二輥棒材矯直機的設計含5張CAD圖

二輥棒材矯直機的設計含5張CAD圖,二輥棒材,矯直機,設計,CAD 二輥棒材矯直機的設計 Design of two-roll bar straightener 摘 要 近現代以來，社會不斷發(fā)展，技術進步突飛猛進，對于棒材的產量與質量要求的不斷提高，針對棒材的產品精度提出了更高的要求。過去，相關廠商通常使用平行輥矯直機來進行針對管道的矯直的作業(yè)，以及棒材的截斷面的斷面處理。在加工過程中，很容易產生自轉現象，另外僅可以通過矯直于輥軸縱向部分的圓形材料的彎曲。根據此條件，斜兩輥矯直機的出現一定水平上改善了傳統的平行輥矯直機無法解決的矯直棒和管的相關困擾，本文將設計一種二輥棒材矯直機。 本文將從矯直機的工作原理以及工藝技術兩個方面入手進行分析，對目前的工藝與原理進行梳理，同時對斜輥矯直機進行有關分析，從多個方面如工作原理，機器的結構和特點進行多角度分析，另外，對兩輥矯直機的有關的計算方法進行功率的分析計算，并因此提出對于二輥棒材矯直機的基本設計路徑，對于附屬的結構諸如機架、機座、以及傳動結構本文沒有進行詳細分析，只是進行簡單的介紹分析，由于時限問題，對于設備中的液壓結構以及整體設備的相關作業(yè)要求并未進行詳細說明。限于本人的水平，文中有誤漏之出，還請批評指正。 關鍵詞：棒材；矯直工藝；二輥棒材矯直機；矯直力能參數 ABSTRACT Since modern times, the society has been developing, technological progress by leaps and bounds, for the continuous improvement of rod output and quality requirements, put forward for the product accuracy of rod higher requirements. In the past, the relevant manufacturers usually used parallel roller straightening machines for the straightening of the pipe, and for the cross - section treatment of the rods. In the processing process, rotation is easy to produce, and only by bending the circular material straightened to the longitudinal part of the roller shaft. According to this condition, the emergence of inclined two - roll straighter machine improves the traditional straightening rod and pipe problems because of the design of a two - roll rod straighting machine. This paper will analyze the working principle of straightening machine and process technology, Combing the current processes and principles, On the inclined roller straightening machine, From multiple aspects such as the working principles, The structure and characteristics of the machine are analyzed from multiple angles, Also, Power calculation of two - roll straightener, Therefore, the basic design path for the two - roller rod straightening machine is proposed, For accessory structures such as racks, seats, and drive structures, Just a simple introduction analysis, Due to the time limits of issues, The hydraulic structure in the equipment and the operation requirements of the equipment and the overall equipment are not detailed. Limited to my level, the article is error and leakage, please also criticize and correct. Keywords：bars；Straightening process；the two roll bar straightening machine；straightening of the power parameters 目 錄 1 緒 論 1 1.1 設計課題背景 1 1.2 設計依據 1 1.3 矯直設備的發(fā)展概況 