卷取机卷筒的制作方法

本发明涉及薄带铸轧生产线，尤其涉及卷取机，特别涉及用于薄带铸轧的卷取机卷筒。

背景技术：

目前国内热轧卷取机卷筒多采用无内水冷型式，卷筒主要依靠外冷水冷却，为保证600～800℃高温下卷取时，零部件不产生失效，对卷取时间就有较严格的限制。

并且，对于带钢厚度在0.7～1.91mm的薄带铸轧卷取，卷筒的最大卷重32.8t，最大卷径2050mm，卷取时间最长达到约17min，为保证卷筒正常工作，就需要对卷筒进行有效冷却，即增加内水冷。

现有热轧卷取机内水冷斜楔柱塞式卷筒主要存在以下技术问题：

首先，由于内水冷式扇形板工作在交变卷取应力和热应力共同作用的复杂应力状态下，前期以磨损失效为主，后期则可能出现裂纹失效甚至断裂失效，由于断裂失效会导致较严重的生产事故，因此当扇形板上存在长深裂纹时便需下机，判定报废。故一般将扇形板材料设为韧性好(相对“软”)的材料。当卷取开始后，扇形板与大柱塞及楔形轴间会产生较高的接触应力，同时自动缩径和二次胀径功能会使扇形板在工作过程中与大柱塞发生相对滑动，这种单一材料的扇形板将很难同时满足耐磨和韧性好的要求。

其次，由于板带在卷取过程中会产生沿卷筒轴线方向的动载荷，且自动缩径和二次胀缩功能会使扇形板在径向上产生动态移动，故扇形板轴向限位面会受到较大的动、静摩擦力，在严重磨损和交变应力的共同作用下，扇形板的轴向定位钩头容易出现失效。

再次，延伸轴与主轴之间采用分体装配联接，二者依靠轴、孔配合实现径向约束；依靠螺栓联接实现轴向约束。在卷取过程中，二者的联接螺栓及螺孔处于交变拉压应力状态，且扇形板的更换也需要拆卸延伸轴及轴向固定螺栓，因此，此处联接用的螺纹盲孔容易出现失效。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种卷取机卷筒，能够改善扇形板的整体寿命，延长扇形板的下机时间。

为达到上述目的，本发明提出一种卷取机卷筒，其中，所述卷取机卷筒包括主轴、楔形轴和多块扇形板，所述主轴具有沿所述主轴的轴向开设的安装腔，所述楔形轴设置在所述安装腔内，所述扇形板沿所述主轴的轴线设置并安装在所述主轴的外壁上，多块所述扇形板沿所述主轴的周向排列，所述楔形轴上设置有多个沿所述楔形轴的径向外凸的楔形斜面，每个所述楔形斜面上均设有柱塞组件，所述柱塞组件的一端顶抵在所述楔形斜面上，所述柱塞组件的另一端贯穿所述主轴的侧壁并顶抵在所述扇形板的内壁上，所述扇形板与所述柱塞组件接触位置处设有第一堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述柱塞组件包括第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞和所述第二柱塞沿所述楔形轴的轴向设置，所述第一柱塞和所述第二柱塞均为一端顶抵在所述楔形斜面上，所述第一柱塞和所述第二柱塞的另一端顶抵在所述扇形板上，所述扇形板在于第一柱塞和第二柱塞对应配合的位置处均设有第一堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述楔形斜面上设有与所述第一柱塞和第二柱塞对应配合的第二堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述扇形板的内壁面与所述主轴的接触位置处设有第三堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述扇形板轴向的两端均设有沿所述扇形板的轴向外凸的导向段，所述导向段具有两相对设置的侧边，所述侧边上覆盖有第四堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述主轴包括顺序设置的传动段和操作段，所述操作段的外径小于所述传动段的外径，所述安装腔开设在所述操作段内，所述操作段的端部还连接有延长轴，所述扇形板组件布置在所述传动段和所述延长轴配合形成的导槽内。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述操作段和所述延长轴通过多个螺栓能拆卸地连接，所述操作段的端部开设与所述螺栓对应配合的多个螺纹孔，每个所述螺纹孔的螺纹面上均覆盖有第五堆焊耐磨层。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述第一堆焊耐磨层的厚度为3mm至10mm。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述楔形轴内设有用于冷却的油路，所述楔形轴的每个楔形斜面上均开设有多个出油口。

