650型钢矫直机文献综述

本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：650 型钢矫直机 学院（系）：机械工程学院 一、课题国内外现状 1. 国外矫直机的发展现状： 在 20 世纪 30-40 年代，国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机 也迅速的发展起来，相应的理论研究也取得了一定的成果。到了 20 世纪 70-80 年代，国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚，矫直技术得到了不 断地改进、 发展和扩充。 英国的布朗克斯BRONX、 德国的凯瑟Kieserling、 德马克Demag以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直 概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、 控制断面形状和尺寸精 度的矫直，提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制 矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。 近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度， 提 高控制水平及改善环境方面。 同时为提高矫直精度和控制水平，开展了对变 形机理、 改进工艺和参数优化等方面的理论研究， 取得了一些具有实用价值 的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多，如Dvide E.Hardt 等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究，以及 Juen A.Robert对圆 盘踞片矫直过程实现自动控制的研究等等。 2. 国内矫直机的发展现状： 我国的矫直技术研究起步较晚， 建国以后， 随着经济建设的需要才有了 对矫直技术的研究。那时，矫直机主要靠进口。从 70 年代开始，许多学者 对辊形设计做了理论和试验研究。在 1980 年,中国金属压力加工学会在衡阳 专门召开了“辊形专题会议”。通过这次学术交流会，产生了等曲率反弯辊形 计算法。到了 80 年代，国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂 矫直技术方面，创造了中国首创的双向旋转矫直法。在 80 年代末，东北大 学的崔甫教授研制了矫直 F200 复合转毂式高精度棒材矫直机，并首先提出 了双交错辊系的新方法。从 90 年代后，我国在赶超世界先进水平方面迈出 了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向 反弯辊形二辊矫直机、 复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等 辊距矫直机等方面有了很大突破，各种矫直机的矫直质量均有突破。 近年来， 我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步，在矫直机械的 研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩， 很多学者开始利用有限元分析 和解析的方法来研究矫直理论本身， 从不同角度建立了矫直状态下的数学模 型，压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面， 正由人工控制逐渐向计算机控制， 由单机控制向全线计算机控制发展，在矫 直机结构设计方面，正在向精密化、大型化发展，老设备格逐渐被淘汰或改 造。 现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动 化的环保型矫直设备。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满 足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。 现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机 的研究和生产上代表了国内的领先的水平， 在棒材、 型材和板材矫直机的研 制上都取得了一定的成绩。 但是， 在取得成绩的同时， 国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要 做，如型材矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平 等等。 二、研究主要成果 1.型钢矫直领域成果概况： 在型材矫直方面， 国外学者重点放在了钢轨矫直，有代表性的是澳大利 亚的 G.schleinzer 的钢轨辊式矫直残余应力的研究一文，通过建立弹塑 性模型，从理论上研究了钢轨矫直过程，通过建立三维有限元模型，全面仿 真了矫直时钢轨内的残余应力变化等， 并结合试验和已有文献，彻底分析了 钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。 文中运用于模型仿真， 很值得借鉴。 比较全面的还有美国的 Vamey的辊式矫直机理 ，以钢轨为例，全面分析 了辊式矫直的过程，残余应力的变化等。俄罗斯学者 volego.I.F 则是从理论 和试验角度，建立了钢轨矫直的数学模型，研究了合理的压下方案，并进行 了试验验证。 型材的矫直都是在辊式矫直机上进行的。 根据各个参数及矫直工艺等的 不同，辊式矫直机也有多种形式，最常见的一种就是平行辊矫直机。它是反 复弯曲式矫直机的一种， 是连续性反复弯曲的矫直设备。它把间断的压力娇 直按变成辊式连续矫直法，从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直 辊， 按递减压弯规律进行多次反复压弯以达到矫直目的。这种方式不仅能显 著提高工作效率，而且能获得很高的矫直质量。 在辊式型材矫直机中，由于悬臂式结构比简支式结构拥有更多的优点， 所以现在国内外的此类矫直机基本上都采用了悬臂式结构。