【文章內(nèi)容簡介】 直精度，降低設備能耗，延長設備的壽命。為保證獲得在公差允許范圍內(nèi)的平直工件，根據(jù)工件的規(guī)格、材質(zhì)、原始彎曲及翹曲程度的不同，要制定不同的壓下規(guī)程。 輥式矯直機廣泛應用于矯直各種規(guī)格、各種材質(zhì)的金屬條材,在一條機列中往往置于主機之前作粗矯直及喂料用。工件連續(xù)通過交錯排列且轉(zhuǎn)動著輥子,得到多次反復反向的彎曲,如果輥子的壓下量調(diào)整適當,可使工件不同原始曲率迅速變?yōu)榫坏那?逐漸將工件矯平。 目前壓下規(guī)程制定的方法主要有經(jīng)驗法和理論法，經(jīng)驗法是依靠工人的經(jīng)驗并用試調(diào)的辦法來調(diào)整各輥的壓下量，這種調(diào)整方法效率低，矯直質(zhì)量差，浪費大，矯直達不到理想的效果。隨著自動化的發(fā)展應用,理論法受到人們的重視。理論法是根據(jù)矯直原理通過計算得出各個輥子的彎曲撓度，從而算出可調(diào)輥的壓彎量來制定壓下規(guī)程。隨著矯直機自動化的發(fā)展,理論法是大有前途,因為它可將經(jīng)驗法的思想融入到理論法中來。 矯直機矯直方案的合理確定,不僅可以有效地矯正工件,使工件平直,板形質(zhì)量得到改善,而且可以降低設備的承載能力和提高經(jīng)濟效益。矯直機壓彎量的計算是生產(chǎn)實踐中制定矯直規(guī)程的依據(jù),本文就采用矯直原理的理論方法計算矯直機的壓彎量，并編程實現(xiàn)不同規(guī)格、不同材質(zhì)的條材壓彎參數(shù)的計算，根據(jù)壓彎量制定合理的壓下規(guī)程，保證矯直質(zhì)量好，效率高，而且能耗最小。 在輥式矯直機上，按照每個輥子使工件產(chǎn)生的變形程度不同，主要可以分成兩種矯直方案。 第一種為小變形原則矯直方案，即逐步矯直法。小變形原則矯直方案是假設矯直機上排工作輥可以單獨調(diào)整，每個輥子采用的壓彎量恰好能完全矯正前面相鄰輥子處的最大殘余曲率，使殘余曲率逐漸減小的矯直方案。條材經(jīng)過反復彎曲和彈復，最大原始曲率的部分被矯直，原來平直的部分被壓彎，形成新的最大彎曲，如此反復，直到條材被矯直。采用這個方案各輥的壓下量相對較小，所以消耗的功率小，但是原始曲率消除緩慢，要達到既定的矯直質(zhì)量就必須增加矯直輥的數(shù)量，從而導致矯直機設備結構復雜。 第二種為大變形原則矯直方案，即小殘差遞減方案。大變形原則矯直方案是在前面幾個輥子上采用很大的反彎曲率，使工件的各部分彎曲變形總曲率均達到很大的數(shù)值。這樣就可以使殘余曲率的不均勻性迅速減小，后面幾個輥子采用小變形矯直法，使工件的反彎曲率逐漸減小，使工件趨于平直。采用這種方案，可以用較少的輥子獲得較好的矯直質(zhì)量。但是過分增加工件的變形程度會使對加工硬化明顯的材料及大斷面系數(shù)的工件增加其內(nèi)部的殘余應力，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會加大矯直機的能量消耗。 矯直方案的選擇與力能參數(shù)計算 輥距通常輥距與輥徑的結構關系用下式表示 （）本設計輥子壓彎量可以單獨調(diào)節(jié)，所以D=800/=720mm。 輥長輥子長度主要決定于工件寬度及孔型線數(shù)。其次要考慮輥子兩端及孔型間的結構余量。因此型鋼矯直輥輥身長為 （）n: 孔型線數(shù)，取1。: 工件的最大寬度，36c工字鋼為140mm。a: 輥端的結構余量，a=(~) ，=*140=56，取a為56mm。 矯直方案的選擇彎曲程度并不相同的金屬材料經(jīng)過矯直輥的多次反復彎曲，在較大彈塑性彎曲條件下，彈復后所殘留的彎曲程度差別會顯著的減少，所以在矯直機設計時就要盡量消除各輥處的殘留撓度差(曲率差)，進而達到矯直的目的。 