可調張力被動放線裝置設計

徐 瑞，方 榮，沈建新，鄭小偉，程 磊

（江蘇亨通電力特種導線有限公司，江蘇 蘇州 215234）

在制造業領域中，收放卷控制裝置使用廣泛，其中帶張力被動放線裝置是其重要組成部分。一般放線裝置要求持續提供較大的穩定張力，同時滿足耐用性高、操作簡單、綜合成本低等特點。在工作中，一臺閑置的龍門收線架需要改造成被動放線裝置，該龍門收線架將用于大截面裸體鋁導線放線，在放線過程中需要提供較大的穩定張力，并且要求操作簡單、維護簡單。通過借鑒沖床干式離合器制動原理，結合龍門收線架和放線原理，吸收現有被動放線裝置優點，并摒棄其劣勢和缺陷，設計一種新式可調張力被動放線裝置。該裝置能夠穩定為放卷提供較大的穩定張力，同時結構簡單，綜合成本低。本文也為廣大工作者對被動放線裝置的研究提供一定借鑒。

1 可調張力被動放線裝置的研究背景

目前工業領域的常規放線裝置有帶電氣機械系統的主動放線裝置和純機械的被動放線裝置，放線都能提供張力[1]。為了節約成本，在滿足使用條件的情況下一般選擇被動放線裝置。目前工業運用中的被動放線裝置提供張力的方式主要有兩種：一種為張力盤碟剎式，通過兩個對稱的碟式剎車夾緊來提供張力；另一種為齒輪箱帶磁粉制動器式，由齒輪箱、磁粉制動器及其控制系統、壓縮空氣裝置等組成。張力盤碟剎式被動放線裝置存在噪音大、剎車片損耗大、張力盤有機械損傷、張力不穩定等缺陷；而齒輪箱帶磁粉制動器式被動放線裝置存在齒輪箱和磁粉制動器結構復雜、購買及維修成本高、需要壓縮空氣及簡單電氣輔助等缺陷。并且上述兩種被動放線裝置隨著剎車片磨損和磁粉消耗，會出現張力減小、張力波動大等情況。

2 可調張力被動放線裝置的方案確定

通過借鑒沖床干式離合器制動原理[2]，結合龍門收線架原理，小功率電動機通過皮帶傳動帶動齒輪箱提供大張力，實現以小拖大。當把收線架用作放線架時，由于傳動機構的原因，只要電機側施加一個很小的力，盤具側就會受到一個很大的力，直接用于放線將無法正常使用，因此為了保證實現帶穩定張力的放線，必須拆除原有電機、齒輪箱等結構，利用LZ型摩擦片和模具彈簧，在一個光軸的基礎上設計被動放線裝置。

3 可調張力被動放線裝置的設計結構及原理

3.1 總體設計結構

新式的可調張力被動放線裝置是在一個光軸的基礎上設計的。圖1為可調張力被動放線張力裝置的總體設計結構示意圖。可調張力被動放線裝置由傳動軸1、摩擦盤2、張力盤3、壓緊蓋4、預緊螺栓5、托架6、定盤7、力矩彈簧8等組成。可調張力被動放線裝置中全部部件采用45鋼材質，整體調制淬火，所有銳角倒鈍。

圖1 總體設計結構示意圖

3.2 被動放線裝置的張力可調原理

傳動軸上套設有摩擦盤、張力盤和壓緊蓋，摩擦盤和張力盤之間設置有力矩彈簧，力矩彈簧可以在摩擦盤和張力盤之間形成較為穩定的壓力。定盤通過螺塞固定在托架上。壓緊蓋沿傳動軸軸向抵在張力盤上，傳動軸上連接有預緊螺栓，預緊螺栓穿過壓緊蓋并沿傳動軸的軸向旋入傳動軸中，摩擦盤、張力盤和壓緊蓋均可滑動地連接在傳動軸上，摩擦盤、張力盤和壓緊蓋均與傳動軸通過鍵連接，通過調節預緊螺栓可以調節壓緊蓋在傳動軸上的相對位置。因為壓緊蓋抵在張力盤上，所以預緊螺栓的調節可以進一步地通過壓緊蓋來調整張力盤與摩擦盤之間的距離，以調整力矩彈簧在摩擦盤與張力盤之間的壓縮量，即通過調節預緊螺栓來實現彈簧彈力的調節。

