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引言目前胀缩卷筒开卷机大致有以下型式：单卷筒悬臂式.双卷筒回转式.双柱头开卷机。单卷筒悬臂式适用于带材宽度在350mm以上，带厚较大的带卷，大多带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷，具有正、反转驱动功能,大多配有拆头直头机，方便开卷;对于带材宽度在350mm以上，带厚较大的带卷我们推荐使用单卷筒悬臂式开卷机。双卷筒回转式适用于带厚小于3mm的带材,这种双工位开卷机就是一个卷筒在工作时，另一个可以用悬臂吊或其他方法上卷。前一卷带材用完后，已上好卷的另一个卷筒可以立即回转至带材准备作业线进行开卷，当前一卷带材用完后。这样可以减少上卷工作时间，以减少后续活套的带材储存量。双柱头开卷机适用于带材宽度较大，卷重较重的带卷都带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷具有强度刚性好，上卷操作方便，工作平稳可靠，对中性好，结构简单的优点。对于带材宽度较大，卷重较重的带卷我们推荐使用双锥或双柱头开卷机。为了避免外径较大（￠1600以上）的带卷在高速工作时倾倒，大带卷的单卷筒悬臂式.双卷筒回转式开卷机都设有侧倒端装置。开卷机是自动控制液压板料剪切生产线中不可少的设备，是卷材加工准备工序的主要设备，其主要作用是为带材运行时提供张力，支撑带材，并把带材送入下道工序校平机。因此保证开卷机顺利工作对提高剪板生产率有很重要意义。例如该设计，首先根据所要卷材的厚度，宽度，选择开卷机的设计方案，并对设计方案进行评述。由于钢卷开卷张力大，采用滑块胀缩式卷筒胀缩结构，用液压缸活塞移动通过芯轴带动固定螺母、端盖向右移动，从而带动滑块也向右移动，扇形板在滑块1的斜面上作径向运动使卷筒缩径；反之，胀缩缸右端进油时使活塞向左移动，卷筒胀径。采用压辊压紧带钢，方便收卷，卸卷。这次设计，计算胀缩缸推力，保证推力足以使扇形板胀径。还有主轴的直径设计及校核。采用合理的直径使结构紧凑、经济合理、强度足够。1 开卷机的概念和发展趋势 1.1 选题的背景和目的随着科学技术的迅猛发展和人类生活节奏的加快，产品的生产，特别是机械产品为了能够有很强的市场竞争力，必须减少产品的生产时间，减轻工作的劳动强度这就要求机械产品更加效率自动化和智能化。在今天生活节奏很快的世界里，剪板机主要是为其他的加工提供或其他用途提供板料，因此，要求剪板机能提供合格板料的基础上，还要有高的工作效率，很高的自动化程度。因此自动控制液压剪板机生产线就应运而生了。而支撑开卷机是板料剪切生产线机组的一部分，是卷材加工准备工序的主要设备，其主要作用是为带材运行时提供张力，支撑带材，并把带材送入下道工序矫平机组中。开卷机的设计，除了按一般机械设计程序进行结构和强度设计外，还有几个与工艺和操作有关特殊问题：如机构选择、主要参数确定、开卷机张力的形成与确定胀缩液压缸推力的大小计算、调速以保证开卷使线速度恒定、变速箱的结构设计及各个啮合齿轮的传动比及结构设计计算、压辊压紧力计算、主轴的结构设计与强度校核、轴承的寿命计算等。 1.2 开卷机的概述开卷设备大体可分为：悬臂式开卷机、双圆柱头式开卷机和双锥头式开卷机。悬臂式开卷机具有刚性大，开卷张力大等优点，因此适用于较薄带材的开卷。悬臂式开卷机和双圆柱头式开卷机及双锥头式开卷机已成功地应用于带材精整机及液压剪板机生产线机组。最近几年，西德和美国一些机械制造公司和生产厂家，大力推广双圆柱头式开卷机。国外生产实践证明，双圆柱头式开卷机上料操作方便、工作平稳可靠，其结构也比悬臂式开卷机简单。其缺点是。由于采用两套传动装置，双圆柱头式开卷机设备重量比悬臂式开卷机要大。由于双锥头式开卷机，锥头部分和带内巻圈接触面积太小，带张力操作时，容易损坏带材头部，所以目前已不大采用。图1-1为某机组悬臂式开卷机的结构形式。图1-1悬臂式开卷机1、卷筒2、传动装置3、减速机4、电机5、胀缩油缸6、对中油缸 1.3 开卷机的结构 1.3.1 单筒可胀缩开卷机这种结构开卷机，其结构上与张力卷取机基本相同，但在开卷机筒上无钳口装置。按筒结构形式不同，可分为单筒棱锥式开卷机和单筒链板式开卷机。图1-2为单筒链板开卷机机构。它在带钢精整机组的头部，用来开卷厚度为0.6mm，宽度为500mm的带卷。卷重为16t，开卷速度为3m/s。筒的缩径机构，依靠仅作径向运动的四块弓形块3来实现。弓形块3与内筒1用链板2铰接，内筒1与芯轴4采用其尾部的垫板5连接在一起。芯轴4则与筒尾端部地轴向胀缩液压缸活塞杆相连。若轴向液压缸进行压力压油时，活塞杆与芯轴4一起做轴向移动使筒缩径。借助于弹簧的作用，使活塞杆与芯轴4复位，筒胀径。图1-2单筒链板式开卷机机构1内筒2链板3弓形块4芯轴5垫板这种开卷机适用于开卷张力不大于1000公斤的卷重在15t以下的横切机组、清洗机组、退火机组等精整机组。对于处理卷重较大和开卷张力较大的带卷时，可采用单筒棱锥式开卷机。图1-3为单筒棱锥式开卷机。它用于双机架平整机组，带材厚度为0.15-0.8mm，宽度为550-1270mm。开卷速度为33m/s或23m/s。开卷张力为2270公斤，卷重为20000-45000公斤。这种开卷机筒由活动支撑轴颈1、拉杆2、空心轴3、扇销4、弓形块5、棱锥轴6以及滑键7等组成。图1-3单筒棱锥式开卷机的筒结构1活动支撑轴颈2拉杆3空心轴4扇销5弓形块6棱锥轴7滑键这种单筒棱锥式开卷机与链板式开卷机比较，具有刚性好、开卷张力大、设备重量较轻等优点，目前已被广泛采用。 1.3.2双锥头无胀缩开卷机图1-4为双锥头无胀缩开卷机。它用来开卷厚度为1.5-5mm，宽度为1500mm的带材,开卷速度为1m/s。这种开卷机结构简单，其缺点是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑。为了克服这一缺点，可采用锥头可胀缩开卷机。图1-4双锥头无胀缩开卷机 1.3.3双圆柱头可胀缩开卷机双圆柱头可胀缩开卷机按其胀缩方式的不同，还可分为径向液压缸胀缩双圆柱头式开卷机和轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机两种。双圆柱头式开卷机用于酸洗机组、剪切机组及冷轧机组。一般来说，这种开卷机用来开卷张力不大的带厚为2-8mm的热轧带钢。对于薄带钢和大张力开卷时，则采用悬臂式开卷机。图1-5为径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机。开卷机左右锥头分别由液压缸2操作，可沿其水平方向移动。借此夹持带卷内径，并对中机组中心线。圆柱胀缩由两个径向液压缸来实现。为了使两个径向液压缸4作同步径向运动，利用齿轮3实现机械同步。这种结构上克服了上述锥头无胀缩开卷机的打滑现象，使用情况表明，效果良好。图1-5径向液压缸胀缩双圆柱头开卷机轴向液压缸双圆柱头开卷机，用于无机架冷连轧机组。带材厚度为1.5-6mm，带材宽度为550-1530mm。屈服极限为37公斤/毫米2。最大卷重为45000公斤。开卷速度为10.5m/s。开卷张力为920-9200公斤。筒结构如图1-6所示，筒直径为610mm，胀径时为630mm，缩径时为560mm，筒长度为855mm，由于筒较短，把与轴向胀缩液压缸活塞直接相连的拉杆头部做成锥形，在锥形部位加工出燕尾槽滑动面，使它与弓形3相配合，构成斜楔滑动机构。推动弓形块胀开，筒胀径。轴向胀缩液压缸反向动作时，借助拉杆端部上的燕尾槽使筒缩径。轴向胀缩活塞直径为440mm，形成221mm。图1-6轴向液压缸胀缩的双圆柱头开卷机的筒结构1空心轴2拉杆3弓形块轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机与径向液压缸双圆柱头开卷机相比，仅仅是圆柱头胀缩液压缸布置方式不同。制造和使用等方面来看，轴向液压缸胀缩双圆柱头开卷机较好。图1-7胀缩液压缸和回转接头1拉杆2活塞3回转接头 1.4 开卷机的发展趋势随着科学技术的迅猛发展和人类生活节奏的加快，产品的生产，特别是机械产品为了能够有很强的市场竞争力，必须减少产品的生产时间，减轻工作的劳动强度这就要求机械产品更加效率自动化和智能化。在今天生活节奏很快的世界里，剪板机主要是为其他的加工提供或其他用途提供板料，因此，要求剪板机能提供合格板料的基础上，还要有高的工作效率，很高的自动化程度。因此自动控制液压剪板机生产线就应运而生了。