(shè)有安全罩，卷取安全卡盤旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)導(dǎo)向滑塊與固定摩擦盤連接，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞[2]。

1.2 碟簧儲(chǔ)能器設(shè)計(jì)

（1）滿足需求，組合靈活。

設(shè)有儲(chǔ)能器組合碟簧安裝孔，其碟簧組合方式根據(jù)客戶現(xiàn)場(chǎng)使用功能要求，靈活組合。儲(chǔ)能器壓板與固定摩擦盤之間隙可通過(guò)碟簧尺寸靈活變化，保證其儲(chǔ)備的彈力能量，又不使碟簧壓力過(guò)載反背失效。

（2）設(shè)計(jì)合理，確保安全。

壓力軸承連接壓力軸承座及儲(chǔ)能器組合碟簧，保證固定摩擦盤帶動(dòng)儲(chǔ)能器組合碟簧，又帶動(dòng)儲(chǔ)能器壓板的旋轉(zhuǎn)，不影響調(diào)整螺母自轉(zhuǎn)。支撐桿外側(cè)則設(shè)有安全罩，保證其阻尼器正常運(yùn)轉(zhuǎn)防止操作工人誤操作的安全隱患。

（3）摩擦恒定，降低成本。

通過(guò)儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能碟簧組合方式不同，而使儲(chǔ)能彈力增加，改變了原有阻尼器的摩擦力結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了零部件表面硬性壓力儲(chǔ)能的弊端，增加了阻尼器恒定摩擦?xí)r間，此設(shè)計(jì)安全系數(shù)高，維修成本低，解決了現(xiàn)場(chǎng)頻繁調(diào)節(jié)阻尼器張力的弊端，節(jié)省大量時(shí)間成本，提高生產(chǎn)工效[3]。

（4）能量補(bǔ)償，延長(zhǎng)時(shí)間。

通過(guò)固定摩擦盤上的儲(chǔ)能器組合碟簧與儲(chǔ)能器壓板的儲(chǔ)能方式，確保了張力控制所需壓力，通過(guò)碟簧不同方式組合而形成的儲(chǔ)能力量，能對(duì)摩擦片磨損丟失的壓力進(jìn)行補(bǔ)償，可達(dá)到調(diào)節(jié)恒定張力，阻尼器長(zhǎng)時(shí)間工作的效果。

2 應(yīng)用

2.1 應(yīng)用在生產(chǎn)線中的阻尼器型號(hào)規(guī)格，如表1所示。

表1 阻尼器型號(hào)規(guī)格

2.2 阻尼器儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)——碟簧

（1）碟簧規(guī)格，Ф112 X ，Ф57 X 3，見圖2。

（2）碟簧組合方式，有疊合組合、對(duì)合組合、復(fù)合組合，分別見圖3。疊合組合受力計(jì)算公式：Fz=nF[4]（Fz=總載荷（N），F(xiàn)=單片碟簧載荷（N），f=單片碟簧變形量（mm），n=疊合層數(shù)，fz=總變形量（mm），以下相同），單片疊合所得總載荷Fz=10 500 N，單片疊合變形量：2.93 mm；對(duì)合組合受力計(jì)算公式：Fz=F，對(duì)合所得總載荷Fz=10 500 N，對(duì)合總變形量：11.72 mm；復(fù)合組合受力計(jì)算公式：Fz=nF，疊合所得總載荷Fz=84 000 N，疊合總變形量：11.72 mm。根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)不同卷取工位要求：可靈活改變碟簧組合方式并獲得不同儲(chǔ)能力量。

（3）阻尼特性曲線，見圖4。圖中黑色區(qū)域表示熱量最佳允許范圍，根據(jù)此范圍來(lái)調(diào)整碟簧儲(chǔ)能力量。一旦超出該范圍后，摩擦片與摩擦盤就會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)或急速磨損。

