卧式皮带助卷器设计

杨 妤，任继平

（中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

皮带助卷器分为立式皮带助卷器和卧式皮带助卷器。立式皮带助卷器多用于铜带热轧机组、冷轧机组及精整机组；卧式皮带助卷器多用于热轧机组、冷轧机组，常见于铝带加工机组。按使用方式分为上卷取式（带材从卷筒顶部进入）和下卷取式（带材从卷筒下部进入），具体卷取方式依据甲方生产工艺的需要而定。卧式皮带助卷器是皮带助卷器的基本形式。本文以卧式皮带助卷器为例，解析该设备的部分基本力能参数。卧式皮带助卷器的组成为：车体、移动机架油缸及轨道。车体为助卷器主要部件，它的组成为：皮带、胀紧油缸、胀紧辊、包胶辊装置（含包角油缸）等。

1 胀紧油缸和包角油缸确定

1.1 带材弯曲力矩计算

以某项目设备设计为例，带材材料为铝合金1系～8系，带材的厚度为3mm，卷轴直径为Φ508mm～Φ665mm，带材的宽度为1680mm，皮带长度8270mm，包角辊装置的重量563.4kg。

根据《铝加工技术实用手册》表4-21，查得带材弹性模量最大为E=74x103N/mm2。

h——带材厚度，取为3mm，带材屈服极限为δs=30～420N/mm2

矩形断面材料弹性弯曲变形的最小曲率半径为：

ρw=Eh/2δs

=264.3（mm）

卷轴的最小半径R=508/2=254mm＜ρw

图1 皮带助卷器车体主要组成

因此，带材处于弹塑性变形状态，其变形力矩为：

其中，b——带材宽度，为1680mm；

h1——带材弹性区域高度

ρ——带材中间层的曲率半径，

将式（3）代入式(2)得 ： h1=2.9（mm）

将式（2）代入式（1）得 ： M=1093092（N·mm）

1.2 计算皮带张力P

如图2，当卷筒半径R远大于带材的厚度h时，计算时忽略h的影响，由图二得出的受力分析知，带材刚进入助卷器时，皮带给其的弯矩：

图2 带材进入助卷器时的受力

M=P LSin[tg-1(L/R)+Cos-1(R/√(R2+L2)]

故，皮带张力有：

其中，L——带材头部翘起的长度，根据带材的厚度取20mm～50mm,在h<2mm时取偏低值，h>2mm时取偏高值，在本文中取L=40mm，将L值代入式（4），得：

P=88152.6（N）

1.3 胀紧缸的确定

如图3，皮带在胀紧辊处的夹角θ，这里θ=34.1°

图3 助卷器胀紧缸的受力

需要胀紧油缸的推力最小为F

F=2PCosθ

=169727.6（N）

胀紧油缸最大推力为：Fmax=2P

=176305.2（N）

根据该计算结果，由样本选取φ125/90的液压油缸，标准推力为196000N，可以满足厚度为3mm、宽1680mm铝带卷取的需要。

1.4 包角缸的确定

如图4,以包角辊装置为研究对象，对铰接点Q取矩，必须满足：

图4 包角辊装置受力分析

MT2+MN>MT1+MG

带材才能被包紧。

式中，MT1——皮带上的力T1对Q点的力矩，MT1=T1LT1；

MN——包角缸提供给包角辊装置的推力N对Q点的力矩，MN=NLN；

MT2——皮带上的力T2对Q点的力矩,MT2=T2LT2；

MG——包角辊装置所受重力G对Q点的力矩,MG=GLG.

其中，皮带上的力T1和T2均由胀紧缸产生，不考虑与各辊的摩擦，则T1=T2

以上各力的力臂分别为：

LT1=653mm,LN=222mm，LT2=67mm,LG=454mm,

故，MN>MT1+MG-MT2

NLN>T1LT1+GLG-T2LT2

N>(T1LP+GLG-T2LT2)/LN

N>244212.9N

根据计算结果，在液压缸样本选择两个φ110/80的油缸，每个缸标准推力为152000N。可以满足包角辊装置包紧带材的作用。

2 结束语

卧式皮带助卷器对提高机组穿带的自动化具有很重要的作用，对于不同合金和不同尺寸的带材，选取合适的油缸(或气缸)可以合理控制制造成本，为设备做精做细提供合理基本参数。