九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)技術(shù)分析

趙 崠，吳慶君

(1. 太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西 太原 030024)

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

0 前 言

隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)與稀有金屬工業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)鉬板產(chǎn)品交貨狀態(tài)的尺寸規(guī)格和平直度要求不斷提高，使得相應(yīng)精整設(shè)備的計(jì)算要求也逐步提高，國(guó)內(nèi)外各鉬業(yè)公司對(duì)高強(qiáng)度鉬板熱矯正機(jī)的需求也越來越多，并進(jìn)入到了一個(gè)新的階段。本文以一臺(tái)滿足矯直板材寬度700 mm，厚度10 ～25 mm，屈服極限≤908 MPa，板材溫度1 110 ～1 300 ℃鉬靶板的九輥熱板材矯直機(jī)進(jìn)行技術(shù)分析。

1 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)

在本文中以以下技術(shù)參數(shù)進(jìn)行技術(shù)分析

矯直板厚:h=10 ～25 mm

矯直板寬:b=700 mm

板材屈服極限:σs≤908 MPa

矯直板材溫度:1 110 ～1 300 ℃

工作方式:平行、傾斜式

壓下方式:整體上下調(diào)整，同時(shí)沿進(jìn)出料方向可傾斜調(diào)整

矯直輥數(shù)量:9 根，上4 下5矯直輥直徑:Φ230 mm

矯直輥材料:X40CrMoV5－1矯直輥輥矩:250 mm

矯直輥輥身長(zhǎng)度:1 000 mm支承輥輥徑:Φ230 mm

支承輥材料:X40CrMoV5－1

支承輥排數(shù):上、下各2 排

上輥系的傾動(dòng):上輥系能夠向入口和出口方向傾斜調(diào)整，傾動(dòng)量±15 mm

矯正輥傳動(dòng)方式:集中傳動(dòng)

壓下平衡機(jī)構(gòu):采用彈簧平衡方式

傳動(dòng)裝置:采用齒輪機(jī)座集中傳動(dòng)

矯正速度:0 ～40 m/min

上工作輥列行程:向下5 mm;向上35 mm;最大開口度約270 mm

支承輥調(diào)整量:向下1 mm;向上2 mm

矯平精度:≤1 ～1.5 mm/m2

2 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)與輥系布置

2.1 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯正機(jī)的主要關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 高強(qiáng)度整體機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)架采用鑄焊件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，在其壓下部分采用鑄鋼件，具有高強(qiáng)度受力大的特點(diǎn)，其余部分采用焊接鋼板結(jié)構(gòu)具有重量輕結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.1.2 工作輥的充分有效潤(rùn)滑冷卻

矯直鋼板的溫度為1 100 ～1300 ℃的鉬靶板，在高溫作用下會(huì)使工作輥面硬度降低，加快輥身的磨損。故在輥身內(nèi)通冷卻水循環(huán)冷卻，并以旋轉(zhuǎn)接頭可靠連接，滿足冷卻要求。工作輥軸承采用油氣潤(rùn)滑，保證高溫運(yùn)行可靠。

2.2 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯正機(jī)的輥系布置

軸系布置圖見圖1。

圖1 輥系布置圖

3 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)的主要力能計(jì)算參數(shù)

衡量一臺(tái)矯平設(shè)備性能好壞的重要指標(biāo)即板材矯后平直度，而平直度與板材在矯直過程中的塑性變形有關(guān)。以下計(jì)算得出的設(shè)備力能參數(shù)(見表1)均以板材在矯直過程中在橫截面上沿高度方向(即板厚)產(chǎn)生70%以上塑性變形區(qū)，并使板材上下表面變形應(yīng)力均勻?yàn)橐罁?jù)。

