板材矯直機上輥系整體傾動調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙 崠 吳慶君

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024； 2．淮南市石油化工機械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

板材矯直機上輥系整體傾動調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙 崠1吳慶君2

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024； 2．淮南市石油化工機械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

采用輥縫值線性遞減矯直方案進行設(shè)計的板材矯直機，要求能調(diào)整上矯直輥系相對于固定安裝的下矯直輥系呈傾斜狀態(tài)排列，并且要具有對傾斜量進行準(zhǔn)確調(diào)整的功能。結(jié)合矯直原理與設(shè)備使用要求，介紹了上輥系整體傾動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)計算。

矯直機；線性遞減矯直方案；上輥系；整體傾動

一臺板材矯直機的矯直輥由上、下兩排組成，并且矯直輥的數(shù)量也是有限的。在矯直過程中采用上下輥系平行排列的矯直方案時，只能達到有限的矯平精度，因此采用下排矯直輥固定，上排矯直輥整體傾斜調(diào)整的輥縫值線性遞減的矯直方案，使板材在矯直輥入口第2輥和第3輥上形成很大的反彎曲率，使軋件各部分的彎曲變形總曲率均達到很大的數(shù)值，這可使殘余曲率的不均勻性迅速減小。在第四輥后，軋件的反彎曲率可逐漸減小近似于線性變化，此后第n-1輥的變形量最小，基本屬于彈性變形，使軋件趨于平直從而提高矯直質(zhì)量。

由此可見，設(shè)計一套相對于下輥系輥縫值呈線性遞減的上輥系整體傾動調(diào)整裝置，是符合矯直原理的，并能提高矯平精度，特別是在矯直高精度板材和有色金屬材料的矯直機中有著廣泛的需求。

1 上輥系整體傾動裝置的使用特點

結(jié)合矯直原理、矯平精度和設(shè)備結(jié)構(gòu)布置要求，上輥系整體傾動裝置需具有以下特點：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊便于安裝，運行平穩(wěn)可靠，調(diào)整精度高。

(2)上輥系整體傾動裝置需與上輥系壓下機構(gòu)各自獨立動作，傾動量與壓下量可分別設(shè)定。相對于只配備有一套上輥壓下機構(gòu)來同時兼顧上輥系的壓下量與傾動量的調(diào)整方式，其壓下機構(gòu)承受矯直力更均勻，調(diào)整精度更高。

(3)上輥系整體傾動裝置應(yīng)使上輥系傾動的回轉(zhuǎn)原點與上排矯直輥軸承座的中心重合并處于機架窗口的中心線上。

(4)為滿足矯直機往復(fù)可逆的工作方式，上輥系整體傾動裝置需具有正、反雙向調(diào)整的功能，且兩個方向的調(diào)整量要相同。

(5)上輥系整體傾動裝置需具有自鎖功能，已完成傾動量調(diào)整設(shè)定的上輥系在矯直過程中能據(jù)此克服矯直力的反向作用以保持設(shè)定的傾動值不變。

(6)由于上輥系整體傾動的調(diào)整量相對較小，并且每次調(diào)整量范圍較窄，要求傾動裝置能實現(xiàn)低速調(diào)整，準(zhǔn)確定位。

(7)傾動量是根據(jù)所矯直板材規(guī)格與性能設(shè)定的預(yù)設(shè)值，可在矯直前空載調(diào)整，矯直過程中無需帶載調(diào)整。

1—上輥系 2—擺動梁 3—左壓下滑塊 4—裝有內(nèi)制動電機的兩級大速比蝸輪減速機 5—左機架 6—平衡彈簧 7—右機架 8—右壓下滑塊 9—偏心軸 10—壓下螺絲 11—半軸瓦

根據(jù)以上使用特點，上輥系整體傾動裝置采用帶有內(nèi)制動電機驅(qū)動的兩級大速比蝸輪減速機傳動，帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)。偏心軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏心部分擺動量在裝有左、右壓下滑塊的機架與平衡彈簧共同連接固定的位置限制作用下，推動裝有上輥系的擺動梁以上排矯直輥軸承座中心為圓心旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)上輥系的整體傾動調(diào)整。

2 上輥系整體傾動裝置的結(jié)構(gòu)與精度要求

以一臺11輥板材矯直機為例進行說明。

矯直板材規(guī)格為：寬度800 mm～2 200 mm；厚度4 mm～20 mm；屈服強度Re≤750 MPa；矯直輥徑180 mm，輥距200 mm；矯直輥上排5個，下排6個。

