淺談三輥卷板機(jī)加工圓筒時(shí)出現(xiàn)扭斜的處理方法

王秋實(shí) 張野 馬馳 張強(qiáng) 徐進(jìn)

摘要： 目前，公知的三輥卷板機(jī)加工圓筒過程中出現(xiàn)圓筒端口錯(cuò)邊扭斜的處理方法，一般都是調(diào)整圓筒的位置改變整體板材的受力方向而兩邊輥依舊水平施力使圓筒的錯(cuò)邊扭斜現(xiàn)象消除。三輥卷板機(jī)圓筒錯(cuò)邊扭斜處理的技術(shù)方法，不調(diào)整板材位置通過調(diào)整兩下輥的施力方向起到一個(gè)約束扭轉(zhuǎn)的作用，該方法不需要起重機(jī)配合，調(diào)整圓筒的錯(cuò)邊量有數(shù)據(jù)可依安全可靠同時(shí)可以隨時(shí)對(duì)圓筒的錯(cuò)邊現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整。

Abstract： At present， the well-known three-roll roll coil processing cylinder process appears in the wrong side of the cylinder port twisting treatment method， generally adjust the position of the cylinder to change the force direction of the overall plate and both sides of the roller still horizontal force so that the wrong edge twisting phenomenon of the cylinder eliminated. Three-roll roll roller wrong edge twisting treatment of the technical method， do not adjust the position of the plate by adjusting the force direction of the two rollers to play a role in constraining the twist， this method does not need a crane to cooperate， adjust the wrong edge amount of the cylinder data can be safe and reliable at the same time can be adjusted at any time the wrong edge phenomenon of the cylinder.

關(guān)鍵詞： 三輥卷板機(jī);圓筒加工;圓筒扭斜;約束扭轉(zhuǎn)

Key words： three-roll coil machine;cylinder processing;cylinder twisting;constraint twisting

中圖分類號(hào)：U673.38? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0062-02

1? 三輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)

三輥卷板機(jī)有對(duì)稱式和非對(duì)稱式，本此實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)稱式三輥卷板機(jī)。其三個(gè)工作輥對(duì)稱分布，兩下輥為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥，同時(shí)兩下輥可上下垂直運(yùn)動(dòng)同時(shí)兩下輥的四個(gè)點(diǎn)也可以單獨(dú)上下垂直運(yùn)動(dòng)。上輥為固定輥無驅(qū)動(dòng)也不可以做上下垂直運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)兩下輥上升使上輥下壓板材，使板材發(fā)生塑性彎曲變形，通過下輥的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)板材卷制。

2? 三輥卷板機(jī)加工圓筒出現(xiàn)扭斜的原因

在切割過程中因?yàn)榘宀牡氖軣嶙冃斡绊懬懈詈蟮陌宀木?，在壓頭過程中因?yàn)橛蛪簷C(jī)壓力的不均勻會(huì)出現(xiàn)加工前的板材壓頭位置處圓弧有一定的偏差，在板材的對(duì)中過程中無法做到使板材絕對(duì)的對(duì)中，同時(shí)在加工過程中因?yàn)榘宀膬?nèi)部存在應(yīng)力板材來回反復(fù)加載行車等等不可控因素，當(dāng)板材要成圓筒形時(shí)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)板材兩端扭斜現(xiàn)象。

3? 三輥卷板機(jī)圓筒扭斜狀態(tài)的板材受力分析

三輥卷板機(jī)卷制的板材出現(xiàn)扭斜狀態(tài)，主要的原因是板材運(yùn)動(dòng)的軌跡沒有與卷板機(jī)的工作輥垂直，導(dǎo)致板材受力彎曲變形后圓筒兩邊出現(xiàn)扭斜。若板材有縱向?qū)ΨQ面，且橫向力作用于該對(duì)稱面內(nèi)，則板材只可能在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)發(fā)生彎曲，不會(huì)有扭轉(zhuǎn)變形。如果橫向力作用平面不是縱向?qū)ΨQ面，板材除彎曲變形外，還將發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。如圖2，X為板材絕對(duì)對(duì)中時(shí)板材的橫向?qū)ΨQ面，Y為板材對(duì)中時(shí)的縱向?qū)ΨQ面，Z為卷板機(jī)上輥對(duì)板材的施力方向垂直板材，GN為板材扭斜狀態(tài)下的橫向?qū)ΨQ面，IJ為板材扭斜狀態(tài)下的縱向?qū)ΨQ面，DE（M）為板材輥制成圓筒時(shí)圓筒的扭斜量。

