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    三辊卷板机如何卷制锥形筒
    1 卷制锥筒的原理
    圆筒和锥筒工件可看成圆筒和锥筒工件的母线绕同一平面内的回转中心线回转360度而成,圆筒工件的母线与回转中心线平行,锥筒工件的母线与回转中心线倾斜。在辊式卷板机上卷制圆筒和锥筒都是基于三点弯曲的原理,卷板过程主要有以下三步,首先将工件送进辊式卷板机的工作辊内,一个辊在工件的上方,称为上辊,两个在工件下方,称为下辊,这是三辊卷板机;四辊卷板机有三个辊在工件的下方,一个在上辊的同一铅垂面内,称为中下辊,另两个在上辊的两侧,称为侧辊,上辊可与侧辊和中下辊中任意两个辊对工件进行弯曲,本文仅讨论两下辊或侧辊与上辊对称布置的情况;第二步是工作辊作进给运动,即进行三点弯曲,有的卷板机是上辊作压下进给,有的是下辊或侧辊作向上的进给运动,为叙述方便,根据相对运动的原理,将工件和下辊或侧辊看作静止不动的,上辊作压下运动;卷圆筒工件上辊压下时与下辊平行,卷锥筒工件上辊压下时与下辊倾斜;压下量越多,工件与上辊接触的母线及附近曲率越大;第三步是通过工作辊的回转运动让工件回转,同时保证上辊的压下量不变,使工件的每一个母线具有相同的曲率或曲率分布,成为圆筒和锥筒。
    巨德牌辊式卷板机卷制锥筒的方法很多,分别适用于不同的工件,具有各自的特点。不管用什么方法,都要保证在卷制的过程中,工件的母线与上辊的母线重合。
    锥筒下料为一扇形钢板,在圆柱形工作辊的卷板机中卷制锥筒,要保证在卷制的过程中,工件的母线与上辊的母线重合,扇形钢板在工作辊之间的运动可看作工件母线上每个点在与工作辊轴向垂直方向上的匀速运动(圆柱形工作辊的主传动装置的回转运动可实现该运动)和工件绕通过自身母线上的某一点的铅垂线的回转运动的合运动,使大头走快点或小头走慢点,这需要给扇形钢板另外施加一个力矩,克服工件与工作辊之间的摩擦力,这是卷锥筒的关键,工件绕通过自身母线上的这一点的铅垂线的回转运动所需力矩最小。
    2 卷制锥筒的方法
    按卷制的过程中是否使用挡轮(块),以下简称挡轮,可分为挡轮法和非挡轮法。在非挡轮法中有以下几种:
    (1)分区划线法:在工件的扇面上等分画出若干母线,每次将工件的每条母线与上辊母线对齐,按母线分区在每条母线的两侧附近卷制,这是一种近似的、不连续的方法,效率低但简单,扇形钢板绕通过自身母线上的某一点的铅垂线的回转运动是通过人工对母线实现的。
    (2)巨德卷板机锥辊法:有三辊都是锥辊的,锥辊的锥度与工件相关,工件与辊面基本没有相互滑动;也有主动辊是锥辊(一般为上辊),被动辊是带分段辊套的,工件、辊套和辊芯有相互滑动,辊套数量越多,工件和辊套的相互滑动越少,扇形钢板合运动是通过锥辊直接实现的。锥辊法是效率最高,成本最高的方法,适用于单品种、大批量生产。
    (3)夹紧辊法:一般四辊卷板机可用夹紧辊法,将下辊倾斜,用上下辊将工件的大头夹紧,通过调整下辊的倾斜量和夹紧力适用不同的工件,扇形钢板绕通过自身母线上的某一点的铅垂线的回转运动是通过夹紧辊与工件表面的摩擦力实现的,这种方法简单但需要经验,且锥度较大或工件较厚时往往需与挡轮配合使用。
    非挡轮法的优点是工件的板边不与挡轮接触,可以先打坡口,后卷制,坡口的完整对焊接质量有影响,挡轮法对工件的坡口是有损伤的,特别是锥度较大或较厚的工件,而先卷制后打坡口即在圆形工件上打坡口是很困难的。
    为了先打坡口,后卷制锥筒,我们在一台既巨德牌卷制圆筒又卷制锥筒的上辊为主动辊70??500的三辊卷板机设计了以下卷锥装置卷制风电锥塔筒,根据风电塔筒锥度为上辊设计了由三段组成的锥套,锥套用键与上辊固连,锥套平均35mm厚,调质处理,与上辊为动配合,两下辊表面淬火处理,在两下辊之间的空间里还可设置由油缸驱动升降的小型夹紧辊,将工件与上辊夹紧,防止工件与上辊出现相互滑动。实际卷制的结果,厚26mm,Q345的工件,由于工件锥度较小,不用夹紧辊也达到了较好的效果。如果上辊也淬火,对锥套的拆卸安装会更好。这是锥辊法与夹紧辊法的结合使用。由于下辊为圆柱辊,上辊用辊套,结构简单,成本也低了。
    在挡轮法中有以下几种:
    (1)在翻倒侧的上辊上设挡轮:挡轮通过轴向和径向轴承安装在上辊辊身与上辊翻倒侧轴承的过渡段,挡轮的一部分插入翻倒架内限制挡轮不随上辊旋转。挡轮一般与工件的小头板边接触,主要靠挡轮与工件板边的摩擦力实现扇形钢板绕通过自身母线上的某一点的铅垂线的回转运动。此法适用于板厚较小,锥度较大,小头直径较小的工件。
