CN205949548U - 锆钛铌合金管棒材高精度七辊矫直机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锆钛铌合金管棒材高精度七辊矫直机，其包括矫直主机和电气控制***，所述矫直主机上设有三组半矫直辊，成二二二一布置，即为1#、2#、3#上辊和对应的1#、2#、3#、4#下辊，三个上辊为可以上下移动的矫直辊，2#下辊为可以向上移动的矫直辊，4#下辊为可以上下移动的矫直辊；所述电气控制***由PLC、人机界面、变频器、各类传感器组成并各部分协调运行。本实用新型矫直精度≤0.3mm/m，矫直速度实现了0～30m/min无极可调。

Description

锆钛铌合金管棒材高精度七辊矫直机

技术领域

本实用新型属于机械领域，涉及一种稀有金属合金管棒材高精度矫直机，尤其适合用于锆钛铌合金材料特性的高精度矫直机。

背景技术

目前稀有金属及其合金材料在航天航空、电子通讯、核发电等工业领域应用的越来越广泛，对其棒材的直线度（弯曲度）提出来更高的要求，特别是对高质量的合金材料要求直线度达到0.3mm/m以下。国内外现有技术的管材矫直机，已经能使合金管材达到直线度≤0.3mm/m，但是这类矫直机对大管径、厚管壁的高硬度合金并不适用，特别是对被矫直管径为Φ16～65mm、壁厚为1～12mm，或者棒材直径为Φ18～Φ30mm的锆、钛、铌等合金不适用。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型的目的是提供了一种适用于大管径厚管壁的锆钛铌合金管棒材高精度七辊矫直机。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括矫直主机和电气控制***，其结构要点是：所述矫直主机上设有三组半矫直辊，成二二二一布置，即为1#、2#、3#上辊和对应的1#、2#、3#、4#下辊，三个上辊为可以上下移动的矫直辊， 2#下辊为可以向上移动的矫直辊， 4#下辊为可以上下移动的矫直辊；所述电气控制***由PLC、人机界面、变频器、各类传感器组成并各部分协调运行。

优选地，三个上辊的上下移动行程为120mm，2#下辊的移动行程为移动行程为20mm，4#下辊的上下移动行程为±20mm。

优选地，1#上辊、2#下辊、3#上辊分别带有压力传感器，实时监测矫直力，并通过显示仪表连续的显示出来。

优选地，传感器型号为CMGD-200KN，显示仪表为DP25B-S，传感器精度≤0.05%。

优选地，七个矫直辊的结构相同，均由辊座、矫直辊、辊子轴承、支承环组成，辊座下部为圆盘型，其底部有一止口，通过螺栓分别连接在托盘上。

优选地，矫直辊均为主动辊，矫直速度：0～30m/min（无级调速）。

本实用新型有益效果：

本实用新型的结构合理紧凑，可实现三种操作方式，即手动方式、半自动方式和自动方式，矫直精度≤0.3mm/m，矫直速度实现了0～30m/min无极可调。

附图说明

图1是本实用新型矫直主机的结构示意图；

其中，1-矫直机主机，2-矫直辊，2a1-1#上辊，2a2-2#上辊，2a3-3#上辊，2b1-1#下辊，2b2-2#下辊，2b3-3#下辊，2b4-4#下辊。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步结构描述：

如图1所示，本实用新型主要由上料装置、矫直机主机1、出料装置、液压***、润滑***、气动***、电气控制***等组成，

所述上料装置主要由上料台架、拨挡料机构、C形保护环和进料辊道、进口导卫组成，设备进料方向为左进右出。上料装置中所有与制品接触的表面均衬有非金属保护材料（不含氟、氯等卤族元素）。

上料台架是用来承放天车吊来的成捆原料，人工散料，使来料在上料台架上排队。由承载区（储料区）和分料区两部分组成。上料台架结构为焊接结构件，最大承载能力7T，接料台有一部分斜坡为3°。上料台架有效宽度：1500mm。

拨挡料机构是安装在上料台架末端，主要由两部分组成，一是挡料杆，另一个是拨料钩，挡料杆挡住来料，使来料在斜篦条上排队，以便于拨料钩拨料；挡料杆集体可调，并设有规格调整用刻度显示功能，更换规格时易于调整，可确保每次将单根料拨到进料辊道上，拨料钩的动作是在气缸带动下完成的，实现每动作一次可将单根料拨到进料辊道。

