（机械工程专业论文）ld120五辊冷轧管机管坯顶盘运行间隙的调整研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! 蔓, , i l 、! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 皇! 自! 皇! ! ! ! ! 曼! ! ! ! s ! ! 自! ! ! ! ! 鼍! ! ! ! 皇 l d - 12 0 五辊冷轧管机管坯顶盘运行问隙的调整研究 专业：机械工程 硕士生：荣喜臣 指导教师：段志善教授 摘要 l d - 1 2 0 五辊冷轧管机的主要传动执行部件有主电机、皮带传动系统、回转送进箱、 中间床身、主传动系统。来自主传动的动力经圊转送进箱传递给光杆、丝秆执行机构， 通过管坯顶盘将待轧钢管送入主机头轧制成型。管坯项盘与中间床身滑轨工作面之间的 间隙很大程度上影响着待轧钢管的成型质量。 本文介绍了l d - 1 2 0 五辊冷轧管机轧制的工作原理及其主要部件性能，架分析了管坯 顶盘及活动托与中间床身滑轨工作面之间的间隙的影响因素及调整方法，并通过计算解 决了间隙的调整量问题。 关键词：管坯顶盘活动拖架中间床身光杆丝杆 间隙 轧制调整 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学硕士学位论文 o p e r a t i o ng a pa d j u s t m e n t sr e s e a r c hf o rt u b eb l a n kt o pt r a yo f l d - - 1 2 0f i v e - h i g ht u b ec o l dr o l l i n gm i l l s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a le n g l n e c r i n g m a s t e r ：r o n gx i c h e n h l s t r u c t o r ：d n a nz h i s h a n t h em a i nd r i v ea c t u a t i n gp a r t so fl d - 1 2 0f i v e - - h i g ht u b ec o l dr o l l i n gm i l l si n c l u d et h e m a i nm o t o r , b e l td r i v i n gs y s t e m ，r o t a r yf e e d - i nc a s e ，i n t e r m e d i a t eb e da n dm a i nd r i v i n gs y s t e m p o w e rf r o mt h em a i nd r i v ei st r a n s f e r r e dt ot h ef i n i s h i n gr o da n dl e a ds c r e wd r i v ea c t u a t o r t h r o u g ht h er o t a r yf e e d i nc a s e t h et u b et ob er o l l e di ss e n tt ot h em a i nd r i v ee n dt h r o u 【g ht h e t u b eb l a n kt o pt r a yf o rr o l l i n g t h eg a pb e t w e e nt h et u b eb l a n kt o pt r a ya n di n t e r m e d i a t eb e d s l i d e rf a c ei n f l u e n c e st h et u b ef o r m i n gq u a l i t yg r e a t l y t h ep a p e rh a si n t r o d u c e dt h ew o r k i n g p r i n c i p l eo ft h el d 一1 2 0f i v e - l l i g ht u b ec o l dr o l l i n gm i l la n d t h ep e r f o r m a n c eo fi t sm a i np a r t s a n dh a sa n a l y z e dt h ea f f e c t i v ef a c t o r sa n da d j u s t m e n tm e t h o do ft h eg a pa m o n gt h em o v e a b l e b r a c k e t ，i n t e r m e d i a t eb e ds l i d e rf a c ea n dt o pt r a yo ft u b eb l a n k ，a n dh a ss o l v e dt h eg a p a d j u s t m e n tp r o b l e mt h r o u g hc a l c u l a t i o n k e y w o r d s ：t u b eb l a n kt o pt r a y , m o v e a b l