一种薄钢带恒张力自适应送料机的制作方法

本发明涉及一种送料机，尤其是一种用于生产线的薄钢带恒张力自适应送料机，属于机械制造技术领域。

背景技术：

小口径不锈钢金属波纹管软管由薄壁不锈钢钢带通过卷圆焊接旋压成型而成，具有柔性、抗振、耐压、耐蚀、耐疲劳等综合性能，能承受脉冲、扭转、弯曲载荷，是一种重要的管路系统连接件。

为解决精密软管成型技术难题，首先需要攻克在线成型焊管稳定送料难关。据申请人了解，传统的钢带送料方式为单盘卧式或立式随动转盘，此类转盘随着钢带牵引力自由转动。由于送料速度不均匀、钢带张力不恒定，难以避免带材边部褶皱、扭曲，影响焊接质量。目前虽然带材轧制过程采用了恒张力控制，但整套控制系统庞大而复杂（参见申请号为201210590933.1的中国专利），无法应用到终端产品的小型生产线。

检索可知，公告号为cn203253839u的中国专利申请披露了一种不锈钢带送料装置，采用两片以上位于同一圆周上的弧形薄片间隔构成的安装环具有可变直径性能，以适应不同直径的不锈钢带构成的带环，并对带环产生一定的紧固力防止带环打滑影响送料质量。

公开号为cn106629182a的中国专利申请披露了一种钢带送料机，其包括机架，机架的顶面上安装有两个互相平行的侧板，侧板与机架的顶面垂直；两个侧板之间沿侧板的长度方向依次安装有输送棍、张紧辊组件一、压紧棍组件一、张紧辊组件二和压紧棍组件二；张紧辊组件一包括支撑轴，支撑轴与侧板垂直，两个侧板的上端分别固接有与所述支撑轴上下正对的安装块，所述支撑轴的两端分别通过拉簧与两个所述安装块连接，所述支撑轴上套装有张紧辊且二者间隙配合，所述张紧辊的高度低于所述输送辊的高度，位于所述张紧辊两侧的所述支撑轴上分别安装有限位板，所述限位板与所述张紧辊上的钢带侧面接触。其能防止钢带在输送过程中发生跑偏，确保钢带运送平稳。

公告号为cn205816506u的中国专利披露了一种led支架冲压机床及钢带送料装置，包括支撑架与支撑盘，所述支撑盘旋转设置在支撑架上，其特征是：所述支撑盘上放置有钢带盘，所述钢带盘底部设置有叉车孔，所述钢带盘中心设置有限位凸起，所述限位凸起可拆卸安装在所述钢带盘上，其技术方案要点是通过钢带送料装置，可以方便的将钢带送到冲压机床中用来生产支架，同时在更换钢带时，直接用叉车机械化操作，只需要一个人就可更换钢带。

公告号为cn202156812u的中国专利披露了一种钢带送料辊子支架,包括安装在跷板架支架上的跷板架、安装在跷板架一端的上辊子,以及安装在下辊子支架上的两个辊子,所述跷板架上安装有一块配重块,配重块与跷板架是可滑动连接,跷板架一端安装有电动机,电动机与配重块之间是传动连接;所述电动机与配重块之间通过丝杠传动连接;所述连接电动机与配重块之间的丝杠的输出端穿过配种块插入跷板架上的轴套内。其通过在跷板架上安装配重块,并通过电动机和丝杠进行调节,使得调节钢带张紧或放松的操作更简便,提高了效率和安全性。

但上述现有技术均未同时保证送料速度的自适应和张力的恒定，因此不能妥善解决精密软管成型必须的避免带材边部褶皱、扭曲问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供了一种可以同时保证送料速度的自适应和张力的恒定，并且结构简单的薄钢带恒张力自适应送料机，从而有效避免带材边部褶皱、扭曲，为精密软管成型的焊接工序提供保障。

为了达到上述目的，本发明薄钢带恒张力自适应送料机基本技术方案为：包括安装在卧式机架上用于安放卷盘钢带的旋转单元以及伺服控制单元；所述卧式机架的一侧通过与之固连的转向机架安装三维调节单元，所述卧式机架的另一侧安置有速度自适应单元，所述速度自适应单元的输出端装有钢带导向整平单元；

