强力板材矫直机全预紧组合机架的设计与应用

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Design and Application of Complete PretighteningCombination Housing to Mighty Plate StraightenerZhao Dong，Wu QingJanAbstract：Structural features，main design parameters selection and housing pretightening plan of pretighteningforce combination housing for mighty plate straightener have been described.

Key words：straightener；pretightening force housing；housing stifness；pretightening plan强力板材矫直机承受矫直力大最大矫直力可达 30 000 kN，矫直精度要求高。采用预紧力组合机架结构可有效的减少机架受力后的弹性变形量，提高板材矫直质量。预紧力组合机架具有刚度大，设备重量轻，制造成本低的特点。预应力机架的矫直效果跟预紧力、预紧拉杆和机架立柱断面积参数的合理选择有很大的关系。

1 矫直机预紧力组合机架的结构与受力条件矫直机预紧力组合机架采用了全预紧结构，由4根通长刚性预紧拉杆将上、下横梁及机架立柱连接为整体见图 1。预紧力是通过预紧工具施加的，采用超高压液压螺栓拉升器将立柱全长预紧，并可通过调整压力来控制拉升量，从而达到所要求的预应力值。

机架各组件在预紧力的作用下，上、下横梁与机架立柱被拉杆压紧并保持紧密接触，消除了配合间隙，并预先产生了压应力。

当矫直机工作时，在矫直力的作用下，拉杆和立柱的受力得到再分配。拉杆和立柱受力后，力的变化之和等于矫直力。拉杆和立柱所受力的变化量与它们的刚度系数大小成正比，刚度系数大的部分所承受的矫直力分量大，刚度系数小的部分所承受的矫直力分量校显然，应使立柱的刚度系数远大于拉杆，其所承受的矫直力分量要大收稿 日期：20l2-l2-26上螺母图1 矫直机全预紧组合机架结构Figure 1 Configuration of straightener completepretightening combination housing于拉杆，正常情况下，机架立柱要承受大部分的矫直机力。

机架立柱所受的压力应该始终大于零，否则在矫直力的作用下，当立柱所受的压力变为零后，机架刚度下降为拉杆的刚度，变形量会急剧增加。

因此防止立柱与横梁间出现离缝现象，成为预应力机架刚度的前提。

2 机架立柱与预紧拉杆的断面面积选择在预紧力和矫直力联合作用下，拉杆始终承受拉伸变载荷，立柱等组合件承受压缩变载荷。

7No.3September 2013《中国重型装备》CHNA HEAVY EQUPMENT设计时应旧能使拉杆所受拉力的增加量减少，立柱等组合件所受压力的减小量增加。

拉杆的相对刚度系数：k E A /L K1 ，L /t.，立柱的相对刚度系数：K2k2 E2A2/Lk1k2 E1A1/LE2A2/L式中 。--拉杆的刚度系数；：- - 立柱的刚度系数；E --拉杆的弹性模量，拉杆用合金钢材料，取 E12.1×10 MPa；E --立柱的弹性模量，立柱为钢板焊接件，取 E21.96×10 MPa；A，--拉杆的断面积；A：--立柱的断面积；- - 拉杆和立柱等组合件的有效长度。

取 A2/Al，则， 1A 而， 0.93nA： 而在预紧力与矫直力的共同作用下，拉杆所受最大静拉力F ： K1叶 立柱等组合件所受最胁压力 F ：FFz K2叶 式中 --单根拉杆预紧力；F --最大矫直力。

- 般取立柱与拉杆断面积比n：4-6，即立柱断面积为拉杆断面积的4～6倍。在预紧力与矫直力的共同作用下，拉杆增加的拉力为矫直力的25% ～16.7%，立柱等组合件在预紧力的基础上减少了75% -83.3%的矫直力∶直力主要由机架立柱承受。

3 预紧力的确定预紧力的大小是确定拉杆、立柱受力和断面面积的重要参数，矫直力不仅使机架横梁、立柱和拉杆受拉、压载荷的作用，同时也受弯曲力矩的作用，预紧力既要保证机架具有足够的刚度和稳定性，同时还要保证拉杆与立柱共同承担由矫直力R引起的弯矩。

机架立柱截面中性轴的内外侧的应力值是不同的，必须使得沿立柱横截面上的各点所产生的应力始终为压应力，否则会产生离缝现象。从立柱的受力和变形看，发生离缝现象的危险在立柱截面的内侧。所以施加的预紧力必须保证立柱截面内侧最边上的应力为负值。

预紧力的大小与矫直力及机架的结构参数立柱、拉杆、横梁的惯性矩和中性线长度有关，在进行预紧力设计时-般约取为最大矫直力的1.6倍，待设计机架后进行校核。当最大矫直力FJ30 000 kN，4根拉杆的预紧力为 48 800 kN，单根拉杆预紧力设为Fo：12 200 kN。