2.1 上輥系整體傾動裝置的結(jié)構(gòu)組成

上輥系整體傾動裝置如圖1所示。

安裝在左機架5、右機架7窗口內(nèi)的左壓下滑塊3、右壓下滑塊8，可由壓下螺絲10旋轉(zhuǎn)帶動，實現(xiàn)上、下同步沿機架窗口滑動以調(diào)整壓下量的大小。偏心軸9的軸頸以軸套定位的方式安裝在左、右壓下滑塊的上部，壓下滑塊下部為R1 225 mm的凹圓弧面。擺動梁2安裝于帶有兩壓下滑塊的兩機架間，其上部左、右兩端是與兩壓下滑塊凹圓弧面配合的凸圓弧面，下部是裝有需進行壓下量與傾動量調(diào)整的上輥系1，在平衡彈簧6的過平衡力作用下，擺動梁以R1 225 mm圓弧為定位接觸面吊掛在壓下滑塊圓弧處，其接觸圓弧R1 225 mm的旋轉(zhuǎn)原點與上排矯直輥軸承座回轉(zhuǎn)直徑?1 700 mm的中心重合并位于兩機架窗口的對稱中心線上。偏心軸的偏心部分通過兩半軸瓦11安裝在擺動梁兩端的卡槽內(nèi)，其中心也位于兩機架窗口的對稱中心線上。

2.2 上輥系整體傾動裝置的制造精度要求

(1)左右機架的對稱度為0.05 mm。

(2)左右壓下滑塊、擺動梁兩端R1 225 mm圓弧面和上排矯直輥軸承座回轉(zhuǎn)直徑?1 700 mm的同心度為?0.06 mm。

(3)左右壓下滑塊、擺動梁兩端R1 225 mm圓弧面需進行表面刮研，接觸間隙小于0.05 mm，光潔度為Ra3.2 μm。

(4)機架窗口與壓下滑塊、半軸瓦與擺動梁卡槽，偏心軸的滑動配合面的配合公差為H8/f9，表面光潔度為Ra3.2 μm。

2.3 上輥系整體傾動機構(gòu)的運動情況

裝有電機的蝸輪減速機驅(qū)動偏心軸正、反向旋轉(zhuǎn)時，在裝有左、右壓下滑塊的機架與平衡彈簧共同連接固定的位置限制作用下，偏心軸偏心部分產(chǎn)生的推力F1以偏心距42.5 mm為力臂推動裝有上輥系的擺動梁，克服平衡彈簧過平衡力作用下的正壓力P在擺動梁與左、右壓下滑塊R1 225 mm定位接觸面上產(chǎn)生的滑動摩擦力矩M1以及上輥系整體傾動機構(gòu)傳動系統(tǒng)中的摩擦力矩M2，并以R1 225 mm的圓心轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)上排矯直輥的整體傾動調(diào)整。

3 上輥系整體傾動裝置的機構(gòu)分析

在裝有左、右壓下滑塊的機架與平衡彈簧共同連接固定的位置限制作用下，上輥系整體傾動裝置可按圖2所示的機構(gòu)簡圖進行分析。圖中F1為偏心軸部分的推力，F(xiàn)2為擺動梁與壓下滑塊間的摩擦力，L1為偏心距，L2為擺動梁的回轉(zhuǎn)力臂，L3為擺動梁與壓下滑塊間摩擦力矩的回轉(zhuǎn)力臂，P為平衡彈簧作用下的正壓力。上輥系傾動機構(gòu)為平面連桿機構(gòu)，封閉運動鏈。

0—機架 1—搖桿 2—滑塊 3—連桿

機架0(裝有壓下滑塊的機架)為固定件，搖桿1(偏心軸)為原動件，滑塊2(半軸瓦)與連桿3(裝有上輥系的擺動梁)為從動件。機架0與搖桿1構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，搖桿1與滑塊2構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，滑塊2與連桿3構(gòu)成滑動副，連桿3與機架0構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，各運動副均為低副。

3.1 上輥系傾動機構(gòu)的自由度計算

F=3n-2pl=3×3-2×4=1

式中，F(xiàn)為平面連桿機構(gòu)的自由度數(shù)；n為機構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)；pl為機構(gòu)中低副數(shù)。

