開卷機壓力臂的改造設計

張芝梁 黃奇宏

摘要：開卷機是精沖機組生產線的重要組成部分，其設備配置較為簡單，主要由卷筒及其傳動系統，壓輥，活動支撐和推卷、卸卷等裝置組成。本文以開卷機卸卷開料時原有氣壓伸縮桿通過轉矩傳到壓輥處的壓緊力不足以壓緊帶鋼為背景，進而對開卷機傳動系統進行液壓動力改造。主要包括帶鋼張力、壓輥壓緊力、傳動扭矩、液壓站壓力的理論計算。

Abstract： The uncoiler is an important part of the fine blanking unit production line， its equipment configuration is relatively simple， mainly by the drum and its drive system， pressure roller， mobile support and push， uncoiler and other devices. In this paper， the background of the original pneumatic telescopic rod passing through the torque to the roller is not enough to compress the strip steel when uncoiler uncoiling the material. It mainly includes the theoretical calculation of strip tension， roller compression force， driving torque and hydraulic station pressure.

關鍵詞：開卷機;帶鋼張力;壓輥壓緊力;傳動轉矩

Key words： uncoiler;strip tension;pressing force of roller;drive torque

0? 引言

開卷機是帶鋼各種加工工序的重要配套設備，在帶鋼開卷和卸卷中起著重要作用。常用的開卷機有懸臂式開卷機、雙圓柱頭式開卷機、雙錐頭式開卷機三種。在精沖機組生產線常使用懸臂式開卷機，有利于帶鋼的卸卷，并配合直頭機將帶材送入矯直機。此文的改造其背景是公司原有開卷機的壓力臂由氣動系統提供的壓輥壓緊力不足以壓緊帶材，會導致在解開帶材扎帶后，帶材散落、造成安全隱患等，同時不利于帶材在進料過程中的傳送。由此這里決定對開卷機壓力臂由原來的氣動改為液壓傳動，以期滿足實際生產需要。

1? 懸臂式開卷機基本結構及功能

懸臂式開卷機主體結構主要由卷筒、壓料裝置、傳動裝置、電機、底座等組成。其主要特點是開卷剛度大并且具有高壓的有點，工業生產中常適用于薄板帶鋼的上料卸卷，如圖1所示。

2? 帶鋼張力計算

T=δ×b×h

式中：b=82為帶鋼最大寬度，單位：mm; h=4.97為帶鋼最大厚度，單位：mm;δ為帶鋼單位張力，單位：kg/mm2。

上述單位張力δ還可以按照下列經驗公式計算：

δ=K×σs

式中：σs為帶鋼屈服極限，單位：MPa，此處為360MPa。

K為張力系數如表1。

精沖機組線和張力矯直機組有比較類似的特點，K取0.06～0.15，此處取0.08。

則：δ= K×σs=0.08×360=28.8MPa

則：TMax=82×4.97×10-6×28.8×106=11.74kN

3? 壓輥壓緊力計算

P×R×sinα=M彈、塑

式中：R=1600 為帶卷半徑，單位：mm; α=12°為卸卷角，單位：°; M彈、塑為成卷帶材在壓輥壓緊力的作用下，帶材產生的彈塑彎曲轉矩值，單位：N·m。

其中M彈、塑可由以下式子決定：

E=206GPa為帶材的彈性模量，則：M彈、塑=105410、壓輥壓緊力P=31.69kN

4? 傳動扭矩計算

式中：μ1=0.12 為壓輥和帶鋼之間的摩擦系數;μ2=0.18 為壓輥軸承處的滾動摩擦系數，d=240 為壓輥軸承處輥子直徑，單位：mm。

5? 單桿活塞缸選用和強度校核

根據上述開卷機壓力臂的結構，我們在此處選擇單桿活塞缸（缸固定）。

式中：P1=15 為進油壓力，單位：MPa;P2=5 為回油壓力，單位：MPa;A1為無桿腔的有效工作面積、D為有桿腔直徑，單位：m2;A2為有桿腔的有效工作面積、d為無桿腔直徑，單位：m2;Q=6為油液流量，單位：L/min。

液壓缸內徑D和活塞直徑d的確定：

當無桿腔進油驅動負載時：

式中：λ=0.5為活塞桿的直徑d與液壓缸內徑D的比值。

根據上式聯立可得：D=50mm，d=25mm。

液壓缸缸筒行程L的確定：

L=活塞最大行程I+活塞寬度b+活塞桿導向長度I1+活塞桿密封長度I2+其他長度

根據實際安裝場所確定，L=380mm

在中、低壓液壓系統中，液壓缸缸筒的壁厚由結構工藝要求決定，強度一般都滿足，故通常不須驗算。當液壓缸工作壓力較高或缸筒內徑較大時，需對其最薄處的壁厚進行強度校核。校核方法為：

式中：δ=3.6 為缸筒壁厚，單位：mm;D 為缸筒內徑（或活塞直徑）， 單位：mm;Py為缸筒試驗壓力，一般比最大工作壓力高 20%～30%;[σ]為缸筒材料的許用應力，[σ]=σb/n，σb=460為材料抗拉強度（查有關手冊），n為安全系數，一般取 n=3.5～5。

根據實際生產改造，此處選取D/δ≥10的校核公式，經計算δ=3.6≥2.17符合強度需求。

式中：d為活塞桿直徑，單位：mm;[σ]為活塞桿材料的許用應力，[σ]=σb/n，σb為材料抗拉強度，n 為安全系數，一般取 n≥1.4。

6? 液壓站設計

如圖2所示為改造設計的液壓站，各部元器件如表2所示。其中我們采用液壓鎖的結構，其屬于開關型閥，一般僅有開合關兩種位置狀態，停留在兩個極限位置，做不到精細控制。但其作用是為了保持負載，而不是控制速度，適用于運動速度不高的閉鎖回路。整個原理圖的工作工況為，油液從油缸出來，經過電機定量泵的作用，調節指定壓力的油液通過單向閥，經過壓力表監控，流經溢流閥，如果此處定量泵壓力大于16MPa則從溢流閥泄流回油缸，若不大于16MPa，則通過H型二位四通中位電磁換向閥，流經液壓鎖和單向控制閥到達無桿腔開始作用活塞缸，達到推動負載的作用。

7? 結論

本文通過對開卷機壓力臂在卸卷過程中的張力和壓輥壓緊力的計算和分析，通過改造傳動系統的動力來源，以及對液壓站的設計和對各部件的設計校核，最終解決了實際生產問題。本文對開卷機結構和傳動系統工作原理進行剖析，對實際生產和理論研究具有重要的參考意義。

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