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輥式卷板機卷制錐筒的方法
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文章作者:趙大興 張挺勝
文章簡要:
自然科學學科研究
輥式卷板機卷制錐筒的方法
趙大興 張挺勝

(湖北工業大學機械學院 湖北.武漢 430068)
摘要  本文闡述了輥式卷板機卷制錐筒的原理及方法,對國內外現有輥式卷板機卷制錐筒的擋輪法和非擋輪法的特點和適用范圍進行了詳細的分析和比較,結合實際設計、生產經驗提出了一些提高卷制錐筒能力的方法。

中圖分類號TG31 文獻標識碼:A
  
Method of Drum-rolling Veneer Reeling Machine Coiling A Cones
ZHAO Daxing, ZHANG Tingsheng
(Machinery School, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068)
  AbstractThis paper deals with the conical drum-rolling principles and methods of roll plate bending machines, and conducts a detailed comparative analysis on recent domestic and overseas machine features and scopes of the roller-thrusting and non-roller-thrusting in the working process. And furthermore, based on designing and producing experiences, the monographer provides some suggestions in improving the ability of cone-rolling processes.
  Key wordsplate bending machines; rolling; conical drum; thrust roller
  
  1 卷制錐筒的原理
  圓筒和錐筒工件可看成圓筒和錐筒工件的母線繞同一平面內的回轉中心線回轉360度而成,圓筒工件的母線與回轉中心線平行,錐筒工件的母線與回轉中心線傾斜。在輥式卷板機上卷制圓筒和錐筒都是基于三點彎曲的原理,卷板過程主要有以下三步,首先將工件送進輥式卷板機的工作輥內,一個輥在工件的上方,稱為上輥,兩個在工件下方,稱為下輥,這是三輥卷板機;四輥卷板機有三個輥在工件的下方,一個在上輥的同一鉛垂面內,稱為中下輥,另兩個在上輥的兩側,稱為側輥,上輥可與側輥和中下輥中任意兩個輥對工件進行彎曲,本文僅討論兩下輥或側輥與上輥對稱布置的情況;第二步是工作輥作進給運動,即進行三點彎曲,有的卷板機是上輥作壓下進給,有的是下輥或側輥作向上的進給運動,為敘述方便,根據相對運動的原理,將工件和下輥或側輥看作靜止不動的,上輥作壓下運動;卷圓筒工件上輥壓下時與下輥平行,卷錐筒工件上輥壓下時與下輥傾斜;壓下量越多,工件與上輥接觸的母線及附近曲率越大;第三步是通過工作輥的回轉運動讓工件回轉,同時保證上輥的壓下量不變,使工件的每一個母線具有相同的曲率或曲率分布,成為圓筒和錐筒。
  輥式卷板機卷制錐筒的方法很多,分別適用于不同的工件,具有各自的特點。不管用什么方法,都要保證在卷制的過程中,工件的母線與上輥的母線重合。
  錐筒下料為一扇形鋼板,在圓柱形工作輥的卷板機中卷制錐筒,要保證在卷制的過程中,工件的母線與上輥的母線重合,扇形鋼板在工作輥之間的運動可看作工件母線上每個點在與工作輥軸向垂直方向上的勻速運動(圓柱形工作輥的主傳動裝置的回轉運動可實現該運動)和工件繞通過自身母線上的某一點的鉛垂線的回轉運動的合運動,使大頭走快點或小頭走慢點,這需要給扇形鋼板另外施加一個力矩,克服工件與工作輥之間的摩擦力,這是卷錐筒的關鍵,工件繞通過自身母線上的這一點的鉛垂線的回轉運動所需力矩最小。
  2 卷制錐筒的方法
  按卷制的過程中是否使用擋輪(塊),以下簡稱擋輪,可分為擋輪法和非擋輪法。在非擋輪法中有以下幾種:
