胶管自动卷盘装置的设计

王 翔

（漯河双汇肉业有限公司机械加工厂，河南 漯河 462000）

胶管自动卷盘装置的设计

Design of rubber hose automatic winding device

王 翔

（漯河双汇肉业有限公司机械加工厂，河南 漯河 462000）

液压胶管硫化前需将其缠绕至滚筒。目前由人工完成，效率低且增加人工成本。设计出胶管自动卷成盘装置。该装置由旋转和排线两部分构成，由同一个减速机带动。旋转装置用于驱动滚筒旋转，排线装置用于将胶管排列整齐。提出了减速机的选用方法，设计出链传动保证排线和旋转装置同步工作，对传动轴和排线光杆进行了核算。为该装置的设计提供依据。提高了生产效率降低了人工成本。

自动卷盘；装置；设计

在橡胶液压软管制造行业中，胶管成型后需缠水布对其表面进行硫化。进硫化罐前要将胶管卷制滚筒上，胶管卷成盘的工序在进硫化罐前、缠水布工序后。由于无自动卷盘装置，此工序由人工引导胶管成卷，效率较低且人力成本增加。现设计一种自动卷盘装置。

1 自动卷盘方案综述

胶管缠水布工序完成后，直接将胶管卷至滚筒上。为一次硫化较多的胶管，滚筒的直径越大，卷在滚筒上的胶管长度就越长，一次硫化的胶管也越多，故一般选用滚筒的直径在1.5～2 m之间，宽度为1.4～1.6 m。滚筒旋转使胶管缠在滚筒上，为了保证胶管缠解均匀，还需要采用排线装置。胶管卷盘装置如图1所示。动力装置由减速机和2个链轮组成，通过链条带动滚筒主驱动轴及排线减速装置的主传动链轮。减速机通过变频器调节转速，以适应缠解水布的速度。排线减速装置使排线器降低移动速度使其与胶管缠绕速度同步，为1根轴上的2个链轮组成，其中1个链轮通过链条与排线装置上的链轮连接，实现驱动排线装置。滚筒主驱动轴和滚筒从动轴的另一端由链轮连接，通过此根轴上的摩擦轮靠摩擦力带动滚筒旋转。滚筒与摩擦轮结合的处使用橡胶包覆以增大摩擦系数。

排线装置传动示意图如图2所示。从动链轮将减速机上提供的动力通过键传递给光杆作旋转运动，排线器通过内部结构将光杆的旋转运动转化为直线运动在光杆上移动。该装置工作时，胶管穿入通过板 ，固定在排线器上与排线器和通过板一起移动。侧导向板和正导向板用于排线器移动时的导向及避免与光杆一同旋转。排线器行程撞块固定在正导向板上，位于行程位置极限处。当排线器上换向撞块与行程撞块相撞后，排线器改变方向。即卷满一层后排线器反向移动带动胶管开始第二层的卷制。

图1 胶管卷盘装置示意图

图2 排线装置示意图

以上两个装置的合成运动，带动滚筒的旋转运动和排线器的直线运动胶管均匀的缠绕在滚筒上。

2 自动卷盘装置设计

2.1 减速机选用

由于缠水布后需要卷上滚筒，考虑避免胶管拉伸来确定滚筒卷制的转速。滚筒线速度v2要大于缠水布机后牵引机的最大牵引速度v0，即v2〉v0。实测得v0=0.43 m/s，滚筒转速其中d为滚筒直径，取dmin=1.5 m，将数据带入公式（1），得n2max=5.48 r/min。

