穆星宇
遼寧工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心,遼寧錦州,121001
淺析輥式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析
穆星宇
遼寧工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心,遼寧錦州,121001
隨著我國就經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,棍式型鋼的應(yīng)用越來越多,特別是工業(yè)生產(chǎn)和一些機(jī)器制造等方面,而棍式型鋼在制造過程中的矯直工作一直是棍式型鋼生產(chǎn)的重要難題之一。本文對當(dāng)前我國棍式型鋼矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)就進(jìn)行了簡單的分析,并對其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了有效的分析,并根據(jù)輥式型鋼的特點(diǎn)對矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的分析和研究。
輥式;型鋼;矯直機(jī);機(jī)械結(jié)構(gòu)
對于型鋼的矯直,由于其過程較為復(fù)雜,且在進(jìn)行型鋼矯直的過程中,材料的幾何形狀和回彈性等都不是線性的變化,導(dǎo)致在進(jìn)行矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)存在著較大的難題,而在進(jìn)行實(shí)際的工程施工中,為了保證矯直機(jī)的功效,又必須通過其準(zhǔn)確的機(jī)械結(jié)構(gòu)來保證輥式型鋼的的矯直效果,這對我國的矯直機(jī)制造帶來了非常大的挑戰(zhàn)。對于輥式矯直機(jī),其機(jī)械結(jié)構(gòu)對于整個(gè)設(shè)備的工作性能以及其施工工藝等非常重要的參數(shù)進(jìn)行了確定,因此,在進(jìn)行矯直機(jī)輥輪的設(shè)計(jì)時(shí),需要對輥輪的直徑和距離等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的安排,保證矯直機(jī)的工作效果。此外,生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行矯直機(jī)的生產(chǎn)時(shí),需要有效的結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況確定矯直機(jī)的輥輪參數(shù),保證設(shè)備的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)能夠滿足型鋼的生產(chǎn)需要。由于矯直機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛,像工字鋼、角鋼和圓鋼等,且不同的型材在規(guī)格等方面存在著較大的區(qū)別,因此,在選擇矯直機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)時(shí)需要根據(jù)生產(chǎn)型鋼的具體參數(shù)對其進(jìn)行確定,在當(dāng)前我國的矯直機(jī)制作中,主要有兩種機(jī)械結(jié)構(gòu):一種是簡易的支架結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的矯直機(jī)將輥輪的軸承安裝在矯直輥輪的雙側(cè),通過簡支梁對輥輪軸承的重量進(jìn)行支撐,對于這一種矯直機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu),其具有較強(qiáng)的剛性,且整體的重量相對較輕,方便設(shè)備的使用和移動(dòng)。另一種結(jié)構(gòu)則是懸臂式,這種機(jī)架結(jié)構(gòu)主要是將輥輪部分安裝在矯直機(jī)的一側(cè),采用懸臂梁對輥輪的重量進(jìn)行承載,對于這一種機(jī)架結(jié)構(gòu),其在使用的過程中能夠更加簡單的對輥輪進(jìn)行更換,當(dāng)型鋼結(jié)構(gòu)類型較多時(shí)使用較為方便。在當(dāng)前我國的型鋼矯直機(jī)使用中,懸臂式是最常見的類型。
1.1 輥輪的直徑參數(shù)
