【正文】 重軌矯正機設(shè)計方案1緒論軋件在軋制，冷卻和運輸過程中，由于各種因素的影響，往往產(chǎn)生各種形狀缺陷。如：鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形缺陷；某些型鋼（如弓字鋼等）的斷面會產(chǎn)生邊緣內(nèi)并，外擴和扭轉(zhuǎn)等。為了消除這些缺陷，軋件需要在矯正機上進行矯正。矯正是重軌生產(chǎn)不可缺少的重要工序之一，對重軌的內(nèi)部質(zhì)量有重大影響。 鋼軌矯正技術(shù)的發(fā)展鋼軌平直度是決定鋼軌使用壽命和影響機車運行速度的重要參數(shù)。各國先進的鋼軌生產(chǎn)廠對鋼軌矯正技術(shù)都十分重視。針對鋼軌的幾種主要平直度缺陷，已開發(fā)出多種矯正方法。 鋼軌的幾種主要平直度缺陷（1）復(fù)合矯正技術(shù)美國惠林匹茨堡公司于1981年設(shè)計出了由計算機控制的雙面矯正機。這種矯正機在水平和垂直方向都有一孔型設(shè)備，在對重軌水平方向用9輥矯正機矯正后，再在垂直面上用8輥矯正機進行補充矯正。曼內(nèi)斯曼德馬克公司設(shè)計的輥式矯正機可對60m長的鋼軌先在水平輥間進行Y—Y方向上的矯正，矯正屈服強度達到1350MPa的70kg/m鋼軌，水平矯正輥在一條垂直軸線排列在軸承箱里，使矯正機布置更加緊湊。（2）拉伸矯正技術(shù)法國洛林鋼鐵公司已取得專利的鋼軌拉伸矯正技術(shù)是在鋼軌兩端施加拉力，使鋼軌的應(yīng)力超過屈服點，將原始長度不同的縱向纖維拉到實際長度相等，其拉伸量由對平直度的要求和拉伸前鋼軌平直度的情況來決定，%~%，那么無論殘余拉伸量多大，鋼軌在水平和垂直兩個方向都能達到合格的平直度。經(jīng)測定，拉伸矯正還可使鋼軌的殘余應(yīng)力降低到理想水平。（3）壓力矯正技術(shù)經(jīng)輥式矯正機矯正后的鋼軌在距軌端約1000mm左右或鋼軌中間會存在局部硬彎（盲區(qū)），難以矯正，這是由輥式矯正機的間距決定的，通常還須采用四面壓力矯正機進行端部矯正。 鐵路發(fā)展對鋼軌的要求 重型軌的要求有關(guān)對重型鋼軌的要求，各國都有相應(yīng)的規(guī)定。如法國鐵路部門規(guī)定，當(dāng)車速在160km/h以上時，應(yīng)采用50kg/m或60kg/m鋼軌；德國鐵路部門規(guī)定，當(dāng)車速在200km/h和250km/h以上時，應(yīng)分別采用54~65kg/m鋼軌和70kg/m鋼軌；日本鐵路通過實測發(fā)現(xiàn)，60kg/m鋼軌的使用壽命與50kg/~；；前蘇聯(lián)鐵路部門規(guī)定，當(dāng)客車速度達140km/h時，在行車密度100對以上的區(qū)間內(nèi)，應(yīng)采用65kg/m鋼軌。我國鐵路部門規(guī)定,在年載貨量5000萬tkm的地段，應(yīng)鋪設(shè)60kg/m鋼軌。各國鐵路鋪設(shè)鋼軌單重變化（以年代劃分）如下：20世紀(jì)50年代：43~50kg/m；20世紀(jì)60年代：49~52kg/m；20世紀(jì)70年代：52~65kg/m；20世紀(jì)80和90年代：中國60~75kg/m，日本60kg/m，法國60kg/m，英國57kg/m，美國68kg/m，意大利64kg/m，波蘭60kg/m，前蘇聯(lián)65~75kg/m。從以上發(fā)展可以看出，鐵路用軌單重隨著提速的要求越來越大，這就加大了重軌矯正的難度，使各生產(chǎn)廠不得不投入力量對精整線進行改造。 高速鐵路對鋼軌的要求鐵路客運提速一直是各國鐵路部門堅持不懈追求的目標(biāo)。