一种卸卷小车的托辊刹车装置 【技术领域】
本发明涉及的是热轧薄板钢卷输送领域，尤其涉及钢卷的卸卷小车装置中的托辊刹车装置。
背景技术
卸卷小车装置中托辊的作用是托住由带钢卷取而成的钢卷，当卷取结束后，托辊已经自动升至设定的位置并压靠在带卷尾部，此时托辊刹车装置将托辊刹住，从而可以避免在小车卸卷后由于托辊的转动使得带卷尾部停定位置不准而脱开辊子造成松卷。
现有的托辊刹车装置如图1所示，包括液压缸、叉头4′及刹车块6′，其中，液压缸由缸体1′、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。当钢卷停定，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).带卷在停定状态下，即使托辊8′处于刹紧状态，由于钢卷9′自身的惯性扰动，使得钢卷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F1、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，致使带卷尾部定位不准甚至带尾脱开辊子造成松卷；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，本发明提供一种卸卷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。
实现该目的卸卷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，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。
对于前述任一种卸卷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。
【附图说明】
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卷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10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10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
1′ 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′ 钢卷
1 支架 1-1 内孔
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 O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1、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5-1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11的两承载斜面11-1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3-1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11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1枢转连接，以围绕各自的定位销5′枢轴转动。每个支架1通过4套例如M16的螺栓螺母1-3-′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′传递来的因钢卷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1′、活塞杆2′、导向套9-1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9-1起到定位作用，通过法兰3′压紧使导向套9-1紧靠在导向套止口9-2的端部。导向套9-1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9-1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9-1与导向套止口9-2配合的部分增加有一O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1′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9-1。
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11-1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11-2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11-4，关于护罩11-4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3-1与斜楔块11的承载斜面11-1相对应。将该斜面3-1堆焊不锈钢后加工而成，以避免该斜面3-1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1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1设置为简单的叉形结构，刹车臂3放置于两叉架1-2之间，并由定位销5′穿过内孔1-1将叉架1-2与刹车臂3枢转连接。在支架1的底座可设有4个通孔1-3′，通过4套例如M16的螺栓螺母1-3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1-4内并不断继续旋拧，直到将支架1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3-5-1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卷热辐射，护罩11-4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11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11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=F2sinα,]]>其中α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，由于钢卷扰动造成托辊8′转动所产生的切向力F1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。