CN1060237A - 胶管钢丝缠绕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在橡胶管外缠绕钢丝增强层的 缠绕机。为了使各缠绕层的缠绕角相等，本发明采用 多个差动轮系分别驱动第二及其以后的锭子盘。其 中内、外齿中心轮相对于系杆的传动比等于-1；系杆 相对第一锭子盘的传动比等于1/2；外齿中心轮相 对第一锭子盘的转速等于 式中i_l·Y为第 一锭子盘相对牵引驱动轮的传动比，K_n为常数。另 外，每个锭子盘上还装有一个由钢丝支承环、分线环、 预变形环套和压环组成的钢丝预变形机构。

Description

本发明涉及一种高压橡胶管的加工设备，具体地说是一种在橡胶管外缠绕钢丝增强层的胶管钢丝缠绕机。

当前国内外的胶管钢丝缠绕机主要包括由电机驱动的齿轮传动装置、由该传动装置驱动的两个或两个以上的钢丝锭子盘和胶管牵引装置。在每个锭子盘上设有钢丝预变形机构;胶管牵引装置由驱动链轮和夹紧式链条履带组成。《橡胶工业设计》-橡胶技术与装备1984年第1期第24～26页刊载的四盘钢丝缠绕机就是这种结构。其中、传动装置包括多个减速机构，每个锭子盘对应一个减速机构。但该缠绕机的各锭子盘转速均相等，而多层缠绕又是在同一胶管牵引速度下进行的，所以各缠绕层的缠绕角（钢丝与胶管轴线的夹角）不相等。里层缠绕角小，而外层大，并且随着缠绕层数的增加，这种差值更趋明显。如有六层缠绕层者，第一与第六层的缠绕角相差5°多。根据理论计算与实验表明：当各缠绕层的缠绕角均等于54°44′这一最佳角度时，缠绕层的增强效果最好，而且胶管在工作状态下不易变形。但要达到这一要求，必须使各锭子盘的转速依次变化某一差值，并且当驱动电机转速发生变化时，这种差值也要随之而变。这在设计上是比较困难的。因此，国内外的缠绕机均采取平衡角的做法，使里层的缠绕角小于最佳角，而外层大于最佳角。但这种做法也只能起着综合平衡的作用，各层之间的缠绕角之差并不能减小，胶管变形现象仍不能有较大改善。

为了消除钢丝缠绕后的回弹、保证缠绕平稳、紧密，上述现有缠绕机是通过滚轮来实现钢丝预变形的。预变形前滚轮的直径要根据管径的大小来确定，而要更换众多的滚轮是比较麻烦的。特别是当管径较小时，滚轮直径很小，且转速又高，所以滚轮易于损坏。另外，用这种方式进行钢丝预变形的效果不好，对钢丝的损伤也较大。

本发明的目的是提供一种可使各缠绕层的缠绕角趋于一致，且具有调节方便的钢丝预变形机构的胶管钢丝缠绕机。

实现本发明目的的解决方案是对前述现有的胶管钢丝缠绕机的齿轮传动装置和钢丝预变形机构进行如下改进：

（1）除第一锭子盘（即缠绕最里层的锭子盘）的减速机构仍为定轴轮系外，第二及其以后锭子盘的减速机构由定轴轮系和差动轮系组成，

（1.1）差动轮系包括一个可旋转的外齿中心轮、一个可旋转的内齿中心轮和两个同轴安装在系杆上的行星轮，

（1.1.1）各轮齿数间的关系应符合下式：

(Z_AX·Z_B)/(Z_A·Z_BX) = 1

式中 Z_A-外齿中心轮齿数;Z_AX-外齿中心轮的行星轮齿数;Z_B-内齿中心轮齿数;Z_BX-内齿中心轮的行星轮齿数，

（1.1.2）内齿中心轮以1∶1的传动比驱动锭子盘，

（1.2）定轴轮系有两个输出端，

（1.2.1）第一输出端驱动上述差动轮系的系杆，其转速N_H＝N₁/2式中N₁-第一锭子盘的转速;N_H-系杆的转速;

（1.2.2）-第二输出端驱动上述差动轮系的外齿中心轮，其转速

N_A= (i_1·Y)/(K_n) N₁，其中K_n= (t·Z_Y)/(P_n) ；i_1·Y= (N₁)/(N_Y) ，

式中N_A-外齿中心轮转速;N₁-第一锭子盘转速;

N_Y-牵引装置驱动链轮的转速;t-驱动链轮的节距;

Z_Y-驱动链轮齿数;

