預應力全方位壓力矯直機研制

劉 磊 趙西韓 馬 強 王仕杰 賈尚武

(中國重型機械研究院股份公司 陜西西安710032)

·設備介紹·

預應力全方位壓力矯直機研制

劉 磊 趙西韓 馬 強 王仕杰 賈尚武

(中國重型機械研究院股份公司 陜西西安710032)

通過介紹全方位壓力矯直機的研制過程，簡述了中國重型機械研究院研制的新型壓力矯直機的主要組成和結構特點。通過新的結構設計實現了四個方向同時進行矯直，改善了傳統壓力矯直機的工作效率，使用預應力機架保證了設備整體剛性，提高了設備長期使用的穩定性。

壓力矯直機 全方位 預應力機架

1 開發背景

現有市場對于方鋼和鋼軌等異型鋼材交貨狀態的要求越來越高，而其現有的軋制工藝無法完全保證軋制成型的工件可以達到直接交貨的標準，就此衍生了許多異型材精整的相關設備，而壓力矯直機就是其中的一種。壓力矯直機與輥式矯直機同屬于利用反復彎曲并逐漸減小壓彎撓度方法達到矯直目的的設備。其工作原理是將帶有原始彎曲的工件支承在工作臺的兩個活動支點之間用壓頭對準最彎部位進行反向壓彎的。

壓力矯直機根據主缸的運動軌跡可以分為臥式和立式兩種，在完成一個空間矯直工序后，此兩種形式矯直機均需要通過翻鋼機構將工件翻轉至另一個彎曲空間位置，就造成了壓力矯直機整體的工作效率低下，若設備在線布置的話，就會嚴重制約精整線的效率。所以現有壓力矯直機多是離線布置，而離線布置就會造成工件矯前矯后吊裝時間過長的問題。而新型預應力全方位壓力矯直機可以從四個方向進行矯直，無需翻轉工件，節約了總體工作時間，提高矯直效率。同時利用壓縮橫梁與豎梁的連接立柱，使得整個框架形成一個預應力機架，提高了機架的剛性及矯直過程的穩定性，可顯著提高機架的整體穩定。

2 設備主要組成

設備主機由上橫梁、下橫梁、左右豎梁以及砧座調整機構和四個方向液壓主缸組成。上下橫梁均為焊接結構件，與左右豎梁通過橫向拉桿拉緊，經鎖緊螺母接成一體。豎梁與上下橫梁有止口固定，為四個方向同時卡死，將上下橫梁與左右豎梁固定為一個整體，保證在矯直過程中液壓缸施加的作用力轉化為這個框架結構的內力。左右砧座沿著上、下橫梁的滑軌面移動。砧座的調整采用電機帶動同步鏈條調整，從而可以保證左右砧座同時向相反方向移動，做到了左右砧座的同步調整。砧座內部安裝有支座，為系列可更換的，可以根據工件形狀不同進行選擇。主缸為活塞缸，共4個分別安裝在上下橫梁和左右豎梁中，成對稱布置。主油缸的密封采用德國進口密封。主油缸的位置控制由內置式直線位移傳感器檢測，油缸行程可控可預設。四個主油缸均設置有快進、工進和快退模式，缸頭以快進形式運動至工件跟前，而后工進進行矯直，矯直完畢，缸桿快速回退。設備簡圖如下。

圖1 設備組成部分簡圖

1-豎梁; 2-上橫梁; 3-上主缸; 4-立柱; 5-鎖緊螺母; 6-砧座; 7-水平主缸; 8-下主缸; 9-下橫梁

3 主要參數的計算過程

1)根據被矯工件尺寸和材質確定設備主缸矯直力大小

由來料可知其屈服極限σs和彈性模量E。

由此可知彈復彎矩M

M=σs·E

(1)

由此根據砧座間距L，即可知所需矯直力F大小

(2)

2)確定主缸各個尺寸

根據矯直力F和預定系統壓力P可算得油缸缸徑D

(3)

由主缸缸徑D和運動速度V可以得知流量Qmax和主缸油口直徑d0

(4)

(5)

式中d0—主油缸油口直徑；V0—油口液流速度，m/s。

說明：V0可以根據前后兩個腔體壓力所定，在2m/s～8m/s之間選擇。

3)確定預應力立柱大小

左右豎梁和上下橫梁之間是通過預應力立柱鎖緊為一個整體框架的，所以立柱的直徑就成了保證設備整體剛性的關鍵數據。

由水平矯直力F以及立柱材料的屈服極限σs可以得知立柱直徑d的大小

(6)

計算需考慮在壓力矯直機這種交變受力工況下立柱的安全系數在5倍以上。

4 預應力機架的應用

以往矯直設備使用的框架式結構，均未采用預應力機架的形式，就導致設備的整體剛性沒有得到有效保證，在矯直過程中，設備上橫梁整體的震動較大，在增加后期維護人員工作量的同時也影響了棒材矯直效果，考慮到上述原因，此次設計過程中將預應力機架這項專利技術使用在此套設備上。所謂預應力機架，是指通過拉伸連接上下橫梁和左右豎梁的連接立柱，使其發生一定的彈塑性變形，在設備本體施加不小于設備最大矯直力的預緊力，最后使用鎖緊螺母備緊，保證在矯直過程中設備的整體性。過程如下：設備安裝至圖2所示后，將外用的液壓螺母與立柱上端面把接一起，通過液壓螺母打壓拉伸立柱至一定長度，而后備緊鎖緊螺母，立柱回彈，產生不小于最大矯直力的預緊力，從而保證設備整體的穩定性。

圖2 預應力機架簡圖

5 結語

介紹了一種新型四面壓力矯直機的研制過程，此設備利用預應力形式的機架，組成一個無需翻鋼并可以在四個方向進行快速矯直的新型壓力矯直機。此設備的應用可以有效提高整條異型材后部精整線的效率，改善異型材生產的工藝，并提供給用戶一種新型的設備進行選型使用。

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Development of Press Straightener with Omnidirectional and Beforehand-Stress-Frame

Liu Lei Zhao Xihan Ma Qiang Wang Shijie Jia Shangwu

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi′an 710032)

Introduce the development of press straightener with omnidirectional and beforehand-stress-frame, sketch out the compose and structure of a new press straightener designed by SINO-HEAVYMACH. By the new design, It can straightening in four direction, improves the efficiency of straightener. The straightener has a beforehand-stress frame which can assure the rigidity of equipment, it improves the stability of equipment after a long use.

Press straightener Omnidirectional Beforehand-stress-frame

劉磊，男，1983年出生，畢業于太原科技大學機械設計與自動化專業，學士，工程師

TG333.23

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.013

2014-03-11)