一种椭圆筒节的卷制成型方法与流程

本发明属于装备制造技术领域，涉及一种椭圆筒节的卷制成型方法。

背景技术：

异形压力容器多用于车载移动式容器以及压力较低的锅炉等。椭圆柱容器主要是由椭圆柱筒体和左、由两个封头组成，其中椭圆柱筒体又由几个椭圆柱筒节组成，椭圆柱筒节尺寸较大，一般椭圆柱长轴多为2000～3000mm。

椭圆柱筒节与圆柱筒节的区别：

在形状上，椭圆柱筒节垂直中心线的截面是椭圆形，其截面上各个点的曲率是变化的；

而后者垂直中心线的截面是圆形的，其截面上各个点的曲率是相同的；在强度要求上，由于异形容器耐压性能较差，适用于压力较低的场合，故其壁厚较薄；

尤其在成型工艺上，由于后者垂直中心线的截面是圆形的，其截面上各个点的曲率是相同的，一般都能方便的卷圆成型，其过程是先计算出卷板机上辊的下压量，再把准备好的钢板坯料直接放入卷板机的上下辊之间，调整好上辊的下压量后进行卷制，卷制成圆柱形后再焊接好纵焊缝即可。

但是由于椭圆柱筒节截面是椭圆，椭圆曲线上各个点的曲率是变化的，若采用卷制成型，椭圆柱筒节截面上各个点必然要求上辊下压量是不同的，即随着钢板坯料的持续进给，也就是卷制过程的持续进行，弯卷成型时上辊下压量要随时调整，现有的卷板机，按现有技术很难实现其卷制成型，

当前，椭圆柱筒节成型一般采用冲压成型，其过程是：把筒节对称分两块，分别准备板坯、分别冲压成型后再焊接形成筒节，其中需要较大型的冲压设备，还需要设计制作较大型的冲压模具，模具制作量大，既耗材又费时。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种椭圆筒节的卷制成型方法，解决了目前椭圆筒节采用冲压成型方式制作时存在的既费时又费材的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种椭圆筒节的卷制成型方法，包括上辊，上辊的下方设有两个下辊，上辊和两个下辊之间呈三角形方位布置，且上辊和下辊之间设有板坯，板坯的一侧设有编码条，上辊的两端分别设有一组竖向调整机构，其中一组竖向调整机构上设有读取头支架，读取头支架上设有编码读取头，编码读取头与编码条位于同一高度处且位于板坯的同一侧，编码读取头连接计算机；

具体包括如下步骤：

步骤1，将板坯的前端设定为椭柱截面上椭圆顶点，即基准端点，板坯的长度为椭圆曲线的总弧长，采用matlab工程软件即可获得椭圆曲线上任一点到基准端点的弧长及椭圆曲线上任意一点的曲率半径；

步骤2，读取板坯的进给量；

步骤3，将板坯的进给量发送到计算机中，计算机根据输入的板坯进给量，即可知与进给量对应的椭圆曲线上的点的曲率半径r，根据曲率半径r求上辊的下压量h；

步骤4，根据步骤3所得的上辊的下压量，使计算机控制竖向调整机构运动，从而完成椭圆形筒节的卷制。

本发明的特点还在于，

步骤2的具体过程为，

两个下辊旋转，带动板坯移动进给，再通过板坯与上辊间的摩擦力带动上辊旋转，设置在螺旋移动杆上的编码读取头随时正对着上辊最低点处板坯上的编码条并扫描读取编码条上的数据，再通过编码读取头把读取到的编码条上的数据转换成距离信息，该距离信息即为板坯的进给量。

每组竖向调整机构的结构为：包括液压马达，液压马达的输出端连接竖直设置的丝杠一端，丝杠上同轴套接有螺旋移动杆，上辊的一端固定在螺旋移动杆上。

步骤4的具体过程如下：根据计算机计算出的上辊的下压量，计算机控制液压马达的输出端旋转，液压马达带动丝杠旋转，与丝杠形成螺旋副的螺旋移动杆在丝杠上进行上下往复运动，螺旋移动杆拖动上辊移动与步骤3所得下压量相同的距离，实现了板坯卷制过程中的曲率智能调整，完成了椭圆形筒节的卷制。

读取头支架设置在所述竖向调整机构的螺旋移动杆侧面并朝向编码条设置。

编码条与板坯的长度相同，编码条的宽度比板坯的厚度小0.1～0.5mm。

步骤3中采用如下公式(1)计算的上辊(1)的下压量：

h＝[(r+δ+r2)²-(l/2)²]^1/2-(r-r1)(1)；

公式(1)中，下压量h也表示上辊与两个下辊中心线间的距离；r为椭圆形筒节各个点的曲率半径，δ表示板坯的厚度，r1表示上辊的半径，r2表示下辊的半径，l表示两个下辊圆心之间的距离。

本发明的有益效果是，本发明提供的椭圆筒节卷制成型方法，通过螺旋移动杆拖动上辊上下移动，即在板坯卷制过程中调整了上辊的下压量，改变了板坯对应位置的曲率半径，实现了板坯卷制过程中的曲率调整，实现了椭圆筒节的卷制，既节省了时间，也减少了原材的浪费。

附图说明

图1是本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法采用的椭圆筒节的卷制成型装置的结构示意图；

图2是本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法采用的椭圆筒节的卷制成型装置中板坯在上辊和下辊之间的初始状态示意图；

图3是本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法采用的椭圆筒节的卷制成型装置中编码条与板坯的连接结构示意图；

图4是本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法采用的椭圆筒节的卷制成型装置中板坯在上辊和下辊之间的卷制状态示意图。

