薄板矯直機的咬入條件與夾送輥設(shè)計

趙　崠　吳慶君

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024；

2．淮南市石油化工機械設(shè)備有限公司技術(shù)部，安徽232033)

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薄板矯直機的咬入條件與夾送輥設(shè)計

趙崠1吳慶君2

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024；

2．淮南市石油化工機械設(shè)備有限公司技術(shù)部，安徽232033)

摘要：通過對薄板矯直機咬入條件分析，采用在入口側(cè)設(shè)置夾送輥裝置改善咬入條件的設(shè)計方案。對夾送輥裝置的結(jié)構(gòu)組成、布置形式和技術(shù)參數(shù)進行了詳細介紹。

輥式板材矯直機的主要技術(shù)參數(shù)是輥徑和輥距。輥徑和輥距之間有著密切的聯(lián)系，它們共同受到咬入條件、矯直質(zhì)量、強度條件和設(shè)計結(jié)構(gòu)局限性的限制而保持一個比較固定的比例。

通常對矯直板材最小厚度為3 mm的矯直機，不是按咬入條件校核最大輥距。因為計算結(jié)果表明，當(dāng)板材最小厚度為3 mm時，按咬入條件計算出的最大輥距值遠遠大于按強度條件計算出的最小輥距值。而輥徑值是按依據(jù)強度條件計算出的最小輥距值選擇。

因為薄板的矯直比較困難，對高精度的薄板矯直機來說，矯直輥徑越小越好，但選擇較小的輥徑，在設(shè)計結(jié)構(gòu)強度條件上卻難以滿足。若在此前提下選擇相對較大的輥徑、輥距值，則會降低或破壞板材的咬入條件。故在矯直輥系的入口側(cè)設(shè)置夾送輥裝置，以改善矯直輥對板材的咬入條件。

本文以一臺矯直板材厚度為0.4 mm～0.8 mm的高精度鋁合金薄板矯直機為例，對其咬入條件和夾送輥設(shè)計進行了介紹。

1　薄板矯直機的性能要求與輥系參數(shù)

1.1　矯直板材性能規(guī)格要求

矯直溫度： 常溫

矯直板材： 鋁合金板材

板材寬度/mm： 800～1 700

板材厚度/mm： 0.4～0.8

板材屈服強度/MPa：≤350

矯直速度/(m/s)： 0.5～1.5

矯平精度要求：矯平精度≤2 mm/m2

1.2　矯直輥規(guī)格與材料

矯直輥輥數(shù)： 23根

矯直輥直徑/mm： 32

矯直輥輥距/mm： 34

矯直輥身長度/mm： 1 900

矯直輥材料： 60CrMoV

按實踐經(jīng)驗及“輥式板材矯正機基本參數(shù)”JB1465.1—1999選取矯直機規(guī)格型號：23-32/34×1900六重式板材矯直機。

2　薄板矯直機的咬入條件

薄板矯直機的咬入條件根據(jù)以下情況來分析：

上下矯直輥均有驅(qū)動，矯直機前輥道無推送力。由于薄板矯直時彎頭量很小，并且其垂直方向的剛性很小，故彎頭對咬入的影響忽略不計，板材頭部自重對第一個下矯直輥的壓力忽略不計。薄板咬入時的力學(xué)模型如圖1所示。

板材進入矯直輥的阻力，主要是由上輥壓下量使輥縫小于板材厚度所造成的。而壓下量的大小是由板材矯直所需的彈塑性彎矩和輥距所決定的。輥距與輥徑直接相關(guān)(輥距T≈1.06輥徑)，輥距過大壓下量就會增大，進而使咬入阻力增大，所以輥距大小與咬入條件互有影響。

入口端的壓彎量e以咬入為主，不需產(chǎn)生過大彎曲，可按彈塑性最大撓度來設(shè)定其壓彎撓度，矩型材最大彈性撓度約等于其彈性極限撓度的兩倍。壓彎量e的計算公式為：

圖1　咬入時的力學(xué)模型

式中σt——板材彈性極限強度，σt=35 kgf/mm2；

E——鋼質(zhì)彈性模量，E= 2.1×104kg/mm2；

H——板厚，單位為mm；

T——輥距，單位為mm。

咬入力為摩擦力P，可分解為水平分力Px及下輥送進力Fx；推出力為工件頭部對輥子頂撞力的水平分力Nx。咬入力必須大于推出力才能咬入，即

圖2　夾送輥布置結(jié)構(gòu)

輥子與工件之間的法向壓力為N及Fx，它們之間的摩擦系數(shù)為μ，輥子對工件的咬入角為α，工件與輥子之間各垂直分力處于平衡狀態(tài)，可將咬入條件改寫為：

式中輥子與工件之間的滑動摩擦系數(shù)μ=0.2。

由圖1中幾何關(guān)系可知，cosα=(R-e)/R，sinα=(2Re-e2)1/2R，代入公式(2)可得：

解此二次方程可得最小輥半徑為：R=13e，將e值代入公式(1)可得：

將R=D/2及T=1.06D代入公式(3)得：

這是根據(jù)咬入條件計算得出的輥徑最大值。該輥徑值在設(shè)計結(jié)構(gòu)上無法實現(xiàn)，在強度條件也無法滿足要求。所以為了克服咬入困難，采用了夾送輥來保證板頭的咬入。

