一种假自重改变的压辊装置、生箔机、分切机、设计方法与流程

本发明涉及电解铜箔领域，更具体地说，尤其涉及一种假自重改变的压辊装置、生箔机、分切机、设计方法。

背景技术：

电解铜箔的生产过程中，在收卷辊设置压辊是保证生产质量的重要手段。

关于压辊的研究主要有以下文献：

第一，cn109110540a涉及一种铜箔分切机的铜箔压箔辊装置及铜箔收卷方法，该装置安装在铜箔分切机上且包括长度小于铜箔成品幅宽的短压箔辊和长度大于铜箔成品幅宽的长压箔辊；短压箔辊的轴向两端端部均开设有45°倒角。该铜箔分切机铜箔收卷方法包括：(1)在铜箔上卷后，先使用长度小于铜箔成品幅宽的短压箔辊，并配合以合适的车速、张力进行收卷；(2)运行一定时间后，调整张力，将车速提升至目标速度；(3)待收卷结束后，使用长度大于铜箔成品幅宽的长压箔辊对下卷成品进行表观处理。该发明不仅解决了压箔辊长度与铜箔成品幅宽规格不匹配的问题，而且打折、横棱、鱼鳞纹等异常问题得到有效改善，提高了生产效率。

第二，cn204096707u公开了一种铜箔生产系统中能改善铜箔收卷质量的铜箔收卷装置。该装置包括生箔机上的收卷辊、收卷辊前方的压箔辊装置；其中压箔辊装置包括支撑架、位于支撑架上的压箔辊和紧固螺栓，支撑架为一类“h”形结构，压箔辊位于支撑架中间，紧固螺栓位于支撑架两端。采用本实用新型后，毛箔收卷时，可利用压箔辊自身重力将收卷过程中箔面之间的空气挤出，将箔面辇平展，从而减轻收卷过程中出现的竖棱或竖纹现象，增加收卷铜箔米数。经过实践检验，采用本实用新型后，铜箔收卷时因竖棱、竖纹原因被判为次品铜箔量明显减少，铜箔收卷品质得到了较好的提升。

第三，九江德福科技股份有限公司在cn209668407u公开了一种防褶皱压辊装置，公开了一种防褶皱压辊装置，包括支架和压辊机构，支架一端通过第一轴承铰接有收卷辊，支架另一端设置有压辊底座，压辊底座上部设有接触斜面，接触斜面远离收卷辊一端的高度高于接触斜面靠近收卷辊一端的高度，收卷辊外收卷有卷状铜箔，压辊机构包括辊芯，辊芯中部套有胶辊，辊芯两端各设有一第二轴承，第二轴承设置于接触斜面上，胶辊与卷状铜箔接触连接；利用胶辊自身重力，结合有锥度底座提供的支持力，可使胶辊与收卷的铜箔压紧，防止收卷时褶皱的现象，随着铜箔收卷卷径的变大，收卷张力变化很小，防止了收卷时张力变化过大导致的收卷不均的现象，减少了收卷因张力变化过大导致竖纹的现象，提高了铜箔生产的综合合格率。

第四，与cn209668407u类似的设计，梅州市威利邦电子科技有限公司cn204588212u公开了一种铜箔分切机收卷压辊装置，包括分切机机架，所述分切机机架固定有压辊导轨固定架，所述压辊导轨固定架上固定有压辊后退导轨，压辊两端安装有轴承，所述压辊通过该轴承安装于所述压辊后退导轨上。该实用新型的铜箔分切机收卷压辊装置设在收卷轴的一侧，通过在收卷轴上增加压辊，收卷轴在收卷铜箔的过程中，压辊即可将收卷轴上的铜箔压紧，从而避免铜箔在收卷过程中出现收卷条纹摆动大、打滑引起皱折、横纹、表面有波浪条纹等不良现象。

第五，cn109941805a一种电解铜箔一体机收卷压辊，包括基架以及设置在基架上的第一汽缸，第一汽缸的活塞杆与压杆臂的一端轴连接，压杆臂的另一端轴连接有与收卷轴接触的收卷压辊，第二汽缸两端的活塞杆分别与基架和压杆臂相连，在第一汽缸及收卷压辊上分别设置有与控制器相连的传感器和计米器。通过在控制面板输入铜箔相关参数，在收卷过程中压辊持续恒定的给收卷铜箔以恒定大小及角度的力，即使铜箔卷径变化，铜箔收卷的压力不变，从而达到收卷均匀稳定的目的。解决了在电解铜箔日益变薄的情况下能保证铜箔以较大收卷张力收卷，杜绝收卷分层情况的出现。