1 1.4 分類及工作原理 3 1.4.1 壓力矯直機 3 1.4.2 輥式矯直機 4 1.4.3 斜輥式矯直機 4 1.4.4 拉伸矯直機 4 1.4.5 拉伸彎曲矯直機 4 2 矯直理論 5 2.1 “ 矯直”的定義 5 2.2 反彎矯直的基本原理 5 2.3 二輥棒材矯直機的工作原理 6 2.4 設計參數 9 2.5 國內外現在生產這種矯直機的廠家 12 3二輥棒材矯直機力能參數計算 13 3.1矯直力的計算 13 3.1.1求導程t 13 3.1.2求彈性極限彎矩Mmax 14 3.1.3求傾角： 14 3.1.4軸承承受力的總和 15 3.2 二輥棒材矯直機功率計算 16 3.2.1軸承的消耗功率 16 3.2.2滑動摩擦的消耗功率 16 3.2.3滾動摩擦的消耗功率 16 3.2.4塑性彎曲變形的消耗功率 16 3.2.5消耗總功率 17 3.3矯直機驅動功率 17 3.4關于機架、機座及軸承蓋的設計 18 4二輥棒材矯直機輥系設計 20 4.1矯直輥的組成 20 4.2.矯直輥材料 20 4.3矯直輥尺寸計算 21 4.4矯直速度計算 23 4.5矯直輥強度計算 24 4.6軸承的壽命校核 27 5二輥棒材矯直機傳動裝置的選擇及液壓過載保護 30 5.1二輥棒材矯直機傳動裝置的選擇 30 5.1.1矯直機主傳動裝置的組成 30 5.1.2矯直機主傳動裝置類型 30 5.1.3萬向連接軸 31 5.1.4聯接軸的總體的配置及其平衡裝置 31 5.1.5主減速機 32 5.2二輥棒材矯直機的液壓過載保護裝置 33 6二輥棒材矯直機的安裝與維護 36 6.1二輥棒材矯直機的安裝 36 6.1.1基礎 36 6.1.2設置安裝基準 36 6.1.3設置墊板 36 6.1.4矯直機的吊裝、找正、找平、找標高 37 6.1.5二次灌漿 37 6.1.6試運轉 37 表6-1 運轉步驟 37 6.2二輥棒材矯直機的維護 38 6.2.1二輥棒材矯直機的維護和修理制度 38 6.2.2二輥棒材矯直機的潤滑 39 7 結論 41 參考文獻 42 致 謝 44 IV 1 緒 論 1.1 設計課題背景 由于實際生產過程中由于人工長時間地手動檢測矯直機的翹曲，因此手動設置矯直機的翹曲量不夠精確。整個工作過程都是手工操作，效率低下，并且校準精度取決于操作人員的經驗。由于矯直機通常用作輔助矯直設備，因此校準必須檢測工件的原始彎曲度，測量彎曲度，確定最佳矯正點并設置彎曲度[1]。由于缺乏可靠的檢測方法以及對某些人為因素的理解，這些操作只能在過去手動完成。因此，過去所使用的方案存在以下缺點：手動彎曲檢測和彎曲量手動設置不夠精確，效率低，并且校準精度取決于操作人員的經驗，導致生產效率低下。如今，人們對條的需求在增加，對精度的要求也在增加。在這種情況下，斜二輥矯直機從根本上改善了傳統平行輥矯直機無法解決的問題[2]，例如棒材和管材的校準精準度。因此，我們設計了二輥棒材矯直機。 1.2 設計依據 根據目前的行業(yè)對于矯直機的相關材料對于目前的技術指標進行如下設計： 表1-1設計參數表 矯直棒材規(guī)格 矯直棒材材料 合金鋼、不銹鋼（2） 棒材原始曲率 矯直后直度 棒材原始表面 棒材矯直后表面 最大矯直速度 最大矯直力 采用液壓過載保護；采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻；自動上下料。 1.3 矯直設備的發(fā)展概況 尚未在準確的書面記錄中找到矯直技術的確切時間。然而，在挖掘的文物中我們發(fā)現，在春秋戰(zhàn)國時期劍的筆直度使人們可以想象到手動校直和拉平的技術已經達到了很高的水平。在技術進步的過程中，人類的工具加工一直使用矯直技術進行從小器件的針狀物體以及大型圓棒的加工制作。而手工加工的過程相對簡陋，缺少精細化的控制，另外大型的部件通常使用高溫加熱進行產品的加工制作。 基于社會的特性，我國的長期受限于受限于手工技術的發(fā)展。在十八世紀末到十九世紀初這段時間，通過工業(yè)革命，在西方國家進行了第一次工業(yè)革命，人類社會經歷了動力系統的重大變革，完成了人力的替代，人類邁入了蒸汽時代。從此大型機械化生產替代手工制作生產。通過冶煉技術的進步，英國在鋼鐵產量上有了質的飛躍，整體產量提升接近三倍，在十九世紀中期，產量得到了進一步的爆炸式增加，直至十九世紀末期，產量已經增加到了初期的五十倍左右。其中二次加工的鋼材的比重也在逐年增加。在這個時期，隨著工業(yè)機械技術的發(fā)展，鍛造機、軋鋼機以及矯直機先后出現，并在生產過程中發(fā)揮了越來越大的作用。 在二十世紀時期，蒸汽動力被電力驅動所取代，從而加速了整個機械工業(yè)的進步。 一九零五年在英國發(fā)明的輥式矯直機，我國引進為歷史上第一臺此類機器。 在二十世紀初，已經有兩臺用于矯正圓截面的輥矯直機。 在二十世紀六十年代，美國薩頓公司發(fā)明了KTC矯直機[3]，可以改善大直徑管道矯直的缺陷。在上個世紀三四十年代，國外相關先進設備被引進國內的鋼鐵工業(yè)，對于國內的技術發(fā)展有了進一步的推動。 新中國成立后，中國的老重工業(yè)城市就已經從歐美工業(yè)強國那里獲得了更高的技術支持，通過引進、吸收、轉化對國內的矯直機技術有了極大的推進。另外一方面，隨著拉伸矯直機的引進，以及蘇聯對于我國的工業(yè)援助，在相關設備上的，伴隨著第三次工業(yè)革命催生出來的信息化技術與計算機技術的不斷發(fā)展，對于工業(yè)化發(fā)展有著大力的推動作用，在這一方面對于設備的進步發(fā)展是全方位的催生作用，拓寬了品類范圍，在產品規(guī)格、結構上也有著大力推動發(fā)展。 