专利名称:全预应力高刚度消震轧机的制作方法
本发明属于轧制机械范畴，具体涉及一种予应力轧机。
现今的轧制机械，在轧制时，由于受变化的或冲击的轧制力的作用，其工作机座总要产生变化着的弹性变形和震动，直接影响着轧材的精度和轧机的使用寿命。
为了提高轧材的精度，人们想方设法采取各种措施提高轧机的刚度，以减少轧机的弹性变形量。如根据黄华清主编的《轧钢机械》、杨尚灼等编写的《轧钢机械设备》及西安重型机械研究所组织编写的《轧机基本理论进展》等著作介绍，目前，用于提高轧机刚度的途径大体有三种(一)增大轧辊尺寸和轧机机架断面的尺寸，可使轧机的刚度得到提高。但采用此方法，会使轧机机座尺寸庞大，增加设备的重量和制造上的困难，而且，相应地使轧机机座高度增加，使轧辊压扁量增加，这就又影响了轧机刚度的进一步提高。在经济上，技术上均受到一定的限制。
(二)、缩短轧机机座应力线长度，以提高轧机的刚度。根据这一原理设计成的轧机，称为短应力线轧机。
(三)、在轧机工作之前，给轧机机座施加予紧力，从而可使轧机在工作时，弹性变形量减小，使轧机刚度得到提高。根据这一原理设计的轧机，称为予应力轧机。
上述第(二)、(三)种方法，虽可使轧机在工作时刚度得到提高，但提高量很有限，而且，轧机在工作时，依然要承受变化的轧制力作用，使机架的弹性变形量亦还是要发生变化，导致轧材尺寸的波动。近年来，由于机制速度的提高，轧机电机功率的增大，使有些轧机尽管安全系数已经取得很大，但还是经常出现一些故障，而又不能用静态分析给予解释。同样，由于科学技术的进步及生产的发展，对轧材表面的平整度，光洁度以及厚度公差的要求也愈来愈高，这就对轧机的刚度要求进一步提高，震动进一步减小乃至消除，同时，希望轧机具有自安全保护性能。
本发明的目的在于针对生产上的要求及现有技术存在的问题，而设计一种新型的全予应力高刚度消震轧机的技术方案。
本发明的技术方案的结构示意图及在予应力状态下的力学模型图如图1a所示，除包括有机架〔1〕和上下工作辊轴承座〔3〕和〔3′〕外，还有中间承压件〔4〕及上下压紧和予紧力调整机构〔2〕、〔2′〕。To表示在轧制前通过压紧和予紧力调整机构给机座施加的予紧力。图中用虚线表示机座中的予应力线。
本发明技术方案的特征如图1a所示，在上下工作辊轴承座〔3〕和〔3′〕的中间位置上，安装有刚性系数很大，其厚度可作随机调整的中间承压件〔4〕;在机架上下横梁与上下工作辊(或支撑辊)轴承座〔3〕、〔3′〕之间，安装有刚性系数较小的压紧和予紧力调整调整机构〔2〕和〔2′〕。在轧机工作之前，调整中间承压件的厚度，可以控制工作辊辊缝的大小;通过压紧和予紧力调整机构，可给机座施加予紧力，使予紧力To＞pmax，(pmax为最大轧制力)。最好使To＝(1.15～1.2)pmax。压紧和予紧力调整机构应该能够配合中间承压件进行线度调整，使在轧制不同尺寸规格的轧材时，能够得到所要求的辊缝值，并且能够给出大于该轧制条件下有可能产生的最大轧制力的予紧力，即使轧机能够满足Thi＞phi的要求，最好满足Thi＝(1.15～1.2)phi的要求。Thi为相应轧制条件下的予紧力，phi为相应轧制条件下的最大轧制力。
由图1a中虚线所表示的予应力线可以看出，本技术方案使轧机机座中所形成的予应力线是连通的，(一般予应力轧机机座中形成的予应力线在工作辊轴承座处是断开的)，这样可以及充分地发挥予应力的效果，我们称此种予应力线为全予应力线。
图1b所示为轧机在工作状态下的受力模型图。pt为轧制力，是随时可能发生变化的力;T为在轧制时机架，压紧和予紧力调整机构和轴承座相互间的作用力;N为轧制时承压件和轴承座之间的作用力。
由力的平衡关系可知，以上三力之间的关系为T＝pt+N (1)再经过推导与试验证明有如下关系
N=To(1C1+1C2)+(To-pt)(1C3+1C4)1C1+1C2+1C3+1C4]]>(2)式中C1为对应于l1的中间承压件的刚度系数。
C2为对应于l2的轴承座弹性变形段的刚性系数。
C3为对应于l3的轴承座弹性变形段的刚性系数。
C4为对应于l4的机架、压紧和予紧力调整机构的刚性系数。
