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      摘要: 靜  壓托瓦的工作原理是利用液壓油高壓產(chǎn)生油膜浮起軋輥，在負(fù)載較小的情況下進(jìn)行軋輥磨削加工，文章介紹了研究靜壓托瓦的必要性和工作原理及設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)不同磨床加工的互換性．

      0 前言

      MK84160 軋輥磨床是韶鋼工程技術(shù)有限公司設(shè)備制造事業(yè)部唯一對(duì)韶鋼二軋廠軋輥進(jìn)行加工的大型重點(diǎn)設(shè)備，給軋輥生產(chǎn)組織帶來(lái)一定的局限性．由于該機(jī)床長(zhǎng)期每天兩班滿負(fù)荷使用，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)檢修，設(shè)備故障停機(jī)率增加，直接造成軋輥磨床非計(jì)劃?rùn)z修較多，隨時(shí)給生產(chǎn)造成不必要的損失． 為了順利完成計(jì)劃性設(shè)備大修工作和解決突發(fā)事故造成的不必要的損失，需要進(jìn)行靜壓托瓦的研究，力求使寬板廠HEＲKULES 軋輥磨床和二軋廠MK84160 軋輥磨床在工作輥的加工上實(shí)現(xiàn)互換．

      1、 研究的內(nèi)容

      根據(jù)兩臺(tái)軋輥磨床在加工技術(shù)參數(shù)和機(jī)床性能上進(jìn)行比較，二軋廠工作輥要在HEＲKULES 寬板數(shù)控軋輥磨床進(jìn)行磨削加工，必需根據(jù)工作輥的支承軸頸尺寸設(shè)計(jì)制作一副靜壓托瓦．

      HEＲKULES 寬板數(shù)控軋輥磨床中心架為靜壓中心架( 見(jiàn)圖1) ，中心架為兩層結(jié)構(gòu)，上層為整體式靜壓托瓦，下層為靜壓中心架殼體，磨削不同的工件只需更換靜壓托瓦，靜壓托瓦為不可調(diào)的整體托瓦，托瓦開(kāi)有兩個(gè)靜壓腔，托瓦材料為鋁基合金．

      托瓦在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到是在寬板磨床靜壓中心架上增加靜壓托瓦，因此，靜壓托瓦底座與靜壓中心架殼體連接必需按原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靜壓托瓦供油系統(tǒng)采用寬板磨床原有供油系統(tǒng)，托瓦與供油系統(tǒng)進(jìn)油口接頭采用“無(wú)溢出”式/齊平面液壓快換接頭與設(shè)備本體的接頭匹配．

      2 、研究解決的問(wèn)題

      2． 1 軋輥支撐部位的選擇

      在二軋廠工作輥上選取Ф500e8 × 198 作為靜壓托瓦的工作面，必須符合以下條件:

     1) 粗糙度達(dá)到Ｒa 1. 6 以上．

     2) 直徑上要有形位公差和尺寸公差限制．
 
     3) 要有180 mm 以上的寬度．

                                            圖1 軋輥磨床靜壓托瓦加工示意

      2． 2 靜壓托瓦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的機(jī)械制造水平，決定將靜壓托瓦設(shè)計(jì)為兩層，下層為鑄件底座( 見(jiàn)圖2) ，上層為鑄件基體澆巴氏合金托瓦( 見(jiàn)圖3) ，托瓦分兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的好處，首先降低靜壓托瓦制造難度( 托瓦底面為Ｒ800 的大圓弧) ，其次在兩層之間由于有一調(diào)整墊片，工件中心高也易于保證，并且當(dāng)機(jī)床由于某種原因造成托瓦損傷時(shí)，只需更換巴氏合金托瓦或重新澆巴氏合金．

                                        圖2 托瓦下層示意

       
  
                                        圖3 托瓦上層示意

      2． 3 靜壓托瓦密封面達(dá)到的效果

      在確保HEＲKULES 寬板數(shù)控軋輥磨床靜壓中心架液壓參數(shù)不變的情況下，流量20 L /min、工作壓力，3MPa 保證工作輥輥的浮起量至少在0. 08 mm以上，達(dá)到磨削加工的最佳狀態(tài)．

      3 、研究方法的原理

 
      3． 1 工作輥主要參數(shù)

      工作輥主要參數(shù): 磨削直徑: 810 mm; 磨削長(zhǎng)度: 2 500 mm; 工件長(zhǎng)度: 5 890 mm; 工件重量:14 798 kg; 工件支承直徑: 500 mm; 工件表面粗糙度: Ｒa1. 6; 圓柱度: 0. 05 /1000．