改革開放給我國的工業(yè)發(fā)展帶來了新的發(fā)展活力，通過大量吸收的國外的先進技術與最新的研究成果。在范圍1.6mm-600mm的直徑內，均可以通過管式矯直機來實現。并且在速度方面也有大幅度提高能夠達到300m/rain的高速型號的校準器，在精確度方面能夠完成的0.038mm/m的級別校準器。英國的矯直機，德國的矯直機等。值得驕傲的是，我國科學技術界正在努力提高相關技術進展的創(chuàng)新突破。從上個世紀五十年代，劉天明提出了一種高度精確的技術方法來計算整個過程并且對進行了精確的測試工作。而在上個世紀六十年代到八十年代，通過對于相關技術的深入研究，并取得了突破性的進展，并進行了全國性的行業(yè)技術會議。同時，西安重型裝備研究院以太原重型機械廠為代表的研究部門和設計制造部門已經完成了許多矯直機的設計和開發(fā)。它不僅為我國的生產提供了設備保證，而且還教育了大批設計研究人員。 在上個世紀末期，在這方面的技術進展有了進一步的突破，進一步的貼近世界的一流水平。通過大量的專利申請，在重點技術領域大量獲得省部級科技成成果獎勵，以及國家發(fā)明獎勵。尤其是近些年，目前在技術突破上，達到了7輥矯直機以及三輥薄壁銅管矯直機，三輥薄壁銅管矯直機。并且在這個基礎之上不斷的進行創(chuàng)新，目前部分單位在努力在將5G融合自動化技術與矯直機相結合，爭取實現在目前的技術潮流下完成工業(yè)的進展，提高關于自動化的提升，以此降低人員投入，以及效率的提升。 1.4 分類及工作原理 在軋制，增熱和物流等環(huán)節(jié)過程中，通常情況在生產過程中會出現塑性變形或內部殘余應力，因此會出現在很多工藝缺陷性問題。由于當前的市場需求對于生產廠家的要求越來越高，對于這種情況，廠家對于矯直機的需求也是日益增加，同時隨著產品的普及，對于產品力的需求也是不斷提升，對于產品的自動化水平的需求也是不斷的提高。 通過不同的結構特性和工作機理，矯直機可分為幾種基本類型：壓力矯直機，輥矯直機，斜輥矯直機，拉伸矯直機和拉伸彎曲矯直機[4]。 1.4.1 壓力矯直機 壓力校準器將會利用可動壓頭，這種壓頭主要是根據曲柄和連桿機構的驅動，通過使壓延件向相反方向彎曲來補償壓延件。 過度校準是壓力校準器的基本校準原理。這種矯直機的手工工作量大，帶來的生產產能低，但能夠根據實際情況及時調整，可依據不同類型局部彎曲的情況進行及時的反饋調整。一般情況，常常用于矯直大型鋼梁結構件，鋼軌和大直徑的鋼管。 1.4.2 輥式矯直機 輥式矯直機具備相互交叉的工作輥，并且折彎的滾動件在旋轉的工作輥之間通過，反復折彎然后繼續(xù)矯直。軋制零件可以高速連續(xù)地矯直，能夠具有更高的生產率[5]。矯直機有多種種類，根據如何調整工作輥的最上一行，基本上可以將它們分為三類：單獨調整，平行調整和傾斜調整。 1.4.3 斜輥式矯直機 傾斜的輥式矯直機通常應用在矯直管道和圓棒的生產中。該矯直機的工作輥擁有具備相似于雙曲線空間曲線的外形，并且兩行工作輥的軸線相互相交。管道和棒在矯直時螺旋旋轉時會向前移動，并相同運動下進行多曲折和滾動操作以去除彎曲和末端橢圓形的所有側面。該矯直機的設備具備更加輕便的整備質量，相比于過去的設備更加容易的進行調節(jié)和維護作業(yè)，對管材和棒材具有良好的矯直作業(yè)成效?？梢愿鶕ぷ鬏伒臄盗窟M行分列歸類，本文介紹的兩個輥矯直機屬于這一類型。 1.4.4 拉伸矯直機 在應對超薄型材料的鋼板以及有色金屬板材的加工的管材和型材，在處理帶有中間的瓤曲線或者是帶有邊緣角波的板帶，支撐輥段可調輥矯直機結構復雜，但矯直效果不理想，因此需要采用拉伸矯直的方法[5]。 1.4.5 拉伸彎曲矯直機 對于目前的發(fā)展方向來看，以提升帶材的矯直質量效果的目標中，積極開發(fā)了拉伸彎曲矯正裝置。拉伸彎曲矯直的通常的泛型機理是，存在張緊帶被彎曲輥嚴重彎曲的情況下，會出現彈性塑性膨脹，可以進一步完善修復出現的三維形狀缺陷問題。這種矯直裝置通常用于能夠全方位矯正不同屬性金屬帶的連續(xù)工作線中，并且可以用于機械分解磷以加速酸洗的酸洗設備中。同時，在有色金屬型材車間還裝備用了扭力矯直機，以糾正型材變形的現象。 2 矯直理論 2.1 “ 矯直”的定義 在軋制，加熱，運輸，鍛造，擠壓，拉拔，冷卻等過程中的金屬條材（特別是代表長條狀金屬型材，如型材、棒材、管材、線材、板材、帶材等），一般條件下材料會出現不同現象的彎曲、歪扭等塑性變化。金屬條材由于內部殘余應力而彎曲或翹曲。一方面通過加工獲取矯直后的的成品材料金屬條材的材料。 2.2 反彎矯直的基本原理 在壓力矯直機，輥矯直機，經輥矯直機和拉伸矯直機中，軋制件在背向折彎過程后進行被矯直的過程，并且軋制件的彎曲狀態(tài)通?？梢酝ㄟ^折一技術處理表示為曲率這一表示方法。通過曲率的變化校準整個流程中軋制零件曲率的水平變動來進行表示： 反彎曲率將在軋件在外部方面力矩M引起下反向彎曲的滾動件的曲率，以表示。在壓力矯直機和輥式矯直機中，反向彎曲速率是利用按壓矯直機的壓頭或輥來獲得的[6]。反向彎曲速度的選擇是確定軋制零件是否能夠進行拉直的關鍵的操作不走。 a-彎曲階段；b-彈復階段 圖2-1 彈塑性彎曲時的曲率變化 彈復曲率 它是當外力矩去除后，軋件在變形內力形成的彈復力矩My作用下彈性恢復的曲率變化量[7]，以表示。 殘余曲率 它是軋件經過彈復后所具有的曲率（圖2-1b），以表示。如軋件被矯直，則=0，如軋件未被矯直，在輥式矯直機上，前一輥的殘余曲率將是下一輥的原始曲率，即，式中i指輥數。 