因为C1、C2、C3大小相近，数量级在106Kgf/mm以上，而C4则可以设计成数量级在103Kgf/mm左右。所以，(2)式可以写成为N≈To-pt (3)即To≈N+pt (3′)比较(一)式与(三)式，可见T≈To(4)故可以认为，在轧制过程中，轧机机架中所受的应力与轧制前机架中所受的予应力大小近似相等，即可认为轧机机架在轧制前与轧制过程中均只受静应力作用，而不受轧制过程中波动力、冲击力及震动的影响。同时，在正常情况下，轧机机座中的应力线不间断，无间隙，是一种全予应力线，其变应力线长度比短应力线轧机的应力回线还要短，更能提高轧机的刚度。因此，称本发明的技术方案是全予应力高刚度消震轧机。同时，若当pt＞To时，即过载时，刚度系数较小的予紧力调整机构会产生继续退让，使轧辊缝增大，轧材压下量减小，可以缓解轧制力pt的继续增大，起到自安全保护作用。
总归，本发明与现有技术比较，有以下优点和积极效果(一)本发明的技术方案，可使轧机机架及压紧和予紧力调整机构中，在正常工作状态下，只承受静应力，而不受波动力和冲击力的影响，因而，可消除轧机的震动。其余受压件中因轧制力变化而变化的应力线的长度也比一般予应力、甚至比短应力线轧机的应力线长度还要短，所以，可使轧机的刚度得到极大的提高。同时，在轧制过程中辊缝保持恒定不变。因此，可提高轧材的精度。另外，此新型予应力轧机，结构简化，重量减轻，使用寿命延长。
(二)本发明的技术方案，轧机在过载情况下，其压紧和予紧力调整机构，会自动产生弹性退让，使轧辊辊缝变大，对轧材的压下量随之减小，从而抑制了轧制力的增大，可避免轧机机件破坏事故的发生;在弹性退让的同时，可吸收冲击能量，具有缓冲减震和自安全保护性能。
(三)本发明的技术方案，其轧辊辊缝的大小及对称中心可通过中间承压件及压紧和予紧力调整机构的随机线度调整来实现，可保证孔型的对称中心的位置不变，有利于提高轧制过程的稳定性，尤其有利于多机座连续轧机的调整和生产。
本发明的具体结构可由以下实施例及附图加以说明(一)本发明的技术方案，用于钢筋冷轧扭机的主机设计钢筋冷轧扭机组是生产冷轧扭建材的专用设备，将普通圆钢筋在平轧辊之间轧扁，依靠轧材的推力，在扭转辊之间，将其扭成麻花形状。
该设计结构简图如图2所示，其特点是该中间承压件是在轧机机架立柱上，以轧制线高度，沿轧制方向加工通孔，孔内成对安装双斜面套筒〔9〕、〔9′〕，套筒内贯穿带有螺纹的拉杆〔10〕。双斜面套筒的斜面与上下工作辊轴承座〔8〕、〔8′〕的倒角斜面相接触，并使其在轧制前就承受一予紧力，其大小满足To＝(1.15～1.2)pmax的要求，该压紧和予紧力调整机构为在上下压紧螺丝〔6〕、〔6′〕与上下工作辊轴承座之间，安装有环形弹簧组件〔7〕、〔7′〕，其结构如图3所示。环形弹簧组件具有很高的单位体积变形能，其刚度可按To＝(1.15～1.2)pmax限定的力学条件进行设计。图4所示为环形弹簧组件的刚度设计曲线，纵座标代表轧制力或予紧力，横座标代表轧材的变形量，斜线Ⅰ代表环形弹簧组件的刚度曲线;斜线Ⅱ代表轧材的变形抗力曲线。由图4可看出，不管轧材的变形量多大，环形弹簧的压缩反弹力(即予紧力)总是大于相对应的轧制力。这种轧制工艺的特点是不管原始钢筋直径大小，其相对压下率均取50%左右。因此，这种环形弹簧刚度的设计，可以实现轧辊缝的调整量与压紧和予紧力调整机构的调整量相匹配。在调整时，先按最大轧件的尺寸规格，通过双斜面套筒与拉杆机构调整限定最大的辊缝值，再旋紧螺母〔11〕，通过环形弹簧组件，调整出机座承受的最大予紧力。当改变轧制规格尺寸时，可调整拉杆端部的螺母，得到应有的辊缝大小。
该实施例已试制出样机，经试轧证明，该轧机在正常工作条件下，辊缝恒定，轧材尺寸精确，即使坯料尺寸规格波动很大，轧机也无震动现象，且在过载时，具有自安全保护性能。
同时，该轧机因采用双斜面对中调机构，使轧制中心线与扭转机构的扭转中心线始终保持重合，不仅调整方便，而且保证了轧扭材螺旋几何精度和扭转过程的稳定性。
(二)本发明的技术方案也可用于二辊钢管连轧机和定经机的设计。
