带改进惯容的电控轧辊减振装置的制作方法

本发明涉及磨削加工技术领域，特别涉及带改进惯容的电控轧辊减振装置。

背景技术：

在轧辊磨削过程中，磨削颤振是轧辊加工中一种十分有害的现象，它直接妨碍着加工质量和生产效率的提高。磨削加工过程始终是一个不稳定的过程，磨削颤振始终存在，且随磨削时间的延长而逐渐增大。在磨削加工的伊始，即使没有其它因素的振动产生，但由于砂轮本身硬度不均及磨耗不均而产生交变力，也会引起砂轮的再生效应引起磨削颤振产生。根据研究表明，由于轧辊质量大、体积大，在发生颤振时振幅不如砂轮反应明显，因此，轧辊的振动量观察难度大，但也由于其质量和体积因素，出现明显振动量的颤振以后再进行减振往往错过了合适的时机，导致磨削加工质量不理想。

现有技术中对于轧辊的减振方案一般采用外置减振装置，例如，德国埃尔温·容克尔机械制造有限公司的发明专利cn03816813.8提出了借助一个弹性撑架磨削旋转辊的方法，因为辊通过接触砂轮倾向于横向振动，所以在辊的与砂轮相对置的一侧设置一个垫体，它气动地顶靠到辊上并部分与辊的轮廓匹配。垫体由一种弹性的实心材料或一种充填弹性压力介质的弹性外套构成。垫的顶靠力是可调的。为此在基座上带有一个气动推力缸，它具有一个可两侧加载的活塞，在活塞的活塞杆上装有一块包括弹性垫的固定板。推力缸与压缩空气管连接，由此构成一个减振装置，来抑制所谓的再生性振颤并保证无颤振痕的磨削过程。

对于现有技术中的轧辊减振装置，普遍存在以下不足：1、执行元件选用非线性特征明显的弹性材料和气动推力缸组合，控制难度高，基于弹性材料的非线性特征往往会导致增加计算量而不一定能求得其解析解，气动推力缸虽然反应速度快，但对于重型轧辊磨削来说对推力和稳定性的要求是放在首位的；2、采用半包裹及摩擦的形式接触，对轧辊有一定的影响，接触面积大，这种情况下为了减小滑动摩擦，会添加更加复杂的润滑系统，不间断润滑增加了润滑液的消耗量，成本和工艺要求较高，不符合国家节能环保的战略理念；3、弹性材料容易受到环境影响，无法保证发挥其应有的作用，而且弹性材料的老化问题和腐蚀问题不可避免，在实际应用的可靠度上不够理想。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供带改进惯容的电控轧辊减振装置，采用弹性元件代替弹性材料的弹力，采用阻尼元件代替弹性材料的阻尼力，弹力参数、阻尼力参数分别设定，并加入了改进的惯容系统，增加了系统对于振动加速度的响应效果，减振效果好且容易求得解析解，在设计参数上能够得到理论依据，采用一组对称的接触滚轮代替半包裹结构的弹性材料，以中心轴承的转动代替直接摩擦，可靠度和稳定性好，不要复杂的润滑系统，降低了运行成本和加工工艺的复杂度，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了带改进惯容的电控轧辊减振装置，技术方案如下：

带改进惯容的电控轧辊减振装置，包括底座1，所述底座1内设置两条平行的方槽，所述方槽内分别设置可以沿着方槽滑动的主动滑座7、被动滑座32；

支撑台8设置于底座1的正上方，支撑台8通过竖直的移动撑架40、三角撑架33分别与主动滑座7、被动滑座32固定连接，三角撑架33的底边与支撑台8平行且固定于支撑台8的底面上，所述支撑台8的一端固定安装有液压元件9，所述支撑台8的上表面设有滑道10，所述支撑台8的中部通过滑道10滑动连接有减振箱体11，所述液压元件9的活动端和减振箱体11之间固定连接，所述支撑台8的另一端通过滑道10滑动连接有内支架12，所述内支架12的顶端设有双滚子撑架13，所述双滚子撑架13包括中部的支撑板14、周向分布的侧向导板15、撑架片16，所述侧向导板15设于支撑板14的一端，侧向导板15与减振箱体11侧面滑动配合，所述撑架片16对称设于支撑板14的另一端两侧，所述撑架片16的外端之间对称转动安装有接触滚轮17；

