預(yù)應(yīng)力全方位壓力矯直機(jī)研制

劉 磊 趙西韓 馬 強(qiáng) 王仕杰 賈尚武

(中國重型機(jī)械研究院股份公司 陜西西安710032)

·設(shè)備介紹·

預(yù)應(yīng)力全方位壓力矯直機(jī)研制

劉 磊 趙西韓 馬 強(qiáng) 王仕杰 賈尚武

(中國重型機(jī)械研究院股份公司 陜西西安710032)

通過介紹全方位壓力矯直機(jī)的研制過程，簡述了中國重型機(jī)械研究院研制的新型壓力矯直機(jī)的主要組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行矯直，改善了傳統(tǒng)壓力矯直機(jī)的工作效率，使用預(yù)應(yīng)力機(jī)架保證了設(shè)備整體剛性，提高了設(shè)備長期使用的穩(wěn)定性。

壓力矯直機(jī) 全方位 預(yù)應(yīng)力機(jī)架

1 開發(fā)背景

現(xiàn)有市場對于方鋼和鋼軌等異型鋼材交貨狀態(tài)的要求越來越高，而其現(xiàn)有的軋制工藝無法完全保證軋制成型的工件可以達(dá)到直接交貨的標(biāo)準(zhǔn)，就此衍生了許多異型材精整的相關(guān)設(shè)備，而壓力矯直機(jī)就是其中的一種。壓力矯直機(jī)與輥式矯直機(jī)同屬于利用反復(fù)彎曲并逐漸減小壓彎撓度方法達(dá)到矯直目的的設(shè)備。其工作原理是將帶有原始彎曲的工件支承在工作臺(tái)的兩個(gè)活動(dòng)支點(diǎn)之間用壓頭對準(zhǔn)最彎部位進(jìn)行反向壓彎的。

壓力矯直機(jī)根據(jù)主缸的運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為臥式和立式兩種，在完成一個(gè)空間矯直工序后，此兩種形式矯直機(jī)均需要通過翻鋼機(jī)構(gòu)將工件翻轉(zhuǎn)至另一個(gè)彎曲空間位置，就造成了壓力矯直機(jī)整體的工作效率低下，若設(shè)備在線布置的話，就會(huì)嚴(yán)重制約精整線的效率。所以現(xiàn)有壓力矯直機(jī)多是離線布置，而離線布置就會(huì)造成工件矯前矯后吊裝時(shí)間過長的問題。而新型預(yù)應(yīng)力全方位壓力矯直機(jī)可以從四個(gè)方向進(jìn)行矯直，無需翻轉(zhuǎn)工件，節(jié)約了總體工作時(shí)間，提高矯直效率。同時(shí)利用壓縮橫梁與豎梁的連接立柱，使得整個(gè)框架形成一個(gè)預(yù)應(yīng)力機(jī)架，提高了機(jī)架的剛性及矯直過程的穩(wěn)定性，可顯著提高機(jī)架的整體穩(wěn)定。

2 設(shè)備主要組成

設(shè)備主機(jī)由上橫梁、下橫梁、左右豎梁以及砧座調(diào)整機(jī)構(gòu)和四個(gè)方向液壓主缸組成。上下橫梁均為焊接結(jié)構(gòu)件，與左右豎梁通過橫向拉桿拉緊，經(jīng)鎖緊螺母接成一體。豎梁與上下橫梁有止口固定，為四個(gè)方向同時(shí)卡死，將上下橫梁與左右豎梁固定為一個(gè)整體，保證在矯直過程中液壓缸施加的作用力轉(zhuǎn)化為這個(gè)框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。左右砧座沿著上、下橫梁的滑軌面移動(dòng)。砧座的調(diào)整采用電機(jī)帶動(dòng)同步鏈條調(diào)整，從而可以保證左右砧座同時(shí)向相反方向移動(dòng)，做到了左右砧座的同步調(diào)整。砧座內(nèi)部安裝有支座，為系列可更換的，可以根據(jù)工件形狀不同進(jìn)行選擇。主缸為活塞缸，共4個(gè)分別安裝在上下橫梁和左右豎梁中，成對稱布置。主油缸的密封采用德國進(jìn)口密封。主油缸的位置控制由內(nèi)置式直線位移傳感器檢測，油缸行程可控可預(yù)設(shè)。四個(gè)主油缸均設(shè)置有快進(jìn)、工進(jìn)和快退模式，缸頭以快進(jìn)形式運(yùn)動(dòng)至工件跟前，而后工進(jìn)進(jìn)行矯直，矯直完畢，缸桿快速回退。設(shè)備簡圖如下。

