CN114273570B - 一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置 - Google Patents

Abstract

一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置，包括锥辊和锥辊轴；外锥辊支架和内锥辊支架分别与锥辊轴两端联接；两对摇杆，一端通过轴承分别与外锥辊支架和内锥辊支架联接，另一端与设于滑动底座上的第一支架轴、第二支架轴固定联接，以调整锥辊的高度；弹性阻尼机构，安装在滑动底座上，通过一对线性阻尼器、可调弹簧机构、滑块轴、一对第二导轨和连杆的配合，适应环件的轴向位移；可调弹簧机构，通过一对线性弹簧、第二电机、第二丝杠、第二丝杆丝杆和角位移传感器的配合保持环件高度；固定底座上设有一对第一导轨，滑动底座卡装在一对第一导轨上，通过设于固定底座及滑动底座之间的丝杆丝杠副驱动滑动底座在一对第一导轨上往复运动，使环件和锥辊的径向相对位置保持不变。

Description

一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置

技术领域

本发明涉及大型环件轧制技术领域，具体为一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置。

背景技术

进入空间的能力是开发太空的重中之重，火箭作为现有进入空间的主要载具，其直径大小直接决定了运载能力的大小。铝合金运载火箭贮箱过渡环是一种超大型环件，是火箭的重要组成部分，因此其成型工艺和加工设备成了研究的热点。

超大型环件的轧制存在刚度差和变形路径长的特点，导致轧制过程易失稳和出现翘曲，进而降低环件的尺寸精度和组织性能，甚至会造成轧制失败，这在铝合金环件的热轧中更加明显。

大部分轧制支撑辊采用圆柱的形式，转动惯量大且无法移动，因此会阻碍环件的运动，主要包括环件绕自身轴线的转动、环件长大的径向运动和轧制宽展后的轴向变形。另外，由于环件与支撑辊的不连续接触、环件端面的不平和环件的软化等，环件在高速运动中极易产生轴向方向的振动。

综上，设计一种可沿环件径向运动，同时具有适应环件轴向振动阻尼特性的支撑装置，对提高环件轧制过程稳定性、环件组织均匀性和轧制成功率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置。

本发明一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，包括：锥辊，锥辊轴，外锥辊支架，内锥辊支架，一对外摇杆，一对内摇杆，滑动底座，弹性阻尼机构，固定底座；

所述固定底座上平行设置有一对第一导轨，所述滑动底座卡装在所述一对第一导轨上，通过设于固定底座及滑动底座之间的丝杆丝杠副驱动滑动底座在一对第一导轨上往复运动；

在滑动底座的上表面两端设有第一支架轴、第二支架轴，一对外摇杆的一端与第一支架轴固定连接，另一端铰装在转轴上，转轴中部设有外锥辊支架及环件距离传感器，以探测环件与锥辊的相对位置，所述环件距离传感器为超声波距离探测器；一对内摇杆的一端与第二支架轴固定连接，另一端与内锥辊支架铰接；第二支架轴一端通过联轴器与安装于滑动底座的角位移传感器的输入端联接；

在滑动底座的上表面还安装有弹性阻尼机构；所述弹性阻尼机构包括第二导轨、一对滑块、线性阻尼器、可调弹簧机构、连杆，所述一对第二导轨设置在滑动底座上表面中部，一对滑块固定联接在滑块轴两端并卡装在第二导轨上，线性阻尼器的一端铰装在第一支架轴上，另一端铰装在滑块轴上；连杆的一端铰装在滑块轴上，另一端铰装在内锥辊支架上；可调弹簧机构的一端铰装在滑块轴上；

所述锥辊上设有处于锥辊轴线上并与锥辊固定连接的锥辊轴；所述锥辊轴的两端通过轴承分别与外锥辊支架、内锥辊支架连接；

内锥辊支架为对称的等腰三角形结构，顶端设有轴承孔，两侧为肋板，底边为铰轴，铰轴两端分别与肋板的下端部固定连接。

本发明中，所述固定底座上设有第一电机；所述第一电机的主轴延设有第一丝杆，所述第一丝杆的轴线与一对第一导轨的轴线平行；所述滑动底座底面设有与第一丝杆配合的第一丝杠副，通过第一电机驱动第一丝杆转动进而通过第一丝杠带动滑动底座在一对第一导轨上往复运动。

