立式輾環機的芯輥轉動裝置

江紹成，袁漢江

（1.成都機車車輛工廠，四川 成都 610051；2.安徽工程大學，安徽 蕪湖 241000）

立式輾環機的芯輥轉動裝置

江紹成1，袁漢江2

（1.成都機車車輛工廠，四川 成都 610051；2.安徽工程大學，安徽 蕪湖 241000）

目前，國內外各種輾環機的芯輥都是由主輾壓輪通過被輾的環件而帶動旋轉的。對普通立式輾環機而言，環坯是立套在芯輥上，主輾壓輪的切向摩擦力就必須大于環坯和芯輥及下支承的轉動慣量及其他轉動阻力，否則主輾壓輪不僅不能帶轉環坯，反而壓入環坯外表面形成凹坑，從而使輾環過程無法進行。尤其對內外圓偏心較大的大型環坯，帶轉更加費力，這也是限制立式輾環機的大型化和環坯重量的重要原因之一。為解決這個問題，設計了結構簡單的芯輥轉動裝置，使芯輥由被動帶轉變成主動旋轉，不僅方便了操作，且為立式輾環機的大型化創造了條件。

機械制造；芯輥驅動；立式輾環機；設計

1 前言

輾環機作為一種回轉鍛造設備，被廣泛應用在各類軸承內外環、法蘭、齒圈和火車輪箍等各種環件的大批量生產中。輾環機主要有立式輾環機和臥式輾環機兩大類，前者用于中小型環件，后者用于大型環件，臥式輾環機構造復雜，造價高昂，一臺臥式輾環機的售價常為普通立式輾環機的十幾倍、甚至數十倍。昔日的各種規格的立式輾環機加工的環件直徑一般都不超過400mm，隨著技術的發展和環件需求量的增長，現在設計制造的立式輾環機已能軋制直徑超過1000mm的環件，由于其售價僅是臥式輾環機售價的零頭，而受到大多數中小企業的歡迎。

立式輾環機的輾環過程，主輾壓輪在邊旋轉邊下降過程中，切入套在芯輥上的環坯外圓，并借接觸表面的切向摩擦力帶動環坯連同芯輥一起轉動，主輾壓輪和芯輥構成一對軋輥，隨著主輾壓輪的下降，環件厚度減薄，內、外圓逐漸擴大，達到要求尺寸時完成輾環過程。應當指出，立式輾環機的環坯是立套在芯輥上（而臥式輾環機上的環坯是平躺在工作臺上），環坯的重量全部由芯輥承受，主輾壓輪在切入環坯表面時形成的切向摩擦力，必須大于環坯和芯輥及下支承的轉動慣量及其他轉動阻力，否則主輾壓輪不僅不能帶轉環坯，反而壓入環坯外表面形成凹坑，從而使輾環過程無法進行。尤其對內外圓偏心較大的大型環坯，帶轉更加費力，矛盾更為突出，這也是限制立式輾環機大型化和環坯重量的重要原因之一。

2 芯輥轉動裝置

針對上述困難，設計一種適合于立式輾環機的芯輥轉動裝置，使芯輥由主輾壓輪通過環坯被動帶轉，變成可以主動旋轉。在主輾壓輪與環坯接觸前，主動旋轉的芯輥帶動環坯以適當的速度先行轉動，主輾壓輪切入已轉動的環坯表面時，該切向摩擦力不需克服它們的轉動慣量等阻力，而是像接力賽跑一樣，接著邊帶轉、邊輾壓。它的技術方案是用安裝在下支承外部的油馬達或電動機，經減速后通過機械傳動副（如齒輪、鏈輪或帶輪等），帶動安裝在下支承內的支承軸、連同緊插在支承軸內的芯輥一起轉動，使芯輥具備了主動旋轉的功能。

立式輾環機未安裝本轉動裝置時，芯輥靜止不動的輾環初始狀態，見圖1所示，圖中A為主輾壓輪，B為環坯，1為芯輥。由主電機驅動旋轉且由主油缸拖動下壓的主輾壓輪A，在與環坯B接觸前，環坯B和芯輥1處于靜止不動狀態，主輾壓輪A切入環坯B外周后，切向摩擦力F克服環坯B、芯輥1等的轉動慣量及其他轉動阻力，帶轉環件B和芯輥1等一起轉動，輾壓過程開始。因兩外圓相切接觸面較小，接觸初期只能輕壓，摩擦力有限，若轉動慣量和轉動阻力很大，帶轉不動環坯，主輾壓輪在熾熱的塑性狀態環坯上壓出凹坑，且越壓越深，使輾環過程無法進行。具體狀態參見圖1所示。

