专利名称：吐丝机主轴组件及吐丝机和平衡吐丝机动不平衡的方法
技术领域：
本发明涉及一种轧钢机械，特别涉及一种吐丝机。
背景技术：
吐丝机是高速线材生产中将轧制的线材吐丝成卷以利收集的关键设备。轧件由吐丝机前的夹送辊夹送，进入高速旋转的吐丝机中，经吐丝管受力变形，将高速直线运动的轧件变成近似静止的圆圈。其中的吐丝机的转速可达到约2200r/min，且旋转直径大，约1070mm,此时的轧制线速度能达到约120m/s。如此高的转速的轧制工况,必需要求吐丝机具有较高的动平衡能力，以减小吐丝机的振动。现有保证动平衡能力或减小吐丝机振动的方法有:一是，如专利200580005727.8所述，所述的吐丝机内的转子采用磁力轴承或液压减振轴承，通过一定的控制或轴承的设置实现吐丝机的减振；二是，如专利201110195390.9所述，通过现场动平衡仪，进行吐丝头动平衡的校正。但方法一采用的轴承减振方法，装置复杂，且轴承制造成本高；方法二采用的现场动平衡方法，且一般需要双面动平衡，平衡工艺繁琐，如专利201120121776.0所述，为平衡吐丝机的转子轴，还需要设置复杂的专用工装，造成较长的停机时间。且不管是方法一还是方法二的平衡减振措施，都没有从吐丝机振动产生的机理上去消除解决振动的产生，而是采用减振轴承或现场动平衡被动的去克服减小已经产生的振动。分析吐丝机振动产生的机理主要是:由于吐丝机中的关键部件，用于将连续直型轧制产品形成线圈的吐丝管，为了获得较平滑和小的曲率，其本身为非自平衡的部件，存在质量偏心，当轧件在吐丝管内通过时，这段在吐丝管内，并与吐丝管形状相同的轧件也就会存在质量偏心，而引起吐丝机的转子不平衡而形成振动，且轧件规格多，范围宽，轧件直径Φ 可从Φ5ι πι Φ25ι πι,偏心质量大,难以进行现场动平衡,对于这种使用非自平衡吐丝管的吐丝机，吐丝机振动主要是过钢时在吐丝管内的轧件不平衡重量引起的。·
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种平衡吐丝机动不平衡的方法、一种吐丝机主轴组件和一种吐丝机，以解决现有吐丝机存在的因自身质量偏心导致的振动大的缺点，进而提高吐丝机的运行转速。本发明平衡吐丝机动不平衡的方法，包括以下步骤:
a、以吐丝机的主轴轴心线为三维坐标的Z轴建立三维圆柱坐标系，并以r表示三维圆柱坐标系中点到Z轴的径向距离坐标、以Θ表示三维圆柱坐标系中点的方位角坐标、并以z表示三维圆柱坐标系中点在Z轴方向上的坐标，找出吐丝管的质心在三维圆柱坐标系中的坐标位置，并计吐丝管质心的坐标为(rl, Θ 1，zl)；
b、在吐丝机的主轴外表面上设置吐丝管平衡块，所述吐丝管平衡块质心的坐标为(r2，Θ2，ζ2)，其中 θ 2=Θ1+180。, z2=zl ；
C、在吐丝管平衡块上设置平衡吐丝管中轧件的调节平衡块，所述吐丝管平衡块质心的坐标为(r3，Θ3，ζ3)，所述调节平衡块与吐丝管平衡块可拆分式固定连接，其中Θ 3= Θ 2= Θ 1+180° , ζ3= ζ2。进一步，所述平衡吐丝机动不平衡的方法，还包括步骤d:找出固定在吐丝机主轴上的吐丝管安装装置的质心坐标(r4，Θ4，z4)，在吐丝机的主轴上设置平衡吐丝管安装装置的主轴平衡块，所述主轴平衡块的坐标为(r5，Θ5，ζ5)，其中Θ5=Θ4 +180°，ζ5= ζ4。本发明吐丝机主轴组件，包括主轴和固定在主轴上的吐丝管，所述主轴上设置有平衡吐丝管偏心质量的吐丝管平衡块，且过吐丝管平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。
