水平下調(diào)式三輥卷板機設計1

1、摘要卷板機是鍛壓機械行業(yè)的重要設備之一，主要制造生產(chǎn)大規(guī)格筒形及錐形等帶有一定曲率的中、厚、特厚金屬板料的制件，廣泛地在重型機械行業(yè)應用，例如：電力行業(yè)、煤礦機械行業(yè)、海洋石油裝備行業(yè)、鍋爐行業(yè)、船舶行業(yè)等領(lǐng)域。目前，伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，大、重型機械行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诟呔瘸尚?、高強度特厚板材制件的大型卷板機械設備方面需求量不斷增加，同時也對大型卷板設備的生產(chǎn)制造技術(shù)要求提出了新的、更高的標準。我國在小型卷板機領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，但是在大型卷板機技術(shù)領(lǐng)域仍然和國外很大的距離。業(yè)的先進水平存在本文首先對水平下調(diào)式三輥卷板機整體結(jié)構(gòu)的基本組成、卷制板料的原理和工況下的運行特點進行了分析，并根據(jù)該三

2、輥卷板機的工作特性和特殊動作要求設計出了大型水平下調(diào)式三輥卷板機的整體系統(tǒng)回路；然后，對主要元件參數(shù)進行了計算，并為系統(tǒng)中各元件選擇了號，實現(xiàn)了大型水平下調(diào)式三輥卷板機上輥升降的高精度同步液力驅(qū)動和整機的全傳動。系統(tǒng)設計系統(tǒng)進而提不斷的改善和優(yōu)化現(xiàn)有的系統(tǒng)，不僅可以有效地縮短整個的研發(fā)周期，還節(jié)約了可觀的設計成本，并且更容易改進和完善高整個系統(tǒng)的實際工作性能，其具有顯著的經(jīng)濟效益。：水平下調(diào)式三輥卷板機、系統(tǒng)、設計AbstractBending is one of the important equipment fing machinery industry, mainlymanufactur

3、ing and other large-sized cylindrical and conical wicertain curvature,the thick, thick sheet metal parts, widely appdhe heavy machinery industry Forexample: theer industry, coal mining machinery industry, offshore oil equipmentindustry, the boiler industry, shipbuilding industry and other fields. Cu

4、rrently, alongwith the rahigh-precieconomic development, a large, heavy machinery industries formolding, high strength sheet metal parts of the large spel thick coilmachineryequipmentincreaseddemand,butalsoonalargecoildevicemanufacturing technology requested a higher standard new. Our technology in

5、thefield of small coiling has matured, but stillhe same industry and foreign advancedlevel there is a big distance in a large rolling machine technology.ly, the level of the basic components down three roll bending machine,working principles and operational characteristics werelevel down three rolle

6、r coiling loop hydraulic system actions in accordance with its requirements; then,yzed and designed a largeoperating characteristics and The main parameters werecalculated hydraulic components and hydraulic systems for the various hydrauliccomponents selected standard mcoiling machine roller lift pr

7、eci, realized on a large level down three rollersynchronous machine hydraulic drive andhydraulic transmis.Continuous improvement and optimization of existing hydraulic system, not only can effectively reduce the entire hydraulic system design development cycle, but also save a considerable design co

8、sts, and easier to improve and refine the hydraulic system and to improve the performance of the actual work of the entire system, which significant economic benefits.Key word：Level Down three roll bending machine, hydraulic system, design目 錄摘要IIAbstractIII1.緒論. - 5 -1.11.21.31.41.5我國卷板機領(lǐng)域的發(fā)展歷程：. -

9、5 -國外卷板機現(xiàn)狀. - 5 -我國在卷板機技術(shù)領(lǐng)域存在的問題及與國外先進水平的差距 . - 6 -我國卷板機行業(yè)發(fā)展趨勢展望. - 7 -選題目的及意義. - 7 -2.水平下調(diào)式三輥卷板機基本組成和工作原理. - 8 -2.1 工作原理. - 8 -2.2水平下調(diào)式三輥卷板機的主體結(jié)構(gòu). - 8 -2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.2.72.2.8工作輥傳動系統(tǒng). - 9 -支承輥裝置 . - 11 -對中機構(gòu) . - 12 -翻倒機構(gòu) . - 12 -平衡裝置 . - 13 -制動系統(tǒng) . - 14 -動力系統(tǒng) . - 14 -機架. - 14 -2.3大

10、型水平下調(diào)式三輥卷板機的特點. - 14 -系統(tǒng)的設計與計算 . - 16 -系統(tǒng)設計要求 . - 16 -系統(tǒng)組成. - 16 -系統(tǒng)的基本回路. - 17 -3.3.13.23.33.3.13.3.23.3.33.3.43.3.53.3.6調(diào)壓回路. - 17 -卸荷回路 . - 17 -換向回路 . - 18 -調(diào)速回路 . - 18 -同步回路 . - 19 -鎖緊回路 . - 19 -3.43.53.63.7第四章4.14.2卷板機的基本參數(shù). - 19 -工作輥受力分析. - 20 -主要元件參數(shù)確定及選型. - 23 -系統(tǒng)圖. - 26 -總結(jié)與期望. - 28 -水平下調(diào)式三

11、輥卷板機設計過程總結(jié). - 28 -設計總結(jié). - 28 -參 考 文 獻. - 29 -致謝 . - 30 -1.緒論1.1 我國卷板機領(lǐng)域的發(fā)展歷程：二十世紀七八十年代，我國卷板機技術(shù)的發(fā)展初期，采用的最早的卷板機技術(shù)是單純依靠機械傳動的老式對稱式三輥卷板機，機械傳動的老式對稱式三輥卷板機整體結(jié)構(gòu)較為簡單，但該機器無法對板材的端部進行預彎，在加工制造筒體狀工件時，需要對板料的兩端先進行一定的預彎或者將剩余的直邊在焊接前切割，這樣做既耗費人力，又浪費物料，導致整體生產(chǎn)效率較低。隨著我國的化工鍋爐壓力容器等行業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，國產(chǎn)制造的卷板機附件基本可以滿足中檔機床的配套需要，但是在高端水平下