P_n-常数，其值按下列近似法求得：

令： (H_n-H₁)/(H₁+(H_n-H₁)) = (P_n)/(H₁) <1>

式中：H₁-第一缠绕层的钢丝行程，

H_n-本缠绕层的钢丝行程，

根据所要求的胶管管径范围，确定各管径所对应的钢丝行程H₁，然后按上式求出对应的P_n值，最后按算术平均值法得出P_n。

（2）钢丝预变形机构包括

（2.1）固定在锭子盘上，且位于锭子盘轴线位置的空心轴，

（2.2）该空心轴上装有一个带若干纵向导线槽的分线盘，

（2.3）分线盘外套装一预变形环套，

（2.4）分线盘导线槽的出口处套装一内壁弯折的压环，

（2.5）空心轴上装有一个纵向位置可调的钢丝支承环。

钢丝从锭子盘引出后，经过钢丝支承环，再穿过由分线盘、预变形环套和压环围成的通道，最后引向胶管进行缠绕。钢丝从支承环进入该通道时在预变形环套的端部弯折，产生一定量的永久变形;在通道的出口处受压环弯折内壁的作用，也将产生永久变形，但钢丝的预变形主要是在预变形环套的端部进行的。压环的另一作用是将钢丝引导向胶管。改变预变形环套与支承环的纵向距离，即可改变钢丝的弯折程度，从而改变钢丝的预变形程度。

如前所述，胶管的多层钢丝缠绕是在同一牵引速度下进行的。如要求各层的缠绕角相等，则各层的钢丝行程（即钢丝的螺旋升程）就不相等，那么相对应的各锭子盘的转速就不相等。

设第一、二、三、……锭子盘的转速分别为N₁、N₂、N₃、……;第一、二、三、……层的行程分别为H₁、H₂、H₃、……，由缠绕角和缠绕层直径确定;牵引装置驱动链轮的节距为t，齿数为Z_Y，转速为N_Y。

若各层缠绕角相等，

则N₁·H₁＝N₂·H₂＝N₃·H₃＝…N_Y·t·Z_Y<2>

得：N₂= (H₁)/(H₂) N₁; N₃= (H₁)/(H₃) N₁;……;

若按此式设计各锭子盘的传动装置，虽可达到各层缠绕角相等的目的，但它只能缠绕一种管径的胶管。因为当胶管管径变化时，其缠绕层的行程也将变化，所以按此式设计传动装置没有实际的应用价值。为解决这一问题，本发明人建立了如下数学模型：

从式<2>得：H₁= (t·Z_Y·N_Y)/(N₁) = (t·Z_Y)/(i_1·Y) <3>

N₂= (H₁)/(H₂) N₁= N₁- (H₂-H₁)/(H₁+(H₂-H₁)) N₁

令 (H₂-H₁)/(H₁+(H₂-H₁)) = (P₂)/(H₁)

式中P₂为按前述近似计算法求得的常数。

则N₂=N₁- (P₂)/(H₁) N₁将式<3>代入，

得N₂=N₁- (i_1·Y·P₂)/(t·Z_Y) N₁

令K₂= (t·Z_Y)/(P₂)

得：N₂=N₁- (i_1·Y)/(K₂) N₁<4>

同理，第三锭子盘的转速N₃=N₁- (i_1·Y)/(K₂) N₁

式<4>可利用前述的差动轮系来实现。

前述差动轮系的结构如图1所示。图中A-外齿中心轮;B-内齿中心轮;H-系杆;AX、BX-行星轮。用字母N表示转速，Z表示齿数。根据机构转化原理，

得N_B= (N_A+N_H(i_A ^H _·B-1))/(i_A ^H _·B)

式中i^H _A·B-两中心轮相对于系杆的传动比。

令i^H _A·B＝-1，即 (Z_AX·Z_B)/(Z_A·Z_BX) = 1

得N_B＝2N_H-N_A

如果系杆H的转速N_H＝N₁/2，中心轮A的转速N_A= (i_1·Y)/(K₂) N₁

则N_B=N₁- (i_1·Y)/(K₂) N₁，这正是式<4>所表示的第二锭子盘的转速。上述系杆H、中心轮A的转速可通过定轴轮系来实现。在上述第二及其以后锭子盘的转速公式中，公共项i_1·Y是由第一缠绕层（最里层）的行程和牵引速度等工艺条件确定的，通过一个定轴轮系的齿轮配对即可满足不同的工艺要求。