进料辊道是由一组主动辊组成，辊面呈“V”型，安装在横梁上，由气缸带动连杆使辊道升降，辊道升起时将料送入矫直机，待料咬入后，辊道立刻下降，以防管材甩尾。辊子的转动通过变频电机、链轮链条来传动，辊子包聚氨酯处理。

C形保护环是设置在进料辊道之间，是为了防止管材砸辊道及保护被矫材料，拨料时进料辊道降到Ｃ型保护环以下，管材沿着拨料机构的拨杆滚到Ｃ型保环上；C形保护环里镶有聚氨酯保护层。

进口导卫设在矫直机入口处，进口导卫为喇叭口式，内镶有尼龙防护层，既便于管棒材顺利咬入，又避免管棒材被划伤；进口导卫设有减震缓冲功能。

所述矫直机主机主要由机架、主传动***、辊系、压下装置、压上装置、调角装置及辅助工具等组成，机架前有入口导套、后有出口导套，机架中间布置了三组半矫直辊，每组矫直辊数量为2个，成2221布置。

机架是由上横梁、下横梁、立柱组成的预应力机架，上横梁、下横梁采用焊接件，通过一组立柱和立柱套连接，三个上矫直辊及其压下装置、安装在上横梁上，四个下矫直辊及其压上装置、安装在下横梁上，调教装置分别安装在上横梁和下横梁上，上横梁、下横梁装配时采用液压螺母对立柱***施加预紧力，在液压螺母泄压后，使立柱产生预拉应力，支承套产生预压应力，并一直存在，使其与上下横梁构成预应力机架。

主传动***分左右两部分，其组成相同，均由主电机、硬齿面减速机、齿轮分配箱及万向接轴组成。两台直流电机分别驱动左右减速箱，通过SWC万向接轴分别传动上、下辊转动，无级调速。两主电机上均装有测速编码器，从而保证左右两主传动***空载时速度同步，负载时力矩同步。齿轮分配箱的齿轮采用硬齿面磨齿工艺，主电机可事故反转；

主电机为直流电动机上装有旋转编码器用以测量电机转速，通过控制***控制其转速误差不得大于1 ‰，从而保证传动***同步。主电机型号：Z4-180-41 50KW 400V1350rpm；

硬齿面减速机主要是降低转速增大扭矩作用，两个硬齿面减速机传动比相等，硬齿面减速机齿轮采用高强度材料制造，保证耐用性，速比约17；

齿轮分配箱主要是将扭矩分别均匀的传递给每个矫直辊系，齿轮分配箱齿轮采用高强度材料制造，保证耐用性，齿轮材质40CrMo；

万向接轴采用高强度材料制作，在调整中可伸缩部位保证灵活可靠，不得存在卡阻现象；

辊系是指三组半矫直辊，分别为1#上辊2a1、2#上辊2a2、3#上辊2a3和对应的1#下辊2b1、2#下辊2b2、3#下辊2b3、4#下辊2b4，三个上辊为可以上下移动的矫直辊，上下移动行程为120mm，2#下辊2b2为可以向上移动的矫直辊，移动行程为20mm，4#下辊2b4为可以上下移动的矫直辊，上下移动行程为±20mm；矫直辊均为主动辊，矫直速度：0～30m/min（无级调速），矫直辊曲线设计考虑到矫直锆合金材的特殊要求，保证锆合金材矫直时的纯弯矫直。

七个矫直辊的结构基本相同，都是由辊座、矫直辊、辊子轴承、支承环等组成。辊座下部为圆盘型，其底部有一止口，通过螺栓分别连接在托盘上。

同时前3对矫直辊分别带有压力传感器，安装位置为：1#上辊2a1、3#上辊2a3，2#下辊2b2，实时监测矫直力大小，显示仪表布置在操作台面板上。

传感器型号：CMGD-200KN；显示仪表：DP25B-S；传感器精度≤0.05%。

矫直机主机1的轴承采用哈瓦洛，以保证设备精度及可靠性要求。

矫直辊材质：9Cr2Mo；辊面硬度：HRC 58～62

淬硬层厚度：8～12 mm；调角范围：30°±5°

压下装置的压下丝杆垂直放置，其上部与电机减速机连接，下部与压下螺母相连，由减速电机传动压下丝杠，从而传动压下螺母带动升降上横梁、下横梁、转盘和上辊上下调整，完成压下动作，压下采用伺服电机传动，上辊压下位置自动调整，全程数显，同时还配有机械显示，以便复查。矫直辊上下移动的两个极限位置装有接近开关，起到极限位置保护。

