楊斯淮　李嘉牟

　　摘　要：文章介紹了某1450mm熱連軋機(jī)卷取機(jī)區(qū)卸卷小車升降結(jié)構(gòu)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
　　關(guān)鍵詞：卸卷小車；升降結(jié)構(gòu)；球面桿結(jié)構(gòu)
　　卸卷小車是應(yīng)用于帶鋼熱連軋生產(chǎn)線的重要設(shè)備，因其工作狀態(tài)直接影響著熱連軋機(jī)生產(chǎn)力的發(fā)揮，所以卸卷小車的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要^[1-3]。本文以某1450mm熱連軋機(jī)卸卷小車為例，介紹了卸卷小車的功能特點(diǎn)及其升降結(jié)構(gòu)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
　　1　卸卷小車的功能特點(diǎn)
　　卸卷小車本體主要包括托輥、車輪、車架、抬升架體、升降液壓缸等。卸卷小車工作時(shí)，由升降液壓缸、抬升架體和托輥等部件構(gòu)成的升降裝置將鋼卷從卷筒移出，行走裝置提供動(dòng)力控制卸卷小車的水平運(yùn)動(dòng)，鋼卷被運(yùn)送至打捆機(jī)固定臺(tái)架。綜上可以知道卸卷小車的執(zhí)行功能包括升降功能和行走功能。
　　2　升降結(jié)構(gòu)部件改進(jìn)設(shè)計(jì)
　　卸卷小車的抬升架體和升降液壓缸活塞桿頭之間采用銷軸連接的結(jié)構(gòu)這在以往項(xiàng)目的設(shè)計(jì)制造中得到了廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)場用戶反映曾出現(xiàn)過銷軸斷裂的情況，針對(duì)此問題，某1450mm熱連軋機(jī)卸卷小車對(duì)銷軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用球面桿結(jié)構(gòu)替代銷軸結(jié)構(gòu)。
　　2.1銷軸結(jié)構(gòu)
　　銷軸可以固定零件之間的相對(duì)位置并用于連接，具有拆裝方便、定位準(zhǔn)確、承載能力大等特點(diǎn)，鑒于以上特點(diǎn)，銷軸結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于卸卷小車抬升架體與升降液壓缸活塞桿頭的連接中，進(jìn)而通過液壓缸活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抬升架體豎直方向的升降動(dòng)作。銷軸尾端由墊片套住，同時(shí)設(shè)計(jì)一通孔并貫穿安裝長度大于尾端直徑的銷，銷與墊片共同配合作用，防止銷軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。
　　在一些項(xiàng)目中，銷軸結(jié)構(gòu)采用的是連接段等徑銷軸，但在實(shí)際使用中出現(xiàn)過設(shè)備維修拆卸困難、裝配插入難以一次對(duì)正等問題。為了解決上述問題，某1780mm熱連軋機(jī)卸卷小車在設(shè)計(jì)升降結(jié)構(gòu)的過程中借鑒了階梯軸的特點(diǎn)，將桿頭與抬升架體連接段設(shè)計(jì)加工為三段階梯結(jié)構(gòu)變徑銷軸，變徑銷軸連接結(jié)構(gòu)架體如圖1所示。在設(shè)備運(yùn)行中，桿頭和銷軸由接觸壓力會(huì)產(chǎn)生塑性變形，但是各階梯面間因銷軸外表面與桿頭內(nèi)環(huán)面的配合面外徑尺寸不同而不會(huì)彼此影響，所以連接段變徑銷軸的設(shè)計(jì)更為合理。

　　2.2球面桿結(jié)構(gòu)
　　變徑銷軸結(jié)構(gòu)雖然優(yōu)化了等徑銷軸的一些不足，但是根據(jù)用戶反饋，實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)過銷軸斷裂的情況。分析其原因，鋼卷卷取結(jié)束時(shí)，理論上帶尾應(yīng)該停留在5點(diǎn)鐘位置，繼而處于等待位置的卸卷小車將鋼卷卸下。而實(shí)際操作中，由于電控不準(zhǔn)確等原因，經(jīng)常會(huì)發(fā)生Z后一圈帶尾卷取不完全而打到卸卷小車托輥的現(xiàn)象。把托輥和抬升架體整體視為剛體結(jié)構(gòu)，當(dāng)帶尾對(duì)托輥的瞬間擊打時(shí)，力的傳遞使銷軸的連接結(jié)構(gòu)受到了瞬間較大的沖擊力，因此是有可能發(fā)生銷軸斷裂的情況。
　　鑒于以上問題，在某1450mm熱連軋機(jī)卸卷小車升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，將銷軸結(jié)構(gòu)改為球面桿結(jié)構(gòu)，如圖2所示。升降液壓缸活塞桿頭通過螺紋連接的球面桿代替銷軸孔結(jié)構(gòu)，液壓缸活塞桿帶動(dòng)球面桿頭與抬升架體中部鋼板相切接觸進(jìn)而控制抬升架體的升降動(dòng)作。同時(shí)，為了避免抬升架體在下降過程中無法依靠自重回復(fù)到預(yù)定位置等情況的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一塊加工有直徑小于球面桿直徑的擋板，擋板焊接在抬升架體中部鋼板上，利用球面桿不等徑的特點(diǎn)，抬升架體可以隨球面桿一同下降。