图1是本发明差动轮系的结构示意图。

图2是本发明传动装置的结构示意图。

图3是本发明钢丝预变形机构的结构示意图。

图4是本发明的整体结构图。

图2给出了本发明传动装置的一个具体实例。本实例的工作范围是：胶管外径为12～65mm;规定缠绕角为54°44′;缠绕层钢丝行程的可变范围为25～150mm;缠绕层数为4，即具有4个锭子盘;相邻两缠绕层的钢丝行程差为3mm。

如图2所示，传动装置有三根传动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其中轴Ⅰ为主传动轴，它是由电机经减速器（图中未画出）被驱动的，其转速等于第一锭子盘的转速N₁。

轴Ⅱ是由轴Ⅰ通过齿轮21、22驱动的。轴Ⅱ再通过蜗杆蜗轮23驱动牵引装置的链轮24，带动牵引链条25运动。蜗杆蜗轮传动比i₂₃＝10，链轮24的节距t＝25.4mm，齿数Z_Y＝24。链轮24的转速N_Y与轴Ⅰ转速N₁有如下关系：

i_1·Y= (N₁)/(N_Y) = (Z₂₂·i₂₃)/(Z₂₁) ，所以 (Z₂₂)/(Z₂₁) = (i_1·Y)/(i₂₃) = (i_1·Y)/10

轴Ⅲ由轴Ⅰ通过齿轮7、8驱动固定在齿轮8上的系杆H。图中编号10、11-行星轮，12-内齿中心轮。

上述齿轮1、2、21、22以及齿轮7、8间的齿数关系是：

(Z₂)/(Z₁) = (Z₂₂)/(Z₂₁) ; (Z₇)/(Z₈) = 1/2 。

因此，系杆H的转速N_H= (Z₇)/(Z₈) N₁= 1/2 N₁

中心轮9的转速N₉= (Z₂·Z₃·Z₅)/(Z₁·Z₄·Z₆) N₁= (Z₂₂·Z₃·Z₅)/(Z₂₁·Z₄·Z₆) N₁= (i_1·Y·Z₃·Z₅)/(10·Z₄·Z₆) N₁

齿轮3、4、5、6齿数的确定如下：

根据式<1>用近似法先求出各缠绕层所对应的常数P_n。如求P₂：因第二、一层钢丝行程差H₂-H₁＝3mm，

式<1>变为： 3/(H₁+3) = (P₂)/(H₁) ，

在钢丝行程25～150mm数值间取若干点代入上式，求出各对应的P₂值，然后取平均值，得P₂＝2.8。同理，P₃＝5.2;P₄＝7.3。

再根据前述公式K_n= (t·Z_Y)/(P_n) 求出各缠绕层Kn值。

得：K₂＝ (25.4×24)/2.8 ＝217.7;K₃＝117.2，K₄＝83.5，

即与第二锭子盘对应的齿轮3、4、5、6的齿数应为 (Z₃·Z₅)/(10·Z₄·Z₆) = 1/(K₂) = 1/217.7 ，可取Z₃＝Z₅＝18;Z₄＝Z₆＝84;

同理：对应于第三锭子盘，齿轮3、4、5、6的齿数可取Z₃＝Z₅＝72;Z₄＝Z₆＝72;

对应于第四锭子盘，Z₃＝19，Z₄＝55，Z₅＝18，Z₆＝52。

齿轮1、2和齿轮21、22的齿数比应根据胶管直径、牵引速度、钢丝缠绕角等工艺要求确定。本实例是对齿轮1、2、21、22采用不同的挂轮配对来实现不同胶管管径的缠绕要求。

差动轮系中齿轮9、10、11、12的齿数为Z₉＝45，Z₁₀＝18，Z₁₁＝42，Z₁2＝105，即符合 (Z₁₀·Z₁₂)/(Z₉·Z₁₁) =1的要求。

中心轮12以1∶1的传动比驱动锭子盘。

在本缠绕机上对外径为25.5和31.5mm的胶管用直径0.6mm的钢丝进行缠绕，各缠绕层缠绕角的实测结果为下表所示：

外径	第一层	第二层	第三层	第四层
					25.5	54°34′	54°43′	54°51′	54°59′
31.5	54°43′	54°50′	54°57′	55°3′

