专利名称：一种双传动输入轴可调式四辊(十字)h型材精轧机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轧钢机械，特别是轧制H型断面的钢材及有色金属材料的四辊(十字)精轧机。
目前国内外已有的H型钢轧机有三种形式1、四辊万能轧机它是由一台二辊水平轧机和一台立式二辊轧机，紧凑在一个机架内，但是，两个水平辊轴线在一个平面内，两个立辊的轴线在另一个平面内，虽然它们均是主动旋转，但是对轧件的压缩和延伸是分别在两个相临近的断面进行，它是一种紧凑式轧机的变异。
2、另一种四辊万能轧机是一台二辊轧机的紧挨出口处，装上一对立辊，立辊左右可以压下调整，水平辊为主动，两立辊为被动。四个轧辊轴线也不在同一平面内。以上两种万能轧机轧出的H型钢精度较差，缺陷较多。
3、另一种四辊万能轧机其水平辊直径较大为主动的。两个立辊直径较小，为可调的，装在两个水平辊的空档中，虽然四个辊的轴线在同一平面内，但是，两个立辊是无动力传动的，是被动的。见
图1所示。它的特点是(1)上下水平轧辊主动压缩及延伸轧件。因此，H型轧件(14)的复板完全是主动轧制，但是H型轧件(14)的两侧翼缘是当复板向前延伸时拖动翼缘从水平辊(6、6)侧面与两立辊(4、7)外园构成的缝槽中挤出去，这种形式也称为被动轧制，此时两个立辊(4、7)是被延伸的轧件外侧面拖动它旋转。其结果四个翼缘的内外侧面的金属流动的阻力不一致，内侧是主动流动的，外侧金属流动中要克服两个立辊的旋转阻力，其阻力的大小近似等于翼缘的轧制压力P2乘以轧制摩擦系数加立辊的机构摩察系数。两侧翼缘的轧制压力P2的数量级为总轧制压力P的2／3即P1+P2≈2／3P，P1为左侧翼缘轧制压力P2为右侧翼缘轧制压力。由于翼缘内外侧金属流动阻力的不一致，导致轧件金属内部的应力在不断的波动，造成金属变形不均匀，进而导致轧制过程中翼缘长短尺寸波动，或被拉缩。它是造成尺寸难控制的原因之一。虽然各国在H型钢的国家标准中对尺寸公差都规定的比较宽松，但是仍经常轧出不合格尺寸的产品其原因之一就在这里。见说明书附表中国国家标准GB11263-89。表1及表4所示。
本发明的目的在于给出一种结构新颖、精度高、制造方便的H型材四辊(十字)精轧机，它应当具有下列特征(1)两根主传动轴输入机架，使轴线在同一平面内的四个互成90。的轧辊达到同步异向旋转。
(2)在生产线上，四个轧辊的辊缝量3mm或2mm，可以随意压下到0，其压下机构可以是四辊同步压下，也可以是上下辊或左右辊分别同步压下；也可是四个辊单独压下；压下机构可以是手动的，也可以是电动的和自动遥控的，多种形式。(3)离开生产线轧辊的径向调整量可达12mm或更大，也可以认为轧辊辊径变化量为D。±12mm或更大。(4)多台四辊(十字)H型材精轧机按连轧关系及下列孔型成品孔为H型，成品前各架按逐渐增厚的 型组成的精轧机组，可以轧出高质量高精度的H型材。
图1，四辊万能轧机结构简图，图中1、上辊压下机构；2、机架；3、右立辊压下机构；4、右立辊(被动的)；5、上水平辊；6、下水平辊；7、左立辊(被动的)；8、左立辊压下机构；9、万向联轴器；10、齿轮箱；11、联轴器；12、电动机；13、电机冷却风箱；14、H型轧件。
图2，双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机图的A-A剖面及B-B剖面视图。其中1、左箱体；2、水平辊；3、带变位蜗轮的偏心套；4、轴承；5、调位环；6、变位螺旋锥齿轮；7、下主动轴；8、压紧盖；9、右立辊轴；10、主动蜗杆；11、轴承；12、被动蜗杆；13、双排链轮；14、单排链条；15、右箱体；16、立辊；17、上主动轴；18、左立辊轴；19、变位螺旋锥齿轮。
图3，双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机图的C向视图。其中20，左、右立辊压下机构，21、上下水平辊压下机构。