eb r a c k e t ，i n t e r m e d i a t eb e d ，f i n i s h i n gr o d ，l e a d s c r e wd r i v e ，g a p ，r o l l i n g ，a d j u s t e n t p a p e rt y p e ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h i i 声明 y - 8 4 1 8 8 1 本人郑重声明我所呈交的沦文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中 特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它 单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工 作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实这处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 耘臣 日期：一2 形一耐 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以彩影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：，糯导师签名彦拗日期：魂彤歹 注：请将此页附在论文首页 西安建筑科技人学硕士学位论文 1 绪论 1 1 国内外冷轧管机的发展概况及发展趋势： 1 1 1 国外冷轧管机的发展 目前，对周期式冷轧管机进行研制、生产的最主要的两个国家是德国和俄罗斯。 德国对周期式冷轧管机的研究：德国至1 9 3 5 年发明冷轧管机以来，到现在已制造近 5 0 0 台这类冷轧管机。研制和生产的厂家是曼内斯曼德马克梅尔公司。该公司开始只生 产短行程k p w 型冷轧管机，1 9 5 6 年研制出k p ? 一m 型高速短行程冷轧管机，1 9 5 9 年研制山 k p y 一v m 型高速冷轧管机。 ( p y - v m 型冷轧管机采用立式重锤平衡系统来补偿轧机机架往返 运动中产生的惯性力和惯性力矩，从而使机架运行平稳，往返行程次数增加1 倍。1 9 6 7 年该公司又研制出k p w v m r 型整体辊环高速长行程冷轧管机，轧辊的回转角度由1 7 5 。 提高到2 4 5 。，从而使轧制送进量有所提高。1 9 8 1 年又推出s k y l 型高速长行程冷轧 管机。s k w v m r 型冷轧管机的特点是：轧辊的回转角增大到2 7 0 。，行程加长，回程也实 施变形，从而提高了轧制效率；芯棒承受的压力降低，轧辊的寿命增长，成品的精度提 高。近几年该公司又研制开发了两个新系列的冷轧管机，即k p w l 8 2 5 h m r k 型和 k p w s o 一7 5 d i r k 型。h m r k 型冷轧管机的丰要特点：( 1 ) 采用行星陆轴传动的主传动装置， 该装置具有垂直布置的轴和平衡配重l 三l 及力矩平衡系统。( 2 ) 地坑浅，整台轧机布置在 地面标高或略低于地面标高位置。( 3 ) 轧机机架直接安装在曲轴传动装置上，没有连杆。 ( 4 ) 齿轮润滑剂与轧辊油( 乳化液) 完全分隔开。( 5 ) 可从侧面快速而简便地更换轧辊 部件，齿条布置成回转式。( 6 ) 开关传动机构用单个伺服电机进行电子控制( 取代了机 械换档) 。( 7 ) 用操作台上的对讲键盘可预选开关动作。d m r k 型冷轧管机的主要特点：( 1 ) 带有水平轴的主传动装置具有合适的配重平衡系统。( 2 ) 地坑浅，曲轴传动装置布置在 一浅地坑里。( 3 ) 轧机机架位于曲轴传动装置前端，用连杆连接。( 4 ) 齿轮润滑荆与轧 辊油( 乳化液) 完全分隔开。( 5 ) 机械开关装冕采用多台电子刊步直流电机驱动。( 6 ) 可采用机械方式支撑的侧面换辊装置。 俄罗斯对周期式冷轧管机的研制：俄罗斯从1 9 3 4 年开始研制周期式冷轧管机，生产 厂为莫斯科电钢城重机厂。该厂从1 9 5 8 年开始生产x i i t 系列冷轧管机，至今，己生产 4 0 0 余台，其中出口l o o 余台。x i i t 系列冷轧管机的特点是：采用烈回转管坯的轧制流 程，通过带变断面孔型轧槽的轧辊在锥型或曲线型芯棒上往复移动而实现金属变形。轧 程，通过带变断面孔型轧槽的轧辊在锥型或曲线型芯棒上往复移动而实现金属变形。轧 西安建筑科技大学硕士学位论文 辊在机架接近工作的前极限位置时管坯与轧槽脱离接触，当机架移动到后极限位置时， 实现管坯送进及管坯回转：在机架的前极限位置上，管坯只进行回转。此即所谓双回转 式轧制方案。轧制薄壁管材时，轧管机只在： 作机架前进时实现压下轧制，返回时为平 拯阶段。将正行程轧制的一段管坯弹性恢复的金属平整一下。 1 1 。2 国内冷轧管机的发展 我国周期式冷轧管机的研制始于2 0 世纪6 0 年代初，主要是消化吸收x i i t 类型的冷 轧管机，近l o 年来，国产周期式冷轧管机在结构和进度上有较大的改进和提高。与国外 冷轧管机相比，轧机结构简单，工作行程短、轧制变形小、生产效率低，回转、进给部 分与国外差距较大。代表厂家有洛阳矿山机械厂、西安重型机械研究所、宁波机床厂、 温州永得利机械设备制造有限公司等。