三个上辊的压下过程是在非矫直状态下完成的。

辊缝值通过编码器转换计算在操作台面显示器上自动显示。

压下传动使用了带预紧力的滚珠丝杆，保证了无间隙传动，保证精度达到0.01mm，矫直辊上下移动的位置量由人机界面显示，也可以在人机界面上直接输入压下量，电机按照指定量完成。同时还可以手动调节，手动调节的量值也能够在人机界面显示，操作采用手动和自动两种方式，在操作台上设置切换开关。

压上装置中2#下辊2b2和4#下辊2b4可压上调节，操作采用手动和自动两种方式，2#辊2b2上下调整是用来改变反弯量，4#辊2b4上下调整是保证出料平稳。压上装置由伺服电机、减速器、联轴器、锥齿轮等部分组成。当电机通过减速器带动压上丝杆旋转时，由于压上丝杆轴向不能移动，从而使螺母带动托盘在下横梁内上下移动。矫直辊的辊座安装在托盘上，所以矫直辊也随之上下移动，完成压上动作。压上行程（即反弯量）通过编码器、电参数转换计算在操作台面显示器上自动显示，同时还配有机械显示，以便复查。同时2#和4#辊上下移动的两个极限位置装有接近开关，起到极限位置保护。

压上传动使用了带预紧力的滚珠丝杆，保证了无间隙传动，保证精度达到0.01mm，矫直辊上下移动的位置量由人机界面显示，也可以在人机界面上直接输入压下量，电机按照指定量完成。压下矫直辊上下移动的两个极限位置装有检测开关。同时还可以手动调节，手动调节的量值也能够在人机界面显示，操作采用手动和自动两种方式，在操作台上设置切换开关。

调角装置中前三对辊的的角度调整采用自动方式，每个矫直辊的辊座旋转角度都由两个顶杆固定，其中一个顶杆由电机驱动，通过调整螺母、导套使顶杆做轴向移动，带动矫直辊托盘转动，从而使矫直辊旋转。而另一个顶杆由油缸驱动，不仅消除了调整***的间隙，也使矫直辊锁住不动。为调整方便，其角度数值既有刻度尺显示，又在操作台上实现数字显示，角度调整范围为30°±5°。

尾辊角度调整采用手动方式，角度数值只有刻度尺显示。

当调整角度时，两边的顶杆一边顶紧、一边松开，驱动矫直辊旋转，当调整到所需角度时，两边顶杆同时将托盘顶紧，调角工作完成。

全部矫直辊的角度单独调整，其调整过程是在非矫直状态下完成的。矫直辊的角度值通过编码器转换计算在操作台面触摸屏上自动显示。

入口导套和出口导套装配在入口导套支架和出口导套支架上，入口导套和出口导套为聚氨酯制成的零件，入口导套和出口导套的位置能够上下调整，有利于导套对中。

所述出料装置由输出辊道、收料台架等组成，出料装置中所有与制品接触的表面均衬有非金属保护材料（不含氟、氯等卤族元素）。输出辊道由一组主动辊组成，每个辊子由电机减速器单独驱动，辊子为双曲线辊，速度与矫直主机速度匹配，保护管棒材表面。矫直时辊道托着管棒材出来，当料被送到端头挡板处时，由一组拨叉将料拨出，顺着斜面滚到收料台架上。收料台架是由一组带有斜度的台架组成，用于承接矫直后的管棒材。台架斜面上镶有PE板。收料台架有效宽度：1500mm。

所述电气控制***主要由工业现场总线（PROFIBUS DP网）以及网络连接件、操作员站(HMI)、可编程控制器（PLC）及西门子6RA80系列全数字直流调速器控制***组成。

操作员站：作为人机界面设备，主要实现自动化控制***的人机接口(HMI)功能。

可编程序控制器（PLC）：采用德国西门子公司S7-300系列可编程序控制器产品，用来完成矫直机本体； S7-300与西门子6RA80系列全数字直流调速器组成PROFIBUS网，进行网络通讯。

PROFIBUS网： PLC的远程I/O站采用ET200M。ET200M为PROFIBUS-DP现场总线上的从站，PROFIBUS-DP的最大传输速率为12Mbps。通过PROFIBUS网络将S7-300与全数字传动***、远程I/O连为一体，实现数据的通讯，可以降低故障率、方便维护、减少现场的电缆布线，有利于缩短现场安装周期。

