斜輥矯直機(jī)的改造

斜輥矯直機(jī)的改造

矯直機(jī)設(shè)備組成在生產(chǎn)過程中，由于各個方面的影響，彎曲變形等缺陷，不能滿足直接、線性和圓形條件的要求。因此，在使用前，通常需要調(diào)整直機(jī)。矯直機(jī)是對金屬型材、棒材、管材、線材等進(jìn)行矯直的設(shè)備。在管棒材生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是斜輥矯直機(jī)和壓力矯直機(jī)。本研究以某公司斜輥矯直機(jī)為平臺對其進(jìn)行改造,該矯直機(jī)為六輥斜輥矯直機(jī),軋輥布置形式為2-2-2型,即三對軋輥對輥,如圖1所示。公司原有矯直機(jī)的三個矯直上輥的上下運(yùn)動分別由電動機(jī)驅(qū)動,安裝在矯直上輥上方的電動機(jī)經(jīng)減速器減速后傳動絲杠、絲母,帶動軋輥上下運(yùn)動。但由于“電動機(jī)+絲杠、絲母”的驅(qū)動模式運(yùn)動速度較慢影響矯直機(jī)效率,而且絲杠容易磨損從而影響運(yùn)動精度,不便于上、下軋輥之間輥縫的高精度調(diào)整,故而現(xiàn)將其由“電動機(jī)+絲杠”的驅(qū)動模式改為由液壓缸直接驅(qū)動矯直輥上下運(yùn)動。1矯直機(jī)主機(jī)體六輥矯直機(jī)中的6個軋輥輥型曲線為準(zhǔn)雙曲線輥型,采用對輥形式,即上、下對稱布置,軋輥互成傾角,且6個軋輥均可以相同轉(zhuǎn)速主動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)管材進(jìn)入矯直機(jī)主機(jī)體后,上、下軋輥同時旋轉(zhuǎn)并“夾持”被校工件,使被校工件在朝出料方向前進(jìn)中并繞自身軸線做自轉(zhuǎn)運(yùn)動,被矯工件在螺旋前進(jìn)中各截面受到多次彈塑性變形,以消除各方向的彎曲和各截面的橢圓度。最終使被校工件的直線度和圓度達(dá)到矯直精度要求。全套六輥矯直機(jī)由矯直機(jī)主機(jī)和前臺上料、供料裝置、導(dǎo)位裝置、后臺出料裝置等輔助裝置組成。其中矯直機(jī)主機(jī)如圖2所示,由上橫梁組件、下橫梁組件、立柱組件、軋輥等組成。2系統(tǒng)正常工作流程要設(shè)計液壓系統(tǒng),首先應(yīng)該明確機(jī)械結(jié)構(gòu)對液壓系統(tǒng)的要求,需要什么液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu),由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)反推,得到整體的液壓系統(tǒng)圖。矯直機(jī)的矯直工藝流程如下:首先分別調(diào)整矯直機(jī)的各項參數(shù):如調(diào)整三對軋輥的輥縫大小;調(diào)整6個軋輥的傾斜角度;根據(jù)待校工件的彎曲程度,調(diào)整中間上輥、中間下輥位置,調(diào)整反彎量;調(diào)整導(dǎo)位開口度。各項參數(shù)調(diào)整完畢后,用液壓缸鎖緊相關(guān)部件。其次空載啟動:包括液壓泵站、齒輪分配箱潤滑系統(tǒng)啟動,主電動機(jī)起動,輥道電動機(jī)起動。以上各項動作完成無誤后,系統(tǒng)可以工作,可以正常生產(chǎn),開始放入工件。首先將待校工件放在支架上,由相應(yīng)的液壓缸驅(qū)動撥料機(jī)構(gòu)將工件送入進(jìn)料筒,在進(jìn)料輥的驅(qū)動下,工件被推往矯直機(jī)主機(jī),工件經(jīng)導(dǎo)位導(dǎo)正后,準(zhǔn)確無誤地進(jìn)入主機(jī)。當(dāng)工件觸發(fā)安裝在入口上下輥前端的接近光電開關(guān)時,為防止工件端部沖撞軋輥,入口上輥在液壓缸的帶動下向上抬起,使工件順利通過,工件通過第一對軋輥后,入口上輥在液壓缸的推動下迅速向下運(yùn)動,同入口下輥一起“夾緊”工件,當(dāng)工件通過中間上下輥及出口上下輥時,中間上下輥及出口上下輥重復(fù)入口上下輥一樣動作。當(dāng)工件全部通過矯直機(jī)主機(jī)后,矯直完成,工件被送往出料機(jī)構(gòu),在出料輥道及推料機(jī)構(gòu)共同作用下,工件被推出矯直機(jī),矯直完畢,等待下一個工件。