如上所述的卷取机卷筒，其中，所述扇形板还设有钩头部，所述钩头部具有朝向所述主轴的轴向定位面，在所述轴向定位面上开设有油槽，所述主轴上开设有连通所述油槽和所述出油口的侧油槽。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的卷取机卷筒，其扇形板上与柱塞组件接触的位置处覆盖有第一堆焊耐磨层，增加了扇形板局部耐磨性，在高接触应力和相对滑动的作用下更好的保护扇形板内接触面，延长下机时间，能够显著改善扇形板的整体寿命。

本发明提出的卷取机卷筒，其扇形板的钩头部的轴向定位面增加润滑油槽，能够减少由于自动缩径和二次胀径带来的附加阻力，改善了扇形板的受力状态，进而延长扇形板的使用寿命。

本发明提出的卷取机卷筒，其主轴与延伸轴能拆卸地固定连接，主轴端部的螺纹孔中覆盖有第五堆焊耐磨层，可以在旋转交变动载荷和扇形板更换中保护螺纹孔，如此就不会因为螺纹孔的失效而影响整个主轴的寿命。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明提出的卷取机卷筒的结构示意图；

图2为本发明中柱塞组件的结构示意图；

图3为本发明中扇形板的结构示意图(一)；

图4为本发明中扇形板的结构示意图(二)；

图5为本发明中钩头部的结构示意图；

图6为本发明中扇形板的结构示意图(三)；

图7为本发明中主轴操作段的端部的结构示意图；

图8为图7中b向的局部剖视图；

图9为本发明中卷取机卷筒的立体图；

图10为本发明中卷取机卷筒的组装示意图；

图11为本发明中扇形板导向段的结构示意图；

图12为本发明中扇形板钩头部的结构示意图；

图13为本发明中楔形轴的结构示意图；

图14为本发明中楔形斜面的结构示意图；

图15为图14中e-e向的剖面图；

图16为本发明中第一柱塞的结构示意图(一)；

图17为本发明中第一柱塞的结构示意图(二)；

图18为本发明中楔形轴的结构示意图；

图19为本发明中主轴的结构意图；

图20为图19中f向的剖视图；

图21为图19中n-n向的剖视图；

图22为图19中p-p向的剖视图；

图23为本发明中卷取机卷筒的剖面图。

附图标记说明：

10卷筒；100楔形轴；

110楔形斜面；

130油路；131主油管；

132支路油管；133出油口；

200主轴；210安装腔；

220传动段；230操作段；

240凹槽；250支撑楞；

260螺纹孔；270第五堆焊耐磨层；

280第二柱塞孔；290第一柱塞孔；

300扇形板组件；310扇形板；

320第一堆焊耐磨层；330第三堆焊耐磨层；

340导向段；350第四堆焊耐磨层；

370钩头部；380油槽；

400柱塞组件；410第一柱塞；

411上钩；412下钩；

420第二柱塞；430碟形弹簧；

500延长轴；600螺栓；

700水路；710进水口；

720出水口；800第六堆焊耐磨层；

900第七堆焊耐磨层。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1至图23，本发明提出了一种卷取机卷筒10，该卷取机卷筒10包括由内向外顺序套设的楔形轴100、主轴200和多块扇形板310，主轴200具有沿主轴200的轴向开设的安装腔210，安装腔210沿主轴200的轴向开设，楔形轴100套装在安装腔210内，扇形板310为径向为弧形的长条形曲面板，多块扇形板310沿主轴200的周向拼合成筒状的扇形板组件300，扇形板组件300套装在主轴200的外壁上，楔形轴100上设置有多个沿楔形轴100的径向外凸的楔形斜面110，每个楔形斜面110上均设有柱塞组件400，柱塞组件400的一端顶抵在楔形斜面110上，柱塞组件400的另一端贯穿主轴200的侧壁并顶抵在扇形板310上，扇形板310的内壁面与柱塞组件400接触位置处覆盖有第一堆焊耐磨层320。

在一个可选的例子中，楔形轴100的外壁上具有多个楔形斜面组，多个楔形斜面组沿楔形轴100的轴向排列，每个楔形斜面组内均包括沿楔形轴100的周向排列的多个楔形斜面110，楔形斜面组内楔形斜面110的数量与扇形板组件300内扇形板310的数量相同。