  (1)分區劃線法:在工件的扇面上等分畫出若干母線,每次將工件的每條母線與上輥母線對齊,按母線分區在每條母線的兩側附近卷制,這是一種近似的、不連續的方法,效率低但簡單,扇形鋼板繞通過自身母線上的某一點的鉛垂線的回轉運動是通過人工對母線實現的。
  (2)錐輥法:有三輥都是錐輥的,錐輥的錐度與工件相關,工件與輥面基本沒有相互滑動;也有主動輥是錐輥(一般為上輥),被動輥是帶分段輥套的,工件、輥套和輥芯有相互滑動,輥套數量越多,工件和輥套的相互滑動越少,扇形鋼板合運動是通過錐輥直接實現的。錐輥法是效率最高,成本最高的方法,適用于單品種、大批量生產。
  (3)夾緊輥法:一般四輥卷板機可用夾緊輥法,將下輥傾斜,用上下輥將工件的大頭夾緊,通過調整下輥的傾斜量和夾緊力適用不同的工件,扇形鋼板繞通過自身母線上的某一點的鉛垂線的回轉運動是通過夾緊輥與工件表面的摩擦力實現的,這種方法簡單但需要經驗,且錐度較大或工件較厚時往往需與擋輪配合使用。
  非擋輪法的優點是工件的板邊不與擋輪接觸,可以先打坡口,后卷制,坡口的完整對焊接質量有影響,擋輪法對工件的坡口是有損傷的,特別是錐度較大或較厚的工件,而先卷制后打坡口即在圓形工件上打坡口是很困難的。
  為了先打坡口,后卷制錐筒,我們在一臺既卷制圓筒又卷制錐筒的上輥為主動輥70€?500的三輥卷板機設計了以下卷錐裝置卷制風電錐塔筒,根據風電塔筒錐度為上輥設計了由三段組成的錐套,錐套用鍵與上輥固連,錐套平均35mm厚,調質處理,與上輥為動配合,兩下輥表面淬火處理,在兩下輥之間的空間里還可設置由油缸驅動升降的小型夾緊輥,將工件與上輥夾緊,防止工件與上輥出現相互滑動。實際卷制的結果,厚26mm,Q345的工件,由于工件錐度較小,不用夾緊輥也達到了較好的效果。如果上輥也淬火,對錐套的拆卸安裝會更好。這是錐輥法與夾緊輥法的結合使用。由于下輥為圓柱輥,上輥用輥套,結構簡單,成本也低了。
  在擋輪法中有以下幾種:
  (1)在翻倒側的上輥上設擋輪:擋輪通過軸向和徑向軸承安裝在上輥輥身與上輥翻倒側軸承的過渡段,擋輪的一部分插入翻倒架內限制擋輪不隨上輥旋轉。擋輪一般與工件的小頭板邊接觸,主要靠擋輪與工件板邊的摩擦力實現扇形鋼板繞通過自身母線上的某一點的鉛垂線的回轉運動。此法適用于板厚較小,錐度較大,小頭直徑較小的工件。
  (2)在翻倒側的下輥上設擋輪:擋輪設在翻倒側的兩個下輥軸承座上,擋輪直接與下輥軸承座的上部固連在一起。作用原理與第1種方法相同,適用于錐度較大,小頭直徑較小的工件,板厚較第1種方法大。
  (3)在翻倒側的機架上設擋輪:擋輪用螺栓安裝在四輥卷板機翻倒側的機架上,擋輪的上平面略高于上輥的下母線。
  (4)在翻倒架上設擋輪:在翻倒架上、在上輥的兩側安裝擋輪,翻倒架與機架之間設短的滑鍵。
  以上幾種擋輪都安裝在翻倒側,這是因為翻倒架外形尺寸小,翻倒側機架低矮,工件一般不會與其發生干涉,擋輪緊貼工作輥輥面,可卷錐度較大,小頭直徑較小的工件。
  (5)在床身上設擋輪:擋輪架用銷軸安裝在床身上,擋輪安裝在是輥的兩側,擋輪架可繞銷軸轉動,擋輪可在擋輪架內升降。
  (6)在傳動側的機架上設擋輪:在傳動側的機架上,在上輥的兩側設有較大的安裝平面,平面上有可供選擇的內螺紋、梯形槽、或銷軸、鍵等用于緊固擋輪裝置,使檔輪裝置對工作輥的相對位置和方向可按需要改變。3 提高卷錐能力的方法
  擋輪法中第2、4、5、6這四種方法都有兩個擋輪,分別在上輥的兩側,工作時,板邊靠著兩個擋輪,進料側的擋輪對工件施加力矩,出料側的擋輪對工件進行導向,在擋輪力的作用下,工件會偏離原來的位置,大部分時間工件只與一個檔輪接觸,進料側的擋輪對工件施加力矩,出料側的擋輪對工件進行導向,即工件繞中心線回轉過頭,被出料側的擋輪擋回來,兩個擋輪共同完成導向和施加回轉力矩的任務。兩個擋輪比一個擋輪的導向作用要好,兩個擋輪比一個擋輪對工件施加回轉力矩要大,但兩個擋輪在上輥的兩側,當工件小頭直徑小時,不易擋到工件。用兩個擋輪時,擋輪最好能繞自身軸線回轉,且能沿自身軸線上下竄動,這對板邊的磨損小,擋輪表面淬火壽命長。用兩個擋輪時,對工件施加回轉力矩的主要不是工件與擋輪的摩擦力,而是工件與檔輪接觸的徑向力,比摩擦力更直接,力的效率更大,不必乘摩擦系數了,擋輪離上輥越遠,力臂越長,施加的回轉力矩越大,(見圖1、圖2),卷制的錐筒厚度越大,這也要求工件的小頭直徑較大。方法6中擋輪兩端有軸承座,是簡支梁,承載能力大,方法5中擋輪是懸臂梁,承載能力相對較小。方法5中擋輪在床身上,工件與機架不易干涉。
  
