辊式型钢矫直机的机械结构分析

孙维阳　王孝海

摘 要：文章对常用钢辊式矫直机的机械结构和矫直机设计时的参数选择进行了分析和研究，给出了型钢矫直机的机械结构的参数参考。

关键词：辊式；型钢；矫直机；机械结构

前言

型钢的矫直是一个比较复杂的过程，因为矫直过程中，材料几何形状非线性，材料回弹非线性，接触面非线性，所以其理论分析比较困难，但是在实际的工程中，又要设计相关的设备来满足实际工程的需要。辊式矫直机采用的机械结构，从大体上确定了矫直机工作性能，工艺的确定，生产效率等重要的参数。在具体的设计中辊轮之间的距离，辊轮的直径，辊轮的数量，矫直的速度等参数，需要统筹安排，根据企业的加工工艺因地制宜，确定设备的结构。矫直机加工范围包括工字钢、槽钢、角钢、方钢、圆钢等等。因为型材的规格长度有很多的选择，所以在机架结构上也有很大的区别，但是国内常用的基本分为两种：简易支架结构，辊轮轴承装在矫直辊两侧，让简支梁承载，其结构特点是，机架既刚性好，又整机重量轻。悬臂式，辊套装在矫直机的一侧，悬臂梁承载，其结构特点是，更换辊方便，操作方便。因为悬臂式的操作方便，所以国内大多数的矫直机选择悬臂梁式。

1 设计中具体参数的确定

1.1 辊径参数的确定

通过机械结构设计和数值分析计算得出，辊子的抗弯强度和刚度随着辊径的变化而变化，根据实际工艺经验，辊距与辊径成正比，其关系为D=Kd（其中D为辊直径，K为比例系数，一般取0.75～0.9，d为辊距）。

1.2 辊距参数的确定

在实际工程中，辊距参数的选择过大，会造成矫直的钢件的变形不够，造成矫直质量差，并且也不利于机器的入料。辊距参数的选择过小，会直接增加矫直力，使设备容易磨损，同时也容易对工件引起局部应力集中，压溃工件。所以在实际的工程和工艺中，要即保证满足矫直质量，又不损坏工件的情况下，合理选择辊距参数。

1.3 矫直质量工艺

1.4 最小辊距确定

最小輥距通过接触应力条件或接轴扭转强度确定，选取二者的较大者作为最小辊距。凭借实际经验，在所有工件中，圆钢的高度最低，工字钢最高，一般依据圆钢确定最大辊距，工字钢尺寸确定最小辊距，就能很好的适应加工工艺。最大辊距由矫直质量或满足最小上料条件确定，选取二者的较小值作为最大辊距。

1.5 矫直辊强度的设计

矫直辊的自身的强度一般都远远大于工件的强度，所以一般情况下只考虑弯曲强度，弯曲强度不足的时候，可以增加相应的支撑，以多个点来吸收压力。

1.6 辊数的确定

一般参照具体的企业生产能力和工艺的需求，对小型钢件一般7到11根，大型钢件取7根左右

1.7 矫直速度的确定

钢件的矫直速度一般取决于生产任务的选择，一般在0.8-2 m/s的范围内，小型钢件的矫直速度最高，经济效率最好。

1.8 辊材料的选择

工作辊直接与型钢接触，并相互挤压，为了尽量减少辊子的磨损，保证矫直机可以长期稳定的工作，长期工作在挤压的恶劣工况下，就要求辊子表面要有足够的硬度，表面要有较高的加工精度，有很好的抗弯抗扭曲强度。按照当前的工艺，若工作辊径D<60mm，采用60CrMoV材料；当D=60～120mm时，采用90CrVMo材料；当D>200mm时，采用9Cr材料。

2 软件上位机界面监控和计算

软件计算结果：该矫直机辊间距离是1200mm，共有7根矫直辊，钢件矫直加工速度是0.80-2.5m/s。从最终软件计算结果看，该软件计算准确，操作方便。以实际生产中的型钢矫直机为软件设计基础，按照轧钢机械设计的要求，充分考虑了实际生产过程中的工艺，为现代的辊式型钢矫直机的设计提供了较为便捷的方法。

3 结束语

从上述的例子可以看出：软件的理论计算的辊数与辊间距离能很好地满足型钢的加工需求。尽管软件里最大的矫直加工速度是2.5m/s，但是在实际的生产过程中，矫直速度可以根据生产用料的快慢，适当修改，以满足生产的为准。矫直中要充分考虑钢件材料的收缩，弹性复原，软件理论计算为指导，工艺上保证型钢的充分的弹塑性弯曲，充分发挥设备能力，节能降噪。通过以上的理论分析，数学模型的建立与仿真，文章以上提出的矫直计算理论依据，基本上满足了日益更新的钢件矫直工艺，与以往老式经验工艺上所得的数据比较接近，具备一定的实际应用价值，为常用钢件的矫直工艺的可参照的依据，对设计和开发钢件矫直机的厂家有指导意义。

参考文献

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[2]催甫.矫直原理与矫直机械[M].北京：冶金工业出版社，2002，7.

[3]徐灏.机械设计手册3[M].北京：机械工业出版社，2000，3.