耿慶斌 顧亞婷

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司 北京 100176)

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)及包裝行業(yè)的發(fā)展[1]，冷軋鋼卷生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鋼卷存儲(chǔ)及運(yùn)輸越來(lái)越重視，陸續(xù)新建多條包裝機(jī)組。翻卷機(jī)作為包裝機(jī)組中的一種重要設(shè)備，可將鋼卷由臥卷改為立卷，也可將立卷改為臥卷。

翻卷過(guò)程中，動(dòng)作穩(wěn)定性差很容易造成鋼卷的表面戳傷和液壓管道爆管等問(wèn)題。因此為保證產(chǎn)品表面質(zhì)量，防止出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故及提高工作效率，實(shí)現(xiàn)翻卷機(jī)動(dòng)作的穩(wěn)定和精確控制非常重要。

2 翻卷機(jī)的研究

翻卷機(jī)主要由翻轉(zhuǎn)鞍座，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)輥道組成，見(jiàn)圖1翻卷機(jī)及動(dòng)作示意。

翻轉(zhuǎn)工作過(guò)程：首先在位置一處，鋼卷通過(guò)運(yùn)卷車放置在翻轉(zhuǎn)鞍座上。然后通過(guò)液壓缸對(duì)鋼卷進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，如位置二。翻轉(zhuǎn)完成在位置三處，鋼卷通過(guò)傳動(dòng)輥道輸送到翻卷機(jī)外。

翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般可采用液壓馬達(dá)或液壓缸形式。液壓馬達(dá)具有旋轉(zhuǎn)角度大、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和體積小等特點(diǎn)[2]。但馬達(dá)抗沖擊差，因此多數(shù)翻卷機(jī)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行元件少，控制簡(jiǎn)單。但在位置二處，當(dāng)α角大于45度時(shí)，由于重力原因，翻轉(zhuǎn)鞍座與鋼卷將會(huì)失重。為了實(shí)現(xiàn)翻卷機(jī)動(dòng)作的穩(wěn)定和精確控制，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮該問(wèn)題。

圖1 翻卷機(jī)及動(dòng)作示意

3 翻卷機(jī)液壓缸受力分析

翻卷機(jī)傾翻速度低，角速度小，計(jì)算傾翻力矩時(shí)動(dòng)力矩可以忽略不計(jì)[3]。根據(jù)圖2翻卷機(jī)受力分析及液壓缸軌跡，利用翻卷機(jī)靜力矩平衡方程及液壓缸運(yùn)動(dòng)軌跡建立如下方程：

F3L=F1cos(40+α)+F2cos(75+α)

(1)

B12+2BR3cos(45+α)=B2+R32

(2)

sinβ=R3[cos(-45+α)-cos45]/B1

(3)

L=Bsin(12+β)

(4)

式中:F1-鋼卷重量，N，取100000;

F2-翻卷機(jī)重量，N，取55000;

F3-液壓缸作用力，N，可求變量;

L-液壓缸作用力的力臂，m，可求變量;

α-翻卷機(jī)翻卷角度，°，變量;

R1-設(shè)備幾何尺寸，m，取1.48;

R2-設(shè)備幾何尺寸，m，取0.66;

R3-設(shè)備幾何尺寸，m，取0.44;

B-設(shè)備幾何尺寸，m，取1.54。

圖2 翻卷機(jī)受力分析及液壓缸軌跡

通過(guò)方程組及Excel電子表格計(jì)算，畫出當(dāng)α角由0°到90°時(shí)液壓缸作用力曲線,見(jiàn)圖3。

圖3 液壓缸作用力曲線

從液壓缸作用力曲線可以看出，當(dāng)翻卷機(jī)剛翻卷時(shí)，液壓缸對(duì)翻轉(zhuǎn)鞍座產(chǎn)生約280kN的推力。隨著翻卷角度的變大，推力越來(lái)越小。當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度超過(guò)40°后，為避免設(shè)備失重，液壓缸將對(duì)翻轉(zhuǎn)鞍座產(chǎn)生拉力。并且隨著角度增大，拉力越來(lái)越大。當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到90°時(shí)，液壓缸拉力最大，達(dá)到370kN左右。

本項(xiàng)目采用兩個(gè)液壓缸，液壓缸缸徑160mm，缸桿直徑70mm。根據(jù)計(jì)算可知，液壓系統(tǒng)需要的最高工作壓力在推力280kN時(shí)，工作壓力7MPa。液壓缸耐壓強(qiáng)度，出現(xiàn)在拉力370kN時(shí)，最高背壓11MPa。

4 液壓系統(tǒng)

圖4 液壓系統(tǒng)圖

本項(xiàng)目選用公稱壓力為25MPa的液壓缸，為避免設(shè)備失速，液壓缸有桿腔將產(chǎn)生11MPa左右的背壓。 由于背壓較高，為避免液壓缸意外爆缸造成安全生產(chǎn)事故，在液壓缸口處安裝液控單向閥保證爆缸時(shí)的安全。

液壓系統(tǒng)采用比例閥與出口節(jié)流流量限制閥組合使用。翻轉(zhuǎn)鞍座翻轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定可控，同時(shí)避免設(shè)備失重失速，見(jiàn)圖4。

當(dāng)液壓缸速度60mm/s時(shí)，液壓缸油耗150L/min。結(jié)合使用壓力7MPa，可選排量125ml的液壓泵，功率30kW的電機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

翻卷機(jī)作為彩涂包裝機(jī)組的一種主要設(shè)備。本文對(duì)其使用情況進(jìn)行了介紹，對(duì)其不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了比較。通過(guò)理論分析與實(shí)踐應(yīng)用兩方面，總結(jié)出提高翻卷機(jī)動(dòng)作穩(wěn)定性的方法。利用本方法設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)已經(jīng)投入到多條生產(chǎn)線上，效果良好受到用戶好評(píng)。