本发明中，所述连杆包括连杆套和两根连杆芯；所述两根连杆芯通过螺纹副连接在连杆套两端，两根连杆芯上的螺纹旋向相反以快速调整连杆的长度；两根连杆芯端部通过轴承分别与滑块轴及内锥辊支架连接。

本发明中，所述可调弹簧机构包括一对线性弹簧、弹簧支撑板、第二丝杠副、第二丝杆、第二电机，所述一对线性弹簧一端通过轴承与滑块轴联接，另一端通过设于弹簧支撑板上的弹簧定位套与弹簧支撑板固定联接；第二电机为正反转电机并设置在滑动底座的上表面，其主轴上延设有第二丝杆，第二丝杆与设于弹簧支撑板上的第二丝杠副配合，根据角位移传感器的数据驱动弹簧支撑板并通过一对线性弹簧推动一对滑块在第二导轨上作往复运动，控制滑块轴的位置，进而控制锥辊的水平高度。

本发明中，所述一对外摇杆，一对内摇杆均由摇杆套和摇杆芯组成，摇杆套和摇杆芯上均设有定位销孔，通过定位销轴联接。

本发明中，所述锥辊轴的两端通过两个轴承分别与外锥辊支架、内锥辊支架连接，以提高稳定性。

本发明中，锥辊为空心辊并在大端面设有散热孔，在大端侧设有轴肩；

本发明中，为了不影响环件长大过程中顺利进入锥辊支撑面，内锥辊支架的外轮廓低于锥辊外轮廓的最高点；

本发明中，一对外摇杆的一端与第一支架轴固定连接，另一端通过轴承与转轴联接，一对内摇杆的一端与第二支架轴固定联接，另一端通过轴承与铰轴连接；

本发明中，为了获得摇杆轧制过程的摆动情况，第二支架轴一端通过联轴器与角位移传感器的输入端联接，所述角位移传感器固定在滑动底座上；

本发明中，为了保证两对摇杆在工作过程的平行摆动，第一支架轴与第二支架轴之间的距离应等于转轴与铰轴之间的距离；

本发明中，所述第一电机为正反转电机，所述第一电机主轴通过联轴器连接有第一丝杆，第一丝杆与设于滑动底座底面的第一丝杠配合，第一电机根据环件距离探测传感器数据控制第一丝杆转动，驱动滑动底座在一对第一导轨上往复运动。

本发明中，所述连杆两端通过轴承分别与滑块轴及铰轴连接。

本发明中，所述一对线性弹簧一端通过轴承与滑块轴连接，另一端通过弹簧定位套与弹簧支撑板固定联接。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)由于本发明采用第一电机与第一丝杆及第一丝杠副的结构驱动滑动底座在一对第一导轨上往复运动，实现锥辊在环件径向方向的运动，一方面，可以大幅度降低锥辊的长度和质量，可以有效降低环件转动过程中的阻力；另一方面，锥辊可随着环件的长大而向外移动，进一步减少了环件径向运动的阻力，进而能够有效提高环件整体圆度。

(2)采用一对外摇杆，锥辊轴，一对内摇杆和滑动底座组成的四杆机构结构，在环件重力作用下锥辊可以进行适当地向外摆动，一方面可以适应环件的轴向振动；另一方面可以将大部分环件重力分解到摇杆轴向，而较少的环件重力分解到水平方向，对于锥辊而言，当环件重力做正工时，可以保证锥辊在轴向保持良好的刚度。