世界鐵路客運列車提速的標(biāo)志年代為：20世紀(jì)60年代：200km/h（最高車速）；20世紀(jì)70年代：260km/h（日本新干線）；20世紀(jì)80年代：300km/h（法國最高車速）；20世紀(jì)90年代：515km/h（法國實驗車速）；21世紀(jì)：600km/h（磁懸浮列車）；按速度劃分的鐵路時代為：第一代：車速為200km/h；第二代：車速為250km/h；第三代：車速為300km/h；第四代：車速為350km/h；隨著鐵路列車的不斷提速，各國對鋼軌定尺長度的選擇和所采用鋼種的強度和化學(xué)成分、表面質(zhì)量、耐磨性，以及焊接和平直度方面的要求都有了很大的提高。對平直度方面的要求如下：（1）鋼軌軌端平直度：，；（2）全長平直度：垂直方向上翹最大5mm，水平方向旁彎的彎曲半徑不小于1000m。 對鋼軌焊接的要求由于列車提速和對運行平穩(wěn)要求的不斷提高，各國一直在尋求新的解決辦法。從20世紀(jì)60年代起，鐵路干線開始采用焊接長軌。其方法是先在焊軌廠將鋼軌焊接成250m以上的長軌，而后送到軌排廠預(yù)先裝上軌枕，再用特制的軌排運輸車上的專用設(shè)備進行行走鋪設(shè)。采用這種無縫線路鋪設(shè)方法，20世紀(jì)60年代在全世界鋪設(shè)鐵路4km，70年代鋪設(shè)超過20萬km，到了80年代后各國的鐵路干線基本上都采用了無縫線路鋪設(shè)方法。鋪設(shè)里程比例較高的國家有：原西德65%，瑞士53%，意大利和丹麥20%以上，中國30%左右。 鞍鋼大型廠鋼軌矯正設(shè)備改造概況鋼軌生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的平直度缺陷有：鋼軌全長沿x軸的均勻彎曲(旁彎)和沿Y軸的均勻彎曲(上彎)，鋼軌全長或局部上的水波狀彎曲(全長上的彎曲為波浪彎，局部上在波峰和波長之比大于1時為死彎)，鋼軌全斷面繞腰部中性軸的扭轉(zhuǎn)以及鋼軌端頭的彎翹。針對這些缺陷，生產(chǎn)廠都會采取相應(yīng)的矯正措施。鞍鋼大型廠原有矯正設(shè)備為1250懸臂式矯正機，其矯正能力和矯正后的鋼軌精度都無法滿足鐵路提速對鋼軌平直度的要求。鑒于這種情況，該廠先后引進了德國西馬克梅爾公司的平立式復(fù)合矯正機和波納爾S350250型四缸四面壓力矯正機。 西馬克—梅爾公司的立輥矯正機德國西馬克梅爾公司的平立式復(fù)合矯正機采取平輥在前，立輥在后的布置工藝，按照工藝流程順序，其設(shè)備組成如下：入口側(cè)導(dǎo)輥；軌翻旋轉(zhuǎn)機械手（翻鋼機）；平輥矯正機；立輥矯正機；立輥矯正機在Y—Y方向上對鋼軌進行矯正。立輥矯正機的矯正范圍：43~75kg/m的重軌和導(dǎo)電軌以及QU80~QU120的吊車軌；矯正最大屈服極限；75kg/m重軌為1350MPa，75kg/m導(dǎo)電軌為980MPa，QU120吊車軌為880MPa；矯正輥數(shù)量：7個+1個；主動輥數(shù)量：4個；水平輥間距：650~850mm；單輥最大矯正力：1700KN；軸向調(diào)整范圍：177。25mm；矯正輥直徑：700~750mm；矯正速度：0~()m/s（43~60kg/m鋼軌為0~，其余軌為0~）；輥圈材質(zhì)：9Cr、9CrCr12MoVi（）。矯正輥的更換及平衡采用高壓液壓裝置完成。不需要矯正的鋼軌可以通過調(diào)整立輥矯正機的開口度，讓鋼軌通過。鞍鋼大型廠重軌矯正機投入使用已近3年。通過對不同的輥圈材質(zhì)的使用，積累了矯正不同鋼種鋼軌的生產(chǎn)經(jīng)驗，使重軌矯正質(zhì)量不斷提高。 輥式矯正機的調(diào)整 該矯正機要進行零度調(diào)整，以下進行說明：（1）零度調(diào)整的定義和意義定義：矯正輥互相對正，并與標(biāo)準(zhǔn)鋼材（樣板）接觸，對鋼材上下無壓力，樣板鋼材與矯正輥兩側(cè)間隙相結(jié)合的8個輥的水平和垂直位置稱零度。