圖1 設(shè)備組成部分簡圖

1-豎梁; 2-上橫梁; 3-上主缸; 4-立柱; 5-鎖緊螺母; 6-砧座; 7-水平主缸; 8-下主缸; 9-下橫梁

3 主要參數(shù)的計(jì)算過程

1)根據(jù)被矯工件尺寸和材質(zhì)確定設(shè)備主缸矯直力大小

由來料可知其屈服極限σs和彈性模量E。

由此可知彈復(fù)彎矩M

M=σs·E

(1)

由此根據(jù)砧座間距L，即可知所需矯直力F大小

(2)

2)確定主缸各個(gè)尺寸

根據(jù)矯直力F和預(yù)定系統(tǒng)壓力P可算得油缸缸徑D

(3)

由主缸缸徑D和運(yùn)動(dòng)速度V可以得知流量Qmax和主缸油口直徑d0

(4)

(5)

式中d0—主油缸油口直徑；V0—油口液流速度，m/s。

說明：V0可以根據(jù)前后兩個(gè)腔體壓力所定，在2m/s～8m/s之間選擇。

3)確定預(yù)應(yīng)力立柱大小

左右豎梁和上下橫梁之間是通過預(yù)應(yīng)力立柱鎖緊為一個(gè)整體框架的，所以立柱的直徑就成了保證設(shè)備整體剛性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

由水平矯直力F以及立柱材料的屈服極限σs可以得知立柱直徑d的大小

(6)

計(jì)算需考慮在壓力矯直機(jī)這種交變受力工況下立柱的安全系數(shù)在5倍以上。

4 預(yù)應(yīng)力機(jī)架的應(yīng)用

以往矯直設(shè)備使用的框架式結(jié)構(gòu)，均未采用預(yù)應(yīng)力機(jī)架的形式，就導(dǎo)致設(shè)備的整體剛性沒有得到有效保證，在矯直過程中，設(shè)備上橫梁整體的震動(dòng)較大，在增加后期維護(hù)人員工作量的同時(shí)也影響了棒材矯直效果，考慮到上述原因，此次設(shè)計(jì)過程中將預(yù)應(yīng)力機(jī)架這項(xiàng)專利技術(shù)使用在此套設(shè)備上。所謂預(yù)應(yīng)力機(jī)架，是指通過拉伸連接上下橫梁和左右豎梁的連接立柱，使其發(fā)生一定的彈塑性變形，在設(shè)備本體施加不小于設(shè)備最大矯直力的預(yù)緊力，最后使用鎖緊螺母備緊，保證在矯直過程中設(shè)備的整體性。過程如下：設(shè)備安裝至圖2所示后，將外用的液壓螺母與立柱上端面把接一起，通過液壓螺母打壓拉伸立柱至一定長度，而后備緊鎖緊螺母，立柱回彈，產(chǎn)生不小于最大矯直力的預(yù)緊力，從而保證設(shè)備整體的穩(wěn)定性。

圖2 預(yù)應(yīng)力機(jī)架簡圖

5 結(jié)語

介紹了一種新型四面壓力矯直機(jī)的研制過程，此設(shè)備利用預(yù)應(yīng)力形式的機(jī)架，組成一個(gè)無需翻鋼并可以在四個(gè)方向進(jìn)行快速矯直的新型壓力矯直機(jī)。此設(shè)備的應(yīng)用可以有效提高整條異型材后部精整線的效率，改善異型材生產(chǎn)的工藝，并提供給用戶一種新型的設(shè)備進(jìn)行選型使用。

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[4]趙西韓，薛紅衛(wèi)，趙永平. 可變恒壓動(dòng)態(tài)矯直技術(shù)與應(yīng)用.重型機(jī)械，2006(6):34-36.

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Development of Press Straightener with Omnidirectional and Beforehand-Stress-Frame

Liu Lei Zhao Xihan Ma Qiang Wang Shijie Jia Shangwu

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi′an 710032)

Introduce the development of press straightener with omnidirectional and beforehand-stress-frame, sketch out the compose and structure of a new press straightener designed by SINO-HEAVYMACH. By the new design, It can straightening in four direction, improves the efficiency of straightener. The straightener has a beforehand-stress frame which can assure the rigidity of equipment, it improves the stability of equipment after a long use.

Press straightener Omnidirectional Beforehand-stress-frame

劉磊，男，1983年出生，畢業(yè)于太原科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士，工程師

TG333.23

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.013

2014-03-11)