进一步，所述吐丝管平衡块上设置有平衡吐丝管内轧件偏心质量的调节平衡块，所述调节平衡块和吐丝管平衡块可拆分式固定连接，且过所述调节平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。进一步，所述主轴为空心轴，主轴上固定设置有吐丝管安装装置，所述吐丝管安装装置包括螺旋安装板，所述螺旋安装板的棱边上设置有固定吐丝管的凹槽和管夹，所述吐丝管位于凹槽中并通过管夹固定。进一步，所述主轴上还设置有平衡吐丝管安装装置偏心质量的主轴平衡块，连接吐丝管安装装置的质心和主轴平衡块的质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。本发明具有吐丝机主轴组件的吐丝机，包括箱体、电机、通过联轴器与电机转子连接的主动锥齿轮和固定在主轴上的从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，所述主轴通过轴承安装在箱体上。进一步，所述吐丝机还包括保护罩，所述吐丝管和主轴位于箱体外的部分处于保护罩中。
本发明的有益效果:本发明通过在主轴上设置平衡吐丝管、吐丝管中轧件和主轴偏心质量的平衡块，并利用吐丝管过钢时，位于吐丝管内各规格轧件的质心坐标均相同不变、且与吐丝管的质心坐标相同的特性，从而在主轴上进行吐丝管平衡块和调节平衡块的配置，使吐丝机在工作时振动减小，进而使吐丝机的主轴转速可进一步提高，能降低吐丝机故障率和提高吐丝机使用寿命；通过设置的可拆卸式调节平衡块，当生产线更换轧制规格吐丝机停机时，可快速更换上预先算出的对应轧制规格轧件所需的调节平衡块质量，相比现场采用动平衡仪和双面动平衡等繁琐的平衡工艺，平衡配置快速、简单、可靠，容易实现吐丝机平衡或振动的调节。
图1为本发明吐丝机主轴组件的立体结构示意 图2为吐丝管2质心ml在Z向的坐标位置示意 图3为吐丝管2质心ml在X Y平面上的坐标投影位置示意 图4为吐丝管平衡块和调节平衡块的布置位置示意 图5为主轴平衡块的布置位置示意 图6为吐丝机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。如图所示，本实施例平衡吐丝机动不平衡的方法，包括以下步骤:
a、以吐丝机的主轴I轴心线为三维坐标的Z轴建立三维圆柱坐标系，并以r表示三维圆柱坐标系中点到Z轴的径向距离坐标、以Θ表示三维圆柱坐标系中点的方位角坐标、并以z表示三维圆柱坐标系中点在Z轴方向上的坐标，找出吐丝管2的质心在三维圆柱坐标系中的坐标位置，并计吐丝管质心的坐标为(rl，Θ l，zl)，在具体实施中可通过三维仿真等方法算出吐丝管质心坐标的具体值；
b、在吐丝机的主轴外表面上设置吐丝管平衡块3，所述吐丝管平衡块质心的坐标为(r2, Θ2，ζ2)，其中Θ 2= Θ 1+180°，zl= z2。在具体实施中，吐丝管的质量ml和吐丝管平衡块的质量m2满足:m2= mlXrl/ r2，r2为安装在主轴I上的吐丝管平衡块3的质心到主轴I轴心线的距离，r2的大小可根据具体的安装需要设计和调整。通过本方法，可准确的找到吐丝管平衡块的在主轴上的设置位置，并确定出吐丝管平衡块的质量，进而减小和消除主轴I转动时吐丝管2偏心质量造成的振动。本平衡吐丝机动不平衡的方法还包括步骤c:在吐丝管平衡块3上设置平衡吐丝管中轧件的调节平衡块4，所述吐丝管平衡块4质心的坐标为(r3，Θ3，z3)，所述调节平衡块4与吐丝管平衡块3可拆分式固定连接，其中Θ3=Θ2，ζ3= ζ2。在具体实施中，调节平衡块4的质量m4和吐丝管中轧件的质量m3满足:m4= m3 Xrl/ r3，r3为安装在主轴I上的调节平衡块4的质心到主轴I轴心线的距离，本实施例中，调节平衡块4质心的坐标位于吐丝管平衡块3上，便于吐丝管平衡块3和调节平衡块4的安装设置。本方法利用吐丝管过钢时，位于吐丝管2内各规格轧件的质量偏心坐标均相同不变、且与吐丝管2质心坐标相同的特性，从而在主轴上的同一坐标处，进行调节平衡块的配置，通过设置可拆卸式调节平衡块4，当生产线更换轧制规格吐丝机停机时，可快速更换上预先算出的对应轧制规 格轧件所需的调节平衡块4，相比现场采用动平衡仪和双面动平衡等繁琐的平衡工艺，平衡配置快速、简单、可靠，容易实现吐丝机平衡或振动的调节。