意義：零度是矯正鋼材過程中調(diào)整輥子的基本依據(jù)。上下壓力和側(cè)壓大小的調(diào)整，輥子的移動方向，移動量的大小都依據(jù)零度進行調(diào)整，因此零度準(zhǔn)確與否，直接影響到鋼材的矯正質(zhì)量。（2）矯正機的零度調(diào)整步驟將四個可調(diào)輥移動一定距離，使其大致與固定輥對齊，前后輥進口導(dǎo)板退到一定距離；用拉線法使四個可調(diào)輥的孔型中心在一條直線上；用拉線法使固定輥孔型中心與下輥中心在一條直線上；將標(biāo)準(zhǔn)樣板全部推入矯正機內(nèi)，前后均等，漫漫移動可調(diào)輥，使可調(diào)輥與樣板接觸，但不要產(chǎn)生壓力；記下八個輥的軸向位置，四個輥表面上的數(shù)字即為零度數(shù)值。 課題研究方向針對西馬克梅爾（SMSMEER）公司的平立式復(fù)合矯正機中的立輥矯正機的軸向調(diào)整系統(tǒng)和壓下系統(tǒng)，在鞍鋼大型廠進行了現(xiàn)場實習(xí)后，運用所學(xué)的冶金機械的理論相關(guān)知識，對主要和重要零件進行設(shè)計或校核，分析設(shè)備的優(yōu)良性，并提出自己的改進意見。2 設(shè)計方案評述 矯正機的種類輥式矯正機種類很多，按用途分有型材矯正機和板材矯正機；按結(jié)構(gòu)分有門式和懸臂式結(jié)構(gòu)之分；按輥數(shù)分有5～29輥之分；按驅(qū)動方式分有單排輥驅(qū)動，雙排輥驅(qū)動和混合驅(qū)動之分；按傳動方式有萬向接軸驅(qū)動及齒輪傳動之分；按電機數(shù)量有一機多輥及單機單輥之分；按調(diào)節(jié)方法有上輥調(diào)整和下輥調(diào)整之分，也有單輥調(diào)節(jié)與集中調(diào)節(jié)之分；按控制形式有手動,機動及計算機控制之分。而鞍鋼大型廠7（8）輥矯正機由上述分類可歸結(jié)為型材懸臂立式7（8）輥單排輥驅(qū)動一機二輥齒輪傳動偶數(shù)輥可壓下單輥可調(diào)節(jié)計算機控制矯正機。 電機方案的確定直流電機啟動力矩大，平穩(wěn)，電器特性好，操作方便，在一定范圍內(nèi)可以無級變速,因此當(dāng)需要矯正機的軋件的品種和規(guī)格較多，且占用車間產(chǎn)品比較大時，最好選用直流電機驅(qū)動。并且當(dāng)采用直流電機傳動時不需要再設(shè)置變速—減速器而可以采用復(fù)合式減速器，復(fù)合式減速器結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠；不足之處是直流電機造價高且需要一套相應(yīng)的直流電源設(shè)置，因此，當(dāng)采用直流電機傳動裝置時，電氣設(shè)備復(fù)雜，使用和維護困難，投資高，所以產(chǎn)品規(guī)格品種較少的中小型軋鋼車間不宜采用直流電機傳動，但對于鞍鋼大型廠這樣規(guī)模的企業(yè)來說，采用完全可以。經(jīng)綜合考慮，大型廠75kg/m重軌矯正機軸向調(diào)整機構(gòu)和壓下系統(tǒng)均采用直流電機驅(qū)動方式，為對準(zhǔn)孔型，給每個輥子安了軸向調(diào)整電機。給偶數(shù)側(cè)輥子安裝壓下電機。 各機構(gòu)軸承形式方案的確定矯正機軸承無論在國內(nèi)還是在國外都趨向于用滾動軸承，這樣可以有效地減少電機的功耗，檢修維護方便。由于軸承座的尺寸受到輥距的限制而不能使用大型軸承，但這里的軸承受到的載荷很大，受到的沖擊也相當(dāng)大，所以選用圓柱滾子軸承，或雙列圓錐滾子軸承。只在一處選擇球軸承，就是軸向調(diào)整系統(tǒng)的傳動軸處，由于它價格便宜，性能適中，且通過與圓柱滾子軸承的配合可以提高支撐剛性。 