所述三维调节单元由相互垂直逐层叠加的三级丝杆螺母机构构成，其顶部安置垂向的转向辊；

所述旋转单元包括支撑在卧式机架中部的旋转轴，所述旋转轴的下端通过传动机构与伺服控制单元控制的伺服动力系统传动连接；所述旋转轴的上端装有用于放置堆积式盘卷钢带的托盘；

所述速度自适应单元含有立架，所述立架内侧装有垂向导轨以及与之构成垂向移动副的浮动底座，所述浮动底座上安装张力配重块以及浮动辊，所述立架两侧分别装有入口导向辊和出口导向辊；所述入口导向辊和出口导向辊的下方分别装有监测钢带通过的带材传感器和检测浮动辊的磁悬浮位移传感器；所述带材传感器和磁悬浮位移传感器的信号输出端通过伺服控制单元接伺服动力系统的受控端；

所述钢带导向整平单元主要由间距可调的具有入口引导倒角的上压平板和下压平板构成，所述上压平板和下压平板两侧分别装有间隔分布的导向轴承。

本发明薄钢带恒张力自适应送料机的基本送料过程为：

1）、利用叉车将带材放置在送料转盘上，将带材依次穿过三维调节单元、速度自适应单元和导向整平单元，最终进入带材牵引机构；

2）、调整三维调节单元上下、水平和倾角，使带材平顺地进行由立至平的扭转，进入速度自适应单元导向辊的上辊面；

3）调整各辊挡边约束带材侧向移动，启动伺服控制单元控制送料运动，开启带材牵引机构，随着牵引速度v牵引和带材半径的改变，伺服控制单元将根据磁悬浮传感器、带材传感器的传感信号变化差异，实时调控伺服动力系统，相应改变旋转单元的转速，从而实现送料速度v送料与牵引速度v牵引的自动匹配，以及张力配重块实现的恒张力控制。

由此可见，本发明以相对简单的结构妥善同时解决了带材输送过程中的送料速度自适应和张力恒定难题，从而可以有效避免带材边部褶皱、扭曲，为精密软管成型的焊接工序提供了可靠保障。

本发明的具体化包括：

所述三维调节单元（2）包括与转向机架固连的固定底座（209）所述固定底座上装有垂向导杆和垂向丝杆，所述垂向导杆与滑座构成垂向移动副，所述垂向丝杆与滑座上的螺母构成垂向螺旋副且上端装有上下调节手轮（207）；所述滑座装有水平的直线导轨（203）和传动丝杆（201），所述直线导轨与丝杆滑块（202）构成水平移动副，所述传动丝杆与丝杆滑块上的螺母构成水平方向螺旋副且一端装有水平调节手轮（208）；所述丝杆滑块上通过倾角调节结构（205）安装转向辊（206），所述倾角调节结构由与直线导轨垂直的水平螺旋副构成，所述水平螺旋副的螺杆一端装有倾角调节手轮（204）且移动螺母构件上安置垂向的转向辊；从而构成转向辊的三维调节机构。

所述旋转单元（3）包括固定在卧式机架中部的旋转轴底座（303）以及安装在该底座中心的旋转轴（305），所述旋转轴的下端固连大同步带轮（304）并通过同步带（306）与伺服动力系统（5）经减速机（308）驱动的小同步带轮（307）传动连接；所述旋转轴的上端与旋转料盘（301）固连，所述旋转料盘上装有用于放置堆积式盘卷钢带（4）的托盘（302）。

所述速度自适应单元（7）包括底座（701）及筋板（702）支撑的单元机架（705）构成的立架，所述立架内侧装有垂向导轨（706）以及与之构成垂向移动副的浮动底座（704），所述浮动底座上安装张力配重块（711）以及浮动辊（713），所述立架两侧分别装有钢带（708）输入时经过的入口导向辊（709）以及绕经浮动辊后输出时经过的出口导向辊（710）；所述垂向导轨的底端装有液压缓冲机构（703），可以防止浮动辊降至下极限位置时的刚性冲击；所述入口导向辊和出口导向辊的下方分别装有监测钢带通过的带材传感器（707）和检测浮动辊的磁悬浮位移传感器（712）。