4 预紧机架的刚度当预紧拉杆和机架立柱的材料、结构和尺寸确定后，预应力机架的刚度也就确定了，机架刚度等于拉杆和立柱的刚度之和。

4.1 预紧拉杆的材料规格与性能拉杆是重要的受力件，在预紧力的作用下，它把上、下横梁与立柱紧密的连接在-起，构成-个封闭的框架。拉杆不但要具有良好的综合力学性能，而且要具有足够的拉长量。正确的确定拉杆的最大拉力、材料牌号、力学性能、断面尺寸，对于提高机架的刚度关系很大。

拉杆材料为 30Cr2Ni2Mo锻件，属大型中硬齿轮、齿圈材料，适用于制造高强度、高韧性、截面尺寸较大的和较重要的调质零件。

拉杆规格与力学性能：规格/mm：断面尺寸 180，联接螺纹 Tr200×8调质热处理力学性能：抗拉强度 R ：880MPa～1 080 MPa屈服强度R ：t>685 MPa延伸率 A：≥13%冲击功A ：>35 J按 SEP1921进行超声检测：单个最大缺陷直径小于 3 mm。

4.2 机架立柱的材料与尺寸结构机架立柱采用 Q345A钢板焊接，全熔透焊缝按 GB11345 1级进行超声检测。

当立柱与拉杆断面积比n取 5.3时，其断面尺寸如图2所示。

4.3 预紧拉杆与机架立柱的强度在预紧力与矫直力的作用下，机架拉杆所受最大拉伸力 F。.13 475 kN。

《中国重型装备》CHNA HEAVY EQUPMENTNo.3September 201380// // /f厂 。、.

- // /，/图 2 机架立柱断 面Figure 2 Profile of housing column拉杆截面应力 ：F T 了r L 0.53 kN/mm 530 MPa.1式中 5。是拉杆断面面积，S 25 434 mm 。

在预紧力的作用下，机架立柱所受最大截面压缩应力or ：F 7 ： r 0 0.09 kN/mm 90 MPa- 2式中 .s：是立柱断面面积，S2134 400 mm 。

4.4 预紧机架的刚度拉杆的刚度 KL：F： ： 773.2 kN/mmL式中 是拉杆的有效长度 ，L6 908 mm。

立柱的刚度 K ：Kz 3813.3 kN/mm式中 是立柱的有效长度，L 6 908 mm预紧机架的刚度 ：K 4 Kz18 346 kN/mm5 预紧工具和预紧方案机架预紧工具采用液压螺栓拉伸器，预紧方案采用分 4次加压复测的方法。

5.1 液压螺栓拉伸器参数拉伸器规格/mm：Tr200×8拉伸器外径/mm：580拉伸器高度/mm：220支撑圈外径/mm：470支撑圈高度/mm：265油缸面 mm ：147 0225.2 相关组件超高压主油管：JRC180，1根超高压分油管：JRC180，2根快速接头：KJC-6AB，6套分配器：YY-3，1只5.3 超高压手动泵：规格型号：SYB-250最高压力/MPa：250低压流量/mE/次：14.5高压流量/mE/次：0.5控制形式：手动控压储油量/L：2供油方式：单作用5.4 预紧方案Tr200×8型液压螺栓拉伸器共配 2套，采用并联的形式，怪两次加压具体参数见表 1达到紧固的参数值。每次加压时将预紧拉杆分为两组对角方向两两-组，分别进行预紧拉伸。

拉伸器之间的连接采用并联的形式，能更好的得到压力平衡性，动力源在起始端控制加载、保压及卸载，终端另加压力表以便校对核准整套系统的压力值的-致性，同时还可以配套螺栓测长仪。

表1 加压参数Table 1 Pressurized parameters加压 拉伸力 拉伸压力 复测力 复测压力 拉伸值 次数 阶段 /kN /MPa /kN /MPa第-次 6O% 7 320 49.8 6 100 41.5 l1.38第二次 loo% l2 20o 83 10 980 74.7 l8.98使用方案：1将拉伸器顺序拧至预紧拉杆联接螺纹上。

2使用超高压手动泵时，先锁紧加压阀，然后开始打压、保压。在动力源达到额定压力后，开始保压，用拨动棒拨动螺母紧固。

3第-次加压在完成全部螺栓60%阶段拉伸后，选出-根拉杆用表 1中相对应的复测力抽测，检查有没有局部松动的螺栓，参照表 1中拉伸值进行对比。

4第二次加压完成 100%阶段拉伸后，选出两根拉杆用表 1中相对应的复测力抽测，检查有没有局部松动的螺栓，参照表 1中拉伸值进行对比，至此拉伸全部完成。

6 结论全预紧组合机架的运用，有效的减少了机身弹跳，提高了矫直板材的精度，便于安装维护，降低了制造成本，满足了使用要求。