表1 矯直力能參數(shù)計(jì)算

項(xiàng)目 代號(hào) 單位 數(shù)值輥徑 D mm 230輥頸 do mm 125輥距 t mm 250總矯直力 ∑P N 18 219 441塑形變形力矩 MⅠ kg－M 2 777.59滾動(dòng)摩擦力矩 MⅡ kg－M 371.58軸承摩擦力矩 MⅢ kg－M 1 161.2總扭矩 ∑M kg－M 4 310.37單輥?zhàn)畲蠓戳?Pmax N 2 342 563.52單輥?zhàn)畲笈ぞ?Mmax kg－M 2 577.86輥頸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 τ ≤18 18總功率N kW 273.45

4 九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)的主要結(jié)構(gòu)概述

九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板熱矯直機(jī)(見圖2)屬于四重式結(jié)構(gòu)的矯直機(jī)。該設(shè)備結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原有結(jié)構(gòu)型式及輥系布置等進(jìn)行了一個(gè)全面的更新?lián)Q代，拓寬了產(chǎn)品規(guī)格，改進(jìn)了現(xiàn)有矯直機(jī)結(jié)構(gòu)，有效提高了矯直精度。該設(shè)備輥系精度高，操作維修方便，整機(jī)技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

矯直機(jī)主要由以下部分設(shè)備組成:機(jī)架裝配、壓下機(jī)構(gòu)、工作輥裝置、支承輥裝置、傳動(dòng)部分、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。

4.1 機(jī)架裝配

機(jī)架裝配見圖3。

由機(jī)架、上橫梁和中間橫梁組成框架結(jié)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，加工精度高，所有矯直力通過橫梁作用在機(jī)架上。同時(shí)在機(jī)架的前后進(jìn)出料側(cè)設(shè)有立式導(dǎo)料輥裝置，防止板材在矯直過程中因位置歪斜對(duì)機(jī)架內(nèi)側(cè)的劃傷。

4.2 壓下機(jī)構(gòu)

壓下機(jī)構(gòu)見圖4。

壓下機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)上排工作輥的上下移動(dòng)，以調(diào)整輥縫值，并可沿矯直方向傾斜，形成入口端開口度較小，板材變形量較大，出口端開口度較大，板材變形量逐漸減小，以提高矯正質(zhì)量。

壓下部分裝在橫梁上部，由一臺(tái)交流減速電機(jī)通過蝸輪減速機(jī)減速換向，帶動(dòng)4 個(gè)壓下絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使活動(dòng)橫梁沿機(jī)架內(nèi)側(cè)的滑板上下移動(dòng)，可根據(jù)板材厚度、寬度、材料及原始曲率調(diào)整其輥縫大小。壓下絲杠上部為漸開線花鍵導(dǎo)向，下部是梯齒形螺紋，承受矯正力和實(shí)現(xiàn)輥系的上下移動(dòng)。壓下量可通過位移傳感器顯示。

圖2 九輥高強(qiáng)度鉬板熱矯直機(jī)

圖3 機(jī)架裝配

為了避免矯正時(shí)的沖擊，壓下裝置中裝有彈簧平衡機(jī)構(gòu)，用以平衡上輥系及活動(dòng)橫梁的全部重量，消除壓下螺母與絲杠之間的間隙。壓下過平衡系數(shù)為1.2 ～1.4。

4.3 工作輥裝置

工作輥裝置見圖5。

圖4 壓下機(jī)構(gòu)

上、下工作輥裝置是進(jìn)行板材矯直的主要部件，上下工作輥交錯(cuò)排列(上排4 根，下排5 根)。材質(zhì)為X40CrMoV5－1，輥面硬度HRC54 ～56;工作輥具有硬度高、耐磨性好，可承受較大的接觸應(yīng)力，加工精度和表面光潔度高等特點(diǎn)。

為矯直高溫板材，在工作輥內(nèi)采用了冷卻水循環(huán)降低輥?zhàn)拥臏囟取Ｉ吓殴ぷ鬏佪S承座固定在活動(dòng)橫梁上，其兩端為圓弧形，當(dāng)工作輥傾斜時(shí)，能保證與機(jī)架窗口有良好的接觸。下排工作輥軸承座固定在機(jī)架窗口底面上。