本发明进一步的完善是，所述垂向导轨的底端装有液压缓冲机构；所述液压缓冲机构由与单元机架固定的底板、与底板通过连接螺栓固连的支撑板、以及通过锁紧螺母固定在支撑板上的液压缓冲器构成。

本发明更进一步的完善是，所述浮动底座包括具有导轨卡口的浮动滑块、与浮动滑块通过底座板固连的心轴底座以及与心轴底座固连的水平心轴。

本发明再进一步的完善是，所述浮动辊由活套在心轴上具有带材挡边的辊筒构成；所述入口导向辊和出口导向辊分别包含通过连接螺栓安装在单元机架导槽中的相互固连的侧面底座和安装底座，所述安装底座通过芯轴锁紧螺钉支紧安装芯轴，所述芯轴上套装导向辊体，所述导向辊体的两端分别通过锁紧螺钉装有带材挡圈。

本发明又进一步的完善是，所述底座板通过配重底座与配重单体固连，所述配重单体一端具有连接销且另一端具有与连接销相配的插孔。

本发明还进一步的完善是，所述上压平板的前部和后部以及下压平板的前部和后部均嵌装有毛毡。

附图说明

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1实施例的工作原理示意图；

图3为图1实施例中三维调节单元示意图；

图4为图1实施例中钢带旋转单元、机架和动力系统结构示意图；

图5为图1实施例中自适应单元结构示意图；

图6为图1实施例中自适应单元液压缓冲结构示意图；

图7为图1实施例中自适应单元浮动辊、滑块底座、磁悬块和配重结构示意图；

图8为图1实施例中配重块结构示意图；

图9为图1实施例中导向辊结构示意图；

图10为图1实施例中出料整平导向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作进一步解释。

实施例1：

本实施例的薄钢带恒张力自适应送料机基本构成如图1及2所示，包括安装在卧式机架6上用于安放卷盘钢带4的旋转单元3，卧式机架的一侧通过与之固连的转向机架1安装三维调节单元2，卧式机架的另一侧安置有速度自适应单元7，速度自适应单元的输出端装有钢带导向整平单元8。

三维调节单元2如图3所示，包括与转向机架固连的固定底座209固定底座上装有垂向导杆和垂向丝杆，垂向导杆与滑座构成垂向移动副，垂向丝杆与滑座上的螺母构成垂向螺旋副且上端装有上下调节手轮207；滑座装有水平的直线导轨203和传动丝杆201，直线导轨与丝杆滑块202构成水平移动副，传动丝杆与丝杆滑块上的螺母构成水平方向螺旋副且一端装有水平调节手轮208；丝杆滑块上通过倾角调节结构205安装转向辊206，倾角调节结构由与直线导轨垂直的水平螺旋副构成，水平螺旋副的螺杆一端装有倾角调节手轮204且移动螺母构件上安置转向辊；从而构成转向辊的三维调节机构；

旋转单元3如图4所示，包括固定在卧式机架中部的旋转轴底座303以及安装在该底座中心的旋转轴305，旋转轴的下端固连大同步带轮304并通过同步带306与伺服动力系统5经减速机308驱动的小同步带轮307传动连接；旋转轴的上端与旋转料盘301固连，旋转料盘上装有用于放置堆积式盘卷钢带4的托盘302；从而可以将使借助叉车放置在旋转料盘上的堆积式盘卷钢带按伺服运动指令转动。

