趙 崠

(太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024)

寬厚板矯直機(jī)是利用反彎原理，由位置交錯(cuò)布置的上、下兩套矯直輥系對(duì)鋼板進(jìn)行矯直，其中下輥系安裝在機(jī)架框架內(nèi)，通過(guò)地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，下輥面只需保持水平固定狀態(tài)即可；在矯直過(guò)程中為了矯直不同厚度規(guī)格與彎曲變形的板材，需對(duì)上輥系進(jìn)行多種輥逢、輥形的調(diào)整。

上輥系固定安裝在剖分式壓力梁的底部，通過(guò)對(duì)剖分式壓力梁的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)上輥系進(jìn)行多種輥逢、輥形的調(diào)整，同時(shí)上輥系在矯直過(guò)程中所受到的水平推力也會(huì)作用在剖分式壓力梁上，所以剖分式壓力梁與機(jī)架框架定位處設(shè)計(jì)要適應(yīng)上輥系多種調(diào)整狀態(tài)的需要，起到止推緩沖作用的導(dǎo)向滑板是矯直工藝的需要。

1 剖分式壓力梁的調(diào)整與定位

底部裝有上輥系的剖分式壓力梁是由布置在四角的止推導(dǎo)向滑板在機(jī)架框架滑動(dòng)面內(nèi)定位的，并按照矯直工藝要求進(jìn)行調(diào)整。

1.1 調(diào)整方式

根據(jù)矯直工藝要求，剖分式壓力梁需滿足上輥系高度方向調(diào)整、沿矯直方向傾斜調(diào)整、沿板寬方向傾斜調(diào)整、正彎輥調(diào)整、負(fù)彎輥調(diào)整。

1.2 調(diào)整機(jī)構(gòu)與整體定位

剖分式壓力梁的調(diào)整機(jī)構(gòu)與整體定位如圖1所示。4個(gè)壓下AGC缸同步或分別動(dòng)作，帶動(dòng)剖分式壓力梁進(jìn)行上輥系高度、傾斜調(diào)整，彎輥機(jī)構(gòu)可推動(dòng)左、右壓力框架繞中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上矯直輥的正負(fù)、彎輥調(diào)整，而剖分式壓力梁在機(jī)架框架內(nèi)的整體定位是由布置在四角的止推導(dǎo)向滑板完成。

1—壓下AGC缸 2—剖分式壓力梁 3—彎輥機(jī)構(gòu) 4—中間軸 5—止推導(dǎo)向滑板 6—機(jī)架框架圖1 剖分式壓力梁的調(diào)整機(jī)構(gòu)與整體定位Figure 1 Adjustment mechanism and overall location of split pressure beam

2 剖分式壓力梁止推導(dǎo)向滑板的受力特點(diǎn)

2.1 上矯直輥所受水平推力分析

矯直過(guò)程中，矯直輥對(duì)板材的壓彎作用點(diǎn)會(huì)因板材的塑性變形而向咬入側(cè)傾斜，產(chǎn)生超前接觸現(xiàn)象；矯直輥受超前接觸影響而產(chǎn)生單向水平推力，矯直扭矩可以看作是超前量與矯直力的乘積。如圖2所示。

矯直工藝要求設(shè)置板材進(jìn)料處的第一根上矯直輥壓彎量最大，使板材發(fā)生塑性變形率最大，超前接觸產(chǎn)生的單向水平推力也最大，以后各上輥的壓彎量和所受單向水平推力依次減小，板材出料處最后一根上矯直輥壓彎量最小，僅使板材處于彈性變形階段，故單向水平推力為0。e為超前接觸量，P為工作輥輥距，β為超前角，F(xiàn)為矯直力，F(xiàn)″為單向水平推力，F(xiàn)＇為輥面直壓力。

2.2 止推導(dǎo)向滑板的受力分析

由分析可知在穩(wěn)定矯直情況下，上排各矯直輥所受單向水平推力在板材進(jìn)料端第1輥處最大，然后依次減小，至第4輥處單向水平推力為0，故在穩(wěn)定矯直過(guò)程中，安裝在剖分式壓力梁四角的止推導(dǎo)向滑板主要受上排各矯直輥因超前接觸而產(chǎn)生的指向板材出料側(cè)的單向水平推力作用。

圖2 矯直輥因超前接觸而產(chǎn)生的單向水平推力Figure 2 Single horizontal thrust from straightening rolls contact in advance

2.3 9輥寬厚板矯直機(jī)

以一臺(tái)9輥寬厚板矯直機(jī)為例，選取典型規(guī)格板材的參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)向滑板受水平推力的計(jì)算。

2.3.1 矯直機(jī)輥系參數(shù)

工作輥數(shù)n：9(上4下5)

工作輥輥徑D：?220 mm

工作輥輥距P：260 mm

2.3.2 典型矯直板材規(guī)格

矯直板材：合金鋼板材

厚度H：20 mm

寬度B：3300 mm

矯直板材屈服強(qiáng)度σs：500 MPa

鋼質(zhì)彈性模量E：2.1×105N/mm2；

2.3.3 計(jì)算水平推力

由于此矯直機(jī)的壓下量調(diào)整方式為上排矯直輥整體壓下、傾斜調(diào)整，故按上排第1輥與第4輥的反彎曲率調(diào)整好壓下量即可，其余各矯直輥間的壓下量呈線性遞減變化；雖然各輥間的反彎曲率在大壓彎階段呈拋物線變化，在小壓彎階段呈線性遞減變化，但仍可近似地按反彎曲率線性遞減變化計(jì)算上排各矯直輥的水平推力Fi″。