可調張力被動放線裝置還包括托架，托架固定在相應的工作臺上。傳動軸的一端安裝可調張力被動放線裝置，另一端安裝有線纜裝置。托架上固定有定盤，托架和定盤均套設于傳動軸上，傳動軸可以在托架上作圓周運動，起到了線纜的放線作用。

3.3 定盤的設計結構及原理

定盤上設置有環形槽71，環形槽內安裝有多個摩擦片72，多個摩擦片呈環形排列，環形槽直接影響力矩，直徑越大，力矩越大。在實際運用中，推薦使用LZ型摩擦片，該型摩擦片以金屬纖維為基料，耐高溫、摩擦系數穩定、無噪音，具有良好的機械強度和物理性能。摩擦片通過既有固定孔固定在定盤上。定盤固定在托架上，摩擦盤與傳動軸通過鍵連接，摩擦盤與環形槽內的摩擦片相互接觸會產生摩擦作用，定盤會提供給摩擦盤一個與摩擦盤轉動方向相反的摩擦力矩，摩擦力矩會進一步傳遞給傳動軸，這樣被拉動的線纜就會受到一個阻礙線纜拉動的張力，實現了線纜的被動放線。圖2為摩擦盤結構示意圖。

圖2 摩擦盤結構示意圖

定盤和摩擦盤的中心處均設置有軸孔9，軸孔的直徑不小于傳動軸的直徑，傳動軸可以穿過定盤的軸孔與摩擦盤通過鍵連接，這樣傳動軸與摩擦盤可以實現動力的傳遞。圖3為定盤結構示意圖。

圖3 定盤結構示意圖

3.4 張力盤的設計結構及原理

張力盤在傳動軸上軸向移動以調整張力盤和摩擦盤之間的距離，相應地調整彈簧的壓縮量，實現彈簧彈力的調節，通過彈簧彈力實現的線纜張力更加穩定。圖4為張力盤結構示意圖。張力盤上均勻布置有多個彈簧安裝孔32，多個彈簧安裝孔相對于張力盤的軸線呈圓形排列，多個彈簧的設置可以提高線纜的張力調節范圍，并且多個彈簧會使得張力盤和摩擦盤之間的壓力更加穩定。每個彈簧安裝孔內均安裝有彈簧，這樣可以防止彈簧在張力盤和摩擦盤之間脫落，進一步地，彈簧安裝孔的深度不小于彈簧自由高度的1/3，彈簧在彈簧安裝孔內更為穩定。在運用中彈簧使用模具彈簧，具有硬度高、彈力大、耐疲勞、不易變形、壽命長等特性，能夠為被動放線裝置提供強大彈力，進而產生穩定的較大的放線張力。

圖4 張力盤結構示意圖

傳動軸靠近張力盤的端面設置有螺紋孔，預緊螺栓安裝在螺紋孔內，通過螺栓連接的方式可以實現張力盤和摩擦盤之間距離的調節，進一步實現線纜張力的調節。螺栓調節方式簡單可靠，不需要復雜的電氣及氣壓傳動，通過扳手調節預緊螺栓就可以實現線纜張力的調節。第87頁圖5為可調張力被動放線裝置實物圖。

圖5 可調張力被動放線裝置實物圖

4 結束語

本文從工業實際運用需求出發，借鑒沖床干式離合器制動原理，提出一種新式可調張力被動放線裝置設計方案，摒棄了傳統的放線裝置設計方案。新式可調張力被動放線裝置主要利用LZ型摩擦片和模具彈簧組合來提供卷材放線過程中所需的穩定的較大的放線張力；同時，與傳統的放線裝置相比，具有結構簡單、操作簡單、張力大、張力穩定等特點。