图4，双传动输入轴可调式四辊(十字)H型钢精轧机组图，图中1、机座横梁；2、双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机架；3、机架压紧机构；4、万向联轴器；5、齿轮分配箱；6、联轴器；7、电动机；8、电机冷却风箱；9、机座；10、传动机底座；11、H型钢轧件断面示图。图5、H型轧件精轧孔型图。
本发明的技术方案包括箱体，辊系及四个轧辊同步旋转机构和四个轧辊的压下机构，它是这样组成的，参照图2，图3，具体说明如下1、四轧辊同步旋转机构a．上、下水平辊(2)分别装在上主动轴(17)及下主动轴(7)上，它们按照传统的二辊水平轧机的传动方式，由机架外的齿轮箱的二根同步异向旋转的传动轴通过两根万向联轴器，分别驱动上主动轴(17)及下主动轴(7)(可参看图4，双传动输入轴可调式四辊(十字)H型钢精轧机组图中所示的外传动结构)使它们也同步异向旋转。
b．下主动轴(7)通过一对轴向依靠调位环(5)可调位的变位螺旋锥齿轮(6)的啮合，驱动右立辊轴(9)同步异向旋转，也就是驱动右立辊(16)同步异向旋转。
C．上主动轴(17)通过另一对轴向依靠调位环(5)可调位的变位螺旋锥齿轮(19)的啮合，驱动左立辊轴(18)同步异向旋转，也就是驱动左立辊(16)同步异向旋转。
以上四个同步旋转的轧辊的旋向方向正是构成推动轧件金属朝前进方向流动。
d．根据轧辊不同直径，利用调位环(5)的不同厚薄，及压紧盖(8)，在换辊时调整变位螺旋锥齿轮(6或19)的正确啮合位置。
2、轧辊的压下机构是这种组成的a．上、下主动轴(17、7)各由三个带变位蜗轮的偏心套(3)支承，并通过三付轴承(4)分别装在三个偏心套(3)的内孔中，再分别装在左箱体(1)与右箱体(15)构成的方箱体的上下平行的内孔中。偏心套(3)的内孔与外园轴线有偏心距为a的偏心量，每根轴上的三个偏心套(3)上的变位蜗轮，分别与一根主动蜗杆(10)及两根被动蜗杆(12)相啮合，蜗杆通过轴承(11)装在方箱体中；蜗杆的轴线与四个轧辊轴线构成的平面相垂直。主动蜗杆(10)及被动蜗杆(12)的出轴端分别装一个双排链轮(13)，它们之间用两根单排链条(14)互相串联起来，三个链轮的节距和齿数是相同的。当设计的蜗杆(10、12)的头数为Z1，蜗轮(3)的齿数为Z2时，蜗杆与蜗轮的减速比i=Z2／Z1，当主动蜗杆(10)旋转时被动蜗杆(12)也同步同方向旋转。当蜗杆(10、12)旋转一个角度γ时，偏心套(3)将旋转β角，β=γ／i=Z1γ／Z2，当我们将偏心套的偏心位调到0°进行计算时，当β=0°～90°准确的计算是△a=aCOS β=9COS(Z1γ／Z2)，通常我们采用简化近似计算的方法来确定蜗杆每旋转一周，轧辊的压下量△a的数值设定a为偏心套(3)的偏心量；Z1为蜗杆头数等于1，Z2为变位蜗轮(3)的齿数。i=Z2／Z1=Z2当从最大或最小偏心位开始计算，变位蜗轮(3)旋转一周，偏心套(3)轴线的总位移量为2a，当蜗杆旋转一周时偏心套旋转1／i周=1／Z2周，此时偏心套(3)的轴线位移△a≈2a／Z2，如果蜗杆(10、12)旋转一个角度γ则△a≈2a／Z2×γ／360≈2a·γ／360Z2，γ为角度数，这就是上下主动轴及上下水平辊(2)的压下机构的组成及压下量的计算。
b．左右立辊轴(9、18)及左右立辊(16)的压下机构的组成基本上与上下辊的压下机构组成相似左右立辊轴(9、19)是通过两付轴承(4)分别装在两个带变位蜗轮的偏心套(3)的内孔中，并分别装在方箱体的两个内孔中；这两个内孔的轴线相互平行，但这两轴线与上下主动轴(7、17)的轴线在同一平面内，相互垂直。每根轴上的两个偏心套(3)上的变位蜗轮分别与一根主动蜗杆(10)和一根被动蜗杆(12)相啮合；蜗杆上装有轴承(11)，并装在方箱体的内孔中，这内孔的轴线与四个轧辊轴线构成的平面相垂直。主动蜗杆(10)与被动蜗杆(12)的出轴端各装一个双排链轮(13)。并用单排链条(14)将它们串联，这样，只要旋转一个主动蜗杆(10)，被动蜗杆(12)也随之同步同方向旋转，进而达到一根轴上的两个偏心套(3)也同步同方向旋转，并利用偏心套(3)的偏心量a的变化△a实现轧辊的压下与提升，至于压下量△a的计算方法与上下水平辊的压下机构中△a的计算方法相同。