由圖2圓筒扭斜狀態(tài)下的幾何簡圖，可以得出板材扭斜的幾何關(guān)系。

經(jīng)過B點(diǎn)做一條平行于Y軸（LK）的平行線與CD的延遲線相交于E點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為BE與X軸的交點(diǎn)。ABCD分別為板材的四個(gè)點(diǎn)，假設(shè)板材無切割誤差板材為長方形ABCD四個(gè)點(diǎn)都為直角。由圖2可知板材扭斜的角度為∠EBD，EBD為直角三角形可以得出∠EBD=arctanDE/BD

由圖2可知，△GOH和△FHB都為直角三角形，根據(jù)幾何關(guān)系可以得出∠GHO和∠FHB為對(duì)角，所以∠GHO=∠FHB。又因?yàn)椤鱃OH和△FHB都為直角三角形∠GHO=∠FHB，所以∠GOH=∠FBH。同理根基幾何關(guān)系可以得出∠GOH=∠IOL=∠KOJ。根據(jù)幾何關(guān)系得出板材自由翹曲轉(zhuǎn)角為arctanDE/BD。因?yàn)榘宀挠锌v向彎曲的同時(shí)還存在著橫向彎曲，所以導(dǎo)致板材成圓筒后出現(xiàn)扭斜的現(xiàn)象。

可以把要加工的圓筒受力分析，假設(shè)為開口薄壁梁。符拉索夫依照自由扭轉(zhuǎn)的變形特點(diǎn)創(chuàng)建了開口薄壁梁約束扭轉(zhuǎn)的經(jīng)典理論，在梁受力變形的過程中，橫截面在自身平面內(nèi)的形狀保持不變，但沿梁的軸向方向可以發(fā)生翹曲變形，在梁中面上的剪應(yīng)變?yōu)榱?。橫截面的總轉(zhuǎn)角由自由翹曲轉(zhuǎn)角和約束剪切轉(zhuǎn)角這兩者組成。自由翹曲轉(zhuǎn)角僅產(chǎn)生翹曲變形，可以看成相應(yīng)扭矩作用的結(jié)果;約束剪切轉(zhuǎn)角僅產(chǎn)生剪切變形而不發(fā)生翹曲變形，將其看成是二次扭矩作用的結(jié)果。

開口薄壁梁在偏心荷載作用下發(fā)生彎扭耦合，除了發(fā)生彎曲變形，通常情況下也存在扭轉(zhuǎn)變形問題。對(duì)于橫向偏心荷載作用，當(dāng)荷載作用線不通過剪切中心時(shí)，橫向偏心荷載會(huì)產(chǎn)生附加的扭矩荷載。

4? 圓筒扭斜狀態(tài)的處理方法

目前，公知的三輥卷板機(jī)加工圓筒過程中出現(xiàn)圓筒端口錯(cuò)邊扭斜的處理方法，一般都是調(diào)整圓筒的位置改變整體板材的受力方向而兩邊輥依舊水平施力使圓筒的錯(cuò)邊扭斜現(xiàn)象消除。當(dāng)圓筒直徑和厚度比較小時(shí)可以用人力調(diào)整圓筒，但是如果出現(xiàn)圓筒直徑和厚度特別大，那就只好用起重機(jī)進(jìn)行配合吊運(yùn)調(diào)整，在調(diào)整過程中無數(shù)據(jù)可依靠大多數(shù)靠工人的經(jīng)驗(yàn)，此方法無法一次準(zhǔn)確的調(diào)整好板材的受力方向，需要不斷的進(jìn)行調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且存在一定的危險(xiǎn)。同時(shí)因?yàn)榘宀囊呀?jīng)成扭斜的圓筒狀，調(diào)整好板材后卷板機(jī)加載過程中因?yàn)槭芰Φ牟痪鶠榘宀奈恢眠€會(huì)恢復(fù)到原來的扭斜狀態(tài)。