    (2)在翻倒侧的下辊上设挡轮:挡轮设在翻倒侧的两个下辊轴承座上,挡轮直接与下辊轴承座的上部固连在一起。作用原理与第1种方法相同,适用于锥度较大,小头直径较小的工件,板厚较第1种方法大。
    (3)在翻倒侧的机架上设挡轮:挡轮用螺栓安装在四辊卷板机翻倒侧的机架上,挡轮的上平面略高于上辊的下母线。
    (4)在翻倒架上设挡轮:在翻倒架上、在上辊的两侧安装挡轮,翻倒架与机架之间设短的滑键。
    以上几种挡轮都安装在翻倒侧,这是因为翻倒架外形尺寸小,翻倒侧机架低矮,工件一般不会与其发生干涉,挡轮紧贴工作辊辊面,可卷锥度较大,小头直径较小的工件。
    (5)在床身上设挡轮:挡轮架用销轴安装在床身上,挡轮安装在是辊的两侧,挡轮架可绕销轴转动,挡轮可在挡轮架内升降。
    (6)在传动侧的机架上设挡轮:在传动侧的机架上,在上辊的两侧设有较大的安装平面,平面上有可供选择的内螺纹、梯形槽、或销轴、键等用于紧固挡轮装置,使档轮装置对工作辊的相对位置和方向可按需要改变。3 提高卷锥能力的方法
    挡轮法中第2、4、5、6这四种方法都有两个挡轮,分别在上辊的两侧,工作时,板边靠着两个挡轮,进料侧的挡轮对工件施加力矩,出料侧的挡轮对工件进行导向,在挡轮力的作用下,工件会偏离原来的位置,大部分时间工件只与一个档轮接触,进料侧的挡轮对工件施加力矩,出料侧的挡轮对工件进行导向,即工件绕中心线回转过头,被出料侧的挡轮挡回来,两个挡轮共同完成导向和施加回转力矩的任务。两个挡轮比一个挡轮的导向作用要好,两个挡轮比一个挡轮对工件施加回转力矩要大,但两个挡轮在上辊的两侧,当工件小头直径小时,不易挡到工件。用两个挡轮时,挡轮最好能绕自身轴线回转,且能沿自身轴线上下窜动,这对板边的磨损小,挡轮表面淬火寿命长。用两个挡轮时,对工件施加回转力矩的主要不是工件与挡轮的摩擦力,而是工件与档轮接触的径向力,比摩擦力更直接,力的效率更大,不必乘摩擦系数了,挡轮离上辊越远,力臂越长,施加的回转力矩越大,(见图1、图2),卷制的锥筒厚度越大,这也要求工件的小头直径较大。方法6中挡轮两端有轴承座,是简支梁,承载能力大,方法5中挡轮是悬臂梁,承载能力相对较小。方法5中挡轮在床身上,工件与机架不易干涉。

    我们曾在55??200的三辊卷板机上用方法6,马鞍山巨德卷板机卷制过半锥角为30度的工件,在挡轮和机架安装平面之间增设1m高的下大上小的支架,将挡轮沿轴向深入工作辊辊面内,避免了工件与宽机架的干涉。有时工件是平板时挡轮档不到工件,可将工件先压弯一下,或将挡轮向下移动一下,就能解决问题。
    挡轮法的缺点是对工件一端的板边有损伤。挡轮可绕自身轴旋转,且能沿自身轴线上下窜动,挡轮表面淬火,这可减轻对板边的损伤;在可能的情况下,将挡轮与上辊的距离拉大,既能减小挡轮与工件的作用力,也可增大对厚工件的作用力,这需要先预弯较长的板端。
    在卷锥筒的过程中,摩擦力和摩擦系数是很重要的因素。在前面非挡轮法中举的实例,不用夹紧辊也能达到较好的效果,可能是因为工件在上辊和下辊之间的摩擦系数不同。某单位在100??000的三辊卷板机上卷制某大型工程的40-50mm厚高强度钢锥筒时,发生将传动侧机架上的档轮安装螺栓全部切断的问题,工程陷于停顿,经我们现场分析和经验的判断,可能是共振引起的,建议在工件与被动辊之间加一点润滑油,改变摩擦系数,改变振动的频率,不仅解决了问题,更厚一点的工件也能卷了,因为润滑油同时将低了使工件绕通过自身母线上的某一点的铅垂线的回转运动的负载。需要注意的是,卷完后应对工件上的润滑油进行处理,不要影响焊接质量。
    4 卷锥力的估算
    各种方法对不同的工件究竟需要多大的力既要经验,也要粗略的计算,从以上分析可看出,对工件施加回转力矩的只有一个挡轮,不能将负载平分到两个挡轮上。某单位在70??000的卷板机是用方法6卷制60??000多宽的高炉壳体锥筒,由于传动侧机架上部与下部的连接螺栓力量不够,在卷锥过程中将连接螺栓拉断,经对机架连接处改进卷制成功。第1种方法的挡轮主要靠挡轮与工件的摩擦力,挡轮承受的正压力是摩擦力的数倍,卷大工件很容易损坏。要根据工件的大小,不同的要求选择合适的方法。
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