速度自适应单元7如图5所示，包括底座701及筋板702支撑单元机架705构成的立架，立架内侧装有垂向导轨706以及与之构成垂向移动副的浮动底座704，浮动底座上安装张力配重块711以及浮动辊713，立架两侧分别装有钢带708输入时经过的入口导向辊709以及绕经浮动辊后输出时经过的出口导向辊710；垂向导轨的底端装有液压缓冲机构703，可以防止浮动辊降至下极限位置时的刚性冲击；入口导向辊和出口导向辊的下方分别装有监测钢带通过的带材传感器707和检测浮动辊的磁悬浮位移传感器712。带材传感器和磁悬浮位移传感器的信号输出端通过伺服控制单元接伺服动力系统的受控端。

液压缓冲机构703如图6所示，由与单元机架固定的底板7031、与底板通过连接螺栓7032固连的支撑板7033、以及通过锁紧螺母7034固定在支撑板上的液压缓冲器7035构成。通过液压缓冲器上的调节螺纹可以上下调整其安装位置，从而微调缓冲位置和缓冲作用力。

如图7、图8所示，浮动底座704包括具有导轨卡口的浮动滑块7043、与浮动滑块通过底座板7042固连的心轴底座7041以及与心轴底座固连的水平心轴7131；受垂向导轨约束上下滑动。浮动辊713由活套在心轴7131上具有带材挡边7132的辊筒7133构成，可以随着带材上下浮动。底座板7042通过配重底座7111与配重单体7112固连，配重单体一端具有连接销7113且另一端具有与连接销相配的插孔，因此可以按需逐级增减配重单体调节控制带材送料过程的张力控制。磁悬浮传感器712包括通过支架7121与底座板7042固连的磁悬浮滑块7122，该传感器可以随浮动单元上下浮动、将实时位置反馈到运动控制系统，以实现送料速度自适应和张力恒定控制。

入口导向辊709如图9所示，包含通过连接螺栓7091安装在单元机架705导槽中的相互固连的侧面底座7092和安装底座7094，安装底座通过芯轴锁紧螺钉7096支紧安装芯轴7093，芯轴上套装导向辊体7097，导向辊体的两端分别通过锁紧螺钉7098装有带材挡圈7095，带材708的上料高度可以上下适应性调节。出口导向辊710的结构与入口导向辊类同，不另赘述。

钢带导向整平单元8如图10所示，含有间距可调的上固定板804与下固定板808，上固定板和下固定板的相对表面分别固定入口具有引导倒角的上压平板802和下压平板803，上固定板和下固定板之间装有间隔分布在上压平板和下压平板两侧的导向轴承807，上压平板的前部和后部以及下压平板的前部和后部均嵌装有毛毡805。因此可以借助调节手轮806调适不同厚度的入料带材801，在与入料带材宽度适配的导向轴承限位引导下，保证带材平稳送进，并有效清除粘在带材表面的灰尘和污物。

本实施例的薄钢带恒张力自适应送料机工作原理及各装置的使用情况如下：

钢带以盘卷堆积式放置在托盘上，转向机架向外侧旋转90°同时带动三维调节单元转动，利用叉车将托盘含钢带从尾端入口放置在旋转料盘，复位转向机架，拆开钢带最上面带卷，带材端部依次穿过转向辊后辊面、入口导向辊上辊面、浮动辊下辊面、出口导向辊上辊面、导向整平单元，进入钢带牵引单元9。

参见图3，三维调节单元及图5所示速度自适应单元，钢带经由转向辊和入口导向辊实现立-平转换，调节手轮207带动机构上下移动使带材输送过程与钢卷不发生干涉和转向平顺，调节手轮208带动机构水平移动使带材与带材牵引机构处于同一中心线，调节手轮204改变转向辊倾斜角获得与带材更好的贴合度。调节入口和出口导向辊、和浮动辊挡边，约束带材水平移动；调节导向整平单元手轮806，调整上压平板与带材之间间隙，达到压平和去除带材污物。通过调节各辊的挡边和导向整平单元上下间隙及水平方向约束，可以实现多种规格的薄带材自适应送料。