圖5 工作輥裝置

4.4 支承輥裝置

支承輥裝置見圖6。

為了增加工作輥的剛性，上、下工作輥下各設(shè)置了2 排支承輥，材質(zhì)為X40CrMoV5－1，輥面硬度HRC48 ～54;支承輥采用步騎式布置方式，為了調(diào)整支承輥與工作輥之間的間隙，支承輥軸承座底部設(shè)有斜鐵調(diào)整機(jī)構(gòu)，可微量調(diào)整支承輥的上下位置，使其與工作輥保持良好接觸。

圖6 支承輥裝置

4.5 主傳動(dòng)部分

主傳動(dòng)部分由主電機(jī)、減速機(jī)、齒輪機(jī)座及萬向接軸等組成。

傳動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)250 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過聯(lián)軸器→減速機(jī)→齒輪機(jī)座→萬向接軸→工作輥裝置，使設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行。

減速機(jī)、齒輪機(jī)座內(nèi)部齒形采用漸開線硬齒面齒形，齒形淬火后進(jìn)行磨齒，其優(yōu)點(diǎn)是傳遞力矩大，使用壽命長(zhǎng)。

萬向接軸選用球籠式等速萬向聯(lián)軸器。具有傳動(dòng)力矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)、維護(hù)量小等特點(diǎn)。

4.6 潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)包括干油潤(rùn)滑系統(tǒng)、稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)、油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)。

干油潤(rùn)滑系統(tǒng):壓下螺絲、螺母、機(jī)加滑板等相對(duì)滑動(dòng)部分采用自動(dòng)雙線干油集中潤(rùn)滑。

稀油潤(rùn)滑系統(tǒng):減速機(jī)與齒輪機(jī)座中的齒輪及軸承的潤(rùn)滑為內(nèi)置稀油噴淋潤(rùn)滑方式，采用130#工業(yè)齒輪油，潤(rùn)滑效果好，可減少零件的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。稀油循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，在外部有油流指示器和壓力表顯示，電控部分與其有聯(lián)鎖信號(hào)，只有在稀油泵啟動(dòng)的前提條件下設(shè)備才能啟動(dòng)工作，防止齒輪機(jī)座在無潤(rùn)滑的情況下工作。

油氣潤(rùn)滑系統(tǒng):為保證高溫環(huán)境下的正常運(yùn)行，矯直機(jī)工作輥、支承輥等部分的軸承采用油氣潤(rùn)滑。

4.7 電控系統(tǒng)

矯直機(jī)主傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速，公用直流母線供電，通過整流回饋單元及逆變器減速或停止，能量可回饋電網(wǎng)。矯直機(jī)壓下機(jī)構(gòu)的控制采用交流變頻控制方案，入口、出口壓下量檢測(cè)位移傳感器作位置反饋，可實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)工作輥輥縫位置控制。

PLC 可編程序控制器作為基礎(chǔ)自動(dòng)化控制的核心主要完成系統(tǒng)邏輯控制，數(shù)學(xué)運(yùn)算及PROFIBUS－DP 數(shù)據(jù)交換，矯直機(jī)本體的操作、控制。所有變頻器均通過PROFIBUS－DP 模塊掛在PLC 下DP網(wǎng)上，另在主操作臺(tái)設(shè)DP 遠(yuǎn)程從站。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上技術(shù)分析，結(jié)合洛陽(yáng)高科鉬鎢材料有限公司鉬靶板項(xiàng)目為依托，進(jìn)行了設(shè)備的研制。九輥高強(qiáng)度鉬材料熱板矯直機(jī)的研制成功，有效地改進(jìn)了現(xiàn)有矯直機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了矯直精度，擴(kuò)大了矯直產(chǎn)品的規(guī)格范圍，滿足了用戶的需求;加強(qiáng)了其產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率和競(jìng)爭(zhēng)力，可為進(jìn)入更廣闊的國(guó)際市場(chǎng)，提供優(yōu)質(zhì)、先進(jìn)的鉬材料產(chǎn)品。