CN102581181B - 大型径-轴向辗环机 - Google Patents

Abstract

一种大型径-轴向辗环机，径向轧制部采用上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，轴向轧制部克服空间限制下锥辊驱动电机采用正向安装。本发明径向轧制部的滑块由四个导柱和固定机架、移动机架等组成，各部件构造简单，外形规整，易于加工，便于组装，而且保证了芯辊上下支撑的分别动作，也就是上下双动技术构想的实现。本发明能够实现坯料与成品的水平进出，能够降低上下料难度，有利于组成生产线实现自动化的上下料，解决了提高工作效率的瓶颈问题。本发明轴向轧制部下锥辊驱动电机采用正向安装的特点，大大改善了安装如此大功率电机的装配难度；大大改善了电机工作时转动部件润滑条件，延长了电机的使用寿命。正向安装的电机，减小了设备在下锥辊上母线水平面下的设备尺寸，也就减小了这部分地基的地坑深度。

Description

大型径-轴向辗环机

技术领域

本发明涉及一种大型无缝环件热轧成型设备，即大型数控径-轴向辗环机，具体是一种径向轧制部由上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构组成，轴向轧制部具有下锥辊电机正向安装特点的大型数控径-轴向辗环机。

背景技术

大型数控径-轴向辗环机是大型无缝环件热轧成型的专用设备，即通过对加热后毛坯施加径、轴向轧制力，实现壁厚减薄、直径扩大、截面轮廓的成形。轧制原理参见图1。

风电、航空航天、核电、船舶等行业需要6000~10000mm直径的大型无缝环件，单个环件重量可达20吨左右。所加工环件的大型化对环件轧制整个过程的操作方便性提出了很高的要求。

由于所加工环件的大型化，轧制过程的重载、变载、高温等，大型数控径-轴向辗环机的各零部件也非常大，非常重。比如现有国产5000mm辗环机径向轧制部采用的上掀盖式整体滑块机构的整体滑块的机架重量在15吨左右（参见图7）。大轧制力的更大的数控径轴向辗环机的径向轧制部如果采用上掀盖式整体滑块机构，则会更重，外形更大，对于加工、装配以及运输都存在很大的不方便。另外径向轧制部的芯辊属于模具，需要定期更换。因此所加工环件的大型化对各零部件的易加工性、易装配性提出了很高的要求。

现有辗环机采用固定式芯辊轴机构和上掀盖式整体滑块单动机构的径向轧制部（参见图7），在易加工性、易装配性上已不能满足所要轧制环件大型化的要求；在生产效率、操作安全方面也不能满足大型环件的上下料需要。环件直径、高度、重量的不断增加，上下料问题成了提高工作效率的瓶颈问题。

现有径-轴向辗环机的轴向轧制部，由于空间的限制，下锥辊驱动电机均采用倒置的安装方式。由于大型数控径-轴向辗环机的锥辊驱动电机均为特制大功率电机，体积、重量均较大，比如济南铸锻所D53K-5000辗环机的锥辊驱动电机功率550KW，外形尺寸830x1620x2197mm，重约5吨;济南铸锻所申报的国家重大专项D53K-8000辗环机的锥辊驱动电机功率730KW，外形尺寸924x1720x2610mm，重约7吨。倒置安装如此大功率的下锥辊驱动电机，装配很困难；电机的工作时转动部件润滑条件恶劣，也不利于电机寿命的发挥。倒置安装也使设备在下锥辊上母线水平面下的设备尺寸较大，也就加大了设备安装地坑的深度，增加了设备地基的造价。

发明内容

本发明针对生产发展所产生的问题，提供一种结构新颖、与原有技术结构相差很大的大型数控径-轴向辗环机，径向轧制部采用上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，轴向轧制部克服空间限制下锥辊驱动电机采用正向安装。本发明既具有易加工性和易装配性高的特点，也可以实现坯料和成品的水平进出，能够降低上下料难度，有利于组成生产线实现自动化的上下料。

本发明所采用的技术方案是：一种大型的径-轴向辗环机，它包括整机底座以及设置于整机底座上的径向轧制部和轴向轧制部，设置于轴向轧制部下锥辊座上的测长装置，其特征是径向轧制部采用上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，轴向轧制部中的下锥辊驱动电机采用正向安装。