3　夾送輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在矯直輥系的入口側(cè)設(shè)置夾送輥裝置，是為了克服板材頭部翹起時頂?shù)街睆捷^小的矯直輥不能咬入的障礙。在夾送輥前、夾送輥與矯直輥之間不僅要設(shè)置喇叭形入口導(dǎo)板，而且夾送輥輥徑也要加大。如果夾送輥與工件間是剛性夾緊，則會發(fā)生因工件變形所造成的夾緊力不均勻現(xiàn)象，因此夾送輥的壓緊力要由彈性元件來提供，其壓力可隨板材的寬、厚差異而變化。

夾送輥裝置布置在矯直機入口側(cè)機架上布置結(jié)構(gòu)如圖2所示。減速電機通過壓下蝸輪減速機帶動壓下絲桿升降來調(diào)整上夾送輥的開口度。上夾送輥的壓緊力由作用于上軸承座的彈簧提供，并可通過調(diào)整彈簧壓縮量進行壓緊力的設(shè)定。夾送輥材料采用38SiMnMo經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，輥面采用聚氨基甲酸酯包層以保護板面，增加摩擦系數(shù)。

4　夾送輥的參數(shù)設(shè)計

夾送輥的送料力T按最小和最大板厚的縱向剛度確定，計算公式為：

式中l(wèi)——夾送輥中心線到第二根矯直輥中心線距離，l= 445 mm；

J——板材橫截面的慣性矩，單位為mm。

式中h——板厚，h=0.4 mm～0.8 mm；

b——板寬，b=1 700 mm。

當(dāng)板厚h取最小值時，送料力最小，當(dāng)板厚h取最大值時，送料力最大。

計算最大送料力公式為：

雙輥傳動的夾送輥對板材的壓力Q2為：

式中fc——夾送輥與板材之間的摩擦系數(shù)。采用聚氨基甲酸酯包層輥時，fc=0.2～0.25。

夾送輥對板材的壓力Q2是彈性壓下中彈簧最大工作壓力的依據(jù)。實踐證明，采用比計算值稍大的送料力可以分擔(dān)一部分矯直負荷。

雙輥傳動的夾送輥的扭矩Mc2為:

式中DC——夾送輥直徑，Dc=120 mm。

夾送輥的功率Nc為:

式中V——矯直速度，V=0.5 m/s～1.5 m/s；

η——傳動效率，η= 0.95。

5　結(jié)論

通過分析薄板矯直機的咬入條件進行夾送輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和送料參數(shù)設(shè)計，以改善矯直輥對板材的咬入。薄板矯直機夾送輥的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、實用性強、傳動平穩(wěn)，可實現(xiàn)板材的順利咬入，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，矯后板材成品質(zhì)量得到提升。

編輯杜敏

發(fā)展服務(wù)業(yè)并不意味著忽視制造業(yè)

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級是經(jīng)濟發(fā)展的重要標志，促進服務(wù)業(yè)發(fā)展是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要方向。但是，服務(wù)業(yè)占比高未必經(jīng)濟發(fā)展水平就高，關(guān)鍵要看制造業(yè)是否充分發(fā)育、足夠強大到能夠為經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供創(chuàng)新動力。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變與人均收入水平并不總是互為因果關(guān)系，人均收入水平提高形成的服務(wù)消費需求，可以拉動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向以第三產(chǎn)業(yè)為主轉(zhuǎn)變；但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對人均收入提高是否有作用，主要看產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化能否形成結(jié)構(gòu)紅利，即資源向效率更高的產(chǎn)業(yè)配置。高收入國家經(jīng)過多年發(fā)展，形成了以第三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。然而，如果發(fā)展中國家片面追求第三產(chǎn)業(yè)占比高，則有可能阻礙經(jīng)濟發(fā)展。

從美、日、歐等發(fā)達國家看，盡管第三產(chǎn)業(yè)占比已超過70%，但它們在制造業(yè)領(lǐng)域仍保持領(lǐng)先地位，仍然主導(dǎo)著全球技術(shù)進步方向。調(diào)查顯示，美國、日本、德國等發(fā)達國家在汽車、航空航天、新材料、新能源、信息和通信技術(shù)等領(lǐng)域仍扮演著全球技術(shù)發(fā)展“領(lǐng)導(dǎo)者”角色。

可見，加快發(fā)展服務(wù)業(yè)并不意味著忽視制造業(yè)。我國已成為世界工業(yè)大國，但制造業(yè)總體上仍以代工、加工為主；重大裝備制造不斷取得進步，但大部分處于加工和仿制階段，真正擁有核心技術(shù)與自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品并不多。我國制造的產(chǎn)品附加值低，在高端制造業(yè)環(huán)節(jié)缺乏競爭力。在這種條件下，應(yīng)充分認識產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)早熟風(fēng)險，更加注重提高工業(yè)尤其是制造業(yè)發(fā)展水平，加快推進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

(摘自人民日報2015-05-12)

關(guān)鍵詞：薄板矯直機；咬入條件；夾送輥；設(shè)計

Feeding Condition and Pinch Roll Design of Thin Sheet Straightener

Zhao Dong, Wu Qingjun

Abstract：By analyzing on feeding condition of thin sheet straightener, the design project of mounting pinch roll device at the side of straightener rolls entrance has been described for improving feeding condition. Structural composition, arrangement and technical parameters of pinch roll device have been illustrated as well.

Key words：thin sheet straightener; feeding condition; pinch roll; design

收稿日期：2014—07—07

中圖分類號：TG333.2+3

文獻標志碼：A