(3)采用第二电机，连杆，线性阻尼器和线性弹簧组成的弹性阻尼机构驱动锥辊相对滑动底座进行摆动，一方面可以维持锥辊高度并对环件轴向振动起到很好的抑制作用，进而提高轧制过程的稳定性，以防止变形积累导致的轧制失败；另一方面，将可调弹簧机构做功方向设置在水平方向可以很好的增加锥辊的弹性灵敏度，进一步可以提高滑块轴的运动距离，进而增加阻尼效果，也减少环件振动时间。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明主视图；

图3为图2的右视图；

图4为本发明弹性阻尼机构及可调弹簧机构示意图；

图5为本发明的现场工作示意图；

图中标号说明

1、锥辊；

2、锥辊轴；

3、外锥辊支架；31、转轴；32、环件距离传感器；

4、内锥辊支架；41、铰轴；

5、一对外摇杆；

6、一对内摇杆；

7、滑动底座；71、第一支架轴；72、第二支架轴；73、角位移传感器；74、第一丝杠副；

8、弹性阻尼机构；81、一对滑块；82、滑块轴；

83、连杆；831、连杆套；832、连杆芯；

84、一对线性阻尼器；

85、可调弹簧机构；851、一对线性弹簧；852、弹簧支撑板；853、第二丝杠副；854、第二丝杆；855、第二电机；856、弹簧定位套；

86、一对第二导轨；

9、固定底座；91、第一电机；92、第一丝杆；93、一对第一导轨；

10、环件

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1：

请参阅图1-4，一种用于大型环件轧制的辅助支撑装置，包括：锥辊1，锥辊轴2，外锥辊支架3，内锥辊支架4，一对外摇杆5，一对内摇杆6，滑动底座7，弹性阻尼机构8，固定底座9；

所述固定底座9上设有第一电机91及平行设置有一对第一导轨93，所述第一电机91的主轴延设有第一丝杆92，所述第一丝杆92的轴线与一对第一导轨93的轴线平行；所述滑动底座7卡装在所述一对第一导轨93上，底面设有与第一丝杆92配合的第一丝杠副74，通过第一电机91驱动第一丝杆92转动进而通过第一丝杠副74带动滑动底座7在一对第一导轨93上往复运动；

在滑动底座7的上表面两端设有第一支架轴71、第二支架轴72，一对外摇杆5的一端与第一支架轴71固定连接，另一端铰装在转轴31上，转轴31中部设有外锥辊支架3及环件距离传感器32，以探测环件与锥辊的相对位置，所述环件距离传感器为超声波距离探测器；一对内摇杆6的一端与第二支架轴72固定连接，另一端与内锥辊支架4铰接；第二支架轴72一端通过联轴器与安装于滑动底座7的角位移传感器73的输入端联接；

所述一对外摇杆5，一对内摇杆6均由摇杆套和摇杆芯组成，摇杆套和摇杆芯上均设有定位销孔，通过定位销轴联接；

在滑动底座7的上表面还安装有弹性阻尼机构8；所述弹性阻尼机构8包括第二导轨86、一对滑块81、线性阻尼器84、可调弹簧机构85、连杆83，所述一对第二导轨86设置在滑动底座7上表面中部，一对滑块81固定联接在滑块轴82两端并卡装在第二导轨86上，线性阻尼器84的一端铰装在第一支架轴71上，另一端铰装在滑块轴82上；连杆83的一端铰装在滑块轴82上，另一端铰装在内锥辊支架4上；可调弹簧机构85的一端铰装在滑块轴82上；

所述可调弹簧机构85包括一对线性弹簧851、弹簧支撑板852、第二丝杠副853、第二丝杆854、第二电机855，所述一对线性弹簧851一端通过轴承与滑块轴82联接，另一端通过设于弹簧支撑板852上的弹簧定位套856与弹簧支撑板852固定联接；第二电机855为正反转电机并设置在滑动底座7的上表面，其主轴上延设有第二丝杆854，第二丝杆854与设于弹簧支撑板852上的第二丝杠副853配合，根据角位移传感器76的数据驱动弹簧支撑板852并通过一对线性弹簧851推动一对滑块81在第二导轨86上作往复运动，控制滑块轴82的位置，进而控制锥辊1的水平高度；

