江紹成，袁漢江

（1.成都機(jī)車車輛工廠，四川 成都 610051；2.安徽工程大學(xué)，安徽 蕪湖 241000）

立式輾環(huán)機(jī)的芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置

江紹成1，袁漢江2

（1.成都機(jī)車車輛工廠，四川 成都 610051；2.安徽工程大學(xué)，安徽 蕪湖 241000）

目前，國內(nèi)外各種輾環(huán)機(jī)的芯輥都是由主輾壓輪通過被輾的環(huán)件而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的。對(duì)普通立式輾環(huán)機(jī)而言，環(huán)坯是立套在芯輥上，主輾壓輪的切向摩擦力就必須大于環(huán)坯和芯輥及下支承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其他轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，否則主輾壓輪不僅不能帶轉(zhuǎn)環(huán)坯，反而壓入環(huán)坯外表面形成凹坑，從而使輾環(huán)過程無法進(jìn)行。尤其對(duì)內(nèi)外圓偏心較大的大型環(huán)坯，帶轉(zhuǎn)更加費(fèi)力，這也是限制立式輾環(huán)機(jī)的大型化和環(huán)坯重量的重要原因之一。為解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單的芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，使芯輥由被動(dòng)帶轉(zhuǎn)變成主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，不僅方便了操作，且為立式輾環(huán)機(jī)的大型化創(chuàng)造了條件。

機(jī)械制造；芯輥驅(qū)動(dòng)；立式輾環(huán)機(jī)；設(shè)計(jì)

1 前言

輾環(huán)機(jī)作為一種回轉(zhuǎn)鍛造設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在各類軸承內(nèi)外環(huán)、法蘭、齒圈和火車輪箍等各種環(huán)件的大批量生產(chǎn)中。輾環(huán)機(jī)主要有立式輾環(huán)機(jī)和臥式輾環(huán)機(jī)兩大類，前者用于中小型環(huán)件，后者用于大型環(huán)件，臥式輾環(huán)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)高昂，一臺(tái)臥式輾環(huán)機(jī)的售價(jià)常為普通立式輾環(huán)機(jī)的十幾倍、甚至數(shù)十倍。昔日的各種規(guī)格的立式輾環(huán)機(jī)加工的環(huán)件直徑一般都不超過400mm，隨著技術(shù)的發(fā)展和環(huán)件需求量的增長，現(xiàn)在設(shè)計(jì)制造的立式輾環(huán)機(jī)已能軋制直徑超過1000mm的環(huán)件，由于其售價(jià)僅是臥式輾環(huán)機(jī)售價(jià)的零頭，而受到大多數(shù)中小企業(yè)的歡迎。

立式輾環(huán)機(jī)的輾環(huán)過程，主輾壓輪在邊旋轉(zhuǎn)邊下降過程中，切入套在芯輥上的環(huán)坯外圓，并借接觸表面的切向摩擦力帶動(dòng)環(huán)坯連同芯輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主輾壓輪和芯輥構(gòu)成一對(duì)軋輥，隨著主輾壓輪的下降，環(huán)件厚度減薄，內(nèi)、外圓逐漸擴(kuò)大，達(dá)到要求尺寸時(shí)完成輾環(huán)過程。應(yīng)當(dāng)指出，立式輾環(huán)機(jī)的環(huán)坯是立套在芯輥上（而臥式輾環(huán)機(jī)上的環(huán)坯是平躺在工作臺(tái)上），環(huán)坯的重量全部由芯輥承受，主輾壓輪在切入環(huán)坯表面時(shí)形成的切向摩擦力，必須大于環(huán)坯和芯輥及下支承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其他轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，否則主輾壓輪不僅不能帶轉(zhuǎn)環(huán)坯，反而壓入環(huán)坯外表面形成凹坑，從而使輾環(huán)過程無法進(jìn)行。尤其對(duì)內(nèi)外圓偏心較大的大型環(huán)坯，帶轉(zhuǎn)更加費(fèi)力，矛盾更為突出，這也是限制立式輾環(huán)機(jī)大型化和環(huán)坯重量的重要原因之一。

