开卷系统压紧装置的设计

摘 要 对开卷机压紧装置进行设计，通过对压紧力和带卷受力分析，分别设计圆柱头式开卷张力和双锥头式压紧装置的压力系数，然后对两种装置的优缺点进行比较分析，最后对有压辊时卷筒传动力矩进行了计算。本设计的压紧、开卷装置具有结构简单，便于引料和开卷，开卷精度高等特点，广泛适用于中小型企业。

关键词 胀缩辊；双锥头；压紧

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0026-01

钢板冷轧、热轧生产线上，开卷剪切落料线是对金属卷料进行开卷、校平、剪切、垛料打包的组合加工设备，广泛应用于家电、汽车、集装箱、食品包装、建筑、造船、锅炉等金属板材加工行业。特别是近年来，家电、汽车等行业的飞速发展，需要大量的薄板材料，而这些材料大都是卷材，所以开卷校平生产线的市场情况非常好。但是，生产高精度的开卷校平组合加工设备，特别是生产高技术的CNC的控制开卷校平生产线在国内还很少，只是少数几家重型企业或锻压行业的企业生产普通型的生产线设备，所以应尽快开展这方面研究工作。

1 胀缩辊式压紧装置的设计

胀缩块通过自动胀缩，可实现对不同内径的卷材开卷。上卷前，胀缩块缩至最小，以便钢卷顺利上卷；钢卷上卷后，胀缩块增至与钢卷内径压紧，使二者不产生滑动为止。胀缩辊在主轴带动下，以一定的线速度旋转，与胀缩块压紧而合为一体的钢卷也随之旋转实现开卷。

一般在开卷机上均设有压辊，用来压紧带钢，增加制动力矩，有利于正常开卷，有时还可把压辊做成传动，这样对开卷引料也有一定的好处，压紧力P可按公式1：P=M弹圈/（R*sinα）（公斤）决定，式中：R即带卷半径（毫米）；α为开卷角（度）；

M弹圈即带钢在压紧压力的作用下，带钢产生的弹塑弯曲力矩值（公斤・毫米）。

而M弹圈可由公式2决定：M弹圈=bh2σ2+b（h2+h12）σ2，式中：h1―带钢横截面上弹性部分高度，即h2=σ2・2R/E，σ2为带钢屈服极限（kg/mm2），E指带钢弹性模量（kg/mm2）。

图1 压紧力、带卷受力

圆柱头径向力N的计算如上述可知，为了不使带卷内径与圆柱头打滑，必须张紧圆柱头，产生足够的摩擦力。使此摩擦力产生的力矩值与开卷张力所引起的力矩值相平衡。据此可写出平衡方程，从而解决圆柱头径向压紧力N。每个圆柱头只受总的开卷张力的一半，即为T/2，则有（T/2）*（P/2）=（μN*D）/2（牛顿）化简得：N=TP/2μD=Tλ/2μ（牛顿）。

式中λ=P/D即带卷卷径比，即外径比内径；μ是指带卷内径与圆柱头的摩擦系数，一般圆柱头上车有刻痕，取μ=0.2-0.3；T为开卷张力（公斤）。计算出压紧力，并按此径向压紧力N，设计计算圆柱头胀缩机构，实际计算尺寸时，考虑到受力不均匀，某边圆柱头受的开卷张力要大于T/2，一般可取0.65-0.75。

2 双锥头式压紧装置的设计

双锥头式压紧装置的原理图如图2。

图2 双锥头式压紧装置的原理图

同胀缩块式压紧装置相似，双锥头式开卷机也设有压辊，压辊压紧力P见公式1。

双锥头径向力N的计算如图2，为了不使带卷内径与锥体打滑，油缸右移使锥体压紧钢板卷，产生足够的摩擦力。并使此摩擦力产生的力矩值与开卷张力所引起的力矩值相平衡。据此可写出平衡方程，从而解决双锥体径向压紧力N。每侧锥体只受总的开卷张力的一半，即为T/2（同胀缩块式公式），其中μ为钢卷内圈边缘与锥体表面的摩擦系数与胀缩块中的不同，由机械手册[2]查得，软钢和铸铁无摩擦系数μ一般取0.26。

3 有压辊时卷筒传动力矩计算

有压辊时，卷筒传动力矩计算：

卷筒传动力矩计算[3]可按下式决定：

M卷=T（R-x）+PuR-M摩卷-M摩压R/r

式中：T―开卷张力（公斤），R―带卷半径（毫米），x―下垂度（mm），原则上可查手册选用，P―压辊压力（公斤）；u―压辊与带钢表面的摩擦系数。一般取u=0.15-0.18；

M摩卷―卷筒轴承处的摩擦力矩，其值为：M摩卷=Q1u1d1/2，其中d1―卷筒轴承处轴枢直径（mm）；Q1―由卷筒（包括带卷）自重及张力在卷筒轴承处所引起的反力（公斤）；u1―卷筒轴承处的摩擦系数；

M摩压―压辊轴承处的摩擦力矩[4]，其值为：M摩压=Q1u1d1/2，其中：Q2―压辊的压紧力P和压辊自重在轴承处所引起的反力（公斤）；u2―压辊轴承处的摩擦系数，一般取u1=u2；d2―压辊轴承处的轴枢直径，毫米；r―压辊半径，毫米。

按M摩压计算公式求出卷筒传动力矩（实为制动力矩）后，再按M摩卷公式计算电动机功率。

4 结论

两种压紧装置各有其优缺点，胀缩辊式开卷机上料操作方便，工作平稳可靠，结构比较简单，制造也比较容易，但是传动系统比较复杂；双锥头式开卷机的锥头部分与钢卷内圈部分接触面积太小，在张力操作时，容易损坏钢带的头部。但该开卷机结构较简单，制造较方便，成本较低，适合于一些中小型企业。

参考文献

[1]王英杰，李文宁，等.1700 mm冷轧机开卷机恒张力控制系统分析[J].安徽工业大学学报，2003（1）：20-21.

[2]徐灏.机械设计[M].东北工学院出版社，1987：102-105.

[3]清华大学理论力学教研组编.理论力学：上册[M].北京：人民教育出版社，1962.

[4]范宏才.现代锻压机械[M].北京：机械工业出版社，1994.