为实现上述技术特征，本发明所采用的具体结构是：所述径向轧制部的四柱式上下双动机构，包括装有主辊组件的主辊座、固定机架、移动机架、移动梁、上下导柱以及芯辊上、下支撑座。主辊座和固定机架安装在整机底座上，作为整个径向轧制部的固定支撑不能移动，这两个部件上各开有四个对应同心的导柱孔；两根平行的上导柱穿过位于主辊座和固定机架上边的导柱孔将芯辊上支撑座和移动梁连接在一起；在移动梁和固定机架之间的上导柱上还套装有移动机架；两根平行的下导柱穿过位于主辊座和固定机架下边的导柱孔将芯辊下支撑座和移动机架连接在一起。

所述径向轧制部的上抽式芯辊轴机构，包括芯辊、芯辊上、下支撑座以及设置于芯辊上支撑座上的套筒和与提升轴相连两个提升油缸。芯辊上端轴撑座通过拉杆与芯辊轴向定位连接，可在套筒里上下滑动，而且与提升轴下端固定连接。因此提升油缸就可以通过提升轴带动芯辊下上下动作，即芯辊可以在提升油缸的作用下完全缩入套筒内，也可以在提升油缸的作用下完全伸出套筒外。

所述径向轧制部的芯辊下支撑座上装有料台，两侧有导轨与整机底座相连以提供支撑力。所述径向轧制部的移动机架两侧装有支撑滚轮，在整机底座上滑动以平衡移动机架的重量。

所述径向轧制部，在固定机架上装有推拉移动机架的主轧油缸和两个辅助油缸。主轧油缸和辅助油缸推拉移动机架，就能够通过下导杆带动芯辊下支撑，也就是未插入芯辊的下支撑座前后水平移动。

所述径向轧制部，在移动机架上装有推拉移动梁的芯辊平移油缸。平移油缸推拉移动梁就能够通过上导杆带动芯辊上支撑，也就是未插入芯辊下支撑座的芯辊前后水平移动。

所述径向轧制部，在移动机架上还装有对中油缸和由对中油缸驱动的对中销，对中销与移动梁上的销孔配合。当芯辊平移油缸缩到极限，对中油缸就会推动移动机架上的对中销插入移动梁中的销孔，此时移动梁和移动机架就连接为一个整体，芯辊上支撑座和芯辊下支撑座的轴承座也处于对中状态。这时把提升油缸缩到极限，芯辊下端就插进芯辊下支撑座上装有的下端轴承座中，此时芯辊上支撑座和芯辊下支撑座就通过芯辊联接为一个整体。

所述径向轧制部，当芯辊下端插进下端轴承座，主轧油缸和辅助油缸推拉连接为一体的移动机架和移动梁，就能够通过上、下导杆一块带动芯辊上、下支撑座也就是已插入芯辊下支撑座的芯辊水平移动靠近或远离主辊，进行轧制动作以及轧制完成后的回程动作。

所述轴向轧制部（参见图9）的主体结构由机架、上滑块、下锥辊座、上下减速箱、上锥辊、下锥辊组成，还包括提供动力的移动油缸、锥辊驱动电机、主轧油缸和平衡油缸以及锥辊预紧拆卸油缸（此油缸非必备）。锥辊动力系统的减速箱均采用二级减速，本发明对三个齿轮轴采用合理的非直线布置，降低了下锥辊驱动电机距离下锥辊上母线平面的高度，使安装于下锥辊座上的测长装置不与正向布置的下锥辊驱动电机干涉，从而解决了上下锥辊之间测长装置的安装空间问题，下锥辊驱动电机正向布置的技术构想也就得以实现。

本发明的有益效果是：本发明的径向轧制部所采用的结构将原有技术的整体式滑块分解为四个导柱和固定机架、移动机架等，各部件构造简单，外形规整，易于加工，便于组装，而且保证了芯辊上下支撑的分别动作，也就是上下双动技术构想的实现。本发明径向轧制部所采用的上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，为上下料让出了空间，实现坯料与成品的水平进出，能够降低上下料难度，有利于组成生产线实现自动化的上下料，解决了提高工作效率的瓶颈问题。

