专利名称：一种卸卷小车的托辊刹车装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是热轧薄板钢巻输送领域，尤其涉及钢巻的卸巻小车装 置中的托辊刹车装置。
背景技术：
卸巻小车装置中托辊的作用是托住由带钢巻取而成的钢巻，当巻取结 束后，托辊已经自动升至设定的位置并压靠在带巻尾部，此时托辊刹车装 置将托辊刹住，从而可以避免在小车卸巻后由于托辊的转动使得带巻尾部 停定位置不准而脱开辊子造成松巻。现有的托辊刹车装置如图l所示，包括液压缸、叉头4'及刹车块6'，其 中，液压缸由缸体l'、活塞杆2'及法兰3'组成。刹车块6'通过定位销5'铰接 在叉头4'上，叉头4'通过螺纹连接与活塞杆2'固定在一起，整套刹车装置通 过将液压缸缸体1'利用螺栓连接与小车托架7'配合固定。因此，现有的刹 车液压缸是刚性固定在小车托架7'上的。当钢巻停定，托辊8'提升到指定 位置后，液压缸活塞杆2'提升，并协同带动刹车块6'刹紧两托辊8'的辊身， 从而实现刹车功能。由于现有的刹车液压缸与小车托架7'为刚性连接，因此刹车液压缸的 活塞杆2'只能够适应沿竖直方向的轴向力，而无法适应任何侧向偏载。由 于该原理性缺陷导致了目前现场发生的如下问题1) .带巻在停定状态下，即使托辊8'处于刹紧状态，由于钢巻9'自身的 惯性扰动，使得顿巻9'自身有力矩为W的转动倾向，如图2所示，致使两托 辊8'也随之产生力矩为T的转动，由此在刹车块6'两侧各产生一切向力F。 根据图2中对力F的分析可见，两切向力F的水平分力Fh方向相同，从而对 液压缸活塞杆2'施加了大小为2Fh的径向力，使活塞杆2'产生侧向偏载。2) .由于刹车液压缸缸体1'的定位偏差以及托辊8'的安装误差等因素， 使得液压缸位置经常并不处于两托辊8'的中心，从而刹车后刹车块6'会存 在一定的偏斜，根据图3所示对活塞杆2'受力情况的力学原理分析，在这种情况下，刹车块6两侧水平分力F,、 F2的大小不均，同样会使得活塞杆2'产生侧向偏载。活塞杆2'产生侧向偏载造成的后果有活塞杆2'与叉头4'连接的螺纹根部经常折断，导致刹车装置损坏失效，致使带巻尾部定位不准甚至带尾脱开辊子造成松巻；液压缸活塞杆2'及法兰3'的密封装置经常因活塞杆2'的偏 载而过早磨损，导致油缸漏油；更为严重的是，因为刹车装置及托辊8'经 常处于多水的工况条件，液压缸密封性的损坏经常导致水进入液压缸直至 进入整个液压系统，导致液压系统油液失效，甚至造成其它液压元件腐蚀 损坏的严重后果。发明内容本发明的一个目的是改变现有托辊刹车装置中不合理的结构型式，将 液压缸的刚性安装改进为浮动安装，使得活塞杆自动适应任何偏载，并始 终处于轴向受力状态。为此，本发明提供一种卸巻小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头 和刹车部件，所述刹车部件包括与叉头枢转连接的斜楔块，该斜楔块在两 侧具有对称的承载斜面。进一步地，该托辊刹车装置还包括一自适应浮动系统，其设置在液压 缸和小车托架之间，包括一对连接轴和一对支座，每个连接轴分别连接到 液压缸一侧，每个支座分别与小车托架连接，所述连接轴枢转连接在所述 支座上设置的相应孔中，并在连接内孔处嵌有衬套，避免两者在使用过程 中的直接摩擦导致损坏。优选地，将所述连接轴与液压缸一体形成；可选地，将两者可分离地 连接。有利地，在液压缸内壁和液压缸活塞杆之间还设有一导向套，其通过 设置在液压缸内壁上靠近缸口处的止口定位，以对活塞杆的杆部起到辅助 的导向支撑作用。该导向套可由青铜合金制成。本发明的另一目的是通过改进刹车部件，以改善液压缸活塞杆的受力 状况，将闸紧摩擦力等主要负荷传递到刹车部件上，并最终由小车托架来 承受，而不会将过多的负荷施加到活塞杆上。