参见图2的钢带恒张力自适应送料原理示意图，开始阶段送料机处于初始状态，浮动辊在配重块作用下处于最低端液压缓冲机构上，运行启动后带材牵引机构带动带材以牵引速度v牵引向前运动，同时带动浮动辊、张力配重块、磁悬浮滑块随着滑块沿着导轨向上浮动，磁悬浮传感器机构通过磁悬浮滑块传来的位置信号实时反馈回伺服控制单元的运动控制系统，在运动控制系统内部根据位移传感器从下到上的每一个位置传回的位移量运算生成从小到大转速，并将此转速传送至伺服控制单元带动伺服电机转动，随着浮动辊向上运动过程，伺服电机转速随之增加，直至转速产生的送料速度v送料与钢带牵引单元的牵引速度v牵引一致时维持此转速和浮动辊位置，随着钢带消耗带盘半径会减小，为了维持送料速度v送料与牵引速度v牵引相同，浮动辊会逐渐上浮增加伺服电机的转速来达到这一平衡状态，伺服系统高速响应特点正好可以解决这一难题；系统会根据牵引速度v牵引和钢带盘的变化做出速度自适应变化，同时保持送料过程带材张力恒定。

以不锈钢dn10波纹管成型线送料为例，采用本发明设备进行不锈钢带材送料，选用带材宽度为38mm、壁厚为0.2mm、带盘初始直径为1000mm的6-7卷sus304不锈钢带材，送料速度为2.6m/min。

1、首先将转向机架向外转动90°，将6-7卷1.5吨左右的sus304不锈钢带材利用叉车连同托盘放置在送料转盘上，复位转向机架；

2、沿带卷内侧剪断带材最上端带卷油皮纸，抽出带材端部依次穿过转向辊后辊面、入口导向辊上辊面、浮动辊下辊面、出口导向辊上辊面和带材导向整平机构进入带材牵引机构；

3、调整三维调节单元上下、水平和倾角，使带材平顺地进行立-平扭转，增加带材与转向辊辊面接触，并使带材处在送料中心线上；

4、调整各辊的挡边间距，以38-38.5mm为宜；调整带材导向整平单元上下间隙，以0.21-0.22mm为宜，同时调整导向轴承以接触钢带随带转动为宜；

5、调整自适应单元配重块，采用2kg配重块一块，以带材张力大小适宜为准；

6、启动自适应送料系统、开启成型生产线带材牵引机构，即可以实现送料速度v送料以匹配2.6m/min带材牵引速度v牵引。

归纳起来，本实施例的薄钢带恒张力自适应送料机具有如下优点：

1、采用恒张力自适应工艺进行波纹管成型带材送料，将速度自适应技术与张力控制技术相结合，可以实现薄钢带稳速控制与恒张力控制，有效提升焊接质量，相比于传统送料工艺，自适应送料采用速度自动匹配，解决了速度不匹配、带材张力不恒定、带材边部褶皱和带材变形问题，效率高、送料稳、张力恒定。

2、采用高强度承载结构设计的机架和旋转盘，单盘载重量可达2吨以上，上料时只需要将旋转支架及三维调节机构旋转至一侧，可从尾端采用叉车将托盘连同6-8盘钢带整体放置在旋转盘上，大大提高上料和换带速度。

3、依靠三维调节单元，利用手轮转动调节丝杠、直线导轨带动带材上下和水平移动，同时配合转向辊将带材由立向向水平转动，过程还可以调节转向辊倾斜角增加带材与辊面贴合度，这种调节方式简单、便捷，能够实现在线调节，减轻劳动强度。

4、速度自适应单元根据钢带的流向布置了两个水平方向导向辊，一个水平方向浮动辊，浮动辊与张力配重机构、磁悬浮传感器相连，浮动机构随着滑块在直线导轨上上下滑动，通过位移传感器将自适应速度实时反馈至运动控制器中，达到控制转盘转速来匹配牵引速度，有效提升送料精度和速度自适应性；同时利用三辊的对称性，通过增加配重块可以达到送料过程张力恒定目的。

5、伺服电机和减速机构为系统提供动力，运动控制单元保证整套系统的精确控制，出料口钢带整平导向机构可以有效保证出带的平整性、稳定性。通过调节转向辊、导向辊、浮动辊和导向机构限位装置，可以适应不同厚度、不同宽度带材送料。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。