專利名稱：一種精密成形火車車軸毛坯的楔橫軋機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軸類零件塑性成形設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種精密成形火車車軸毛坯的楔橫軋機，適用于軋制直徑Φ180mm以上、長度超過2米的超大型軸類零件。
背景技術(shù)：
火車車軸是鐵路建設(shè)的三大關(guān)鍵零件(重軌、車軸和車輪)之一，屬于超大型軸類零件。目前國內(nèi)外生產(chǎn)火車車軸毛坯的主要設(shè)備類型有三種1)自由鍛造成形的壓力機，它的生產(chǎn)效率為每分鐘0.2～0.3根；2)鍛造成形的精鍛機，它的生產(chǎn)效率為每分鐘0.3～0.5根；3)軋制成形的三輥仿形軋機，它的生產(chǎn)效率為每分鐘0.3～0.6根。
關(guān)于采用楔橫軋技術(shù)軋制軸類零件，目前世界上研制的最大楔橫軋機只能軋制直徑在φ150mm以下，長度在1200mm以下的軸類零件，其模具最大直徑為φ1400mm。對于火車車軸直徑在φ180mm以上，長度在2300mm左右這樣超大型軸類零件，目前現(xiàn)有的設(shè)備無法生產(chǎn)。因此，采用多楔精密軋制成形火車車軸工藝，研制特大型楔橫軋機設(shè)備生產(chǎn)火車車軸毛坯，在世界上尚為首次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型高效軋制火車車軸設(shè)備——二輥分體式特大型楔橫軋機(圖1、圖2)，在楔橫軋機輥系的上下軋輥上安裝多楔模具，由傳動系統(tǒng)帶動軋輥同向旋轉(zhuǎn)，軋制出火車車軸毛坯。
本發(fā)明在滿足多楔精密軋制成形火車車軸工藝要求基礎(chǔ)上，按照“以軋代鍛”提高產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率的軋鋼思路，設(shè)計出二輥分體式多楔精密成形火車車軸毛坯的特大型楔橫軋機(圖1、圖2)。該軋機由工作機座I、傳動系統(tǒng)II和傳動軸III三大部分所組成，主要技術(shù)參數(shù)為1)最大軋制力2600～3500KN；2)最大軋制力矩500～650KN.m；3)軋輥轉(zhuǎn)速2～5rpm；4)主電機功率350～400KW；5)模具最大外徑φ1500～1700mm；6)輥身長度2200～2300mm；7)軋件直徑φ180～230mm；8)上軋輥上下調(diào)整量300～500mm；9)下軋輥軸向調(diào)整量±15mm；10)下軋輥相位調(diào)整角度±3°；11)壓下電機功率6～10KW；
12)壓下速度0.15～0.2mm/s。
工作機座I采用預(yù)應(yīng)力機座，主要包括機架裝配1(圖3)、輥系2(圖5)、壓下裝置3(圖4)和導(dǎo)板機構(gòu)4。機架裝配主要由上橫梁11和下橫梁14將操作側(cè)牌坊12和傳動側(cè)牌坊13裝配在一起，并通過螺釘把合在底座15上。牌坊為閉式結(jié)構(gòu)，可以提高軋機剛度。壓下裝置3固定于機架操作側(cè)牌坊12、傳動側(cè)牌坊13和上橫梁11上，由壓下電機16驅(qū)動，通過蝸輪-蝸桿帶動壓下螺絲19轉(zhuǎn)動，壓下螺絲和壓下螺母18嚙合，通過半環(huán)20、壓蓋21和凸球面墊22與輥系2中上軸承座23相聯(lián)，壓下螺母18固定于機架牌坊內(nèi)不動，從而實現(xiàn)上軋輥的壓下和抬升，其壓下量為300～500mm。當(dāng)壓下裝置中的電磁離合器17合上時，可以保證軋輥同步等距離平行移動；當(dāng)軋件一邊的徑向尺寸到位，而另一邊的徑向尺寸未到位時，斷開電磁離合器17，壓下機構(gòu)可以對軋輥單獨調(diào)整。