根據(jù)相關(guān)研究可以得知,隨著輥輪的直徑變化,其輥?zhàn)拥目箯潖?qiáng)度以及其剛度都會(huì)發(fā)生較大的變化,在進(jìn)行輥輪直徑的確定時(shí)需要根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)對其參數(shù)進(jìn)行確定,當(dāng)前矯直機(jī)的輥輪直徑和輥輪的距離之間具有正比關(guān)系,這是通過長期的實(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn),具體的關(guān)系式為:D=Kd,式中的D表示的是輥輪的直徑長度,而K為總結(jié)得到的正比例系數(shù),最后的K則是輥距。
1.2 輥距的參數(shù)確定
在進(jìn)行型鋼的矯直操作時(shí),輥距的參數(shù)若同設(shè)計(jì)參數(shù)之間相差較大,往往會(huì)對型鋼的矯正工作造成較大的影響,像輥距較大可能會(huì)導(dǎo)致型鋼的矯直工作無法達(dá)到要求的變形,且在矯直工作完成之后,型鋼的質(zhì)量較差,這種鋼材無法進(jìn)行正常的使用。而當(dāng)輥距較小時(shí),在矯直過程中會(huì)造成對型鋼的矯直力增大,從而對矯直設(shè)備的輥輪造成過大的壓力,產(chǎn)生較大的磨損,此外,較大的矯直力還會(huì)造成型鋼矯直過程中局部位置的應(yīng)力較大,導(dǎo)致型鋼工件的損壞。因此,在對輥距進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,需要根據(jù)型鋼矯直的實(shí)際情況對其進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì),這樣既能保證型鋼矯直的效果,同時(shí)也不會(huì)對工件和設(shè)備造成較為嚴(yán)重的損壞。
1.3 矯直質(zhì)量工藝
在進(jìn)行型鋼的矯直工作時(shí),需要將型鋼材料彎曲到其能夠承受的最大彈復(fù)曲率位置,這樣能夠保證鋼材達(dá)到最大的彎曲效果,下圖1是矯直機(jī)工作的簡單工作原理:
圖1 矯直機(jī)工作示意圖
對于矯直機(jī)的工作參數(shù),主要是由下式進(jìn)行確定:,公式中的h指的是矯直機(jī)的軋件高度,其單位是mm,R則是矯直機(jī)的輥輪半徑長度,單位同樣是mm,最后的ρ則是型鋼材料的彎曲半徑長度。
1.4 最小輥距的確定研究
對于矯直機(jī)的最小輥距,其大小需要根據(jù)接觸應(yīng)力條件或者接軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度兩者中的一個(gè)進(jìn)行確定,在對輥距的最小距離進(jìn)行確定時(shí),可以通過任意一個(gè)條件來對其進(jìn)行確定。根據(jù)作者的長期實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),對于型鋼工件,其中的圓鋼是高度最小的工件,而高度最大的工件則是工字鋼,因此,在對輥輪的距離進(jìn)行確定時(shí),需要結(jié)合兩者對其最大和最小輥距進(jìn)行確定,這樣就能夠保證矯直機(jī)可以適用在所有的型鋼矯直工作中。對于輥距的最大值,且在確定時(shí)需要根據(jù)型鋼工件的矯直質(zhì)量或者最小上料條件,一般的最大輥距確定往往是兩個(gè)條件下較小的一個(gè)。
1.5 矯直輥的強(qiáng)度確定
對于矯直輥,其主要的作用就是對型鋼工件進(jìn)行矯直工作,因此,一般的矯直輥強(qiáng)度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工件的強(qiáng)度,而在對矯直輥進(jìn)行確定時(shí),比較關(guān)注的往往是其彎曲強(qiáng)度,在矯直輥的彎曲強(qiáng)度不能滿足矯直工作需求時(shí),可以通過對相應(yīng)的支撐進(jìn)行增加來滿足矯直工作需求,通過這種方法能夠?qū)毫Ψ稚⒃诙鄠€(gè)點(diǎn)來承受。
1.6 輥輪數(shù)量的確定
對于矯直機(jī)的輥輪數(shù)量,不同的矯直機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝不同,對于一些小型的鋼件,其在矯直操作時(shí),輥輪的數(shù)量在7到11根就能保證矯直工作的效果,而對于大型的鋼件矯直工作,其輥輪的數(shù)量大部分都在7根左右,這樣能夠保證矯直工作的效率最高,且鋼件的矯直效果較好。
1.7 矯直機(jī)的矯直速度確定
在對鋼件進(jìn)行矯直操作時(shí),不同的大小的鋼件其所需要的矯直速度具有較大的差別,另外,根據(jù)鋼件的生產(chǎn)任務(wù)大小,矯直工作的速度也存在著較大的差別,一般的矯直速度控制在0.8到2m/s就能滿足生產(chǎn)任務(wù)的需求,而對于鋼件,其體積越小則矯直速度越快,對于矯直生產(chǎn),小型鋼件的矯直任務(wù)是經(jīng)濟(jì)效率最大的。
1.8 輥材料的確定
