朱静静-矫直机液压传动系统设计说明书

连铸机矫直液压系统设计计算说明书

作者朱静静

指导教师曹昌勇

1 引言

1.1 矫直机国外现状

根据设计任务书和国内外资料调研，国外发达国家专门有矫直机制造公司和研究机构。进十年来，德国、意大利、日本等国发展了手动伺服控制精密液压矫直机，其应用比较普遍。全自动精密液压矫直机发展也较为完备。

日本东和精机株式会社生产的ASP系列智能型矫直机克服了经验矫直的种种弊端，该机能自动检测工件在三维方向上的挠度，以计算结果为基础，选出矫直点控制滑块的行程值及其矫直挠度值。

日本国际计测器株式会社与长春试验研究所合作生产了ASC系列矫直机。该机有自动、半自动、两种模型，采用日本技术及其关键的零部件，由长春试验研究所生产主机装配。该矫直机有智能化的分析测量系统、可程控的电机、电器、机械、液压、空压等控制技术。ASC 系列矫直机灵活的人机界面、向用户开放的技术条件为提高整机的工作效率创造了极大的方便[1]。

德国DUNKES公司生产矫直机的矫直力围从100~2000KN共11个规格的手动伺服单柱精密液压矫直机。

德国的MAE公司发展了ADS2.5RH型25KN和ADSF63RH型630KN闭式全自动液压矫直机。该系统带有与材料性能有关的自动优化工艺软件，并以可编程的微处理器控制矫直和测试顺序。其功能有：最大8个感觉位置的测量、处理和记忆系统；数字键盘的屏幕显示终端并有人机对话系统；以清楚的文字修正错误信息和相应的程序，能确定最终矫直阶段的顺序；大量统计数据的修正和求值；还有与主计算机连接的接口。适用于矫直中、大批量生产的对称平衡件，或自动生产线中的矫直工序[2]。

MULLER WEINGARTEN公司生产了用于矫直轴类零件的全自动液压矫直机PRE系列。该系列矫直机为闭式，组合结构床身，由电子系统控制工件的回转和夹紧，可编程控制器可进行编程记忆和主要故障防护、数据存储及对矫直过程控制等。

还有一些生产矫直机知名度较高的企业，他们的矫直机都有较高的水平，集中表现在智

能化、自动化、测量精度高、生产节拍快等。

1.2 矫直机国内现状

国内应用比较普遍的是Y41系列单柱矫直压装机，该产品自动化程度低，属于凭经验矫直，矫直精度低。

近年来，国内的矫直设备有了很大的发展，总的发展趋势如下：

（1）系列完整、品种规格完全。

（2）精度高，检测、显示手段完善，矫直工件质量好。

（3）附件齐全、矫直工艺范围扩大。

（4）向数控化、柔性化、自动化方向发展。

合肥工业大学与合肥压力机械厂合作，研究成功最大矫直力为100KN的精密矫直液压机。该机采用移动式手动液压伺服控制，具有压力、行程和油温数字显示和预置功能，并具有多种报警。该机的研制成功，提高了我国型材精密矫直工艺装备的水平。对轴类零件，棒类零件等进行精密矫直，可提高工件精度和生产效率。

手动伺服控制精密矫直液压机带有适应各种轴类零件的附件，调整操作方便，矫直精度高，国外发达国家已普及应用。我国液压机行业在调整产品结构中，应积极开发技术附加值高的精密矫直液压机系列及成套附件，完善检测装置，这样对以国产品替代自产品，提高经济效益，增强市场竞争力等都具有广阔的前景。

在型材轿直方面，国外学者将重点放在了钢轨的研究上面，代表性的是澳大利亚的Schleinzer.G的“钢轨辊式矫直残余应力的研究”。这篇论文通过建立弹塑性模型，从理论上研究了钢轨矫直过程，并通过建立三维有限元模型，全面仿真了矫直时钢轨内的残余应力变化。通过结合试验和已有文献，彻底分析了钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。比较全面的还有美国的Varney的“辊式矫直机理”。

1.3 研究现状

H型钢的矫直，国外没有系统的研究。最全面的是日本学者藤木武等所著的“H型钢的反复弯曲变形机构”一文。文中以薄板为对象对辊式矫直机进行了理论解析。之后，荒木或中岛据此以单纯的弯曲理论为基础，建立了矫直过程的程序表计算法。这种计算法是把材料通过的支点坐标作为初始条件，求出关于矫直过程的程序表。此种方法考虑到了矫直材料的初期曲率，通过研究矫直过程中弯曲变形的变化，使定量的解析成为可能。不过，这种方法没有考虑到矫直辊位置的移动和型钢特有的由于矫直过程所造成的端面形状的变形。

国内对矫直所进行的研究比较多，但理论上几十年没有变化。完善的文献是崔莆所著的两本书《矫直理论与参数计算》和《矫直原理与矫直机械》，其他众多文章和教材从根本上来说是都没有脱离这两本书的思路，所有分析实际上都来自20世纪50年代前苏联的研究。国内自上世纪末开始生产H型钢以来，研究最多的是燕山大学。对H型钢的矫直的工艺特点研究的比较全面，著有《H型钢矫直稳定性研究》《H型钢变辊距矫直的研究》，《H型钢定辊距矫直的工艺方案及压下规程》等文献。

2 矫直机设计

2.1 矫直机的介绍

现行矫直方式可分为两大类：A辊式矫直；B三点弯曲式矫直。辊式矫直机比较普遍，本文主要研究前一种辊式矫直理论及其所用设备。本次设计的连铸机的矫直机为五辊矫直机。其示意图如图1所示。

其中：1为拉坯辊，2为矫直辊。三个下辊固定支承，拉坯上辊和矫直上辊分别由两个同步油缸支承。

图1 五辊矫直机示意图

2.2 设计要求

（1）完成动作：直线运动，即拉坯缸压下和上升，矫直缸的压下和上升。

（2）运动速度要求：拉坯缸和矫直缸对运动速度并不像精密机床那样要求严格，可以说基本上没有什么要求，只要能完成动作即可，但要求动作稳定。

（3）操作控制方式：拉坯缸和矫直缸的压下和上升，均由各自的电磁换向阀控制。整个连铸中拉坯缸一直工作，即压下拉坯上辊，连铸结束后拉坯缸上升返回。

（4）其它：液压泵站设在地下室，以避开高温的连铸坯。连铸出坯对安全性和可靠性要求很高。

2.3 方案制定

根据以上的设计要求，初步制定液压系统的主要部分实现方案。