开卷机压力臂的改造设计

张芝梁 黄奇宏

摘要：开卷机是精冲机组生产线的重要组成部分，其设备配置较为简单，主要由卷筒及其传动系统，压辊，活动支撑和推卷、卸卷等装置组成。本文以开卷机卸卷开料时原有气压伸缩杆通过转矩传到压辊处的压紧力不足以压紧带钢为背景，进而对开卷机传动系统进行液压动力改造。主要包括带钢张力、压辊压紧力、传动扭矩、液压站压力的理论计算。

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.

关键词：开卷机;带钢张力;压辊压紧力;传动转矩

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

0  引言

开卷机是带钢各种加工工序的重要配套设备，在带钢开卷和卸卷中起着重要作用。常用的开卷机有悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机、双锥头式开卷机三种。在精冲机组生产线常使用悬臂式开卷机，有利于带钢的卸卷，并配合直头机将带材送入矫直机。此文的改造其背景是公司原有开卷机的压力臂由气动系统提供的压辊压紧力不足以压紧带材，会导致在解开带材扎带后，带材散落、造成安全隐患等，同时不利于带材在进料过程中的传送。由此这里决定对开卷机压力臂由原来的气动改为液压传动，以期满足实际生产需要。

1  悬臂式开卷机基本结构及功能

悬臂式开卷机主体结构主要由卷筒、压料装置、传动装置、电机、底座等组成。其主要特点是开卷刚度大并且具有高压的有点，工业生产中常适用于薄板带钢的上料卸卷，如图1所示。

2  带钢张力计算

T=δ×b×h

式中：b=82为带钢最大宽度，单位：mm; h=4.97为带钢最大厚度，单位：mm;δ为带钢单位张力，单位：kg/mm2。

上述单位张力δ还可以按照下列经验公式计算：

δ=K×σs

式中：σs为带钢屈服极限，单位：MPa，此处为360MPa。

K为张力系数如表1。

精冲机组线和张力矫直机组有比较类似的特点，K取0.06～0.15，此处取0.08。

则：δ= K×σs=0.08×360=28.8MPa

则：TMax=82×4.97×10-6×28.8×106=11.74kN

3  压辊压紧力计算

P×R×sinα=M弹、塑

式中：R=1600 为带卷半径，单位：mm; α=12°为卸卷角，单位：°; M弹、塑为成卷带材在压辊压紧力的作用下，带材产生的弹塑弯曲转矩值，单位：N·m。

其中M弹、塑可由以下式子决定：

E=206GPa为带材的弹性模量，则：M弹、塑=105410、压辊压紧力P=31.69kN

4  传动扭矩计算

式中：μ1=0.12 为压辊和带钢之间的摩擦系数;μ2=0.18 为压辊轴承处的滚动摩擦系数，d=240 为压辊轴承处辊子直径，单位：mm。

5  单杆活塞缸选用和强度校核

根据上述开卷机压力臂的结构，我们在此处选择单杆活塞缸（缸固定）。

式中：P1=15 为进油压力，单位：MPa;P2=5 为回油压力，单位：MPa;A1为无杆腔的有效工作面积、D为有杆腔直径，单位：m2;A2为有杆腔的有效工作面积、d为无杆腔直径，单位：m2;Q=6为油液流量，单位：L/min。

液压缸内径D和活塞直径d的确定：

当无杆腔进油驱动负载时：

式中：λ=0.5为活塞杆的直径d与液压缸内径D的比值。

根据上式联立可得：D=50mm，d=25mm。

液压缸缸筒行程L的确定：

L=活塞最大行程I+活塞宽度b+活塞杆导向长度I1+活塞杆密封长度I2+其他长度

根据实际安装场所确定，L=380mm

在中、低压液压系统中，液压缸缸筒的壁厚由结构工艺要求决定，强度一般都满足，故通常不须验算。当液压缸工作压力较高或缸筒内径较大时，需对其最薄处的壁厚进行强度校核。校核方法为：

式中：δ=3.6 为缸筒壁厚，单位：mm;D 为缸筒内径（或活塞直径）， 单位：mm;Py为缸筒试验压力，一般比最大工作压力高 20%～30%;[σ]为缸筒材料的许用应力，[σ]=σb/n，σb=460为材料抗拉强度（查有关手册），n为安全系数，一般取 n=3.5～5。

根据实际生产改造，此处选取D/δ≥10的校核公式，经计算δ=3.6≥2.17符合强度需求。

式中：d为活塞杆直径，单位：mm;[σ]为活塞杆材料的许用应力，[σ]=σb/n，σb为材料抗拉强度，n 为安全系数，一般取 n≥1.4。

6  液压站设计

如图2所示为改造设计的液压站，各部元器件如表2所示。其中我们采用液压锁的结构，其属于开关型阀，一般仅有开合关两种位置状态，停留在两个极限位置，做不到精细控制。但其作用是为了保持负载，而不是控制速度，适用于运动速度不高的闭锁回路。整个原理图的工作工况为，油液从油缸出来，经过电机定量泵的作用，调节指定压力的油液通过单向阀，经过压力表监控，流经溢流阀，如果此处定量泵压力大于16MPa则从溢流阀泄流回油缸，若不大于16MPa，則通过H型二位四通中位电磁换向阀，流经液压锁和单向控制阀到达无杆腔开始作用活塞缸，达到推动负载的作用。

7  结论

本文通过对开卷机压力臂在卸卷过程中的张力和压辊压紧力的计算和分析，通过改造传动系统的动力来源，以及对液压站的设计和对各部件的设计校核，最终解决了实际生产问题。本文对开卷机结构和传动系统工作原理进行剖析，对实际生产和理论研究具有重要的参考意义。

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