壓下系統(tǒng)和軸向調(diào)整方案的確定壓下系統(tǒng)大致分集中驅(qū)動和分別驅(qū)動，集中驅(qū)動方式是由一個電機帶動蝸桿減速機，再經(jīng)蝸桿傳動另一個蝸輪，從而帶動壓下螺絲傳動，實現(xiàn)整個軸承座的上下移動，集中驅(qū)動機構(gòu)緊湊，造價低，并可以保證前后壓下螺絲同步壓下。省去了分別驅(qū)動時，機構(gòu)要求同步的問題，采用這一套系統(tǒng)，維修方便，易于操作，所以用集中驅(qū)動方式。為對準(zhǔn)型鋼孔型要為矯正機設(shè)有軸向調(diào)整系統(tǒng)，軸向調(diào)整系統(tǒng)為電機驅(qū)動，經(jīng)齒輪傳動帶動螺紋套轉(zhuǎn)，迫使矯正輥軸向移動，實現(xiàn)軸向調(diào)整。 矯正及矯正孔型的要求矯正要求：重軌矯正溫度不超過80C，型鋼矯正溫度不超過60C，以免矯后變形；彎曲嚴(yán)重，規(guī)格過大，嚴(yán)重過燒，有大結(jié)疤等不合格鋼材不得進入矯正機；為了減少被動輥受沖擊，盡量減少前一鋼材和后一鋼材的進入矯正的間隔時間，要做到連續(xù)進鋼；鋼材下道后必須退出導(dǎo)板；重軌只允許矯正一次，型鋼可以矯多次，注意矯痕破壞；導(dǎo)板主輥與孔型必須在一條直線上，導(dǎo)板寬度，重軌底寬不小于10mm，主輥導(dǎo)板磨損要及時更換和修補；矯正孔型要求：按鋼材的彎曲度和截面特點要考慮矯正過程中輥子給鋼材的力；根據(jù)鋼材彎曲方向考慮大型鋼材在輥道上的輸送和進鋼的條件；根據(jù)輥子的調(diào)整方向（垂直或軸向）的特點矯正孔型要考慮調(diào)整方便；矯正孔型的具體尺寸要考慮防止缺陷產(chǎn)生；要考慮減少矯正圈磨損；矯正圈具體尺寸要考慮強度，同時考慮利用系數(shù)和節(jié)約金屬；矯正圈受矯正機性能的限制，要考慮矯正圈加工和裝輥方便；材質(zhì)選擇上要考慮強度，韌性，耐磨性，加工性能（包括熱處理），同時要考慮成本。通過上面的敘述，對選擇方案進行總結(jié)：采用直流電機驅(qū)動矯正機的壓下系統(tǒng)和軸向調(diào)整機構(gòu)，壓下機構(gòu)用集中驅(qū)動方式，用蝸輪蝸桿傳動，壓下螺絲壓下螺母調(diào)整，軸向調(diào)整機構(gòu)為電機驅(qū)動，齒輪傳動，用螺紋調(diào)整。3 矯正機的力能參數(shù)計算 鋼軌截面簡化及主要參數(shù)為便于計算，對重軌截面進行簡化， 鋼軌截面簡化圖75kg/m鋼軌主要參數(shù)：慣性矩 ==彈性模量E=切變模量G=塑性斷面系數(shù)S=彈性斷面系數(shù)W=S/W斷面系數(shù)e=屈服極限=600MPa由文獻[1，359]可知塑性彎矩和彈性彎矩分別為：M=S=60010=112638Nm （）MNm （）：以知t=1300mm，tmm，mm各輥上受力為P的彎曲力矩計算式為：M （）MP （）MPtP （）MPP=+（500+）P （）M=P（500+）=+（）P（）PP（）M=P（500+）P （）M500P （）M=0 （）假設(shè)2，3，4輥受塑性彎曲力矩M；5，6，7輥受屈服力矩M，即：M=M=M=M，M=M=M=M 則：P=KNPKNPKNPKNPKNPKNP=KN4電機選用與校核 軸向調(diào)整電機的選用與校核首先要估算矯正輥的質(zhì)量：根據(jù)矯正輥各段的長度估算矯正輥的體積，矯正輥的體積可參照化簡的輥子零件圖，： 化簡的矯正輥尺寸圖V=（）400+（）80+（）30+（）355+（）20+[（）+（）]400+（）500+[（）+（）]110+（）70+（）125－（）2375= （）矯正輥的材料為合金鋼37SiMn2MoV，由文獻[5，2—49]—10查得：=10kg/m故 m==10= （）F=（m+m）g =（+1180）=