殘余曲率是反彎曲率與彈復曲率的代數差：=- ，顯然欲使軋件矯直，則必須使殘余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反彎矯直時（壓力矯直機）選擇反彎曲率的基本原則。 2.3 二輥棒材矯直機的工作原理 二輥棒材矯直機由于具有很高的矯直精度和低成本，因此可以矯直輕型和中型棒材和管材，并廣泛用于冶金工業(yè)和機械制造。 二輥棒材矯直機的優(yōu)點主要體現在以下方面： 工件完全拉直，解決了普通矯直機不拉直工件頭部和尾部的問題，大大提高了矯正質量，矯正后的殘余干擾降低到0.1～0.5mm/m；對圓材的外徑有較強的圓整作用，從而大大降低了圓形材料的橢圓程度。能夠做到減少圓材料直徑縮減的現象，能夠做到既保持原有尺寸精度不變的情況下兼?zhèn)洳牧系谋砻婀鉂嵍取? 當然，這種技術并不是沒有缺陷，二輥式矯直機依然存在不少設計缺陷，需要進行進一步的改進來彌補在作業(yè)效率上的缺失，其存在缺陷內容如下： 當機器在的工作速度的時候，依據最新的設計，大斜角的大斜角輥形設計，能夠做到對于缺陷的有效彌補。另外一方面，生產過程中存在其他一些缺陷，這種方式會導致導板的大量損耗，這種缺陷可以通過在光射條件充足的情況下得以彌補，并且可以通過的在大直徑材料作業(yè)過程中使用輥式導板，進一步解決這類問題。 考慮到矯直存在的問題，可以使用二軋輥的弧度和剛度以及兩輥之間的傾斜角度來控制棒軋件，以達到所需的精度。 我國的鋼鐵工業(yè)目前有20多條棒材生產線，還有10余條生產線仍在建設中。通過生產技術的發(fā)展和現代化，棒材生產正朝著高效率和高質量的方向上發(fā)展。 兩輥棒材矯直機依靠輥之間的交錯彎曲來改變一對輥縫的內部彎曲曲率[8]，而并非使工件塑性變形以獲得工件的校正效果。 以這種方式的兩輥矯直通常要求工件首先在輥隙中經歷一個或多個彎曲變形，然后以較小的曲率（例如至少引線的一半）經歷反向彎曲。第一種方法可以做到工件的殘余彎曲達到技術上的有效改善，而后者可以用于針對全工件的作業(yè)內容。 二輥棒材矯直的原理簡單，但實現方法并不簡單，包含著很復雜的過程。如果材料不均勻，則難以統一殘余彎曲應力，一次拉直較難；另外較大的工件尺寸公差通常需要過量的彎曲強度；如果工件的剛度過強，通常需要增加彎曲次數。必須適當增加新軋輥間隙的曲率，以解決軋輥磨損問題；因此，輥縫多是對稱排列。入口側的輥隙用于咬合和預矯直，出口側的輥隙用于矯直，并且輥腰的相同曲率區(qū)域位于中間，用作均勻殘余彎曲應力。 參見圖，中間區(qū)域的理論長度（）為?？紤]到兩側的曲率過渡和軋輥間隙的壓縮程度不足，用公式。為避免出口區(qū)域的矯直質量不高的可能性，在初始矯直區(qū)域（）之后再添加一個精準的矯直區(qū)域（），理論值為和。考慮到曲率之間的半周期過渡采用，則軋輥間隙或累積的殘余彎曲可能太大而無法滿足質量要求。 因此，增加并逐漸減小曲率值，這樣矯直質量較穩(wěn)定。兩輥矯直機通過自身的結構優(yōu)勢可以有效應對矯直管道出現加工異常情況。一般情況下，作業(yè)過程中需要將將厚壁管拉直到所需要的長度尺寸。在這種條件下，輥縫的彎曲程度可以大大減小，而這種情況下需要要求塑性變形的深度與管材的壁厚相同達到高度的一致性。在這種條件下，軋輥腰部的這一部分的不能達到安全的曲率半徑，同時需要減小矯直區(qū)域的曲率范圍。圓形材料由兩個輥（凸面和凹面）彎曲，并在輥間隙和輥之間沿相同方向旋轉。通過不同方向角度上的進行旋轉，又存在機構擁有的軸對稱的傾斜角度，所以可以在圓材在機器中滾動過程中可以在旋轉的過程中進一步的向前運動。長度為Sd=t，。 圖2-2 二輥矯直過程及兩種壓彎方式 表2-1 圖2-2二輥輥縫矯直過程的解析結果 輥段 實測的或 設定的或由圖2-5查出的 ，時，不存在 Cf由圖1-19查知，時，Cf不存在 Cc=CW-Cf， 時 Cc=+C0 備注 左7 -2 +2 1.1 3.1 -0.9 0.323 1.6 -0.5 +2 1.1=1+(1.4-1)/4 左6 -2 +0.5 1.2 3.2 0.7 0.313 1.428 1.61 0.70 -0.41 +0.5 >1時 左5 -0.5 +0.41 1.3 1.8 0.89 0.556 1.124 1.455 0.890 -0.155 +0.41 1.3=1.2+（1.4-1）/4 左4 -0.41 +0.155 1.4 1.81 1.345 0.552 0.743 1.448 1.20 -0.048 +0.14 為查表值 左3 -0.14 +0.048 1.65 1.79 1.602 0.559 0.624 1.44 1.37 +0.21 +0.28 開始同 向彎曲 左2 -0.28 -0.21 1.65 1.93 1.86 0.518 0.538 1.474 1.456 +0.176 +0.194 為查表值 左1 -0.194 -0.176 4 4.194 4.176 0.238 0.239 1.644 1.643 +2.356 +2.357 0 -2.357 -2.356 4 6.357 6.356 0.157 1.67 +2.33 開始統 一彎曲 右1 -2.33 4 6.33 0.158 1.67 +2.33 右2 -2.33 1.65 3.98 0.251 1.64 +0.01 第一次矯直 右3 -0.01 1.65 1.66 0.599 1.405 +0.245 右4 -0.245 1.4 1.645 0.608 1.395 +0.005 第二次矯直 右5 -0.005 1.3 1.305 0.766 1.24 +0.06 右6 -0.06 1.2 1.26 0.794 1.205 -0.005 第三次矯直 右7 +0.005 1.1 1.095 0.913 1.085 -0.015 第四次矯直 從上述表格內容的實際解析中可以更深入地了解二輥校準的內部機制，但另外在內部的結構中不至于較為復雜。