滚筒驱动装置是靠滚筒与摩擦轮之间摩擦来驱动滚筒旋转。对滚筒进行力学分析，如图3所示，列出平衡方程如下：

式中

N1、N2——摩擦轮1和2对滚筒的压力；

Ft1、Ft2——摩擦轮1和2对滚筒的摩擦力，由压力产生；

K——载荷系数，取K=1.1；

图3 摩擦轮传动力学分析

μ——橡胶对钢的摩擦系数，取μ=0.60；

Gmax——滚筒满载胶管时的重力，Gmax= 8 829 N；

α、R1——滚筒摩擦轮之间压力角，取α=53˚，R1摩擦轮半径，R1=0.065 m；

Tmin——摩擦轮轴驱动滚筒转动的最小扭矩。

将数值带入，求出

驱动滚筒的扭矩T1〉Tmin，转速n2〉n2max，由减速机产生。初选P0=4 kw，i0=17，n0= 1 440 r/min的摆线针轮行星减速机。链传动减速比i1=1，摩擦轮与滚筒之间的传动比（取滑动率为2%）：

滚筒的转速：

计算作用于主动摩擦轮上的扭矩，取减速机效率η1=0.95［4］，链传动效率η2=0.90［5］。

其摆线针轮的额定扭矩：

由于T2〉Tmin且该减速机不仅需驱动摩擦轮，还需驱动排线器，故选该减速机。

2.2 链传动设计

由于滚筒轴向长度L=1 400 mm，根据排线器的最大传递距离，选光杆直径为50 mm的光杆排线器，移动速度在1～40 mm/r的范围内。由于所卷胶管的外径在25～75 mm范围内。则需要滚筒的转速n2和排线转速n排匹配，即滚筒转1圈则排线器需要移动不小于75 mm及以上的距离，得出：

取n´2/n3=0.5，由于i2=14.38；排线器传动装置的总减速比为：

由于驱动滚筒传动的链传动比为i1=1；排线器传动比分2级减速；取i排1=2.567；i排2=3。链轮齿数选用如表1所示。

表1 链轮齿数选用表

确定链条型号，链传动节距，由公式（7）得：

根据链条选用公式：

3 滚筒摩擦轮轴的校核

根据承载功率图选定旋转装置的链号为16A，链轮节距p=25.4 mm［5］。由于驱动排线的功率不高，故取排线驱动链条的链号为08A。经过上述计算，链传动均已确定。

摩擦轮承受总压力如下：

根据图3的分析，将式（3）中数值较大的N1=7 345.78 N代入得出F´Σ1=FΣ1=8 367.49 N，方向向下。由于单根轴上支承滚筒摩擦轮为2个，故分配至单个摩擦轮的压力为

与水平线夹角：

垂直分力：

水平分力：

为了保证摩擦轴的强度及刚度，初步取轴与摩擦轮连接处直径为90 mm。链轮联接轴颈为72 mm，其链轮重G链=82.404 N，摩擦轮重G轮=107.91 N。由于主动轴上受到的力较从动轴大，需轴上的两个链轮z2和z´2作用于轴上拉力，分别为FQ1和FQ2，水平方向。

3.1 滚筒摩擦轮轴的强度校核

对于主动轴，水平及垂直方向的弯矩，扭矩图如图4：

图中扭矩最大值点位于左侧摩擦轮中心点。因有键槽，最小轴颈增大6%，取α=0.6，［σ-1］= 55 MPa将数值代入得：

求出d〉60.42 mm。故选用直径为90 mm的轴符合要求。

3.2 滚筒摩擦轮轴的刚度校核

主动摩擦轮轴的长度2.09 m，最大直径为106 mm，长度L/d〉10，需要对该轴进行刚度校核。摩擦轮轴按照当量直径法（将链轮及摩擦轮与轴看成整体）求出dm=99.39 mm［7］。通过图4的轴的受力分析，将其挠度、转角叠加，计算出该轴的最大挠度和转角，如表2所示。

表2 主动摩擦轮轴挠度转角校核结果

经过计算其挠度，转角均未超出许用值，故设计该轴符合要求。

3.3 排线光杆的校核

排线器的驱动光杆长度1.976 m，最大直径为50 mm，长度L/d〉10，需要对光杆进行刚度校核。光杆材料45钢，经表面高频淬火制造，且光杆Φ50处镀铬。排线器重力为G排= 147.15 N。由于驱动光杆排线的扭矩较小，可忽略。光杆按当量直径法（将链轮与光杆轴看成整体）求出dm=48.73。［7］排线器位于光杆轴两支承的中点时产生的挠度、转角最大，如图5所示。

图4 摩擦轮轴强度校核示意图

图5 光杆受力示意图

根据公式求出最大挠度yΣmax、最大转角θΣmax。如表3所示：

表3 排线光杆挠度转角校核结果

经过计算其挠度，转角均未超出许用值，故选用该排线器也符合要求。

4 结论

自动胶管卷盘装置研制成功后能节约人力成本提高劳动效率且用途广泛，因不仅能用于胶管卷盘还可用于电缆或其他软管的自动卷盘。在进行装置设计时链传动设计、排线器的规格选择较为关键，如选择规格过大或过小均能造成制造成本的变相增加。本文记述了卷盘装置的设计的过程和思路，作为设计该装置的依据和参考。

［1］ 高志. 机械原理［M］. 上海：华东理工大学出版社，2011：61.

［2］ 闻邦椿. 机械设计手册［M］. 5版. 北京：机械工业出版社，2010：1～25.

［3］ 张策. 机械原理与机械设计（上册）［M］. 2版. 北京：机械工业出版社，2011：117.

［4］ 闻邦椿. 机械设计手册［M］. 5版. 北京：机械工业出版社，2010：9～117.

［5］ 闻邦椿. 机械设计手册［M］. 5版. 北京：机械工业出版社，2010：6-100-103.

［6］ 徐锦康. 机械设计［M］. 北京：高等教育出版社，2004：92.

［7］ 闻邦椿. 机械设计手册［M］. 5版.北京：机械工业出版社，2010：12～34.

《橡塑技术与装备》杂志社参加第十四届中国国际橡胶技术展览会和第八届亚洲埃森轮胎展

2014年12月3～5日，第十四届中国国际橡胶技术展览会和第八届亚洲埃森轮胎展在上海新国际博览中心盛大举办。本届展会规模再创新高，展出面积45 000 m2，有20多个国家和地区的650余家中外企业前来参展，海内外观众超过21 000人次。《橡塑技术与装备》杂志社历年均参加此展会，此次派出6人的阵容，重视程度可见一斑（参见图1）。

此次展会安排W1馆为第八届亚洲埃森轮胎展，W2、W3、W4为十四届中国国际橡胶技术展。为参加此次展会，杂志社做了充分的准备工作。共带去23箱的资料，其中包括《橡塑技术与装备》杂志、《橡塑机械时代》杂志、《橡塑节能环保》杂志，期刊和规程光盘五种，另外还准备了各种专业书籍，包括《中外橡胶工业创新三部曲》、《机械产品手册》、《轮胎生产设备维护检修规程》等，以满足观众的不同需求。

通过三天的展会，杂志社将所带资料全部发售完毕，不但对来到我们展台的观众发送全套资料，我们还将杂志送到展会的每一家展商的手中，以最直观的方式，让更多的专业人士看到并了解杂志社刊物，提升刊物的知名度，扩大刊物广告的宣传力度。

在展会期间，杂志社采编记者走访了各企业展台，并与杂志的各编委单位、信息中心成员单位等密切接触，了解企业的最新状况和需求，以便及时地、有效地为企业提供服务。通过与企业面对面交流，增进了友谊，结识了新朋友，壮大了编委队伍，吸纳了新的信息中心成员单位，并签订了多项广告合同。

此次展会，本杂志社取得了丰硕的成果，增进了与企业间的交流与合作。我们期待在2015年展会上与各位朋友再次相聚！

本刊讯

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王翔（1983-），男，硕士，工程师，主要从事设备研发工作。

2014-04-14