一种带内圈恒压压紧与拼缝密封结构的开卷机卷筒的制作方法

本发明涉及冶金开卷设备，具体涉及一种带内圈恒压压紧与拼缝密封结构的开卷机卷筒。

背景技术：

1、开卷机是冶金带钢处理线中的核心设备，用于将成卷的钢卷涨紧支撑并旋转开卷，将带钢送入后续的酸洗、轧制、剪切等工序。卷筒是开卷机的核心部件，目前广泛采用的是棱锥式扇形块卷筒，通过轴向移动的棱锥芯轴带动周向分布的扇形块径向涨缩，实现对钢卷内孔的涨紧和松脱。

2、现有棱锥式扇形块卷筒在实际使用中存在两个长期未得到有效解决的技术问题：一是开卷末期钢卷内圈易松卷弹钢，钢卷在卷取过程中内部储存有较大的弹性势能，当开卷至剩余最后3-5 圈时，钢卷对扇形块的箍紧力逐渐减小，内圈带钢在弹性势能作用下会向外弹开，出现松卷、窜动现象，严重时会导致带钢甩动，损坏设备甚至造成人员受伤；同时松卷后的带钢会偏离运行中心线，导致后续工序带钢跑偏、刮边。目前现有技术多采用在开卷机外部设置摆臂式压辊的方式，从钢卷外侧压紧带钢，但外部压辊结构复杂，需要额外的驱动和摆臂机构，且当钢卷卷径减小到接近卷筒直径时，压辊会与卷筒本体发生干涉，无法压紧最内圈的带钢，防松效果差；二是扇形块拼缝易插入带尾，扇形块之间需要留有供涨缩移动的拼缝，当开卷至最后一圈带钢尾部时，带钢尾部在弹性作用下容易插入拼缝中，轻则导致带钢尾部弯折报废，重则勾住扇形块，造成扇形块变形、棱锥卡滞，甚至导致扇形块断裂、设备停机，该类故障在现场的发生率高达40%以上。现有技术中部分卷筒采用交错式弧板结构遮挡拼缝，但交错式弧板之间仍存在间隙，且磨损后间隙增大，无法完全避免带尾插入，同时交错结构会导致扇形块涨缩时出现卡滞。

3、此外，现有增径式卷筒在适配不同内径钢卷时，增径套与扇形块之间也存在拼接缝隙，同样存在带尾插入的风险，且增径套安装后与卷筒本体的同轴度差，高速开卷时易出现跳动。

4、现有技术中为解决上述问题的方案存在明显短板：若采用外置压辊，存在结构干涉，不能处理钢卷最内圈；若采用拼缝遮挡板，只能解决插尾，不能解决松卷弹钢；行业普遍顾虑，扇形块开设径向贯通槽会大幅降低扇形块承载强度，因此现有技术没有在扇形块本体内部集成径向恒压压紧机构同时配套拼缝-防尘一体化密封结构的完整方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种带内圈恒压压紧与拼缝密封结构的开卷机卷筒，从卷筒本体结构出发，同时解决开卷末期内圈松卷弹钢和拼缝插入带尾的行业共性问题，结构简单可靠，无需额外外部机构，既可以整机新制，也能够改造现有棱锥式开卷机卷筒，适配多种冶金处理工况。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种带内圈恒压压紧与拼缝密封结构的开卷机卷筒，包括主轴、滑动套设在主轴上的四棱锥芯轴、周向均布在四棱锥芯轴外侧的四块扇形块、驱动四棱锥芯轴沿主轴轴向移动以带动扇形块径向涨缩的涨紧驱动油缸；所述四棱锥芯轴的各个锥面均固定装配有铜滑块，铜滑块与扇形块的内锥面滑动配合，相邻扇形块之间留有供涨缩活动的拼缝；

4、每个所述扇形块的本体内开设有若干径向贯通的径向安装槽，所述径向安装槽开设于相邻铜滑块之间的低应力间隔位置，规避开槽对扇形块整体承载强度的削弱；

5、每个径向安装槽内部装配一组内圈压紧机构，所述内圈压紧机构包含压紧块、恒压弹簧以及导向限位销；所述压紧块可沿径向滑动装配于径向安装槽内部，压紧块外端为适配卷筒外圆的圆弧工作面；所述恒压弹簧抵接在压紧块内端与径向安装槽槽底之间，恒压弹簧持续向外侧对压紧块施加径向顶推弹力；所述导向限位销固定设置在径向安装槽内，压紧块设置与导向限位销相匹配的长圆孔，导向限位销与长圆孔配合限定压紧块向外的最大伸出行程，防止压紧块脱出；

