膠管自動卷盤裝置的設計

王 翔

（漯河雙匯肉業有限公司機械加工廠，河南 漯河 462000）

膠管自動卷盤裝置的設計

Design of rubber hose automatic winding device

王 翔

（漯河雙匯肉業有限公司機械加工廠，河南 漯河 462000）

液壓膠管硫化前需將其纏繞至滾筒。目前由人工完成，效率低且增加人工成本。設計出膠管自動卷成盤裝置。該裝置由旋轉和排線兩部分構成，由同一個減速機帶動。旋轉裝置用于驅動滾筒旋轉，排線裝置用于將膠管排列整齊。提出了減速機的選用方法，設計出鏈傳動保證排線和旋轉裝置同步工作，對傳動軸和排線光桿進行了核算。為該裝置的設計提供依據。提高了生產效率降低了人工成本。

自動卷盤；裝置；設計

在橡膠液壓軟管制造行業中，膠管成型后需纏水布對其表面進行硫化。進硫化罐前要將膠管卷制滾筒上，膠管卷成盤的工序在進硫化罐前、纏水布工序后。由于無自動卷盤裝置，此工序由人工引導膠管成卷，效率較低且人力成本增加。現設計一種自動卷盤裝置。

1 自動卷盤方案綜述

膠管纏水布工序完成后，直接將膠管卷至滾筒上。為一次硫化較多的膠管，滾筒的直徑越大，卷在滾筒上的膠管長度就越長，一次硫化的膠管也越多，故一般選用滾筒的直徑在1.5～2 m之間，寬度為1.4～1.6 m。滾筒旋轉使膠管纏在滾筒上，為了保證膠管纏解均勻，還需要采用排線裝置。膠管卷盤裝置如圖1所示。動力裝置由減速機和2個鏈輪組成，通過鏈條帶動滾筒主驅動軸及排線減速裝置的主傳動鏈輪。減速機通過變頻器調節轉速，以適應纏解水布的速度。排線減速裝置使排線器降低移動速度使其與膠管纏繞速度同步，為1根軸上的2個鏈輪組成，其中1個鏈輪通過鏈條與排線裝置上的鏈輪連接，實現驅動排線裝置。滾筒主驅動軸和滾筒從動軸的另一端由鏈輪連接，通過此根軸上的摩擦輪靠摩擦力帶動滾筒旋轉。滾筒與摩擦輪結合的處使用橡膠包覆以增大摩擦系數。

排線裝置傳動示意圖如圖2所示。從動鏈輪將減速機上提供的動力通過鍵傳遞給光桿作旋轉運動，排線器通過內部結構將光桿的旋轉運動轉化為直線運動在光桿上移動。該裝置工作時，膠管穿入通過板 ，固定在排線器上與排線器和通過板一起移動。側導向板和正導向板用于排線器移動時的導向及避免與光桿一同旋轉。排線器行程撞塊固定在正導向板上，位于行程位置極限處。當排線器上換向撞塊與行程撞塊相撞后，排線器改變方向。即卷滿一層后排線器反向移動帶動膠管開始第二層的卷制。

圖1 膠管卷盤裝置示意圖

圖2 排線裝置示意圖

以上兩個裝置的合成運動，帶動滾筒的旋轉運動和排線器的直線運動膠管均勻的纏繞在滾筒上。

2 自動卷盤裝置設計

2.1 減速機選用

由于纏水布后需要卷上滾筒，考慮避免膠管拉伸來確定滾筒卷制的轉速。滾筒線速度v2要大于纏水布機后牽引機的最大牽引速度v0，即v2〉v0。實測得v0=0.43 m/s，滾筒轉速其中d為滾筒直徑，取dmin=1.5 m，將數據帶入公式（1），得n2max=5.48 r/min。

滾筒驅動裝置是靠滾筒與摩擦輪之間摩擦來驅動滾筒旋轉。對滾筒進行力學分析，如圖3所示，列出平衡方程如下：

式中

N1、N2——摩擦輪1和2對滾筒的壓力；

Ft1、Ft2——摩擦輪1和2對滾筒的摩擦力，由壓力產生；

K——載荷系數，取K=1.1；

圖3 摩擦輪傳動力學分析

μ——橡膠對鋼的摩擦系數，取μ=0.60；

Gmax——滾筒滿載膠管時的重力，Gmax= 8 829 N；

α、R1——滾筒摩擦輪之間壓力角，取α=53?，R1摩擦輪半徑，R1=0.065 m；

Tmin——摩擦輪軸驅動滾筒轉動的最小扭矩。

將數值帶入，求出

驅動滾筒的扭矩T1〉Tmin，轉速n2〉n2max，由減速機產生。初選P0=4 kw，i0=17，n0= 1 440 r/min的擺線針輪行星減速機。鏈傳動減速比i1=1，摩擦輪與滾筒之間的傳動比（取滑動率為2%）：

