淺析輥式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析

穆星宇

遼寧工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，遼寧錦州，121001

淺析輥式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析

穆星宇

遼寧工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，遼寧錦州，121001

隨著我國就經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，棍式型鋼的應(yīng)用越來越多，特別是工業(yè)生產(chǎn)和一些機(jī)器制造等方面，而棍式型鋼在制造過程中的矯直工作一直是棍式型鋼生產(chǎn)的重要難題之一。本文對當(dāng)前我國棍式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)就進(jìn)行了簡單的分析，并對其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了有效的分析，并根據(jù)輥式型鋼的特點(diǎn)對矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的分析和研究。

輥式；型鋼；矯直機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)

對于型鋼的矯直，由于其過程較為復(fù)雜，且在進(jìn)行型鋼矯直的過程中，材料的幾何形狀和回彈性等都不是線性的變化，導(dǎo)致在進(jìn)行矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)存在著較大的難題，而在進(jìn)行實(shí)際的工程施工中，為了保證矯直機(jī)的功效，又必須通過其準(zhǔn)確的機(jī)械結(jié)構(gòu)來保證輥式型鋼的的矯直效果，這對我國的矯直機(jī)制造帶來了非常大的挑戰(zhàn)。對于輥式矯直機(jī)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)對于整個(gè)設(shè)備的工作性能以及其施工工藝等非常重要的參數(shù)進(jìn)行了確定，因此，在進(jìn)行矯直機(jī)輥輪的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對輥輪的直徑和距離等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的安排，保證矯直機(jī)的工作效果。此外，生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行矯直機(jī)的生產(chǎn)時(shí)，需要有效的結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況確定矯直機(jī)的輥輪參數(shù)，保證設(shè)備的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)能夠滿足型鋼的生產(chǎn)需要。由于矯直機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，像工字鋼、角鋼和圓鋼等，且不同的型材在規(guī)格等方面存在著較大的區(qū)別，因此，在選擇矯直機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)時(shí)需要根據(jù)生產(chǎn)型鋼的具體參數(shù)對其進(jìn)行確定，在當(dāng)前我國的矯直機(jī)制作中，主要有兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)：一種是簡易的支架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的矯直機(jī)將輥輪的軸承安裝在矯直輥輪的雙側(cè)，通過簡支梁對輥輪軸承的重量進(jìn)行支撐，對于這一種矯直機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，其具有較強(qiáng)的剛性，且整體的重量相對較輕，方便設(shè)備的使用和移動(dòng)。另一種結(jié)構(gòu)則是懸臂式，這種機(jī)架結(jié)構(gòu)主要是將輥輪部分安裝在矯直機(jī)的一側(cè)，采用懸臂梁對輥輪的重量進(jìn)行承載，對于這一種機(jī)架結(jié)構(gòu)，其在使用的過程中能夠更加簡單的對輥輪進(jìn)行更換，當(dāng)型鋼結(jié)構(gòu)類型較多時(shí)使用較為方便。在當(dāng)前我國的型鋼矯直機(jī)使用中，懸臂式是最常見的類型。

1 輥式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

1.1 輥輪的直徑參數(shù)

根據(jù)相關(guān)研究可以得知，隨著輥輪的直徑變化，其輥?zhàn)拥目箯潖?qiáng)度以及其剛度都會(huì)發(fā)生較大的變化，在進(jìn)行輥輪直徑的確定時(shí)需要根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)對其參數(shù)進(jìn)行確定，當(dāng)前矯直機(jī)的輥輪直徑和輥輪的距離之間具有正比關(guān)系，這是通過長期的實(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn)，具體的關(guān)系式為：D=Kd，式中的D表示的是輥輪的直徑長度，而K為總結(jié)得到的正比例系數(shù)，最后的K則是輥距。

1.2 輥距的參數(shù)確定

在進(jìn)行型鋼的矯直操作時(shí)，輥距的參數(shù)若同設(shè)計(jì)參數(shù)之間相差較大，往往會(huì)對型鋼的矯正工作造成較大的影響，像輥距較大可能會(huì)導(dǎo)致型鋼的矯直工作無法達(dá)到要求的變形，且在矯直工作完成之后，型鋼的質(zhì)量較差，這種鋼材無法進(jìn)行正常的使用。而當(dāng)輥距較小時(shí)，在矯直過程中會(huì)造成對型鋼的矯直力增大，從而對矯直設(shè)備的輥輪造成過大的壓力，產(chǎn)生較大的磨損，此外，較大的矯直力還會(huì)造成型鋼矯直過程中局部位置的應(yīng)力較大，導(dǎo)致型鋼工件的損壞。因此，在對輥距進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要根據(jù)型鋼矯直的實(shí)際情況對其進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，這樣既能保證型鋼矯直的效果，同時(shí)也不會(huì)對工件和設(shè)備造成較為嚴(yán)重的損壞。

