高速線材夾送輥的結(jié)構(gòu)分析

高速線材夾送輥的結(jié)構(gòu)分析

在高速材料的制造中，從精機(jī)到吐絲機(jī)之間的材料（尤其是小直徑材料）的成本引起了振動。(1)水箱中的冷卻噴嘴噴射到高速向前運(yùn)動的線材上的高壓水流的湍流作用。(2)機(jī)組安裝的軋制中心線的直線度不好。(3)線材進(jìn)入機(jī)組各導(dǎo)衛(wèi)、輸送導(dǎo)槽及吐絲管接口時(shí)產(chǎn)生的沖擊。(4)夾送輥夾送不均勻。這種抖動如不消除,對線材的平穩(wěn)運(yùn)行極為不利,使吐絲機(jī)的吐圈不好,影響后續(xù)工序。并有可能誘發(fā)整個(gè)機(jī)組或精軋機(jī)組的卡鋼、亂線及零部件的較大磨損。一般在吐絲機(jī)之前設(shè)置一個(gè)夾送輥來達(dá)到消除這種抖動的目的。夾送輥用兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的輥環(huán)以適當(dāng)?shù)膴A緊力夾住軋材,并且輥環(huán)的線速度以一定的比例高于精軋機(jī)組最后一個(gè)工作機(jī)架的線速度,使得在夾送輥和精軋機(jī)之間的軋材以一定的拉伸量處于拉緊狀態(tài)來消除抖動。1輥環(huán)夾送輥的主要結(jié)構(gòu)輥環(huán)夾送線材時(shí),線材所受拉力Fp是變化的,變化情況如圖1所示。拉力要適當(dāng),不適當(dāng)?shù)睦Σ粌H不能消除線材的抖動,反而會帶來負(fù)面影響,拉力過小起不到拉緊線材的作用;過大的拉力會使線材截面變形。拉力Fp與輥環(huán)施加在線材的夾緊力Pf及該軋制溫度下材料的摩擦系數(shù)f有關(guān),可采用如下公式計(jì)算:Fp=Pff式中夾緊力Pf和輥環(huán)施加在線材的單位壓力p及輥環(huán)與線材的接觸面積S成正比,可由下式計(jì)算:Pf=pS因此,夾緊力Pf除和夾緊氣缸的氣壓有關(guān)外,還和軋材尺寸及輥縫型式有關(guān)。由于線材截面尺寸的不一致及向前運(yùn)行的速度很高,如何保持線材所受的拉力Fp始終處于許可范圍內(nèi),并盡可能接近理想拉力是衡量夾送輥性能的主要指標(biāo)之一。不同機(jī)型的夾送輥的工作原理和結(jié)構(gòu)基本相似,其主要組成部分如圖2所示。普通型夾送輥與智能型的區(qū)別主要體現(xiàn)在對拉力Fp的控制方式和整機(jī)的自動化程度上。普通夾送輥工作時(shí)的拉力Fp是不可控制的,智能型夾送輥則可對拉力Fp進(jìn)行動態(tài)控制。其基本原理是利用電機(jī)電流和輸出轉(zhuǎn)矩成正比、拉力Fp與轉(zhuǎn)矩成正比的關(guān)系,當(dāng)拉力Fp變化時(shí),電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和電流亦隨之變化。拉力Fp和夾送輥電機(jī)電流I之間的關(guān)系式為:Fp=IK其中K是取決于工作條件的一個(gè)變量,不同的夾送輥K值不一樣。夾送輥要順利夾住線材并送入吐絲機(jī)的吐絲管中,輥環(huán)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和輥環(huán)中心距的調(diào)節(jié)運(yùn)動(即輥環(huán)夾緊和松開線材的運(yùn)動)必須要能同時(shí)完成,而且夾送輥的輥環(huán)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動要能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。