12、調(diào)式卷板機附件領(lǐng)域仍然與國外相比仍然有不小的差距，這也與整個行業(yè)的裝備制造能力、團隊的協(xié)作配套能力、企業(yè)自身的技術(shù)改造能力不足存在著一定的關(guān)系。隨著國民經(jīng)濟的加快發(fā)展，裝備制造業(yè)領(lǐng)域的復蘇和振興、整個制造行業(yè)技術(shù)的不斷進步以及在國防現(xiàn)代化方面的需求的加大，在大量不斷注入卷板機行業(yè)的拉動作用下，卷板機的配套設施的市場呈現(xiàn)出供需兩旺的良好業(yè)態(tài)。眾所周知，卷板機對于模具行業(yè)的發(fā)展存在不可替代的作用。在中高端卷板機方面，我國的企業(yè)紛紛實現(xiàn)技術(shù)突破，實現(xiàn)了在中高端產(chǎn)品領(lǐng)域的、升級。此外，企業(yè)創(chuàng)新團隊的研發(fā)能力、研發(fā)水平在不斷，越來越多的實力企業(yè)在行業(yè)競爭中開始漸露頭角。總的來說，我國在卷板機行業(yè)相對仍然

13、處于國際的卷板機方面依然需要不斷加大研發(fā)力度。業(yè)的水平，在高端1.2 國外卷板機現(xiàn)狀目前，在全球范圍內(nèi)處于者地位的卷板機生產(chǎn)企業(yè)、意大利 PROMAUDAVI主要是、意大利HAEUSLER、德國 SCHAFERMG、意大利 FACCIN、意大利 SERTOM、意大利 BODRINI、瑞典 ROUNDO公司。HAEUSLER、KURIMOTO、 英國 HUGH SMITH 等研發(fā)的四輥卷板機最為出色，其最大的機器規(guī)格已達到卷板力 78000kN、板厚 250mm、板寬 4000mm，剩余的直邊僅是板料厚度的 1.28倍。德國 SCHAFER、意大利 DAVI、意大利 MG、意大利 FAC公司的水

14、平CIN、意大利 SERTOM、意大利 BODRINI等下調(diào)式三輥卷板機則較為常見，也是卷制厚板及特厚板料的經(jīng)典理想機型之一。KURIMOTO國HUGH SMITH的上輥移動式（也稱作上輥萬能式）較為常見，英、 意大利FACCIN則在大型船用卷板機技術(shù)方面水平很高。意大利 PROMAU DAVI，MG 等設計制造的弧線式三輥和四輥卷板機則較為常見，其弧線式三輥卷板機的最大卷板厚度可以達到 140mm。DAVI 集團的數(shù)控弧線式四輥卷板機則采用的是全驅(qū)動；兩側(cè)輥的運動方式都是弧線，側(cè)輥與上輥的相切點則更加靠近上輥的中心線，最小的卷筒直徑也可以達到上輥直徑的 1.1 倍，剩余的直邊較短，機構(gòu)之間的

15、相對摩擦阻力幾乎可以忽略不計；行星驅(qū)動則可以直接耦合到上輥和下輥的軸端上，傳動效率高且占地面積??；軸承是免類型的，無需安裝潤滑裝置；電腦控制的線速度自動補償，則保證了卷板工作時上下輥之間的速度匹配；CNC 控制系統(tǒng)，卷制單曲率、多曲率半徑的工件時可自動計算生成相應程序，并可以對程序進行修正和儲存，且提供網(wǎng)絡控制；以及具有三維動畫實時顯示的功能；并裝有 REAL AUTOCAD系統(tǒng)。1.3 我國在卷板機技術(shù)領(lǐng)域存在的問題及與國外先進水平的差距據(jù)有關(guān)部門估計， 我國目前是世界上卷板機整機產(chǎn)量最大的國家，但在總體競爭能力上卻表現(xiàn)一般。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)從產(chǎn)品的方面上看，國內(nèi)生產(chǎn)制造的主要

16、是中小型、低檔次的卷板機，而在高規(guī)格領(lǐng)域，特別是卷板力 40000kN、卷板厚度 160mm 以上的大型卷板機方面雖然有極少數(shù)廠家可以生產(chǎn)制造，但目前國內(nèi)各行業(yè)所需要的大型卷板機仍然還是以進口為主。而且國產(chǎn)的卷板機技術(shù)附加值方面以及數(shù)字控制化方面比率較低，數(shù)字控制式卷板機和卷板柔性的加工單元供應仍然需要大量依靠國外產(chǎn)品。(2)國外的卷板機企業(yè)在為客戶提供整體解決方案的同時，還會為客戶提供配套設施和成線設備并在技術(shù)方面的提供有力支持，典型的案例就是 DAVI不僅為風電塔筒項目提供了單機而且還額外配備了成套的成形設備，很好的填補了國內(nèi)市場在配套設施上的缺口。國內(nèi)目前仍然只能提供卷板機單機，配套設施

17、方面無法到位。(3)在卷板成形機理的方面，特別是加厚、高強板料的成形機理方面以及板料成形過程的模擬和在數(shù)學模型的建立等基礎方面依然需要加強。(4)國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)的具有低速、大扭矩特性的馬達以及那些可以在工作輥的軸端部進行直接耦合操作的大扭矩、大速比的行星上，仍然達不到現(xiàn)階段國內(nèi)卷板機發(fā)展的需求。機等基礎配件的配套在數(shù)控系統(tǒng)的專業(yè)化開發(fā)領(lǐng)域、以及配套設施方面的差距還很大。雖然我國的在卷板機標準化方面做了大量工作，整個卷板機行業(yè)有了十足的進步，但無論是從所能生產(chǎn)的卷板機的機型、配置、技術(shù)參數(shù)還是卷板機的安全性等方面仍然與國外先進技術(shù)相比存在不小的差距，標準化工作的進程還需要進一步的加快。(7)中小型