1.3 矯直質(zhì)量工藝

在進(jìn)行型鋼的矯直工作時(shí)，需要將型鋼材料彎曲到其能夠承受的最大彈復(fù)曲率位置，這樣能夠保證鋼材達(dá)到最大的彎曲效果，下圖1是矯直機(jī)工作的簡單工作原理：

圖1 矯直機(jī)工作示意圖

對于矯直機(jī)的工作參數(shù)，主要是由下式進(jìn)行確定：，公式中的h指的是矯直機(jī)的軋件高度，其單位是mm，R則是矯直機(jī)的輥輪半徑長度，單位同樣是mm，最后的ρ則是型鋼材料的彎曲半徑長度。

1.4 最小輥距的確定研究

對于矯直機(jī)的最小輥距，其大小需要根據(jù)接觸應(yīng)力條件或者接軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度兩者中的一個(gè)進(jìn)行確定，在對輥距的最小距離進(jìn)行確定時(shí)，可以通過任意一個(gè)條件來對其進(jìn)行確定。根據(jù)作者的長期實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，對于型鋼工件，其中的圓鋼是高度最小的工件，而高度最大的工件則是工字鋼，因此，在對輥輪的距離進(jìn)行確定時(shí)，需要結(jié)合兩者對其最大和最小輥距進(jìn)行確定，這樣就能夠保證矯直機(jī)可以適用在所有的型鋼矯直工作中。對于輥距的最大值，且在確定時(shí)需要根據(jù)型鋼工件的矯直質(zhì)量或者最小上料條件，一般的最大輥距確定往往是兩個(gè)條件下較小的一個(gè)。

1.5 矯直輥的強(qiáng)度確定

對于矯直輥，其主要的作用就是對型鋼工件進(jìn)行矯直工作，因此，一般的矯直輥強(qiáng)度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工件的強(qiáng)度，而在對矯直輥進(jìn)行確定時(shí)，比較關(guān)注的往往是其彎曲強(qiáng)度，在矯直輥的彎曲強(qiáng)度不能滿足矯直工作需求時(shí)，可以通過對相應(yīng)的支撐進(jìn)行增加來滿足矯直工作需求，通過這種方法能夠?qū)毫Ψ稚⒃诙鄠€(gè)點(diǎn)來承受。

1.6 輥輪數(shù)量的確定

對于矯直機(jī)的輥輪數(shù)量，不同的矯直機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝不同，對于一些小型的鋼件，其在矯直操作時(shí)，輥輪的數(shù)量在7到11根就能保證矯直工作的效果，而對于大型的鋼件矯直工作，其輥輪的數(shù)量大部分都在7根左右，這樣能夠保證矯直工作的效率最高，且鋼件的矯直效果較好。

1.7 矯直機(jī)的矯直速度確定

在對鋼件進(jìn)行矯直操作時(shí)，不同的大小的鋼件其所需要的矯直速度具有較大的差別，另外，根據(jù)鋼件的生產(chǎn)任務(wù)大小，矯直工作的速度也存在著較大的差別，一般的矯直速度控制在0.8到2m/s就能滿足生產(chǎn)任務(wù)的需求，而對于鋼件，其體積越小則矯直速度越快，對于矯直生產(chǎn)，小型鋼件的矯直任務(wù)是經(jīng)濟(jì)效率最大的。

1.8 輥材料的確定

對于矯直機(jī)，輥輪的材料是決定矯直機(jī)質(zhì)量的根本因素，因?yàn)槌C直過程中輥輪是同鋼件直接進(jìn)行接觸的部位，然后通過輥輪的擠壓對鋼件進(jìn)行矯直工作，在生產(chǎn)的過程中需要輥輪長期處在高強(qiáng)度的擠壓環(huán)境下，為了保證矯直機(jī)的正常使用，減少矯直機(jī)工作過程中鋼件對輥輪的摩擦，需要對輥?zhàn)拥牟牧线M(jìn)行嚴(yán)格的要求，保證其工作過程中輥?zhàn)颖砻婢哂凶銐虻挠捕?。另外，對于矯直機(jī)輥輪的表面，在生產(chǎn)的過程中需要保證其加工的精度，提高其抗彎抗扭曲的強(qiáng)度，保證其使用過程中不會(huì)產(chǎn)生形變。根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)工藝，矯直機(jī)的輥輪工作直徑需要控制在60mm以下，比較常用的輥輪材料是60CrMoV，而當(dāng)輥輪的直徑達(dá)到了60到120mm時(shí)，這種材料已經(jīng)不滿足生產(chǎn)的需求，為此，需要將輥輪材料改為90CrVMo，而當(dāng)輥輪的工作直徑達(dá)到了200mm以上時(shí)，只能采用9Cr材料來生產(chǎn)輥輪，這樣才能保證輥輪工作過程中不會(huì)產(chǎn)生較大的損傷。