而正在国外，矫 直辊压上式结构也普遍得以开发和应用， 如日本住友公司生产的 1200mm7 辊式型钢矫直机，就是压上式结构，它采用无极调速系统，可针对任意断面 尺寸及材质的工件而选用合适的矫直速度，以保证充分利用设备能力。 2.典型机型机型机器特点： （1）700 悬臂式型钢矫直机 为了解决制约产品质量的瓶颈 ， 提高矫直机的矫直能力， 在 2007 年对 主传动及电气控制部分等进行了改造。 在电气控制方面，由于受原矫直机本 体设计限制无法用再次提高主传动电动机功率的方法来满足客观需求。为 此，采用交流电动机集中驱动方案布置新的主传动系统。其他部分改造，如 压下机构改造：原压下机构压下螺杆支撑为滑动轴承，摩擦阻力较大，承受 轴向力能力较小， 经常发生卡阻。 在改造中选用单向推力球轴承和圆锥滚子 轴承替代原先的滑动轴承对结构也作了改进。又如润滑系统改造：原润滑点 为人工手动加油， 为了彻底消除因润滑不良而造成的设备故障，选用北京中 冶华润公司 ZDRH-2000 型智能集中润滑系统实现润滑远程自动控制，达到 良好的效果。 （2）900 型钢矫直机 为了提高唐钢型材的创效能力,拓宽型钢的产品系列,在既保证现有产品 的矫直质量又节省投资的原则上,唐钢二轧厂研制了 900 型钢矫直机。在开 发材质为 Q345 的 36U、20#角钢时经综合分析采用 900 矫直机比较合理。 900 型钢矫直机具有如下优点： 1)液压横移装置能够实现矫直机整体快速、 平稳移动,可与 800 矫直机有 效利用现有空间和原有附属设备。 2)横梁预应力拉杆通过液压螺母和大螺母施加预应力,较传统蒸汽和电 阻丝预紧更快捷、准确。 3)压下系统由传统的置于横梁内部转变成固定在横梁上部,驱动由横梁 后侧转变至两横梁中间区域,这一设计使检修更加方便、安全,极大地降低劳 动强度和检修时间。特殊的轴套结构使更换和调整蜗杆更省时省力。 4)前压下系统中独特的平衡机构,可以有效消除压下螺丝与压下螺母之 间的间隙,更便于调整。 5)液压捋辊装置具有快速方便的优点,可有效减少换辊时间。 6)先进的电控系统,更方便工人进行调整,节省调整时间提高工作效率。 （3）AM380 型 10 辊型钢矫直机 AM380 型 10 辊型钢矫直机具备连续在线矫直、矫直速度可调(满足主轧线 生产节奏要求)、快速换辊，对小规格产品(58 角钢以下)具备双钢轿直能力 且矫直精度高等技术性能。AM38010 矫直机属于平行辊式小型型钢矫直 机，具有单条/双条冷矫直功能。小型型钢在矫直机中的矫直是利用金属变 形规律，通过平行辊错位多次连续反复弯曲来实现。该矫直机由主传动、上 下辊轴向调整、上辊垂直调整、进出口导卫、润滑系统、辊环及其液压锁紧 装置、替换辊道等部件组成。 （4）上置立式 8 辊矫直机 铁路运输的发展趋势是提高车速，这对钢轨的平直度提出了更高的要 求， 而矫直机则是保证钢轨平直度的关键技术。 重型钢轨矫直设备一直都是 重型机械的薄弱环节， 为此针对这一问题研制的上置立式 8 辊矫直主要应用 于 37.2-75kg/m 的重型钢轨腰部进行矫直，该矫直设备紧凑，矫直效果好， 便于设备维护，保证钢轨的直线度，满足高速火车对钢轨的要求。 三、发展趋势： 综合近些年国内外的研究， 可以看到： 在矫直过程的变形机理方面向精 度定量的方向进一步发展，如：拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力 对矫直的作用等； 在改进矫直工艺及改进矫直设备方面，如采用最佳压下方 案，采用恒功率制度，用振动矫直代替旋转矫直，单独驱动的变辊距矫直是 大型矫直机发展的趋势；在过程控制方面，随着工业控制水平的不断提高， 矫直机电气控制已上了一个新台阶，设备级控制趋向简单化，工厂级监控、 相关设备间联动、智能化控制，已是传动及基础自动化发展的必然趋势。国 内许多学者也都致力于对现行矫直机部分结构的优化设计上。 同时希望通过 优化矫直规程， 提高设备的工作效率。 一些新型技术也获得的长足的发展如： 为了扩大产品品种范围，实现一机多用，近年来国外在型钢矫直机中，大量 采用不等辊距和可变辊距的开式辊式矫直机。为提高矫直速度和矫直精度， 国外采用长尺轧制、长尺冷却、长尺矫直等技术。 型材矫直机采用压上式结构将是未来发展的方向， 因为这种结构将使机 架上部结构更加简化， 操作环境的光线会更好， 在采用吊车换辊操作的时候 可以避免辊子或吊车与机架上部压下装置的磕碰， 减少事故的发生，从另一 角度而言，换辊工作将更加方便。 四、存在问题 虽然我国的型钢矫直技术今年来取得了长足的进步， 但是，随着近年来 大规格品种产量的增加和产能的释放，型钢矫直能力不足的问题非常突出。 型钢矫直效率低，矫直质量差，连续生产性能不佳，生产透明性不高，设备 维修繁琐等问题同世界先进水平仍有一定差距。 例如，U29、20 等大规格品种在工艺上被迫采用提高矫直温度、减少 压下量等措施， 使得成品弯曲度经常集中在临界状态，产品售后质量异议时 有发生。 伴随着这些大规格品种的生产设备本身也暴露了一些问题：电动机 过载保护经常动作辊轴轴承经常抱死；压下系统经常卡阻1。 五、主要参考文献 1 矫庆春，黄晓娟.矫直机矫直辊设计分析J.冶金设备.2005，(3)：2628 2 于凤琴. 平行交错布置型钢辊式矫直机结构参数研究.燕山大学学 报.2007， 3：1 3 高国庆，王家兰.900 型钢矫直机的研制与应用.重型机械.2010，5：1-4； 4 廖斌,刘强.LIAO Bin.LIU Qiang ,型钢矫直机托辊装置的优化与改进期 刊论文-新技术新工艺.2009(11) 5 吕启春，陈建.AM380 型钢矫直机的开发.轧钢.2010，27（4） ：1-3 6 姜晓东，荆留纪.新型钢轨矫直机.一重技术.2002，23 ：1-2 7 任晖，于彩芹，曲非. 矫直机电气控制发展趋势. 一重技术.2002，01， ： 1； 8 董林.STG-12 变辊距型钢矫直机的设计计算.冶金设备.2004，2：1； 9 胡国栋. 轧钢生产工艺及设备M. 燕山大学, 2003 10杨文果， 黄光尚等.700 悬臂式矫直机改造冶金设备管理与维修.2009， 27，5：1； 11 Hale M B,and Hart D E.Modeling and control of a Roll Bedning ProcessJ,To appear in IEEE System Magazine .2000,(36):77-180 12 Hardt D E, Robert M A, and Stelson K A. 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