18、民營企業(yè)占據(jù)我國現(xiàn)有卷板機企業(yè)的絕大部分，其整體技術(shù)研發(fā)能力較弱，企業(yè)的行業(yè)整體競爭力較小。我國卷板機行業(yè)發(fā)展趨勢展望隨著我國的化工行業(yè)、鍋爐行業(yè)、壓力容器行業(yè)等逐步向大型化領(lǐng)域發(fā)展，卷板機的加工類型為厚板、特厚板料、高強度板料以及復合型板料等的大型及特大型水平下調(diào)式三輥卷板機的方向發(fā)展。具有剩余直邊短、節(jié)省材料、成形精確、效率高等特點的大型四輥卷板機也將得以快速發(fā)展。油罐車、儲油罐等行業(yè)的發(fā)展勢頭良好，其行業(yè)發(fā)展所需求的微、小型卷板機也在向著薄板、特長型板料以及多曲率和數(shù)控化的方向進行發(fā)展。為客戶提供以卷板機為主、其他設備為輔的成套化配套設施的整體解決方案也將成為大勢所趨。以數(shù)字控制卷板機為

19、圓心進而逐步形成柔性卷板的加工單元也即將會是未來卷板機領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。1.5 選題目的及意義卷板機是鍛壓機械行業(yè)的重要設備之一，主要制造生產(chǎn)大規(guī)格筒形及錐形等帶有一定曲率的中、厚、特厚金屬板料的制件，廣泛地在重型機械行業(yè)應用，例如：電力行業(yè)、煤礦機械行業(yè)、海洋石油裝備行業(yè)、鍋爐行業(yè)、船舶行業(yè)等領(lǐng)域。目前，伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，大、重型機械行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诟呔瘸尚巍⒏邚姸忍睾癜宀闹萍拇笮途戆鍣C械設備方面需求量不斷增加，同時也對大型卷板設備的生產(chǎn)制造技術(shù)要求提出了新的、更高的標準。我國在小型卷板機領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，但是在大型卷板機技術(shù)領(lǐng)域仍然和國外很大的距離。業(yè)的先進水平存在不斷的改善和優(yōu)化

20、現(xiàn)有的系統(tǒng)，不僅可以有效地縮短整個系統(tǒng)設計的研發(fā)周期，還節(jié)約了可觀的設計成本，并且更容易改進和完善高整個系統(tǒng)的實際工作性能，其具有顯著的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)進而提2.水平下調(diào)式三輥卷板機基本組成和工作原理2.1 工作原理該卷板機是由 1 個上工作輥和 2 個下工作輥組成。三個工作輥均是主動輥，上工作輥提供主要驅(qū)動，可以做上下移動，下工作輥提供輔助性驅(qū)動，可以做水平移動。該機可以通過下工作輥在水平方向上的移動，簡單的就可以變換成為對稱式結(jié)構(gòu)或非對稱式結(jié)構(gòu)，水平下調(diào)式卷板機是集對稱式結(jié)構(gòu)、非對稱式結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)所具備的全部優(yōu)點于一身，不僅結(jié)構(gòu)形式簡單、緊湊，而且受力性能良好，并且在板材的預彎方面也更加方便

21、。支承輥起到分擔下工作輥載荷的作用，防止下工作輥因上工作輥壓下力太大而產(chǎn)生變形，影響卷制工件的精度。當板料送入上、下工作輥之間時，上工作輥先做垂直向下運動，直到與板料接觸時，繼續(xù)下降壓板，產(chǎn)生壓下力，上下工作輥旋轉(zhuǎn)。在上工作輥壓下力的作用下，使通過上工作輥下方變形區(qū)的板料達到屈服極限發(fā)生連續(xù)的塑性彎曲變形，隨著工作輥的回轉(zhuǎn)，金屬板材的外部層被拉伸，內(nèi)部層被擠壓，中心層幾乎不變形，從而獲得具有一定曲率半徑的制件3，其工作原理如圖 2. 1所示。圖 2.1 水平下調(diào)式三輥卷板機工作原理2.2 水平下調(diào)式三輥卷板機的主體結(jié)構(gòu)本卷板機主要是由八個部分，包括工作輥的傳動系統(tǒng)以及支承輥裝置、制動系統(tǒng)對中機

22、構(gòu)、平衡裝置、傾倒機構(gòu)、對中機構(gòu)、平衡裝置、制動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、架體3，卷板機簡圖。該系統(tǒng)的動力源是電，系統(tǒng)的傳動與控制采用與電氣技術(shù)或者機械來完成。圖 2.2 水平下調(diào)式三輥卷板機示意圖2.2.1 工作輥傳動系統(tǒng)工作輥的傳動系統(tǒng)是整個卷板機的最重要組成部分。該傳動系統(tǒng)主要包括三個工作輥的動作，上輥的兩端分別是由上輥軸承座支撐，上輥軸承座安裝在機架上，可用安裝在機座上的缸的活塞桿進行推動使其順著機架導軌進行上下移動，進而帶動了工作輥的升降；兩個下輥由下輥軸承座支撐，下輥的軸承座安裝在機座上，可由機座內(nèi)的缸驅(qū)動使其進行水平方向移動，進而帶動了下輥移動。由于該卷板機主要用來卷制厚度為 3

23、00-420mm 的鋼板，所需要的功率比較大，因此采用了三個工作輥均為主傳動的全驅(qū)動技術(shù)。其上工作輥和下工作輥驅(qū)構(gòu)分別如圖 3、4 所示。圖 2.3 上輥驅(qū)構(gòu)圖 2.4 下輥驅(qū)構(gòu)其中，上工作輥提供驅(qū)動力所采用的傳動方案是：四個馬達分別通過開式齒輪的后合流到驅(qū)動上輥旋轉(zhuǎn)；上輥的升降機構(gòu)所采用的傳動方案是：泵供油到安裝在機座的兩端的兩個缸內(nèi)，使其活塞桿上下運動進而帶動上輥升降；由于下工作輥是提供輔助驅(qū)動，所以采用的傳動方案是：由兩臺馬達在通過開式齒輪后分別驅(qū)動兩個下輥的旋轉(zhuǎn)；下輥水平移動所采用的傳動方案是：油泵將油供至機座內(nèi)部的兩個油缸中，驅(qū)動下輥的軸承座運動進而帶動下輥移動。2.2.2 支承輥裝