其中温州永得利机械设备制造有限公司研制的双 线长行程冷轧管机生产效率比单线轧机提高约8 0 ，生产成本降低约4 0 ；采用长行程环 孔型、双复合曲线工模具，增强了变形能力，纠偏能力达7 0 ，成材率提高到9 7 ，特别 适宜轧制不锈钢管。 1 1 3 用高新技术改造传统的轧钢生产 2 0 世纪轧钢领域的重大技术进步主要体现在信息技术的应用，如a c c 、a w c 、a f c 、 板形检测与控制、激光测速、在线智能化产品质量检测，以及人工智能控制方法的应用， 使轧钢生产达到了一个全新水平。随着信息技术的发展，信息网络的建立，并与系统科 学相结合，将实现轧钢生产过程的优化和高品质化。计算机数值模拟已成功地代替了大 部分轧制物理模拟，并由轧件尺寸形状预报转到金属组织性能预报和控制。虚拟技术的 发展和应用，将使轧制试验研究、轧机设计、工厂设计虚拟化，达到更加直观和可行。 1 1 4 轧制过程的柔性化生产 板带材连轧中压力调宽和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制：棒、 线材生产中也实现了部分规格的自由轧制；冷弯、焊管生产也可实现自由规格生产。从 而使轧钢生产规格尺寸的柔性化技术有了很大进展。随着“新一代钢铁材料”研究的进 展，将使一些典型钢号的性能提高1 2 倍，从而使钢材性能的柔性化生产有了可能，即 用同一化学成分的钢坯，在轧机上通过工艺过程参数的控制，生产出不同级别性能的钢 材。 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 5 延伸钢材深加工技术 冷轧工序的主攻方向是：提高成材率，降低辅料消耗。为了提高钢材使用寿命和有 效利用率，减少钢材消耗量，需要大力开发各种防腐性能好的钢材，大力开发深加工产 品，如：冷弯构件、各种冲压件，以及近终形零部件生产的开发研究，把钢材生产延伸 到使用和服务。 1 2 本课题研究的目的、意义、作用 l d 一1 2 0 五辊冷轧管机是目前国内最大规格的多辊冷轧管机，用于生产中4 0 一中1 2 0 精密管材。该轧机采用摆杆式回转送进系统，主传动采用气囊离合装置和重锤摆杆平衡 机构，管坯工送进和回转采用光杆、丝杆执行机构。具有对长管坯进行长行程轧制的特 点且运行平稳、噪音小、轧速高、生产产品质量好。 l d 一1 2 0 五辊冷轧管机，是多辊轧机的代表之一。通过管坯顶盘带动待轧钢管回转和 送进，经主机头与主机架的相对往复运动，完成轧制工艺过程。冷轧时，s l $ j 速度、轧 制道次、压下率、轧制油、轧辊材质及表面精度等都会对钢管表面质量产生影响。本文 着重对中间床身内箱形滑轨与管坯顶盘工作面之间的间隙影响产品的轧制质量进行分 析。由于中间床身滑轨及传动光杆、丝杆的制作形位公差难于控制，在某种程度上加大 了管坯顶盘的运行精度。因为间隙的存在对冷轧管机轧制的影响具有普遍性和必然性， 国内很多设计和制作单位对此纷纷采取措施进行精度控制，以使其满足设计和使用要求， 但仍没有一个具体的数据能满足各类轧机的需要。本文以类比法为导向，试验法为基础， 计算法为参考对管坯顶盘及活动托架与中间床身箱形滑轨工作面之间的间隙进行调整。 通过分析计算，对中间床身箱形滑轨工作面与管坯顶盘及活动托架之间的间隙进行了定 性和定量的测定。在生产实践中，管坯顶盘问隙的调整除考虑制作和安装等影响因素外， 还应考虑轧制中心线与床身中心线是否在公差允许范围内。同时借助互换法，以修配法 为依据对管坯顶盘运行间隙进行计算修磨，使其符合使用要求。采用修配法对管坯顶盘 和中问床身滑轨工作面进行修磨，从另一个角度考虑相对降低了管坯顶盘及床身滑轨的 制作公差，降低了加工成本，同样能使设计装配精度得以保证。 3 2 1 工艺参数 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 工艺参数、机械参数、技术参数 序号 名称数量单位 1 管坯外径巾4 5 0 1 2 8 毫米 2 管坯壁厚( 厚壁分两道轧制) 6 2 5 毫米 3 管坯长度 3 0 0 0 1 0 0 0 0 毫米 4 成品管外径 m 4 0 中1 2 0 毫米 5 成品管壁厚 1 2 0 毫米 6 总延伸系数 3 毫米 7 最大轧制力 5 5 6 0吨 铝铜合金，碳钢，1 c r l 8 n i 9 t i 8 管坯材质 等不锈钢 2 2 机械参数 序号名称 数量单位 1 机架连杆长度 3 2 0 0 毫米 2 平衡连杆长度 2 4 4 5 毫米 3 摆锤连杆长度 2 4 4 5 毫米 4 曲轴半径 5 0 0 毫米 5 曲轴中心线与轧制中心线偏移量( 错距) 2 8 0 毫米 6 主机头行程长度1 0 0 4 毫米 7 主机头工作行程次数 4 5 一1 0 0 次分 8 送进量 1 一l o 毫米次 9 回转角 4 l 。