基于高强度厚板的Y1205卷取机结构优化设计

袁 煖

(山西省机电设计研究院，山西 太原 030009)

基于高强度厚板的Y1205卷取机结构优化设计

袁 煖

(山西省机电设计研究院，山西 太原 030009)

针对现有卷取机不能满足卷取高强度厚板的状况，以Y1205卷取机为例，对关键核心部件卷取轴装配以及分卷装置、支撑装置进行了结构分析，并提出了具体的结构改进措施，特别增设了厚度调整装置，实现了重卷、高强度厚板的卷取，经生产使用后，效果良好。

卷取机；厚板；结构改进

0 引言

焊管是以板或带为原料，采用不同的成形方法将其弯曲成管筒形状，然后施以不同的焊接方法将接缝焊合从而获得管材。以成形方法区分，焊管生产可分为直缝焊管生产、螺旋缝焊管生产和UOE成形焊管生产。螺旋焊生产的焊管其直径不受板带宽度的限制，并且焊缝受力状态好，故该方法适于生产大直径焊管。

螺旋焊管生产过程可分为三部分，即原料准备、成形焊接及精整检查。其中原料准备阶段的主要设备是纵剪机组，它将钢卷沿纵向(长度方向)剪切分条或剪边，供成形焊接阶段使用。纵剪机组的生产流程为：上卷→开卷→头尾矫平→头尾剪切→圆盘剪→废边卷取→对焊→涨紧→卷取→卸卷→打捆→入库。其中卷取工艺主要设备为卷取机，用来卷取经圆盘剪剪切的长条钢带。

随着高强度厚板在螺旋焊管中的应用，螺旋焊管生产线的技术参数也随之调整，其中各机组、各单机必须进行相应的结构改进，本文介绍Y1205卷取机设计中的结构改进。

1 卷取机组成和性能参数

1.1 卷取机组成

Y1205卷取机主要由电机、机座、联轴器1、制动器、减速机1、联轴器2、减速机2、卷取轴装配、分卷装置、推卷装置、支撑装置等组成，如图1所示。

卷取机的核心部件是卷取轴装配，卷取轴装配由支架、旋转接头、油缸、实心轴、空心轴、支承环、钳口、燕尾槽块、卷筒、楔形块、弧形板、锥体等组成，如图2所示。卷取轴装配既要高速卷取重达45 t的带卷，又要在较大的带卷压紧力作用下缩小直径，以便卸卷。这就要求卷取轴装配应具有足够的强度、刚度和良好的使用性能，也就决定了其结构的高度复杂性。

1.2 卷取机性能参数

卷取钢卷最大重量：45 t；卷取钢带厚度：4.0 mm～14.0 mm；卷取钢带最大宽度：2 100 mm；卷取钢卷最大外径：Φ2 300 mm；卷取钢卷内径：Φ760 mm；卷筒收缩直径：Φ720 mm；最大卷取速度：0.83 m/s；主电机型号：Z4-315-32；电机功率：280 kW；电机额定转速：750 r/min。

图1 Y1205卷取机结构示意图

图2 卷取轴装配图

2 卷取机工作原理

在钢带从来料方向即纵剪机组方向进入卷取机之前，卷取轴装配中的油缸工作，使卷筒先胀至最大直径，钳口转到最高点，由于自重钳口下移，与弧形板形成间隙，钢带进入空隙，开动电机，经过减速机1、减速机2，带动卷取轴装配转动。由于钳口与弧形板之间的间隙不大，当卷取轴装配转动时，此间隙别住钢带，使得钢带缠绕到卷筒上，形成钢卷。

当卷取完成后，电机停止工作。由于钢卷的转动惯量大，不能立刻停下来，需要通过制动器工作来缩短制动时间。待卷取机完全停止转动后，卷取轴装配中的油缸再次工作，使卷筒缩至最小直径，支撑装置撤开，推卷装置将钢卷推出卷筒到卸卷小车上，卸卷小车工作将钢卷运至成形焊接区，准备成形焊接。

Y1205卷取机卷筒的胀缩量为40 mm。其工作原理流程为：卷筒胀至最大直径→卷取钢带→卷筒缩至最小直径→卸卷。

3 卷取机结构分析

3.1 卷取轴装配

卷取轴装配中卷筒的重量由空心轴承受，空心轴再将力传到减速机2的两个轴承及支撑装置上，空心轴能转动但不能轴向移动。空心轴中还内套有实心轴，实心轴主要进行轴向移动，它由油缸推动进行伸长、缩短，带动空心轴外套卷筒上安装的楔形块相对于弧形板上安装的燕尾槽块做轴向移动，楔形块与燕尾槽块之间的轴向移动使卷筒的直径缩小、胀大，所以卷取轴装配设计尤其空心轴的设计十分重要。