第六，kr20180003597u公开了一种收卷压辊。

第七，cn208898208u公开了一种生箔收卷压辊装置，用于生箔纸的收卷，包括有生箔收卷机构，及安装于生箔收卷机构末端的压辊，所述生箔收卷机构包括有阴极辊、剥离辊、切刀辊、张力辊、过度辊、液下辊、冷热风导辊和收卷辊，所述生箔纸依次搭于阴极辊、剥离辊、切刀辊、张力辊、过度辊、液下辊、冷热风导辊和收卷辊上，所述压辊位于收卷辊的正下方，所述压辊的两侧设有与压辊铰接的、向上顶起的气压缸；该生箔收卷压辊装置能够避免撕边、鱼鳞纹、褶皱等问题。

上述7篇文献，是全球范围内压辊设计的主要技术文献(“b65h18/26andfoil”检索，同族文献去除)，其代表了压辊的技术研究方向。

对于铜箔而言，其压紧力以及压紧角度是压辊发挥作用的两个重要设计理念。

以往的研究发现：压紧力太小，铜箔会出现褶皱、窜卷的现象；而如果压紧力太大，铜箔舒展不开，也会发生折皱现象。

但是，申请人经过实践发现：压紧力实际上应该随着收卷辊收卷的厚度相关，例如，铜箔在刚绕卷时，其所需要的压紧力要适当小写，而随着铜箔的厚度增加，其所需要的压紧力应当适当加大。

而实现上述设计，一个想法是：cn204588212u的压辊，如果能够在铜箔收卷的过程中，自重发生变化；然而，压辊其一直在自转，无法自发的改变其自重。

因此，如何实现上述设计就是一个亟待解决的问题。

表1上述文献的核心构思与特点分析

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种假自重改变的压辊装置、生箔机、分切机、设计方法。

本申请的另一目的，是提供一种生箔机。

本申请的另一目的，是提供一种分切机。

本申请的再一目的，是提供一种假自重改变的压辊装置的设计方法。

一种假自重改变的压辊装置，其包括：收卷辊中心转轴、收卷辊、铜箔卷状层、压辊、压辊端部轴承、轨道；

所述压辊包括：压辊中心轴以及套设在压辊中心轴中部位置上的外辊；所述压辊中心轴的两端设置有轴承(其外部形状为圆柱体)；

在压辊的两侧设置有轨道(轨道所在的竖向面与压辊中心轴的轴向垂直)；

轨道为u型截面，所述轴承置于轨道的u型截面凹槽内，能够沿着轨道的纵向移动；

所述外辊与收卷辊表面的铜箔卷状层接触；

所述轨道的纵向包括：第二曲线段，所述第二曲线段的向上倾斜的斜率逐渐增大。

进一步，铜箔厚度为0时，压辊端部轴承位于第二曲线段上，且压辊端部轴承位于第二曲线段上的支撑点所对应的第二曲线段的切线倾斜角，等于压辊中心轴的中心与收卷辊中心转轴的中心的连线的倾斜角。

进一步，还包括：第一斜线段，收卷辊2的半径r0，第一变点对应的铜箔厚度为h1；

第一斜线段位于第二曲线段的前端；且第一斜线段与第二曲线段的前端相切；

即铜箔厚度在0—h1时，压辊端部轴承在第一斜线段内移动，其倾斜角为θ1；

在铜箔厚度大于h1时，压辊端部轴承在第二曲线段内移动；

在第一斜线段上，压辊中心轴的中心与收卷辊中心转轴的中心的连线的倾斜角也为θ1，即铜箔缠绕的厚度从0—h1，压辊沿着第一斜线段也滑动了h1长度。

进一步，所述外辊采用橡胶辊，其长度不小于收卷辊的长度。

进一步，第二曲线段为圆弧。

进一步，第二曲线段的半径为500-2000mm。

进一步，压辊的外辊的半径为r1，压辊端部轴承的半径为r2；收卷辊的半径为r0，第二曲线段的半径为u；

压辊端部轴承在第二曲线段上的支撑点对于任意与第一变点相位转角为β的一点时，对应的铜箔的厚度为hx为：

a、b为参数。

一种生箔机，包括有所述的假自重改变的压辊装置。

一种分切机，包括有多个收卷辊，且至少有一个收卷辊设置所述的假自重改变的压辊装置。

一种假自重改变的压辊装置的设计方法，其设计目标为轨道的第一斜线段长度、以及第二曲线段的半径u；

首先，首先确定θ1、h1、r0、r1、r2的值：θ1在10°-18°之间，h1在0-30mm之间，r0在100-150mm之间、r1在20到40mm之间、r2在10到20mm之间；

