铜带冷轧机皮带助卷器的鹰嘴设计概要

杨妤，任继平

（中色科技股份有限公司，河南洛阳 471039）

皮带助卷器是有色金属（如铜带）加工厂应用广泛的辅助设备，是铜带冷轧机组生产中的重要组成单元。本文涉及的是用于铜带冷轧机，安装于卷取机减速箱上，适合下卷取的皮带助卷器形式。目前，很多厂家为提高机组使用率，会根据自身生产需要，提供两种或两种以上的套筒直径规格。因此，设计助卷器需要适应多规格套筒结构，它还与相邻设备的位置有关。为使带材顺利进入助卷器，研发设计入口导板形式，我们称之为鹰嘴结构，置于上包角辊下方。

1 开发鹰嘴的作用

图1是适用只有一种套筒规格的铜带助卷器简图，当它要适用两种套筒规格的助卷器，上包角辊与下包角辊间距应适当加大。那么厚度为2～5毫米的带材进入助卷器，从上包角辊出来，由于弹塑性变形的作用，带材不会自动进入下包角辊的皮带与套筒之间，需操作者手动助卷才可。因此，开发鹰嘴结构可代替人工操作，便于实现穿带自动化。

鹰嘴用以帮助带材更好地进行卷取。鹰嘴的设置与卷取机前一工序的布置位置有关，当带材进入助卷器的夹角α偏小时，鹰嘴不需投入使用，直接将上包角辊设置在合适的位置即可帮助带材导入。但是当带材进入助卷器的夹角α（见图1）偏大时，空间不足，带材无法自动进入助卷器，不能实现助卷功能，所以有必要设置鹰嘴装置（见图2）用以完成相应铜带卷取。

图1 无鹰嘴结构助卷器示意图

图2 带鹰嘴助卷器示意图

2 鹰嘴的设计计算

2.1 计算鹰嘴的压紧力P

以某项目设备设计为例，说明鹰嘴对带材的压紧力P'及鹰嘴的动力计算。带材材料为铍铜，带材的厚度为3mm，助卷器的张紧油缸选用的缸径规格为Φ90/63mm，鹰嘴结构的相关件重量为126.2kg，套筒直径707mm，带材的宽度为670mm。

如图3所示，各字母分别代表：鹰嘴结构的重力G；皮带拉力分别为T1、T2；带材给鹰嘴的压紧力P（=P'作用力与反作用力）；油缸的推力F；

向鹰嘴架的回转中心取矩，上述（相关）各力（交接点）的力臂依次表示为LG、LT1、LT2、LP、LF。

作 图 得 出，LG=110mm、LT1=165.5mm、LT2=161.2mm、LP=274.8mm、LF=130mm

实际经验表明，带材在接触鹰嘴装置时产生了弹塑性弯曲变形，带材的弹塑性弯曲力矩为：

其中，h—带材厚度，取h=3（mm）；

b—带材宽度b=670（mm）；

δs—带材的材料屈服极限（MPa），铍铜的屈服极限δs=570MPa

h1—带材横截面弹性部分高度（mm）；

E—带材的材料弹性模量（MPa），铍铜的弹性模量E=137GPa

R—卷筒半径（mm）；

由图三知板材的弹塑性力矩为：

M弾塑=P×LP

带入公式（2），得到：h1=2×（707/2）×570/（137×103）=2.94（mm）

将h1带入式（1），得：

M弾塑=（3×32-2.942）×670×570/12

=584192N·mm

P=M弾塑/LP

=2125.89（N）

2.2 选择鹰嘴装置结构所需动力（油缸）

由鹰嘴架回转中心力矩平衡，得出：

皮带拉力由张紧缸提供，由已选定的油缸知：规格Φ90/63油缸，压力在16MPa时，油缸推力为F1=10170kgf，助卷器的工作压力一般为10MPa。

如图3，

图3 鹰嘴装置受力分析图

T2=F1Cos5°/2

=（10170/2x10/16）Cos5°

=31660（N）

根据计算柔性体上摩擦力的欧拉公式，得到：

T2=T1efθ

其中，f—滑动摩擦系数，这里取f=0.25

θ—皮带在鹰嘴装置辊子处的包角，θ=124°。

将（4）式带入（3）式，得：

F=（T2LT2+PLP-T1LT1-GLG）/LF

=19250.8（N）

另有油缸推力：F=ΠD2p/4

其中，D—油缸缸径（mm）

这里的p为油缸工作压力，取p=10MPa

D=√4F/Πp

=√4x19250.8/（3.14x10）

=49.52（mm）

考虑油缸的效率及其它因素，故，油缸缸径取80mm可以满足。

3 结束语

开发皮带助卷器助卷功能，即鹰嘴结构，有助于机组穿带的自动化。提高成卷质量，观察、分析助卷器的设计细节，并且优化其结构，可以有效提高整个机组的生产效率。