二辊钢管连轧机和定经机都是现代化的无缝钢管生产企业的主要设备，多机架连续轧机的生产工艺要求各机架之间的中心距尽量小，各机座孔型中心距尽量在一条轧制中心线上。采用传统的轧机，都不能很好地解决上述要求，因此，限制了钢管生产的成材率和轧材几何尺寸精度的进一步提高。若采用本发明的技术方案进行设计(具体结构可参照实施例(一)所述)，工作状况可得到大的改善。以140轧机为例，采用本发明的技术方案，可使最小机架间距从原来950毫米，减小到650毫米，而且保证了各机架孔型中心线与轧制中心线相一致，同时，因机架只承受静应力作用，其刚度可得到极大的提高，使设计机架的安全系数大大减小，一般取10已足以胜任工作要求。
同时，已有的轧管机与定径机，轧辊孔型的调整依靠上下压紧装置来实现，四个压紧螺丝要实现上下左右独立的与联合的协调动作，其机构要设计的很复杂，给制造、安装、使用、维护均带来困难。而调整的精度仍很难达到理想的要求。若采用本发明的技术方案进行设计，很容易实现上述要求，而且调整部位正好在轧制线高度，给操作带来方便。
另外，热轧无缝钢管的温度控制是十分重要的，温度低的钢管进入轧机，会使轧制力成倍地提高，往往会造成设备损坏事故，若采用本发明的技术方案进行设计，可起到自安全保护作用。
(三)本发明的技术方案用于四辊轧机的设计。
随着科技和生产的发展，对轧制板材的质量要求越来越高，使得普通轧机要达到这种高的要求，显得十分困难，若采用本发明的技术方案进行设计，其结构示意图如图5所示，予紧力To先经上下支撑辊的轴承座〔14〕、〔14′〕传到上下支撑辊〔18〕、〔18′〕，再经上下工作辊的轴承座〔15〕、〔15′〕将力传到中间承压件〔16〕上，形成连续不间断的全予应力线。予应力轧机的概念，严格的说还应包括予应力轧辊。一般四辊轧机辊系的弹性变形占整个机座的40.5～71.5%，所以，本发明的技术方案，用到四辊轧机上，可以使轧机的刚度得到更大的提高，有利于轧出精度高、板型好的轧材。这种新型予应力轧机与一般正弯工作辊四辊轧机传力路线相同，但弯辊力很小，它并不是予应力轧机，不同之处还在于增加了刚性较小的予紧力调整机构〔13〕、〔13′〕，使轧机在工作过程中表现出极高的刚度。
由于生产大型板材的四辊轧机的轧制力较大(1000～10000吨)，若采用实施例(一)所述的结构，其予紧力调整机构采用环形弹簧组件，会迂到一定的困难，而且难以实现自动控制，因此，宜采用如图6所示的双斜面液压缸作为中间承压件(或采用机械驱动的双斜面调整机构)，采用压紧液压缸作为压紧和予紧力调整机构，(如图所示)，上下液压缸工艺参数，性能相同，对称布置，使两者协调配合。要注意将双斜面液压缸设计成套筒型式，(其结构型式如图6所示)，中间通有足够刚度的拉杆〔21〕，承受双斜面的作用力。而不应该使双斜面作用力作用在机架的立柱上;同时，要注意使压紧液压缸的承压刚度比双斜面液压缸的承压刚度小103数量以上，才能取得良好的效果。而这在液压技术中是很容易实现的。
(四)本发明的技术方案用于一般轧机的改造对于已经投入生产的中小型轧机，若按上述的实施例进行改造，即在轧机机架上加工通孔，会迂到一定的困难，此时，可按图7所示的结构，设计中间承压件。
首先将上下工作辊的轴承座按图2所示的形状加工出倒角斜面，然后按图7所示的结构制造中间承压件。将正反向螺纹拉杆〔29〕的中间一段加工成方形或多边形的断面，两端部加工出螺纹与双斜面螺母〔28〕、〔28′〕旋入配合，可以实现双斜面的相反方向运动，双斜面的作用力由正反向螺纹拉杆〔29〕承受，而不作用在机架立柱上。装配时，先按图7组装，然后，一齐推入轧机的上下工作辊的轴承座之间，使双斜面螺母的斜面与上下轴承座的倒角斜面接触良好，然后，与定位轴承一起，用精制螺钉固定在轧机机架的立柱上。此时，轧制中心线在两根正反向螺纹拉杆的轴线所决定的平面上。
压紧和予紧力调整机构，仍按实施例(一)所述，采用压紧螺丝与环形弹簧组件组合的结构。
采用上述方案，改造旧的中小型轧机，可以很容易地将一般轧机改造成为本发明所述的全予应力高刚度消震轧机，以很少的投资，很短的时间，将落后的设备改造成为先进的设备。
(五)本发明的技术方案用于工作辊的轴承座之间距离很小的轧机。例如，对小型薄带轧机的改造，可按照图8所示的结构设计中间承压件。图中〔32〕为双斜面板，〔31〕、〔31′〕为固定板。该中间承压件为焊接结构，两边的固定板用螺钉固定在轧机机架的立柱上，以保证辊缝与轧制中心线的对称性，中间双斜面板的斜面与上下工作辊轴承座的沿轧辊轴线方向的斜面相接触。其它构造可参照实施例(一)。
