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        鍛造起重機(jī)的特點(diǎn)及配套翻料機(jī)的計(jì)算

        2011-09-26 00:43:04郝建光
        大型鑄鍛件 2011年1期
        關(guān)鍵詞:蝸桿鍛件起重機(jī)

        郝建光

        (太原重型機(jī)械(集團(tuán))有限公司技術(shù)中心,山西030024)

        鍛造起重機(jī)是太重的主要產(chǎn)品之一。在20世紀(jì)70年代我公司生產(chǎn)過(guò)320 t和200 t鍛造起重機(jī)。2007年開始先后為一重、中信重機(jī)、泰安山口設(shè)計(jì)生產(chǎn)了550 t鍛造起重機(jī),配套使用470 t的翻料機(jī),是目前最大規(guī)格的鍛造起重機(jī)。還為邢臺(tái)中機(jī)、馬鋼、武鋼東北特鋼等配置了200 t、300 t、180 t不同規(guī)格的鍛造起重機(jī)。鍛造起重機(jī)作為一種特種起重機(jī),為了滿足鍛造工藝要求,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全保護(hù)等方面有別于其它起重機(jī)。由于鍛件規(guī)格種類繁多,所以有的鍛造廠配套兩臺(tái)相同規(guī)格的鍛造起重機(jī),以方便在鍛造大型環(huán)形鍛件時(shí)采用兩臺(tái)鍛造起重機(jī)通過(guò)抬桿由兩臺(tái)翻料機(jī)同時(shí)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)翻料。如果是軸類零件,通常用一臺(tái)起重機(jī)由主、副鉤配合翻料機(jī)翻料,實(shí)現(xiàn)鍛壓、拔長(zhǎng)等工藝。

        如果鍛造車間同時(shí)配置有鍛造起重機(jī)和鍛造操作機(jī),在鍛造大型零件時(shí)可以配合使用。在不需要副鉤參加鍛造時(shí),可以將鍛造起重機(jī)做成雙梁?jiǎn)涡≤嚱Y(jié)構(gòu),例如東北特鋼的200t/50t鍛造起重機(jī),其副鉤只用于檢修及地面工件的吊運(yùn),不參加鍛造。

        下面通過(guò)對(duì)鍛造起重機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的介紹,可以更好的了解它,以便于在工作中更好的利用它的各種性能。

        1 鍛造起重機(jī)的結(jié)構(gòu)型式

        通常鍛造起重機(jī)采用三主梁四軌雙小車結(jié)構(gòu),見圖1。由橋架、主小車、副小車、起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、主副吊具、翻料機(jī)和司機(jī)室裝置等部件組成。為了防止鍛件拔長(zhǎng)時(shí)鋼絲繩脫離卷筒繩槽,主、副小車起升機(jī)構(gòu)的卷筒均平行于主梁方向,翻料機(jī)掛在主鉤上,通過(guò)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼錠或鍛造套筒轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)翻料。在副鉤下掛鏈輪鏈條裝置,配合翻料機(jī)支承鍛件或鍛造套筒。壓機(jī)進(jìn)行自由鍛造時(shí),灼熱鍛件的壓縮量較大,為了防止將水壓機(jī)的部分壓力通過(guò)鍛件傳到起重機(jī)上,在上滑輪組、翻料機(jī)和副鉤上均設(shè)有緩沖彈簧,在主起升機(jī)構(gòu)中設(shè)有機(jī)械松閘和電氣松閘裝置。司機(jī)室掛在主梁的下方,電氣控制元件放在主梁內(nèi)部的電氣間里,設(shè)有司機(jī)室和遙控兩種操作方式,現(xiàn)場(chǎng)操作主要以搖控為主。在副小車上配置的小鉤只用于地面設(shè)備的吊運(yùn),不參與鍛造也不設(shè)緩沖彈簧。在地面有、無(wú)鍛造操作機(jī)的情況下都可選用這種型式。這種配置的特點(diǎn)是可以用鍛造起重機(jī)或操作機(jī)進(jìn)行鍛造,也可實(shí)現(xiàn)特殊情況下的聯(lián)動(dòng)。另一種型式是雙梁?jiǎn)涡≤嚱Y(jié)構(gòu)的鍛造起重機(jī),由于選用的廠家較少,就不加敘述了。

        圖1 鍛造起重機(jī)結(jié)構(gòu)Figure 1 The structure of forge crane

        2 鍛造起重機(jī)與常規(guī)起重機(jī)的不同點(diǎn)