实现该目的卸巻小车的托辊刹车装置可包括液压缸、叉头和刹车部 件，其中，所述刹车部件包括斜楔块，其与叉头枢转连接，并在两侧设有 对称的承载斜面。该托辊刹车装置进一步包括一对刹车臂，分别将其放置于所述斜楔块 的两侧，具有与所述斜楔块上承载斜面相对应的斜面，相对于所述斜面的 刹车臂的另一表面用于与托辊相接触，每个刹车臂分别与固定在小车托架 上的一支架枢转连接。有利地，所述刹车臂上的另一表面为与托辊表面相适应的圆弧状刹车 面，并可通过堆焊铝青铜制成，而所述刹车臂的斜面可通过堆焊不锈钢制 成。将所述支架设置为叉形结构，其底座嵌入并固定于小车托架上相应的 凹槽中，所述刹车臂安装在叉形结构的两叉架之间，并在所述刹车臂与所 述支架的连接内孔处嵌有自润滑衬套。此外，可在每个所述刹车臂顶部都设有一耳环，通过一两端各设有一 钩环的弹簧将两刹车臂互相连接，用于在刹车结束后，通过该弹簧的弹性 力将两刹车臂自动拉回，使得刹车臂不再与托辊接触。本发明还提供了一种卸巻小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头和 刹车部件，其中所述刹车部件包括与叉头枢转连接的斜楔块，该斜楔块在两侧具有对称的承载斜面； 一对刹车臂，位于所述斜楔块的两侧，分别具 有与所述斜楔块上承载斜面相对应的斜面，和与托辊表面相适应的刹车 面，每个刹车臂分别与固定在小车托架上的一支架枢转连接。该托辊刹车装置还包括设置在液压缸和小车托架之间的一对耳轴和 一对耳座，所述耳轴分别一体形成在液压缸一侧，每个耳座分别与小车托 架连接，所述耳轴枢转连接在所述耳座上设置的相应孔中。对于前述任一种卸巻小车的托辊刹车装置，所述斜楔块与叉头的连接 内孔处可嵌有自润滑衬套，并将斜楔块的承载斜面通过堆焊铝青铜制成。有利地，还可包括位于叉头一侧的止动叉架，其一端与小车托架固定 连接， 一端与叉头留有适当间隙，通过设置在该止动叉架上的止口以防止 叉头旋转。
更进一步地，还可包括一护罩，其通过设置在斜楔块顶部的两个螺纹 孔连接固定，以在多水情况下保护各部件不易被水腐蚀及避免热辐射。综上所述，针对目前现场较为突出的液压缸活塞杆的偏载问题，本发 明根据相关力学原理在托辊刹车装置系统的整体方面以及局部装配方面 都进行了彻底的改进。该卸巻小车的新型托辊刹车装置有效地解决了液压 缸活塞杆的偏载现象，避免了因偏载所引发的一系列设备故障及事故。
图1为现有托辊刹车装置结构的示意图；图2为现有技术中由于钢巻的惯性扰动造成液压缸活塞杆侧向偏载的 示意图；图3为现有技术中由于部件安装误差造成液压缸活塞杆侧向偏载的示 意图；图4为本发明优选托辊刹车装置的俯视图； 图5为沿图4中A-A线的剖视图； 图6为沿图4中B-B线的剖视图； 图7为沿图4中C-C线的剖视图；图8为本发明优选托辊刹车装置中液压缸的截面图；图9为本发明优选托辊刹车装置中斜楔块的主视图；图IO为图9所示斜楔块的俯视图；图11为本发明优选托辊刹车装置中刹车臂的主视图；图12为图IO所示刹车臂的侧视图；图13为本发明优选托辊刹车装置中支架的主视图；图14为图13所示支架的俯视图；图15为图7中I部分的放大视图；图16为根据本发明的托辊刹车装置的自适应动作原理图；图17为根据本发明的托辊刹车装置的受力分析原理图。附图标记说明r液压缸缸体 2'液压缸活塞杆3'法兰 4'叉头
5'定位销6'刹车块7'小车托架8'托辊9'钢巻1支架1-1內孔1-2支架叉架1-3螺栓螺母1-3'通孔1-4螺孔2耳座2-1螺栓螺母3刹车臂3-1斜面3-2刹车面3-3、 11-2自润滑衬套3-4耳环3-5弹簧3-5-1弹簧钩环5止动叉架5-1 、 11-5螺栓5-2止动叉架止口6耳轴7衬套11斜楔块11-1承载斜面11-3螺孔11-4护罩14油嘴L液压缸耳轴中心线9-1导向套9-2导向套止口9-3 0型圈9-4、 10-2密封件9-5防尘圈9-7压板10-1堆焊层具体实施方式