這種工作條件不能夠充分利用全部的工作環(huán)境的具體要求。通過研究目標參數是Cw1的有效范圍進行全面的分析并在實際設計中作為其中的有效數據，可以將將數字增幅到以上。嘗試達到約5的總曲率比，以達到均勻殘余曲率的目的。同時，考慮到需要增加滾子的使用壽命，可以將其增加到7，甚至在磨損后，它仍然可以達到5級。因此設計輥縫的曲率比在 (2輥矯直時過大的數值會導致結果的不確定性造成誤差)時采取的Cw1=3～5。接下去及值皆可按小變形原則從有關曲線上查知。再下去等值的影響已經很小，不需要進行無誤差計算，可以通過使用遞減原理進行的明確。例如，過渡切線用于將滾動曲線與卷端圓角。 2.4 設計參數 基本參數包括矯直力、矯直力矩、輥距、輥徑、輥數、輥體長度和矯直速度，選擇正確的基本參數能夠提高校準精度和設備的質量，減少功耗。 在這里，我們將簡要介紹每個參數的主要公式。 矯直力： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） 矯直力矩： （2-5） 輥距： （2-6） 輥徑： （2-7） 輥身長度L： ，， （2-8） 矯直速度： （2-9） 軸承壽命較核： （2-10） 矯直輥強度較核： （2-11） 2.5 國內外現在生產這種矯直機的廠家 由于具有很高的矯直精度，并且成本低，易于維護，更換輥時起吊時間短以及導板調整方便等優(yōu)點，因此二輥滾光棒材矯直機可以矯正輕型和中型的棒材和管材。廣泛用于冶金工業(yè)和機械領域。目前，國內有許多機械廠商，例如中信重型機械有限公司洛陽礦山廠和無錫西漳液壓機械廠。法國的公司和公司：德國公司和公司；美國公司；前蘇聯的基洛夫機床公司等都可以生產這種斜二輥滾光輥矯直機[9]。 3二輥棒材矯直機力能參數計算 3.1矯直力的計算 由于兩個輥矯直機的形狀分為單向彎曲和雙向彎曲，因此矯直力的計算在矯直力上也不同，矯直力的大小與精度密切相關[10]。該模型每個卷狀部分的長度：輥腰段，輥腹段，輥胸段。 由于彎矩在相同的彎曲速率區(qū)域內不會發(fā)生變化，則此需要通過配置外力耦合以在工件內部形成相同的彎矩區(qū)域。首先，根據圖中的上限力，在部分中形成的彎曲程度呈現正相關的遞增關系[11-14]。新的耦合力矩必須由形成，并且必須形成。僅在半圈之后，的偶數矩才能在循環(huán)的后半段完成與相同的彎曲矩[15-16]。當進入軋輥腰部的部分時，彎矩的增加應達到的值，因此，除了的值外，還需要加上偶數矩的值。該人工力模型基本上與輥曲線的曲率變化過程一致，并且接近實際力狀態(tài)，因此可以計算圖形的矯直力數值。 圖3-1 二輥矯直機雙向反彎輥受力簡圖 （3-1） 3.1.1求導程t 粗棒螺旋導程： （3-2） 細棒螺旋導程： （3-3） 3.1.2求彈性極限彎矩Mmax （3-4） 雙向輥形的矯直力： （3-5） 矯直力總和為： （3-6） 3.1.3求傾角： 矯直輥軸承承受的力為輥面法向力之和，為了簡化計算，假設凹凸輥受力點基本相同，如圖3.2所示，接觸角與傾斜角基本等，，則: 圖3-2 矯直輥和軋件相對位置簡圖 （3-7） 其中，為凸輥輥腰直徑，由與工件接觸最多、壓力最大的輥徑確定，選取傾斜角=20o代入得： （3-8） 3.1.4軸承承受力的總和 （3-9） 根據矯直力的大小及工作輥的強度，查機械設計手冊選用軸承的型號為：調心球滾子軸承22212C/W33[17]。 3.2 二輥棒材矯直機功率計算 3.2.1軸承的消耗功率 設矯直輥的輥徑直徑為，軸承摩擦系數為，輥子轉速為，則軸承摩擦消耗功率為： 其中=230mm （3-10） 3.2.2滑動摩擦的消耗功率 凸凹輥輥腰直徑分別為和，工件與輥面之間摩擦系數為，則滑動摩擦消耗功率為： 其中=0.05～0.1之間 這里取=0.09 所以=6.0227KW （3-11） 3.2.3滾動摩擦的消耗功率 工件與輥面之間滾動摩擦系數為 ，輥子斜角為，工件直徑為，則兩者之間的滾動摩擦消耗功率為: （3-12） 3.2.4塑性彎曲變形的消耗功率 工件的純塑性彎曲曲率比的最大值為，而最小值為0，故其平均值為，其相應的，輥子工作長度=560mm，于是可知工件旋轉彎曲能耗比為=10.5，所以塑性彎曲變形所消耗的功率為: 或 其中 所以=9.93KW （3-13） 3.2.5消耗總功率 所消耗的總功率為： =0.0826+6.0227+3.097+9.93=19.87KW （3-14） 3.3矯直機驅動功率 矯直機驅動總功率為： N總= 其中：η為傳遞效率 η=0.95～0.97之間 這里取η=0.96 N總==20.7KW （3-15） 因此選擇電機的功率為22KW 通過查機械設計手冊選則電機的型號為： 查得該型號的電機基本參數為：代表電機的系列代號；181為機座中心高；2為電機級數。額定轉速： 3.4關于機架、機座及軸承蓋的設計 本部分部分的設計不是本設計的重點，在這部分機架以及機座包括傳動系統的有關設計，將將要說明不進行贅述。 就尺寸和重量而言，校準架是工作機底座中最大，最核心的機構。它用于安裝工作機底座的所有零件，例如張緊輪，軸承座。校直輥調整機構和導板裝置是的，機架必須具有足夠的強度和剛度以承受校直壓力。