立式輾環機安裝本轉動裝置后，芯輥主動旋轉的輾環初始狀態，見圖2所示，圖中A主輾壓輪，B環坯，1芯輥。由主電機驅動旋轉且由主油缸拖動下壓的主輾壓輪A在與環坯B接觸前，主動轉動的芯輥1和套在其上的環坯B己經有合適的轉動速度，（應指出因環坯B內孔與芯輥1接觸弧面的面積，較主輾壓輪A從外圓切入時的面積為大，芯輥1上的切向摩擦力，帶轉空套其上的僅有轉動慣量的環坯B是不困難的）主輾壓輪A切入環坯B的外周后，切向摩擦力像接力賽跑似的繼續帶轉環件B和芯輥1轉動，輾壓過程開始（圖2）。

立式輾環機油馬達芯輥轉動裝置的結構（圖3）：C下支承部件，芯輥1以錐面和尾部的榫狀體與支承軸2結合，并借助拉桿3將它們相互并緊成一體，大齒輪4安裝在支承軸2的露在外面的端部上，以鍵5連接，油馬達9通過減速器8，帶動內裝單向超越離合器7的小齒輪6，小齒輪6與大齒輪4相嚙合，設備泵站上的一個分支油路12經減壓閥11調壓后，再經可調限速切斷閥10通至油馬達9的進口。這樣，當壓力油進入油馬達9時由油馬達9、減速器8、單向超越離合器7、小齒輪6、大齒輪4、鍵5、支承軸2和芯輥1構成的機械傳動鏈，就帶動芯輥1連同套在其上的環坯B先行主動旋轉起來。當主輾壓輪A切入環坯B表面后，切向摩擦力F像接力賽跑似的繼續帶轉環件B和芯輥1轉動。隨著輾壓過程的進行，環件B外周的線速度仍保持和主輾壓輪A的外周線速度一致，但環件內周的線速度卻隨著環件內孔逐步擴大而迅速增加，致使芯輥轉速提高，此時芯輥1已由主動旋轉變成被動帶轉，當轉速超過油馬達9提供的轉速時，單向超越離合器7使機械傳動副與減速器8脫開，油馬達9處于卸荷狀態，油馬達進口處壓力的突然降低，導致可調限速切斷閥10動作，切斷了通向油馬達9的油路，停止對油馬達供油，此后，芯輥轉動裝置中止工作，正常的輾壓過程繼續進行，直至工序完成（圖3）。

立式輾環機電動機芯輥轉動裝置的結構原理與圖3的區別，僅在于以電動機13取代了油馬達9，其功能和工作過程完全相同，單向超越離合器7起作用后，電動機13卸荷。

3 結束語

立式輾環機的芯輥轉動裝置使芯輥具備了主動旋轉的功能，這個有別于目前所有的立式和臥式輾環機的特點，帶來了諸多好處。

（1）解決了立式輾環機生產中因環坯過重或內外圓偏心致使環坯帶不轉的難關，給輾環初始階段的操作帶來方便，提高生產效率、減少廢品損失。

（2）降低了對大型環件的環坯的技術要求，降低了成本。

（3）為結構簡單、造價低廉的普通立式輾環機大型化提供了可能。

（4）結構簡單、可靠實用、安裝調整方便、造價低。

（5）無須復雜控制系統就可與主機聯動實現自動運行，與主機脫開也非常方便。

該裝置是立式輾環機獨立的附設機構，新造機器設置或舊機改造添置均可，它可與主機聯動實現自動運行，隨著環軋工序的開始或結束，本裝置自動進入或退出工作狀態。

[1]華 林，黃興高，朱春耒，著.環件軋制理論和技術.北京：機械工業出版社，2001-10.

[2]中國機械工程學會塑性工程學會.鍛壓手冊.北京：機械工業出版社.2007-10.

[3]江紹成，袁漢江.中國專利號《201110118836.8》和《201120144872.7》的專利技術說明書.

The rotary unit of mandrel on vertical ring rolling mill

JIANG Shaocheng1，YUAN Hanjiang2
（1.Chengdu Locomotive and Rolling Stock Factory，Chengdu 610051，Sichuan China；2.Anhui Engineering University，Wuhu 241000，Anhui China）

Up to now，the mandrels of the ring rolling mill all over the world are rotated passively by the workpiece through the main rolling wheel.For the ordinary vertical mill，the ring blank is sleeved on the mandrel.The friction of the main rolling wheel has to above the rotary inertia and other resistance of ring blank and lower support.Otherwise,the main rolling wheel can't rotate the blank and would damage the surface of the blank,especially for large blank with big inner and outer eccentricity，which is the main reason of restricting the large weight and size of vertical mill.In order to solve the above problem,the mandrel rotary unit with simple structure has been designed，which turns passive rotary into active rotary and creates possibility for the large weight and size of the vertical mill.

Vertical ring rolling mill；Active rotary of mandrel；Design

TG334.1

B

1672－0121(2011)06－0064－02

2011-08-16

江紹成（1939-），男，高工，享受國務院特貼專家，從事非標設計研究