人机界面位于矫直机主操作台，用于操作人员对机组的生产工艺参数的设定及设备的控制及监控。主要功能包括：工艺参数的设定、各设备状态和电气参数的动态显示，故障报警与记录等。操作员站还用来替代操作台上的大量显示仪表和拨码开关及一些不重要的按钮开关等，使矫直机的操作既直观又简便。

监控软件采用的是西门子公司的WinCCflexible，它具有数据采集、监视和控制的强大功能，是基于个人计算机的操作监视***。其显著特点就是全面开放，它很容易结合标准的和用户的程序建立人机界面，精确地满足生产实际要求，确保安全可靠地控制生产过程。WinCCflexible还可提供成熟可靠的操作和高效的组态性能，同时具有灵活的伸缩能力。

HMI主要功能：矫直机主监控画面、矫直机生产工艺参数设定画面、矫直机主要设备及工艺参数显示画面、现场检测元器件状态画面、机组各设备故障报警显示画面、机组主要设备运行监控画面、机组调速装置运行监控画面。

PLC***是由一个主站和两个远程I/O站组成，软件中设置必要的联锁，完成设备的逻辑和工艺控制。

主机传动***由两台西门子6RA80系列变频器组成。两台装置通过DP通讯板与PLC通讯，主机空载时，装置速度同步；主机矫直时，装置力矩同步；

进料辊道和输出辊道分别由一台西门子MM440系列变频器传动，在生产过程中，与主机一起实现机组速度的同步；

设备中的检测仪表元件有如下几种：一是上料台架有料检测：当该开关有信号后，拨料器在自动方式下才能启动否则不拨料；二是压上、压下电机限位保护： 1#上辊2a1、2#上辊2a2、3#上辊2a3，2#下辊2b2、4#下辊2b4上下移动装有接，近开关检测，起到极限位置的保护；三是主机出料检测：当该开关有信号后，主机由力矩控制转为速度控制，以便于下一根坯料咬入；四是主机压下、压上分别由5个伺服电机驱动，选用台达伺服控制器和PLC控制其压上压下量，同时将数据反馈到上位机画面上；角度调整装置分别安装6个增量编码器，经过PLC运算将实际角度值反馈在人机界面上。

所述液压***由油箱、主泵装置、蓄能装置及控制阀台等组成，用来实现矫直辊自动调角；保证油箱在正常室温温度条件下正常使用。

液压***额定压力：10MPa；液压***额定流量：20L/min

液压***主电机功率：5.5KW；液压***过滤精度:10µm。

所述润滑***包括主传动***的齿轮分配箱为油池润滑，采用齿轮润滑油，出油口过滤精度为20µm，主机本体为润滑脂润滑。

所述气动***包括气缸、气动控制阀等元件，控制各气缸的动作的准确性，以保证整个矫直***的正常工作。

本实用新型设有三种控制方式：

手动方式：设备上每个机构使用按钮单独操作，各机构间设有必要的工艺和安全联锁；

半自动方式：上料方式为手动控制，矫直、出料和下料过程为自动控制；

自动方式：矫直机组在一次人工送料后，机组能够自动完成进料、送料、矫直、出料的全过程。

本实用新型不局限于上述的优选实施例，凡是与本实用新型具有相同或者相近似的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.锆钛铌合金管棒材高精度七辊矫直机，包括矫直主机(1)和电气控制***，其特征在于：所述矫直主机(1)上设有三组半矫直辊，成二二二一布置，即为1#、2#、3#上辊(2a1、2a2、2a3)和对应的1#、2#、3#、4#下辊（2b1、2b2、2b3、2b4），三个上辊为可以上下移动的矫直辊，2#下辊（2b2）为可以向上移动的矫直辊， 4#下辊（2b4）为可以上下移动的矫直辊；所述电气控制***由PLC人机界面、变频器、各类传感器组成并各部分协调运行。

2.根据权利要求1所述的矫直机，其特征在于：三个上辊的上下移动行程为120mm，2#下辊(2b2)的移动行程为移动行程为20mm，4#下辊（2b4）的上下移动行程为±20mm。

3. 根据权利要求1所述的矫直机，其特征在于： 1#上辊（2a1）、2#下辊(2b2)、3#上辊(2a3)分别带有压力传感器，实时监测矫直力，并通过显示仪表连续的显示出来。

4.根据权利要求3所述的矫直机，其特征在于：传感器型号为CMGD-200KN，显示仪表为DP25B-S，传感器精度≤0.05%。

5.根据权利要求1所述的矫直机，其特征在于：矫直辊均为主动辊，矫直速度为0～30m/min。