其次，第一斜线段长度＝h1；

再次，确定第二曲线段的半径u：

将u、βmax代入下式，求取，hmax

要满足：

20mm≤hmax≤300mm，条件下的u即可；

其中，βmax取值在5°至15°之间。

本申请的优点在于：

(1)本申请的基础构思是：随着铜箔的厚度，增加压紧力。对于“cn209668407u”设计而言，其倾角不变，要想实现“随着铜箔的厚度，增加压紧力”这一目标，需要随着铜箔的厚度的增加，而要不断的提高压辊的质量。但是，这一想法很难实现。本申请提出了一种“假自重改变的压辊装置”，即压辊经过内凹曲线，使得压辊的压紧力不断上升(本质上是通过压辊轴承座支撑力的方向，以及压辊-卷状铜箔压紧力的方向调节而实现)，因此，其是一种假自重改变(实际上压辊的自重并未改变，但是效果，是类似的)。

(2)本申请的第二个发明点是：研究了压辊轴承在圆弧状的轨道下，压紧力的发展规律；其结果为线性变化，这一结果是事前无法预期的；采用非线性的圆弧轨道，其压紧力按照线性增长的规律变化。

需要说明的是，本申请也保护其他内凹曲线形状下的轨道，例如二次抛物线，三次抛物线。

(3)本申请给出了圆弧状轨道的设计方法。

(4)需要说明的是：本申请的斜线段，并不是必须的；对于极薄铜箔而言，其缠绕1万米的厚度也不厚，其轨道可直接采用第二曲线段来设计。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是现有技术“cn109110540a”的设计图。

图2是现有技术“cn204096707u”的设计图。

图3现有技术“cn209668407u”的设计图。

图4是现有技术“cn204588212u”的设计图。

图5是现有技术“cn109941805a”的设计图。

图6是现有技术“kr20180003597u”的设计图。

图7是现有技术“cn208898208u”的设计图。

图8是实施例1的装置的纵向设计图。

图9是实施例1的压辊的横向设计图。

图10是实施例1的压辊-收卷辊的设计示意图。

图11是实施例1的压辊轨道的设计分析图。

图12是cn209668407u的压紧力分析图。

图13是本申请的压紧力分析图。

图14是关系图。

具体实施方式

实施例1，一种假自重改变的压辊装置，其包括：收卷辊中心转轴1、收卷辊2、铜箔卷状层3、压辊4、压辊端部轴承5(轴承的中心轴向与压辊的中心轴线共线)、轨道6；

所述压辊4包括：压辊中心轴4-1以及套设在压辊中心轴4-1中部位置上的橡胶辊4-2；所述压辊中心轴4-1的两端设置有轴承5；

轨道6为u型截面，所述轴承5置于轨道6的u型截面凹槽内，可以沿着轨道6的纵向移动；

所述橡胶辊4-2的长度不小于收卷辊2的长度；

所述橡胶辊4-2与收卷辊2表面的铜箔卷状层3接触；

所述轨道6的纵向包括：第一斜线段6-1、第二曲线段6-2；

对应的，收卷辊2的半径r0，第一变点对应的铜箔厚度为h1；

即铜箔厚度在0—h1时，轨道6为第一斜线段6-1，其倾斜角为θ1；在大于h1的部分，轨道6为第二曲线段6-2；

橡胶辊的半径为r1，轴承的半径为r2；

需要满足以下条件：

在第一斜线段6-1上，压辊中心轴4-1的中心与收卷辊中心转轴1的中心的连线的倾斜角也为θ1，即铜箔缠绕的厚度从0—h1，压辊沿着第一斜线段6-1也滑动了h1长度。