作为对本实施例的改进，本平衡吐丝机动不平衡的方法，还包括步骤d:找出固定在吐丝机主轴I上的吐丝管安装装置的质心坐标(r4，Θ 4，z4)，在吐丝机的主轴上设置平衡吐丝管安装装置的主轴平衡块7，所述主轴平衡块7的坐标为(r5，Θ5，ζ5)，其中Θ 5= Θ 4+180° , ζ5= ζ4;在具体实施中可通过三维仿真等技术算出吐丝管安装装置的质心坐标的具体值，同时主轴平衡块7的质量m6与吐丝管安装装置的质量m5的关系为:m6= m5Xr4/r5, r5为安装在主轴I上的主轴平衡块7的质心到主轴I轴心线的距离，r5的大小可根据具体的安装需要设计和调整。本改进通过主轴平衡块7可进一步降低主轴偏心质量产生的振动，有利于提高主轴转速和延长吐丝机的使用寿命。本实施例吐丝机主轴组件，包括主轴I和固定在主轴I上的吐丝管2，所述主轴I上设置有平衡吐丝管偏心质量的吐丝管平衡块3，且过吐丝管平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴I的轴心线垂直相交。由于吐丝管2本身为非自平衡的部件，其质量中心不在主轴的轴心线上，存在质量偏心，因此在主轴I旋转时，吐丝管2的偏心质量会使吐丝机产生很大的振动，这使吐丝机主轴I的转速不能太高，同时振动还会影响吐丝机的使用寿命。本实施例通过在主轴I上设置吐丝管平衡块3，可减小、甚至消除吐丝管2因质量偏心产生的动不平衡量，减小吐丝机振动，有利于提高吐丝机主轴的转速和吐丝机的使用寿命。在具体实施中可通过前述平衡吐丝机动不平衡的方法找出在主轴I上设置吐丝管平衡块3的位置和确定出吐丝管平衡块3的质量。
作为对本实施例的改进，所述吐丝管平衡块3上设置有平衡吐丝管内轧件偏心质量的调节平衡块4，所述调节平衡块4和吐丝管平衡块3可拆分式固定连接，且过所述调节平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴I的轴心线垂直相交。本实施例中,调节平衡块4质心的坐标位于吐丝管平衡块3上，有利于调节平衡块4和吐丝管平衡块3的安装设置；当然在不同实施方式中，调节平衡块4到主轴轴心线的距离还可根据具体的安装需要设计和调整。在具体实施中，所述调节平衡块4可预先根据所生产的不同规格的轧件设置多个，更换轧件时，换上对应质量的调节平衡块4，即可减小和甚至消除吐丝管中轧件所导致吐丝机的振动。本改进可方便快捷的不同轧件导致的调节吐丝机振动，调平衡效果好，实用性强。作为对本实施的改进，所述主轴I为空心轴，主轴I上固定设置有吐丝管安装装置，所述吐丝管安装装置包括螺旋安装板5，所述螺旋安装板5的棱边上设置有固定吐丝管2的凹槽51和管夹6，所述吐丝管2位于凹槽51中并通过管夹6固定。采用本结构安装吐丝管2，可保证吐丝管2在高速转动过程中位置不会发生改变，且使吐丝管2的安装方便简单。作为对本实施例的改进，所述主轴I上还设置有平衡吐丝管安装装置偏心质量的主轴平衡块7，连接吐丝管安装装置的质心和主轴平衡块7的质心的直线与主轴I的轴心线垂直相交。由于管夹6和螺旋安装板5也存在的质心也不在主轴I的轴心线上，在转动过程中也会产生不平衡量，并导致吐丝机振动，因此设置主轴平衡块7可进一步减小吐丝机的振动，有利于提高主轴I的 转速和降低吐丝机的故障率。本实施具有吐丝机主轴组件的吐丝机，包括箱体8、电机9、通过联轴器10与电机转子连接的主动锥齿轮11和固定在主轴I上的从动锥齿轮12，所述从动锥齿轮12与主动锥齿轮11啮合，所述主轴I通过轴承安装在箱体8上。由于本吐丝机具有了可调节平衡的吐丝机主轴组件，因此其在生产过程中振动小，其主轴旋转速度可以比现有吐丝机的主轴转速更高，且其使用寿命更长，故障率更低。作为对本实施例的改进，本吐丝机还包括保护罩13，所述吐丝管2和主轴I位于箱体8外的部分处于保护罩13中；保护罩13可导向成圈轧件，并将轧机隔离，起到安全生产的作用。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.