在此機構(gòu)中，自由度數(shù)目為1，等于原動件數(shù)目為1，故上輥系傾動機構(gòu)具有確定的運動。

3.2 上輥系傾動機構(gòu)的力學(xué)關(guān)系

偏心軸部分的推力F1和擺動梁與壓下滑塊間的摩擦力F2是相等的，由于偏心軸的回轉(zhuǎn)半徑L1小于擺動梁的回轉(zhuǎn)半徑L2，在偏心軸的輸入功率與轉(zhuǎn)速一定的情況下，擺動梁的回轉(zhuǎn)速度降低，輸出力矩增大，從而上輥系整體傾動裝置的輸出扭矩要大于偏心軸的輸入扭矩。由于轉(zhuǎn)速降低力矩增大，故上輥系傾動機構(gòu)具有扭矩放大作用。

上輥系整體傾動機構(gòu)的力矩放大系數(shù)N為：

3.3 上輥系整體傾動裝置的調(diào)整參數(shù)

根據(jù)其低速調(diào)整、準(zhǔn)確定位的要求，以矯直最小板厚所需的反彎曲率計算上輥系進、出料側(cè)所需的不同壓下量的輥縫值，從而得出：

上輥系傾動量調(diào)整范圍為： +1.46°～0°～-1.46°。

設(shè)定上輥系傾動量調(diào)整速度為:0.17°/s。

由N=40.94得出：

偏心軸擺動量調(diào)整范圍為：+59.8°～0°～-59.8°。

偏心軸擺動量調(diào)整速度為:7°/s。

當(dāng)選用額定轉(zhuǎn)速為970 r/min的6級電機驅(qū)動時,擺動蝸輪減速機速比i為832。

由此可見上輥系整體傾動機構(gòu)具有扭矩放大作用，經(jīng)過力的傳遞，偏心軸所受矯直反力的作用并不大，并且其軸頭裝有帶內(nèi)制動電機驅(qū)動的兩級大速比蝸輪減速機，因此該機構(gòu)可有效的由小功率電機驅(qū)動，并同時實現(xiàn)自鎖功能。

4 上輥系整體傾動裝置的摩擦力矩

上輥系傾動機構(gòu)中的摩擦力矩M是由平衡彈簧過平衡力作用下產(chǎn)生的正壓力，在擺動梁與左、右壓下滑塊R1 225 mm定位面間產(chǎn)生的滑動摩擦力矩M1和上輥系整體傾動機構(gòu)傳動系統(tǒng)中的摩擦力產(chǎn)生的附加摩擦力矩M2組成。

M1=μPL3=0.2×458024×1.225=112215.88 N·m

式中，μ為摩擦系數(shù)，取0.2；P為平衡彈簧過平衡力作用下產(chǎn)生的正壓力，為平衡重量的1.4倍，取458 024 N；L3為擺動梁與壓下滑塊間摩擦力矩的回轉(zhuǎn)力臂，取1.225 m。

式中，η為擺動電機到擺動梁的傳動效率，取0.6。

式中，N為上輥系傾動機構(gòu)的力矩放大系數(shù)，取40.94；i為擺動蝸輪減速機傳動比，取832。

擺動電機選用型號為YEJ132M2-6，額定功率為5.5 kW，額定轉(zhuǎn)矩為52.5 N·m，額定轉(zhuǎn)速為970 r/min。

5 結(jié)論

設(shè)計可方便、準(zhǔn)確調(diào)整傾動量的上輥系整體傾動裝置，采用輥縫值線性遞減矯直方案，可簡單快速的設(shè)置矯直參數(shù)，提高矯直效率和矯平精度。但其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，零部件加工工藝與裝配精度要求較高。在生產(chǎn)實際中還應(yīng)制定完善的加工工藝和裝配檢驗手段以保證制造精度達到技術(shù)要求，實現(xiàn)設(shè)計意圖。

編輯 李韋螢

Structure Design of Overall Tilting Adjustment Device for the Plate Straightening Machine Top Roll System

Zhao Dong, Wu Qingjun

For the plate straightening machine with the straightening scheme of linear descending roll gap value, it is required that the top straightening roll system can be adjusted to be inclined to the fixedly installed bottom straightening roll system, and the tilting amount can be adjusted accurately. Combined with the straightening principle and equipment requirements, the structure design and parameter calculation of the top roll system overall tilting device have been introduced in this paper.

straightening machine; straightening scheme of linear descending; top roll system; overall tilting

2016—07—11

TG333.2+3

B