【正文】 國內(nèi)由于對壓上式結(jié)構(gòu)的研究還不是很多，大多仍然采用壓下式結(jié)構(gòu)。型材矯直機采用壓上式結(jié)構(gòu)將是未來發(fā)展的方向，因為這種結(jié)構(gòu)將使機架上部結(jié)構(gòu)更加簡化，操作環(huán)境的光線會更好，在采用吊車換輥操作的時候可以避免輥子或吊車與機架上部壓下裝置的磕碰，減少事故的發(fā)生，從另一角度而言，換輥工作將更加方便。其中，機架由焊接鋼結(jié)構(gòu)的左右兩片式牌坊構(gòu)成；在允許的范圍內(nèi)，通過減小輥距的方式消除不均勻矯直力；采用帶有獨立動力的蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)對矯直輥的垂直方向位置進(jìn)行調(diào)整；設(shè)計導(dǎo)入輥和導(dǎo)出輥完成型材的導(dǎo)向；通過聯(lián)軸器、齒輪箱和萬向傳動軸對矯直輥進(jìn)行單獨傳動等設(shè)計方案完成設(shè)計任務(wù)。最后書寫論文闡述設(shè)計過程。也是矯直技術(shù)發(fā)展最為完善的一種矯直機。其種類繁多，按用途可分為板材和型材兩類矯直機；還可按板厚來分，可分為厚、中、薄三類板材矯直機；還有按重型和普通型來區(qū)分板材矯直機的；用板寬來編排矯直機系列也是一種方法。 輥式矯直機屬于連續(xù)性反復(fù)彎曲式矯直機，是在壓力矯直機的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來的，它克服了壓力矯直機斷續(xù)工作的缺點，使矯直效率成倍提高，使矯直工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，這在技術(shù)上是一次較大的跨越。 平行輥矯直的7種典型輥系在生產(chǎn)實際中，工件原始曲率的大小和方向均是不相同的，輥式矯直機的矯直原理就是使工件在矯直輥壓下力的作用下，在同一工作平面內(nèi)通過交錯配置的工作輥進(jìn)行反復(fù)壓彎，工件發(fā)生彈塑性變形，直到殘余曲率逐漸減小為零，工件趨于平直。 平行輥矯直機發(fā)展歷史較長，輥系結(jié)構(gòu)形式很多，且主要與用途有關(guān)，其次也與矯直質(zhì)量有關(guān)。輥式矯直機有很長的發(fā)展歷史，輥系的結(jié)構(gòu)也有很多形式，總體來說有七種典型的輥系結(jié)構(gòu)。800型鋼矯直機所一應(yīng)用的輥系類型為各上輥單獨可調(diào)式的輥系。 矯直輥矯直型鋼示意圖這種輥系的壓下量可單獨調(diào)整，能精確設(shè)定各矯直輥的壓下量，有利于合理的制定壓下規(guī)程。不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調(diào)節(jié)的條件下也能矯直其側(cè)彎曲；不僅能矯直板材的縱向波浪，在增加彎輥措施后，也能矯直其橫向波浪，即矯直其瓢曲。這些新型的矯直機改善了原有矯直機的設(shè)計，使矯直質(zhì)量進(jìn)一步提高，為縮短空矯區(qū)和消除斷軸事故提供了有利的解決條件。新一代的矯直機一般都采用計算機控制，包括控制輥位、設(shè)定壓彎量及矯直的全過程，這些研究也取得初步的成果，但還有待繼續(xù)研究。 矯直機的分類 矯直機的種類和規(guī)格都很多，分類依據(jù)也不少。其中，普通型材輥式矯直機是指輥距相等，上下兩行交錯排列輥軸且平行的型材矯直機，可以矯直大多數(shù)的型材，如工字材、槽型材、角材、方材、鋼軌等。按照機架結(jié)構(gòu)可以分為簡支結(jié)構(gòu)和懸臂結(jié)構(gòu)，由于懸臂結(jié)構(gòu)換輥方便，操作調(diào)整靈活，加上如今軸承的承受載荷能力大大提高，現(xiàn)在的矯直機基本都使用懸臂結(jié)構(gòu)。根據(jù)形式的不同，其優(yōu)點也有所不同，如矯直力更均衡、減少空矯區(qū)長度、有利于壓彎量的實現(xiàn)等等。變輥距型材矯直機的輥距可以適當(dāng)調(diào)整以擴(kuò)大矯直范圍。較大的輥距有利于較大規(guī)格，強度較高，原始曲率梯度小的型鋼矯直；較小的輥距有利于較小規(guī)格，強度較低，原始曲率梯度大的型鋼矯直 變輥位型材矯直機是一種新型的型材矯直機，它是以變輥位的方式代替變輥距的矯直方式來達(dá)到擴(kuò)大矯直范圍的目的。 壓下方案的分析 矯直機的壓下規(guī)程是保證生產(chǎn)質(zhì)量的依據(jù)。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。工件連續(xù)通過交錯排列且轉(zhuǎn)動著輥子,得到多次反復(fù)反向的彎曲,如果輥子的壓下量調(diào)整適當(dāng),可使工件不同原始曲率迅速變?yōu)榫坏那?逐漸將工件矯平。隨著自動化的發(fā)展應(yīng)用,理論法受到人們的重視。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。 第一種為小變形原則矯直方案，即逐步矯直法。條材經(jīng)過反復(fù)彎曲和彈復(fù)，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(fù)，直到條材被矯直。 第二種為大變形原則矯直方案，即小殘差遞減方案。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。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(yīng)力，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會加大矯直機的能量消耗。 輥長輥子長度主要決定于工件寬度及孔型線數(shù)。因此型鋼矯直輥輥身長為 （）n: 孔型線數(shù)，取1。a: 輥端的結(jié)構(gòu)余量，a=(~) ，=*140=56，取a為56mm。 