基于高強(qiáng)度厚板的Y1205卷取機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

袁 煖

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

基于高強(qiáng)度厚板的Y1205卷取機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

袁 煖

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

針對(duì)現(xiàn)有卷取機(jī)不能滿足卷取高強(qiáng)度厚板的狀況，以Y1205卷取機(jī)為例，對(duì)關(guān)鍵核心部件卷取軸裝配以及分卷裝置、支撐裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，并提出了具體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，特別增設(shè)了厚度調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)了重卷、高強(qiáng)度厚板的卷取，經(jīng)生產(chǎn)使用后，效果良好。

卷取機(jī)；厚板；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

0 引言

焊管是以板或帶為原料，采用不同的成形方法將其彎曲成管筒形狀，然后施以不同的焊接方法將接縫焊合從而獲得管材。以成形方法區(qū)分，焊管生產(chǎn)可分為直縫焊管生產(chǎn)、螺旋縫焊管生產(chǎn)和UOE成形焊管生產(chǎn)。螺旋焊生產(chǎn)的焊管其直徑不受板帶寬度的限制，并且焊縫受力狀態(tài)好，故該方法適于生產(chǎn)大直徑焊管。

螺旋焊管生產(chǎn)過程可分為三部分，即原料準(zhǔn)備、成形焊接及精整檢查。其中原料準(zhǔn)備階段的主要設(shè)備是縱剪機(jī)組，它將鋼卷沿縱向(長(zhǎng)度方向)剪切分條或剪邊，供成形焊接階段使用。縱剪機(jī)組的生產(chǎn)流程為：上卷→開卷→頭尾矯平→頭尾剪切→圓盤剪→廢邊卷取→對(duì)焊→漲緊→卷取→卸卷→打捆→入庫(kù)。其中卷取工藝主要設(shè)備為卷取機(jī)，用來卷取經(jīng)圓盤剪剪切的長(zhǎng)條鋼帶。

隨著高強(qiáng)度厚板在螺旋焊管中的應(yīng)用，螺旋焊管生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)也隨之調(diào)整，其中各機(jī)組、各單機(jī)必須進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，本文介紹Y1205卷取機(jī)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

1 卷取機(jī)組成和性能參數(shù)

1.1 卷取機(jī)組成

Y1205卷取機(jī)主要由電機(jī)、機(jī)座、聯(lián)軸器1、制動(dòng)器、減速機(jī)1、聯(lián)軸器2、減速機(jī)2、卷取軸裝配、分卷裝置、推卷裝置、支撐裝置等組成，如圖1所示。

卷取機(jī)的核心部件是卷取軸裝配，卷取軸裝配由支架、旋轉(zhuǎn)接頭、油缸、實(shí)心軸、空心軸、支承環(huán)、鉗口、燕尾槽塊、卷筒、楔形塊、弧形板、錐體等組成，如圖2所示。卷取軸裝配既要高速卷取重達(dá)45 t的帶卷，又要在較大的帶卷壓緊力作用下縮小直徑，以便卸卷。這就要求卷取軸裝配應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的使用性能，也就決定了其結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性。

1.2 卷取機(jī)性能參數(shù)

卷取鋼卷最大重量：45 t；卷取鋼帶厚度：4.0 mm～14.0 mm；卷取鋼帶最大寬度：2 100 mm；卷取鋼卷最大外徑：Φ2 300 mm；卷取鋼卷內(nèi)徑：Φ760 mm；卷筒收縮直徑：Φ720 mm；最大卷取速度：0.83 m/s；主電機(jī)型號(hào)：Z4-315-32；電機(jī)功率：280 kW；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：750 r/min。

圖1 Y1205卷取機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 卷取軸裝配圖

2 卷取機(jī)工作原理

在鋼帶從來料方向即縱剪機(jī)組方向進(jìn)入卷取機(jī)之前，卷取軸裝配中的油缸工作，使卷筒先脹至最大直徑，鉗口轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)，由于自重鉗口下移，與弧形板形成間隙，鋼帶進(jìn)入空隙，開動(dòng)電機(jī)，經(jīng)過減速機(jī)1、減速機(jī)2，帶動(dòng)卷取軸裝配轉(zhuǎn)動(dòng)。由于鉗口與弧形板之間的間隙不大，當(dāng)卷取軸裝配轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此間隙別住鋼帶，使得鋼帶纏繞到卷筒上，形成鋼卷。