2 軟件上位機(jī)界面監(jiān)控和計(jì)算

對于型鋼的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在進(jìn)行矯直工作之前需要將其輸入到矯直機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件操作界面上，然后將鋼件的規(guī)格輸入到控制界面的對應(yīng)位置就能夠得到對應(yīng)的矯直機(jī)矯直工作結(jié)構(gòu)參數(shù)，像輥距為1200mm，輥輪的數(shù)量時(shí)7根，型鋼圓鋼的直徑為150mm，工字鋼的規(guī)格為190×500mm時(shí)，矯直機(jī)的矯直速度需要控制在0.8到2.5m/s。通過對軟件進(jìn)行操作能夠得到以下結(jié)果：首先是上述輸入的數(shù)據(jù)內(nèi)容，會(huì)在矯直機(jī)的計(jì)算機(jī)控制軟件的對應(yīng)位置進(jìn)行顯示，通過對計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該軟件的計(jì)算結(jié)果是較為準(zhǔn)確的，且在操作的過程中簡單易懂，方便了施工人員的操作。而在進(jìn)行實(shí)際的施工操作過程中，型鋼矯直的軟件設(shè)計(jì)需要根據(jù)軋鋼的機(jī)械設(shè)計(jì)要求作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，然后通過對施工現(xiàn)場的實(shí)際施工工藝對輥式型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)方法提供有效的數(shù)據(jù)參考和操作方法。

3 結(jié)語

通過對上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算能夠準(zhǔn)確的得到輥輪的數(shù)量以及輥距，這樣滿足了型材矯直工作中的加工需求。而對于軟件計(jì)算得到的矯直加工速度，在進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)過程中，矯直速度需要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求以及型材的材料等進(jìn)行一些簡單的調(diào)整，保證矯直機(jī)能夠滿足生產(chǎn)需求。在進(jìn)行型鋼鋼件的矯直工作時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算只能作為一個(gè)重要的參考，實(shí)際的矯直速度和矯直方法需要根據(jù)型鋼的材料和彎曲性等進(jìn)行綜合的計(jì)算，通過理論聯(lián)系實(shí)際的方法來對矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。通過這種方法能夠減少傳統(tǒng)工藝中的數(shù)據(jù)差值，且通過計(jì)算機(jī)軟件得到的數(shù)據(jù)對矯直機(jī)的設(shè)計(jì)提供了有效的參考，保證了矯直機(jī)的工作效率。

[1]于鳳琴,杜鳳山,解恒坤.輥式型鋼矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)研究[J].重型機(jī)械.2007(03):24-26.

[2]孫維陽,王孝海.輥式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2014(31):107.

[3]張麗 平.輥式型鋼矯 直機(jī)的設(shè)計(jì) 與計(jì)算[J].冶金 設(shè)備.2012(S1):55-57.

[4]黃劍飛,彭明.銅始極片矯直機(jī)的調(diào)節(jié)和改進(jìn)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2016(01):40-42.

[5]張立.高性能矯直機(jī)[J].鋼管.2010(03):75.

[6]朱紅一.十一輥矯直機(jī)設(shè)備系統(tǒng)改進(jìn)[J].冶金設(shè)備.2008(03):67-69.

[7]魏金鋼.八輥立式矯直機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].一重技術(shù).2008(04):3-4.

[8]張培慶,左智韜,李星亮.Φ168mm高強(qiáng)度矯直機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)[J].鋼管.2007(03):30-32.

[9]劉安明,劉沈.簡易矯直機(jī)[J].機(jī)械工程師.2006(04):146.

[10]孫登月,杜鳳山.八輥軌梁不等輥距矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重型機(jī)械.2001(04):48-49.

[11]梁海燕.美國杰克遜管材公司新增現(xiàn)代化矯直機(jī)[J].鋼管.1999(04):41.

[12]趙禮堂.我國最大的一臺(tái)新矯直機(jī)在大連鋼廠投入使用[J].金屬世界.1996(01):32.

穆星宇/1980年生/女/滿族/遼寧錦州人/碩士/機(jī)械工程師/研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD/CAM技術(shù)與應(yīng)用