5 0 度次 1 0 管坯顶盘快进、快退速度 1 2 4 2 米分 1 l 面对出料口时管予的旋向顺时针 1 2 送进丝杆( 2 根) t r 8 0 4 8 ( p 1 6 ) 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 型号 z 4 3 1 5 2 1 转速5 0 0 1 0 0 0 r m 1 1 3 1 3 主电机额定电压4 4 0 v 额定电流4 1 3a 额定功率 1 6 0k w 1 4 管坯顶盘最大行程 1 0 0 0 0 毫米 1 5 轧机中心线标高 + 9 0 0 毫米 管坯顶盘型号 y 1 6 0 m 2 8 快速退回 转速 7 2 0 r m l n 1 6 电机 额定电压 3 8 0 v 额定电流 1 3 3a 额定功率 5 5k w 推管小车推管行程 1 4m 1 7 推管速度 1 1 8 m m l n 推管装置减速机型号 x w e d c l 5 8 1 5 4 c - 1 2 1 用电机、减减速机速比 1 2 l 速机 电机型号y e j 9 0 l 一4 1 8 电机功率 1 5k w 电机额定转速 1 4 0 0 r m l r l 电机制动力矩1 5 n m 2 3 相关技术参数 ( 1 ) 液压站参数： 1 ) 油泵电机组型号 l o s c y y 1 0 0 l 2 4 2 ) 额定压力8 m p a 3 ) 额定流量 1 6 l m i n 4 ) 电机功率3 k w 5 ) 电机额定转速1 5 0 0 r m i n 西安建筑科技大学硕士学位论文 6 ) 油箱体积0 2 5 m 3 7 ) 液压站台数两台( 装料区、出料区各一台) 主传动润滑用油泵站： 齿轮油泵型号 额定流量 额定压力 驱动电机功率 电机额定转速 系统压力 油流信号器 c b 2 4 0 4 0 l l m i n 2 5 m d a 3 k w 1 4 0 0 r m i n 0 3 0 4 m p a 型号y x q - 2 5 电压1 2 v 电流0 0 5 a 功率0 5 w ( 3 )主机头轧制用工艺冷却站： 1 ) 油站型号x y z 一1 2 5 2 ) 额定流量 1 2 5 l m i n 3 油站电机功率( 2 台) 2 5 5 k w 4 ) 电加热器功率( 3 只) 3 8 k w 5 ) 冷却水耗量6 m 3 h 6 ) 系统压力0 3 - 0 4 m p a 7 ) 油流信号器 型号y x q 一2 5 电压1 2 v 电流0 0 5 a 功率0 5 w ( 4 ) 回转送进箱润滑用机床电泵： 1 ) 油泵型号j c b 2 2 2 ) 油泵功率 1 2 5 w ( 5 ) 回转送进箱内电磁离合器 1 )型号d l m 3 6 4 2 )额定扭矩6 3 0 n m 3 )额定电压2 4 v ( d c ) ( 6 ) 气囊离合器 1 )型号l t l 0 7 0 2 0 0 0 2 ) 额定扭矩 7 9 5 0 0 n m 6 ，d”驺 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 ) 气囊离合器所用电磁阀 4 ) ( 7 ) 1 ) 2 ) ( 8 ) 1 ) 2 ) ( 9 ) 1 ) 2 ) ( 1 0 ) 1 ) 型号k 2 4 j l 2 0电压2 4 v ( d c ) 气源压力0 5 - 0 7 m p a 管坯测长装置图尔克编码器 型号e h 8 8 p 5 0 0 2 8 2 4 l 3 0 3 p r 电压2 4 y ( d c ) 主传动电机所带图尔克编码器 型号e h 8 8 p 5 0 0 2 8 2 4 l 3 0 x3 p r 电压2 4 v ( d c ) 主机头精确停车图尔克传感器 型号e h 8 8 p 5 0 0 2 8 2 4 l 3 0 3 p r 电压2 4 v ( d c ) 出料台架 升降辊道参数 升降辊道尺寸 升降辊个数 2 ) 锯切辊道 3 ) ( 1 1 ) 1 ) 中2 0 0 0 1 2 0 2 4 0 1 5 个 锯切辊道尺寸( p 2 0 0 q ) 1 2 0 2 4 0 主动辊个数7 个 被动辊个数7 个 主动辊电机直联型减速机型号 y g x l 3 2 m2 2 - 2 5 减速机速比 i = 2 5 直流电机型号 y g a g l 3 2 m 直流电机功率 1 7 k w 直流电机转速8 3 0 r m i n 主动辊辊面线速度1 6 6 7 m m i n 金属带锯 型号：g b 4 0 4 0 金属带锯床 压下斜契 j 行程1 5 m m 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 ) 3 ) ( 1 2 ) 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) ( 1 3 ) 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) 斜度 1 ：2 0 调整压下量0 7 5 2 = 1 5 m m ( 直径方向) 轧辊架分档( 按成品管外径) 0 4 0 一巾6 0 一个轧辊保持架 巾6 1 - 0 8 0 一个轧辊保持架 q ) 8 1 一巾1 0 0 一个轧辊保持架 1 0 1 一巾1 2 0 一个轧辊保持架 轧辊名义直径 ( p 4 0 一中6 0 的轧辊d o = 2 5 0 m m 0 6 1 一0 8 0 的轧辊d o = 2 7 0 m m m 8 卜m1 0 0 的轧辊d o = 2 9 0 m m 中1 0 1 - 中1 2 0 的轧辊d o = 3 1 0 r a m 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 轧制工艺过程 根据生产工艺做好相关设备轧辊、滑道、摇杆、半顶套、芯棒、芯棒杆、卡爪、 芯棒托辊、上料推杆、送进量、成品管出口导套、出料辊等调整点的调整工作。