減少或消除殘留曲率差的方法基本有三種：小變形矯直法(逐步矯直法)、線性遞減矯直法以及大變形矯直法(大壓彎小殘差矯直法)，本設計將采用大變形矯直方案，對工字鋼進行立放矯直。 基本參數(shù)計算本設計用于矯直型鋼，800輥距矯直機可矯最大的工字鋼牌號為36c，故將以36c工字鋼為例進行如下的一系列計算。工字鋼截面示意圖及各參數(shù)含義如下圖（）所示。 工字鋼截面示意圖參數(shù)36c型鋼的基本參數(shù)如下表所示（GB/T 7061988）： 36c型鋼的基本參數(shù)表型號h/mmb/mmd/mmt/mmr/mmr1/mm36c360140為了便于分析，工字鋼可看做H型鋼，簡化為下圖（）的結構模型： 工字鋼結構化簡模型圖設, 為腹板高。36c型鋼的翼板厚度系數(shù)和模板厚度系數(shù)計算如下:翼板厚度系數(shù)： （）腹板厚度系數(shù)： （）斷面的彈性極限彎矩為： （）根據(jù)大變形矯直方案，可以確定九輥矯直機對工字鋼進行七次矯直的彎矩比分別為：，，， ，即： 力能參數(shù)計算：矯直機的力能參數(shù)包括矯直力、矯直彎矩、工作轉(zhuǎn)矩及驅(qū)動功率。九輥型鋼矯直機的力學模型如下圖所示： 矯直力與矯直彎矩由彎矩比的定義： （）可算出七次矯直的彎矩根據(jù)連續(xù)梁的三彎矩方程，可以寫出矯直力的表達式，任意第i輥的矯直力為: （）其中p為輥距，若把理解為彈性極限彎曲時的支點力，并用表示，即： （）則上式（）變?yōu)椋? （）各輥矯直力在等輥距矯直機上可寫為矩陣形式： （）各輥矯直力絕對值之和為： （） 軸承壓力軸承承載了矯直輥所受的矯直力。由于機架與輥軸的結構不同，軸承壓力的計算方法也不同。而機架結構基本有兩種：一種為簡支式結構，另一種是懸臂式結構。本設計采用現(xiàn)在國內(nèi)外比較常用的懸臂式結構，如下圖（）所示： 懸臂式結構簡圖由力矩平衡關系，其中為單個矯直輥所承受的最大的矯直力，根據(jù)初步設計，式中a=600mm，b=1500mm。由此可得： （）由力矩平衡關系，可得： （）軸承受力總和為： （） 矯直輥轉(zhuǎn)矩金屬條材受外力作用產(chǎn)生彎曲時，外力所做功的一部分用于彈性變形，另一部分用于塑性變形，還有一小部分變成熱量(用于分子間摩擦)而散失。彎曲功的絕大部分用于變形，故這里要討論的主要內(nèi)容就是變形所需之能量。矯直中的變形屬于彈塑性變形，變形的初始階段都是彈性變形；然后進入到彈塑性變形階段，其彈性變形與塑性變形混在一起。彈性變形是一種蓄能變形，它決定金屬的彈復能力；塑性變形是永久變形，它決定耗能的多少。其變形能是消耗性能量，是不可逆的，它所需的外力作功要由機器負擔。而彈性變形是一種蓄能變形，其變形能是可逆的，可以等價反饋的能量，它不消耗機器功率。因此，必須把混在一起的變形分離成彈性與塑性兩種變形才能進行耗能計算和彈復量的計算。 立放工字鋼彎曲彈復后的應力應變圖，假設塑性變形已經(jīng)深入到腹板，由圖示幾何關系，有： （）則距中性層z出的應變?yōu)椋? （）同理有： （）則距中性層z處的應力為： （）彈性變形是兩個梯形區(qū)域代表各纖維的彈性變形總和，用應力與線位移乘積表示能量，則有全斷面的彈性變形能： （）將、及帶入上式（）得：其中=，=*=*=， =105Mpa，=,360mm，b=140mm，=h*ξ=360*=塑形變形能可由下式來計算： （）將代入上式積分整理得：代入數(shù)據(jù)算得 總彎曲變形能為：彈復變形能為： （）矯直機在矯直型鋼時，彈復的絕大部分能量將釋放反饋給矯直機，幫助機器運行。