3、如果要求上下水平辊同步压下，只要将它们的主动蜗杆(10)上的双排链轮(13)用1根单排链条(14)将它们串联起来，并加上防护罩(主动蜗杆(10)上的双排链轮(13)原来就多出一个装链条的位置)。此时我们只要旋转上下压下机构中的任何一根主动蜗杆(10)的出轴搬手位，上下6根蜗杆(10、12)将同步同方向旋转，并带动上下6个偏心套(3)也同步旋转，从而达到上下水平辊同步压下之目的。
4、如果要求左右立辊同步压下，也可按上述方案，将左右立辊单独压下机构的主动蜗杆(10)上的双排链轮(13)中的空位，用单排链条(14)将它们串联起来，也可以达到旋转任何一根主动蜗杆(10)，4根蜗杆将同步旋转的目的，进而4个偏心套(3)也同步旋转，这样的结构就能达到左右立辊同步压下之目的。
5、上下水平辊与左右立辊四个轧辊的同步压下机构是这样组成的；它是将四个轧辊的单独压下机构(20、21)上的总共4根主动蜗杆(10)和6根被动蜗杆(12)它们出轴端上的10个双排链轮(13)用若干根单排链条(14)将它们全部串联起来，并保留一个或两个主动蜗杆(10)的出轴端搬手位做为调整压下量用。当旋转任何一根主动蜗杆(10)，10根蜗杆将同步同方向旋转，进而达到10个偏心套(3)同步旋转的目的和4个轧辊同步压下或提升的目的。当然，链轮和链条要用防护罩保护起来避免灰尘和冷却水的侵蚀。
6、当我们用一台或若干台小电机和减速机组合的小动力箱驱动主动蜗杆(13)的出轴端时就能达到电动压下或自动遥控压下机构的目的。
7、四辊(十字)H型材精轧机的轧辊孔型及轧制特征(1)多机架连轧的四辊(十字)H型材精轧机组的成品机架的四个轧辊构成H型的孔型。
(2)成品前机架的四辊孔型形状为 形，见图4所示。
(3)再前道的孔型是各部份增厚的 形。
(4)轧辊直径的选择在同一机架的四个轧辊的外径尺寸应该相等，其目的是尽量保持H形或 形轧件在轧制中各部份的金属流动速度相接近，即各部份金属流速差最小，其效果是轧出的H型成品的精度高，尺寸稳定，轧辊的不均匀磨损也最小。
(5)多机架连轧时各机架的参数是按连轧关系(即各机架间金属秒流量相等的原则)来配置的。
根据上述技术方案设计出的四辊十字H型材精轧机及其连轧机组，它的使用效果与旧式四辊万能轧机相比，具有下列特点。
本发明的使用特点是①由于四个轧辊轴线在同一平面内，H型轧件同一断面内的复板和左右翼缘与四个轧辊接触的金属均是受轧辊的主动压缩和主动朝前延伸，各部份金属流动均是主动的；因此翼缘内外侧金属的变形非常均匀，其结果导致轧制中翼缘的尺寸非常稳定，进而保证了轧制精度和产品的精度非常高。②由于四个轧辊完全主动旋转，翼缘内外侧金属流动速度差较小，轧辊的磨损也就比较小，寿命比较高，孔型尺寸恢复比较容易，而且，为轧制难变形金属H型材创造了条件。③轧制相同规格的H型材时，本发明的四辊精轧机比旧式四能轧机的体积小，重量轻，刚性高，组成连轧机组时机架间距离小，特别紧凑。④由于轧辊的压下机构，有多种形式，并可以电动和自动遥控压下机构，这给连轧机组的H型材各道次轧件尺寸的自动控制创造条件。
本发明是这样实施的；当我们选定了要轧制的H型材的规格范围，也就确定了H型材的成品外形尺寸，我们按照国家标准GB11263-89选择宽翼缘H型钢中的HK100(a、b、c)参见说明书附录，以HK100a的成品标准尺寸为例，所确定的成品孔的孔型图及成品前两道的孔型图见图5，根据图5所示的尺寸，我们选择上下轧辊的宽度为140mm，左右立辊的宽度为120mm。四个轧辊外园最大直径为φ600mm。轧辊直径的确定是根据整体结构的强度和刚性以及各主要零件的“等强度”原则进行设计计算出轧辊直径尺寸的选择区间，设计者计算的轧辊直径区间为φ500mm至φ600mm，为了安全可靠，选上限。轧辊直径确定后，方箱体的外形尺寸也基本确定为长1500mm，宽1500mm，左右箱体合并后的厚度为500mm，参见图2，其它各零件的结构及尺寸按技术方案逐一设计。