将经过 工艺处理并清理整理好的管坯存放在上料台架上。把台架上待轧的管坯通过油缸项起滚 入推管中心线( 轧制中心线) 长管靠四个油缸，短管靠两个油缸。打开芯棒卡盘，降下 芯棒托辊，抬起芯棒润滑装置油嘴( 机头处于停止状态) 。开动推管装置，将管坯套入芯 棒杆，穿入芯棒卡盘、回转送进箱，一直将管坯推送到管坯卡盘前端，并立即退回推头， 装入半环顶套。升起芯棒托辊，使其处于轧制线上，芯棒卡盘将芯棒杆夹紧。把芯棒杆 润滑装置的油嘴对准芯棒杆进油口并压紧。若为第一根管坯或管坯较短，管坯头达不到 轧机的后死点处，可开动快速推进小车将管坯先行推送到待轧的后死点处。使气囊离合 器处在结合状态，启动电机，从低速升到工艺规定的轧制速度，开始轧制。如果在轧制 过程中需要停机时，则可把气囊离合器换向，由结合状态切换到制动状态，而主电机不 必停止下来。当管坯卡盘到达前极限位置时( 规定行程) 时，首先碰上第一个行程开关， 使主机( 主电机) 减速，最后达到准确停车，既气囊离合器由结合状态切换到制动状态。 此时就应该打开回转送进箱内电磁离合器，开动快速传动电机，退回管坯卡盘，取下半 圆环。此时就可以按照上道工序程序继续第一根、第二根的轧制。 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 4 轧制工作原理及影响因素 l d 一1 2 0 五辊冷轧机主机头有5 个轧辊构成孔型，轧辊在相应的滑道上作往复运动。 管坯插在芯棒上由管坯项盘顶送通过管坯顶盘上光杆、丝杆的运动带动管坯送进和回 转。主机头与摇杆的上连杆相连，轧辊架及导架与摇杆的中连杆相连，主机头与轧辊架 相对运动，使管坯轧制、放松，放松后进行送进和回转，由此管坯受到碾压变形。可见 轧辊、滑道、芯棒是影响钢管尺寸精度与表面质量的主要因素。( 附图一) l d t 2 0 轧制原理圈( 附图一) 1 一滑道2 一轧辊3 一管料4 一葚棒5 一调整斜锲 4 1 轧辊孔型的影响 为了顺利进行轧制和避免管坯金属不致强烈地流入管缝丽损伤钢管表面，需在轧辊 孔型的侧壁上加工一个开口角。但这样处理会造成轧制过程中一部分金属得不到碾压， 产生不均匀变形。不均匀变形会直接影响成品管的壁后公差壁厚公差与外表面质量，不 均匀变形的程度n 可表示为 n = ( 3 6 0 。一6 f ) 3 6 0 。 式中，为开口角 一般地说，1 1 值越小，不均匀变形越大。但在n 值变化的同时，变形区的形状也要 发生改变，因而又使不均匀变形的程度减小。研究不均匀变形的实质，是研究孔型侧壁 开口角f 和开口斜度值，f 与与管料的材质和变形程度( 减径量、减壁量) 等多种 因素有关。 l o 西安建筑科技大学硕士学位论文 4 2 滑道工作面的影响 滑道是实现管坯变形的重要工具，滑道的设计和制造质量，特别是工作面的质量会 直接影响钢管质量。如附图二所示滑道工作面分四段，依次为回转送进段、压型段、平 整段( 定径段) 、倒锥。 在回转送进段因滑道与轧辊脱开，轧制力与回转送进力无关，回转送进力f = f + 厶 其中f 为芯棒与钢管之间的摩擦力，厶为管坯顶盘、活动托架与中间床身滑轨摩擦力之 和。 倒熊凰垩噩丑 ：压型压 回疆送进盛 滑道工作面示意图( 附图二) 压型段和定径段为工作段，压型段在s l n 力的作用下轧辊将坯料迅速压制到芯棒上 进行挤压变形( 芯棒与坯料单边间隙为1 - - - 3 毫米) 。定径段在轧制力的作用下使坯料成 型。 定径段长度l = k m un 式中k 为精整系数( 一般取4 6 ) ；m 为送迸量，咖；u 为总延伸系数 冷轧是在再结晶温度以下进行的，因而在轧制过程中金属要发生强化，弹性增加。 为了消除弹性回跳，进一步消除印花，滑道工作面的倒锥n 取0 2 0 0 5 0 m m 时的效果好。 4 3 芯棒对钢管质量的影响 轧制时，芯棒与管坯内表面接触，芯棒尺寸的选取对成品尺寸精度有很大影响。在 生产薄壁管时，根据多辊轧管机芯棒设计经验公式：芯棒直径d = 成品管内径一a 。这里 的取值范围为0 0 3 0 2 5 m m 。轧大直径管时取上限值，轧小直径管时取下限值。 1 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 4 4 主机头行程( 附图三) 主机头行程示意图( 附图三) 行程l 2l 1 - l + r ) 2 - e 2 一几丽 l 为连杆长度；r 为曲柄半径；e 为轧制中心线与曲柄中心线距离( 错距) 西安建筑科技大学硕士学位论文 5l d - i2 0 五辊冷轧机主要部件的结构性能 5 1 主机头 主机头主要件为厚壁的圆形套筒，具有足够的强度和刚度，足以承受轧制压力。套 筒内等分地安装了五个环状孔型的小轧辊，辊道由轧辊架和轧辊盒维系着，有供支撑辊 颈滚动的带有孔型曲线的滑道。在套箱的一端装有能对滑道进行微量径向调准的带有1 ： 2 0 斜度的调准斜契。 套筒的一端的上方固定有斜支座，它与摇杆系统的上连杆以绞轴相连接，从而带动 整个摇杆系统随主机头同步运动，斜支座上装有供调节用的刻度。 主机头套筒固定在滑架体小车上，滑架体两侧做出轴孔，用绞轴与大连杆相连接， 把曲轴的运动通过大连杆传给主机头。