为了更好地理解本发明的结构、功能和效果，现运用以下较佳实施例 并结合附图进行详细说明。相同的附图标记表示相同或类似的部件。图4示出了根据本发明改进后的刹车装置的总装俯视图。该刹车装置 主要包括液压缸(该图未示)、支架l、耳座2、刹车臂3以及止动叉架5组 成，下面具体参照图5-7来详细描述该刹车装置的各部件。首先参见图5和图6，在该优选刹车装置中，本发明的自适应浮动系统 中的连接轴和支座具体为在液压缸缸体1'上增设的一对耳轴6和内孔中嵌 有衬套7的一对耳座2，其中，耳轴6与缸体1'一体形成，并与耳座2枢转连
接。每个耳座2各自通过两个例如M20的螺栓螺母2-1固定在小车托架7'上， 小车托架7'在相应位置处事先已经加工有定位凹槽及配合止口，以便将耳 座2精确可靠地安装定位。这样，整个液压缸装置可通过两耳座2悬挂在小 车托架7'上并围绕着液压缸耳轴6的中心线L，也即图4的A-A线自由摆动。在耳座6内孔镶嵌有衬套7的目的是避免液压缸摆动时耳轴6与耳座2 直接摩擦导致耳轴6及耳座2损坏。另外，在耳座2顶部还设有油嘴14，并 有油孔直接通入耳座2内孔中的衬套7，以方便加油润滑衬套7及耳轴6。通过上述结构的改进，整个液压缸装置的刚性安装形式就改为了浮动 安装形式，使活塞杆2'始终处于轴向受力状态，有效地避免了活塞杆2'偏 载带来的不利后果。本发明在液压缸方面还有进一步的改进，将在下面对 此予以详细的描述。从图4和5中还可看出该托辊刹车装置设有一放置在叉头4'一侧的止动 叉架5，该止动叉架5的一端通过两螺栓5-l固定在小车托架7'上，另一端与 叉头4'留有适当间隙，从图4中可清楚看出在止动叉架5靠近叉头4'的一端 可设有两个止口5-2，止口5-2与叉头4'的两端有适当的配合间隙，用以防 止叉头4'转动从而使其可靠地与活塞杆2'连接。当然还可有其它类似止动 方式，在此不作赘述。此外，本发明基于与现有技术基本类似的叉头4'和液压缸活塞杆2'对 刹车块6'也进行了改进。参见图7，叉头4'和液压缸活塞杆2'仍然采用螺纹连接，而现有技术中 与叉头4'通过定位销5'连接的刹车块6'则以斜楔块11代替。这样，原先液压 缸通过刹车块6'直接实现的刹车功能现在改为通过斜楔块11间接驱动一对 刹车臂3来实现刹车。将刹车臂3对称布置在斜楔块11的两侧，当液压缸活塞杆2'提升时，斜 楔块11将通过其两侧的承载斜面11-1分别与刹车臂3上对应设置的斜面3-1 紧密接触并产生较大的挤压力，使得两侧刹车臂3可最终紧紧地刹住对应 侧的托辊8'。斜楔块ll的两承载斜面ll-l的斜角角度要设计得小些，这样才具有一 定的斜楔效果，即液压缸活塞杆2'所产生的提升力通过较小的斜角对刹车 臂3的斜面3-l可以产生较大的压力，从而增强了刹车效果。但是斜角的角度也不宜过小，否则当取消刹车动作，并且液压缸活塞杆2'下降时，可能 会造成斜楔块11因挤压力过大而卡死在两刹车臂3中间导致无法自动回退的情况。通常，可将斜楔块11的斜角角度在20。 30。之间选取。斜楔块ll 的具体结构将会在下面予以更详细的描述。
两刹车臂3通过各自的定位销5'分别与各自的支架l枢转连接，以围绕 各自的定位销5'枢轴转动。每个支架l通过4套例如M16的螺栓螺母l-3工安装 固定在小车托架7'上。同样地，小车托架7'的相应位置处事先也已经加工 有定位凹槽，以便支架1及其上的刹车臂3精确可靠地安装定位。这样，当 刹车臂3刹紧托辊8'时，由托辊8'传递来的因钢巻9'扰动产生的切向力及大 部分的闸紧力通过刹车臂3、支架1传递，并最终由小车托架7'来承受，从 而大大减少了液压缸活塞杆2'的工作载荷，改善了液压缸活塞杆2'的受力 情况。刹车臂3和支架1的具体结构将会在下面予以更详细的描述。