2.3 卷取生產(chǎn)線幾種應(yīng)用特例

（1）M-1/A B C系列手動(dòng)儲(chǔ)能式阻尼器（圖1），針對(duì)橡膠行業(yè)簾子線壓延生產(chǎn)工序、裁斷工序、放卷、收卷而設(shè)計(jì)的。摩擦方式有錐形、平面兩種。錐形摩擦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接合平穩(wěn)，能產(chǎn)生較大的摩擦力，摩擦面磨損后一般不需要人工調(diào)整。摩擦力集中到卡盤輸出軸圓心上，扭力集中傳遞到底座上，改變扭矩運(yùn)動(dòng)方向，使用簡(jiǎn)單，分離徹底。但所能傳遞的扭矩小，一般不超過(guò)1 000 Nm。在生產(chǎn)實(shí)踐中，收卷選擇使用錐形摩擦儲(chǔ)能式手動(dòng)阻尼器，放卷選擇平面摩擦儲(chǔ)能式阻尼器。

（2）M-2、M-3、M-4系列手動(dòng)儲(chǔ)能式阻尼器（圖5～圖7）。在半鋼絲、全鋼絲子午線輪胎裁斷工序、成型工序生產(chǎn)線，大量使用圖中三種結(jié)構(gòu)形式的儲(chǔ)能式阻尼器，摩擦儲(chǔ)能方式一致。根據(jù)不同的工藝生產(chǎn)要求，采取不同的結(jié)構(gòu)形式。圖5、圖6采用外懸式卡件及自鎖式摩擦盤固定，一般適合恒定張力場(chǎng)合使用，尾端方軸調(diào)整卡口方向，方便取出物料卷。圖7采用外懸卡件固定摩擦盤，調(diào)整扭矩保持恒定狀態(tài)，使膠簾布在生產(chǎn)過(guò)程中始終保持均衡狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)線工藝要求，即可恒定張力，又可起到摩擦離合。只要將外懸卡件脫開摩擦盤，摩擦力消失達(dá)到離開狀態(tài)。

（3）M-8系列手動(dòng)儲(chǔ)能式阻尼器（圖8），在輸送帶生產(chǎn)企業(yè)壓延成型工序，所選用簾子線或鋼絲簾線，規(guī)格直徑大于輪胎制造企業(yè)，壓延膠簾布料卷重量達(dá)到5～60 t不等。所配備卷取安全卡盤型號(hào)與摩擦各部件成正比例增大。針對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中物料卷旋轉(zhuǎn)幾圈后，由于摩擦力的獲得，需要緊靠螺距施加零件表面壓力，易導(dǎo)致物料卷取松散現(xiàn)象發(fā)生。儲(chǔ)能式手動(dòng)阻尼器可以持續(xù)獲得壓力，摩擦效果更優(yōu)，張力保持時(shí)間更長(zhǎng)，解決了頻繁調(diào)整螺母壓力，中心構(gòu)件可以選擇鏈輪、齒輪、槽輪、同步帶輪，摩擦片分為單、雙形式。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行狀態(tài)下、可實(shí)現(xiàn)物料收卷、放卷功能，與卡口定位器配套使用效果更佳，增加阻尼器張力持續(xù)的問(wèn)題。

3 結(jié)論

通過(guò)新開發(fā)的碟簧儲(chǔ)能器設(shè)計(jì)，改變了阻尼器儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，既能節(jié)省大量人工操作時(shí)間，又保證了阻尼器的工作時(shí)長(zhǎng)。此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，安全系數(shù)高，能夠長(zhǎng)時(shí)間的提供現(xiàn)場(chǎng)阻尼器所需張力，在人為操作失誤時(shí)，阻尼器周邊還設(shè)有安全罩，避免了因人為因素導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的安全隱患以及阻尼器張力釋放至物料卷取松散損壞的情況發(fā)生。該新產(chǎn)品能夠解決傳統(tǒng)阻尼器靠零部件表面彈性壓力摩擦的弊端，提高了阻尼器工作效率，降低了生產(chǎn)功效浪費(fèi)，故而節(jié)省了大量的隱形成本。