为使主机头的往复运动更加平稳，滑架小车底部 两侧设有1 l o o m m 长的“l ”形滑道，适于高速平稳运行，“l ”形滑道面上设有油沟，直 接通油达到良好润滑。 为使成品管达到m 4 0 巾1 2 0 m m 的范围，并能生产合格的精密优质冷轧管材，把轧 辊架分为四档：m 4 0 吐) 6 0 m m ，q ) 6 1 d ) 8 0 r a m ，0 8 1 o l o o m m ，中1 0 1 m 1 2 0 m m ，各档 分若干组，每组均配有相同的五个轧辊。 5 。2 摇杆机构 摇杆机构的作用是使主机和轧辊保持架在往复运动过程中形成相对运动。通过摇 杆机构上各调整点的有效调整，使之形成一个与轧辊( s l $ j 半径) 有关尺寸严密配合的 s l $ j 过程使轧辊保持纯滚动状态。当轧制不同规格的管子时按摇杆机构调整表调整其比 例关系。 西安建筑科技大学硕士学位论文 摇杆机构调整表 向左 2 4 0 6 3 l3 8 01 0 4 9 2 2 05 6 1 3 6 09 6 9 2 0 05 0 93 4 08 9 3 1 8 0 4 5 83 2 08 。3 5 1 6 04 0 63 0 07 7 6 1 4 03 5 52 8 07 1 9 1 2 03 0 32 6 06 6 5 向右 2 4 01 9 13 8 03 3 2 2 2 01 7 73 6 03 0 6 2 0 01 6 13 4 02 8 6 1 8 01 4 43 2 02 6 4 1 6 01 2 83 0 02 4 5 ， 1 4 01 2 22 8 02 2 7 1 2 00 9 62 6 02 1 0 手柄位置 r xs xr xs x 注：r x 为调节半径，s x 为送进量 5 3 主机座 主机座为一个焊接结构开口的大箱体，前端与主传动机座相连接，后端则与中间 床身相连接，摇杆机构的支交点则固定在机座后端的中部，机座内设有两条支撑主机头 运行、长度为2 1 1 0 衄的滑轨，机座内设有润滑系统，对轧辊、滑道、保持架和管坯进行 有效冷却润滑。 1 4 曲安建筑科技大学硕士学位论文 6l d - 12 0 五辊冷轧机传动系统工作原理及其主要执行机构 6 112 0 轧机传动系统工作原理： 来至主传动轴的动力输送至回转送进箱，当凸轮轴在某位置时，通过齿轮传动，动 力输送给丝杆执行机构，使输送小车( 管坯顶盘) 回转送进。在停机上料时，由快退快 进电机带动，电磁离合器( 回转送进箱内) 得电时快进( 快退) ，在电磁离合器失电时为 轧制时的回转送进。 6 2 主传动： 主传动为一带动曲轴的大箱体。传动曲轴为一双曲拐半径r = 5 0 0 的传动轴，在曲 轴上装有两根长度为3 2 0 0 m m 的大连杆，它带动主机头作往复的轧制运动，同时在同一曲 轴上还装有长度为2 4 4 5 m m 的两根平衡连杆，它维系着垂直于地坑的平衡重，使传动更为 平稳，减低惯性力矩。 在传动轴的一侧装有速比为i = 3 5 6 3 x5 4 3 0 = 1 的一对直齿轮和一对螺旋伞齿轮。 把主传动曲轴的旋转运动同时也送到回转送进机构中去。 。 在主传动箱底部则开通着两个能伸出平衡连杆的窗口，使平衡重吊装在平衡连杆 上。均约束平衡重在运行过程中过大的摆幅，地坑内有设有长为2 4 4 5 m m 的连杆，水平绞 支在支座上，它的上下垂直摆角为1 1 8 。，最大偏离中心线s = 5 1 6 7 m m ，有效地消除 了机械振动。在平衡重地坑内还设有平衡重安装和维修用的小车和轨道，安装完毕应把 小车约束在支座上，防止滑到平衡重的下方，妨碍工作，发生故障。地坑内、四壁和底 面应涂以防油防渗漏的涂料，由主传动箱漏入的润滑油全部被收集到地坑油槽内，供齿 轮油泵循环供油润滑。 主电机为一台直流电动机，型号：z 4 3 1 5 2 1 ，功率：1 6 0 k w ，转速：5 0 0 1 5 0 0 r m i n 要求带图尔克( t u r c k ) 编码器e h 8 8 p 5 0 0 z 2 4 l 3 0 3 0 0 p r ( 2 4 v d c ) 。主电机功率通过1 2 根s p c i 2 5 0 0 窄形三角皮带带动一对皮带轮，速比为2 0 0 0 4 4 0 = 4 5 4 5 。主电机底座对主 电机装置可以有2 0 0 m m 的调整范围，便于调节皮带传动松紧程度。整个主电机装置被安 放在地坑内，而大皮带则处于地面上，它由皮带罩护着。 气囊离合器是一种具有大制动力矩的制动离合器。它有两个气囊标准部件组成。当 倒动用气囊冲气时，紧紧抱住传动轮，带动曲轴工作j 此时制动用气囊则处于放气松开 状态。如果要停机制动，也就是要主机头和回转送进机构均处于停止状态时，传动用气 1 s 西安建筑科技大学硕士学位论文 囊则处于放气松开状态，而制动用气囊则处于充气状态，紧紧抱住制动轮。其实制动轮 固定在曲轴回转轴上，传动气囊固定在大皮带轮上，组成一体的旋转体。这样就可以实 现不必停开主电机而随意停开轧机，从而使大功率的主电机减少冲击，运转更为平稳正 常。 6 3 回转送进机构： 本回转送进机构为一减速箱型的凸轮超越离合器机构，由主传动曲轴分配出来的 与传动曲轴同步的旋转运动通过传动长轴送入到回转送进箱( 凸轮的旋转运动与带动主 机头往复轧制运动的曲轴完全同步) 。其输出运动为间歇动作，在一个轧制周期中最多只 能有1 3 时间进行回转送进动作。