24、置此卷板機在進行工作時，首先是上輥快速下降，直至上輥與板材的表面相互接觸后，下降速度開始減慢，進入到壓板的階段，當上輥慢慢下降至卷板位置時，上輥開始進行旋轉(zhuǎn)運動，并提供主驅(qū)動，這時將由已經(jīng)在水平位置調(diào)整好的下輥同步進行旋轉(zhuǎn)運動，給上輥的卷板動作提供輔助驅(qū)動，此時板材在上下工作輥的旋轉(zhuǎn)運動的作用下產(chǎn)生變形，進而得到所需的工件。該卷板機的上工作輥直徑為1400mm，下工作輥直徑為 850mm，上工作輥的直徑大于下工作輥的直徑，因此，上工作輥剛性相對較好，下工作輥剛性相對較差。在卷板過，上工作輥的壓下力可以達到 90MN ，下工作輥可能會因其剛度不足，而產(chǎn)生變形進而出現(xiàn)撓曲的現(xiàn)象，導致制件的中間位置

25、產(chǎn)生變形，進而導致筒體形成中間大、兩邊小的“鼓狀”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的發(fā)生會影響到卷制工件的整體質(zhì)量，為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生在該機中可以設置一個支撐輥裝置為下工作輥提供必要的支撐。圖 2.5 支承輥裝置四個支撐輥的位置分別位于兩個下輥的兩邊，下工作輥的軸承座由兩缸驅(qū)動水平移動時，支承輥的軸承座也跟著一起運動，進而帶動著支承輥的移動。根據(jù)所卷制工件尺寸大小的不同，通過對支撐輥的軸承座的斜鐵來進行調(diào)整可以改變支承輥對于下工作輥的支撐力。在卷板機運轉(zhuǎn)時，支承輥對下工作輥提供了向上的支持力，使下工作輥先產(chǎn)生向上的變形，上工作輥壓下后使下工作輥產(chǎn)生向下的變形，兩種變形恰好相互抵消，上下工作輥均可保持平直狀態(tài)

26、與板材表面緊密接觸，使得板材的各平面的受力均勻，板材的形變量相同，進而使工件避免產(chǎn)生“鼓狀”現(xiàn)象，提高所卷制出來的筒體的整體精度。2.2.3 對中機構(gòu)工件在形變過易發(fā)生歪斜，卷制出的工件容易發(fā)生不可控的變形，從而降低了卷制工件的精度。設置對中機構(gòu)后可以對進入卷板機的板材進行對中校準，避免其發(fā)生形變，對中機構(gòu)通常被安裝在卷板機的一側(cè)用來控制擋板機構(gòu)的復位和立起。對中機構(gòu)在板料進入時可以控制擋板的立起，卷板時可以控制擋板的放平，如圖 6 所示。圖 2.6 對中機構(gòu)如圖 6 所示，缸是固定在機座上，活塞桿頂端與擋板相連，當油缸內(nèi)通入高壓油液時，活塞桿的伸縮帶動著對中擋板復位和立起，此卷板機的對中機構(gòu)

27、具有整體結(jié)構(gòu)簡易，方便操作，以及精度高，效率高的對能。2.2.4 翻倒機構(gòu)卷板機在對板料的卷制結(jié)束后，需要將卷制完成的工件從上工作輥處取出，因此需要安裝一個可以使上工作輥一端翻倒的機構(gòu)。在卷板機右側(cè)安裝翻倒機構(gòu)（如圖 7 所示）使上工作輥的右側(cè)軸承座沿右側(cè)的機架上方的橫軸進行轉(zhuǎn)動，翻倒機構(gòu)的轉(zhuǎn)動范圍約為 85-98。將右側(cè)的軸承座向右下方轉(zhuǎn)動，使上工作輥的右端脫離支撐，卷制完成的筒件可以方便卸下。圖 2.7 翻倒機構(gòu)如圖 7 所示，該卷板機的傾倒機構(gòu)是由傾倒軸承體、傾倒油缸和傾倒滑軌等主要部分組成，期中傾倒系統(tǒng)中的缸被固定在整機的機座上，活塞桿被連接在翻倒軸承座上，油通過小額定量泵供至缸內(nèi)，通

28、過帶動活塞桿的一伸一縮進而實整個現(xiàn)翻倒軸承座的復位動作和傾倒動作。此卷板機的傾倒機構(gòu)的特點是整體結(jié)構(gòu)簡易，操作容易、復位和傾倒的動作平緩。2.2.5 平衡裝置在機構(gòu)右側(cè)的翻倒軸承座翻倒時，上工作輥僅由左側(cè)的支撐座支撐，因為上工作輥處于懸臂狀態(tài)，所以卸料時工件的精度會受到影響。因此安裝必要的平衡裝置可以有效防止卸料時該現(xiàn)象的發(fā)生，本卷板機的平衡裝置如圖 8 所示。圖 2.8 平衡裝置如圖 8 所示，底座上的碟形彈簧產(chǎn)生的拉力的作用，可以在上工作輥的右端產(chǎn)生一個下拉力，避免了上工作輥在卸料時處于懸臂狀態(tài)。該卷板機中采用的這種碟形拉桿式的平衡裝置具有結(jié)構(gòu)簡易，成本低廉和可靠安全的優(yōu)點。2.2.6 制

29、動系統(tǒng)在卷制板料工作過，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的啟動、制動比較頻繁，而且?guī)в幸欢ǖ呢撦d，因此需要安裝高效的制動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)的設置不僅能夠有效降低了工作輥的轉(zhuǎn)動慣量，還可以提高整個系統(tǒng)的工作精度和動作平順性?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)包括上工作輥的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和下工作輥的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，其都采用了通過馬達進行制動的方案，該制動系統(tǒng)具有整體結(jié)構(gòu)簡易，延遲性小，制動效果穩(wěn)定等優(yōu)點。2.2.7 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)是該卷板機設備工作的主要動力源，主要是由電組成。2.2.8 機架卷板機的架體包括底座（機座）和左、右機架兩部分組成。其中機座是由鋼板焊接而成，并通過退火熱處理對其消除內(nèi)部應力，進而提高機座的整體韌性，防止在工作過因為受力過大而產(chǎn)生變形