輥系2安裝于機架牌坊窗口內(nèi)，主要由上軸承座23、預(yù)應(yīng)力機構(gòu)24、下軸承座25、軋輥26、輥套27、模具28、軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖6)組成，將軋輥和輥套設(shè)計成組合式，可以減小機架窗口滿足安裝軋輥要求的尺寸。模具28安裝于輥套27上，輥套27把合在軋輥26上，通過傳動系統(tǒng)II和傳動軸III帶動軋輥同向旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)火車車軸的軋制；預(yù)應(yīng)力機構(gòu)24安裝于輥系中上下軋輥軸承座之間，通過液壓缸系統(tǒng)在上下軋輥軸承座之間施加預(yù)應(yīng)力，使得軋機總體剛度比無此裝置的軋機提高約1.9倍；軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖6)安裝于下軸承座25和操作側(cè)機架牌坊12上，銅螺母30置于下軸承座25凸耳處，通過轉(zhuǎn)動螺釘29、調(diào)節(jié)螺母31實現(xiàn)對下軋輥的軸向調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)量為±10mm。導(dǎo)板機構(gòu)4安裝于機架牌坊上，能夠?qū)?dǎo)板進行上下、前后調(diào)節(jié)，這樣就保證了軋制不同尺寸軋件的軋制工藝穩(wěn)定性。
傳動系統(tǒng)II由齒輪機座7(圖7)、標準減速機10、主電機9組成。主電機9通過標準減速機10帶動齒輪機座7中人字齒輪輸入軸33轉(zhuǎn)動，輸出軸32上裝有與輸入軸人字齒輪相嚙合的大人字齒輪，實現(xiàn)兩個輸出軸的同向轉(zhuǎn)動。
傳動軸III由上傳動軸6、下傳動軸5和軋輥相位角調(diào)整機構(gòu)8(圖8)組成。上傳動軸6和下傳動軸5聯(lián)接上下軋輥和齒輪機座輸出軸，將齒輪機座兩個輸出軸的動力與運動傳遞給工作機座中的兩個軋輥。下傳動軸5與齒輪機座輸出軸32相聯(lián)接的半聯(lián)軸器上安裝有相位角調(diào)整機構(gòu)8，通過轉(zhuǎn)動調(diào)整螺栓34，使調(diào)節(jié)鍵35帶動下半聯(lián)軸器36相對接手37轉(zhuǎn)動，下軋輥與接手37聯(lián)接，實現(xiàn)軋輥相位的調(diào)整，從而保證兩個軋輥上模具的型槽在圓周方向?qū)φ?，其相位角的調(diào)整范圍為±3°。
本發(fā)明與現(xiàn)有現(xiàn)有生產(chǎn)火車車軸設(shè)備比較，優(yōu)點如下1)軋機采用分體式結(jié)構(gòu)，即工作機座與傳動系統(tǒng)分開布置，二者之間用萬向接軸聯(lián)接。這種結(jié)構(gòu)形式的主要優(yōu)點是(1)采用閉式齒輪傳動，齒輪的嚙合條件及潤滑條件好，壽命長，噪音小于60分貝，清潔生產(chǎn)；(2)在上下軸承座間安裝預(yù)應(yīng)力裝置，提高軋機剛度約1.9倍；(3)工作機座與齒輪傳動系統(tǒng)分開，安裝、調(diào)整及維修方便；(4)軋輥軸承采用滾動軸承，顯著降低能耗；(5)軋輥徑向調(diào)整量大且不會影響軋輥相位的變化。(6)設(shè)置相位角調(diào)整機構(gòu)，保證兩個軋輥上模具的型槽在圓周方向?qū)φ?)電動壓下裝置，壓下系統(tǒng)采用蝸輪-蝸桿傳動機構(gòu)的電動壓下裝置，并裝有電磁離合器，既可實現(xiàn)上軋輥的兩軸承座同時壓下，又可實現(xiàn)單獨壓下，從而可實現(xiàn)軋輥喇叭口的調(diào)整。
2)單機生產(chǎn)率高。與自由鍛比(目前我國80％的火車車軸采用該方法生產(chǎn))高8倍以上；與奧地利精鍛機(世界上最先進的方法)比高4倍以上；與三輥仿形軋制(俄羅斯)比高3倍以上；3)軋件材料利用率高。與自由鍛比平均高20％；與精鍛機比平均高10％；與仿形軋制比平均高15％，每根軸節(jié)材60～150kg。