如果轧机主机头往复次数为6 0 次分，则回转送进时 间为1 3 秒，轧制速度越高，则回转送进动作时间越短，启、制动惯性就越大，冲击是 难于避免的。 安装时要注意：当主机头处于后死点位置时，调节摆杆应处于向右摆动过程中( 面 对出管方向看) ，达到中间垂点位置之上，连杆被向右拉动，也就是超越离合器被锁紧， 带动向右( 顺时针) 旋转，实现正常的回转送进动作。此时凸轮摆杆滚轮处于凸轮舞程 曲线的中点。为保证达到这一结果，可以把传动长轴上的齿轮联轴器拆开，旋转调节到 位在合上，就完全可以实现上述要求。 在超越离合器的轴头上装有可调节制动力的制动带，以减小或消除由于惯性所造 成的打滑，使送进量和回转角出现偏差，失去正确性。凸轮的旋转使摆杆获的有规律的 摆动，经过连杆、超越离合器、齿轮分送出去。调节摆杆的半径和齿轮的速比，可获得 l - l o m m 无级可调的送进量。同送进系统的原理一样，它的回转角不变，为4 l 。5 0 ，所 以它的摆杆是不可调的，也不变速。 由于冷轧管的送进动作是问歇单向性的，要把管坯顶盘快速退回或前进，就需要 启动快速系统。它有设在回转送进箱外的一台5 5 k w ，7 2 0 r m i n 电动机通过一对三角皮 带轮，通过电磁离合器切换凸轮超越离合器送进系统，把运动传给丝杆，实现管坯顶盘 的快速进退。 6 4 传动长轴结构： 传动长轴由两段组成，中间用连轴器相连接，总长1 2 5 米。传动长轴右端马主传 动输给回转送进机构的出轴相连接，左端则与回转送进箱上的输入轴相连接。它的连轴 1 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 器采用齿轮连轴器，通过齿轮连轴器啮合位的转动调节，使主机头的往复运动与回转送 进机构的间歇运动达到有机的配合。既它把主传动分送出来回转运动由传动长轴直接传 送到回转送进箱内的凸轮上，使主传动曲轴与凸轮的旋转固定为1 ：1 的关系。 6 5 中间床身结构： 中间床身分两段制作安装，前端与主机座相连接，后端与回转送进箱相连，也就是 以中间床身为依托，把回转送进机构所产生的间歇回转送进动作，可靠地直接传送到主 机头轧制区，实现冷轧工艺规定的轧管生产。它为一槽形的焊接结构形式的箱形滑轨， 其内侧面和内底面为加工面，作为其上运行管坯顶盘及活动托架的轨道。安装时要求床 身中心线( 管坯顶盘中心线) 与轧制中心线重合。 6 6 管坯顶盘结构： 管坯项盘为一个带滑道的小箱型结构，由双丝杆带动前进或后退，由回转轴( 光杆) 带动回转，使待加工管完成送进及回转工艺。其中部装有中空的回转套筒，芯棒杆和管 坯均可队从中间顺利通过。它由上、下顶盘体两部分组成，上顶盘体有光杆孔中7 0 1 1 8 ， 其上有键与光杆相配合。下顶盘体有2 个丝杆孔中1 l o h 8 ，1 个轧管孔，丝杆孔内有螺母 t r 8 0 4 8 ( p 1 6 ) ，螺母与下顶盘体由键固定，与丝杆配合传动。顶盘体内有一对齿轮，当 光杆得到指令有某一摆角时，带动其上小齿轮( m - 6 ，z = 3 0 ) 转过一定角度，小齿轮带动 下顶盘体内的大齿轮( m ：6 ，z = 4 5 ) ，大齿轮套在空心轴上，当轧制工作时，用两个半环 插入中空套简内，半环中间可以通过：啬棒杆，外环则可以顶住管坯前进并带动回转。半 环分为四组0 4 0 0 6 0 、d ) 6 1 中8 0 、d p 8 1 中1 0 0 、中1 0 1中1 2 0 通过顶丝轴承 与空心轴连为一体，按轧制规格更换半环。 6 7 活动托架的结构： 活动托架由上、下托架体及托块组成，有光杆孔、丝杆孔及轧制孔，主要对送进丝 杆、回转轴( 光杆) 、芯棒杆、管坯等起有规律的分合支撑作用，光杆、丝杆孔内垫以衬 套，规格分别为c p 7 0 + o 5 ，中8 0 + 0 5 ，轧制工作时，管坯顶盘前端的三个活动拖架挨次 叠合，而管坯顶盘后面的三个托架则挨次分开，此前后三对托架分别由钢管m 3 0 、中4 2 及圆钢拉杆连为一体，以管坯顶盘两边对称布置。 1 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 6 8 传动丝杆、光杆机构： 丝杆长度1 1 2 米，2 根t r 8 0 4 8 ( p 1 6 ) ，材质为4 5 # 钢，单重为3 6 6 5 k g 。水平地 放置在中间床身内，两端装有轴承支座，既有径向双列球轴承，又有双列推力球轴承， 通过丝杆的传动，带动管坯顶盘和活动拖架把1 0 米长的管坯间歇地送进主机头轧制区进 行轧制。 光杆长度1 1 2 米，1 根中7 0 f 9 ，材质为5 0 m n ，单重为3 3 2 k g 。它为一根带有长键槽 的长轴，它的作用在于丝杆送进管坯的同时，把回转运动也带给管坯，时管坯同时也得 到一个回转送进动作。 西安建筑科技大学硕士学位论文 7 主机头的平衡 来至主马达的动力经过皮带传动输送至曲轴箱经曲柄和双连杆( 上摆杆) 机构，传 递至主机头，与平衡重锤相连的双连杆( 下摆杆) 上部分别与上摆杆相连接。曲轴的旋 转运动经摆杆机构转化为主机头在滑轨上的水平往复运动。主机头正、反行程的往复运 动必然产生周期性变化的惯性力，为了消除和减轻机构惯性力所引起的振动，保证轧制 质量，必须采取措施对机构构件进行合理布置和合理分配其构件的质量。 l d 一1 2 0 五辊冷轧管机主机头的动平衡原理采用曲柄滑块机构如附图四所示，主机 头正行程运动时杆件承受拉力，反行程运动时杆件承受压力，其水平运动惯性力由与曲 柄相连的伞形块的水平分力来平衡，方向始终相反。