需要進行選擇符合實際需求校正材料，進一步校核核心框架的強度和剛度，然后分析框架危險部分上的力，計算橫截面的慣性矩，然后計算應力和材料公差。使用應力比較核架的強度，以便按尺寸進行框架比較。 如果矯直輥的原始輥的形狀是圓柱形，則輥間距是均勻的。矯直時，在矯直力P的作用下，機座發(fā)生彈性變形，實際的軋制間隙不均勻地增大，矯直后的軋制部的截面在中央變厚。軋制零件在矯直壓力的作用下很容易發(fā)生塑性變形。在矯直反作用力的作用下，在工作機械基座上承受一系列應力的零件。 在矯直過程中，軋制件在矯直壓力的作用下容易發(fā)生塑性變形，在矯直反作用力下，工作機械基座中承受一系列應力的零件，例如矯直輥、軸承、軸承座、墊板、螺釘和螺母、框架等，會產生2-6毫米的變形量[18-21]。對于成品棒材矯直機，機座的形變會影響工件的尺寸精度。則 （3-16） 式中　　 h ―矯直后的軋件厚度； ―矯直輥原始輥縫； 　　　　 f ―機座彈性變形。 從上式分析可得，框架的彈性變形f對矯直后的軋制件的厚度存在較大的作用效果。為了加工成厚度為h的軋制件，必須將直輥的原始軋輥間距調整到小于軋制件厚度h的值減去支架的彈性變形量f的量。 底座的彈性變形包括軸承，軸承座，墊板，螺釘和螺母等零件的壓縮變形以及矯直輥的彈性壓縮。這是由于機板的夾層柱的拉伸變形和框架梁的彎曲變形引起的。這種變形均勻地增加了矯直輥的間距。 存在支架的彈性變形f是由拉直力引起的，這種情況下則是拉直力在拉直過程中發(fā)生波動，存在支架的彈性變形也會在一定的原始滾動間隙下相應地波動，從而形成滾動部分。縱向方向上的變化會導致縱向厚度偏差。在輥型設計及后期的調整過程中，可以采取一些行之有效的辦法來控制軋件的橫向厚度偏。 綜上所述，機座的彈性變形會影響到矯直機的調整、矯直工藝規(guī)程的制定及輥型設計等。 36 4二輥棒材矯直機輥系設計 4.1矯直輥的組成 輥身、輥頸和輥頭，如圖4-1所示： 圖4-1 矯直輥示意圖 4.2.矯直輥材料 矯直輥是軋機中高頻率使用的工具，其加工質量一定程度上作用于鋼材的生產，因此對矯直輥的性能指標，內容包含，強度參數，耐磨參數值的變化，在對抗熱裂性上同樣具有作用，要求非常嚴格。因為矯直機的類型和要矯直的鋼的類型不同，所以對矯直輥材料的性能的具體要求也大不相同。 二輥矯直機的工作輥對輥表面的硬度和強度有很高的要求，并且高頻率使用高強度合金鑄鋼[22-24]。支撐輥的工作條件與矯直機的工作條件具有基本一致的條件，在材料的擇取上有著高度的一致性，但是支撐輥的表面硬度必須達到更高的硬度值。 二軋輥矯直機的工作在進行軋輥材料的工作時，軋輥表面的硬度是最重要的要求，在高頻率進行使用鑄鐵軋輥。由于支撐輥在加工過程中具有較大的彎矩和較大的直徑，因此在設計時必須考慮輥的強度和淬透性，因此主要使用含鉻合金鍛鋼。 帶有硬質合金套筒的復合矯直輥主要用于矯正二輥棒材矯直機中的高碳鋼和其他難變形的合金鋼。 矯直輥具有很高的硬度（HS>90），設計時一般不選用鑄材質鐵輥。這是因為在確定軋輥直徑時，可矯直的軋制產品的最小厚度與彈性模量E成反向相關。軋制材料的E值越大，可以矯直的軋制件的直徑越小。鑄鐵的E值約為鋼的E值，矯直輥可矯直軋件的直徑是鑄鐵材料矯直輥的兩倍，為了擴大二輥棒材矯直機矯直范圍，設計過程中一般不選擇鑄鐵矯直輥。 矯直輥常用材料： （1）重型標準中列出了用于矯直矯直輥和棒材矯直輥的合金鍛鋼。 （2）輥矯直鋼包括等。 （3）棒材矯直輥用鋼包括，、，，，， ，等 很少使用合金鑄鋼來矯直輥，并且沒有統一的標準來建立和修訂國家標準。 鑄鐵可分為普通鑄鐵，合金鑄鐵和球墨鑄鐵。有多種鑄?？捎糜讷@得半冷，冷硬和無限冷硬鑄鐵。在這里本文選擇使用的雙桿矯直機的矯直輥的材料和硬度如下： 兩桿式矯直機的工作輥：矯直輥的硬度為，在設計過程中選擇。根據矯直輥的強度和剛度要求，選擇的材料為。 =1375MPa 4.3矯直輥尺寸計算 圓材彈性極限彎曲半徑： （4-1） 輥腰段壓彎半徑： （4-2） 輥腹段壓彎半徑： （4-3） 輥胸段壓彎半徑： （4-4） 粗棒螺旋導程： （4-5） 細棒螺旋導程： （4-6） 腰段輥長： = 75.72 取 =70mm （4-7） 腹段輥長： = =70mm （4-8） 胸段輥長： =2=140取=140mm （4-9） 輥端圓角： R20～90mm （4-10） 輥子工作長度： （4-11） 輥子全長： （4-12） 凹輥腰徑： 取=215mm 半徑為=107.5mm （4-13） 工件最小半徑為: r=10mm （4-14） 輥形初始值： =0，=0，=0，=0 （4-15） 凹輥各段的曲率半徑： =-343mm =-1030mm =-1202mm （4-16） 凸輥各段的曲率半徑： =343mm =1030mm =1202mm （4-17） 輥形軸向分段： =20mm （實際取值要?。? （4-18） 4.4矯直速度計算 參看圖2—2a，當輥子工作直徑處的切線速度為，工作直徑為。，輥子轉速為，轉子斜角為a時，矯直速度為： 圖4-2 斜輥矯直時軋件與輥子的關系 （4-19） 則: （4-20） 由上述二式可得出工件轉速與輥子轉速之間關系為 （4-21） 將n=150.8，d=20～90mm，=15.代如公式得出矯直速度： =5.47～24.64m/s （4-22） 矯直速度取決于鋼筋的生產要求，而工件速度則受原始彎曲程度的制約。因此，棒材的輸出要求也受到工件原始狀態(tài)的限制。如果工件的原始彎曲部分較大，則進入輥隙后，工件會劇烈晃動并發(fā)出很大的聲音污染，這很容易損壞設備并容易傷害操作人員。