惯容系统18设置于减振箱体11靠近双滚子撑架13的一侧，所述惯容系统18包括一组固定在减振箱体11上的固定节点19、微位移放大机构20、配重单元21，所述微位移放大机构20由受力杆22、一级放大杆架23、二级放大杆架24、末端杆架25对称组成，所述受力杆22、一级放大杆架23、二级放大杆架24、末端杆架25之间分别通过柔性铰链26连接，所述固定节点19分别固定连接在一级放大杆架23的一端和二级放大杆架24的一端，所述配重单元21设于末端杆架25上；

弹簧-阻尼系统27设置于减振箱体11靠近液压元件9的一侧，所述弹簧-阻尼系统27包括阻尼元件28、对称设置的一组弹性元件29、与弹性元件29同轴线的导向杆30，所述弹簧-阻尼系统27的一端安装于减振箱体11的内侧，所述弹簧-阻尼系统27的另一端和配重单元21的外表面连接。

所述底座1的两侧分别开设有第一方槽2、第二方槽3，所述第一方槽2的顶端连接有安装于底座1侧壁的伺服电机4，所述第一方槽2中部转动安装有驱动丝杆5，所述驱动丝杆5的一端和伺服电机4的连接并通过伺服电机4驱动，所述驱动丝杆5的两侧对称设有第一滑杆6，所述驱动丝杆5的中部设有与其通过螺纹配合的主动滑座7，所述主动滑座7的两侧与第一滑杆6之间滑动配合；

所述第二方槽3中部固定有第二滑杆31，所述第二滑杆31中部滑动连接有与第二方槽3相匹配的被动滑座32，所述被动滑座32上固定有倒置等腰三角形的三角撑架33，所述三角撑架33的底边与支撑台8平行且固定于支撑台8的底面上。

所述内支架12设为倒t形，内支架12的顶端与支撑板14的底面之间固定连接，所述支撑板14所在的平面与支撑台8平行设置，所述受力杆22的中部与双滚子撑架13的支撑板14之间卡接配合，所述撑架片16设为同底边嵌套的两个等腰三角形结构。

所述接触滚轮17包括中心轴承34、滚轮本体35、弹性层36，所述中心轴承34采用圆柱滚子轴承，所述中心轴承34设于滚轮本体35的轴线上，所述滚轮本体35的中部为对称镂空结构，所述弹性层36包覆在滚轮本体35的外表面，所述弹性层36为高耐磨橡胶，所述弹性层36的厚度不超过滚轮本体35直径的1/5。

所述底座1的中部设有控制箱37，所述控制箱37内置阻尼器控制器38和可编程控制器plc39，所述阻尼器控制器38为一种根据脉冲宽度调制集成电路的电流操控器，所述阻尼器控制器38与阻尼元件28之间通过电路连接，所述plc39与液压元件9、伺服电机4之间通过电路连接。

微位移放大机构的放大倍数设定方法为分别调整柔性铰链26与一级放大杆架23、二级放大杆架24之间的接触点的距离。

所述阻尼元件28采用磁流变阻尼器。

平衡吸振方法为：启动轧辊磨床，砂轮和轧辊分别启动到正常转速时，通过plc39分别启动液压元件9和伺服电机4，伺服电机4带动驱动丝杆5旋转，使第一方槽2中的主动滑座7沿着驱动丝杆5的方向移动，以主动滑座7上通过移动撑架40连接的支撑台8与砂轮位于同一水平面上为标准，液压元件9控制减振箱体11及双滚子撑架13、接触滚轮17向轧辊方向移动，以接触滚轮17接触轧辊且对轧辊表面施加正压力为标准，接触滚轮17以中心轴承34绕中轴线旋转，接触滚轮17外表面的弹性层36与轧辊之间起到缓冲和增加静摩擦力防止打滑的作用，接触滚轮17的外表面线速度和轧辊的外表面线速度相等；