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(shè)計將采用大變形矯直方案，對工字鋼進(jìn)行立放矯直。工字鋼截面示意圖及各參數(shù)含義如下圖（）所示。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(jìn)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。由于機架與輥軸的結(jié)構(gòu)不同，軸承壓力的計算方法也不同。本設(shè)計采用現(xiàn)在國內(nèi)外比較常用的懸臂式結(jié)構(gòu)，如下圖（）所示： 懸臂式結(jié)構(gòu)簡圖由力矩平衡關(guān)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(shè)計，式中a=600mm，b=1500mm。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。彈性變形是一種蓄能變形，它決定金屬的彈復(fù)能力；塑性變形是永久變形，它決定耗能的多少。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。 立放工字鋼彎曲彈復(fù)后的應(yīng)力應(yīng)變圖，假設(shè)塑性變形已經(jīng)深入到腹板，由圖示幾何關(guān)系，有： （）則距中性層z出的應(yīng)變?yōu)椋? （）同理有： （）則距中性層z處的應(yīng)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(yīng)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(fù)變形能為： （）矯直機在矯直型鋼時，彈復(fù)的絕大部分能量將釋放反饋給矯直機，幫助機器運行。對于懸臂式結(jié)構(gòu)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。工件彎曲過程中純塑性變形及殘余變形都消耗動力，設(shè)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(shè)工件單位長度所需的矯直變形能為，寫成能量關(guān)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(dāng)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(dāng)采用電動機減速器萬向軸傳動時。 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(yuǎn)導(dǎo)致安裝對中性差，當(dāng)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。 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(yù)先確定一個適當(dāng)?shù)氖褂脡勖?，查下表，矯直機軸承預(yù)期壽命′=20000h。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。 P — 當(dāng)量動載荷，N。的條件下工作時，取ft=1。根據(jù)上式計算結(jié)果，在機械設(shè)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。設(shè)計基本額定靜載荷為： （）式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 安全因數(shù)，對于調(diào)心滾子軸承，取=3。對于軸頸為處的軸承，=1576KN，設(shè)計基本額定動載荷為：根據(jù)上式計算結(jié)果，在機械設(shè)計手冊中選取型號為23140的調(diào)心滾子軸承，在處放置一個，同時可得軸頸:=200mm。設(shè)計基本額定靜載荷為：式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 安全因數(shù)，對于調(diào)心滾子軸承，取=3。 上、下輥系軸的校核輥軸是矯直機的重要部件，不僅承受矯直力及軸承支點力產(chǎn)生的彎矩作用，而且傳遞矯直動力，承受扭矩。輥軸上零件較多，軸的結(jié)構(gòu)加工處承受交變的力，會對軸的疲勞強度產(chǎn)生一定影響。鑒于篇幅，只在這里進(jìn)行其中最重要的對第3輥的彎扭合成強度計算。計算步驟如下。 輥軸受力示意簡圖 輥軸受力圖 輥軸彎矩圖 輥軸扭矩圖 其中扭矩可按前面力能參數(shù)計算部分矯直輥轉(zhuǎn)矩的計算公式計算。由上面的分析及圖像可見，1截面軸頸最小且開了一個鍵槽，2截面受彎矩最大，因此1截面和2截面是危險截面，需要進(jìn)行強度校核。對于2截面，其軸頸為：危險截面上彎矩M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為： ()對于一般鋼制的軸，危險截面上的計算應(yīng)力可按第三強度理論計算： ()因此2截面安全，滿足強度要求。 技術(shù)參數(shù)根據(jù)以上計算和結(jié)合實際情況，將800輥距型鋼矯直機的參數(shù)設(shè)計如下表： 整機的參數(shù)設(shè)計序號參數(shù)項代號數(shù)值單位1輥距T800mm2輥數(shù)N9個3輥寬B320mm4平均輥頸D720mm5減速器傳動比I166矯直速度1m/s7壓下調(diào)整速度mm/s8壓（上）下調(diào)節(jié)量+240(70)mm/s9軸向調(diào)節(jié)量20mm 上輥的參數(shù)設(shè)計參數(shù)項代號數(shù)值單位軸向調(diào)整量20mm傳動比I99電機轉(zhuǎn)一圈移動量mm/r軸向調(diào)整速度mm/s電機型號Y112功率kw轉(zhuǎn)數(shù)940r/min