本发明轴向轧制部下锥辊驱动电机采用正向安装的特点，大大改善了安装如此大功率电机的装配难度；大大改善了电机工作时转动部件润滑条件，延长了电机的使用寿命。正向安装的电机，减小了设备在下锥辊上母线水平面下的设备尺寸，也就减小了这部分地基的地坑深度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明第一个实施例是济南铸锻所申报的国家重大专项D53K-8000大型数控径-轴向碾环机。图1是大型径轴向碾环机工作原理示意图。图2是本发明第一个实施例的轴侧视图。图3是本发明第一个实施例的径向轧制部的轴侧视图。图4是本发明第一个实施例的径向轧制部处于上下料时的剖视图。图5是图4中芯辊上端装配I处放大图。图6是本发明第一个实施例的径向轧制部坯料到位时的主视图。图7是本发明第一个实施例的径向轧制部开始轧制时的主视图。图8是现有技术碾环机的径向轧制部正视图。图9是本发明第一个实施例的轴向轧制部的轴侧视图。图10是本发明第一个实施例的轴向轧制部下锥辊传动系轴侧视图。图11是本发明第一个实施例的轴向轧制部下锥辊减速箱轴侧视图。图12是现有技术辗环机的轴向轧制部正视图。图中：1—主辊组件，2—芯辊，3—抱辊，4—上锥辊，5—下锥辊，6—环件，7—整机底座（含托辊），8—轴向轧制部，9—测长装置，10—径向轧制部，11—抱辊部，12—主传动部，13—芯辊上支撑座，14—套筒，15—提升轴，16—提升油缸，17—芯辊平移油缸，18—上导柱，19—移动梁，20—移动机架，21—固定机架，22—辅助油缸，23—主轧油缸，24—连接筋，25—主辊座，26—下导柱，27—支撑导轨，28—芯辊下支撑座，29—料台，30—对中销，31—对中油缸，32—拉杆，33—芯辊轴承座，34—坯料，35—主滑块，36—开盖油缸，37—芯辊上盖，38—支撑滚轮，39—螺母，40—轴向机架、41—上滑块、42—下锥辊座、43—上下减速箱、44—锥辊驱动电机、45—移动油缸、46—主轧油缸、47—平衡油缸、48—锥辊预紧拆卸油缸、49—前连接块（含测量滚轮）、50—固定块、51—测量油缸、52—导杆、53—固定块、54—后连接块、55—中间轴、56—输入轴、57—输出轴。

具体实施方式

如图2所示，一种大型的径-轴向辗环机，它包括整机底座7以及设置于整机底座7上的径向轧制部10和轴向轧制部8，设置于轴向轧制部8的下锥辊座42上的测长装置9，以及抱辊部11和主传动部12。径向轧制部10采用上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，轴向轧制部8的下锥辊驱动电机44采用正向安装。由于本发明外形尺寸大而且结构复杂，因此下文对径向轧制部10和轴向轧制部8分别描述，来说明本发明的技术特征。

如图3和4所示，径向轧制部10的四柱式上下双动机构包括装有主辊座25、固定机架21、移动机架20、移动梁19、上导柱18、下导柱26以及芯辊上支撑座13和芯辊下支撑座28；所述主辊座25用来安装主辊组件1；主辊座25与固定机架21之间有四个连接筋24相连，并分别固定在大底座7上，作为整个径向轧制部的固定支撑不能移动；主辊座25、固定机架21、移动机架20上端各开有两个对应同心的导向孔，通过两根上导柱18将芯棍上支撑座13和移动梁19连接起来；主辊座25、固定机架21下端也开有两个同心的导向孔，通过两根下导柱26将芯棍下支撑座28和移动机架20连接起来。

如图3所示，径向轧制部10的上抽式芯辊轴机构包括设置于芯辊上支撑座13上的芯辊2、套筒14和与提升轴15相连两个提升油缸16。如图4及局部放大图5，芯辊上端的芯辊轴承座33可在套筒14里上下滑动。芯辊上端的芯辊轴承座33通过拉杆32与芯辊2由螺纹及螺母39连接轴向定位，而且与提升轴15下端固定连接。因此提升油缸16就可以通过提升轴15带动芯辊2下上下动。套筒14根据芯辊2长度可以分段组合，以便于加工。合理设计套筒14的段数和长度，就能保证芯辊2可以在提升油缸16的作用下完全缩入套筒14内，也可以在提升油缸16的作用下完全伸出套筒14外。