现在参照图8来详细描述本发明的液压缸装置。
本发明的新型液压缸装置主要由缸体l'、活塞杆2'、导向套9-l及法兰 3'、压板9-7及相关若干密封件装配而成。
改进的缸体1'除了增设一对使之可以自由摆动的耳轴6外，在其内孔靠 近缸口部位还设计有一导向套止口 9-2，其作用是对导向套9-l起到定位作 用，通过法兰3'压紧使导向套9-l紧靠在导向套止口9-2的端部。导向套9-l 可由青铜合金制成，其作用是对活塞杆2'的杆部起到导向支撑的辅助作用。 即使活塞杆2'出现偏载，由于导向套9-l的作用，避免了密封件9-4及防尘 圈9-5因活塞杆2'的偏斜而过早损坏。此外，导向套9-l与导向套止口9-2配 合的部分增加有一0型圈9-3，用于防止油液从导向套止口9-2处流出。同 理，活塞杆2'活塞部的两密封件10-2之间的圆柱表面也设有一由铝青铜制 成的堆焊层10-1，也用于避免因活塞杆2'偏载而造成活塞部位的两密封件 10-2过早磨损，同时也避免活塞杆2'直接与缸体1'的内孔表面直接磨擦而造 成缸体l'损坏报废。设于法兰3'上的压板9-7是用于压住防尘圈9-5，以避免 因活塞杆2'的频繁动作使防尘圈9-5脱离法兰3'。压板9-7可通过6个例如M6 的螺钉紧固在法兰3'上，法兰3'可通过6个例如M12的螺栓固定在缸体1'顶 部，从而压紧导向套9-l。
图9和图10为斜楔块11的结构示意图，其中设于两侧的承载斜面ll-l
为堆焊铝青铜后加工而成，以避免与刹车臂3紧密接触后造成擦伤或咬死 的现象。斜楔块11的内孔嵌有一无需加油的自润滑衬套1 l-2并通过定位销 5'与叉头4'枢转连接。该自润滑衬套11-2的作用是避免斜楔块11的内孔与定 位销5'直接摩擦而导致两者损坏。另外，在斜楔块11顶部还设有2个螺孔 11-3，以用于安装一护罩ll-4，关于护罩ll-4将会进一步详细描述。图11和图12为刹车臂3的结构示意图，其中斜面3-l与斜楔块ll的承载 斜面ll-l相对应。将该斜面3-l堆焊不锈钢后加工而成，以避免该斜面3-l 过早腐蚀。可在刹车臂3与托辊8'相接触的一侧设有圆弧状的刹车面3-2， 其圆弧半径与托辊8'相当，从而增加了与托辊8'的接触面积，增强了刹车 效果。圆弧表面可堆焊铝青铜，以避免造成托辊8'的表面擦伤。刹车臂3 通过定位销5'与支架l枢转连接的孔内可同样嵌有自润滑衬套3-3。此外， 在刹车臂3的顶部还焊有一耳环3-4，以用于连接一弹簧3-5，关于弹簧3-5 将会进一步详细描述。如图13和图14所示，可将支架l设置为简单的叉形结构，刹车臂3放置 于两叉架l-2之间，并由定位销5'穿过内孔l-l将叉架l-2与刹车臂3枢转连 接。在支架l的底座可设有4个通孔l-3'，通过4套例如M16的螺栓螺母l-3 与小车托架7'连接。在该优选实施例中，将支架1底座沉入小车托架7'上设 置的凹槽内，以更稳固地将支架1连同刹车臂3固定安装在小车托架7'上。 如果需要更换拆卸支架1，可以利用两个例如M16的螺栓分别拧入底座的两 M16的螺孔l-4内并不断继续旋拧，直到将支架l起出凹槽。参见图15，其为图7中I部的放大图。弹簧装置安装于刹车装置的顶部， 一根弹簧3-5通过两端的钩环3-5-l各自与相应侧的刹车臂3顶部的耳环3-4 连接，其作用是当刹车结束后，通过该弹簧3-5的弹力作用使两侧刹车臂3 自动拉回，以不再与托辊8'相接触。护罩11-4通过两螺栓11-5安装于斜楔块11的顶部，因为该处多水而且 受到较强的钢巻热辐射，护罩ll-4的作用就是保护弹簧3-5及其附近的部件 以不易被水腐蚀及避免热辐射，以免各部件过早失效损坏。如上详细描述了本发明优选实施例的结构布置及其主要特征，为了更 明显地体现本发明的优点及有益效果，下面简要地从本发明运作原理和受