　　球面桿結(jié)構(gòu)相比銷軸結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）當(dāng)抬升架體的外側(cè)和車架體內(nèi)側(cè)滑板磨損較小時(shí)，忽略滑板間隙，瞬間的沖擊力會(huì)造成銷軸受到的外力過大以至發(fā)生斷裂破壞。同樣的情況下，當(dāng)沖擊力過大時(shí)，球面接觸點(diǎn)會(huì)因?yàn)樗苄宰冃螇嚎s成一個(gè)小直徑平面進(jìn)而從點(diǎn)接觸變?yōu)槊娼佑|，縮減的豎直方向上的尺寸可以通過增加升降液壓缸連桿伸出量彌補(bǔ)。從理論上分析，升降液壓缸活塞桿頭與抬升架體的銷軸連接結(jié)構(gòu)，在鋼卷和抬升架體的自重等外力F的作用下，銷軸中段相對(duì)于左右兩段具有反向的錯(cuò)動(dòng)，所以可視為雙剪切問題進(jìn)而計(jì)算其截面的平均切應(yīng)力。實(shí)際上，橫截面上的切應(yīng)力分布并不均勻，截面Z大切應(yīng)力τ_max的值為平均剪切應(yīng)力τ的4/3倍^[4]，即，式中：F為外力；A為銷軸的截面面積；[τ]為許用切應(yīng)力。將球面桿結(jié)構(gòu)簡化為等徑圓柱體長桿結(jié)構(gòu)，當(dāng)升降液壓缸連桿伸出并帶動(dòng)球面桿頂起抬升架體時(shí)，近似取桿的直徑與銷軸相同，則桿的截面面積與銷軸截面面積相同均為A，當(dāng)受到相同外力F時(shí)，球面桿受到的壓應(yīng)力大小為，式中：[σ]為許用應(yīng)力。按照第三強(qiáng)度理論，許用切應(yīng)力和許用應(yīng)力的關(guān)系為[τ]≈0.5[σ]。從以上計(jì)算結(jié)果分析可知，相比而言剪應(yīng)力的破壞是更容易發(fā)生的，因此球面桿結(jié)構(gòu)更具有安全性。（2）當(dāng)抬升架體的外側(cè)和車架體內(nèi)側(cè)滑板有較大磨損時(shí)，滑板間出現(xiàn)了一定量的間隙，此時(shí)如果托卷輥受到鋼卷帶尾的擊打，由于間隙的存在，抬升架體會(huì)出現(xiàn)小幅度晃動(dòng)，銷軸結(jié)構(gòu)在瞬間的沖擊力的影響下，不僅受到的剪切力增大，而且由于升降液壓缸活塞桿與抬升架體之間通過銷軸連接，抬升架體的晃動(dòng)會(huì)帶動(dòng)液壓缸活塞桿產(chǎn)生彎曲，嚴(yán)重的情況下會(huì)使得液壓缸報(bào)廢。同樣的情況下，由于球面桿結(jié)構(gòu)與抬升架體之間并不是連接結(jié)構(gòu)，即使發(fā)生抬升架體的晃動(dòng)，球面桿頭與抬升架體接觸的鋼板間僅會(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng)，不會(huì)影響到液壓缸。（3）球面桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更有利于裝配、維修等，同時(shí)能夠降低設(shè)備故障的可能性。
　　3　結(jié)束語
　　通過對(duì)卸卷小車升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，使其工作性能更加可靠，方便了設(shè)備的安裝維護(hù)，生產(chǎn)現(xiàn)場使用效果良好，有效保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
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　　作者簡介：楊斯淮，一重集團(tuán)大連工程技術(shù)有限公司，設(shè)計(jì)一部，助理工程師。
　　　　　　　李嘉牟，一重集團(tuán)大連工程技術(shù)有限公司，設(shè)計(jì)一部，工程師。

來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》2017年13期