當(dāng)卷取完成后，電機(jī)停止工作。由于鋼卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，不能立刻停下來，需要通過制動(dòng)器工作來縮短制動(dòng)時(shí)間。待卷取機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，卷取軸裝配中的油缸再次工作，使卷筒縮至最小直徑，支撐裝置撤開，推卷裝置將鋼卷推出卷筒到卸卷小車上，卸卷小車工作將鋼卷運(yùn)至成形焊接區(qū)，準(zhǔn)備成形焊接。

Y1205卷取機(jī)卷筒的脹縮量為40 mm。其工作原理流程為：卷筒脹至最大直徑→卷取鋼帶→卷筒縮至最小直徑→卸卷。

3 卷取機(jī)結(jié)構(gòu)分析

3.1 卷取軸裝配

卷取軸裝配中卷筒的重量由空心軸承受，空心軸再將力傳到減速機(jī)2的兩個(gè)軸承及支撐裝置上，空心軸能轉(zhuǎn)動(dòng)但不能軸向移動(dòng)。空心軸中還內(nèi)套有實(shí)心軸，實(shí)心軸主要進(jìn)行軸向移動(dòng)，它由油缸推動(dòng)進(jìn)行伸長(zhǎng)、縮短，帶動(dòng)空心軸外套卷筒上安裝的楔形塊相對(duì)于弧形板上安裝的燕尾槽塊做軸向移動(dòng)，楔形塊與燕尾槽塊之間的軸向移動(dòng)使卷筒的直徑縮小、脹大，所以卷取軸裝配設(shè)計(jì)尤其空心軸的設(shè)計(jì)十分重要。

首先，楔形塊與燕尾槽塊配合的斜面既要滿足移動(dòng)時(shí)阻力小又要滿足容易拆裝的要求，本機(jī)楔形塊與燕尾槽塊的斜面角度α=11.5°，此角度為常用的易拆機(jī)件的錐度。其次，由于卷取鋼帶的動(dòng)作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以空心軸、實(shí)心軸都要旋轉(zhuǎn)，而空心軸的軸向動(dòng)作由油缸來完成，這樣油缸勢(shì)必要旋轉(zhuǎn)，可是油缸本身又安裝有進(jìn)油管、出油管，油管因?yàn)楹鸵簤合到y(tǒng)連接，一旦旋轉(zhuǎn)油管必然要纏繞起來。為解決此問題，專門設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)接頭，如圖2所示。從圖2中可看出，此設(shè)計(jì)巧妙地將油缸的進(jìn)、出油管的油口轉(zhuǎn)移到不旋轉(zhuǎn)位置，避免了油管之間的纏繞。

3.2 厚度調(diào)整裝置

目前卷取機(jī)鉗口與弧形板形成的間隙是非可調(diào)整的，鉗口開口度是固定的，其適應(yīng)的鋼板厚度有限，開口度大了，薄板夾不緊；開口度小了，厚板進(jìn)不了鉗口。為擴(kuò)大卷取機(jī)卷取鋼板厚度的范圍，特設(shè)計(jì)了厚度調(diào)整裝置。

3.3 支撐裝置

支撐裝置主要由支撐臂、轉(zhuǎn)軸、油缸、支架等組成。由于鋼卷重量較大，承受此較大重量的空心軸處于懸臂狀態(tài)，所以需要增加支撐裝置分擔(dān)空心軸的受力。本設(shè)計(jì)在空心軸的頂端處增設(shè)支撐裝置，由該裝置和減速機(jī)2的兩個(gè)軸承共同承擔(dān)鋼卷負(fù)荷，改善了空心軸的受力情況，延長(zhǎng)了其使用壽命，同時(shí)該支撐裝置必須可以挪開，以便卸卷。