主電機(jī)一般是由變頻器控制的鼠籠式交流電機(jī),電機(jī)開、停和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可由就地PLC和遠(yuǎn)程主控室控制。為了減小傳動鏈的制造誤差造成上、下輥環(huán)的轉(zhuǎn)速不相等,輥環(huán)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動鏈一般要求盡可能短,并且對零部件的制造精度提出了較高的要求。下面以我廠高速線材軋機(jī)的TRH-320-2-HS型智能夾送輥為例對其主要結(jié)構(gòu)組成、特點(diǎn)進(jìn)行分析。2輥軸的轉(zhuǎn)速和段比輥環(huán)回轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)包括主電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動軸、齒輪、輥軸和輥環(huán)鎖緊裝置等。其傳動系統(tǒng)如圖3所示。傳動流程如下:其中Z4=95,Z5=30,Z8=95,Z10=30。假定主電機(jī)轉(zhuǎn)速為n0,順時(shí)針,則上、下輥軸的轉(zhuǎn)速分別為:n上=n0×(95/95)×(95/30)=3.16667n0(順時(shí)針)n下=n0×95/30=3.16667n0(逆時(shí)針)上、下輥環(huán)的轉(zhuǎn)速相等,方向相反,保證了上、下輥環(huán)以同樣的速度夾送線材。從速比上亦可以看出,輥環(huán)的回轉(zhuǎn)傳動是一個(gè)增速過程,當(dāng)達(dá)到最大夾送速度140m/s時(shí),根據(jù)輥環(huán)直徑(320mm)可算出輥軸的轉(zhuǎn)速:n=v/(πd)=140/(3.14×0.32)=139.33r/s≈8360r/min如此高的轉(zhuǎn)速,對輥軸的支承提出了很高的要求,夾送輥輥軸的支承大都采用了高線軋機(jī)中普遍使用的靜-動壓油膜軸承,并供以大流量的油來帶走輥軸傳來的熱量。TRH-320-2-HS型智能夾送輥油膜軸承的進(jìn)油位置如圖4所示,當(dāng)夾送輥啟動瞬間,輥軸由于摩擦和慣性的作用會向右沿油膜軸承壁往上爬。而此時(shí)由進(jìn)油口以一定壓力進(jìn)來的油剛好在輥軸和油膜軸承之間形成油膜,避免了輥軸和油膜軸承的直接摩擦。由于輥環(huán)在夾送軋材時(shí)會產(chǎn)生一定的軸向力,故在輥軸尾部安裝了一對高精度角接觸向心球軸承。其它傳動軸采用球軸承支承。3輥環(huán)夾送的控制和控制輥環(huán)中心距的調(diào)節(jié)裝置如圖5所示,它包括兩部分。一部分是根據(jù)所生產(chǎn)軋材的直徑,人工預(yù)先調(diào)定輥環(huán)中心距的調(diào)節(jié)裝置。這一部分和普通夾送輥沒有什么區(qū)別,上、下輥軸固定架的芯軸固定在箱體上的軸承座中,只能繞芯軸中心線旋轉(zhuǎn),不能移動。上、下扇形齒輪和上、下輥軸分別固定在上、下輥軸固定架上,調(diào)節(jié)桿和上輥軸固定架固定在一起,當(dāng)調(diào)節(jié)桿上、下移動時(shí),通過上扇形齒輪帶動下扇形齒輪,實(shí)現(xiàn)上、下輥軸同時(shí)作相向、等距的運(yùn)動,這樣就保證了兩個(gè)輥環(huán)中心距變化時(shí),其對稱中心線(即軋制中心線不變)。由于上、下輥軸的上、下移動是沿圓弧路線,調(diào)節(jié)桿和上輥軸固定架大都采用碗形鉸支承固定在一起,起調(diào)心作用。并安裝適量的碟形彈簧,碟形彈簧的預(yù)緊力要大于夾緊氣缸輕壓的壓力、小于重壓的壓力,在輥環(huán)閉合、開啟時(shí)起緩沖作用。