本发明提出的卷取机卷筒10，如图1、图2所示，在不改变扇形板310整体韧性(扇形板310的主体仍采用较“软”的材料)的条件下，在扇形板310的内壁面与柱塞组件400接触位置处覆盖有第一堆焊耐磨层320，即保持了扇形板310整体上可以延缓磨损和裂纹产生，又增加了扇形板310局部的耐磨性，第一堆焊耐磨层320与柱塞组件400对应配合，在高接触应力和相对滑动的作用下更好的保护了扇形板310的内壁面，显著改善了扇形板的整体寿命，延长了扇形板的下机时间。

在本发明一个可选的例子中，第一堆焊耐磨层320为硬质合金耐磨层，以增加扇形板310的耐磨性。

堆焊为现有技术，即是在共建的表面或边缘进行熔敷耐磨、耐蚀、耐热等性能金属的焊接工艺，堆焊对提高零件的使用寿命，合理使用材料，提高产品性能，降低成本有显著的效益，不同的工件和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺，才能获得满意的堆焊效果。第一堆焊耐磨层320的制造方法为，先在扇形板310的相应位置处预制有凹坑，再将堆焊料堆焊在扇形板310预制的凹坑内，堆焊完成后一体加工扇形板310的内壁面及第一堆焊耐磨层320。

在本发明一个可选的例子中，如图2所示，柱塞组件400包括第一柱塞410和第二柱塞420，第一柱塞410的直径大于第二柱塞420的直径，第一柱塞410和第二柱塞420均布置在扇形板310和楔形轴100之间，第一柱塞410和第二柱塞沿楔形轴100的轴向并排设置且具有间隔，第一柱塞410和第二柱塞420均设置为一端顶抵在楔形斜面110上，另一端贯穿主轴200的侧壁并顶抵在扇形板310的内壁面上，扇形板310的内壁面在第一柱塞410和第二柱塞420对应配合的位置处均设有第一堆焊耐磨层320。

在本发明一个可选的例子中，如图2、图10所示，主轴200的侧壁上开设有与第一柱塞410对应配合的第一柱塞孔290以及与第二柱塞420对应配合的第二柱塞孔280。每一组第一柱塞孔290和第二柱塞孔280均对应楔形轴100上的一个楔形斜面110，每个楔形斜面110对应的第一柱塞孔290和第二柱塞孔280均排列在同一直线上，第一柱塞孔290和第二柱塞孔280分别对第一柱塞410和第二柱塞420起到径向定位作用。第一柱塞410一端顶抵在楔形斜面110上，第一柱塞410的另一端穿过第一柱塞孔290并顶抵在扇形板310的内壁面上，第二柱塞420一端顶抵在楔形斜面110上，第二柱塞420的另一端穿过第二柱塞孔280并顶抵在扇形板310的内壁面上，第二柱塞420内配置有碟形弹簧430。卷取开始前，第二柱塞420内的碟形弹簧430处于压缩状态，存在推动扇形板310远离楔形轴100的趋势。

在本发明一个可选的例子中，如图2、图6、图10、图13至图17所示，第一柱塞410的顶面为平面，第一柱塞410的底面为与楔形斜面110对应配合的斜面，第一柱塞410的顶端设有沿第一柱塞410的径向外凸的上钩411，第一柱塞410的底端设有沿第一柱塞410的径向外凸的下钩412，扇形板310的内壁面设有与上钩411对应配合的上沟槽，楔形斜面110上设有与下钩412对应配合的下沟槽。卷取开始前，第二柱塞420内的碟形弹簧430处于压缩状态，存在推动扇形板310远离楔形轴100的趋势，此时扇形板310上沟槽的内壁勾住第一柱塞410的上钩411，第一柱塞410的下钩412钩住楔形轴100上的下沟槽的内壁，而楔形轴100固定在主轴200内，故扇形板310处于稳定位置。当楔形轴100向左运动时，第一柱塞410径向外移，推动扇形板310径向胀大，当楔形轴100向右运动时，扇形板310被第一柱塞410拉动向内移动，处于径向缩小状态。在卷取过程中，扇形板310受卷取压力作用，扇形板310向主轴200的轴心运动，压缩第一柱塞410，第一柱塞410的上顶面与扇形板310内壁面接触，第一柱塞410的斜面与楔形轴100的楔形斜面110接触，此时扇形板310由第一柱塞410支撑。