        常規(guī)的起重機(jī),如鑄造起重機(jī)、板坯夾鉗、電磁掛梁、電站橋門機(jī)、干法熄焦提升機(jī)等,它們有一個(gè)共同特點(diǎn)是:最大提升載荷是固定的。是否提升由起重機(jī)自身來(lái)控制,起重機(jī)如果出現(xiàn)超載,首先是負(fù)載限制器起作用,通過(guò)控制系統(tǒng)保證起升機(jī)構(gòu)不提升載荷,達(dá)到保護(hù)起重機(jī)的目的。鍛造起重機(jī)則不同,除了起吊的載荷外,由于壓機(jī)和起重機(jī)是由兩個(gè)操作者來(lái)控制的,如果起重機(jī)不工作,壓機(jī)的操作人員仍然在進(jìn)行鍛件下壓,則壓機(jī)的下壓能力,會(huì)遠(yuǎn)大于起重機(jī)的工作能力,如果采用常規(guī)的起升機(jī)構(gòu),就會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)破壞。為了保證在上述工況下起重機(jī)的安全,在鍛造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)中均設(shè)置機(jī)械松閘機(jī)構(gòu)和電氣松閘機(jī)構(gòu)。它的原理如下:制動(dòng)器特殊設(shè)計(jì),帶有松閘機(jī)構(gòu),在超載時(shí)首先通過(guò)機(jī)械松閘機(jī)構(gòu)限制制動(dòng)器的制動(dòng)力矩,限制載荷不超過(guò)調(diào)定的載荷。超過(guò)該值時(shí)通過(guò)電氣松閘機(jī)構(gòu),切換到電氣制動(dòng)狀態(tài),將制動(dòng)器打開,允許下降,在載荷降低到調(diào)定的載荷以下時(shí)重新實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)。

        3 鍛造起重機(jī)特殊構(gòu)件簡(jiǎn)介

        鍛造起重機(jī)工作時(shí)要承受較大的沖擊載荷,需要用彈簧來(lái)吸收沖擊能量,所以在滑輪組、翻料機(jī)及副鉤中均采用變截面塔型彈簧。與一般圓柱形彈簧比較,塔型彈簧具有體積小、吸收沖擊能力高的特點(diǎn),特別適合用于外形尺寸受限制,受力大,但又要承受強(qiáng)烈沖擊的機(jī)械上。塔型彈簧由鋼板熱卷成,它還有一個(gè)重要特性,就是它的特性曲線(負(fù)載與變形的關(guān)系曲線)不是直線而是曲線,在小負(fù)荷時(shí)剛性較低,重負(fù)荷時(shí)剛性較強(qiáng),這一特性使得物體接觸的瞬時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊得到顯著的降低,同時(shí)能較好的滿足機(jī)械松閘裝置對(duì)起重機(jī)的保護(hù)要求。彈簧變形量還是機(jī)械松閘裝置的動(dòng)力源,該裝置的目的是限制超載時(shí)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小,起到保護(hù)起重機(jī)的目的。

        4 鍛造設(shè)備的配置及鍛造方法

        鍛造車間通常配置有壓機(jī)(水壓機(jī)或液壓機(jī)),鍛造起重機(jī),鍛造操作機(jī),加熱爐等。從現(xiàn)有裝備看,鍛造起重機(jī)、翻料機(jī)與壓機(jī)通常采用表1所示的配置。

        由于鍛件規(guī)格種類多,所以有的鍛造廠配套兩臺(tái)相同規(guī)格的鍛造起重機(jī),方便在大型鍛件鍛造時(shí)兩臺(tái)翻料機(jī)配合動(dòng)作。

        如果鍛造車間同時(shí)配置有鍛造起重機(jī)和鍛造操作機(jī),在鍛造大型零件時(shí)可以配合使用。

        表1 鍛造車間配置Table 1 The configuration of forge shop

        5 翻料機(jī)

        翻料機(jī)是鍛造起重機(jī)實(shí)現(xiàn)翻料的工作裝置,主要由上部懸吊裝置、翻料機(jī)構(gòu)、下部傳動(dòng)裝置和機(jī)架四部分組成。上部懸吊裝置的目的是設(shè)一組緩沖彈簧,實(shí)現(xiàn)減振和緩沖。翻料機(jī)構(gòu)由電機(jī)、力矩限制器、制動(dòng)器、蝸輪蝸桿減速機(jī)、開式齒輪及鏈輪鏈條組成,通過(guò)鏈條帶動(dòng)鍛件轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻料。電磁力矩限制器由于體積小,調(diào)控方便,是翻料機(jī)構(gòu)中的首選,通常用24 V直流電壓控制,力矩的大小靠調(diào)節(jié)電壓的高低來(lái)控制,可在司機(jī)室實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。減速機(jī)為平面二次包絡(luò)蝸輪蝸桿減速機(jī)。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副是一種新型環(huán)面蝸桿付,它是以一個(gè)平面為母面,通過(guò)相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng),包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面,再以蝸桿的齒面為母面,通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出蝸輪的齒面。它的特點(diǎn)是,環(huán)面蝸桿付與蝸輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)多,蝸桿齒面磨削而成,硬度≥50HRC,精度也很高,接觸線的總長(zhǎng)度長(zhǎng),齒面潤(rùn)滑角大,嚙合中易生成動(dòng)壓油膜,減少齒面磨損。具有承載能力大,使用壽命長(zhǎng),傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn),適合于重載傳動(dòng),比漸開線蝸輪蝸桿減速機(jī)好。