主机头正行程，伞形块顺时针转动， 主机头反行程，伞形块逆时针转动。伞形块的垂直分力由与下摆杆相连的平衡重锤来平 衡。已知曲柄重量g 、重心s 。上摆杆重量g 2 、重心s 。，主机头重量g 3 求平衡重( 伞形 块) 重量g ，及位置r p 。其计算步骤如下： c 处。 主机头平衡示意图( 附图四) ( 1 ) 、用质量静力代换法将曲柄重力g 。分配到a 、b 处，将上摆杆重量g 。分配到b 、 g 。= ( r s 。) g 。rg 产s ，g 。r + ( l - a ) g ：l g 。= a g 2 l + g 3 ( 2 ) 、求g 、g 。、g 。在运动时产生的惯性力。 g a ：p = 0g b ：p 口= 一g b 【) 2 r g 1 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 g c ： p 扩p g = l + p 薛2 = 一g c 2 r c o s o + r ( c o s 2 0 ) l g ( 3 ) 、为平衡p o ，在曲柄延长线上半径为r 。处加平衡重g ，此时由g c 引起的一、二阶 惯性力p 。，和p 。均未平衡。 g p - g 。r r ，= r g ，s r + g ：( l - a ) l “ ( 4 ) 、为平衡p g b 和平衡p “的一阶惯性力的一部分，在r ，处应加平衡重g 。此时由g 。 引起的二阶惯性力p 。：未平衡。 g p = g ，+ g = r g s ，r + g t ( l a ) l + k ( g 。a l + g 。) r 。 ( 5 ) 、为平衡g r 平衡p 。的一阶惯性力时所剩下的水平分量及由其产生的垂直分量可 采用与下摆杆相连的平衡重锤来平衡。 对于不要求精确平衡的机构，平衡掉p 。和p 。的一阶力的一部分已能满足使用要求。 l d 一1 2 0 轧机采用曲柄连杆机构及地坑式重锤平衡机构，取得了良好的平衡效果。 2 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 8l d 一12 0 五辊冷轧管机管坯顶盘及活动托架与中间床身箱形滑 轨工作面之间的间隙调整( 问题的提出及解决) 8 1 问题的提出 1 2 0 轧机中间床身及回转送进箱安装以轧制中心线为基准，床身及回转送进箱安装 找正完成后，开始安装活动托架及管坯顶盘，活动托架及管坯顶盘侧面、顶面、底面皆 安装有材质为z c u a l 。f e 。的衬板。 a 设计要求顶间隙2 4 0 h 8 f 9 ，其极限偏差计算如下： ( 选基本偏差为f ：得公式e s = 一5 5 d “；i t 8 = 2 5 i 、i t 9 = 4 0 i ) 因2 4 0 在1 8 0 2 5 0 分段计算值区 ( 当d 5 0 0 m m ；i = o 4 5 3 师+ 0 0 0 1 d ( u m ) 。d 为几何平均值) 故d = 1 8 0 2 5 0 2 1 2 1 3 m m ； i = o 4 5 34d + o 0 0 1 d ( u m ) = 0 4 5 3 ，甄丽+ o 0 0 1 2 1 2 1 3 2 8 9 u m ： 查表得：i t 8 = 7 2 u m ；i t 9 = 1 1 s u m ； 计算得：i t 8 = 2 5 i = 2 5 2 8 9 = 7 2 2 5 ( u m ) 7 2 u m ； i t 9 = 4 0 2 8 9 = 1 1 5 6 ( u r n ) 1 1 5 u m 。 e s = 一5 5 d o “= 一5 5 x 2 1 2 1 3 04 1 一5 0 u m ： e i = e s i t 9 = 5 0 1 1 5 = 1 6 5 u m ： e l = o ； e s = e i + i t 8 = 0 + 7 2 = 7 2 u m ： x m a x = e s e i = 7 2 一( 一1 6 5 ) = 2 3 7 u m ： y a n i x = e i e s = o 一( 一5 0 = 5 0 u m ： 故设计顶间隙= o 0 5 o 2 3 7 m m 。 b 设计要求侧间隙7 0 0 玛f 9 ，其极限啸差计算如下： ( 选基本偏差为f ：得公式e s = - 5 5 d “；i t 8 = 2 5 i 、i t 9 = 4 0 i ) 因7 0 0 在6 3 0 8 0 0 分段计算值区内 ( 当d 5 0 0 3 1 5 0 m m ；i = o 0 0 4 d + 2 1 ( h m ) ) 故d = _ 面南蕊o 7 0 9 9 3 m m i i = o 0 0 4 d + 2 1 ( u r n ) = o 0 0 4 7 0 9 9 3 + 2 1 5 u m ： 2 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 查表得：i t 8 = 1 2 5 u m ；i t 9 = 2 0 0 u m ： 计算得：i t 8 = 2 5 i = 2 5 5 = 1 2 5 u m ： i t 9 = 4 0x5 = 2 0 0 u m 。 e s = - 5 5 d 一5 5 x7 0 9 9 3 04 一8