30、3。在左側(cè)機架旁處安裝著工作輥的傳構(gòu)，右側(cè)機架上安裝著軸承的傾倒機構(gòu)，該機構(gòu)通過沿橫軸的旋轉(zhuǎn)可脫離上工作輥，方便將卷制完成的工件取下，左、右兩個機架均用平鍵和螺栓固定在底座上面。安裝在底座內(nèi)的兩個油缸用于驅(qū)動上工作輥軸承座的移動，進而帶動著上工作輥兩端沿著機架內(nèi)的導軌進行升降，與兩個下工作輥共同完成板料的卷制及壓彎。2.3 大型水平下調(diào)式三輥卷板機的特點(1)本卷板機的兩個下工作輥既能夠單獨移動，也可通過機械聯(lián)接同時移動，卷 制 板 材 的 最 大 厚 度 可 達mm1570mm1822mm；420mm ， 機 械 外 形 尺 寸 為6015(2)原卷板機主驅(qū)動輥采用四個電機合流驅(qū)動的機械傳動

31、方式，其傳構(gòu)復雜，本機采用四個馬達合流驅(qū)動上輥旋轉(zhuǎn)，既可以簡化傳無極調(diào)速，且調(diào)速方便；構(gòu)，又可以實現(xiàn)(3)本機主要用于卷制厚板，所需扭矩較大，采用工作輥全驅(qū)動技術(shù)，上下三個工作輥均為主傳動。在卷制厚板時，工作輥能夠提供足夠的卷制力量；在卷制薄板時，“打滑”現(xiàn)象不容易產(chǎn)生，從而提高了整個卷板機工作精度和安全性能，保證所卷制出的工件的表面精度；(4)計算機可根據(jù)系統(tǒng)工況要求從而控制油源系統(tǒng)在單泵供油或者雙泵同時供油兩個供油方式之間的自動切換，該供油系統(tǒng)具有節(jié)約能源，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，提高系統(tǒng)的整體工作穩(wěn)定性能；(5)該控制系統(tǒng)采用的是在國外已經(jīng)得到成熟發(fā)展的先進技術(shù)，具有設定輸入，人機交互，故障自動

32、、判別，斷電自動和工作狀態(tài)的動態(tài)顯示等功能；機器可與互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)對機器的控制，方便操作；同時該系統(tǒng)的運行環(huán)境采用微軟系統(tǒng)，擴展空間方面有巨大優(yōu)勢。3.系統(tǒng)的設計與計算3.1系統(tǒng)設計要求(1)上工作輥壓下時，上工作輥兩端位移同步精度要求高，下降平穩(wěn)，無抖動，并可以準確的停留在任意位置；(2)上工作輥為主動輥，提供主要驅(qū)動，由四個正反轉(zhuǎn)，不允許出現(xiàn)工作輥打滑的現(xiàn)象；馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)(3)兩個下工作輥可進行同步或分別的水平移動，在相對位置確定以后，即可進行機械連接，并固定中心距，下工作輥的兩端及其支承輥的位移同步精度要求較高，移動過程要求平穩(wěn)，并可以準確無誤的停在導軌的任意位置；(4)兩個下

33、工作輥均為主動輥，提供輔助性的驅(qū)動，分別是由一臺馬達驅(qū)動各自工作輥的旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)工作輥的正反運轉(zhuǎn)，不允許工作輥出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象；(5)對中裝置要求可以控制對中擋塊在板料進入機器時能夠立起，卷板工作時能夠平放；(6）翻倒機構(gòu)則需要可以控制上工作輥右側(cè)翻倒軸承座在取加工完成的工件時實現(xiàn)一系列翻倒和復位的動作。3.2系統(tǒng)組成W11S-82000 型水平下調(diào)試三輥卷板機的整體系統(tǒng)主要包含有泵，溢流閥，換向閥，調(diào)速閥，單向閥，馬達，缸等常用元件。系統(tǒng)所需要的能源由泵提供，是典型的能源裝置；能與機械能之間的轉(zhuǎn)換是通過馬達進行，缸內(nèi)所輸入的能與直線往復運動形式的機械能之間的轉(zhuǎn)換是通過缸實現(xiàn)，缸與馬達都屬于系統(tǒng)

34、的執(zhí)行裝置；溢流閥、換向閥、調(diào)速閥、單向閥屬于系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)裝置，用來控制或調(diào)節(jié)油力、方向26-28。根據(jù)大型水平下調(diào)式三輥卷板機的組成、工作原理和特點，系統(tǒng)需包含以下六個子系統(tǒng)：流量或可知其(1)上工作輥升降系統(tǒng)；上輥缸(原理：主缸)內(nèi)的活塞在油的作用垂直升降運動，其工作油由葉片泵形成一定的壓力，經(jīng)濾油器、電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、平衡閥進入液缸下端，使液缸的活塞向上運動，上輥，液缸上端回油經(jīng)電磁換向閥回到油箱，其額定壓力通過溢流閥進行調(diào)整，通過壓力表觀察壓力表讀數(shù)值。液缸的活塞向下運動（既上輥下降）油經(jīng)電磁換向閥進入液缸上端，液缸下端回油經(jīng)平衡閥、液控單向閥、節(jié)流閥、電磁換向閥回到油

35、箱。為使上輥下降平穩(wěn)，制動安全可靠，在回油設置平衡閥，平衡回路、保持壓力，使下降速度不受重物而變化,由節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，控制升降速度。(2)上工作輥回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；上輥回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采聯(lián)泵供給油液至馬達，通過開式齒輪后驅(qū)動上工作輥回轉(zhuǎn)完成板材的預彎或卷制。(3)下工作輥水平移動系統(tǒng)；下工作輥兩端的兩個(4)下工作輥回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；缸控制其作同步的水平運動(5)對中機構(gòu) (6)傾倒機構(gòu)傾倒系統(tǒng)；系統(tǒng)。缸有桿腔進油,無桿腔排油,左機架翻倒;無桿腔進油,有桿腔排油,左機架復位。3.3系統(tǒng)的基本回路經(jīng)過一系列改進后的大型水平下調(diào)式三輥卷板機的系統(tǒng)共包括八個子系統(tǒng)，可以用來控制六個缸的移動和六臺馬達的轉(zhuǎn)動。通過分析此卷板機