6、相邻扇形块的拼缝位置设置拼缝-防尘一体化密封结构；所述拼缝-防尘一体化密封结构包括弹性密封钢带、压条以及紧固螺钉；

7、所述弹性密封钢带沿卷筒轴向通长布置，弹性密封钢带的左右两侧边分别卡装在相邻两块扇形块外圆的密封安装槽之内；压条压接在弹性密封钢带的轴向两端，压条借助紧固螺钉锁紧固定于扇形块的端面；弹性密封钢带的外圆弧面与扇形块外圆保持齐平；

8、所述弹性密封钢带同时覆盖拼缝外侧以及径向安装槽的外侧槽口；弹性密封钢带与压紧块圆弧工作面之间预留径向活动间隙；弹性密封钢带配置为：一方面遮挡拼缝阻止带钢尾部嵌入拼缝，另一方面阻挡氧化铁皮、冷却水杂质进入径向安装槽，避免内圈压紧机构发生卡滞；

9、所述压紧块被配置为：卷筒涨紧钢卷状态下可被钢卷内孔压迫克服恒压弹簧弹力缩回径向安装槽内部；钢卷卷径减小、钢卷对内圈箍紧力下降时，依靠恒压弹簧的弹力向外伸出，压紧块圆弧工作面持续抵压钢卷内圈。

10、进一步的，所述压紧块的圆弧工作面上加工防滑纹理；所述防滑纹理为沿轴向延伸的多条浅槽，用于增大压紧块与钢卷内圈之间摩擦系数，防止压紧状态下打滑。

11、进一步的，所述恒压弹簧选用圆柱螺旋压缩弹簧；单块压紧块配置2-3个沿轴向均布的恒压弹簧；恒压弹簧预压缩量5-8mm；压紧块最大径向伸出量设置为10-15mm；该组参数为优选区间，依据钢卷吨位、钢卷内径规格可以做适应性调整，保障开卷末期剩余3-5圈钢卷时依旧具备有效压紧能力。

12、进一步的，所述弹性密封钢带为65mn弹簧钢带；钢带厚度0.8-1.2mm，钢带宽度15-20mm；弹性密封钢带侧边装入密封安装槽后保持0.2-0.3mm 预压缩量，保证钢带始终贴合扇形块表面，扇形块涨缩过程中跟随变形，持续遮盖拼缝与槽口。

13、进一步的，所述铜滑块上开设润滑油槽，降低扇形块与四棱锥芯轴锥面的摩擦磨损，提升设备使用寿命。

14、进一步的，扇形块两端装配端部挡盘，端部挡盘固定于主轴；端部挡盘外径较卷筒涨开后的最小直径小2-3mm，实现钢卷轴向限位同时不干涉开卷作业。

15、本发明的工作原理如下：

16、上卷时，涨紧驱动油缸驱动四棱锥芯轴向主轴端部移动，通过锥面配合带动四块扇形块同步径向涨开，将钢卷内孔涨紧；此时钢卷内孔壁压迫所有压紧块，使压紧块缩回径向安装槽内，恒压弹簧被压缩，压紧块的外圆弧面与扇形块外圆面齐平，不会影响钢卷的正常涨紧；同时弹性密封钢带被压在钢卷内孔壁与扇形块之间，弹性密封钢带产生弹性变形，紧贴钢卷内孔壁，将相邻扇形块之间的拼缝完全密封，同时覆盖径向安装槽的开口，开卷过程中氧化铁皮、高压水等杂质不会进入拼缝和径向安装槽内，避免卡滞。