其中偏心套(3)的偏心距a=6mm，压下机构的径向最大调整量为2a=2×6=12mm，也可以认为轧辊直径Do的最大变化量为Do±12mm=φ600±12mm。偏心套(3)外园上的变位蜗轮的模数m=2．5，齿数Z2=124，蜗杆头数Z1=1。因此，当蜗杆旋转一周，压下机构的压下量为△a≈aZ1／Z2≈12／124≈0．097mm。当换辊时辊径发生变化，或轧辊的轴线位置发生变化最大量为2a=12mm，此时变位螺旋锥齿轮(6或19)的啮合位置需要改变，利用调位环(5)的调位量从0至12mm共计12档尺寸，对变位螺旋锥齿轮(6或19)进行轴向调位，使它们达到最佳的啮合位置。
此外，在单机架的双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机设计好之后还需要为它配上相适应的机座横梁(图4-1)，机架压紧机构(图4-3)万向联轴器(图4-4)；齿轮分配箱(图4-5)；联轴器(图4-6)及电动机(图4-7)，而这些部件都应当具有相适应的强度，刚性和承受轧制H型材所需的轧制力矩，这些都是成熟的技术，只是简述实施过程。
在单机架的传动系统配好之后，还需要设计好精轧机组三个机架的孔型见图5所示，分配好三个机架各自的轧件变形量，再根据连轧原理，设计三个机架的基本轧制速度和其它力能参数。之后，将三个机架按轧制工艺要求和外形尺寸允许的情况下尽量紧凑地把它们串连成H型材的精轧机组，见图4所示。
以上就是该发明的实施例，说明中未详细表明的，均是成熟的现有技术。
中国国家标准 GB11263-89表1宽翼缘H型钢
表4宽翼缘H型钢
权利要求
1.双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机包括箱体、辊系、四辊同步旋转机构、四辊压下机构等，其特征在于a．四个轴线在同一平面内互成90°的辊系或轧辊(2、16)是利用两对借助调位环(5)轴向可调位的变位螺旋锥齿轮(6、19)的啮合做为四辊同步异向旋转机构；其中调位环(5)是一组根据变位螺旋锥齿轮(6、19)的正常啮合需要，而改变其厚度的垫环组；b．在生产线上可实现四个辊同步压下或提升的同步压下机构的特征在于上或下主动轴(7或17)及轴承(4)处在三个内孔有偏心量a，外园有变位蜗轮的偏心套(3)中；左或右立辊轴(9或18)及轴承(4)处在两个内孔有偏心量a，外园有变位蜗轮的偏心套(3)中，10个偏心套(3)处在左箱体(1)及右箱体(15)组成的方箱体的互成90°的内孔中；并分别与处在机架中的主动蜗杆(10)或被动蜗杆(12)相啮合的位置；10根主动或被动蜗杆(10或12)的出轴端装有用链条(14)串联起来的双排链轮(13)；其中主动链轮可以是手搬动的；也可以是电动的或自动遥控的。
2.根据权利要求l中之b，四辊的同步压下机构，可以根据H型材的轧制特点及调整需要做成上下两辊及左右两辊，分别同步压下，其特征在于上下两辊的两根主动蜗杆(10)出轴端及四根被动蜗杆(12)的出轴端装有用链条(14)串联起来的双排链轮(13)；左、右两辊系的两根主动蜗杆(10)出轴端及两根被动蜗杆(12)装有用链条(14)串联起来的双排链轮(13)。
3.由多台双传动输入轴可调式四辊(十字)H型材精轧机组成的连轧机组，其特征在于成品机架的四个辊构成的孔型是按产品所需的H型，成品前各机架的四个辊所构成的孔型是各部份逐渐增厚的 型。
全文摘要
本发明是一种适用于H型金属材料轧制的双传动输入轴可调式四辊(十字)精轧机,特征是四个轴线在同一平面内互成90°的轧辊,靠两根主动轴输入机架,驱动同步旋转机构达到四辊同步旋转,并使轧件同一断面的各部位得到主动压缩和延伸,使金属变形均匀,晶粒匀称,能得到高精度高质量H型材。其四辊压下机构有单独压下,上下辊或左右辊同步压下,四辊同步压下,可手动,可自动遥控等多种形式。不同孔型的多机架按连轧关系组成的精轧机组,可以轧出极高质量的H型材。
文档编号B21B1/08GK1280888SQ99108768
公开日2001年1月24日 申请日期1999年7月18日 优先权日1999年7月18日
发明者张少渊 申请人:张少渊