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1、中国冶金装备网中国冶金人的网连杆机构在钢管矫直机进料辊道设计中的应用摘要 矫直机进料辊道是钢管矫直工艺中必不可少的辅机设备之一。本文采用两个简单的连杆机构，来设计辊道升降机构和拨料翻盖机构，达到了设备设计要求，实现了预定功能。整个设备结构简单，各运动机构协调配合一致，节约了设计制造成本，提高了企业经济效益。关键词 矫直机 连杆机构 进料辊道 辊道升降机构 拨料翻盖机构1 引言在冶金行业中，矫直机进料辊道被广泛应用于管材的轧制生产线上，配合管材矫直机的矫直工作。矫直机进料辊道的作用主要有两个：一是为矫直机本体输送管材；二是防止管材的尾部在矫直过程中受损坏或损坏设备。进料辊道根据其入料形式，在生产
2、实践中，大致可以分为两种：侧面进料和端面进料。本文主要以某厂应用的180十辊管材矫直机为例，介绍一种侧面进料形式的矫直机进料辊道。2 设计要求180十辊矫直机进料辊道，来料规格如下：钢管直径： 50 180mm钢管长度：600012000mm钢管最大重量：12000kg对于进料辊道的设计，有以下三个方面的要求：1）保证辊道高位尺寸精度：保证辊道在高位时，各辊子中心线在同一水平面上，其上下偏差不大于0.5mm。2）辊道升降的要求：辊道升降应协调一致，转动灵活，辊道升起时应高于衬套上表面20mm，防止钢管在输送过程中，打到衬套；辊道在低位时，应与衬套保持一定距离，防止管材在矫直过程中损伤辊道。3）
3、开盖与拨料动作完成的一致性：保证在开盖的同时，开始拨料，节约输送时间，提高生产效率。3 工作原理及结构分析进料辊道如图1所示，主要由机架、护筒、辊道升降机构和拨料翻盖机构组成。 其工作原理为：当检测装置检测到护筒下座侧面等待工位有料，同时护筒内没料时。护筒上盖在开盖液压缸的拉动下打开，同时拨料臂把钢管拨进护筒下座中；然后，辊道升降液压缸驱动各辊子升起在高位，辊子旋转带动钢管前进；当钢管通过入口导卫，进入矫直机的矫直辊后，辊道下降到低位，防止管材在矫直过程中损伤辊道。图1进料辊道1机架 2护筒 3辊道升降机构 4拨料翻盖机构 3.1辊道升降机构图2辊道升降机构图1短曲柄 2传动辊装配 3传动辊道
4、托架 4长曲柄 5升降液压缸 6拉杆辊道升降机构如图2所示，主要由以下几部分组成：升降液压缸、长曲柄、短曲柄、拉杆、传动辊道托架和传动辊装配。其中长曲柄、短曲柄、拉杆、传动辊道托架组成一个典型的曲柄摆杆机构。液压缸推动长曲柄旋转，长曲柄通过拉杆带动短曲柄旋转，短曲柄和长曲柄同时带动传动辊道托架移动，实现所有辊道的同步升降运动。3.1.1几何分析辊道升降机构简化为如图3所示的连杆机构。其中，杆表示短曲柄，杆 代表长曲柄，杆表示拉杆，杆表示传动辊托架。根据图3可建立此连杆机构的几何关系。为了使杆和图3辊道升降机构简化示意图，在机构运动过程中始终保持水平状态，即：各辊子中心线都在同一水平面上，需满足
5、，。设，使杆顺时针旋转角度为，则杆也顺时针旋转角为。杆升起垂直位移为：杆升起水平位移为：杆下降垂直位移为：杆下降水平位移为：杆升起垂直位移为：杆升起水平位移为：液压缸行程： 根据辊道升降位移，可以解出旋转角，进而得出需要的液压缸行程。另外，此升降机构也可视为两个简单的单摆，通过杆连接实现两者的同步运动。3.1.2力学分析在力学模型中，视代表传动辊道托架的杆为负载，其重力为，设杆给杆的推力为，设杆给杆的拉力为，则根据平衡关系即可得出：由以上两式，得出： 由上式可以看出，液压缸的作用力大小仅与负载大小，曲柄短臂及长臂的长度有关。3.1.3安装调整机构在升降机构中，为了避免安装误差所引起的曲柄和升降
