劉磊，趙西韓，馬強(qiáng)，王仕杰，周文浩，陳燦，賈尚武(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安710032)

二輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

劉磊，趙西韓，馬強(qiáng)，王仕杰，周文浩，陳燦，賈尚武
(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安710032)

介紹了二輥矯直機(jī)設(shè)備組成，并對(duì)相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn):通過(guò)變頻控制前夾送輥的送料速度和在結(jié)構(gòu)上引入超越式離合器解決了棒材搓傷問(wèn)題;采用電氣系統(tǒng)控制液壓缸解決了實(shí)際輥縫與顯示輥縫不一致的問(wèn)題;在矯直輥下方增加液壓緩沖機(jī)構(gòu)解決了因棒材橢圓度超差無(wú)法連續(xù)咬入的問(wèn)題;改進(jìn)后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好。

二輥矯直機(jī);棒材;矯直

0　前言

伴隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)及石油行業(yè)的強(qiáng)勢(shì)發(fā)展，大直徑圓斷面棒材在市場(chǎng)上的需求也在持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)成品棒材的橢圓度和直線度有了更高的要求，如何更好的為市場(chǎng)和用戶服務(wù)是亟待解決的問(wèn)題。

二輥矯直機(jī)作為一種精密矯直的設(shè)備，是棒材精整線上重要的一環(huán)，多與剝皮機(jī)配合使用，用于剝皮后棒材的矯直滾光，提高成品棒材的直線度和表面光潔度。二輥矯直機(jī)的矯直原理與多輥矯直機(jī)有很大不同，它對(duì)工件的矯直作用不是依靠相鄰各輥之間的交錯(cuò)壓彎使得工件產(chǎn)生塑性彎曲變形，而是依靠一對(duì)輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化產(chǎn)生的，所以輥型在棒材直的過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。棒材需要矯直，首先需要經(jīng)過(guò)一個(gè)導(dǎo)程范圍內(nèi)的等曲率大壓彎量，然后經(jīng)過(guò)至少半個(gè)導(dǎo)程的等曲率反向小壓彎量進(jìn)行彈復(fù)矯正，小壓彎量處的曲率需要根據(jù)來(lái)料的狀態(tài)和前面大壓彎量的曲率決定。等曲率大壓彎可以保證棒材達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的彎曲，而等曲率小壓彎可以使得工件在全長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全方位的矯直。

1　設(shè)備的組成

二輥矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，分別是前部送料系統(tǒng)、主機(jī)和后部下料系統(tǒng)。

前部送料系統(tǒng)主要由固定臺(tái)架、擋料撥料機(jī)構(gòu)、固定C型架和前夾送輥四部分組成，如圖1所示。待矯直棒料放置在固定臺(tái)架上，將棒料整齊放至擋料撥料機(jī)構(gòu)處，通過(guò)可調(diào)整的擋料機(jī)構(gòu)保證每次只撥入一根棒料進(jìn)入固定C型架中，在撥入C型架的同時(shí)，棒材頭部進(jìn)入前夾送輥的夾送區(qū)域，由前夾送輥夾合將棒材送入矯直機(jī)主機(jī)。

圖1　前部送料系統(tǒng)Fig.1 Foreside carrying system

二輥矯直機(jī)主機(jī)主體為二梁四柱的二斜輥式結(jié)構(gòu)。采用四拉桿式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，防止矯直過(guò)程中機(jī)架的整體彈跳，增加了機(jī)架的整體剛度。兩輥均為主動(dòng)，配有壓下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，下輥設(shè)置恒壓保護(hù)液壓負(fù)荷缸，上下輥均配有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，輥縫兩側(cè)配有側(cè)導(dǎo)板等。其主傳動(dòng)由二臺(tái)電機(jī)通過(guò)硬齒面減速機(jī)、萬(wàn)向聯(lián)軸器分別傳動(dòng)上下輥。一般采用交流變頻的方式實(shí)現(xiàn)矯直速度的調(diào)整;其上下兩個(gè)矯直輥采用高硬度冷軋輥鋼，經(jīng)高頻表面淬火處理，具有極高的表面硬度。輥體裝配由軸承座、矯直輥軸、軸承等組成。主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主機(jī)的輥縫大小通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主絲杠壓下帶動(dòng)上輥上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)輥逢的調(diào)整。上輥具有液壓平衡機(jī)構(gòu)，以平衡上輥的重量和消除主螺母與絲杠之間間隙，防止矯直過(guò)程中上輥的彈跳，避免矯直過(guò)程中的進(jìn)料沖擊。