4)機加工工序減少。由于現(xiàn)有的三種工藝生產(chǎn)出的火車車軸毛坯尺寸精度不如楔橫軋，加上直角臺階不如楔橫軋容易成形(均有斜面過渡)，故都要經(jīng)過粗加工后再精加工，楔橫軋可直接進行精加工，節(jié)能工序。
5)生產(chǎn)成本低。楔橫軋與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有效率高、節(jié)材、省加工工序等，其生產(chǎn)成本可下降15～30％。


圖1為本發(fā)明一種多楔精密成形火車車軸毛坯的特大型楔橫軋機主視圖，其中，機架裝配1，輥系2，壓下裝置3，下傳動軸5，上傳動軸6，齒輪機座7，相位角調(diào)整機構(gòu)8，標準減速機10。
圖2為本發(fā)明多楔精密成形火車車軸毛坯的特大型楔橫軋機俯視圖，其中，導(dǎo)板機構(gòu)4，主電機9。
圖3為本發(fā)明機架裝配圖，其中，上橫梁11，操作側(cè)牌坊12，傳動側(cè)牌坊13，下橫梁14，底座15。
圖4為本發(fā)明壓下裝置裝配圖，其中，壓下電機16，電磁離合器17，壓下螺母18，壓下螺絲19。
圖5為本發(fā)明輥系裝配圖，其中，半環(huán)20，壓蓋21，凸球面墊22，上軸承座23，預(yù)應(yīng)力機構(gòu)24，下軸承座25，軋輥26，輥套27，模具28。
圖6為本發(fā)明軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)剖視圖，其中，操作側(cè)牌坊12，下軸承座25，調(diào)節(jié)螺釘29，銅螺母30，調(diào)節(jié)螺母31。
圖7為本發(fā)明齒輪機座裝配圖，其中，輸出軸32，輸入軸33。
圖8為本發(fā)明相位角調(diào)整機構(gòu)剖視圖，其中，調(diào)節(jié)螺栓34，調(diào)節(jié)鍵35，下半聯(lián)軸器36，接手37。
權(quán)利要求
1.一種精密成形火車車軸毛坯的特大型楔橫軋機，由工作機座I、傳動系統(tǒng)II和傳動軸III三大部分所組成，其特征在于a、工作機座I采用預(yù)應(yīng)力機座，包括機架裝配(1)、輥系(2)、壓下裝置(3)和導(dǎo)板機構(gòu)(4)；機架裝配由上橫梁(11)和下橫梁(14)將操作側(cè)牌坊(12)和傳動側(cè)牌坊(13)裝配在一起，并通過螺釘把合在底座(15)上，牌坊為閉式結(jié)構(gòu)；壓下裝置(3)固定于機架操作側(cè)牌坊(12)、傳動側(cè)牌坊(13)和上橫梁(11)上，由壓下電機(16)驅(qū)動，通過蝸輪一蝸桿帶動壓下螺絲(19)轉(zhuǎn)動，壓下螺絲和壓下螺母(18)嚙合，通過半環(huán)(20)、壓蓋(21)和凸球面墊(22)與輥系(2)中上軸承座(23)相聯(lián)，壓下螺母(18)固定于機架牌坊內(nèi)不動，從而實現(xiàn)上軋輥的壓下和抬升；當(dāng)壓下裝置中的電磁離合器(17)合上時，可以保證軋輥同步等距離平行移動；當(dāng)軋件一邊的徑向尺寸到位，而另一邊的徑向尺寸未到位時，斷開電磁離合器(17)，壓下機構(gòu)對軋輥單獨調(diào)整；輥系(2)安裝于機架牌坊窗口內(nèi)，由上軸承座(23)、預(yù)應(yīng)力機構(gòu)(24)、下軸承座(25)、軋輥(26)、輥套(27)、模具(28)、軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，將軋輥和輥套設(shè)計成組合式，模具(28)安裝于輥套(27)上，輥套(27)把合在軋輥(26)上，通過傳動系統(tǒng)II和傳動軸III帶動軋輥同向旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