力分析来进一步说明。1) .自适应动作分析为了方便直接地说明，不妨略去该刹车装置中的次要部分，如液压 缸内部结构、弹簧装置等。如图16所示，如果托辊8'存在安装误差以及两刹车臂3存在位置偏差等 因素导致液压缸位置与两刹车臂3不同心，本发明可在工作状态下液压缸 提升的过程中，由于缸体1'可以围绕耳轴中心线L摆动，以及连同斜楔块ll可以围绕由定位销5'枢转连接的叉头4'摆动，因此两者可以组成自适应浮动系统。根据侧向阻力的情况，该自适应浮动系统可以自动调整液压缸及 斜楔块ll的偏摆角度，最终使得液压缸处于一个几乎绝对零偏载的位置状 态。此时液压缸仅承受纯粹的轴向力，从而达到消除液压缸，以及进一步液压缸内活塞杆2'偏载的目的。2) .受力原理分析如图17所示，假设液压缸提升力为F，则斜楔块11对两侧刹车臂3接触 斜面竖直向上的压力各自为F/2,那么由于斜楔的作用施加在两接触斜面上的正压力N二^，其中a为斜面的斜角角度，该刹车装置斜角角度可设计为25°，经计算，施加在两接触斜面上的正压力N约为1.2F，因此，液 压缸较小的提升力F通过斜楔块11的作用可以对每个刹车臂3均产生较大 的正压力1.2F并最终施加在托辊8'上，从而增加了刹车效果。从图17还可以看出，两侧托辊8'对于两刹车臂3的反作用力其水平分量 大小相等方向相反，可以自动平衡，液压缸仅仅承受竖直方向的分量。此 外，由于钢巻扰动造成托辊8'转动所产生的切向力Fi可以几乎全部地通过 刹车臂3传递给小车托架7'，并最终由小车托架7'来承受。由此可见，该改 进装置大大减少了液压缸的工作负担，明显改善了其受力情况，对于减少 其故障，延长其使用寿命具有重要意义。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明 的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但 都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是例示性的而不是限制性 的，本发明的保护范围由权利要求所确定。
权利要求
1、一种卸卷小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头和刹车部件，其特征在于所述刹车部件包括与叉头枢转连接的斜楔块，该斜楔块在两侧具有对称的承载斜面；该托辊刹车装置还包括一自适应浮动系统，其设置在液压缸和小车托架之间，包括一对连接轴和一对支座，每个连接轴分别连接到液压缸一侧，每个支座分别与小车托架连接，所述连接轴枢转连接在所述支座上设置的相应孔中。
2、 如权利要求l所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述连接轴与液压缸一体形成或可分离地连接。
3、 如权利要求2所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述连接轴与所 述支座的连接内孔处嵌有衬套。
4、 如权利要求3所述的托辊刹车装置，其特征在于，在液压缸内壁和 液压缸活塞杆之间设有一导向套，其通过设置在液压缸内壁上靠近缸口处 的止口定位。
5、 如权利要求4所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述导向套由青 铜合金制成。
6、 一种卸巻小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头和刹车部件， 其特征在于，所述刹车部件包括斜楔块，其与叉头枢转连接，并在两侧设有对称的承载斜面； 一对刹车臂，分别放置于所述斜楔块的两侧，具有与所述斜楔块上承 载斜面相对应的斜面，相对于所述斜面的刹车臂的另一表面用于与托辊相 接触，每个刹车臂分别与固定在小车托架上的一支架枢转连接。