并且能夠進一步的進行多方面的進行調整，可以限制工件的擺動并加快矯直速度。設計過程中，為了減少工件的原始彎曲，通過改善棒材的冷卻條件和運輸方式來實現這個要求。 4.5矯直輥強度計算 矯直輥多條件聚合的應力條件下工作，這種應力的存在效果狀態(tài)是由殘余應力，接觸應力，彎曲應力，扭轉剪切應力和由于溫度分布不均勻引起的熱應力形成的[25-28]。 矯直輥的應力可分為兩類。 （1）在加工過程中主要是在熱處理過程中形成的應力； （2）使用過程中產生的壓力。該應力由力因數和熱因數組成。力因數包括金屬壓力，帶材張力和校準輥的扭矩。熱系數是由矯直輥和軋制件之間的接觸和摩擦引起的。通常，在使用過程中使用油或水來冷卻輥，這可以減少由于壓力而造成的設備損壞。 在矯直輥的設計計算中，僅計算使用矯直輥時出現的應力。這些應力包括矯直輥表面上的接觸應力，由于矯直輥的橫向壓縮而產生的應力，熱應力以及由于彎矩和扭矩而產生的應力[29]。彎矩模型如圖4.3所示。 接觸應力更大，因為工作輥與支撐輥之間的接觸面積比工作輥與軋制材料之間的接觸面積反而相比要少很多[30-33]。假定兩個輥之間的力沿軸向均勻分布。 圖4-3矯直輥的受力模型圖 赫茲理論認為，兩個圓柱體在接觸區(qū)內產生局部彈性扁平，存在呈半橢圓形分布的壓應力。半徑方向產生的法向正應力在接觸面的中部最大。接觸區(qū)寬度2b和最大壓應力由下式計算： 圖4-4 二輥棒材矯直機矯直彎矩圖 b= = = = （4-23） 式中 q 加在接觸表面單位長度上的負荷，q=P/L，N/mm； D、D及r1、r2 工作輥與支承輥的直徑與半徑； K1、K2 與矯直輥材料有關的系數； K= K= （4-24） v、v及E、E 工作輥與支承輥的材料泊松比和彈性模數。 v、v=0.28， E、E =184Mpa 工作輥與支輥皆為鋼軋輥時，可簡化為 =191=191=837Mpa≤1375MPa ===149.7MPa （4-25） 4.6軸承的壽命校核 根據矯直壓力對所選軸承進行壽命的校核,校核型號：,當量動載荷: P=f(XF+YF) F=P=0.5*1184232=592116(N) （4-26） 由于矯直時考慮有輕微的軸向竄動，故F=10%F=59211.6(N) =0.1L` =3000(h) nP=nP n==24r/min （4-29） L`由資料[19]知L`=2000~3000(h) 故軸承322220選擇符合設計要求，校核型號：22212C/W33。 當量動載荷P=f(XF+YF) F= =0.5*11849.4 =5924.7(N) P=P =P =1184232* =11849.4(h) F=10%F=592.5(N) =0.1L`+3000(h) （4-31） 所以軸承22212C/W33選擇符合設計要求。 5二輥棒材矯直機傳動裝置的選擇及液壓過載保護 5.1二輥棒材矯直機傳動裝置的選擇 5.1.1矯直機主傳動裝置的組成 （1）減速箱、聯軸器、連接軸共同組成矯直機的主傳動裝置，主傳動裝置將電動機的旋轉扭矩傳遞給矯直輥。 （2）變速箱：電動機輸出的高轉速經過齒輪的減速，變?yōu)槌C直輥可以使用的速度。 （3）聯軸器和連接軸 聯軸器（零件）包括電動機聯軸器和主聯軸器。電動機聯軸器用于連接電動機的驅動軸和減速器，主聯軸器用于連接齒輪座的傳動裝置和傳動軸。目前，市場對聯軸器的使用最為受青睞的是齒輪聯軸器。 連接軸目的是為了將齒輪基座的輸出軸的旋轉轉扭能夠將機床基座的導向板進行傳遞。在軋制矯直機的左側和右側，兩個工作臺之間的矯直輥由聯軸器驅動。矯直機中常用的聯軸器包括萬向軸，梅花軸，配合器和弧齒輪軸。 5.1.2矯直機主傳動裝置類型 由于輥棒校直的類型和工作方法不同，因此主動單元的類型也有所不同。 單立支架的主要驅動類型 第一類也是最常見的一類，動力源通過配件、減震器、主連接器、機座、連接器和其他設備的組合，將轉輪的決心傳遞給一個面板。 第二個主要發(fā)射機主要用于大型平板電腦。每一臺驅動手冊板的引擎都通過主開關和矛鉤將旋轉的決心直接傳送到固定的圓筒。 第三種類型的主發(fā)射機廣泛用于校正，而發(fā)動機的旋轉轉軸的設計通過主耦合(硬體座和通訊軸)向圓筒移去。 第四種類型的主發(fā)射機主要用于校正。兩個引擎通過發(fā)動機組合、減震組合以及兩個手冊板的組合和旋轉來移動旋轉。 類型5:有一個兩卷的矯直機，僅僅是一個較低的矯直機，因此不需要一個硬件座。它使用一個全球性的減震器，只使用一個轉軸來傳遞旋轉的決心。減少調整的圓筒。 設計過程使用了第一種主要傳輸方式，其傳動結構如圖2-1所示。 5.1.3萬向連接軸 萬向連接軸使用過程中有許多優(yōu)點并且具有良好的使用效果。萬向節(jié)軸廣泛用于冷熱帶鋼連續(xù)軋機、中厚板軋機、線材軋機和棒材矯直機的主傳動中。 在二輥棒材矯直機中，矯直桿接軸傾角為，導致連接軸的傾斜角度和傳遞扭矩較大，有些可達3000kN.m，工作壓力很大。滑塊型萬向連接軸可以緩解這個問題，因而廣泛被用于棒材矯直機。 滑塊式萬向連接軸適合高速旋轉穩(wěn)定的傳輸效果和低噪聲，這可以提高矯正速度。 由于外齒的這個側面接觸壓力降低，所以外齒軸套筒的最終負荷通過組合一般的齒輪來減少。 與一般的齒輪相比，在同樣型號下強度提高，一般壽命在1到2年以上。 輕量結構，舒適的組裝和分解，改變側傾很容易。 高傳輸效率、可達97%~99%；許傾角大，比弧形齒接軸的傾角大，可達。 缺點是：滑塊式萬向連接軸在加工時，需要特殊的模型，與齒輪聯軸器相比，加工過程更為復雜[34-37]。滑塊式萬向連接軸由45#鋼、50#鋼及合金結構鋼等材料制成，淬火后的硬度不得小于，制造成本較高，需要使用球形頭。