膠管自動卷盤裝置的設(shè)計

王 翔

（漯河雙匯肉業(yè)有限公司機(jī)械加工廠，河南 漯河 462000）

膠管自動卷盤裝置的設(shè)計

Design of rubber hose automatic winding device

王 翔

（漯河雙匯肉業(yè)有限公司機(jī)械加工廠，河南 漯河 462000）

液壓膠管硫化前需將其纏繞至滾筒。目前由人工完成，效率低且增加人工成本。設(shè)計出膠管自動卷成盤裝置。該裝置由旋轉(zhuǎn)和排線兩部分構(gòu)成，由同一個減速機(jī)帶動。旋轉(zhuǎn)裝置用于驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)，排線裝置用于將膠管排列整齊。提出了減速機(jī)的選用方法，設(shè)計出鏈傳動保證排線和旋轉(zhuǎn)裝置同步工作，對傳動軸和排線光桿進(jìn)行了核算。為該裝置的設(shè)計提供依據(jù)。提高了生產(chǎn)效率降低了人工成本。

自動卷盤；裝置；設(shè)計

在橡膠液壓軟管制造行業(yè)中，膠管成型后需纏水布對其表面進(jìn)行硫化。進(jìn)硫化罐前要將膠管卷制滾筒上，膠管卷成盤的工序在進(jìn)硫化罐前、纏水布工序后。由于無自動卷盤裝置，此工序由人工引導(dǎo)膠管成卷，效率較低且人力成本增加?，F(xiàn)設(shè)計一種自動卷盤裝置。

1 自動卷盤方案綜述

膠管纏水布工序完成后，直接將膠管卷至滾筒上。為一次硫化較多的膠管，滾筒的直徑越大，卷在滾筒上的膠管長度就越長，一次硫化的膠管也越多，故一般選用滾筒的直徑在1.5～2 m之間，寬度為1.4～1.6 m。滾筒旋轉(zhuǎn)使膠管纏在滾筒上，為了保證膠管纏解均勻，還需要采用排線裝置。膠管卷盤裝置如圖1所示。動力裝置由減速機(jī)和2個鏈輪組成，通過鏈條帶動滾筒主驅(qū)動軸及排線減速裝置的主傳動鏈輪。減速機(jī)通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)纏解水布的速度。排線減速裝置使排線器降低移動速度使其與膠管纏繞速度同步，為1根軸上的2個鏈輪組成，其中1個鏈輪通過鏈條與排線裝置上的鏈輪連接，實現(xiàn)驅(qū)動排線裝置。滾筒主驅(qū)動軸和滾筒從動軸的另一端由鏈輪連接，通過此根軸上的摩擦輪靠摩擦力帶動滾筒旋轉(zhuǎn)。滾筒與摩擦輪結(jié)合的處使用橡膠包覆以增大摩擦系數(shù)。

排線裝置傳動示意圖如圖2所示。從動鏈輪將減速機(jī)上提供的動力通過鍵傳遞給光桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，排線器通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)將光桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動在光桿上移動。該裝置工作時，膠管穿入通過板 ，固定在排線器上與排線器和通過板一起移動。側(cè)導(dǎo)向板和正導(dǎo)向板用于排線器移動時的導(dǎo)向及避免與光桿一同旋轉(zhuǎn)。排線器行程撞塊固定在正導(dǎo)向板上，位于行程位置極限處。當(dāng)排線器上換向撞塊與行程撞塊相撞后，排線器改變方向。即卷滿一層后排線器反向移動帶動膠管開始第二層的卷制。

圖1 膠管卷盤裝置示意圖

圖2 排線裝置示意圖

以上兩個裝置的合成運(yùn)動，帶動滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和排線器的直線運(yùn)動膠管均勻的纏繞在滾筒上。

2 自動卷盤裝置設(shè)計

2.1 減速機(jī)選用

由于纏水布后需要卷上滾筒，考慮避免膠管拉伸來確定滾筒卷制的轉(zhuǎn)速。滾筒線速度v2要大于纏水布機(jī)后牽引機(jī)的最大牽引速度v0，即v2〉v0。實測得v0=0.43 m/s，滾筒轉(zhuǎn)速其中d為滾筒直徑，取dmin=1.5 m，將數(shù)據(jù)帶入公式（1），得n2max=5.48 r/min。

滾筒驅(qū)動裝置是靠滾筒與摩擦輪之間摩擦來驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。對滾筒進(jìn)行力學(xué)分析，如圖3所示，列出平衡方程如下：