在本发明一个可选的例子中，如图13所示，楔形轴100从左到右设置有若干楔形斜面110，楔形轴的周向相邻的两楔形斜面110旋转90°(相邻的两个楔形斜面110之间的夹角为90°)，并且交错布置。由于结构复杂，楔形轴100直径较小，为保证楔形轴100的强度，相邻的两楔形斜面110沿轴向错开，保证多个楔形斜面110的最低点不在楔形轴100径向的同一断面上，这种设计增大了楔形轴100承载截面的实体面积，改善了楔形轴100承载部位的应力状态。

在本发明一个可选的例子中，如图1所示，主轴200的安装腔210按照间隙配合公差对应楔形轴100加工出阶梯孔，二者装配后可以保证楔形轴100在轴向移动时的同轴度要求。

在本发明一个可选的例子中，楔形斜面110在与第一柱塞410和第二柱塞41接触位置处均设有第二堆焊耐磨层。

在一个可选的例子中，第二堆焊耐磨层为铜质堆焊耐磨层，以增加楔形斜面110的耐磨性。

在本发明一个可选的例子中，楔形轴100包括顺序设置的传动侧导向段、中部导向段和操作侧导向段。在楔形轴100上的传动侧导向段、中部导向段和操作侧导向段均设有环状的铜质堆焊耐磨层。

在本发明一个可选的例子中，如图9、图10、图19所示，主轴200包括顺序设置的传动段220和操作段230，安装腔210开设在操作段230内，操作段230的外壁上开设有多条凹槽240，凹槽240沿主轴200的轴向开设，每个凹槽240的底面均开设有多个与柱塞组件400对应配合的贯穿孔组(第一柱塞孔290和第二柱塞孔280)，每个凹槽240外均对应设置有一个扇形板310。

在一个可选的例子中，如图7、图10所示，操作段230的外壁上开设有4条凹槽240，每两条相邻的凹槽240之间的夹角均为90度，主轴200外安装有4块扇形板310，每条凹槽240外均对应安装有一块扇形板310。对应的，楔形轴100上的设有4组沿楔形轴100的轴向排列的楔形斜面110。

在一个可选的例子中，如图9、图10所示，每两个扇形板310之间错齿相互搭接，四块扇形板310采用整体安装，四块扇形板310先错齿相互搭接拼合成筒状的扇形板组件300，再使扇形板组件300从主轴200操作段的端部套入。每两个扇形板310之间错齿相互搭接，能够保证薄带不会在卷取压应力的作用下凹陷。

在一个可选的例子中，如图7、图10所示，主轴200在每两凹槽240的两侧壁顶端形成有支撑楞250，支撑楞250沿主轴200的轴向设置，扇形板310的内壁面支撑在支撑楞上。

在本发明一个可选的例子中，如图6、图7、图10、图23所示，扇形板310的内壁面与主轴200接触位置处(即，扇形板310的内壁面与支撑楞250的接触位置处，该接触位置处为扇形板310的内壁面沿长度方向上的两侧翼立面)覆盖有第三堆焊耐磨层330。由于扇形板310的内壁面与主轴200的接触位置处起导向和定位作用，且长期接触冷水，第三堆焊耐磨层330为不锈钢堆焊耐磨层，以增强扇形板310内壁面的防锈及耐磨属性。

在一个可选的例子中，支撑楞250上覆盖有与第三堆焊耐磨层330对应配合的第七堆焊耐磨层900。第七堆焊耐磨层900也为不锈钢堆焊耐磨层。

在本发明一个可选的例子中，操作段230的端部还连接有延长轴500，扇形板组件300布置在传动段220和延长轴500配合形成的导槽内。

在本发明一个可选的例子中，如图3至图6、图10所示，扇形板310轴向的两端均设有沿扇形板310的轴向外凸的导向段340，导向段340具有两相对设置的侧边，侧边上均覆盖有第四堆焊耐磨层350。

在一个可选的例子中，如图9、图10所示，传动段220上和延长轴500上均开设有与导向段340对应配合的导向槽，导向段340伸入对应配合的导向槽中。

在本发明一个可选的例子中，如图11、12所示，传动段220的导槽的内壁面上以及延长轴500的导槽的内壁面上均设有与第四堆焊耐磨层350对应配合的第六耐磨层800。