如图3、图4所示，本发明的径向轧制部10的固定机架21上固定有一个主轧油缸23和两个辅助油缸22，可推拉移动机架20水平移动，也就能通过下导柱26带动芯棍下支撑座28水平移动。移动机架20上固定有一个芯棍平移油缸17，可推拉移动梁19相对于移动机架20水平移动，也就能通过上导柱18带动芯棍上支撑座13相对于移动机架20水平移动。如图4所示，移动机架20上还装有对中油缸31和由对中油缸31驱动的对中销30。当对中油缸31将对中销30插入移动梁19相应的销孔时，意味着芯棍2的上支承座13和下支承座28的轴承座处于对中状态，芯棍2可以下行插入芯棍下支撑座28上的下轴承座孔中。

如图3、图4所示，芯辊下支撑座28上装有料台29，并有导轨27与整机底座7相连以提供支撑力。移动机架20上装有支撑滚轮38，在整机底座7上滑动以平衡移动机架20的重量。

以下通过环件轧制过程中各零部件的动作来进一步说明本发明的径向轧制部10所采用的上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构。

当开始轧制需要上料，或者某个环件轧制完成需要下料时，提升油缸16伸长，芯辊2就可以从芯辊下支撑座28的轴承座里抽出，缩入芯辊上支撑座13上的套筒14里。当芯辊2抽离芯辊下支撑座28的轴承座后，对中油缸31将对中销30从移动梁19相应的销孔抽出，然后主轧油缸23和两个辅助油缸22开始缩短，带动芯辊下支撑座28及料台29远离主辊1；同时芯辊平移油缸17伸长，带动芯辊上支撑座13及已缩入套筒14的芯辊2靠近主辊1。轴向轧制部8也在移动油缸的作用下远离主辊1。以上全部动作到位后如图2所示，径向轧制部如图3和图4所示，此时料台29上没有芯辊2的干涉，可以实现坯料与成品的水平进出。如果设计有进出料辊道和推料装置，就可以实现自动化的上下料，解决了提高工作效率的瓶颈问题。而且此时芯辊2相对于料台29的后撤，上下空间也足够非自动化的吊装式上下料。

    当坯料34已经在料台29上到位，芯辊平移油缸17缩短，带动移动梁19靠近移动机架20。芯辊平移油缸17回程到位，对中油缸31将对中销30插入移动梁19相应的销孔，此时移动机架20和移动梁19连接为一个整体，并且芯辊2的上支承座13和下支承座28的轴承座处于对中状态，如图6所示。这时，芯辊2就可以下行穿过坯料34内孔插入芯辊下支撑座28上的下轴承座中。

芯辊2的上支承座13和下支承座28的轴承座对中后，提升油缸16缩短回程，芯辊2下行穿过坯料34内孔插入芯辊下支撑座28上的下轴承座中，此时芯辊上支承座13和下支承座28就通过芯辊2连接为一个整体。提升油缸16回程到位，主轧油缸23和两个辅助油缸22开始伸长，带动芯辊2和上下支撑座13、28以及料台29和坯料34靠近主辊1，如图7所示。此时轴向轧制部8也在移动油缸的作用下靠近主辊1，直到测量装置9接触坯料34，上锥辊4开始在主轧油缸46的作用下下压接触坯料34的上端面；抱辊部11也内收至抱辊3接触坯料34的外圆面。当主辊1、芯辊2、抱辊3、上锥辊4及测量装置9均接触坯料34后，整机进入轧制状态。

以上动作循环往复，即可实现高效率的轧制自动化。

本发明的径向轧制部10所采用的上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构也非常便于芯辊2的更换操作。当芯辊2需要更换时，将径向轧制部10手动调整为图3、图4上下料时的状态，并将提升油缸16缩短回程到底，通过套筒14和提升轴15上对应的侧孔，松开拉杆32上端的螺母39，芯辊2就会在自重的作用下掉入下导柱26之间的地坑，拆卸很方便。通过行吊或其他举升装置，将已和拉杆32旋接的新芯辊2由下导柱26之间对准插入上轴承座33，再将拉杆32上端的螺母39备紧即可。