對(duì)于矯直不同直徑的棒料，上下輥的角度也是有區(qū)別的。二輥矯直機(jī)的角度調(diào)整系統(tǒng)采用螺旋升降機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)整范圍10°～22°。調(diào)整系統(tǒng)具有自鎖功能，用于防止調(diào)整后和矯直過(guò)程中的跑偏。二輥矯直機(jī)的輥型與多輥不同，在矯直過(guò)程中對(duì)棒材的包絡(luò)和夾持不夠，而側(cè)導(dǎo)板系統(tǒng)作為二輥矯直機(jī)特有的一種結(jié)構(gòu)，主要就是為了保證棒材在矯直過(guò)程中不會(huì)竄出矯直機(jī)。側(cè)導(dǎo)板系統(tǒng)可以根據(jù)被矯棒料的直徑等參數(shù)進(jìn)行高度及水平方向的電動(dòng)調(diào)整。設(shè)備在下橫梁內(nèi)部設(shè)置有液壓負(fù)荷控制缸，用于恒壓負(fù)荷控制，以便于調(diào)整孔型、實(shí)現(xiàn)對(duì)輥壓緊，減少頭尾縮徑。液壓負(fù)荷缸的采用，矯直過(guò)程中，避免了由于圓度不夠、過(guò)彎棒材對(duì)機(jī)架的破壞沖擊，變剛性機(jī)架為柔性機(jī)架。

圖2　主機(jī)Fig.2 Central equipment

后部出料系統(tǒng)主要由出料夾送輥、出料導(dǎo)槽和收集料筐三部分組成。出料夾送輥為油缸驅(qū)動(dòng)開合式夾送輥，為V型出料輥，上輥可由油缸驅(qū)動(dòng)上下開合，將矯直后的棒材拉出矯直機(jī)。出料導(dǎo)槽為V型出料導(dǎo)槽，防止出料過(guò)程中的棒材甩動(dòng)，由油缸控制導(dǎo)槽的翻轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)雙側(cè)下料，內(nèi)部耐磨襯板可更換。收集料筐為液壓驅(qū)動(dòng)帆布帶升降料筐，由液壓擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)滾輪卷曲收放帆布帶，避免下料時(shí)的沖擊。

2　二輥矯直機(jī)的改進(jìn)

2.1前部送料系統(tǒng)中前夾送輥的改進(jìn)

對(duì)于大中型二輥矯直機(jī)而言，前部送料系統(tǒng)中的前夾送輥是向主矯直輥送料喂料的重要部件。二輥矯直機(jī)本身輥型凹凸程度較淺，同時(shí)對(duì)棒材的夾持不夠，造成在棒料咬入主機(jī)時(shí)比較困難，需要讓棒料提前旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并與主機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同，所以前夾送輥一般均為斜輥布置，可以保證棒料在前進(jìn)的同時(shí)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。另外，前夾送輥的夾送動(dòng)作是通過(guò)液壓缸完成的。當(dāng)棒料撥入前夾送輥內(nèi)部時(shí)，液壓缸動(dòng)作夾持棒材同時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行送料動(dòng)作。但是，前夾送輥送料速度與主機(jī)矯直輥咬料速度不可能完全匹配，所以在棒材咬入主機(jī)時(shí)，前夾送液壓缸需要準(zhǔn)確打開，以防止由于前夾送輥與主機(jī)矯直輥速度不同步而造成棒材搓傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。而前夾送何時(shí)打開是個(gè)比較難以界定的問(wèn)題，檢測(cè)到被矯工件后信號(hào)傳遞到液壓系統(tǒng)動(dòng)作，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間提出了很高的要求，在實(shí)際工程中很難保證工件不被搓傷。中國(guó)重型機(jī)械研究院提出了一個(gè)新的解決方案。首先將前夾送輥的送料速度通過(guò)變頻控制，讓其與送料速度盡可能接近同時(shí)略低于主機(jī)速度。另一個(gè)改進(jìn)措旋在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用了超越式離合器。

當(dāng)前夾送輥送料時(shí)，其速度會(huì)略低于主機(jī)速度，在棒料咬入時(shí)主機(jī)速度較高，則會(huì)造成離合器超越，前夾送輥隨動(dòng)。同時(shí)檢測(cè)棒料咬入發(fā)出電氣信號(hào)，控制前夾送液壓缸打開。解決了由于前夾送輥與主機(jī)矯直輥速度不同步而造成棒材搓傷現(xiàn)象的問(wèn)題。

