臥式皮帶助卷器設計

楊 妤，任繼平

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

皮帶助卷器分為立式皮帶助卷器和臥式皮帶助卷器。立式皮帶助卷器多用于銅帶熱軋機組、冷軋機組及精整機組；臥式皮帶助卷器多用于熱軋機組、冷軋機組，常見于鋁帶加工機組。按使用方式分為上卷取式（帶材從卷筒頂部進入）和下卷取式（帶材從卷筒下部進入），具體卷取方式依據甲方生產工藝的需要而定。臥式皮帶助卷器是皮帶助卷器的基本形式。本文以臥式皮帶助卷器為例，解析該設備的部分基本力能參數。臥式皮帶助卷器的組成為：車體、移動機架油缸及軌道。車體為助卷器主要部件，它的組成為：皮帶、脹緊油缸、脹緊輥、包膠輥裝置（含包角油缸）等。

1 脹緊油缸和包角油缸確定

1.1 帶材彎曲力矩計算

以某項目設備設計為例，帶材材料為鋁合金1系～8系，帶材的厚度為3mm，卷軸直徑為Φ508mm～Φ665mm，帶材的寬度為1680mm，皮帶長度8270mm，包角輥裝置的重量563.4kg。

根據《鋁加工技術實用手冊》表4-21，查得帶材彈性模量最大為E=74x103N/mm2。

h——帶材厚度，取為3mm，帶材屈服極限為δs=30～420N/mm2

矩形斷面材料彈性彎曲變形的最小曲率半徑為：

ρw=Eh/2δs

=264.3（mm）

卷軸的最小半徑R=508/2=254mm＜ρw

圖1 皮帶助卷器車體主要組成

因此，帶材處于彈塑性變形狀態，其變形力矩為：

其中，b——帶材寬度，為1680mm；

h1——帶材彈性區域高度

ρ——帶材中間層的曲率半徑，

將式（3）代入式(2)得 ： h1=2.9（mm）

將式（2）代入式（1）得 ： M=1093092（N·mm）

1.2 計算皮帶張力P

如圖2，當卷筒半徑R遠大于帶材的厚度h時，計算時忽略h的影響，由圖二得出的受力分析知，帶材剛進入助卷器時，皮帶給其的彎矩：

圖2 帶材進入助卷器時的受力

M=P LSin[tg-1(L/R)+Cos-1(R/√(R2+L2)]

故，皮帶張力有：

其中，L——帶材頭部翹起的長度，根據帶材的厚度取20mm～50mm,在h<2mm時取偏低值，h>2mm時取偏高值，在本文中取L=40mm，將L值代入式（4），得：

P=88152.6（N）

1.3 脹緊缸的確定

如圖3，皮帶在脹緊輥處的夾角θ，這里θ=34.1°

圖3 助卷器脹緊缸的受力

需要脹緊油缸的推力最小為F

F=2PCosθ

=169727.6（N）

脹緊油缸最大推力為：Fmax=2P

=176305.2（N）

根據該計算結果，由樣本選取φ125/90的液壓油缸，標準推力為196000N，可以滿足厚度為3mm、寬1680mm鋁帶卷取的需要。

1.4 包角缸的確定

如圖4,以包角輥裝置為研究對象，對鉸接點Q取矩，必須滿足：

圖4 包角輥裝置受力分析

MT2+MN>MT1+MG

帶材才能被包緊。

式中，MT1——皮帶上的力T1對Q點的力矩，MT1=T1LT1；

MN——包角缸提供給包角輥裝置的推力N對Q點的力矩，MN=NLN；

MT2——皮帶上的力T2對Q點的力矩,MT2=T2LT2；

MG——包角輥裝置所受重力G對Q點的力矩,MG=GLG.

其中，皮帶上的力T1和T2均由脹緊缸產生，不考慮與各輥的摩擦，則T1=T2

以上各力的力臂分別為：

LT1=653mm,LN=222mm，LT2=67mm,LG=454mm,

故，MN>MT1+MG-MT2

NLN>T1LT1+GLG-T2LT2

N>(T1LP+GLG-T2LT2)/LN

N>244212.9N

根據計算結果，在液壓缸樣本選擇兩個φ110/80的油缸，每個缸標準推力為152000N。可以滿足包角輥裝置包緊帶材的作用。

2 結束語

臥式皮帶助卷器對提高機組穿帶的自動化具有很重要的作用，對于不同合金和不同尺寸的帶材，選取合適的油缸(或氣缸)可以合理控制制造成本，為設備做精做細提供合理基本參數。