本发明的钢丝预变形机构如图3所示。支架31固定在锭子盘上，空心轴32用螺丝钉固定在支架31上。钢丝支承环33通过其侧面的弓形架34套在轴32上，并可沿轴滑动，利用螺钉即可将支承环33固定在某一位置。在轴32的端部装有一个分线盘35，其表面有若干纵向导线槽36，每根钢丝对应一个导线槽。分线盘35的外面套有一个带凸缘的环套37，它和口型模38的定位套39一起卡在分线盘35的凸缘40上。分线盘导线槽36的出口处设有一个内壁弯曲的压环41。钢丝42从锭子盘引出，经支承环33改变方向，再经环套37的角状端部（实际上是一小圆弧）弯折后进入分线盘导线槽36，最后经压环41的内壁被再次弯折后引向口型模38，对胶管43进行缠绕。钢丝的预变形主要是在环套37的角状端部进行的，其变形量的大小，取决于钢丝在此处的弯折程度。因此，只要调整支承环33的位置，即可调整钢丝的预变形程度。钢丝的张力大小是通过改变空心轴32与支架31的相对位置来调节的，口型模38的位置通过螺母44调节。

缠绕机的整体结构如图4所示。图中只画出了第一锭子盘45和第四锭子盘46。各锭子盘和牵引装置47安装在底座48上。电机（图中未画出）通过减速器49带动挂轮箱50。挂轮箱50共有三个输出轴（图中投影重合在一起），它们分别是图2所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。轴Ⅰ、Ⅱ驱动各锭子盘的减速机构51，轴Ⅲ通过蜗轮蜗杆23驱动牵引装置47。图2所示的齿轮1、2、21、22装在挂轮箱50内，要缠绕不同管径的胶管只需更换挂轮箱50内的挂轮即可。

本发明的优点在于所缠绕的胶管其各层缠绕角相差甚微，从工业生产的角度来看可以认为是一种等角度缠绕，从而较好地解决了胶管在工作状态下的变形问题。本发明的钢丝预变形机构调节十分方便，预变形的效果也较好。

Claims (2)

1、一种胶管钢丝缠绕机包括由电机驱动的齿轮传动装置、由该传动装置驱动的两个或两个以上的钢丝锭子盘45、46和胶管牵引装置47，在每个锭子盘上设有钢丝预变形机构，胶管牵引装置47由驱动链轮24和夹紧式链条履带25组成，所说的传动装置包括多个减速机构，每个锭子盘对应一个减速机构，其中第一锭子盘的减速机构为定轴轮系，其特征是

(1)第二及其以后锭子盘的减速机构由定轴轮系和差动轮系组成，

(1.1)差动轮系包括一个可旋转的外齿中心轮A、一个可旋转的内齿中心轮B和两个同轴安装在系杆H上的行星轮AX、BX，

(1.1.1)各轮齿数间的关系应符合下式：

(Z_AX·Z_B)/(Z_A·Z_BX) = 1

式中Z_A-外齿中心轮齿数；Z_AX-外齿中心轮的行星轮齿数；Z_B-内齿中心轮齿数；Z_BX-内齿中心轮的行星轮齿数，

(1.1.2)内齿中心轮以1∶1的传动比驱动锭子盘，

(1.2)定轴轮系有两个输出端，

(1.2.1)第一输出端驱动上述差动轮系的系杆H，其转速N_H=N₁/2式中N₁--第一锭子盘45的转速；N_H--系杆H的转速；

(1.2.2)第二输出端驱动上述差动轮系的外齿中心轮A，其转速 N_A= (i_1·Y)/(K_n) N₁，其中K_n= (t·Z_Y)/(P_n) ；i_1·Y= (N₁)/(N_Y) ，

式中N_A--外齿中心轮转速；

N₁--第一锭子盘转速； N_Y--牵引装置驱动链轮24的转速； t--驱动链轮24的节距；

Z_Y--驱动链轮24的齿数； P_n--常数，其值按下列近似法求得：

令： (H_n-H₁)/(H₁+(H_n-H₁)) = (P_n)/(H₁)

式中：H₁--第一缠绕层的钢丝行程，

H_n--本缠绕层的钢丝行程，

根据所要求的胶管管径范围，确定各管径所对应的钢丝行程H₁，然后按上式求出对应的P_n值，最后按算术平均值法得出P_n。

(2)钢丝预变形机构包括

(2.1)固定在锭子盘上，且位于锭子盘轴线位置的空心轴32，

(2.2)空心轴32上装有一个带若干纵向导线槽36的分线盘35，

(2.3)分线盘32外套装一预变形环套37，

(2.4)分线盘导线槽36的出口处套装一内壁弯折的压环41，

(2.5)空心轴32上装有一个纵向位置可调的钢丝支承环33。

2、如权利要求1所述的缠绕机，其特征是锭子盘共有四个，对于第二、三、四锭子盘的K_n值分别为：217.7;117.2;83.5。

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