滾筒的轉速：

計算作用于主動摩擦輪上的扭矩，取減速機效率η1=0.95［4］，鏈傳動效率η2=0.90［5］。

其擺線針輪的額定扭矩：

由于T2〉Tmin且該減速機不僅需驅動摩擦輪，還需驅動排線器，故選該減速機。

2.2 鏈傳動設計

由于滾筒軸向長度L=1 400 mm，根據排線器的最大傳遞距離，選光桿直徑為50 mm的光桿排線器，移動速度在1～40 mm/r的范圍內。由于所卷膠管的外徑在25～75 mm范圍內。則需要滾筒的轉速n2和排線轉速n排匹配，即滾筒轉1圈則排線器需要移動不小于75 mm及以上的距離，得出：

取n′2/n3=0.5，由于i2=14.38；排線器傳動裝置的總減速比為：

由于驅動滾筒傳動的鏈傳動比為i1=1；排線器傳動比分2級減速；取i排1=2.567；i排2=3。鏈輪齒數選用如表1所示。

表1 鏈輪齒數選用表

確定鏈條型號，鏈傳動節距，由公式（7）得：

根據鏈條選用公式：

3 滾筒摩擦輪軸的校核

根據承載功率圖選定旋轉裝置的鏈號為16A，鏈輪節距p=25.4 mm［5］。由于驅動排線的功率不高，故取排線驅動鏈條的鏈號為08A。經過上述計算，鏈傳動均已確定。

摩擦輪承受總壓力如下：

根據圖3的分析，將式（3）中數值較大的N1=7 345.78 N代入得出F′Σ1=FΣ1=8 367.49 N，方向向下。由于單根軸上支承滾筒摩擦輪為2個，故分配至單個摩擦輪的壓力為

與水平線夾角：

垂直分力：

水平分力：

為了保證摩擦軸的強度及剛度，初步取軸與摩擦輪連接處直徑為90 mm。鏈輪聯接軸頸為72 mm，其鏈輪重G鏈=82.404 N，摩擦輪重G輪=107.91 N。由于主動軸上受到的力較從動軸大，需軸上的兩個鏈輪z2和z′2作用于軸上拉力，分別為FQ1和FQ2，水平方向。

3.1 滾筒摩擦輪軸的強度校核

對于主動軸，水平及垂直方向的彎矩，扭矩圖如圖4：

圖中扭矩最大值點位于左側摩擦輪中心點。因有鍵槽，最小軸頸增大6%，取α=0.6，［σ-1］= 55 MPa將數值代入得：

求出d〉60.42 mm。故選用直徑為90 mm的軸符合要求。

3.2 滾筒摩擦輪軸的剛度校核

主動摩擦輪軸的長度2.09 m，最大直徑為106 mm，長度L/d〉10，需要對該軸進行剛度校核。摩擦輪軸按照當量直徑法（將鏈輪及摩擦輪與軸看成整體）求出dm=99.39 mm［7］。通過圖4的軸的受力分析，將其撓度、轉角疊加，計算出該軸的最大撓度和轉角，如表2所示。

表2 主動摩擦輪軸撓度轉角校核結果

經過計算其撓度，轉角均未超出許用值，故設計該軸符合要求。

3.3 排線光桿的校核

排線器的驅動光桿長度1.976 m，最大直徑為50 mm，長度L/d〉10，需要對光桿進行剛度校核。光桿材料45鋼，經表面高頻淬火制造，且光桿Φ50處鍍鉻。排線器重力為G排= 147.15 N。由于驅動光桿排線的扭矩較小，可忽略。光桿按當量直徑法（將鏈輪與光桿軸看成整體）求出dm=48.73。［7］排線器位于光桿軸兩支承的中點時產生的撓度、轉角最大，如圖5所示。

圖4 摩擦輪軸強度校核示意圖

圖5 光桿受力示意圖

根據公式求出最大撓度yΣmax、最大轉角θΣmax。如表3所示：

表3 排線光桿撓度轉角校核結果

經過計算其撓度，轉角均未超出許用值，故選用該排線器也符合要求。

4 結論

自動膠管卷盤裝置研制成功后能節約人力成本提高勞動效率且用途廣泛，因不僅能用于膠管卷盤還可用于電纜或其他軟管的自動卷盤。在進行裝置設計時鏈傳動設計、排線器的規格選擇較為關鍵，如選擇規格過大或過小均能造成制造成本的變相增加。本文記述了卷盤裝置的設計的過程和思路，作為設計該裝置的依據和參考。

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《橡塑技術與裝備》雜志社參加第十四屆中國國際橡膠技術展覽會和第八屆亞洲埃森輪胎展

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本刊訊

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1009-797X（2015）02-0053-05

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.02.008

王翔（1983-），男，碩士，工程師，主要從事設備研發工作。

2014-04-14