包装机组翻卷机液压系统分析

耿庆斌 顾亚婷

(中冶京诚工程技术有限公司 北京 100176)

1 前言

随着国内钢铁行业产业升级及包装行业的发展[1]，冷轧钢卷生产企业对钢卷存储及运输越来越重视，陆续新建多条包装机组。翻卷机作为包装机组中的一种重要设备，可将钢卷由卧卷改为立卷，也可将立卷改为卧卷。

翻卷过程中，动作稳定性差很容易造成钢卷的表面戳伤和液压管道爆管等问题。因此为保证产品表面质量，防止出现安全生产事故及提高工作效率，实现翻卷机动作的稳定和精确控制非常重要。

2 翻卷机的研究

翻卷机主要由翻转鞍座，驱动机构，传动辊道组成，见图1翻卷机及动作示意。

翻转工作过程：首先在位置一处，钢卷通过运卷车放置在翻转鞍座上。然后通过液压缸对钢卷进行翻转，如位置二。翻转完成在位置三处，钢卷通过传动辊道输送到翻卷机外。

翻转驱动机构，一般可采用液压马达或液压缸形式。液压马达具有旋转角度大、驱动简单和体积小等特点[2]。但马达抗冲击差，因此多数翻卷机采用液压缸驱动。采用液压缸驱动，执行元件少，控制简单。但在位置二处，当α角大于45度时，由于重力原因，翻转鞍座与钢卷将会失重。为了实现翻卷机动作的稳定和精确控制，设计时需考虑该问题。

图1 翻卷机及动作示意

3 翻卷机液压缸受力分析

翻卷机倾翻速度低，角速度小，计算倾翻力矩时动力矩可以忽略不计[3]。根据图2翻卷机受力分析及液压缸轨迹，利用翻卷机静力矩平衡方程及液压缸运动轨迹建立如下方程：

F3L=F1cos(40+α)+F2cos(75+α)

(1)

B12+2BR3cos(45+α)=B2+R32

(2)

sinβ=R3[cos(-45+α)-cos45]/B1

(3)

L=Bsin(12+β)

(4)

式中:F1-钢卷重量，N，取100000;

F2-翻卷机重量，N，取55000;

F3-液压缸作用力，N，可求变量;

L-液压缸作用力的力臂，m，可求变量;

α-翻卷机翻卷角度，°，变量;

R1-设备几何尺寸，m，取1.48;

R2-设备几何尺寸，m，取0.66;

R3-设备几何尺寸，m，取0.44;

B-设备几何尺寸，m，取1.54。

图2 翻卷机受力分析及液压缸轨迹

通过方程组及Excel电子表格计算，画出当α角由0°到90°时液压缸作用力曲线,见图3。

图3 液压缸作用力曲线

从液压缸作用力曲线可以看出，当翻卷机刚翻卷时，液压缸对翻转鞍座产生约280kN的推力。随着翻卷角度的变大，推力越来越小。当翻转角度超过40°后，为避免设备失重，液压缸将对翻转鞍座产生拉力。并且随着角度增大，拉力越来越大。当翻转角度达到90°时，液压缸拉力最大，达到370kN左右。

本项目采用两个液压缸，液压缸缸径160mm，缸杆直径70mm。根据计算可知，液压系统需要的最高工作压力在推力280kN时，工作压力7MPa。液压缸耐压强度，出现在拉力370kN时，最高背压11MPa。

4 液压系统

图4 液压系统图

本项目选用公称压力为25MPa的液压缸，为避免设备失速，液压缸有杆腔将产生11MPa左右的背压。 由于背压较高，为避免液压缸意外爆缸造成安全生产事故，在液压缸口处安装液控单向阀保证爆缸时的安全。

液压系统采用比例阀与出口节流流量限制阀组合使用。翻转鞍座翻转速度稳定可控，同时避免设备失重失速，见图4。

当液压缸速度60mm/s时，液压缸油耗150L/min。结合使用压力7MPa，可选排量125ml的液压泵，功率30kW的电机。

5 结束语

翻卷机作为彩涂包装机组的一种主要设备。本文对其使用情况进行了介绍，对其不同的结构形式进行了比较。通过理论分析与实践应用两方面，总结出提高翻卷机动作稳定性的方法。利用本方法设计的液压系统已经投入到多条生产线上，效果良好受到用户好评。