36、的工作原理、卷板特點和整體包括以下六個基本回路3：系統(tǒng)的組成，確定所設計的系統(tǒng)應3.3.1 調(diào)壓回路系統(tǒng)的壓力可以應用調(diào)壓回路進行調(diào)定，根據(jù)系統(tǒng)不同階段的壓力要求可以將整個系統(tǒng)或者部分系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定在的一定數(shù)值上，或者在多個壓力值之間實現(xiàn)變換。針對W11S 型的三輥卷板機來說，上工作輥的下降階段稱為工作行程，在與工件材料接觸之前，兩個缸承受的僅是上工作輥的重力，所以此時的下降速度相對較快，當上工作輥下降到與工件材料相接觸時，即上工作輥開始壓板時，下壓力將開始不斷增大，而下降速度則變得較為緩慢，此工序下系統(tǒng)所需要的工作壓力相對較大；上工作輥在上升的階段稱為空行程，所以此時的上升速度相對較快，此工

37、序下所需要的工作壓力相對較小。因為在各個階段中，系統(tǒng)所需要的工作壓力彼此不相同，所以在此卷板機的系統(tǒng)中，應含有多級調(diào)壓回路。3.3.2 卸荷回路卸荷回路則是在不關(guān)閉設備電機和油泵的情況下，使從泵出口流出的油液直接流回到油箱中。安裝卸荷回路不僅可以使系統(tǒng)的功率損耗減小，而且系統(tǒng)的發(fā)熱還會降低，并可以延長泵和設備電機的工作年限3。目前用的比較廣泛的卸荷回路是：M/H/K 型的三位四通換向閥中位卸荷的卸荷回路以及含有先導式溢流閥的卸荷回路和插裝閥的卸荷回路等。通過幾種卸荷回路的性能綜合分析比較，在本卷板機的 系統(tǒng)中采用的是先導式的溢流閥與二位二通換向閥組合而成的卸荷回路或者 H 型中位卸荷的換向閥的

38、卸荷回路，這種卸荷回路具有以下特點：對系統(tǒng)的卸荷較為平穩(wěn)，從 泵出口流出的油液可以以幾乎為 0 的壓力直接回流至油箱。3.3.3 換向回路在系統(tǒng)中安裝換向回路則可以使馬達缸等系統(tǒng)的執(zhí)行元閥、雙向件改變原先的運動方向，進而可以改變整個機構(gòu)的運動方向。泵和雙向馬達等則都可以使系統(tǒng)的執(zhí)行元件的運動方向發(fā)生改變。由于W11S 型的卷板機在工作輥升降過程、水平移動過程、以及轉(zhuǎn)動過程的速度都很慢，并且在工件卷制的過，這些機構(gòu)并不需要頻繁和連續(xù)的改變其整體的運動方向，因此決定在本卷板機的系統(tǒng)中使用換向閥的換向回工作輥的升降機構(gòu)回路中使用的是“O”型三位四通的換向閥，上工作輥的回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回路中使用則是“Y”型

39、三位四通的換向閥。3.3.4 調(diào)速回路系統(tǒng)中的調(diào)速回路則是用來根據(jù)當前工況對執(zhí)行元件在卷制工件過程中的運動速度進行自動調(diào)節(jié)。W11S 型卷板機的上工作輥在升降過，因為各種工況條件下系統(tǒng)的工作要求彼此不相同，且不同工況下的各階段運動速度也是相異的，所以需要安裝調(diào)速回路用來對移動的速度發(fā)生變化。缸進口流量的自動調(diào)節(jié)進而可以使其節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速這三種類型的調(diào)速都可以用來根據(jù)當前工況對系統(tǒng)中執(zhí)行元件的運動速度進行調(diào)節(jié)，在挑選合適的調(diào)速回路時，通過對比不同機構(gòu)所需要的工作要求以及各調(diào)速回路的特點來綜合分析并進行選擇。W11S 型的三輥卷板機的系統(tǒng)中，需要根據(jù)工況加設調(diào)速回路的系統(tǒng)有：工作

40、輥的傳動系統(tǒng)（包括上工作輥的旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)、升降運動系統(tǒng)以及下工作輥的旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)、水平移動系統(tǒng)）和板料對中機構(gòu)系統(tǒng)以及卸料翻倒機構(gòu)等輔助系統(tǒng)。其中，本卷板機的系統(tǒng)對工作輥傳動系統(tǒng)的位移精度和運動平穩(wěn)性的綜合要求都高于其輔助系統(tǒng)。而且在工作輥的傳動系統(tǒng)中，系統(tǒng)的缸和液壓馬達都會在工作行程時所需要承受的負載比較大，而在空程時則承受著較小的負載，為了度。整個卷板機的工作效率，可適當加快缸在回程時候的運動速總結(jié)以上各項原因，在本卷板機的工作輥傳動系統(tǒng)中，需要使用容積調(diào)速回路。其中，缸帶動工作輥的移動采用的是泵缸式容積調(diào)速回路，馬達驅(qū)動工作輥的回轉(zhuǎn)則是采用的泵馬達式容積調(diào)速回路，泵馬達式容積調(diào)速回路具有