根據(jù)三輥卷板機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出通過調(diào)整兩下輥的施力方向，改變圓筒的受力方法，同時(shí)卷板機(jī)圓筒的合力方向不變，使橫向力作用在縱向?qū)ΨQ面上，使板材只有縱向彎曲，從而達(dá)到消除扭轉(zhuǎn)力消除圓筒錯(cuò)邊扭斜現(xiàn)象。

在扭轉(zhuǎn)的作用下，所有的薄壁梁都會(huì)產(chǎn)生翹曲，這意味著截面不再是一個(gè)平面。如圖3所示，F(xiàn)1和F2為板材產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的力，F(xiàn)3和F4為通過調(diào)整兩下輥的高度產(chǎn)生的外力，大小與F1F2相同方向相反，主要目的起到消除橫向彎曲力F1和F2出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

5? 試驗(yàn)及結(jié)果

本次試驗(yàn)采用如圖4所示，1下輥A升降右點(diǎn)位，2下輥A升降左點(diǎn)位，3下輥B升降左點(diǎn)位，4下輥B升降右點(diǎn)位，5圓筒錯(cuò)邊A，6圓筒錯(cuò)邊B，7圓筒錯(cuò)邊C，8卷板機(jī)上輥。

三輥卷板機(jī)滾圓時(shí)發(fā)現(xiàn)圓筒兩端頭（5）（6）（7）發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)邊，需要消除圓筒兩端頭的錯(cuò)邊。記錄左下輥（1）下輥（2）當(dāng)前的高度值（350/350），記錄右下輥（3）下輥（4）的高度值（350/350）。然后將兩下輥卸載壓力到與上輥（8）出現(xiàn)間隙。因?yàn)閮蓚€(gè)下輥（1）（2）（3）（4）點(diǎn)位都可以獨(dú)立升降。測量圓筒兩端口（5）和（7）的錯(cuò)邊量數(shù)值為A。之后調(diào)整左下輥（1）的高度值為350+A，左下輥（2）的高度值為350-A。調(diào)整右下輥（3）的高度值為350+A，右下輥（4）的高度值為350-A。之后在觀察圓筒兩端口（5）（7）是否出現(xiàn)錯(cuò)邊，如果圓筒兩端口（5）和（7）依舊錯(cuò)邊，可以對(duì)左下輥（1）和右下輥（3）高度值進(jìn)行調(diào)整，直到調(diào)整到圓筒（5）和（7）沒有錯(cuò)邊現(xiàn)象。記錄好左下輥（1）（2）和右下輥（3）（4）兩點(diǎn)位的高度差保持高度差。上輥（8）轉(zhuǎn)動(dòng)，之后同時(shí)加載左右兩輥使（1）（2）（3）（4）加載數(shù)值相同，不斷觀察圓筒兩端（5）和（7）是否有錯(cuò)邊，可以在上輥（8）轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中進(jìn)行微調(diào)。不斷地調(diào)整直到圓筒不在存在扭斜狀態(tài)。

通過試驗(yàn)，可以得知根據(jù)圓筒的扭斜情況分別調(diào)整兩下輥可以消除圓筒扭斜的現(xiàn)象。兩下輥傾斜產(chǎn)生的力，分解后一部分產(chǎn)生彎曲力另一部分消除圓筒的剪切力，與圓筒受到的橫向彎曲力大小相等方向相反達(dá)到了力的平衡。

6? 結(jié)論

三輥卷板機(jī)滾圓筒時(shí)，板材出現(xiàn)扭斜通過調(diào)整兩下輥位移量消除扭斜的技術(shù)方法調(diào)整一個(gè)下輥的單邊的高度再調(diào)整另一個(gè)下輥相同的高度，使兩個(gè)下輥在平面上形成一個(gè)交叉，改變自由翹曲轉(zhuǎn)角不在使圓筒產(chǎn)生翹曲變形對(duì)板材的翹曲起到一個(gè)約束的作用，使橫向彎曲的通過改變圓筒局部的受力方向可以達(dá)到消除圓筒扭斜的現(xiàn)象，有數(shù)據(jù)可以依靠，可以隨時(shí)調(diào)整，不需要外力調(diào)整圓筒只調(diào)整三輥卷板機(jī)的兩個(gè)下輥位移量就可以消除圓筒扭斜現(xiàn)象。

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