      3． 2 托瓦底座的強(qiáng)度校核

      由于托瓦底座只受擠壓力，因此，只校核底座機(jī)械強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度，托瓦底座按承載30 噸工件進(jìn)行強(qiáng)度校核．

      1) 校核機(jī)械強(qiáng)度

      2) 校核擠壓強(qiáng)度

      3． 3 靜壓托瓦計(jì)算

  
      1) 靜壓托瓦的承載能力F 及剛度J 為:

      靜壓托瓦最大承載能力時(shí)的λ，( a) 式對(duì)入求導(dǎo)得:

      即當(dāng)λ = 1 時(shí)，靜壓托瓦最大承載能力Fmax 為

      ( d) 式為靜壓托瓦最佳剛度表達(dá)式，式中

      其中: Ｒ 為托瓦半徑( cm) ，L 為油徑長(zhǎng)度( cm) ，L1為軸向封油面長(zhǎng)度( cm) ，Q1為油腔張角之半，Q2為油腔中心線與周向封油面邊上的夾角．

      單個(gè)靜壓托瓦最大總承載能力FF = 2 × 4 623. 1 = 9 246. 2 kg

      2) 靜壓托瓦流量計(jì)算

       靜壓托瓦所需總流量為10． 56 L /min

      3) 油泵功率

      通過(guò)上述計(jì)算，可以看出靜壓托瓦所需的流量和壓力遠(yuǎn)小HEＲKULES 寬板數(shù)控軋輥磨床靜壓中心架供油壓力( 35 kg·f) 和流量( 20 L /min) ，而靜壓托瓦最大承載力184 92. 4 kg 又遠(yuǎn)大于二軋廠工作輥( 14 798 kg) ，完全能夠滿足軋輥加工要求．

      4) 研究過(guò)程

      按照設(shè)計(jì)原理，結(jié)合現(xiàn)有HEＲKULES 軋輥磨床配置的Ф850 靜壓托瓦的外形尺寸、材質(zhì)、工藝性能要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，對(duì)靜壓托瓦瓦面按設(shè)計(jì)要求重新繪制，對(duì)設(shè)計(jì)方案和整套加工圖紙進(jìn)行細(xì)致的討論，確定最終加工制作圖．

     托瓦在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到是在寬板磨床靜壓中心架上增加靜壓托瓦，因此，靜壓托瓦底座與靜壓中心架殼體連接必需按原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靜壓托瓦供油系統(tǒng)采用寬板磨床供油系統(tǒng)．

      組織自身專業(yè)人員，研發(fā)完成Ф500 靜壓托瓦后，在HEＲKULES 軋輥磨床上進(jìn)行安裝、調(diào)試．用著色法檢查托瓦底座Ｒ800 圓弧、Ｒ250 圓弧接觸面，調(diào)整靜壓托瓦間隙和液壓系統(tǒng)參數(shù)，滿足壓力35 bar、浮起量80 ～ 100 μm 的要求，并進(jìn)行二軋工作輥的磨削加工全過(guò)程操作．

      4 、研究效果

      通過(guò)此次HEＲKULES 軋輥磨床中心架Φ500靜壓托瓦研發(fā)，解決了HEＲKULES 軋輥磨床軋輥加工在韶鋼的通用性，可進(jìn)行寬板廠和二軋廠工作輥的磨削，緩解了因?yàn)樵O(shè)備的不確定因數(shù)對(duì)二軋廠生產(chǎn)造成的影響，避免了不必要的損失．

      從實(shí)際使用情況來(lái)看，完全能夠達(dá)到研發(fā)的預(yù)期效果，對(duì)二軋廠工作輥的磨削加工，經(jīng)檢測(cè)完全達(dá)到二軋廠對(duì)軋輥的使用要求．

      5 、結(jié)論

      綜合上述研發(fā)的實(shí)際效果和前景推廣，HEＲKULES 軋輥磨床中心架Φ500 靜壓托瓦研發(fā)是成功的，達(dá)到了預(yù)期效果，充分實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有機(jī)加工設(shè)備資源整合利用，將設(shè)備因素造成的損失降到最低，為二軋廠生產(chǎn)順利進(jìn)行保駕護(hù)航，以創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益．

      靜壓托瓦研發(fā)發(fā)現(xiàn)，對(duì)專用設(shè)備的單一性進(jìn)行研發(fā)、改造，盡可能的擴(kuò)大其通用性，發(fā)揮設(shè)備的最大潛能，可為公司實(shí)現(xiàn)效益最大化作貢獻(xiàn)． 下一步可推廣到在二軋軋輥磨床( MK84160) 上對(duì)寬板廠工作輥的磨削加工，力求實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)設(shè)備的加工互換性．