41、調(diào)速平穩(wěn)、效率高的特點；而卷板機的輔助系統(tǒng)的缸運動則采用的是節(jié)流調(diào)速回路，節(jié)流調(diào)速回路具有方便操作且調(diào)節(jié)簡易的特點。3.3.5 同步回路當整個缸在運動過系統(tǒng)中有兩個或多個缸需要同時進行運動時，為了確保兩個具有完全相同的位移量和運動速度，常需要在系統(tǒng)中安裝一個同步回路。目前應用較為廣泛的同步回路一般都是采用缸通過剛性聯(lián)接、串聯(lián)缸、分流閥、分流馬達等方式來實現(xiàn)多個缸的同步運動。對于W11S 型的三輥卷板機而言，在上工作輥兩端的控制升降的兩個油缸和在下工作輥兩端的控制水平移動的兩個油缸在運動的時候均需要有很默契的同步度。上工作輥的升降系統(tǒng)中，為了控制兩個缸在上工作輥下行時具有完美的同步精度，需要使用

42、伺服閥高頻響應的同步回路。而在系統(tǒng)主油路的回油則需要安裝電磁式的雙比例調(diào)速閥，并在其旁路中需要使用伺服閥對系統(tǒng)進行補償，伺服閥則可以根據(jù)兩缸的實時的位移反饋信號進行比較其位移差，從而能夠自動地控制換向閥的閥芯作出微小移動，并對缸的油液做出補油或放油的操作，使兩個缸能夠同步運行。因為此伺服閥安裝在旁路中，通過其閥口的油液流量較小，所以可以使用通徑較小的國產(chǎn)伺服閥就可以，這種伺服閥不僅控制精度高、響應速度快，而且價格相對低廉；下工作輥的水平移動系統(tǒng)中，則對缸的同步要求相對較低，可以使用油分流以及通過調(diào)速閥調(diào)速即可控制其同步精度。3.3.6 鎖緊回路鎖緊回路在系統(tǒng)中的作用就是為了使在工作過的執(zhí)行元件

43、能夠根據(jù)系統(tǒng)需要準確地停在某一確定的位置上，鎖緊回路就是用來斷開執(zhí)行元件到油源或油箱的油路。對于 W11S 型的三輥卷板機而言，在整個機器的工作過，上工作輥的升降機構(gòu)、下工作輥的平移機構(gòu)、板件材料的對中機構(gòu)中的液壓缸都需要根據(jù)當前工況的要求使其能夠停在某一特殊要求的地方，所以要求使用鎖緊回路。因此在上述機構(gòu)的系統(tǒng)中，都要求安裝雙向的鎖緊回路。3.4 卷板機的基本參數(shù)本課題是基于 W11S 型水平下調(diào)式三輥卷板機進行的分析，根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，該型號卷板機的基本參數(shù)如表 3.1 所示。本文以W11S 型的三輥卷板機基本參數(shù)第一組參數(shù)為例，即卷板規(guī)格板厚板寬：300mm2500mm，對 W11S型

44、的三輥卷板機進行分析。表 3.1卷板機的基本參數(shù)3.5 工作輥受力分析1、特厚板的相對彎曲力矩(即工作輥的相對總扭矩)M / (12R) 2 R 2A( )n2 / (n 2)(0 / R 0.1)32M 3Ee2n22 A( 2)/ (n 2)(0.1 / R 0.2); A 5 3 / (2rm )n組別參數(shù)第一組第二組第三組第四組第五組第六組最大卷板厚度300mm250mm200mm180mm400mm420mm最大預彎厚度280mm220mm180mm180mm320mm340mm卷板最大寬度2500mm3200mm3200mm3200mm3200mm2500mm卷制鋼板材質(zhì)235MP

45、a235MPa350MPa400MPa100MPa100MPa最小卷筒直徑5000mm3500mm3500mm2500mm4500mm5000mm卷板溫度常溫溫卷800-1050上輥直徑1400mm下輥直徑850mm兩下輥中心距1700mm下輥水平移動行程300mm上輥壓下力60000KN上輥主傳動電機4X55KW下輥傳動扭矩2X160KWm(2AFE160 馬達)卷板速度2.2 m / min系統(tǒng)最大壓力25MPa預彎剩余直邊長度2-2.5 倍板厚工作輥材質(zhì)60o工作輥調(diào)質(zhì)硬度HB260-302彈性彎曲 彈塑性彎曲 塑形彎曲本卷板機所加工的板材是 Q235，它的材料自身屈服應力 為 235

46、兆帕；它的線性硬化系數(shù) 為 2300；厚向強度彎矩的增強系數(shù)n 為 1.05。根據(jù)上述羅列式子可知，特厚板相對彎曲力矩公式與相對彎曲曲率的關(guān)系，如圖 3.1 所示。到相對彎曲力矩M圖 3.1 相對彎曲力矩M 與相對彎曲曲率的關(guān)系對于卷制規(guī)格為 300mm2500mm 的板材而言，相對彎曲曲率為 /R=300/2500=0.12，因此這個規(guī)格的板材的相對彎曲力矩 M 約等于 8.436 兆牛米?？偟呐ぞ厥怯稍诎宀淖冃紊纤牡呐ぞ亍⒂脕砜朔S輥在彎曲板材上滾動時的摩擦阻力以及軸輥軸承中的摩擦上所消耗的扭矩相加之和20。由純塑性的彎曲理論可知，在變形上所要消耗的扭矩M 的如下30：（1）在彎曲平板

47、時式中：M 約等于 8.436MNm；M0 是板材的初始相對彎曲力矩，約等于 6.66MNm；M1 是對應于預彎過的板材的彎曲半徑R1 的相對彎曲力矩；R0 是板材彎曲彈復前的半徑，R0=(Dmin+)/2=(5+0.3)/2=2.650m；Db 為下工作輥的直徑。為了滿足整個系統(tǒng)的靜態(tài)設計需求，要對整個系統(tǒng)在承受最大負載以及最大壓力時的具體參數(shù)進行計算。根據(jù)上述在板材變形時所要消耗的扭矩公式，可以知道在彎曲平板時消耗的扭矩大于彎曲預彎過的板材時消耗的扭矩，因此在接下來的計算過僅對彎曲平板時工作輥的受力情況進行分析計算。2、各工作輥受力情況分析如上所述，對彎曲平板時上、下工作輥的受力情況進行分