式中

N1、N2——摩擦輪1和2對滾筒的壓力；

Ft1、Ft2——摩擦輪1和2對滾筒的摩擦力，由壓力產(chǎn)生；

K——載荷系數(shù)，取K=1.1；

圖3 摩擦輪傳動力學(xué)分析

μ——橡膠對鋼的摩擦系數(shù)，取μ=0.60；

Gmax——滾筒滿載膠管時的重力，Gmax= 8 829 N；

α、R1——滾筒摩擦輪之間壓力角，取α=53?，R1摩擦輪半徑，R1=0.065 m；

Tmin——摩擦輪軸驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動的最小扭矩。

將數(shù)值帶入，求出

驅(qū)動滾筒的扭矩T1〉Tmin，轉(zhuǎn)速n2〉n2max，由減速機(jī)產(chǎn)生。初選P0=4 kw，i0=17，n0= 1 440 r/min的擺線針輪行星減速機(jī)。鏈傳動減速比i1=1，摩擦輪與滾筒之間的傳動比（取滑動率為2%）：

滾筒的轉(zhuǎn)速：

計算作用于主動摩擦輪上的扭矩，取減速機(jī)效率η1=0.95［4］，鏈傳動效率η2=0.90［5］。

其擺線針輪的額定扭矩：

由于T2〉Tmin且該減速機(jī)不僅需驅(qū)動摩擦輪，還需驅(qū)動排線器，故選該減速機(jī)。

2.2 鏈傳動設(shè)計

由于滾筒軸向長度L=1 400 mm，根據(jù)排線器的最大傳遞距離，選光桿直徑為50 mm的光桿排線器，移動速度在1～40 mm/r的范圍內(nèi)。由于所卷膠管的外徑在25～75 mm范圍內(nèi)。則需要滾筒的轉(zhuǎn)速n2和排線轉(zhuǎn)速n排匹配，即滾筒轉(zhuǎn)1圈則排線器需要移動不小于75 mm及以上的距離，得出：

取n′2/n3=0.5，由于i2=14.38；排線器傳動裝置的總減速比為：

由于驅(qū)動滾筒傳動的鏈傳動比為i1=1；排線器傳動比分2級減速；取i排1=2.567；i排2=3。鏈輪齒數(shù)選用如表1所示。

表1 鏈輪齒數(shù)選用表

確定鏈條型號，鏈傳動節(jié)距，由公式（7）得：

根據(jù)鏈條選用公式：

3 滾筒摩擦輪軸的校核

根據(jù)承載功率圖選定旋轉(zhuǎn)裝置的鏈號為16A，鏈輪節(jié)距p=25.4 mm［5］。由于驅(qū)動排線的功率不高，故取排線驅(qū)動鏈條的鏈號為08A。經(jīng)過上述計算，鏈傳動均已確定。

摩擦輪承受總壓力如下：

根據(jù)圖3的分析，將式（3）中數(shù)值較大的N1=7 345.78 N代入得出F′Σ1=FΣ1=8 367.49 N，方向向下。由于單根軸上支承滾筒摩擦輪為2個，故分配至單個摩擦輪的壓力為

與水平線夾角：

垂直分力：

水平分力：

為了保證摩擦軸的強(qiáng)度及剛度，初步取軸與摩擦輪連接處直徑為90 mm。鏈輪聯(lián)接軸頸為72 mm，其鏈輪重G鏈=82.404 N，摩擦輪重G輪=107.91 N。由于主動軸上受到的力較從動軸大，需軸上的兩個鏈輪z2和z′2作用于軸上拉力，分別為FQ1和FQ2，水平方向。

3.1 滾筒摩擦輪軸的強(qiáng)度校核

對于主動軸，水平及垂直方向的彎矩，扭矩圖如圖4：

圖中扭矩最大值點位于左側(cè)摩擦輪中心點。因有鍵槽，最小軸頸增大6%，取α=0.6，［σ-1］= 55 MPa將數(shù)值代入得：

求出d〉60.42 mm。故選用直徑為90 mm的軸符合要求。

3.2 滾筒摩擦輪軸的剛度校核

主動摩擦輪軸的長度2.09 m，最大直徑為106 mm，長度L/d〉10，需要對該軸進(jìn)行剛度校核。摩擦輪軸按照當(dāng)量直徑法（將鏈輪及摩擦輪與軸看成整體）求出dm=99.39 mm［7］。通過圖4的軸的受力分析，將其撓度、轉(zhuǎn)角疊加，計算出該軸的最大撓度和轉(zhuǎn)角，如表2所示。

