摘要：针对三辊卷板机加工能力低下、加工精度难控的弱点，开发设计了一种能卷制板厚δ=250mm、宽b=3000mm及加工直径φ6000mm的特大型水平下调式三辊卷板机，本文以此为研究对象，主要介绍该机的结构设计特点及主要技术参数。并采用材料力学理论对卷板机的实际受力状况进行分析与研究，获得该类产品主参数之间的关系,建立其力学设计模型,为生产此类型设备提供了有效的理论指导。

　　关键词: 三辊卷板机;结构设计;力学设计模型;受力分析

　　Abstract: In this paper, for the weakness of three rolls bending machine such as shorting capability, the week precision during processing, a oversized bottom rolls adjustable horizontally three rolls bending machine for processing plate of δ=250mm thickness、b=3000mm breadth、diameter φ6000mm is developed successfully, and the character of structural designing and the main technical parameters are discussed, which based on such three rolls bending machine. Besides, the conditions of practical forcing are analyzed and researched by the theories of material mechanics, then, the relationship both all kinds of parameters are eventually obtained, a mechanical designing model was set up, and some academic direction is effectively provided to manufacture.

　　Keyword: Three rolls bending machine; Structural designing; Mechanical designing model; Mechanical analysis

　　0 引言 水平下调式三辊卷板机的下辊可水平移动，实现板端预弯, 因而可大幅度减小剩余直边，具有四辊卷板机的优点，是造船、锅炉、石油、航空及机械制造行业中所必须的主要设备[1,2]。

目前，随着制造业的迅速发展，现有卷板机的加工能力已远远不能满足实际生产的需求，且对工件表面精度的要求也越来越高[3]，因此，设计特大型、表面精确控形的新型卷板机已成为急需解决的问题。本文基于以上这些特点,开发设计了特大型水平下调式三辊卷板机(卷制力1400T)。现以2503000mm、加工直径φ6000mm型水平下调式三辊卷板机为例，介绍了其结构设计及力学分析。 1 卷板机结构设计

　　1.1 结构分析

　　特大型水平下调式三辊卷板机主要由上辊、下辊和支承辊组成，其结构简图如图1所示。其中，上辊是主动辊，可上下移动，下辊是被动辊，而支承辊起分担下辊载荷作用。当板料送入上下辊之间时，上辊先垂直往下移动，直到与板料接触时，产生向下的压力F1，并带动下辊一起转动。当板材通过上辊的下方(即变形区)时，F1产生的正应力超过材料的屈服极限，使板料产生塑性变形[4]。并且，随着辊子的旋转，钢板外层纤维被拉伸，内层被挤缩，中性层基本不变，从而加工成一定曲率半径R (圆孤)的工件。

　　图1 结构分析

　　1.2 主要技术参数

　　上辊最大压力/KN 30000

　　上辊直径/mm 1300

　　下辊直径/mm 800

　　最大卷板宽度/mm 3000

最大卷板厚度/mm 250( ≤300MPa)

　　最大卷筒直径/mm 6000

　　上辊升降行程/mm 400

　　卷板速度/ m/min 2.0

　　总装机容量/kW 360

另外，在计算总驱动力矩时，是将克服板材变形的扭矩、消耗在摩擦阻力上的力矩(即上下辊与钢板间的滚动摩擦力矩)和消耗在辊子轴承上的摩擦力矩求和获得。并且，为保证卷制顺利进行，以卷板过程辊子与钢板之间不打滑为准[5\6]——板料是依靠滑动摩擦力推进的，使设备送料所需的力矩：。

　　2卷板机力学分析

　　2.1确定最大卷制力

以卷制厚200mm、宽3000mm、直径φ4000mm、屈服强度300MPa的钢板为分析对象，确定加工过程所需最大卷制力时，钢板所受的应力全部达到屈服极限，钢板获得了沿全长的塑性变形，故按照材料纯塑性变形来考虑[7]，并且，将作用在钢板上的载荷视为集中载荷F1(即卷制力)，从而把钢板视为一个简支梁，其受力分析如图2所示。

　　图2 钢板力学模型

　　则F1对钢板产生的弯曲为：

(1)

即：F1对钢板产生的最大弯矩为：

　　再考虑到材料在加工过程中的各项变形特性，上式可变为：

(2)

其中，为钢板的形变系数;

式中：取1.5，取10.0;

　　δ—被加工钢板的最大厚度;

—加工件中心层圆半径;

　　而由弯矩产生的应力：

(3)

式中：—钢板的抗弯截面模量;

　　δ—被加工钢板的最大厚度;

　　b—被加工工件的宽度;

—被加工钢板的屈服极限;

　　将式(3)代入式(2)得：

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