这种结构对于一些加工能力较差的小厂，比较适用，简单易行。
附图标记对照表1、机架2、2′压紧和予紧力调整机构3、3′工作辊轴承座4、中间承压件5、机架6、6′压紧螺丝7、7′环形弹簧组件8、8′工作辊轴承座9、9′双斜面套筒10、带螺纹的拉杆11、螺母12、四辊轧机机架13、13′压紧和予紧力调整液压缸14、14′支撑辊轴承座15、15′工作辊轴承座16、中间承压件17、17′支撑辊
18、18′工作辊19、19′缸体20、20′双斜面柱塞21、带螺纹的拉杆22、22′套筒23、缸体24、24′密封25、25′密封26、螺母27、固定板28、28′双斜面螺母29、正反向螺纹拉杆30、定位轴承31、31′固定板32、双斜面板
权利要求
1.一种全予应力高刚度消震轧机，除包括有机架[1]、上下工作辊的轴承座[3]、[3]及压紧机构等部分外，其特征在于a、在工作辊的两端，上下轴承座[3]与[3]的中间位置安装一组刚性系数很大、厚度可作随机调整的中间承压件[4]。b、在机架[1]的上下横梁与工作辊(或支撑辊)轴承座[3]、[3]之间，安装有刚性系数较小的压紧和予紧力调整机构[2]和[2′]。
2.根据权利要求
1所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于其压紧和予紧力调整机构〔2〕和〔2′〕的刚性系数，比其它受压件的刚性系数要小103Kgf/mm以上。
3.根据权利要求
1或2所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于予紧力的调整最佳值是To＝(1.15～1.2)pmax及Thi＝(1.15～1.2)phi。
4.根据权利要求
1或2或3所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于a、中间承压件〔4〕的结构为在轧机机架的立柱上，以轧制线的高度、沿轧制方向加工通孔，孔内成对安装有双斜面套筒〔9〕和〔9′〕，套筒内贯穿带有螺纹的拉杆〔10〕，使双斜面套筒的斜面与工作辊轴承座〔8〕和〔8′〕的倒角斜面相接触。b、压紧和予紧力调整机构的结构为在上下压紧螺丝〔6〕、〔6′〕与上下工作辊轴承座〔8〕、〔8′〕之间，安装有环形弹簧组件〔7〕和〔7′〕。
5.根据权利要求
1或2或3所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于其压紧和予紧力调整机构〔2〕和〔2′〕，可以采用上下工艺参数性能相同的对称布置的液压缸。
6.根据权利要求
1或2或3所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于中间承压件为中间通有足够刚度的带螺纹的拉杆〔21〕的双斜面液压缸结构。或也可采用机械驱动斜面调整机构。
7.根据权利要求
1或2或3所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于中间承压件为一两端部加工成正反向螺纹的拉杆〔29〕与双斜面螺母〔28〕、〔28′〕相配合，以实现双斜面螺母的相互反向运动。双斜面螺母与上下工作辊轴承座上的倒角斜面相接触，实现随机调整。
8.根据权利要求
1或2或3所述的全予应力高刚度消震轧机，其特征在于中间承压件为将一双斜面板〔32〕，置于上下工作辊轴承座之间，待调整好后，用螺钉通过固定板〔31〕、〔31′〕固定在机架上。
专利摘要
全预应力高刚度消震轧机，其特征是在轧机上下工作辊的轴承座中间装有中间承压件及在机架上下横梁与上下工作辊(或支撑辊)的轴承座之间，装有压紧和预紧力调整机构。本发明可使机架在轧制过程中只承受静应力，机座变应力线缩短，刚度得到极大的提高，并能使轧机消除震动，还具有自安全保护性能。因而，可提高轧材的精度及延长轧机的使用寿命；另外，可保证轧辊孔型的对称中心的位置不变，有利于提高轧制过程的稳定性。
文档编号B21B1/00GK86100829SQ86100829
公开日1986年9月3日 申请日期1986年2月8日
发明者冯庆庚 申请人:太原重型机械学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan