簡易卷板機設(shè)計

施 晶 王立鑫，白玉萍

(1.航天科工哈爾濱風華有限公司技術(shù)中心，黑龍江哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團公司技術(shù)中心，黑龍江哈爾濱150036；3.航天科工哈爾濱風華有限公司科華分公司，黑龍江哈爾濱150036)

1 前言

小型糧食包裝機械生產(chǎn)廠家經(jīng)常需要制作一些小尺寸的薄板鋼筒，尺寸規(guī)格多、批量小，以前都采用手工制作，外觀粗糙、效率低、成本高。為適應(yīng)市場的需求，公司決定購置一臺小型卷板機，可是，經(jīng)過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市場上出售的卷板機售價高、性能好，適用于大批量生產(chǎn)。而我公司的產(chǎn)品批量小，品種規(guī)格多，因此決定自行設(shè)計制造一臺簡易的卷板機。

2 現(xiàn)行卷板機原理分析

卷板機也叫滾圓機或滾床，是將板材通過旋轉(zhuǎn)的軸輥來制取圓筒形或弧形工件的主要設(shè)備。根據(jù)軸輥的排列位置，卷板機可分為對稱式三輥卷板機、非對稱式三輥卷板機、四輥卷板機等三種結(jié)構(gòu)形式。四輥卷板機結(jié)構(gòu)復雜功能全、效率高，是大、中型卷板設(shè)備；對稱式三輥卷板機的三個軸輥的軸心呈等腰三角形排列，它的兩個下輥為同步主動，因而位置是固定的。上軸輥為從動轉(zhuǎn)動，且可做垂直方向的升降運動。圖1為對稱式三輥卷板機的工作原理圖。主動輥Ⅱ、Ⅲ通過電機和減速機構(gòu)帶動，以相同的速度向同一方向旋轉(zhuǎn)。由于軸輥和板材之間的摩擦作用，帶動板料向前運動。向下調(diào)整上輥的位置，即可對板料進行不同曲率的滾彎。對稱式三輥卷板機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價低，應(yīng)用廣泛，但它有一個重大缺點：由于對稱式三輥卷板機的三根軸輥呈等腰三角形排列，所以在滾彎過程中，工件兩端都必然會留下直線段，直線段的長度約等于兩個下軸輥中心距離的一半，這部分直線段是軸輥無法滾壓到的地方，要想消除它需要增加其它的工序和設(shè)備才可以。而非對稱式三輥卷板機是為了滾壓這個直線段而設(shè)計。

非對稱式三輥卷板機的兩個下輥可分別做垂直方向調(diào)整，可以將任意一個下輥調(diào)至和上輥中心距很小的位置，另一個軸輥向上調(diào)至合適的位置，即可對鋼板的起始端進行壓彎并滾彎。在滾完一半以后，改變兩個下軸輥的排列位置，繼續(xù)滾壓，即可將工件末端的直線段消除，也可將工件調(diào)頭，末端變始端來進行滾壓，同樣可以消除直線段。

非對稱式三輥卷板機又分為弧線下調(diào)式三輥卷板機和水平下調(diào)式三輥卷板機等。弧線下調(diào)式三輥卷板機三個工作輥均為主動輥，兩個下輥圍繞固定回轉(zhuǎn)中心作弧線升降運動，可一次上料完成板材的端部預彎、卷圓、校圓工序，工作原理見圖2；水平下調(diào)式三輥卷板機三個工作輥均為主動輥，通過上輥升降和下輥水平移動來完成預彎卷圓等工序，工作原理見圖3。

3 設(shè)計參數(shù)的選擇

以上分析的三種卷板機中，對稱式三輥卷板機需要增加預彎工序及設(shè)備，投入高、占地大；弧線下調(diào)式三輥卷板機和水平下調(diào)式三輥卷板機的三個軸輥均為主動輥，通常采用兩到三個電機及減速設(shè)備，成本高、結(jié)構(gòu)復雜。而我公司需要的卷筒批量小、精度要求不高，因此考慮在增加手工調(diào)整的前提下使卷板機結(jié)構(gòu)盡量簡化。

根據(jù)實際需要選擇了表1中的設(shè)計參數(shù)。根據(jù)基本參數(shù)分析：最大卷板的厚度為2mm以下，下輥與上輥間的行程很小，輥子的轉(zhuǎn)速很低，也無大的沖擊，考慮是否可以通過兩組齒輪的傳動，帶動兩個轉(zhuǎn)向不同的上輥和下輥運轉(zhuǎn)，以帶動板料運動。而另一個側(cè)輥為被動輥，它只是沿斜線上下運動，使板料成型。這樣只采用一臺電機就可以了，大大簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。

表1 基本參數(shù)和尺寸

根據(jù)上述分析，設(shè)計的卷板機采用如圖4所示的非對稱式可調(diào)三輥的成型原理，上輥和下輥均為主驅(qū)動輥，上輥固定，下輥可以沿與垂直方向成15°角方向移動，它的移動范圍由卷筒的板厚決定（小于2mm）；側(cè)輥沿45°角升降，來完成卷制不同直徑的圓筒。

一臺電機帶動兩個轉(zhuǎn)向不同的上輥和下輥運轉(zhuǎn)，是這臺卷板機設(shè)計的關(guān)鍵。經(jīng)傳動分析，采用了如圖5所示的傳動原理。電機依次帶動4個模數(shù)2.5、36個齒的齒輪旋轉(zhuǎn)，其中兩個又分別與兩個模數(shù)2.5、29個齒的齒輪嚙合，這兩個齒輪分別帶動上輥和下輥旋轉(zhuǎn)。

整個卷板機由上輥、下輥、側(cè)輥、傳動機構(gòu)、壓桿機構(gòu)、下輥調(diào)整機構(gòu)、側(cè)輥調(diào)整機構(gòu)和電機組成，見圖6。卷制工件時，首先根據(jù)工件板厚調(diào)整下輥調(diào)整機構(gòu)6，使下輥沿與垂直方向15°（見圖4非對稱可調(diào)式三輥卷板機工作原理）做微調(diào)，然后將板料送入三輥之間，開動電機再通過側(cè)輥調(diào)整機構(gòu)8將側(cè)輥沿45°方向向上移動（移動距離由圓筒直徑?jīng)Q定），這樣就能將板料卷成筒形了。

為了便于取出卷制好的筒形工件，上輥的一端支撐是活動的，可以打開，另一端在壓桿機構(gòu)5的作用下，可以實現(xiàn)一端翹起，這樣就可以取出加工好的筒形工件。

由于上、下輥的轉(zhuǎn)速很低，電機6的轉(zhuǎn)速通過減速器5和聯(lián)軸器4及傳動機構(gòu)3到達上、下輥時，達到預期的轉(zhuǎn)速5r/m in左右。

下輥調(diào)整機構(gòu)8和側(cè)輥調(diào)整機構(gòu)10是通過兩個手輪和斜面滑塊的組合結(jié)構(gòu)，達到距離調(diào)整的目的的。

4 結(jié)束語

該卷板機的研制獲得了成功，使用性能達到設(shè)計標準，滿足了生產(chǎn)要求。該卷板機從采購標準件到加工、調(diào)試，總費用1萬元左右。如今，該設(shè)備已經(jīng)成為我公司常規(guī)的生產(chǎn)設(shè)備之一，不僅為我公司創(chuàng)造了上百萬的產(chǎn)值，節(jié)約了數(shù)十萬元資金的設(shè)備投入，還提高了自制設(shè)備的能力和信心。