        6 翻料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和需要注意的問題

        翻料機(jī)構(gòu)是鍛造起重機(jī)所特有的機(jī)構(gòu),計(jì)算選擇元件的前提是必須滿足機(jī)構(gòu)的工作要求,必須考慮鍛件鍛造中出現(xiàn)的工藝載荷,例如工件偏心造成的附加載荷,部分工裝的重量。通常翻料機(jī)構(gòu)工作制為M6(重級(jí)),電機(jī)和力矩限制器可用下面的方法確定,其它元件依據(jù)電機(jī)功率來(lái)確定。

        1)翻料電機(jī)的選擇計(jì)算

        電動(dòng)機(jī)可按下式進(jìn)行初選:

        式中Gn——翻料載荷(指最大鍛件的重量),單位t;

        Gz——需要與鍛件同時(shí)翻轉(zhuǎn)的最大工裝重量,單位t;

        V——翻料機(jī)鏈條的回轉(zhuǎn)線速度,單位m/min;

        η——機(jī)構(gòu)效率;

        P——電機(jī)功率,單位kW。

        2)力矩限制器的選擇

        力矩限制器的作用是在超載時(shí)對(duì)翻料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)保護(hù),力矩限制器的最大力矩的選擇要考慮電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程,應(yīng)不低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。電機(jī)的力矩為:

        式中M——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩,單位Nm;

        n——電機(jī)轉(zhuǎn)速,單位r/min;

        P——電機(jī)功率,單位kW。

        3)翻料電機(jī)的復(fù)核

        在實(shí)際鍛造中工況千差萬(wàn)別,翻料的最大翻轉(zhuǎn)力矩出現(xiàn)在軸類零件的開坯階段。將鋼錠鍛成軸,先要壓出鉗口,裝入套筒,見圖2。為了將鋼錠的鉗口裝入套筒中,兩者的直徑會(huì)有較大的差值,會(huì)導(dǎo)致工件與套筒的不同心,產(chǎn)生附加翻料轉(zhuǎn)矩。翻料的部位在套筒上,而不是工件,這個(gè)力矩很大,且具有很大的隨機(jī)性,套筒直徑的大小也直接影響翻料機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的最大翻轉(zhuǎn)力矩。電機(jī)和力矩限制器提供的力矩要能滿足最大翻轉(zhuǎn)力矩的要求,如不夠,應(yīng)給以修正。翻料機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮工藝載荷,這是鍛造起重機(jī)與其它起重機(jī)的不同點(diǎn)之一,要特別關(guān)注。

        圖2 坯料翻轉(zhuǎn)Figure 2 Turn over blank

        7 鍛造起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的特殊規(guī)定和調(diào)試要求

        鍛造起重機(jī)作為特種起重機(jī),對(duì)機(jī)構(gòu)的調(diào)試也有許多特殊要求。

        靜載試驗(yàn):起重機(jī)靜載按1.4Gn加載,主副小車起升試驗(yàn)分別進(jìn)行。試驗(yàn)主小車起升時(shí)副小車開到橋架端部,試驗(yàn)副小車時(shí)起升主小車開到橋架端部。

        動(dòng)載試驗(yàn):按1.2Gn加載,保證1.0Gn時(shí)不松閘,主小車主起升機(jī)構(gòu),當(dāng)起重量超過(guò)1.2Gn時(shí)松閘裝置開始打滑。

        翻料機(jī)試驗(yàn):將翻料機(jī)掛在主鉤上,翻轉(zhuǎn)鏈條懸掛在副鉤上,并下降到工作位置,然后應(yīng)抬起相當(dāng)于1.2倍最大鍛件重量的整個(gè)試件,做翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)。通常工件直徑比較大,翻轉(zhuǎn)會(huì)很輕松。實(shí)際鍛造中工況千差萬(wàn)別,比如圖2中的工況,需要根據(jù)翻料機(jī)的能力,對(duì)套筒直徑提出適用范圍。由于鍛造起重機(jī)的試驗(yàn)載荷為1.4倍的額定載荷,大于GB/T5905《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》中3.3.1.3條所規(guī)定的起重機(jī)試驗(yàn)載荷為1.25倍的額定起重量的要求,這一點(diǎn)也要特別注意。

        [1] GB3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范.

        [2] JB/T7688.10 鍛造起重機(jī).

        [3] GB/T5905 起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序.

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