轧机的回转送进机构

轧机的回转送进机构

回转送进机构是冷轧管机的重要部件,与轧机机架的往复运动完全同步协调运行,必须在机架的一个往复行程中规定的前极限和后极限位置的很短的时间内快速完成管坯的送进与回转动作。一方面,为了使孔型的工作段有足够的长度用于金属的变形,尽量缩短回转送进段的长度。

另一方面,回转送进机构要求在较长的时间内运行以降低冲击负荷,减少噪音,提高性能,延长使用寿命。为了适应轧机高速、高精度、连续化、全自动化的发展,回转送进机构历经多次改进。以下是我国轧机所采用的回转送进机构形式。

1　普通轧机回转送进机构

（1）马尔泰盘机构。该机构冲击和噪音大,不适合高速轧制,为了获得不同的送进量和转角,必须配置不同速比的齿轮以达到改变送进量的目的。

（2）减速箱型回转送进机构。该机构在轧制速度较高时冲击也大,送进量和转角误差很大。

（3）液压回转送进机构。该机构回转部件结构简单,零件较少,转动惯量较小,冲击小,噪音小。但液压元件易损坏,漏油较严重,送进量和转角不够准确,对产品的产量和质量均有不良影响。

（4）直流电机回转送进机构。该机构在运转过程中噪音大为减少,运转速度亦有所提高。但是直流电机的响应速度慢,送进量和转角的精度不够理想。

以上回转送进机构比较落后,但我国还在大量使用,不适合冷轧管机发展的需要,应该逐步淘汰。

2　三种先进的回转送进机构

（1）游动丝杠回转送进系统。该机构是根据德国SMS-Meer公司KPW型冷轧管机的回转送进机构设计而成。1982～1985年间,由中重院设计、制造了该机构并进行试验,效果良好。随即设计了LG-30-GH型环形孔型长行程的高速冷轧管机。洛阳矿山机械工程设计研究院于1985年后设计并制造完成台环形孔型长行程高速冷轧管机LG-55-Ⅲ型以及后来设计制造的LG-90-GH、LG-90-GHL和LG-60-GH型轧机均采用游动丝杠回转送进机构。

游动丝杠回转送进机构由摆杆调节机构,游动丝杠传动装置,芯棒卡盘,芯棒微调机构,送进、快退传动机构,转角及输出机构,送进量显示机构,快退电机传动机构,润滑系统,上、中、下箱体组成。

该机构采用电机-凸轮-摆杆-游动丝杠-游动蜗杆传动。轧管时,当管坯在孔型块的开口区,同孔型脱离接触的一瞬间,回转送进装置将其向前送进一个距离,即送进量;同时随芯棒一起转过一个角度,即回转角。回转送进是在曲轴传动的一个有限的转角范围内进行的。

60年代初SMS-Meer公司就开始研究这种回转送进机构,先后经历四代改进,出现过四种形式。种是凸轮-可变挂轮-游动丝杠形式。

在60～70年代初,Meer公司采用的这种形式的回转送进箱仅有几档有限的送进量,而且要靠调整齿轮速比、更换齿轮或换挡实现。第二种是凸轮-齿链式无级变速器-游动丝杠形式,这种形式的回转送进系统,有把齿链式无级变速器放在回转送进箱内的,有放在外边的,这种形式的回转送进箱使送进量范围扩大,但受齿链式无级变速器变速器传递功率的限制,不能运用到大型轧管机上。第三种是凸轮-齿链式无级变速器+分挡齿轮变速箱-游动丝杠形式。齿链式无级变数器和分挡齿轮变速箱放在回转送进箱外,既加大了送进量的调整范围,也延长了齿链式无级变速器的使用寿命。在70年代初到80年代末,Meer公司采用第二、第三种形式回转送进箱。第四种是凸轮-调速电机（直流电机或交流变频电机）-游动丝杠形式,90年代以来一直被Meer公司采用。

2003年以来,中重院对Meer游动丝杠回转送进机构进行了改进,并成功地应用到LG-90-HL、LG-110-HL、LG-120-HL、LG-150-HL、LG-180-HL、LG-220-HL型大规格冷轧管机上。

对大型轧机的游动丝杠回转送进机构做以下改进:

①将送进电机21的快退、快进功能用专门的一台快退电机17代替,解决大型轧机低速小送进和高速退回的矛盾。

②采用两个送进离合器23并联安装在同一个轴上,增大了管坯送进力。

③为了使转角系统平稳可靠,降低了回转凸轮4的升程,将转角齿轮组3的速比由1改进为升速1.5～2倍。

④改进送进凸轮曲线,在双送进、轧机返程轧制时,管坯卡盘产生反方向的少量退让,防止芯棒杆拱起和消除后座力,使轧制过程平稳。

回转送进机构通过连续运动来实现间歇地送进、回转动作,由于在整个送进、回转动作中,全部参与回转送进动作的机械零部件都在连续动作,力的传递和运动的传递始终处于连续状态。

由于送进、回转均由两个运动复合叠加而成,因此动作柔和、平缓、没有冲击,送进量可以无级调整,适应不同速度的要求,送进量、回转角度准确,尤其适合于高速条件下工作。其缺点是结构复杂且零件多,制造精度要求高,且价格昂贵。

（2）弧面凸轮分度机构。弧面凸轮分度机构属于高速精密间歇机构,又叫径向蜗形凸轮或滚子齿形凸轮分度机构。该机构由输入轴上的弧面凸轮与输出轴上的分度盘的滚子无间隙垂直啮合,实现分度盘间歇的输出。凸轮曲线升程段输出轴转位,传动精度高,工作性能好;直线段时输出轴静止且定位自锁性好。该机构相当于将原来的马尔太盘式回转送进机构中马尔太盘用弧面凸轮分度机构所代替,具有转角、送进量准确,冲击小,适合于高速轧制的优点。

在70年代法国的DMS（门巴尔）公司ILP（ILPR）型冷轧管机的回转送进系统中成功的应用这种机构。中重院近几年设计的LD30、LD8、LD15轧机上也成功应用了这种结构。这种机构不足之处是送进量调整必须靠配置齿轮变速系统实现。

（3）交流伺服电机回转送进。长久以来,回转送进机构复杂性制约了冷轧管机性能进一步提高。随着交流伺服控制和机电一体化技术的快速发展,并逐步从数控机床、印刷等领域扩展应用到冷轧管机上,彻底改变了传统冷轧管机回转送进机构。

交流伺服电机回转送进机构采用多台交流伺服电机独立传动,多点驱动各机械单元（如丝杠、光杠、出入口卡盘、芯棒卡盘）,每台伺服电机之间通过伺服控制系统达到同步跟踪、协调动作,完成管坯的间歇送进和回转运动。采用交流伺服电机回转送进,取消了原来连接主传动与回转送进装置之间的长传动轴,代之以电子轴,用电子凸轮代替机械凸轮,用电子齿轮耦合代替了机械齿轮啮合,简化了轧机结构,使轧管机成为数控型金属无铁屑加工机床。

2006年中重院在国内研发伺服回转送进型冷轧管机,并于2007年底国内台采用伺服电机控制的回转送进机构的LG-30-HLLS型冷轧管机投产使用,到目前,中重院已设计制造了88台用伺服电机控制的回转送进机构的冷轧管机。

冷轧管机