另一部分是在軋制過程中自動調(diào)節(jié)輥環(huán)中心距的裝置。這部分的結(jié)構(gòu)和控制是普通夾送輥和智能型夾送輥區(qū)別最大的地方。前面提到,輥環(huán)夾送時(shí)線材所受拉力是變化的,而夾送輥電機(jī)的電流和拉力是成正比的,根據(jù)軋制線材規(guī)格的不同,所要求的拉力也不同,根據(jù)公式Fp=IK可計(jì)算出電流值,并預(yù)先在自動化系統(tǒng)的控制程序中設(shè)定。在輥環(huán)夾送線材過程中,控制程序中有一個(gè)微處理器一直在比較電機(jī)的電流參數(shù)和存儲在中央處理器的預(yù)設(shè)定的電流參數(shù)是否一樣,當(dāng)電流大于設(shè)定值時(shí),拉力Fp過大。微處理器馬上發(fā)出指令給調(diào)節(jié)輥環(huán)中心距的齒輪電機(jī),齒輪電機(jī)啟動,增加輥環(huán)中心距。當(dāng)電流小于設(shè)定值時(shí),拉力Fp偏小。發(fā)出指令減小輥環(huán)中心距。這是普通夾送輥所作不到的。由于輥縫開、閉要在極短的時(shí)間內(nèi)完成,一般用短行程氣缸來驅(qū)動輥環(huán)開、閉裝置,氣缸與上輥軸固定架固定在一起,當(dāng)氣缸活塞上、下運(yùn)動時(shí),帶動上、下輥軸同時(shí)作相向、等距的運(yùn)動。考慮到線材是高速向前運(yùn)動,雖然輥環(huán)的夾送速度略高于線材的速度,如果輥環(huán)一次夾到位,仍有可能給線材造成一定的沖擊,影響線材運(yùn)動的平穩(wěn)性。智能夾送輥氣缸的壓下分兩步:首先是輕壓,即使輥環(huán)似夾非夾地夾住線材,然后是重壓,氣缸克服碟簧的預(yù)緊力,將輥環(huán)閉合至設(shè)定的位置。輕壓和重壓的調(diào)定一般采用理論計(jì)算和樣棒測試相結(jié)合。輕壓:壓縮空氣→換向閥105→調(diào)壓閥102→單向閥→氣缸上腔重壓:壓縮空氣→換向閥105→換向閥106→調(diào)壓閥102→氣缸上腔其氣路原理圖如圖6所示。還有一路壓縮空氣是用來和雙唇油封一起組成輥軸前端密封。4油流信號的控制為了可靠地給油膜軸承、滾動軸承和齒輪提供潤滑,夾送輥有一套可控制的潤滑系統(tǒng),由中央油庫分兩路供油,一路潤滑滾動軸承和齒輪,另一路潤滑油膜軸承,這一路潤滑油的油壓一般設(shè)定到0.5MPa以上,保證輥軸軸徑在任何轉(zhuǎn)速下(包括轉(zhuǎn)速為零)和預(yù)定載荷下都與油膜軸承處于完全液體摩擦的狀態(tài)。通常,兩路供油在夾送輥的入口處都裝有壓力表和油流指示器,油流指示器的信號是和控制系統(tǒng)相聯(lián)的,目的是保護(hù)設(shè)備。不同夾送輥的控制系統(tǒng)對油流信號的處理不一樣,TRH-320-2-HS型智能夾送輥對油流信號的處理如下:當(dāng)油流指示器檢測到油流量低于設(shè)定值時(shí),控制系統(tǒng)會在主控室的顯示器上報(bào)警,并在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)停機(jī)。當(dāng)控制系統(tǒng)未檢測到油流指示器的信號時(shí),夾送輥主電機(jī)不能啟動。5軸承溫度設(shè)置為了保護(hù)油膜軸承和輥軸,大多數(shù)高速線材夾送輥在輥軸的軸承上安裝了一套熱電偶裝置來實(shí)時(shí)地監(jiān)測軸承溫度。所有熱電偶和控制系統(tǒng)相聯(lián),溫度值在主控室的顯示器上可讀到。并根據(jù)溫度異常情況設(shè)定報(bào)警類型。表1和圖7是TRH-320-2-HS