如图9所示，本发明的轴向轧制部8的主体结构由轴向机架40、上滑块41、下锥辊座42、上下减速箱43、上锥辊4、下锥辊5组成，还包括提供动力的移动油缸45、锥辊驱动电机44、主轧油缸46和平衡油缸47以及锥辊预紧拆卸油缸48（此油缸非必备）。

如图2、图9所示，本发明的轴向轧制部8中上锥辊4、下锥辊5之间安装有测长装置9。测长装置9自身的高度决定了上锥辊4和下锥辊5平行母线之间的最小间距，也就是最小轧环高度。如图10，测长装置9通过固定块50、53安装在下锥辊座42上，测长油缸51推拉连接块54，即可通过导杆52带动测量滚轮49沿锥辊5上母线方向运动。现有辗环机的下锥辊电机之所以采用倒置安装的形式，就是因为当连接块54被测量油缸51推出锥辊座42后，会与减速箱43以及电机44干涉。如图11所示，本发明的下锥辊减速箱43，采用三级传动，合理安排输入轴56、中间轴55、输出轴57之间的位置，将它们非直线布置，降低了输入轴56和输出轴57之间的间距，也就避免了减速箱43高出下锥辊座42的情况，同时也降低了电机44，这样就如图10所示为测长装置9争取到了足够的安装和运动空间，保证了下锥辊驱动电机44正向布置技术构想的实现。

比较图9和图12，可见正向安装的电机，大大减小了设备在下锥辊上母线水平面下的设备尺寸，也就能减小了这部分地基的地坑深度，具有很好的经济效益。

Claims (8)

1.一种大型径-轴向辗环机，它包括整机底座以及设置于整机底座上的径向轧制部和轴向轧制部，其特征是径向轧制部采用上抽式芯辊轴机构和四柱式上下双动机构，轴向轧制部中的下锥辊驱动电机采用正向安装；径向轧制部的四柱式上下双动机构包括装有主辊组件的主辊座、固定机架、移动机架、移动梁、上、下导柱以及芯辊上、下支撑座；所述主辊座和固定机架安装在整机底座上，作为整个径向轧制部的固定支撑不能移动，这两个部件上各开有四个对应同心的导柱孔；两根平行的上导柱穿过位于主辊座和固定机架上边的导柱孔将芯辊上支撑座和移动梁连接在一起；在移动梁和固定机架之间的上导柱上还套装有移动机架；两根平行的下导柱穿过位于主辊座和固定机架下边的导柱孔将芯辊下支撑座和移动机架连接在一起；在移动机架上装有推拉移动梁的芯辊平移油缸；在固定机架上装有推动移动机架的主轧油缸和两个辅助油缸；在移动机架上还装有对中油缸和由对中油缸驱动的对中销。

2.根据权利要求1所述的大型径-轴向辗环机，其特征是径向轧制部的上抽式芯辊轴机构包括芯辊、芯辊上、下支撑座以及设置于芯辊上支撑座上的套筒，提升轴和与提升轴相连的两个提升油缸；芯辊上端的芯辊轴承座通过拉杆与芯辊轴向定位连接，在套筒里上下滑动，而且与提升轴下端固定连接。

3.根据权利要求2所述的大型径-轴向辗环机，其特征是当对中油缸驱动的对中销插入移动梁上的销孔时，芯辊上、下支撑座里的轴承座正好处于对中状态。

4.根据权利要求2所述的大型径-轴向辗环机，其特征是径向轧制部中为芯辊上端的芯辊轴承座提供滑动支撑的套筒，根据芯辊长度分段组合，其总长度以保证芯辊完全缩入套筒内为准。

5.根据权利要求1所述的大型径-轴向辗环机，其特征是径向轧制部中主辊座和固定机架之间有4个加强筋连接。

6.根据权利要求2所述的大型径-轴向辗环机，其特征是芯辊下支撑座上装有料台，并且两侧有导轨与整机底座相连以提供支撑力。

7.根据权利要求1所述的大型径-轴向辗环机，其特征是移动机架两侧装有支撑滚轮，在整机底座上滑动以平衡移动机架的重量。

8.根据权利要求1所述的大型径-轴向辗环机，其特征是轴向轧制部中与下锥辊驱动电机连接的减速箱采用二级减速，对减速箱中的三个齿轮轴采用非直线布置的形式，降低输入轴和输出轴之间的距离。

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