助卷器的設計與計算

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、下擺臂和導板構成。在工作過程中，助卷頭的上、下擺臂和導板打開，行走車體前進至助卷位，導板擺下，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，帶頭纏繞在套筒上，助卷成功后，上、下擺臂打開，導板打開，漲緊油缸松開皮帶，行走車體退后，助卷工作結束。

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、下擺臂和導板的打開和閉合及其動作順序，都要進行嚴格的軌跡設計。

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

3 助卷器結構設計

助卷器的關鍵技術在于助卷頭的設計。帶材是經過轉向輥到達卷筒，而轉向輥與卷取機之間的位置已經確定，帶頭是沿著套筒的切向方向經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構設計原則。

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板的長度，但是在擺動過程中，導板不能與帶材干涉;同時當上擺臂和導板擺起時，必須使導板高于套筒的上沿，避免助卷器的行走車退后時，導板與套筒干涉，同時導板擺起不能與卷取機的壓輥干涉。

助卷器行走車的行程設計，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，在結構設計中皮帶轉向輥的軸套設計為偏心套，增加調節(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生彎曲，根據(jù)彎曲變形理論，矩形材料產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，必然產生彈塑性變形，如圖2所示。當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)產生的彎曲力矩;M2為處于帶材塑性區(qū)產生的彎曲力矩。

圖2 卷筒上帶材的應力狀態(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，設其長度為L，皮帶所產生的彎曲力矩

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 結束語

根據(jù)上述的計算方法設計的皮帶助卷器，已經在多條銅軋機生產線上使用，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．