在时滞的作用下轧辊会发生颤振，由于轧辊的体积大、质量大，颤振的振幅往往很小，但同时也很难消除，轧辊表面通过接触滚轮17、双滚子撑架13将颤振的振幅通过受力杆22传递到减振箱体11，主要通过减振箱体11对轧辊的颤振量进行消减，受力杆22接收颤振振幅以后，通过微位移放大机构20将振幅放大设定的倍数，本专利设定的倍数为12倍，放大倍数设定方法为分别调整柔性铰链26与一级放大杆架23、二级放大杆架24之间的接触点；

振幅在微位移放大机构20的末端即配重单元21上输出，配重单元21与微位移放大机构20组成的改进惯容系统18符合惯容器的定义，能起到惯容器的效果，惯容器是最近新兴的机械隔振元件，主要对机械系统的惯性及加速度进行响应，以起到隔振的效果，配重单元21同时连接弹簧-阻尼系统27，以弹性元件29对机械系统振动的位移进行响应减振，以导向杆30引导配重单元21沿着水平方向移动，以阻尼元件28对机械系统振动的速度进行响应减振，惯容系统18、弹性元件29、阻尼元件28的组合使用，增强了对轧辊的消振作用，阻尼元件28采用磁流变阻尼器，能根据需要通过阻尼器控制器38改变阻尼系数的大小。

本发明至少包括以下有益效果：

1、以弹性元件对机械系统振动的位移进行响应减振，以导向杆引导配重单元沿着水平方向移动，以阻尼元件对机械系统振动的速度进行响应减振，惯容系统、弹性元件、阻尼元件的组合使用，增强了对轧辊的消振作用，阻尼元件采用磁流变阻尼器，能根据需要通过阻尼器控制器改变阻尼系数的大小。

2、采用弹性元件代替弹性材料的弹力，采用阻尼元件代替弹性材料的阻尼力，弹力参数、阻尼力参数分别设定，并加入了改进的惯容系统，增加了系统对于振动加速度的响应效果，减振效果好且容易求得解析解，在设计参数上能够得到理论依据；

3、惯容系统是按照齿轮-齿条惯容器原理改进的力学元件，把飞轮的旋转运动改为配重单元直线运动，把多级加速齿轮机构改为微位移放大机构，起到与齿轮-齿条惯容器同等的消振效果，

4、采用一组对称的接触滚轮代替半包裹结构的弹性材料，以中心轴承的转动代替直接摩擦，减小了摩擦力，同时在保证能够吸收多个方向振动量的前提下减小了接触面积，不要复杂的润滑系统，降低了运行成本和加工工艺的复杂度；

5、除了采用较薄的弹性层减小冲击外，均采用可靠度高的机械减振系统，由于弹性层较薄，其老化问题和腐蚀问题造成的影响较小，而且更换方便，成本低廉。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的右侧结构示意图；

图2为本发明的左侧结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图4为惯容系统的结构示意图。

图中：1、底座；2、第一方槽；3、第二方槽；4、伺服电机；5、驱动丝杆；6、第一滑杆；7、主动滑座；8、支撑台；9、液压元件；10、滑道；11、减振箱体；12、内支架；13、双滚子撑架；14、支撑板；15、侧向导板；16、撑架片；17、接触滚轮；18、惯容系统；19、固定节点；20、微位移放大机构；21、配重单元；22、受力杆；23、一级放大杆架；24、二级放大杆架；25、末端杆架；26、柔性铰链；27、弹簧-阻尼系统；28、阻尼元件；29、弹性元件；30、导向杆；31、第二滑杆；32、被动滑座；33、三角撑架；34、中心轴承；35、滚轮本体；36、弹性层；37、控制箱；38、阻尼器控制器；39、plc；40、移动撑架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

根据图1-4所示，本发明提供了带改进惯容的电控轧辊减振装置，技术方案如下：

包括：

底座1，底座1与轧辊磨床之间固定相对位置，底座1的两侧分别开设有第一方槽2、第二方槽3，第一方槽2的顶端连接有安装于底座1侧壁的伺服电机4，第一方槽2中部转动安装有驱动丝杆5，驱动丝杆5的一端和伺服电机4的输出端连接并由伺服电机4驱动，驱动丝杆5的两侧对称设有第一滑杆6，驱动丝杆5的中部设有与其通过螺纹配合的主动滑座7，伺服电机4带动驱动丝杆5旋转，用于调节主动滑座7的位置，主动滑座7的两侧与第一滑杆6之间滑动配合，第一滑杆6起到支撑和导向的作用，主动滑座7的侧边与第一方槽2之间配合，第二方槽3中部固定有第二滑杆31，第二滑杆31中部滑动连接有与第二方槽3相匹配的被动滑座32，第二滑杆31对被动滑座32起到支撑和导向的作用，被动滑座32上固定有倒置等腰三角形的三角撑架33，三角撑架33增加了整体支撑的稳定性。