在一个可选的例子中，第四堆焊耐磨层350和第六耐磨层800均为铜质堆焊耐磨层。

在本发明一个可选的例子中，如图4、图5所示，朝向延长轴500的导向段340上设置有钩头部370，钩头部370沿主轴200的周向凸出，钩头部370具有朝向主轴100的轴向定位面，在该轴向定位面上开设有油槽380。延长轴500上还开设有与钩头部370对应配合的定位槽，钩头部370插设在定位槽内，进而实现对钩头部370的轴向固定(沿主轴200的轴向的双向均不能移动)，这样，扇形板310设有钩头部370的一端便成为固定端，扇形板310的另一端为自由端，自由端不做固定，在扇形板310受热后，自由端可向传动段220自由伸长。通过在扇形板310的钩头部370位轴向定位面增加油槽380的结构，使干油能够进入钩头部370和主轴200之间，在满足原有强度的前提下，减少了扇形板310由于自动缩径和二次胀径带来的附加阻力，改善了扇形板310的受力状态。

在一个可选的例子中，如图18所示，楔形轴100内设有用于冷却的油路130，在楔形轴100的每个楔形斜面110上均开设有出油口133，主轴200凹槽240的侧壁上还开设有侧油槽，侧油槽沿主轴200的轴向开设并与上述出油口相连通，润滑油由该出油口133进入侧油槽后再进入扇形板310钩头部370上的油槽380内，这样，润滑油可同时充满侧油槽(位于凹槽240的侧壁上)与油槽380(位于钩头部370的轴向定位面上)，当扇形板310相对于主轴200做相对运动时，可大大减少摩擦阻力。楔形轴100内的油路130包括主油管131和连接在主油管上的多个支路油管132并且在每个楔形斜面110上布置有与第一柱塞410和第二柱塞420对应的径向出油口133，润滑油的分配路径是由楔形轴100上的主油管131输入，经干油分配器分配至各支路油管132，然后分别经多个出油口133进入位于楔形轴100的滑动面、轴承外圈接触面，楔形斜面110上的润滑点，以实现各个润滑面的给油需要。另外，特别在操作段230的端部设置一人工加油嘴，如果干油自动分配系统出现故障，可通过该油嘴手动紧急加油。

在本发明一个可选的例子中，如图19至图22所示，主轴200内布置有冷却水路700，在传动段220处设有多个进水口710，在操作段230与扇形板310的对应位置处布置有多个出水口720。在一个可选的例子中，冷却水由主轴200传动段220上的4个进水口710进入，经过主轴200内部深处，再由操作段230的16个出水口720出水以冷却扇形板310。

在本发明一个可选的例子中，如图7至图10所示，操作段230和延长轴500通过多个螺栓600能拆卸地连接，操作段230的端部开设有多个与螺栓600对应配合的螺纹孔260，螺栓600贯穿延长轴500与螺纹孔260的内壁螺纹配合，螺纹孔260的螺纹面上覆盖有第五堆焊耐磨层270。第五堆焊耐磨层270包括由内向外顺序设置的不锈钢堆焊耐磨层和硬质合金堆焊耐磨层。硬质合金堆焊耐磨层具有较高的硬度，在蒸汽和溅水环境下不易锈蚀，保证了螺纹孔260耐磨且不易脱丝滑扣，可以在延伸轴500在旋转交变动载荷作用下和扇形板310更换等工况下保护螺纹孔260，如此就不会因为螺纹孔260的失效而影响整个主轴200的使用寿命，进而间接延长了主轴200的寿命，同时，不锈钢堆焊耐磨层作为硬质合金堆焊耐磨层和主轴200的母材之间的过度材料，能够进一步保证硬质合金堆焊耐磨层焊接的良好，无裂缝。

在一个可选的例子中，螺栓600为高强螺栓，其载荷性能等级采用10.9级，以保证主轴200与延伸轴500之间的可靠连接。

在本发明一个可选的例子中，第一堆焊耐磨层320的厚度为3mm至10mm。

一个可选的例子中，第二堆焊耐磨层的厚度、第三堆焊耐磨层330的厚度、第四堆焊耐磨层350的厚度和第五堆焊耐磨层270的厚度均为3mm至10mm，具体厚度可以考虑焊接应力释放和磨损修复量，针对不同部位，采用不同厚度。

在本发明中，第二堆焊耐磨层、第三堆焊耐磨层330、第四堆焊耐磨层350和第五堆焊耐磨层270的制造方法与第一堆焊耐磨层320相同，只是采用的堆焊料有所不同，再次不进行赘述。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。