因此機械用于矯直變形的能量基本可以寫成為： （）第i輥的矯直變形能為： （） 矯直輥在矯直力作用下收到各種阻力，矯直輥產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要能夠克服軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動摩擦阻力及工件變形阻力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。對于懸臂式結構克服摩擦阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為： （）：工件與輥面的滾動摩擦系數(shù)，型材取=：軸承摩擦系數(shù)，滾動軸承?。絛a為工作側(cè)軸頸直徑，為驅(qū)動側(cè)軸頸直徑。根據(jù)初步設計，分別取=320mm，=200mm。工件彎曲過程中純塑性變形及殘余變形都消耗動力，設這兩種變形所需轉(zhuǎn)距為，輥子轉(zhuǎn)動θ角后所消耗的能量為θ，此時工件所走過的長度為θR ，其中R為輥子半徑， 設工件單位長度所需的矯直變形能為，寫成能量關系式： （） （）若第i輥處的轉(zhuǎn)矩為，矯直變形能為，則克服工件塑性變形阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為: （）矯直輥的總轉(zhuǎn)矩為: （）（4）驅(qū)動功率當以確定矯直速度v，矯直機傳動系統(tǒng)的效率為η時，矯直機驅(qū)動功率為： （）：當采用電動機減速器萬向軸傳動時。: 取60m/min。 軸承的選取與校核矯直輥在工作過程中主要受徑向載荷，軸向載荷與之相比幾乎可以忽略不計，而且矯直機外形尺寸較大，前后立箱相隔較遠導致安裝對中性差，當輥軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。為保證正常工作，通常選用有一定調(diào)心性能的調(diào)心滾子軸承。 調(diào)心滾子軸承根據(jù)機械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預先確定一個適當?shù)氖褂脡勖橄卤?，矯直機軸承預期壽命′=20000h。條件：軸承預期壽命′=20000h，工作環(huán)境清潔，載荷平穩(wěn)，工作溫度低于120度。矯直速度為60m/min，因此軸承轉(zhuǎn)速n=60/(*π)=，需按基本額定動載荷值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。對于調(diào)心滾子軸承，當量動載荷為徑向載荷:對于軸頸為da處的軸承，設計基本額定動載荷為： ()式中，— 基本額定動載荷計算值，N。 P — 當量動載荷，N。 — 溫度因數(shù)， 在低于120176。的條件下工作時，取ft=1。 n — 軸承轉(zhuǎn)速，r/min。根據(jù)上式計算結果，在機械設計手冊中選取型號為23064的調(diào)心滾子軸承，在處放置兩個，同時可得軸頸=320mm。其基本參數(shù)如下：基本尺寸/mm|d: 320基本尺寸/mm| D: 480基本尺寸/mm|B: 121基本額定載荷/kN|: 1380基本額定載荷/kN|: 3260軸承代號|圓柱孔: 23064驗算此型號軸承的靜強度，與計算基本額定動載荷時同理，當量靜載荷為徑向載荷，即：對于軸頸為da處的軸承。設計基本額定靜載荷為： （）式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 當量靜載荷，N。 — 安全因數(shù)，對于調(diào)心滾子軸承，取=3。帶入數(shù)據(jù)得: