CN1686631A - 预应力机架的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预应力机架的设计方法，所述的预紧力是矫直力的1.25～1.5倍。所述立柱的拉应力的安全范围，须满足ΔL2－ΔL＞0的条件。所述的预应力机架，它的上机架(2)和下机架(5)之间连接有立柱(3)，立柱(3)外套有应力套(4)，应力套(4)两端分别嵌入上机架(2)及下机架(5)一定的长度用以定位上机架(2)及下机架(5)。这种预应力机架的设计方法，以便提高机架的整体刚度及机架的稳定性。

Description

预应力机架的设计方法

                       技术领域

本发明涉及一种预应力机架的设计方法。特别是嵌入式预应力机架的设计方法。

                       背景技术

在棒材矫直领域框式矫直机大多采用预应力机架用以提高机架整体的刚度及稳定性，使机架处于短应力线受力状态，有效的降低机架的变形量。但传统的预应力机架是以立柱为基准来定位上下机架的，框式矫直机一般开口度较大，并且由于整体结构的限制，立柱无法满足机架整体刚度和稳定性的需要。

                       发明内容

本发明的目的在于提出一种预应力机架的设计方法，以便提高机架的整体刚度及机架的稳定性。

本发明的目的是这样实现的，设计预应力机架的设计方法，其特征是：它以应力套为机架定位基准；

设预应力P₀，立柱和应力套分别产生拉伸变形ΔL1和压缩变形ΔL2；矫直力是P，立柱所受的拉力增加是ΔP1，应力套所受的压力减小是ΔP2，立柱的伸长量等于应力套的压缩量ΔL，立柱受力为P1，应力套受力为P2，

则  受力后总变形量ΔL11＝ΔL1+ΔL；

则  受力后总变形量ΔL22＝ΔL2-ΔL；

则  ΔP1+ΔP2＝P

K1，K2分别表示立柱及应力套的刚度系数，

则  K1＝ΔP1/ΔL           K2＝ΔP2/ΔL

    ΔP1/ΔP2＝K1/K2；ΔL＝P/(K1+K2)

所述的预紧力是矫直力的1.25～1.5倍。

所述立柱的拉应力的安全范围，须满足ΔL2-ΔL＞0的条件。

所述的预应力机架，它的上机架2和下机架5之间连接有立柱3，立柱3外套有应力套4，应力套4两端分别嵌入上机架2及下机架5一定的长度用以定位上机架2及下机架5。

所述的立柱3与上机架2和下机架5之间留有一定的间隙。

所述的连接立柱3的顶端有螺纹用以施加预应力；在施加预紧力时，预紧用液压螺母通过立柱顶端的螺纹拉伸连接立柱3，同时通过下压上机架2而压缩应力套4，使连接螺母1与上机架2之间产生一定的间隙，进而锁紧连接螺母1，使应力套4于连接立柱3之间产生大于矫直力的残余应力即预紧力。

本发明特点是：它与传统的预应力机架的设计方法不同之处在于，传统设计方法是考虑以立柱为定位基准的，因此在设计过程中主要考虑以立柱来承受矫直力，并且由于整体结构的限制，立柱无法满足机架整体刚度的需要。本设计方法提出以应力套为机架定位基准，改变了原有的以立柱为定位基准的传统方式，使立柱只起到连接紧固的作用，具有更好的使用效果。由于应力套的刚度系数高，以应力套为上下机架的定位基准将极大的提高机架的整体刚度及机架的稳定性。

                     附图说明

图1是预应力及应变图；

图2是嵌入式预应力机架结构示意图。

图中：1、连接螺母；2、上机架；3、连接立柱；4、应力套；5、下机架。

                     具体实施方式

参见图2，嵌入式预应力机架由连接螺母1、上机架2、连接立柱3、应力套4、下机架5组成。用连接立柱3连接上机架2及下机架5，连接立柱3外套有应力套4，应力套4两端分别嵌入上机架2及下机架5一定的长度用以定位上机架2及下机架5，这样机架的整体刚度是取决于应力套4，连接立柱3与上机架2和下机架5之间留有一定的间隙。在立柱的顶端留有一段螺纹用以施加预应力。在施加预紧力时，预紧用液压螺母通过立柱顶端的螺纹拉伸连接立柱3，同时通过下压上机架2而压缩应力套4，使连接螺母1与上机架2之间产生一定的间隙，进而锁紧连接螺母1，使应力套4于连接立柱3之间产生大于矫直力的残余应力即预紧力。

下面通过对图1的说明来清楚本发明的目的，如图1所示，在预应力P₀的作用下，立柱和应力套分别产生拉伸变形ΔL1和压缩变形ΔL2。在矫直力P的作用下，立柱和应力套的受力得到了再分配，立柱所受的拉力增加ΔP1，应力套所受的压力减小ΔP2。则：

                ΔP1+ΔP2＝P

即立柱和应力套受力之后，两者力的变化之和等于矫直力P。立柱的伸长量等于应力套的压缩量ΔL。立柱受力为P1，受力后总变形量ΔL11＝ΔL1+ΔL。应力套受力为P2，受力后总变形量ΔL22＝ΔL2-ΔL。

K1，K2分别表示立柱及应力套的刚度系数，则：

       K1＝ΔP1/ΔL                K2＝ΔP2/ΔL

由以上可得：

       ΔP1/ΔP2＝K1/K2

在矫直力的作用下，立柱和应力套所受力的变化量与它们的刚度系数成正比，刚度系数大的部分承受矫直力的分量大，刚度系数小的部分承受矫直力的分量小。因此在设计预应力机架的过程中合理的分配立柱和应力套的刚度系数是设计合理的关键。在有限的结构空间范围内，选取合理的立柱和应力套的刚度系数，使应力套承受大部分的矫直力，有效的改善立柱的受力状况。

由以上可得：ΔL＝P/(K1+K2)

此式的成立是以应力套的受力始终大于零为前提条件的，否则在矫直力的作用下，机架的刚度就降为立柱的刚度，刚度将急剧下降，以至出现矫直过程中机架离缝的现象。

在设计过程中一般设定预紧力为矫直力的1.25～1.5倍，在选取立柱与应力套的刚度系数的时候，首先满足立柱的拉应力的安全范围，并满足ΔL2-ΔL＞0的条件下，尽量增大应力套的刚度系数，使应力套承受大部分的矫直力，降低立柱所承受的矫直力，有效的改善立柱的受力状况。

实践证明，嵌入式预应力机架的采用在提高框式矫直机机架整体的刚度及稳定性、可靠性方面有着明显的使用效果。例：15～40mm七辊棒材矫直机预应力机架计算实例

已知：最大矫直力P＝50T

      立柱长度L1＝1500mm  (共5根)

      应力套长度L2＝750mm (共5根)

求：立柱及应力套的截面尺寸

解：一：求解立柱的截面尺寸

     σ_S＝nP’/S1    (n：安全系数，S：立柱截面积)

S1＝πD²

取σ_S＝50Kg/mm²

P’＝(P0+P)/5＝25T    P0＝1.5P(P0为机架预紧力)

得：D＝80mm

二：求解应力套的截面尺寸

立柱的刚度系数为：K1＝ES1/L1

设应力套的刚度系数为：K2＝ES2/L2

则立柱在预紧力的作用下的变形量为：

ΔL1＝P0/K1＝1.07mm

ΔL2＝P0/K2

在矫直力的作用下，立柱的P0/K1伸长量的变化量等于应力套压缩量的变化量为ΔL

ΔL＝ΔP1/K1

ΔP1＝PK1/(K1+K2)

则：ΔL＝P/(K1+K2)

要满足ΔL2-ΔL＞0

则：P0/K2-P/(K1+K2)＞0

即：K2＜P0K1/(P-P0)

K2＝ES2/L2＜P0K1/(P-P0)

得S2＜P0S1L2/(P-P0)L1＝1.5S1

已知S1＝5024mm²

S2＜7536mm²

设计中取应力套内径95mm

则应力套外径D＜136.5mm

取应力套外径D＝135mm。

Claims (6)

1、预应力机架的设计方法，其特征是：它以应力套为机架定位基准；

设预应力P₀，立柱和应力套分别产生拉伸变形ΔL1和压缩变形ΔL2；矫直力是P，立柱所受的拉力增加是ΔP1，应力套所受的压力减小是ΔP2，立柱的伸长量等于应力套的压缩量ΔL，立柱受力为P1，应力套受力为P2，

则受力后总变形量ΔL11＝ΔL1+ΔL；

则受力后总变形量ΔL22＝ΔL2-ΔL；

则ΔP1+ΔP2＝P

K1，K2分别表示立柱及应力套的刚度系数，

则K1＝ΔP1/ΔL    K2＝ΔP2/ΔL

ΔP1/ΔP2＝K1/K2；ΔL＝P/(K1+K2)

2、根据权利要求1所述的预应力机架的设计方法，其特征是：所述的预紧力是矫直力的1.25～1.5倍。

3、根据权利要求1所述的预应力机架的设计方法，其特征是：所述立柱的拉应力的安全范围，须满足ΔL2-ΔL＞0的条件。

4、根据权利要求1所述的预应力机架的设计方法，其特征是：所述的预应力机架，它的上机架(2)和下机架(5)之间连接有立柱(3)，立柱(3)外套有应力套(4)，应力套(4)两端分别嵌入上机架(2)及下机架(5)一定的长度用以定位上机架(2)及下机架(5)。

5、根据权利要求1所述的预应力机架的设计方法，其特征是：所述的立柱(3)与上机架(2)和下机架(5)之间留有一定的间隙。

6、根据权利要求1所述的预应力机架的设计方法，其特征是：所述的连接立柱(3)的顶端有螺纹用以施加预应力；在施加预紧力时，预紧用液压螺母通过立柱顶端的螺纹拉伸连接立柱(3)，同时通过下压上机架(2)而压缩应力套(4)，使连接螺母(1)与上机架(2)之间产生一定的间隙，进而锁紧连接螺母(1)，使应力套(4)于连接立柱(3)之间产生大于矫直力的残余应力即预紧力。

Images