  圖1圖2
  我們曾在55€?200的三輥卷板機上用方法6,卷制過半錐角為30度的工件,在擋輪和機架安裝平面之間增設1m高的下大上小的支架,將擋輪沿軸向深入工作輥輥面內,避免了工件與寬機架的干涉。有時工件是平板時擋輪檔不到工件,可將工件先壓彎一下,或將擋輪向下移動一下,就能解決問題。
  擋輪法的缺點是對工件一端的板邊有損傷。擋輪可繞自身軸旋轉,且能沿自身軸線上下竄動,擋輪表面淬火,這可減輕對板邊的損傷;在可能的情況下,將擋輪與上輥的距離拉大,既能減小擋輪與工件的作用力,也可增大對厚工件的作用力,這需要先預彎較長的板端。
  在卷錐筒的過程中,摩擦

力和摩擦系數是很重要的因素。在前面非擋輪法中舉的實例,不用夾緊輥也能達到較好的效果,可能是因為工件在上輥和下輥之間的摩擦系數不同。某單位在100€?000的三輥卷板機上卷制某大型工程的40-50mm厚高強度鋼錐筒時,發生將傳動側機架上的檔輪安裝螺栓全部切斷的問題,工程陷于停頓,經我們現場分析和經驗的判斷,可能是共振引起的,建議在工件與被動輥之間加一點潤滑油,改變摩擦系數,改變振動的頻率,不僅解決了問題,更厚一點的工件也能卷了,因為潤滑油同時將低了使工件繞通過自身母線上的某一點的鉛垂線的回轉運動的負載。需要注意的是,卷完后應對工件上的潤滑油進行處理,不要影響焊接質量。
  4 卷錐力的估算
  各種方法對不同的工件究竟需要多大的力既要經驗,也要粗略的計算,從以上分析可看出,對工件施加回轉力矩的只有一個擋輪,不能將負載平分到兩個擋輪上。某單位在70€?000的卷板機是用方法6卷制60€?000多寬的高爐殼體錐筒,由于傳動側機架上部與下部的連接螺栓力量不夠,在卷錐過程中將連接螺栓拉斷,經對機架連接處改進卷制成功。第1種方法的擋輪主要靠擋輪與工件的摩擦力,擋輪承受的正壓力是摩擦力的數倍,卷大工件很容易損壞。要根據工件的大小,不同的要求選擇合適的方法。
  
  參考文獻
  [1]孫運海.四輥卷板機上錐形筒件的卷制.鍛壓機械,1990(4).
  [2]張挺勝,張本源,張先榮.卷錐筒的三輥卷板機(專利申請號200820178923.6)
  [3]王小建,田衍新.卷板機的卷錐裝置(專利申請號200710051340.7)
  [4]張本源.輥式卷板機卷錐筒裝置(專利號00230470.8)

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