48、析，上、下工作輥的受力情況如圖 3.2 所示：圖 3.2 上、下工作輥的受力情況（1）角、計算由圖中的圖形幾何關(guān)系得知：馬達轉(zhuǎn)速n：設其比是 500，即：n=500n 上=5000.5=250r/min各馬達需要輸出的轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=2101Nm在最大壓力（p=25 兆帕）時，馬達排量V 為 527.8 立方厘米各馬達的流量Q 為 131.95 升/分鐘上工作輥選用的型號：A2FM 軸向技術(shù)參數(shù)為：額定排量 Vg：710馬達的型號及技術(shù)參數(shù)19定量馬達系列 6 規(guī)格 710；最高轉(zhuǎn)速nmax：1600r/min；最大流量 qvmax：1600L/min；當量扭矩Tk：15.9Nm/ba

49、r；質(zhì)量：336kg。（2）下工作輥驅(qū)動馬達使用原有的型號為 2AFE160 的馬達。2、缸（以上工作輥壓下時工作缸為例）上工作輥的升降運動是由上輥兩端的兩個缸分別驅(qū)動完成，如前面工作輥傳動系統(tǒng)中所述，具體見上工作輥升降機構(gòu)圖3。在該系統(tǒng)中，缸為雙作用單桿活塞缸，缸筒被固定在卷板機的機架上，活塞桿可以在如圖 3.3 所示。缸內(nèi)上下移動，圖 3.3缸當缸驅(qū)動上工作輥下降時，缸有桿腔進油，無桿腔回油，如上圖所示，p1 為進油口，p2 為出油口：p1A2-p2A2=F 推/m式中：A1 是無桿腔的有效工作面積，A1=D/4A2 是有桿腔的有效工作面積，A2=（D-d）/4m 是所以，缸的機械效率，一

50、般 0.900.97 之間，此處取m 等于 0.95。上輥上升時，活塞上升速度V 上=160mm/min，所需油的流量Q1：Q1=V 上 A1=160 X 3.14 X1.7/4=362.984L/min上輥下降時，活塞快速壓下速度 V 快=200mm/min，所需油的流量Q2：Q2=V 快 A2=200X3.14X(1.7-0.56)/4=404.495L/min上輥壓板時，活塞慢速壓下速度 V 慢=80mm/min，所需油的流量Q3：Q3= V 慢 A2=80X3.14X(1.7-0.56)/4=161.798L/min因此，到不同工序下上輥升降時單個缸活塞運動速度、時間、位移及所需油流量

51、表，如表 3.2 所示。表 3.2油流量表壓下時所需的功率P=Pq=67.4Kw取缸的壁厚Pd/2=90.43，所以其值取為 100mm。缸的行程 L（3）根據(jù)上下工作輥的最大垂直中心距是 1625mm，最大卷板厚度是 500mm，缸的行程是 614.03mm，查缸的行程表取L=630mm。計算得出同理，對下工作輥的水平移構(gòu)進行分析，見下輥傳構(gòu)圖所示，下輥兩端的兩個缸分別控制其作同步的水平運動。根據(jù)整個系統(tǒng)在不同的工況下對系統(tǒng)所需要的運動、負載要求，進行技術(shù)參數(shù)的確定以及對缸的設計與選擇。確定使用型號為：CDH180/56-630 的缸。工序距離（mm）速度（mm/min）流量（L/min）時

52、間（s）快降200200404.49560壓板11480161.79885.5回程31460362.984117.753、泵依據(jù)整個系統(tǒng)對于動力源所壓力、流量和功率的要求，對泵進行選擇。本系統(tǒng)中油源系統(tǒng)是在計算機控制下運行，根據(jù)卷板機的整體工作狀態(tài)，自動實現(xiàn)單泵或雙泵供油。根據(jù)手冊選擇泵如下：（1）低壓定量小泵型號：A2FO180 泵技術(shù)參數(shù):排量V：180ml/r；最大轉(zhuǎn)速n：1450r/min；最大流量 q:261L/min；最大功率P：152KW（p=350bar）；質(zhì)量G：45kg。（2）高壓變量大泵型號：A7VO500 變量泵技術(shù)參數(shù):排量V：500ml/r；最大轉(zhuǎn)速n：1500r/

53、min；最大流量q：582L/min；最大功率P：340KW（p=350bar）；質(zhì)量G：234kg。3.7系統(tǒng)圖本章詳細了大型水平下調(diào)式三輥卷板機的系統(tǒng)，通過對卷板機的工作原理和特點的分析，確定了其系統(tǒng)的組成及包括的基本回路。整個系統(tǒng)包括：上工作輥升降系統(tǒng)、上工作輥回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、下工作輥水平移動系統(tǒng)、下工作輥回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、對中機構(gòu)和傾倒機構(gòu)系統(tǒng)；基本回路包括：調(diào)壓回路、卸荷回路、換向回路、調(diào)速回路、同步回路和鎖緊回路。對基本回路進行整合，確定出了本卷板機的原理圖如圖 3.4。1-定量泵，2-變量泵，3-先導式溢流閥，4-溢流閥，5-H 型三位四通電磁換向閥，6-二位二通電磁換向閥，7-O 型三位四通

54、電磁換向閥，8-0 型三位四通伺服閥，9-Y 型三位四通電液換向閥，10-單向順序閥，11-液控單向閥，12-電磁比例調(diào)速閥，13-單向閥，14-缸，15-節(jié)流閥，16-馬達圖 3.4 水原平理圖下調(diào)式三輥卷板機第四章 總結(jié)與期望4.1 水平下調(diào)式三輥卷板機設計過程總結(jié)本文主要在以下幾個方面做了：（1）介紹了卷板機的研發(fā)歷程，當前國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；（2）分析了水平下調(diào)式三輥卷板機的機構(gòu)、工作原理；對卷板機的主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設計和校核；對卷板機的系統(tǒng)進行了設計跟各元件的選用。4.2 設計總結(jié)總結(jié)本課題的，可以得到以下結(jié)論：1.根據(jù)卷板機的工作原理和動作要求，確定了系統(tǒng)包含的六個基本回路：調(diào)壓回路、卸荷回路、換向回路、調(diào)速回