4 卷取機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

4.1 空心軸

由于卷取軸裝配中實(shí)心軸的軸向移動(dòng)通過楔形塊與燕尾槽塊演變?yōu)榫硗驳闹睆阶兓瑢?shí)心軸套在空心軸內(nèi)，所以空心軸必須有滿足實(shí)心軸軸向移動(dòng)的空間。結(jié)構(gòu)改進(jìn)前卷取軸裝配中的空心軸如圖3所示，為了既滿足實(shí)心軸軸向移動(dòng)同時(shí)其端部又安裝與支撐裝置相連接的錐體，其端部加工成四瓣，再在瓣體上通過長(zhǎng)螺栓安裝錐體，但是此形狀的空心軸既不好加工，又易產(chǎn)生應(yīng)力變形，影響裝配，并且需要為錐體制作一芯套。改進(jìn)后的空心軸軸端如圖4所示，直接在其端部上掏一段長(zhǎng)孔以滿足實(shí)心軸的軸向行程，而其頂端仍為實(shí)心，在其上安裝錐體，這樣既便于加工又避免了加工變形，而且減少了芯套的制作，空心軸的受力情況也有所改善。

4.2 厚度調(diào)整裝置

厚度調(diào)整裝置如圖5所示。沿鉗口弧板長(zhǎng)度方向裝有偏心軸，偏心軸的兩端通過軸承分別固定于鉗口弧板兩端的擋板和箱板1上，在箱板1和箱板2的內(nèi)腔裝有蝸輪和與其相嚙合的手動(dòng)蝸桿，蝸輪通過鍵與偏心軸相連接，鉗口弧板與偏心軸軸身部分相對(duì)應(yīng)的槽內(nèi)裝有鉗口，由偏心軸帶動(dòng)可以上下移動(dòng)，增大了鉗口的開口度，可以?shī)A緊不同厚度的鋼板，從而使得卷取機(jī)能夠卷取不同厚度鋼板。

圖3 改進(jìn)前的空心軸軸端

圖4 改進(jìn)后的空心軸軸端

圖5 厚度調(diào)整裝置

4.3 分卷裝置左、右擺臂的軸向固定

圖6為結(jié)構(gòu)改進(jìn)前的分卷裝置固定，左、右擺臂的軸向固定是在光軸上套擋圈，擋圈再用頂絲緊住。實(shí)踐證明，由于被卷取的鋼板較厚，剛性較大，所以作用到分卷裝置中分離盤上的力，即左擺臂、右擺臂受到的軸向竄動(dòng)力很大，小小的頂絲根本承受不住。為此，本次Y1205卷取機(jī)的分卷裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖7所示，將原來安裝左擺臂、右擺臂的光軸改為帶擋圈槽的軸，擋圈按尺寸做好后切為兩個(gè)半圓，再用螺栓將兩半圓螺接，這樣擋圈能夠承受較大的軸向力，可將左擺臂、右擺臂牢牢地固定在軸上。

圖6 改進(jìn)前的分卷裝置固定 圖7 改進(jìn)后的分卷裝置固定

4.4 支撐裝置的安裝位置

由于卷筒下方是地坑，結(jié)構(gòu)改進(jìn)前卷取過程中支撐裝置地腳螺栓的受力方向?yàn)槌虻乜樱芰顩r不好，所以本次Y1205卷取機(jī)支撐裝置的安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，將其安裝在卷取機(jī)的進(jìn)帶側(cè)，這樣支撐裝置地腳螺栓的受力方向?yàn)楸诚虻乜樱芰顩r得到明顯改善。

5 結(jié)束語

為滿足重卷、高強(qiáng)度厚板的螺旋焊管生產(chǎn)對(duì)Y1205卷取機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，達(dá)到了高強(qiáng)度厚板螺旋焊管生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)要求，經(jīng)生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、使用后，效果良好。

[1] 黃慶學(xué).軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

Structural Optimization Design of Y1205 Reeling Machine Based on High Strength Slab

YUAN Nuan

(Shanxi Design and Research Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Taiyuan 030009, China)

Existing reeling machines are not able to satisfy the demand of coiling high strength slab. In this article, we take Y1205 reeling machine as an example to analyze the structure of the key components which are recoiling assembly, dividing device and supporting device. Based on that, we propose the specific structural improvements. Especially the addition of thickness adjustment device makes it possible to achieve the recoiling and coiling of high strength slab. After production application, we receive the good feedbacks from our users.

reeling machine; slab; structural improvement

1672- 6413(2015)06- 0104- 02

2015- 05- 21；

2015- 10- 10

袁煖(1968-)，女，浙江德清人，高級(jí)工程師，本科,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

TG333.2+4

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