防止在安裝過程中彈簧連接軸的軸向移動以進行定位。 總體而言，滑塊式萬向節(jié)軸更適合于兩個輥棒矯直機的結構。 5.1.4聯接軸的總體的配置及其平衡裝置 連接軸用于居住者的主要螺絲刀，用于連接矯正輥和齒輪座導向板。 在考慮林克斯皮爾的一般計劃時，需要綜合觀察矯正輥的適應范圍。根據齒輪座的中距離、最后期限軸的允許傾斜角和其他因素，為了平衡上下連接軸的工作條件，上下連接軸的傾斜角度必須盡可能相同[38-40]。此時，齒輪座的中心距離A根據以下公式計算： 對于產品出口處的厚度h變化較小的棒材矯直機： （5-1） 式中 ------凸輥直徑； ------凹輥直徑。 確定齒輪座的中距離時，可以確定配對柱的長度，或配對柱的最大傾斜角。 決定連接軸的長度時，需要知道輔助裝置保證在2根直桿的前后，選擇短連桿軸。以減小矯直機主傳動裝置的總長度，減少車間占用過多的空間。聯軸器兩端鉸鏈中心線之間的水平長度可由下面公式確定： （5-2） 取L=2.03m。 5.1.5主減速機 大多矯直機在主驅動系統中都有一個減速器，稱為主減速器。最常用的是一級和二級圓柱齒輪減速器，通常以7到8的速比作為選擇一級或二級減速器的分界線。二級減速器中心距離分配原理主要是在兩級變速器的齒表面上產生近似相等的接觸應力，以平衡第二級之間的載荷，同時減速器尺寸和重量應盡可能的小。根據上面幾個原因，第二級和第一級之間的中心距離之比為1.3到1.5。選擇減速機的中心距時，需要參考專業(yè)標準的規(guī)定。 根據二輥棒材矯直機的要求，查看機械設計手冊的第六章，選擇合適的： 表5-1 減速器 減速器型號 ZLY型 ZLY-160-10-II ZB J19 004 ZLY 硬齒面圓柱齒輪二級減速器 160 低速級中心矩為a=160mm 10 公稱傳動比為10 II 第2種裝配型式 ZB J19 004 標準號 5.2二輥棒材矯直機的液壓過載保護裝置 1一上輥；2一下輥；3一立柱；4一液壓缸；5一小柱塞；6一增壓缸；7一開關；8一觸頭； 9一蓄氣罐；10、11一換向閥；2一蓄液罐；13一柱塞；14一壓力表 圖5-1 矯直力過載保護系統 二輥棒材矯直機如圖5-1所示。矯直機主要結構的上、下兩輥分別由不同的傳動軸驅動。兩個傳動軸中的每一個均與電動減速器相連。上下橫梁上分別安裝了輥子，兩個橫梁通過四個套筒相連接，套筒的兩個拉桿上均裝有液壓螺母，以提高機架的剛度。 滾輪直接固定在上橫梁和下橫梁上，兩個包通過四個袖子連接，兩個袖子的拉桿都裝有液壓螺母以改善框架的硬度[41-42]。上油缸及其提升裝置安裝在厚鋼板上，高度通過精密的蠕蟲裝置和推釘進行調節(jié)。 兩個輥端薄片安裝在可以直接按照螺釘制作的旋轉臺上。 間隙輥產生的偏心負荷不得超過4個壓縮螺釘的支撐范圍。 兩個直線連接的平衡缸安裝在上橫梁上側滾輪下的板上，排除了螺釘緊固帶來的反應效果。 壓力機構的驅動系統為11種形狀。 可以編輯壓力鎖定塊，用把手扳手迅速調整上下輥的傾斜角度。 調整和鎖定后，硬度非常好，上部和下部的滾輪角度應該保持一定。 矯正輥由特殊合金鋼形成，熱處理面必須是為了得到所需的硬度。 氣缸的筆直固定在尖銳的滾柱軸承上，通過減少的齒輪和卡丁矛由獨立的發(fā)動機驅動。 導向板配置在輥隙的兩側，通過輥隙使導向桿穩(wěn)定。 導向板安裝在框架兩側的平門上，兩個導向板的相對位置由手車輪調節(jié)，從而擴大側傾間隙的寬度。 平門的旋轉袖可以繞著框架立柱轉動，而且平門鎖可以通過擰緊穿過其他立柱結合袖的三個螺絲來完成。 平板門出來后，可以更改導向板以查看氣缸的表面，然后根據不同陰莖直徑的要求調整導向板的高度。 為了使?jié)L筒表面柔軟，在滾筒的間隙安裝脂嘴。還配備了一個油箱和油泵。當更換輥子時，擺動門可容納拆卸的上輥組件，并可以從機架中移出，再用起重機吊走。大型矯直機的擺動門的旋轉和鎖定均由液壓缸完成。 1- 基座；2-擺動門；3-手輪；4-上矯直輥軸；5-上輥；6-管套；7-上橫梁； 8-液壓螺母；9-液壓驅動系統 圖5-2 二輥矯直機主機示意圖 在這種剛性很好的機架上矯直棒材時，必須要有很好的過載保護系統，不僅棒徑誤差能造成過載，鋼材的材質不勻及加工硬化也能造成過載。對過載的保護控制要求有一個較準確的預調壓力，既能達到矯直力的要求，又能在工件的直徑或材質發(fā)生變化專時保持恒定壓力。能達到這種要求的控制裝置是由大直徑液壓缸，即圖5-1中4，直接支承下輥2的大柱塞13、氣液增壓缸6、蓄液罐12、蓄氣罐9及其他閥門管路等組成。由于氣罐9容積較大，在小柱塞5發(fā)生位移時，缸6內的壓力可基本保持不變，于是大油缸4內的壓力也基本不變。因此，在矯直輥1及2間輥縫發(fā)生變化時，必將迫使柱塞13上下浮動，而矯直力則基本不變。當輥縫減到最小時，位置開關7工作，缸6內不再進氣，小柱塞5停止動作。 6二輥棒材矯直機的安裝與維護 6.1二輥棒材矯直機的安裝 二輥棒材矯直機的安裝與一般設備的安裝略有不同，主要原因是2輥棒材矯直機的精度較高，因此，安裝精度必須很高，尤其是在校正器框架的水平和中心位置。 中心方向：主要影響兩個導向板的進給速度和進給量，兩個導向板的誤差不應超過千分之三。 因此，矯直機的安裝步驟為： 6.1.1基礎 基礎：將矯直機牢固地保持在所需的位置， 這通過在作用過程中向土壤傳輸相同平整的重量和強度來降低振動。 設計:需要根據居民的結構特性和動態(tài)工作的特點選擇基本類型。 在決定合適的尺寸和強度時，必須考慮直型的硬度和經濟要求。 驗收:安裝部門檢查項目，并根據技術圖紙和規(guī)格接受。 6.1.2設置安裝基