2.3.3.1 計(jì)算第一輥所受水平推力

選取典型規(guī)格板材的參數(shù)，按相對(duì)反彎曲率Cw1=5時(shí)，計(jì)算上排進(jìn)料第一輥所受水平推力F1″。

(1)計(jì)算上排進(jìn)料第一輥矯直力F1：

(2)計(jì)算上排進(jìn)料第一輥矯直變形能uJ1為：

上排進(jìn)料第一輥處彎曲能耗比為：

(3)計(jì)算超前接觸量所對(duì)應(yīng)的超前角β1為：

β1=arcsin(uJ1F1)=1.5°

(4)計(jì)算最大單輥水平推力F1″為：

F1″=F1×tanβ1=131171.32 N

2.3.3.2 計(jì)算第二輥所受水平推力

按相對(duì)反彎曲率Cw2=3.33時(shí)，計(jì)算上排進(jìn)料第二輥所受水平推力F2″。依以上計(jì)算方法得出F2″=67672.05 N。

2.3.3.3 計(jì)算第三輥所受水平推力

按相對(duì)反彎曲率Cw3=1.66時(shí)，計(jì)算上排進(jìn)料第三輥所受水平推力F3″。依以上計(jì)算方法得出F3″=10916.65 N。

F″=F1″+F2″+F3″=209760.02 N

2.3.4 計(jì)算導(dǎo)向滑板所受的最大水平推力Fmax″

矯直輥對(duì)鋼板的矯直要經(jīng)歷板頭咬入、穩(wěn)定矯直、板尾拋出三個(gè)階段，考慮到板頭咬入、板尾拋出時(shí)矯直輥會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈扭震，造成對(duì)矯直輥?zhàn)饔昧哟?，可?.8倍F″計(jì)算導(dǎo)向滑板所受的最大水平推力Fmax″。

Fmax″=1.8F″=377568.036 N

3 剖分式壓力梁止推導(dǎo)向滑板的結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)剖分式壓力梁的受力特點(diǎn)分析，為減小指向板材出料側(cè)單向水平推力的影響，板材出料側(cè)兩塊滑板需具有緩沖止推作用，可在滑板內(nèi)部設(shè)計(jì)預(yù)緊碟簧，再壓縮后裝入機(jī)架窗口，通過(guò)碟簧的壓縮預(yù)緊力抵消水平推力的作用。而板材進(jìn)料側(cè)的兩塊滑板則無(wú)需采用預(yù)緊碟簧結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)剖分式壓力梁的調(diào)整方式分析，導(dǎo)向滑板結(jié)構(gòu)內(nèi)部需要采用活性組件連接，避免在調(diào)整過(guò)程中因零件卡滯而造成研傷，而且還要與機(jī)架窗口面有定位連接。

3.1 碟簧組件的選用

出料側(cè)兩塊滑板需具有緩沖止推作用，需各裝一組碟簧；每組碟簧預(yù)緊力按照最大水平推力Fmax″的一半進(jìn)行設(shè)定，在上例中，依計(jì)算結(jié)果選用的碟簧組參數(shù)如圖3所示。

圖3 單組碟簧參數(shù)Figure 3 Parameters of single disc spring set

3.2 導(dǎo)向滑板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)向滑板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。按其所處的位置不同分為進(jìn)料換輥側(cè)、進(jìn)料傳動(dòng)側(cè)、出料傳動(dòng)側(cè)、出料換輥側(cè)四種結(jié)構(gòu)，四種結(jié)構(gòu)放大圖分別如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所示，具有以下特點(diǎn)：

(1)各導(dǎo)向滑板內(nèi)部采用活性連接，滑板裝在支承軸上并可轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)剖分式壓力梁的調(diào)整方式。

(2)位于板材出料側(cè)的兩塊滑板配有碟簧，留有緩沖預(yù)緊的壓縮量。如放大圖Ⅲ、Ⅳ所示。

(3)位于板材進(jìn)料側(cè)的兩塊滑板采用調(diào)整墊定位，在裝配時(shí)既可作為測(cè)量出料側(cè)碟簧預(yù)緊壓縮量的基準(zhǔn)，也可作為調(diào)整剖分式壓力梁相對(duì)機(jī)架窗口對(duì)稱度的測(cè)量基準(zhǔn)。如放大圖Ⅰ、Ⅱ所示。

(4)在傳動(dòng)側(cè)機(jī)架窗口滑動(dòng)面上安裝的擋板形成滑槽，將位于傳動(dòng)側(cè)的兩止推導(dǎo)向滑板安裝在滑槽內(nèi)起定位作用，可防止剖分式壓力梁調(diào)整時(shí)在垂直于矯直方向發(fā)生偏移。見(jiàn)放大圖Ⅱ、Ⅲ。

1-機(jī)架框架 2-剖分式壓力梁圖4 剖分式壓力梁導(dǎo)向滑板的結(jié)構(gòu)Figure 4 Configuration of split pressure beam guide sliding plate

4 結(jié)論

在生產(chǎn)實(shí)踐中，按以上分析結(jié)果設(shè)計(jì)制造的剖分式壓力梁止推導(dǎo)向滑板具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確、調(diào)整靈活、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在矯直過(guò)程中降低了水平推力對(duì)上輥系位置的影響，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，提高了板材的矯直質(zhì)量。