表2 主動摩擦輪軸撓度轉(zhuǎn)角校核結(jié)果

經(jīng)過計算其撓度，轉(zhuǎn)角均未超出許用值，故設(shè)計該軸符合要求。

3.3 排線光桿的校核

排線器的驅(qū)動光桿長度1.976 m，最大直徑為50 mm，長度L/d〉10，需要對光桿進(jìn)行剛度校核。光桿材料45鋼，經(jīng)表面高頻淬火制造，且光桿Φ50處鍍鉻。排線器重力為G排= 147.15 N。由于驅(qū)動光桿排線的扭矩較小，可忽略。光桿按當(dāng)量直徑法（將鏈輪與光桿軸看成整體）求出dm=48.73。［7］排線器位于光桿軸兩支承的中點時產(chǎn)生的撓度、轉(zhuǎn)角最大，如圖5所示。

圖4 摩擦輪軸強(qiáng)度校核示意圖

圖5 光桿受力示意圖

根據(jù)公式求出最大撓度yΣmax、最大轉(zhuǎn)角θΣmax。如表3所示：

表3 排線光桿撓度轉(zhuǎn)角校核結(jié)果

經(jīng)過計算其撓度，轉(zhuǎn)角均未超出許用值，故選用該排線器也符合要求。

4 結(jié)論

自動膠管卷盤裝置研制成功后能節(jié)約人力成本提高勞動效率且用途廣泛，因不僅能用于膠管卷盤還可用于電纜或其他軟管的自動卷盤。在進(jìn)行裝置設(shè)計時鏈傳動設(shè)計、排線器的規(guī)格選擇較為關(guān)鍵，如選擇規(guī)格過大或過小均能造成制造成本的變相增加。本文記述了卷盤裝置的設(shè)計的過程和思路，作為設(shè)計該裝置的依據(jù)和參考。

［1］ 高志. 機(jī)械原理［M］. 上海：華東理工大學(xué)出版社，2011：61.

［2］ 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計手冊［M］. 5版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：1～25.

［3］ 張策. 機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計（上冊）［M］. 2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：117.

［4］ 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計手冊［M］. 5版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：9～117.

［5］ 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計手冊［M］. 5版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：6-100-103.

［6］ 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計［M］. 北京：高等教育出版社，2004：92.

［7］ 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計手冊［M］. 5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：12～34.

《橡塑技術(shù)與裝備》雜志社參加第十四屆中國國際橡膠技術(shù)展覽會和第八屆亞洲埃森輪胎展

2014年12月3～5日，第十四屆中國國際橡膠技術(shù)展覽會和第八屆亞洲埃森輪胎展在上海新國際博覽中心盛大舉辦。本屆展會規(guī)模再創(chuàng)新高，展出面積45 000 m2，有20多個國家和地區(qū)的650余家中外企業(yè)前來參展，海內(nèi)外觀眾超過21 000人次。《橡塑技術(shù)與裝備》雜志社歷年均參加此展會，此次派出6人的陣容，重視程度可見一斑（參見圖1）。

此次展會安排W1館為第八屆亞洲埃森輪胎展，W2、W3、W4為十四屆中國國際橡膠技術(shù)展。為參加此次展會，雜志社做了充分的準(zhǔn)備工作。共帶去23箱的資料，其中包括《橡塑技術(shù)與裝備》雜志、《橡塑機(jī)械時代》雜志、《橡塑節(jié)能環(huán)?！冯s志，期刊和規(guī)程光盤五種，另外還準(zhǔn)備了各種專業(yè)書籍，包括《中外橡膠工業(yè)創(chuàng)新三部曲》、《機(jī)械產(chǎn)品手冊》、《輪胎生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》等，以滿足觀眾的不同需求。

通過三天的展會，雜志社將所帶資料全部發(fā)售完畢，不但對來到我們展臺的觀眾發(fā)送全套資料，我們還將雜志送到展會的每一家展商的手中，以最直觀的方式，讓更多的專業(yè)人士看到并了解雜志社刊物，提升刊物的知名度，擴(kuò)大刊物廣告的宣傳力度。

在展會期間，雜志社采編記者走訪了各企業(yè)展臺，并與雜志的各編委單位、信息中心成員單位等密切接觸，了解企業(yè)的最新狀況和需求，以便及時地、有效地為企業(yè)提供服務(wù)。通過與企業(yè)面對面交流，增進(jìn)了友誼，結(jié)識了新朋友，壯大了編委隊伍，吸納了新的信息中心成員單位，并簽訂了多項廣告合同。

此次展會，本雜志社取得了豐碩的成果，增進(jìn)了與企業(yè)間的交流與合作。我們期待在2015年展會上與各位朋友再次相聚！

本刊訊

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TQ330. 46

1009-797X（2015）02-0053-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.02.008

王翔（1983-），男，碩士，工程師，主要從事設(shè)備研發(fā)工作。

2014-04-14