)火車車軸的軋制；預(yù)應(yīng)力機構(gòu)(24)安裝于輥系中上下軋輥軸承座之間，軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝于下軸承座(25)和操作側(cè)機架牌坊(12)上，銅螺母(30)置于下軸承座(25)凸耳處，通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘(29)、調(diào)節(jié)螺母(31)實現(xiàn)對下軋輥的軸向調(diào)節(jié)；導(dǎo)板機構(gòu)(4)安裝于機架牌坊上，能夠?qū)?dǎo)板進行上下、前后調(diào)節(jié)，這樣就保證了軋制不同尺寸軋件的軋制工藝穩(wěn)定性；b、傳動系統(tǒng)II由齒輪機座(7)、標準減速機(10)、主電機(9)組成；主電機(9)通過標準減速機(10)帶動齒輪機座(7)中人字齒輪輸入軸(33)轉(zhuǎn)動，輸出軸(32)上裝有與輸入軸人字齒輪相嚙合的大人字齒輪，實現(xiàn)兩個輸出軸的同向轉(zhuǎn)動；c、傳動軸III由上傳動軸(6)、下傳動軸(5)和軋輥相位角調(diào)整機構(gòu)(8)組成；上傳動軸(6)和下傳動軸(5)聯(lián)接上下軋輥和齒輪機座輸出軸，將齒輪機座兩個輸出軸的動力與運動傳遞給工作機座中的兩個軋輥；下傳動軸(5)與齒輪機座輸出軸(32)相聯(lián)接的半聯(lián)軸器上安裝有相位角調(diào)整機構(gòu)(8)，通過轉(zhuǎn)動調(diào)整螺栓(34)，使調(diào)節(jié)鍵(35)帶動下半聯(lián)軸器(36)相對接手(37)轉(zhuǎn)動，下軋輥與接手(37)聯(lián)接，實現(xiàn)軋輥相位的調(diào)整，從而保證兩個軋輥上模具的型槽在圓周方向?qū)φ籨、二輥分體式多楔精密成形火車車軸毛坯的特大型楔橫軋機，技術(shù)參數(shù)為軋制力2600～3500KN；軋制力矩500～650KN.m；軋輥轉(zhuǎn)速2～5rpm；主電機功率350～400KW；模具大外徑φ1500～1700mm；輥身長度2200～2300mm；軋件直徑φ180～230mm；上軋輥上下調(diào)整量300～500mm；下軋輥軸向調(diào)整量±15mm；下軋輥相位調(diào)整角度±3°；壓下電機功率6～10KW；壓下速度0.15～0.2mm/s。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種精密成形火車車軸毛坯的楔橫軋機，由工作機座I、傳動系統(tǒng)II和傳動軸III三大部分所組成。本發(fā)明設(shè)計的二輥分體式多楔精密成形火車車軸毛坯的楔橫軋機，技術(shù)參數(shù)為軋制力2600～3500KN；軋制力矩500～650KN.m；軋輥轉(zhuǎn)速2～5rpm；主電機功率350～400KW；模具大外徑φ1500～1700mm；輥身長度2200～2300mm；軋件直徑φ180～230mm；上軋輥上下調(diào)整量300～500mm；下軋輥軸向調(diào)整量±15mm；下軋輥相位調(diào)整角度±3°；壓下電機功率6～10KW；壓下速度0.15～0.2mm/s。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用閉式齒輪傳動，齒輪的嚙合條件及潤滑條件好，軋機剛度高、產(chǎn)品精度高、生產(chǎn)率高、材料利用率高、工序減少、成本低。
文檔編號B21K1/06GK1476946SQ0314613
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者束學(xué)道, 胡正寰, 劉晉平, 張巍, 楊翠平 申請人:北京科技大學(xué)