2 芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置

針對(duì)上述困難，設(shè)計(jì)一種適合于立式輾環(huán)機(jī)的芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，使芯輥由主輾壓輪通過環(huán)坯被動(dòng)帶轉(zhuǎn)，變成可以主動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在主輾壓輪與環(huán)坯接觸前，主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的芯輥帶動(dòng)環(huán)坯以適當(dāng)?shù)乃俣认刃修D(zhuǎn)動(dòng)，主輾壓輪切入已轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)坯表面時(shí)，該切向摩擦力不需克服它們的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等阻力，而是像接力賽跑一樣，接著邊帶轉(zhuǎn)、邊輾壓。它的技術(shù)方案是用安裝在下支承外部的油馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速后通過機(jī)械傳動(dòng)副（如齒輪、鏈輪或帶輪等），帶動(dòng)安裝在下支承內(nèi)的支承軸、連同緊插在支承軸內(nèi)的芯輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使芯輥具備了主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的功能。

立式輾環(huán)機(jī)未安裝本轉(zhuǎn)動(dòng)裝置時(shí)，芯輥靜止不動(dòng)的輾環(huán)初始狀態(tài)，見圖1所示，圖中A為主輾壓輪，B為環(huán)坯，1為芯輥。由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)且由主油缸拖動(dòng)下壓的主輾壓輪A，在與環(huán)坯B接觸前，環(huán)坯B和芯輥1處于靜止不動(dòng)狀態(tài)，主輾壓輪A切入環(huán)坯B外周后，切向摩擦力F克服環(huán)坯B、芯輥1等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其他轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，帶轉(zhuǎn)環(huán)件B和芯輥1等一起轉(zhuǎn)動(dòng)，輾壓過程開始。因兩外圓相切接觸面較小，接觸初期只能輕壓，摩擦力有限，若轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)阻力很大，帶轉(zhuǎn)不動(dòng)環(huán)坯，主輾壓輪在熾熱的塑性狀態(tài)環(huán)坯上壓出凹坑，且越壓越深，使輾環(huán)過程無法進(jìn)行。具體狀態(tài)參見圖1所示。

立式輾環(huán)機(jī)安裝本轉(zhuǎn)動(dòng)裝置后，芯輥主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的輾環(huán)初始狀態(tài)，見圖2所示，圖中A主輾壓輪，B環(huán)坯，1芯輥。由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)且由主油缸拖動(dòng)下壓的主輾壓輪A在與環(huán)坯B接觸前，主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的芯輥1和套在其上的環(huán)坯B己經(jīng)有合適的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，（應(yīng)指出因環(huán)坯B內(nèi)孔與芯輥1接觸弧面的面積，較主輾壓輪A從外圓切入時(shí)的面積為大，芯輥1上的切向摩擦力，帶轉(zhuǎn)空套其上的僅有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的環(huán)坯B是不困難的）主輾壓輪A切入環(huán)坯B的外周后，切向摩擦力像接力賽跑似的繼續(xù)帶轉(zhuǎn)環(huán)件B和芯輥1轉(zhuǎn)動(dòng)，輾壓過程開始（圖2）。

立式輾環(huán)機(jī)油馬達(dá)芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)（圖3）：C下支承部件，芯輥1以錐面和尾部的榫狀體與支承軸2結(jié)合，并借助拉桿3將它們相互并緊成一體，大齒輪4安裝在支承軸2的露在外面的端部上，以鍵5連接，油馬達(dá)9通過減速器8，帶動(dòng)內(nèi)裝單向超越離合器7的小齒輪6，小齒輪6與大齒輪4相嚙合，設(shè)備泵站上的一個(gè)分支油路12經(jīng)減壓閥11調(diào)壓后，再經(jīng)可調(diào)限速切斷閥10通至油馬達(dá)9的進(jìn)口。這樣，當(dāng)壓力油進(jìn)入油馬達(dá)9時(shí)由油馬達(dá)9、減速器8、單向超越離合器7、小齒輪6、大齒輪4、鍵5、支承軸2和芯輥1構(gòu)成的機(jī)械傳動(dòng)鏈，就帶動(dòng)芯輥1連同套在其上的環(huán)坯B先行主動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)主輾壓輪A切入環(huán)坯B表面后，切向摩擦力F像接力賽跑似的繼續(xù)帶轉(zhuǎn)環(huán)件B和芯輥1轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著輾壓過程的進(jìn)行，環(huán)件B外周的線速度仍保持和主輾壓輪A的外周線速度一致，但環(huán)件內(nèi)周的線速度卻隨著環(huán)件內(nèi)孔逐步擴(kuò)大而迅速增加，致使芯輥轉(zhuǎn)速提高，此時(shí)芯輥1已由主動(dòng)旋轉(zhuǎn)變成被動(dòng)帶轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過油馬達(dá)9提供的轉(zhuǎn)速時(shí)，單向超越離合器7使機(jī)械傳動(dòng)副與減速器8脫開，油馬達(dá)9處于卸荷狀態(tài)，油馬達(dá)進(jìn)口處壓力的突然降低，導(dǎo)致可調(diào)限速切斷閥10動(dòng)作，切斷了通向油馬達(dá)9的油路，停止對(duì)油馬達(dá)供油，此后，芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中止工作，正常的輾壓過程繼續(xù)進(jìn)行，直至工序完成（圖3）。