所述连杆83包括连杆套831和两根连杆芯832；所述两根连杆芯832通过螺纹副连接在连杆套831两端，两根连杆芯832上的螺纹旋向相反以快速调整连杆83的长度；两根连杆芯832端部通过轴承分别与滑块轴82及内锥辊支架4连接；

所述锥辊1上设有处于锥辊1轴线上并与锥辊1固定连接的锥辊轴2；所述锥辊轴2的两端通过轴承分别与外锥辊支架3、内锥辊支架4连接；

所述锥辊轴2的两端通过两个轴承分别与外锥辊支架3、内锥辊支架4连接，以提高稳定性；

内锥辊支架4为对称的等腰三角形结构，顶端设有轴承孔，两侧为肋板，底边为铰轴41，铰轴41两端分别与肋板的下端部固定连接。

本实施例中，锥辊为空心辊并在大端面设有散热孔，在大端侧设有轴肩；

本实施例中，一对外摇杆5的一端与第一支架轴71固定连接，另一端通过轴承与转轴31联接，一对内摇杆6的一端与第二支架轴72固定联接，另一端通过轴承与铰轴41连接；

本实施例中，为了获得摇杆轧制过程的摆动情况，第二支架轴72一端通过联轴器与角位移传感器的输入端联接，所述角位移传感器固定在滑动底座上；

本实施例中，为了保证两对摇杆在工作过程的平行摆动，第一支架轴71与第二支架轴72之间的距离应等于转轴31与铰轴41之间的距离。

本实施例的工作原理：

参见附图5，超大型环件10的轧制坯料通常是经过初步轧制的环件10，坯料环径较小，因此需要在环件10长大路径上预先布置辅助支撑辊装置，并保证所有的辅助支撑辊装置的滑动底座7都在同一水平面，并应尽量保证锥辊1指向环件10最终的圆心。

根据需要的轧制高度调整两对摇杆5、6的高度和连杆83的长度，首先转动连杆套831并调整两对摇杆5、6的高度，使锥辊1接近目标高度，若环件10重量大，可以适当减小两对摇杆5、6相对铅垂面的倾角；将此时的角位移传感器73记录的两对摇杆5、6的倾角设为初始值。

启动第一电机91驱动滑动底座7移动到起始位置。

放置环件10，锥辊1在环件10的重力作用下向下运动并使两对摇杆5、6摆动，第二电机856根据角位移传感器73实测值与初始值的偏差驱动弹簧支撑板852运动使滑块轴82恢复至初始位置。

轧制环件10，环件10绕着自身轴线转动并带动锥辊1运动，随着环件10的长大，环件10外径逐渐靠近锥辊1大端，第一电机91根据环件距离传感器32反馈数据驱动滑动底座7移动，使环件10始终保持在锥辊1中部。进一步地，当环件10接触的锥辊1数量增多，最初接触的锥辊1会产生一定的回弹，当角位移传感器73实测值与初始值的偏差达到一定值并保持一定时间时，第二电机856驱动滑块轴82回复，使锥辊1高度保持不变。

因为在实际过程中，调整环件位置就是使环件高度保持在预设值，但是环件毛坯的重量会略有偏差，同时轧制过程属于一个动态过程，环件刚度降低和轴向端面不平会使环件出现轴向跳动，因此需要弹性阻尼机构调整环件位置。轧制过程中，环件10会对锥辊1产生轴线竖直向下的作用力，使锥辊1向下运动，进而带动滑块轴82沿着一对第二导轨86移动，一对线性阻尼器84消耗一部分的能量，并在一对线性弹簧851作用下回复至初始位置，以防止环件10出现轴向跳动现象。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，包括：锥辊(1)，锥辊轴(2)，外锥辊支架(3)，内锥辊支架(4)，一对外摇杆(5)，一对内摇杆(6)，滑动底座(7)，弹性阻尼机构(8)，固定底座(9)；其特征在于：