图中，1.上辊，2.下辊，3.板坯，4.编码条，5.读取头支架，6.编码读取头，7.计算机，8.液压马达，9.丝杠，10.螺旋移动杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法，采用一种椭圆筒节的卷制成型装置，如图1、2所示，包括上辊1，上辊1的下方设有两个下辊2，上辊1和两个下辊2之间呈三角形方位布置，且上辊1和下辊2之间设有板坯3，板坯3的一侧设有编码条4，上辊1的两端分别设有一组竖向调整机构，其中一组竖向调整机构上设有读取头支架5，读取头支架5上设有编码读取头6，编码读取头6与编码条4位于同一高度处且位于板坯3的同一侧，编码读取头6连接计算机7；如图3所示，编码条4与板坯3的长度相同，编码条4的宽度比板坯3的厚度小0.1～0.5mm。

具体包括如下步骤：

步骤1，将板坯3的前端设定为椭柱截面上椭圆顶点，即基准端点，板坯3的长度为椭圆曲线的总弧长，采用matlab工程软件即可获得椭圆曲线上任一点到基准端点的弧长及椭圆曲线上任意一点的曲率半径；

步骤2，读取板坯3的进给量；

步骤2的具体过程为，

两个下辊2旋转，带动板坯3移动进给，再通过板坯3与上辊1间的摩擦力带动上辊1旋转，设置在螺旋移动杆10上的编码读取头6随时正对着上辊1最低点处板坯3上的编码条4并扫描读取编码条4上的数据，再通过编码读取头6把读取到的编码条4上的数据转换成距离信息，该距离信息即为板坯3的进给量。

步骤3，将板坯3的进给量发送到计算机7中，计算机7根据输入的板坯3进给量，即可知与进给量对应的椭圆曲线上的点的曲率半径r(因为椭圆曲线上任意一点的曲率半径已知)，根据曲率半径r求上辊1的下压量h，如下公式(1)所示：

h＝[(r+δ+r2)²-(l/2)²]^1/2-(r-r1)(1)；

公式(1)中，下压量h也表示上辊1与两个下辊2中心线间的距离；对于圆形筒节，r就是筒节的半径，是不变化，对于椭圆形筒节，r就是筒节各个点的曲率半径，是变化的，δ表示板坯3的厚度，r1表示上辊1的半径，r2表示下辊2的半径，l表示两个下辊2圆心之间的距离。

步骤4，根据步骤3所得的上辊1的下压量，使计算机控制竖向调整机构运动，从而完成椭圆形筒节的卷制。

每组竖向调整机构的结构为：包括液压马达8，液压马达8的输出端连接竖直设置的丝杠9一端，丝杠9上同轴套接有螺旋移动杆10，上辊1的一端固定在螺旋移动杆10上。

步骤4的具体过程如下：根据计算机7计算出的上辊1的下压量，计算机7控制液压马达8的输出端旋转，液压马达8带动丝杠9旋转，与丝杠9形成螺旋副的螺旋移动杆10在丝杠9上进行上下往复运动，螺旋移动杆10拖动上辊1移动与步骤3所得下压量相同的距离，也就在板坯3卷制过程中调整了上辊1的下压量，调整了上辊1下压量，也就改变了板坯3对应位置的曲率半径，实现了板坯3卷制过程中的曲率智能调整，完成了椭圆形筒节的卷制。板坯3的卷制状态如图4所示。

读取头支架5设置在所述竖向调整机构的螺旋移动杆10(螺旋移动杆10一端有内螺纹，与丝杠9形成丝杠螺母系统；螺旋移动杆10的另一端与上辊1连接，驱动上辊1上下移动)侧面并朝向编码条4设置。

编码条4上等距均匀设置有若干个编码，每个编码就表示该编码位置到编码条4前端、也就是板坯3前端的距离，当板坯3卷制时，编码条4就会同板坯3一起卷制，编码读取头6在编码条4上采集到编码，并通过内置在编码读取头6中的软件把采集到的编码转换成距离信息，即板坯3进给量信息，然后输入计算机7，由计算机7再得对应的上辊1下压量；

编码读取头6采用bps编码读取头。

本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法采用的一种椭圆筒节的卷制成型装置的工作过程为，板坯3制作好后，把编码条4设置在板坯3的侧面，编码条4的长度等同于板坯3的长度，宽度稍小于板坯3的宽度，以避免板坯3卷制时上辊1和下辊2对编码条4的接触影响；在板坯10卷制过程中，随时调整上辊1下压量时，编码读取头6和读取头支架5一起随螺旋移动杆10上下移动，随时能实现编码读取头6正对着上辊1最低点处板坯3上的编码条4；

两个下辊2是主动辊，上辊1是从动辊，在板坯3卷制时，把板坯3放入上辊1下辊2之间并定好位，开动设备，上辊1下压，其下压量由计算机7智能控制，两下辊2旋转，通过下辊2与板坯3间的摩擦力驱动板坯3移动进给，再通过板坯3与上辊1间的摩擦力带动上辊1旋转；

本发明一种椭圆筒节的卷制成型方法的卷制原理为，以椭柱截面上椭圆顶点为基准端点，把椭圆曲线按照等弧长区间分为若干点，采用理论计算或采用工程应用软件获得——上述椭圆上任一点到基准端点的弧长以及相应点的曲率半径；

制作板坯3时，把板坯3前端设定为椭柱截面上椭圆顶点，也就是基准端点，板坯3的长度就是椭圆曲线的总的弧长；其前述的任一点到基准端点的弧长就是板坯卷制时卷制点相对于基准端点的进给量，再把上述得到的相应点的曲率半径通过计算机计算得到相应的上辊下压量，即得到板坯卷制时板坯进给量或椭圆上卷制点到基准端点的弧长与上辊下压量的关系。