第二曲线段6-2采用圆弧形，其半径为u；对于任意一点，与第一变点相位转角为β，对应的铜箔的厚度为hx。

以收卷辊中心转轴1的中心为圆心，按照附图11所示建立x-y轴；

铜箔厚度为0时，压辊处于a状态；

铜箔厚度为h1时，压辊处于b状态；

铜箔厚度为hx时，压辊处于c状态；

a状态下的压辊中心轴4-1的中心的坐标为：

xa＝(r0+r1)·cosθ1

ya＝(r0+r1)·sinθ1

b状态下的压辊中心轴4-1的中心的坐标为：

xb＝(r0+r1+h1)·cosθ1

yb＝(r0+r1+h1)·sinθ1

c状态下的压辊中心轴4-1的中心的坐标为：

求得：

如图12所示，是cn209668407u、cn204588212u的设计，按照静力学分析，压辊对卷状铜箔的压紧力f为：

f＝g·cosθ3

g表示压辊的重量(n)。

如图13所示，采用本申请的设计后，为了简化分析，按照静力学分析，压辊对卷状铜箔的压紧力f

第一斜线段,f为：f＝g·cosθ3(这与cn209668407u的计算方式一样)。

第二曲线段，f为：

θ2表示压辊轴承座的支撑面与竖向面的夹角，θ3表示压辊-收卷辊中心连线与竖向面的夹角。

从图13可知，本申请的设计，不仅仅是减少了θ3,而且还增加了θ2。

而第二曲线段采用圆弧形而言，其θ3、θ2均是一个变量，

并且，对于θ3、θ2而言，从求导后，可知：

第二曲线为下凹圆弧曲线，基于能够满足θ3+θ2>90°，特别的，当第二曲线段与第一斜线段为同一直线，其满足：θ3+θ2＝90°。

因此，θ3+θ2>90°，即恒大于0，即在θ2不变的情况下，随着θ3的减小，f是在减小的。

而恒大于0,即在θ3不变的的情况下，随着θ2的增加，f是在增加的。

因此，第二曲线为下凹圆弧曲线时，θ3减小,θ2增加，两者对于f的影响是相反的，其仅仅从f的计算公式来看，其效果没有办法预期。

第二曲线为下凹圆弧曲线，θ3、θ2计算公式如下：

进一步的，求得：

上式，仅仅只有一个未知量β，然而，上式求导较难。然而，可以通过matlab、excel程序，即通过数值计算来研究f的规律。

收卷辊的半径为100mm，压辊的半径为30mm，质量为12.5kg，长度1480mm(上述数据均为现有技术中记载)；

对于12微米的铜箔，其下卷时往往都能到10000米，此时对应的铜箔厚度达到22cm左右。

如图14所示，

给出了两种设计：

设计一：

铜箔厚度在0-30mm时，压辊在第一斜线段上移动；

铜箔厚度在30-220mm时，压辊在第二曲线段上移动，第二曲线段的设计参数如下：半径为1500mm。

设计二：

铜箔厚度在0-30mm时，压辊在第一斜线段上移动；

铜箔厚度在30-220mm时，压辊在第二曲线段上移动，第二曲线段的设计参数如下：半径为2000mm。

令人惊讶的是，从图14给出的结果来看，随着铜箔厚度的增加，压辊在圆弧形轨道上移动，压紧力呈线性增长。

圆弧的半径越大，压紧力的增长速率越小。

根据铜箔的实际生产，对于常规的6-18微米的铜箔，θ1取值在10°-18°之间，第一斜线段的长度取0-30mm，第二曲线段的半径取500-3000mm。

实施例2，根据实施例一的内容，本领域技术人员可以自行设计压辊轴承轨道。因为，对于不同厚度(极薄铜箔、超厚铜箔所采用的轨道差别较大)，其所需要的压紧力还是有较大的差别。

一种压辊轴承轨道的设计方法，其设计目标为轨道的第一斜线段长度、以及第二曲线段的半径u；

首先，首先确定θ1、h1、r0、r1、r2的值：θ1在10°-18°之间，h1在0-30mm之间，r0在100-150mm之间、r1在20到40mm之间、r2在10到20mm之间；

其次，第一斜线段长度＝h1；

再次，确定第二曲线段的半径u：

将u、βmax代入下式，求取，hmax

要满足：

20mm≤hmax≤300mm，条件下的u即可；

其中，βmax取值在5°至15°之间。

需要指出的是，设计指标中，除了hmax之外，的增长也是一个指标；在βmax取值在5°至15°之间，20mm≤hmax≤300mm条件下，的增长一般满足常规铜箔的生产的。

上述的设计方法，可以用来设计生箔机、分切机等不同工序下的收卷辊的压辊。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。