而支撑开卷机是板料剪切生产线机组的一部分，是卷材加工准备工序的主要设备，其主要作用是为带材运行时提供张力，支撑带材，并把带材送入下道工序矫平机组中。开卷机的控制更加要自动化、智能化、使用方便、操作简单。根据开卷速度和板面质量的要求，开卷机的型式已由箱式开卷机，无胀缩卷筒开卷机等类型，逐步发展过渡到胀缩卷筒式开卷机。薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板占钢材的比例逐年增加。开卷机的发展主要有以下几面：（1）为了提高设备的生产能力，相应的增加钢卷的重量。因为带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送入矫平机前，都必须经过吊料、上料、拆捆、开卷、然后送入展平、矫平机组中。在每一卷终了时又需要有减速、停机、卷取及卸卷的过程，占了较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下开卷的时间也相应的增加，带钢的质量才能得以改善。然而带钢质量也不可无限制地增加，它受到开卷机等机械设备的结构和强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，钢卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30-36kg/mm。（2）提高开卷机开卷的速度。20世纪50年代开卷机大都在20m/s左右，60年代以来已逐步提高到30m/s。但是开卷速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。（3）提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等，对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、开卷速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作与控制。2开卷机筒结构设计2.1开卷机筒结构胀缩式筒基本上有以下四种结构形式的：弓形板式、平行四连杆式、四棱锥式、四斜契式。其中平行四连杆式和四棱锥式两种结构比较常见，下面对这两种种筒结构进行介绍。平行四连杆式筒用四块结构尺寸基本相同的弧形板组成，每块弧形板和轴上的支撑套筒用四条相联形成平行四连杆机构，依靠短连杆倾角变化产生筒径的胀缩（图2-1）图2-1平行四连杆式筒在网上图书馆馆藏一个文献上也找到了平行四连杆式筒，其结构如图2-2，此时筒处于胀径的最大极限位置。图2-2处于胀径最大极限位置的平行四连杆式筒四棱锥式筒的筒体由四块扇形板组成，扇形板的内侧有阶梯形斜面与中心四棱锥的阶梯斜面相配合，利用四棱锥的少量轴向滑动形成外径的胀缩（图2-3）图2-3四棱锥式筒在图书馆藏中文科技期刊数据库，维普资讯中找到一篇文献，2007年第2期，《开卷机涨缩缸推力的确定》。我设计的卷筒就是与这个类似，下面来介绍文献中这个筒结构。卷筒轴为开卷机的主要部件，它主要由扇形板、卷筒轴、滑块、拉杆、涨缩缸、旋转接头等装配组成，如图2-4图2-4开卷机卷筒轴卷筒轴上装有滑块，通过固定螺母、卡套与拉杆相连接，拉杆与涨缩缸的活塞连接，滑块可在卷筒轴上的T形槽内滑动。滑块的斜面与水平面成16。角。扇形板通过滑块与卷筒轴相连接，由于卷筒轴端盖的限制，使得扇形板只能作径向运动。当涨缩缸左端进油时使活塞向右移动，活塞通过拉杆带动固定螺母和卡套向右移动，带动滑块也向右移动，扇形板在滑块的斜面上作径向运动使卷筒缩径；反之，涨缩缸右端进油时使活塞向左移动，卷筒胀径。 2.2 开卷机筒结构设计我设计的卷筒胀缩的原理与上面的比较相似，卷筒轴上也装有滑块式的导轨，通过固定螺母、端盖与芯轴相连接，滑块可在卷筒轴上的T形导轨内滑动。扇形板通过滑块与卷筒轴相连接，由于卷筒轴上的钢卷挡圈的限制，扇形板只能作径向运动。当涨缩缸左端进油时活塞向右运动，推动芯轴向右移动从而带动固定螺母和端盖向右移动，卷筒轴上的滑块向右移动，扇形板在滑块的斜面上作径向运动使卷筒缩径，最小值可达到Ф530mm；反之，涨缩缸右端进油时使活塞向左移动，卷筒胀