6、托架的卡阻现象，巧妙地采用了升降托架一端自由滑动，一端铰接的形式。图4升降托架两端铰接示意图在设备安装过程中，安装误差是不可完全消除的。假使托架两端都采用铰接的形式，如图4中实线所示，升降机构处于高位时，曲柄有一偏转角度误差，偏转后如图中虚线所示，而曲柄仍保持正常水平位置不变。由于角度偏差的存在，安装升降托架时，绕铰接点旋转，以在点连接，但旋转后的位置如虚线所示，和两点不同心，给正常安装造成困难。即使勉强实现安装，在机构升降过程中，也会出现卡阻情况，造成设备损坏。图5中，把曲柄的接点，改变成凹槽形式；而升降托架的点变成绕接轴转动，又可沿凹槽滑动的滑块形式，滑块内圆外方。这种连接形式，增加了接点
7、的运动自由度，消除了机构安装、运动过程的卡阻现象。图5升降托架改进后的连接示意图3.2拨料翻盖机构拨料翻盖机构如图6所示，主要由以下几部分组成：翻盖液压缸、连杆、翻盖臂、长轴组件、拨料臂、护筒上盖组成。当翻盖液压缸处于最大行程时，护筒上盖处于闭合状态，拨料臂处于低位；翻盖液压缸缩回，通过连杆拉动翻盖臂，及其长轴组件、拨料臂和护筒上盖一起顺时针旋转，护筒上盖打开，拨料臂把钢管拨入护筒下座中。图6拨料翻盖机构示意图1翻盖液压缸 2连杆 3翻盖臂 4长轴组件 5护筒上盖 6拨料臂3.2.1几何分析由机构的动作原理可以看出，拨料臂及护筒上盖的运动是旋转运动，最快速方便的方法是，由电机拖动来实现，但这种
8、方法不好控制旋转角度及速度，成本高。于是从最简单的曲柄滑块机构的运动形式特点得到启示，设计了如图7所示的机构，它实现了从直线运动到旋转运动的转变，相比其它运动形式，其简单、方便、成本低，与工程实践实际情况相吻合。图7 翻盖拨料机构简化示意图在图7中，实线表示液压缸最大行程时的状态，虚线表示液压缸缩回时的状态。其中，杆表示翻盖臂，杆表示液压缸，杆表示拨料臂，杆表示护筒上盖。杆、间的相互位置关系确定，都固定在点所表示的示的长轴上，绕点旋转。设，杆、的旋转角度为，则在整个运动过程中杆的下降垂直位移为 杆的下降水平位移为 液压缸行程： 已知拨料臂的旋转角，由上式就可得出需要的液压缸行程。3.2.2力学
9、分析设杆对杆的拉力为，作用在杆、上的负载力矩为，则由力矩平衡关系得： 即进行拨料、翻盖动作时，液压缸需要的输出力。5结论180矫直机进料辊道，经过轧管现场的调试，此矫直机进料辊道各项技术指标均达到设计要求，目前该设备已正式投入生产使用。此设备应用两个简单的连杆机构，实现了辊道自动升降和管材的自动进料，整个设备结构简单，各运动机构协调配合一致，节约了设计制造成本，同时显著提高了工作效率和企业经济效益，在同行业具有广泛的推广应用价值。参考文献1路甬祥.液压气动技术手册M.北京:机械工业出版社,2002 2曾正明.机械工程材料手册M.北京:机械工业出版社,2003 3成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,20014孙桓.机械原理M.北京:高等教育出版社M,20015邱宣怀,郭可谦,吴宗泽等.机械设计M.北京:高等教育出版社,19975苏翼林.材料力学M.北京:高等教育出版社,1987 6崔甫.矫直原理与矫直机械M.北京:冶金工业出版社,2005