17、开卷过程中，随着钢卷卷径逐渐减小，钢卷对卷筒的箍紧力逐渐降低，恒压弹簧逐渐恢复变形，推动压紧块缓慢径向伸出，使压紧块的外圆弧面始终紧贴钢卷内圈，提供恒定的压紧力；当开卷至剩余最后3-5圈时，压紧块伸出至最大位置，在导向限位销的限制下不会脱出径向安装槽，此时压紧块仍可靠压紧钢卷内圈，避免内圈带钢在弹性势能作用下弹开松卷。

18、在整个开卷过程中，弹性密封钢带始终覆盖在拼缝外侧，即使扇形块随卷径减小径向收缩，弹性密封钢带在自身弹力作用下仍紧贴两侧扇形块的表面，拼缝处始终处于密封状态，带钢尾部到达拼缝位置时，会沿弹性密封钢带的光滑表面滑过，不会插入拼缝内。

19、开卷完成后，涨紧驱动油缸驱动四棱锥芯轴退回，扇形块径向收缩，压紧块在恒压弹簧作用下伸出至最大位置，弹性密封钢带恢复初始形状，准备下一次上卷。

20、本发明最主要的发明思路在于两套机构相互配合，而非独立部件简单叠加：

21、第一，在扇形块的铜滑块间隔低应力区域开设径向安装槽，避开扇形块主要受力承载区，在不牺牲结构强度前提下内置由压紧块-恒压弹簧-导向限位销组成的内圈压紧机构，依靠弹簧弹力实现钢卷内圈的自适应恒压顶紧，解决开卷末期箍紧力消失带来的松卷弹钢问题；

22、第二，设置拼缝-防尘一体化弹性密封钢带，该单一构件具备双重功能：一方面随扇形块涨缩持续遮盖拼缝，阻止带尾嵌入；另一方面覆盖径向安装槽槽口，阻挡氧化铁皮、冷却水进入压紧机构，避免弹簧、滑动副卡滞失效。

23、两套结构相互依存，若无一体化密封钢带，内置压紧机构很快被杂质卡滞，压紧功能直接丧失；若无内置压紧机构，密封钢带只能解决插尾故障，无法处理开卷末期松卷弹钢。二者组合之后，一并解决两项行业长期存在的共性故障，产生单独使用任一机构均无法实现的综合技术效果。

24、因此，本发明与现有技术相比的技术效果如下：

25、1、本发明将径向安装槽布置在扇形块相邻铜滑块的间隔低应力区域，规避开槽带来的强度削弱，在扇形块本体内部集成自适应内圈压紧机构，不需要外部摆臂、外部压紧驱动；依靠恒压弹簧弹力，在开卷末期钢卷箍紧力衰减的工况下自动顶紧钢卷内圈，从根源抑制松卷弹钢，消除甩钢的安全风险，减少带钢跑偏刮边故障；压紧机构全部内置，不存在与周边设备干涉的问题，维护拆装方便。

26、2、本发明采用拼缝-防尘一体化弹性密封钢带，单一零件同时实现两项功能：随扇形块涨缩持续遮盖拼缝，阻止带尾嵌入；同时对径向安装槽进行防尘防护，阻挡氧化铁皮、冷却水进入压紧机构滑动副，避免弹簧、压紧块卡滞失效。两套机构相互依存，不是简单叠加；如果缺失密封钢带，内置压紧机构会快速失效；如果缺失内置压紧机构，仅密封钢带只能解决插尾故障，不能处理松卷弹钢。该耦合协同效果是单独使用压紧机构或者单独使用拼缝密封件均无法实现。

27、3、弹性密封钢带依靠自身弹性补偿涨缩间隙以及磨损间隙，全程遮盖拼缝；钢带表面光滑，不会划伤钢卷内表面；降低扇形块勾挂带尾、断裂卡机的故障概率，减少停机维护工时。

28、4、本发明既可以整机全新制造，也可以直接替换现有开卷机卷筒旧扇形块，不需要改动开卷机主机本体结构，改造成本低；适配酸洗线、镀锌线、连续冷轧线等各类冶金带钢处理产线。

29、5、经申请人试验验证，同规格常规棱锥式卷筒月均因松卷、插带导致的故障停机时间约为12小时，带钢内表面划伤率超过1%；采用本专利结构后，月均同类故障停机时间低于1小时，带钢内表面划伤率降至不到0.1%，因故障停机率大大降低，取得预料不到的技术效果。