所述固定底座(9)上平行设置有一对第一导轨(93)，所述滑动底座(7)卡装在所述一对第一导轨(93)上，通过设于固定底座(9)及滑动底座(7)之间的丝杆丝杠副驱动滑动底座(7)在一对第一导轨(93)上往复运动；

在滑动底座(7)的上表面两端设有第一支架轴(71)、第二支架轴(72)，一对外摇杆(5)的一端与第一支架轴(71)固定连接，另一端铰装在转轴(31)上，转轴(31)中部设有外锥辊支架(3)及环件距离传感器(32)；一对内摇杆(6)的一端与第二支架轴(72)固定连接，另一端与内锥辊支架(4)铰接；第二支架轴(72)一端通过联轴器与安装于滑动底座(7)的角位移传感器(73)的输入端联接；

在滑动底座(7)的上表面还安装有弹性阻尼机构(8)；所述弹性阻尼机构(8)包括第二导轨(86)、一对滑块(81)、线性阻尼器(84)、可调弹簧机构(85)、连杆(83)，所述一对第二导轨(86)设置在滑动底座(7)上表面中部，一对滑块(81)固定联接在滑块轴(82)两端并卡装在第二导轨(86)上，线性阻尼器(84)的一端铰装在第一支架轴(71)上，另一端铰装在滑块轴(82)上；连杆(83)的一端铰装在滑块轴(82)上，另一端铰装在内锥辊支架(4)上；可调弹簧机构(85)的一端铰装在滑块轴(82)上；

所述锥辊(1)上设有处于锥辊(1)轴线上并与锥辊(1)固定连接的锥辊轴(2)；所述锥辊轴(2)的两端通过轴承分别与外锥辊支架(3)、内锥辊支架(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，所述固定底座(9)上设有第一电机(91)；所述第一电机(91)的主轴延设有第一丝杆(92)，所述第一丝杆(92)的轴线与一对第一导轨(93)的轴线平行；所述滑动底座(7)底面设有与第一丝杆(92)配合的第一丝杠副(74)，通过第一电机(91)驱动第一丝杆(92)转动进而通过第一丝杠副(74)带动滑动底座(7)在一对第一导轨(93)上往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，所述连杆(83)包括连杆套(831)和两根连杆芯(832)；所述两根连杆芯(832)通过螺纹副连接在连杆套(831)两端，两根连杆芯(832)上的螺纹旋向相反以快速调整连杆(83)的长度；两根连杆芯(832)端部通过轴承分别与滑块轴(82)及内锥辊支架(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，所述可调弹簧机构(85)包括一对线性弹簧(851)、弹簧支撑板(852)、第二丝杠副(853)、第二丝杆(854)、第二电机(855)，所述一对线性弹簧(851)一端通过轴承与滑块轴(82)联接，另一端通过设于弹簧支撑板(852)上的弹簧定位套(856)与弹簧支撑板(852)固定联接；第二电机(855)为正反转电机并设置在滑动底座(7)的上表面，其主轴上延设有第二丝杆(854)，第二丝杆(854)与设于弹簧支撑板(852)上的第二丝杠副(853)配合，根据角位移传感器(73)的数据驱动弹簧支撑板(852)并通过一对线性弹簧(851)推动一对滑块(81)在第二导轨(86)上作往复运动，控制滑块轴(82)的位置，进而控制锥辊(1)的水平高度。

5.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，所述一对外摇杆(5)，一对内摇杆(6)均由摇杆套和摇杆芯组成，摇杆套和摇杆芯上均设有定位销孔，通过定位销轴联接。

6.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，环件距离传感器为超声波距离探测器。

7.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，内锥辊支架(4)的外轮廓低于锥辊外轮廓的最高点。

8.根据权利要求1所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，所述锥辊轴(2)的两端通过两个轴承分别与外锥辊支架(3)、内锥辊支架(4)连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于大型环件轧制的辅助支撑辊装置，其特征在于，第一支架轴(71)与第二支架轴(72)之间的距离应等于转轴(31)与铰轴(41)之间的距离。

Images