7、 如权利要求6所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述刹车臂上的 另一表面为与托辊表面相适应的圆弧状刹车面。
8、 如权利要求7所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述支架为叉形 结构，其底座嵌入并固定于小车托架上相应的凹槽中，所述刹车臂安装在 叉形结构的两叉架之间。
9、 如权利要求8所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述刹车臂的斜 面通过堆焊不锈钢制成。
10、 如权利要求9所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述刹车臂的刹车面通过堆焊铝青铜制成。
11、 如权利要求io所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述刹车臂与所述支架的连接内孔处嵌有自润滑衬套。
12、 如权利要求ll所述的托辊刹车装置，其特征在于，在每个所述刹 车臂顶部都设有一耳环，通过一两端各设有一钩环的弹簧将两刹车臂互相 连接。
13、 一种卸巻小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头和刹车部件，其特征在于所述刹车部件包括与叉头枢转连接的斜楔块，该斜楔块在两侧具有对称的承载斜面； 一对刹车臂，位于所述斜楔块的两侧，分别具有与所述斜 楔块上承载斜面相对应的斜面，和与托辊表面相适应的刹车面，每个刹车 臂分别与固定在小车托架上的一支架枢转连接；该托辊刹车装置还包括设置在液压缸和小车托架之间的一对耳轴和 一对耳座，所述耳轴分别一体形成在液压缸一侧，每个耳座分别与小车托 架连接，所述耳轴枢转连接在所述耳座上设置的相应孔中。
14、 如前述权利要求中任一所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述 斜楔块与叉头的连接内孔处嵌有自润滑衬套。
15、 如权利要求14所述的托辊刹车装置，其特征在于，所述斜楔块的 承载斜面通过堆焊铝青铜制成。
16、 如权利要求15所述的托辊刹车装置，其特征在于，还包括位于叉 头一侧的止动叉架，其一端与小车托架固定连接， 一端与叉头留有适当间 隙，通过设置在该止动叉架上的止口以防止叉头旋转。
17、 如权利要求16所述的托辊刹车装置，其特征在于，还包括一护罩， 其通过设置在斜楔块顶部的两个螺纹孔连接固定。
全文摘要
本发明提供一种卸卷小车的托辊刹车装置，包括液压缸、叉头和刹车部件，其中，所述刹车部件包括与叉头枢转连接的斜楔块和一对刹车臂，每个刹车臂分别与固定在小车托架上的一支架枢转连接；该托辊刹车装置还包括一自适应浮动系统，其设置在液压缸和小车托架之间，包括一对连接轴和一对支座，每个连接轴分别连接到液压缸一侧，每个支座分别与小车托架连接，所述连接轴枢转连接在所述支座上设置的相应孔中。本发明根据相关力学原理在托辊刹车装置系统的整体方面以及局部装配方面都进行了彻底的改进。该卸卷小车的新型托辊刹车装置有效地解决了液压缸活塞杆的偏载现象，避免了因偏载所引发的一系列设备故障及事故。
文档编号F16D49/00GK101397100SQ200710046690
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月29日 优先权日2007年9月29日
发明者乐建军, 铁 冯, 李文辉, 童伟强, 贾铭华, 铀 陈 申请人:宝山钢铁股份有限公司