立式輾環(huán)機(jī)電動(dòng)機(jī)芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)原理與圖3的區(qū)別，僅在于以電動(dòng)機(jī)13取代了油馬達(dá)9，其功能和工作過程完全相同，單向超越離合器7起作用后，電動(dòng)機(jī)13卸荷。

3 結(jié)束語

立式輾環(huán)機(jī)的芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使芯輥具備了主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的功能，這個(gè)有別于目前所有的立式和臥式輾環(huán)機(jī)的特點(diǎn)，帶來了諸多好處。

（1）解決了立式輾環(huán)機(jī)生產(chǎn)中因環(huán)坯過重或內(nèi)外圓偏心致使環(huán)坯帶不轉(zhuǎn)的難關(guān)，給輾環(huán)初始階段的操作帶來方便，提高生產(chǎn)效率、減少廢品損失。

（2）降低了對(duì)大型環(huán)件的環(huán)坯的技術(shù)要求，降低了成本。

（3）為結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的普通立式輾環(huán)機(jī)大型化提供了可能。

（4）結(jié)構(gòu)簡單、可靠實(shí)用、安裝調(diào)整方便、造價(jià)低。

（5）無須復(fù)雜控制系統(tǒng)就可與主機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，與主機(jī)脫開也非常方便。

該裝置是立式輾環(huán)機(jī)獨(dú)立的附設(shè)機(jī)構(gòu)，新造機(jī)器設(shè)置或舊機(jī)改造添置均可，它可與主機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，隨著環(huán)軋工序的開始或結(jié)束，本裝置自動(dòng)進(jìn)入或退出工作狀態(tài)。

[1]華 林，黃興高，朱春耒，著.環(huán)件軋制理論和技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001-10.

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì).鍛壓手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007-10.

[3]江紹成，袁漢江.中國專利號(hào)《201110118836.8》和《201120144872.7》的專利技術(shù)說明書.

The rotary unit of mandrel on vertical ring rolling mill

JIANG Shaocheng1，YUAN Hanjiang2
（1.Chengdu Locomotive and Rolling Stock Factory，Chengdu 610051，Sichuan China；2.Anhui Engineering University，Wuhu 241000，Anhui China）

Up to now，the mandrels of the ring rolling mill all over the world are rotated passively by the workpiece through the main rolling wheel.For the ordinary vertical mill，the ring blank is sleeved on the mandrel.The friction of the main rolling wheel has to above the rotary inertia and other resistance of ring blank and lower support.Otherwise,the main rolling wheel can't rotate the blank and would damage the surface of the blank,especially for large blank with big inner and outer eccentricity，which is the main reason of restricting the large weight and size of vertical mill.In order to solve the above problem,the mandrel rotary unit with simple structure has been designed，which turns passive rotary into active rotary and creates possibility for the large weight and size of the vertical mill.

Vertical ring rolling mill；Active rotary of mandrel；Design

TG334.1

B

1672－0121(2011)06－0064－02

2011-08-16

江紹成（1939-），男，高工，享受國務(wù)院特貼專家，從事非標(biāo)設(shè)計(jì)研究