2.1液壓缸的作用面積由矯直工藝流程可以得知,液壓系統(tǒng)共有供料系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、主矯直輥液壓快開系統(tǒng)及部分鎖緊、平衡等液壓系統(tǒng)。由于在工件矯直過程中,需要軋輥對工件施加較大的力,才能使工件有彈塑性變形,才能實現(xiàn)工件的矯直,故而在一定的系統(tǒng)壓力下,液壓缸需要較大的有效作用面積,從而當(dāng)液壓缸運(yùn)動時,需要較大的流量。鑒于此液壓系統(tǒng)屬于間歇式大流量液壓系統(tǒng),故采用恒壓變量泵作為液壓動力元件,再配備蓄能器以補(bǔ)充液壓系統(tǒng)中瞬間大流量的需求。2.2液壓泵系統(tǒng)設(shè)計矯直機(jī)的液壓系統(tǒng)核心在于帶動三個矯直上輥快速推出和收回的液壓缸,此液壓缸稱為快開油缸,快開油缸直徑大,行程小,液壓缸整體呈現(xiàn)“扁而短”的特點(diǎn)。同時基于提高矯直機(jī)的工作效率考慮,液壓缸完成開合動作要控制在一定的時間范圍之內(nèi),盡量縮短這個動作時間,以提高矯直機(jī)的有效矯直長度,并滿足矯直工藝及控制精度的要求。結(jié)合矯直工藝要求,快開油缸設(shè)計為雙活塞桿式液壓缸,最終在矯直機(jī)主機(jī)上快開油缸為豎直安裝,以最終安裝姿態(tài)為準(zhǔn),上下兩端的活塞桿分別稱為上活塞桿和下活塞桿。根據(jù)矯直工藝要求,得到所需快開油缸對工件的矯直力,設(shè)定系統(tǒng)工作壓力p0為12MPa,反推得到該快開油缸的參數(shù)如表1所示。液壓泵選用變量泵,結(jié)合企業(yè)實際,選用斜軸式軸向柱塞變量泵3套(2套工作,1套備用),型號為A7V107DR5RPF,該泵為恒壓變量泵,最大排量V為107mL/r。電動機(jī)選用Y280M-6,功率P為55kW,額定轉(zhuǎn)速n為980r/min?？扉_油缸打開軋輥的動作要求在2s內(nèi)完成,得打開1個快開油缸需液壓油的體積計算如下:下腔活塞有效面積:快開時所需液壓油量為:在2s時間內(nèi),最大排量V為107mL/r的泵,配套電動機(jī)轉(zhuǎn)速n為980r/min的兩臺液壓泵能提供的液壓油為V2為6.99L,可以得知,液壓泵能提供的液壓油體積與快開油缸抬起所需的液壓油體積相差甚遠(yuǎn),故需配備蓄能器。該系統(tǒng)選用兩個公稱容積V0為40L的皮囊式蓄能器,最終設(shè)計的液壓快開系統(tǒng)原理圖如圖3所示。圖3中電液換向閥20通過控制信號來控制快開油缸14的打開或者閉合。蓄能器用來補(bǔ)充快開油缸打開瞬間所需的液壓油。電磁換向閥13和18用來在液壓缸動作之前泄掉液壓缸高壓腔的液壓油。液控單向閥19在矯直機(jī)矯直工件過程中,對快開油缸上腔的液壓油有保壓作用,從而使軋輥對工件施加較大的矯直力。液控單向閥11和16用于在快開油缸動作時快速泄掉回油腔的液壓油,便于快開油缸的快速動作。3快開油缸基本運(yùn)動速度以及位移特性分析根據(jù)上述六輥矯直機(jī)液壓快開系統(tǒng)原理圖在AMESim軟件中建立模型如圖4所示。仿真模型圖中各部件主要參數(shù)如表2所示。參數(shù)設(shè)定后開始對系統(tǒng)進(jìn)行仿真,設(shè)定換向閥相應(yīng)的動作,得出快開油缸活塞的運(yùn)動速度及位移的特性曲線,如圖5和圖6所示。由圖5可以看出,快開油缸的活塞運(yùn)動最大速度v1為0.02m/s,快開油缸驅(qū)動軋輥打開的時間t1約為1.8s,而之前采用“電動機(jī)+絲杠、絲母”的方式,軋輥打開約為8s,用液壓缸驅(qū)動軋輥,時間短,有效提高了矯直效率。仿真結(jié)果表明,液壓缸驅(qū)動軋輥運(yùn)動能滿足矯直工藝、速度及精度要求。采用AMESim軟件進(jìn)行仿真,能反映實際液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能,從而為保證六輥矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)。4液壓缸驅(qū)動u2004在六輥矯直機(jī)中引入液壓快開系統(tǒng)后,明顯縮短了軋輥的運(yùn)動時間,有效提高了矯直效率。相比“電動機(jī)+絲杠、絲母”的模式,液壓缸磨損大多在活塞及活塞桿徑向的磨損,這些部位磨損后對