支撑台8，其设置于底座1的正上方，支撑台8通过竖直的移动撑架40、三角撑架33分别与主动滑座7、被动滑座32固定连接，三角撑架33的底边与支撑台8平行且固定于支撑台8的底面上，三角撑架33用于辅助固定支撑台8，减少由于悬臂作用造成的结构不稳定性，支撑台8的一端固定安装有液压元件9，液压元件9采用液压缸，支撑台8的上表面设有滑道10，支撑台8的中部通过滑道10滑动连接有减振箱体11，滑道10限制减振箱体11的自由度使其沿着滑道10的方向移动，液压元件9的活动端和减振箱体11之间固定连接，液压元件9用于控制减振箱体11的水平位移，支撑台8的另一端通过滑道10滑动连接有内支架12，滑道10限制内支架12的自由度使其沿着滑道10的方向移动，内支架12设为倒t形，内支架12的顶端设有双滚子撑架13，双滚子撑架13包括中部的支撑板14、周向分布的侧向导板15、撑架片16，内支架12的顶端与支撑板14的底面之间固定连接，支撑板14所在的平面与支撑台8平行设置，侧向导板15设于支撑板14的一端且侧向导板15与减振箱体11的内壁之间滑动配合，撑架片16对称设于支撑板14的另一端两侧，撑架片16设为同底边嵌套的两个等腰三角形结构，撑架片16的结构设计增加了安装稳定性，撑架片16的外端之间对称转动安装有接触滚轮17，双滚子撑架13用于保持接触滚轮17与轧辊之间的稳定接触，接触滚轮17包括中心轴承34、滚轮本体35、弹性层36，中心轴承34采用圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承的设计保持了良好的转动效果，中心轴承34设于滚轮本体35的轴线上，滚轮本体35的中部为对称镂空结构，保持滚轮本体35刚度的前提下减小了滚轮本体35的质量，弹性层36包覆在滚轮本体35的外表面，弹性层36为高耐磨橡胶，弹性层36的厚度不超过滚轮本体35直径的1/5，弹性层36用于接触滚轮17与轧辊之间的缓冲，减小冲击。

惯容系统18，其设置于减振箱体11靠近双滚子撑架13的一侧，惯容系统18包括一组固定在减振箱体11上的固定节点19、微位移放大机构20、配重单元21，惯容系统18是按照齿轮-齿条惯容器原理改进的力学元件，把飞轮的旋转运动改为配重单元21直线运动，把多级加速齿轮机构改为微位移放大机构20，起到与齿轮-齿条惯容器同等的消振效果，微位移放大机构20由受力杆22、一级放大杆架23、二级放大杆架24、末端杆架25对称组成，受力杆22、一级放大杆架23、二级放大杆架24、末端杆架25之间分别通过柔性铰链26连接，固定节点19分别固定连接在一级放大杆架23的一端和二级放大杆架24的一端，受力杆22的中部与双滚子撑架13的支撑板14之间卡接配合，微位移放大机构20的原理在现有技术中被提到，是利用固定节点19和柔性铰链26之间的力臂摆动的放大作用；如中国专利申请号201721196367.0，名称为“一种微位移多级放大机构”所公开的结构；配重单元21设于末端杆架25上；

弹簧-阻尼系统27，其设置于减振箱体11靠近液压元件9的一侧，弹簧-阻尼系统27包括阻尼元件28、对称设置的一组弹性元件29、与弹性元件29同轴线的导向杆30，阻尼元件28采用磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的阻尼系数可以调整，弹簧-阻尼系统27的一端安装于减振箱体11的内侧，弹簧-阻尼系统27的另一端和配重单元21的外表面连接，弹簧-阻尼系统27承接配重单元21的位移，并直接控制消减配重单元21的振幅。