平衡吐丝机动不平衡的方法，其特征在于:包括以下步骤: a、以吐丝机的主轴轴心线为三维坐标的Z轴建立三维圆柱坐标系，并以r表示三维圆柱坐标系中点到Z轴的径向距离坐标、以Θ表示三维圆柱坐标系中点的方位角坐标、并以z表示三维圆柱坐标系中点在Z轴方向上的坐标，找出吐丝管的质心在三维圆柱坐标系中的坐标位置，并计吐丝管质心的坐标为(rl, Θ 1，zl)； b、在吐丝机的主轴外表面上设置吐丝管平衡块，所述吐丝管平衡块质心的坐标为(r2，Θ2，ζ2)，其中 θ 2=Θ1+180。, z2=zl ； C、在吐丝管平衡块上设置平衡吐丝管中轧件的调节平衡块，所述吐丝管平衡块质心的坐标为(r3，Θ3，z3)，所述调节平衡块与吐丝管平衡块可拆分式固定连接，其中Θ 3= Θ 2= Θ 1+180° , z3= z2。
2.根据权利要求1所述平衡吐丝机动不平衡的方法，其特征在于:还包括步骤d:找出固定在吐丝机主轴上的吐丝管安装装置的质心坐标(r4，Θ 4, z4)，在吐丝机的主轴上设置平衡吐丝管安装装置的主轴平衡块，所述主轴平衡块的坐标为(r5，Θ5，ζ5)，其中Θ5=Θ4+180。，ζ5= ζ4ο
3.吐丝机主轴组件，包括主轴和固定在主轴上的吐丝管，其特征在于:所述主轴上设置有平衡吐丝管偏心质量的吐丝管平衡块，且过吐丝管平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。
4.根据权利要求3所述的吐丝机主轴组件，其特征在于:所述吐丝管平衡块上设置有平衡吐丝管内轧件偏心质量的调节平衡块，所述调节平衡块和吐丝管平衡块可拆分式固定连接，且过所述调节平衡块质心和吐丝管质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。
5.根据权利要求4所述的吐丝机主轴组件，其特征在于:所述主轴为空心轴，主轴上固定设置有吐丝管安装装置，所述吐丝管安装装置包括螺旋安装板，所述螺旋安装板的棱边上设置有固定吐丝管的凹槽和管夹，所述吐丝管位于凹槽中并通过管夹固定。
6.根据权利要求5所述的吐丝机主轴组件，其特征在于:所述主轴上还设置有平衡吐丝管安装装置偏心质量的主轴平衡块，连接吐丝管安装装置的质心和主轴平衡块的质心的直线与主轴的轴心线垂直相交。
7.具有权利要求4-6中任一所述吐丝机主轴组件的吐丝机，其特征在于:包括箱体、电机、通过联轴器与电机转子连接的主动锥齿轮和固定在主轴上的从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，所述主轴通过轴承安装在箱体上。
8.根据权利要求7所述的吐丝机，其特征在于:还包括保护罩，所述吐丝管和主轴位于箱体外的部分处于保护罩中。
全文摘要
本发明公开了一种平衡吐丝机动不平衡的方法，还公开了一种吐丝机主轴组件，包括主轴和固定在主轴上的吐丝管，所述主轴上设置有平衡吐丝管偏心质量的吐丝管平衡块，以及公开了一种可调节平衡的吐丝机，包括箱体、电机、通过联轴器与电机转子连接的主动锥齿轮和固定在主轴上的从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，所述主轴通过轴承安装在箱体上；本发明利用了吐丝管过钢时，位于吐丝管内各规格轧件的质心坐标均相同不变、且与吐丝管的质心坐标相同的特性，通过在主轴上设置平衡吐丝管、吐丝管中轧件和主轴偏心质量的平衡块，使吐丝机在工作时振动减小，进而使吐丝机的主轴转速可进一步提高，能降低吐丝机故障率喝提高吐丝机使用寿命。
文档编号F16F15/32GK103230939SQ20131016632
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者陈义, 李图学, 张金波, 陈莹卷, 牛强 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司