首先，楔形块与燕尾槽块配合的斜面既要满足移动时阻力小又要满足容易拆装的要求，本机楔形块与燕尾槽块的斜面角度α=11.5°，此角度为常用的易拆机件的锥度。其次，由于卷取钢带的动作为旋转运动，所以空心轴、实心轴都要旋转，而空心轴的轴向动作由油缸来完成，这样油缸势必要旋转，可是油缸本身又安装有进油管、出油管，油管因为和液压系统连接，一旦旋转油管必然要缠绕起来。为解决此问题，专门设计了旋转接头，如图2所示。从图2中可看出，此设计巧妙地将油缸的进、出油管的油口转移到不旋转位置，避免了油管之间的缠绕。

3.2 厚度调整装置

目前卷取机钳口与弧形板形成的间隙是非可调整的，钳口开口度是固定的，其适应的钢板厚度有限，开口度大了，薄板夹不紧；开口度小了，厚板进不了钳口。为扩大卷取机卷取钢板厚度的范围，特设计了厚度调整装置。

3.3 支撑装置

支撑装置主要由支撑臂、转轴、油缸、支架等组成。由于钢卷重量较大，承受此较大重量的空心轴处于悬臂状态，所以需要增加支撑装置分担空心轴的受力。本设计在空心轴的顶端处增设支撑装置，由该装置和减速机2的两个轴承共同承担钢卷负荷，改善了空心轴的受力情况，延长了其使用寿命，同时该支撑装置必须可以挪开，以便卸卷。

4 卷取机结构改进

4.1 空心轴

由于卷取轴装配中实心轴的轴向移动通过楔形块与燕尾槽块演变为卷筒的直径变化，实心轴套在空心轴内，所以空心轴必须有满足实心轴轴向移动的空间。结构改进前卷取轴装配中的空心轴如图3所示，为了既满足实心轴轴向移动同时其端部又安装与支撑装置相连接的锥体，其端部加工成四瓣，再在瓣体上通过长螺栓安装锥体，但是此形状的空心轴既不好加工，又易产生应力变形，影响装配，并且需要为锥体制作一芯套。改进后的空心轴轴端如图4所示，直接在其端部上掏一段长孔以满足实心轴的轴向行程，而其顶端仍为实心，在其上安装锥体，这样既便于加工又避免了加工变形，而且减少了芯套的制作，空心轴的受力情况也有所改善。

4.2 厚度调整装置

厚度调整装置如图5所示。沿钳口弧板长度方向装有偏心轴，偏心轴的两端通过轴承分别固定于钳口弧板两端的挡板和箱板1上，在箱板1和箱板2的内腔装有蜗轮和与其相啮合的手动蜗杆，蜗轮通过键与偏心轴相连接，钳口弧板与偏心轴轴身部分相对应的槽内装有钳口，由偏心轴带动可以上下移动，增大了钳口的开口度，可以夹紧不同厚度的钢板，从而使得卷取机能够卷取不同厚度钢板。

图3 改进前的空心轴轴端

图4 改进后的空心轴轴端

图5 厚度调整装置

4.3 分卷装置左、右摆臂的轴向固定

图6为结构改进前的分卷装置固定，左、右摆臂的轴向固定是在光轴上套挡圈，挡圈再用顶丝紧住。实践证明，由于被卷取的钢板较厚，刚性较大，所以作用到分卷装置中分离盘上的力，即左摆臂、右摆臂受到的轴向窜动力很大，小小的顶丝根本承受不住。为此，本次Y1205卷取机的分卷装置的设计进行了改进，如图7所示，将原来安装左摆臂、右摆臂的光轴改为带挡圈槽的轴，挡圈按尺寸做好后切为两个半圆，再用螺栓将两半圆螺接，这样挡圈能够承受较大的轴向力，可将左摆臂、右摆臂牢牢地固定在轴上。

图6 改进前的分卷装置固定 图7 改进后的分卷装置固定

4.4 支撑装置的安装位置

由于卷筒下方是地坑，结构改进前卷取过程中支撑装置地脚螺栓的受力方向为朝向地坑，受力状况不好，所以本次Y1205卷取机支撑装置的安装位置进行了调整，将其安装在卷取机的进带侧，这样支撑装置地脚螺栓的受力方向为背向地坑，受力状况得到明显改善。

5 结束语

为满足重卷、高强度厚板的螺旋焊管生产对Y1205卷取机进行了结构改进，达到了高强度厚板螺旋焊管生产线的技术参数要求，经生产、安装、调试、使用后，效果良好。

[1] 黄庆学.轧钢机械设计[M].北京:冶金工业出版社,2007.

Structural Optimization Design of Y1205 Reeling Machine Based on High Strength Slab

YUAN Nuan

(Shanxi Design and Research Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Taiyuan 030009, China)

Existing reeling machines are not able to satisfy the demand of coiling high strength slab. In this article, we take Y1205 reeling machine as an example to analyze the structure of the key components which are recoiling assembly, dividing device and supporting device. Based on that, we propose the specific structural improvements. Especially the addition of thickness adjustment device makes it possible to achieve the recoiling and coiling of high strength slab. After production application, we receive the good feedbacks from our users.

reeling machine; slab; structural improvement

1672- 6413(2015)06- 0104- 02

2015- 05- 21；

2015- 10- 10

袁煖(1968-)，女，浙江德清人，高级工程师，本科,主要从事机械设计工作。

TG333.2+4

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