一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置及方法

摘要

本发明属于轴类零件塑性成形设备技术领域，具体涉及一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置，包括牌坊、设置在牌坊内的上轴承座和下轴承座、设置在牌坊上的压下组件和平衡组件，所述压下组件包括两个压下液压缸，所述平衡组件包括两个平衡液压缸，在每个相对应的所述上轴承座和下轴承座之间设置有两个预应力液压缸，所述压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸均连接有压力传感器，所述压力传感器与信号放大器的输入端连接，所述信号放大器的输出端与PLC控制器的输入端连接，所述PLC控制器的输出端与液压控制系统连接。本发明可以根据产品规格，快速、智能调整预应力数值大小，可以满足大型车轴制备所需的大预应力要求。

说明书

技术领域

本发明属于轴类零件塑性成形设备技术领域，具体涉及一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置及方法。

背景技术

大型车轴是高铁、轨道交通、大型工程机械等领域核心零部件，需求日益增加。而传统大型轴类零件制备方式主要采用快锻机与精锻机锻造制备而成，快锻过程需要人为干预，生产周期长、产品精度低、能耗高、效率低，后续生产过程需要进行繁重的冷加工，切削量多的同时极大的破坏了产品表面的金属流线，降低产品的力学性能；精锻机完全被国外企业垄断，尽管锻造速度可以比快锻的速度提升一倍以上且切削量有效减少，但制备一根车轴仍至少需要4分钟以上，后续加工损耗以及产品力学性能依旧没有得到改善，设备投入产出比较低，质量稳定性差。

楔横轧是一种高效清洁的零件塑性成形技术，与目前现有生产方法比较，主要优点为：1)生产效率提高2～3倍；2)节材率提高10～25％；3)产品精度高，减少机加工工序；4)无冲击、低噪音；5)生产成本可下降30％左右。以生产火车RD2车轴为例：单支车轴制备时间可从10分钟降低为1分钟，生产效率提高3～5倍，节材50～100Kg，节材率提高10～20％。因此，采用楔横轧技术制备轨道交通用大型车轴不仅提高车轴成形效率和精度，而且由于保留热加工金属流线，可以提高车轴寿命。

目前，世界上最大规格的楔横轧机只能轧制直径150mm、长度1200mm以下的大型轴类，而针对高铁、轨道交通、大型工程机械等领域所需直径200～250mm、长度2000～2800mm的大型轴类零件产品，现有楔横轧设备结构形式及生产能力均无法制备合格产品，因此采用楔横轧机制备轨道交通用大型车轴属于国际首创，这就对轧机的机架刚度提出更高要求，直接决定产品外形尺寸与精度。

楔横轧机机架刚度提升依赖两种途径，主要为增强轧机机架强度与采用预应力法提升设备刚度，增加机架强度通常采用增大尺寸方法，会导致设备结构巨大，设备重量较大，导致产品运输过程困难同时，增加设备制造成本投入；采用预应力法属于较为经济的方法，主要是在楔横轧机上下轧辊轴承座中间增加支撑柱，并且使其受到压应力形成弹性变形受压缩效果，与此同时，上下轴承座就会受到向上的力，并且把力传递在轧机机架，机架发生弹性变形。当轧机轧制产品时，轧制力会让上下轧辊轴承座受到一个与支撑柱压应力方向相反的叠加外力，上下轧辊轴承座中间支撑柱受压缩弹性变形量变小，支撑柱压应力数值减少，其减少的压应力数值与轧制力大小相等，两者相互弥补，确保轧机机架受力恒定不变，实现轧制过程中机架弹性变形量恒定。

传统楔横轧机预应力装置主要是在上下轧辊轴承座中增加高度可调的支撑柱，支撑柱的压应力获取途径主要依靠压下装置中电机、蜗轮蜗杆机构、压下螺纹副结构共同实现，这种方式结构简单、控制方便，但是仅仅能在需求较小预应力效果的楔横轧机上运用，而针对大型车轴楔横轧机来说，因轧制力数值较大，传统结构形式难以满足占比50％—70％轧制力的预应力要求。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置及方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置，包括牌坊、设置在牌坊内的上轴承座和下轴承座、设置在牌坊上的压下组件和平衡组件，所述压下组件包括两个压下液压缸，所述平衡组件包括两个平衡液压缸，在每个相对应的所述上轴承座和下轴承座之间设置有两个预应力液压缸，所述压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸均连接有压力传感器，所述压力传感器与信号放大器的输入端连接，所述信号放大器的输出端与PLC控制器的输入端连接，所述PLC控制器的输出端与液压控制系统连接，以通过阀组控制压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸，所述PLC控制器接收信号放大器放大后的压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸的压力值，并对接收到的数据进行比对、筛选、优化处理，计算出调整幅度，最后向液压控制系统发出信号，调整预应力液压缸的输出压力。

进一步，所述压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸均连接有位移传感器，从而根据产品规格的变化，准确的调整压下液压缸、平衡液压缸和预应力液压缸的行程。

再进一步，所述压下液压缸的输入端连接有溢流阀，当出现轧制力超过牌坊的最大承受载荷时，进行泄压，从而保护轧机不被损坏。

一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力方法，设单个预应力液压缸输出的预应力为F

在轧制之前，预应力液压缸对上轴承座施加预应力F

在正常轧制过程中，牌坊不仅要承受预应力F

当轧制力超载后，即2F

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1、本发明可以根据产品规格，快速、智能调整预应力数值大小，可以满足大型车轴制备所需的大预应力要求；

2、本发明可以确保轧制过程中轧机机架预应力大小恒定，以此满足不同规格产品轧制精度的需求；

3、本发明可以实现产品轧制过程设备力能的动态监测，方便、快捷获得轧机轧制过程预应力动态变化过程及产品轧制效果。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的控制原理图；

图4为本发明中的各个力的相互作用图；

图5为本发明预应力F

图中，牌坊—1、上轴承座—2、下轴承座—3、压下液压缸—4、平衡液压缸—5、预应力液压缸—6。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。

如图1至图5所示，一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力装置，包括牌坊1、设置在牌坊1内的上轴承座2和下轴承座3、设置在牌坊1上的压下组件和平衡组件，所述压下组件包括两个压下液压缸4，所述平衡组件包括两个平衡液压缸5，在每个相对应的所述上轴承座2和下轴承座3之间设置有两个预应力液压缸6，所述压下液压缸4的输入端连接有溢流阀，所述压下液压缸4、平衡液压缸5和预应力液压缸6均连接有压力传感器和位移传感器，所述压力传感器和位移传感器均与信号放大器的输入端连接，所述信号放大器的输出端与PLC控制器的输入端连接，所述PLC控制器的输出端与液压控制系统连接，以通过阀组控制压下液压缸4、平衡液压缸5和预应力液压缸6，所述PLC控制器接收信号放大器放大后的压下液压缸4、平衡液压缸5和预应力液压缸6的压力值和位移量，并对接收到的数据进行比对、筛选、优化处理，计算出调整幅度，最后向液压控制系统发出信号，调整压下液压缸4、平衡液压缸5和预应力液压缸6的输出压力及行程。

一种轨道交通用大型车轴楔横轧机智能预应力方法，设单个预应力液压缸6输出的预应力为F

在轧制之前，预应力液压缸6对上轴承座2施加预应力F

在正常轧制过程中，牌坊1不仅要承受预应力F

当轧制力超载后，即2F

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。