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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，在負載較小的情況下進行軋輥磨削加工，文章介紹了研究靜壓托瓦的必要性和工作原理及設計，力求實現(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有限公司設備制造事業(yè)部唯一對韶鋼二軋廠軋輥進行加工的大型重點設備，給軋輥生產(chǎn)組織帶來一定的局限性．由于該機床長期每天兩班滿負荷使用，無法長時間停機進行系統(tǒng)檢修，設備故障停機率增加，直接造成軋輥磨床非計劃檢修較多，隨時給生產(chǎn)造成不必要的損失． 為了順利完成計劃性設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現(xiàn)互換．

      1、 研究的內(nèi)容

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

      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，托瓦開有兩個靜壓腔，托瓦材料為鋁基合金．

      托瓦在設計過程中，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)設計，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)進油口接頭采用“無溢出”式/齊平面液壓快換接頭與設備本體的接頭匹配．

      2 、研究解決的問題

      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)設計

      根據(jù)國內(nèi)目前的機械制造水平，決定將靜壓托瓦設計為兩層，下層為鑄件底座( 見圖2) ，上層為鑄件基體澆巴氏合金托瓦( 見圖3) ，托瓦分兩層結(jié)構(gòu)設計有一定的好處，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，并且當機床由于某種原因造成托瓦損傷時，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; 磨削長度: 2 500 mm; 工件長度: 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 托瓦底座的強度校核

      由于托瓦底座只受擠壓力，因此，只校核底座機械強度和擠壓強度，托瓦底座按承載30 噸工件進行強度校核．

      1) 校核機械強度

      2) 校核擠壓強度

      3． 3 靜壓托瓦計算

  
      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的λ，( a) 式對入求導得:

      即當λ = 1 時，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式，式中

      其中: Ｒ 為托瓦半徑( cm) ，L 為油徑長度( cm) ，L1為軸向封油面長度( 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) 靜壓托瓦流量計算

       靜壓托瓦所需總流量為10． 56 L /min

      3) 油泵功率

      通過上述計算，可以看出靜壓托瓦所需的流量和壓力遠小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) 研究過程

      按照設計原理，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)、工藝性能要求進行現(xiàn)場測繪，對靜壓托瓦瓦面按設計要求重新繪制，對設計方案和整套加工圖紙進行細致的討論，確定最終加工制作圖．

     托瓦在設計過程中，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)設計，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，并進行二軋工作輥的磨削加工全過程操作．

      4 、研究效果

      通過此次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，可進行寬板廠和二軋廠工作輥的磨削，緩解了因為設備的不確定因數(shù)對二軋廠生產(chǎn)造成的影響，避免了不必要的損失．

      從實際使用情況來看，完全能夠達到研發(fā)的預期效果，對二軋廠工作輥的磨削加工，經(jīng)檢測完全達到二軋廠對軋輥的使用要求．

      5 、結(jié)論

      綜合上述研發(fā)的實際效果和前景推廣，HEＲKULES 軋輥磨床中心架Φ500 靜壓托瓦研發(fā)是成功的，達到了預期效果，充分實現(xiàn)現(xiàn)有機加工設備資源整合利用，將設備因素造成的損失降到最低，為二軋廠生產(chǎn)順利進行保駕護航，以創(chuàng)造更大經(jīng)濟效益．

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