底座1的中部设有控制箱37，控制箱37内置阻尼器控制器38和可编程控制器plc39，阻尼器控制器38采用根据脉冲宽度调制集成电路(t1494芯片)的电流操控器，阻尼器控制器38与阻尼元件28之间通过电路连接，plc39与液压元件9、伺服电机4之间通过电路连接。

其平衡吸振方法为：

启动轧辊磨床，砂轮和轧辊分别启动到正常转速时，通过plc39分别启动液压元件9和伺服电机4，伺服电机4带动驱动丝杆5旋转，使第一方槽2中的主动滑座7沿着驱动丝杆5的方向移动，以主动滑座7上通过移动撑架40连接的支撑台8与砂轮位于同一水平面上为标准，液压元件9控制减振箱体11及双滚子撑架13、接触滚轮17向轧辊方向移动，以接触滚轮17接触轧辊且对轧辊表面施加正压力为标准，接触滚轮17以中心轴承34绕中轴线旋转，接触滚轮17外表面的弹性层36与轧辊之间起到缓冲和增加静摩擦力防止打滑的作用，接触滚轮17的外表面线速度和轧辊的外表面线速度相等；

在时滞的作用下轧辊会发生颤振，由于轧辊的体积大、质量大，颤振的振幅往往很小，但同时也很难消除，轧辊表面通过接触滚轮17、双滚子撑架13将颤振的振幅通过受力杆22传递到减振箱体11，主要通过减振箱体11对轧辊的颤振量进行消减，受力杆22接收颤振振幅以后，通过微位移放大机构20将振幅放大设定的倍数，本专利设定的倍数为12倍，放大倍数设定方法为分别调整柔性铰链26与一级放大杆架23、二级放大杆架24之间的接触点的距离；

振幅在微位移放大机构20的末端即配重单元21上输出，配重单元21与微位移放大机构20组成的改进惯容系统18符合惯容器的定义，能起到惯容器的效果，惯容器是最近新兴的机械隔振元件，主要对机械系统的惯性及加速度进行响应，以起到隔振的效果，配重单元21同时连接弹簧-阻尼系统27，以弹性元件29对机械系统振动的位移进行响应减振，以导向杆30引导配重单元21沿着水平方向移动，以阻尼元件28对机械系统振动的速度进行响应减振，惯容系统18、弹性元件29、阻尼元件28的组合使用，增强了对轧辊的消振作用，阻尼元件28采用磁流变阻尼器，能根据需要通过阻尼器控制器38改变阻尼系数的大小。

传统的轧辊减振方案，执行元件选用非线性特征明显的弹性材料和气动推力缸组合，控制难度高，基于弹性材料的非线性特征往往会导致增加计算量而不一定能求得其解析解，气动推力缸虽然反应速度快，但对于重型轧辊磨削来说对推力和稳定性的要求是放在首位的，本专利采用弹性元件29代替弹性材料的弹力，采用阻尼元件28代替弹性材料的阻尼力，弹力参数、阻尼力参数分别设定，由于磁流变阻尼器的使用，阻尼系数连续可调，并加入了改进的惯容系统18，增加了系统对于振动加速度的响应效果，减振效果好且容易求得解析解，在设计参数上能够得到理论依据，液压元件9代替气动推力缸增加了推力调整的稳定性和可靠度；传统方案中与轧辊接触部分采用半包裹及摩擦的形式接触，对轧辊有一定的影响，接触面积大，这种情况下为了减小滑动摩擦，会添加更加复杂的润滑系统，不间断润滑增加了润滑液的消耗量，成本和工艺要求较高，不符合国家节能环保的战略理念，本专利采用一组对称的接触滚轮17代替半包裹结构的弹性材料，以中心轴承34的转动代替直接摩擦，减小了摩擦力，同时在保证能够吸收多个方向振动量的前提下减小了接触面积，不要复杂的润滑系统，降低了运行成本和加工工艺的复杂度；传统选用的弹性材料容易受到环境影响，无法保证发挥其应有的作用，而且弹性材料的老化问题和腐蚀问题不可避免，在实际应用的可靠度上不够理想，本专利除了采用较薄的弹性层36减小冲击外，均采用可靠度高的机械减振系统，由于弹性层36较薄，其老化问题和腐蚀问题造成的影响较小，而且更换方便，成本低廉。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。