對于矯直機(jī),輥輪的材料是決定矯直機(jī)質(zhì)量的根本因素,因?yàn)槌C直過程中輥輪是同鋼件直接進(jìn)行接觸的部位,然后通過輥輪的擠壓對鋼件進(jìn)行矯直工作,在生產(chǎn)的過程中需要輥輪長期處在高強(qiáng)度的擠壓環(huán)境下,為了保證矯直機(jī)的正常使用,減少矯直機(jī)工作過程中鋼件對輥輪的摩擦,需要對輥?zhàn)拥牟牧线M(jìn)行嚴(yán)格的要求,保證其工作過程中輥?zhàn)颖砻婢哂凶銐虻挠捕?。另外,對于矯直機(jī)輥輪的表面,在生產(chǎn)的過程中需要保證其加工的精度,提高其抗彎抗扭曲的強(qiáng)度,保證其使用過程中不會(huì)產(chǎn)生形變。根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)工藝,矯直機(jī)的輥輪工作直徑需要控制在60mm以下,比較常用的輥輪材料是60CrMoV,而當(dāng)輥輪的直徑達(dá)到了60到120mm時(shí),這種材料已經(jīng)不滿足生產(chǎn)的需求,為此,需要將輥輪材料改為90CrVMo,而當(dāng)輥輪的工作直徑達(dá)到了200mm以上時(shí),只能采用9Cr材料來生產(chǎn)輥輪,這樣才能保證輥輪工作過程中不會(huì)產(chǎn)生較大的損傷。
對于型鋼的結(jié)構(gòu)參數(shù),在進(jìn)行矯直工作之前需要將其輸入到矯直機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件操作界面上,然后將鋼件的規(guī)格輸入到控制界面的對應(yīng)位置就能夠得到對應(yīng)的矯直機(jī)矯直工作結(jié)構(gòu)參數(shù),像輥距為1200mm,輥輪的數(shù)量時(shí)7根,型鋼圓鋼的直徑為150mm,工字鋼的規(guī)格為190×500mm時(shí),矯直機(jī)的矯直速度需要控制在0.8到2.5m/s。通過對軟件進(jìn)行操作能夠得到以下結(jié)果:首先是上述輸入的數(shù)據(jù)內(nèi)容,會(huì)在矯直機(jī)的計(jì)算機(jī)控制軟件的對應(yīng)位置進(jìn)行顯示,通過對計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),該軟件的計(jì)算結(jié)果是較為準(zhǔn)確的,且在操作的過程中簡單易懂,方便了施工人員的操作。而在進(jìn)行實(shí)際的施工操作過程中,型鋼矯直的軟件設(shè)計(jì)需要根據(jù)軋鋼的機(jī)械設(shè)計(jì)要求作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),然后通過對施工現(xiàn)場的實(shí)際施工工藝對輥式型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)方法提供有效的數(shù)據(jù)參考和操作方法。
通過對上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)可以發(fā)現(xiàn),通過計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算能夠準(zhǔn)確的得到輥輪的數(shù)量以及輥距,這樣滿足了型材矯直工作中的加工需求。而對于軟件計(jì)算得到的矯直加工速度,在進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)過程中,矯直速度需要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求以及型材的材料等進(jìn)行一些簡單的調(diào)整,保證矯直機(jī)能夠滿足生產(chǎn)需求。在進(jìn)行型鋼鋼件的矯直工作時(shí),計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算只能作為一個(gè)重要的參考,實(shí)際的矯直速度和矯直方法需要根據(jù)型鋼的材料和彎曲性等進(jìn)行綜合的計(jì)算,通過理論聯(lián)系實(shí)際的方法來對矯直機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。通過這種方法能夠減少傳統(tǒng)工藝中的數(shù)據(jù)差值,且通過計(jì)算機(jī)軟件得到的數(shù)據(jù)對矯直機(jī)的設(shè)計(jì)提供了有效的參考,保證了矯直機(jī)的工作效率。
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穆星宇/1980年生/女/滿族/遼寧錦州人/碩士/機(jī)械工程師/研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD/CAM技術(shù)與應(yīng)用