2.2消除壓下系統(tǒng)的裝配間隙

一般來(lái)說(shuō)，二輥矯直機(jī)的輥縫都是通過(guò)絲杠螺母的形式進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而絲杠螺母配合在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生磨損，從而導(dǎo)致在使用一段時(shí)間內(nèi)，實(shí)際輥縫與電氣系統(tǒng)顯示的輥縫大小不一，會(huì)影響到設(shè)備的矯直效果。以往設(shè)計(jì)中，習(xí)慣利用彈簧或者碟簧拉緊絲杠，消除間隙，但由于彈簧和碟簧在最初裝配時(shí)需要備緊，增加裝配難度，還會(huì)加速絲杠螺母之間的磨損，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)產(chǎn)生疲勞甚至于失效。針對(duì)此種問(wèn)題，采用液壓和電氣系統(tǒng)對(duì)油缸進(jìn)行控制，在輥縫調(diào)整過(guò)程中，位于設(shè)備最上方的液壓缸處于隨動(dòng)狀態(tài)，其活塞桿隨下方絲杠筒體一起動(dòng)作，電氣控制液壓系統(tǒng)對(duì)液壓缸前后腔體補(bǔ)油;當(dāng)輥縫調(diào)整到位后，液壓缸有桿腔進(jìn)油動(dòng)作，提升絲杠筒體，而螺母固定不動(dòng)，將其長(zhǎng)期使用后造成的間隙消除掉，從而保證設(shè)備最終的矯直效果。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　拉緊油缸Fig.3 Tighting cylinder

2.3動(dòng)態(tài)連續(xù)矯直技術(shù)的應(yīng)用

二輥矯直機(jī)均采用上下輥對(duì)置的方式布置，通過(guò)調(diào)整上下輥輥腰之間的距離(即輥縫)和上下輥角度的方式來(lái)獲得需要的彎曲曲率，從而滿足一定直徑范圍內(nèi)棒材的矯直。一般來(lái)說(shuō)，輥縫都要比被矯工件的直徑略小，才可以對(duì)棒材施加一定的壓緊力，從而獲得理想的矯直效果。可是，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)棒材原料均存在橢圓度超差的問(wèn)題，從而造成二輥矯直機(jī)矯直過(guò)程的時(shí)斷時(shí)續(xù)和沖擊過(guò)大的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的使用工況，在二輥矯直機(jī)的下矯直輥下方增加了一個(gè)液壓緩沖機(jī)構(gòu)，并根據(jù)工作需要的最大矯直力換算為緩沖機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)壓力，矯直工程中，液壓緩沖機(jī)構(gòu)可以持續(xù)提供足夠的壓緊力，保證棒材的連續(xù)矯直，同時(shí)當(dāng)棒材超差時(shí)，可以緩解瞬間的沖擊，減少對(duì)設(shè)備的損壞。

3　結(jié)束語(yǔ)

二輥矯直機(jī)作為棒材精整線末端成品的重要設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了很大范圍的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的二輥矯直機(jī)已經(jīng)陸續(xù)在寶雞鈦業(yè)、江蘇恒立等用戶單位經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的使用，其穩(wěn)定性得到了顯著提高，故障率有了進(jìn)一步的降低，得到了用戶的高度評(píng)價(jià)。

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The amelioration of the two-roll straightener

LIU Lei，ZHAO Xi-han，MA Qiang，WANG Shi-jie，ZHOUWen-hao，CHEN Can，JIA Shang-wu
(China National Heavy Machinery Research Institute Co．，Ltd．，Xi'an 710032，China)

This paper introduced the basic configuration of the two-roll straightener，and ameliorated the issues existed in the debugging．Bruise has been raveled out through transducer and overrunning clutch，while electrical system controlling the hydraulic cylinder eliminates inconformity between display and actual roll gap; hydraulic buffermechanism is added below straightening roll to solve unable-to-bite issue due to over tolerance of the ovality，which bring a good appraise in the steely factory．

two-roll straightener;bar;straightening

TG333

A

1001－196X(2015)02－0083－03

2014－11－08;

2014－12－21

劉磊(1983－)，男，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司工程師，從事棒材矯直機(jī)的研發(fā)工作。