CN1202927C - 一种精密成形火车车轴毛坯的楔横轧机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密成形火车车轴毛坯的楔横轧机，由工作机座(I)、传动系统(II)和传动轴(III)三大部分所组成。本发明设计的二辊分体式多楔精密成形火车车轴毛坯的楔横轧机，技术参数为：轧制力2600～3500KN；轧制力矩500～650KN·m；轧辊转速：2～5rpm；主电机功率350～400KW；模具大外径：φ1500～1700mm；辊身长度：2200～2300mm；轧件直径：φ180～230mm；上轧辊上下调整量：300～500mm；下轧辊轴向调整量：±15mm；下轧辊相位调整角度：+3°；压下电机功率：6～10KW；压下速度：0.15～0.2mm/s。本发明的优点在于：采用闭式齿轮传动，齿轮的啮合条件及润滑条件好，轧机刚度高、产品精度高、生产率高、材料利用率高、工序减少、成本低。

Description

一种精密成形火车车轴毛坯的楔横轧机

技术领域

本发明属于轴类零件塑性成形设备技术领域，特别是提供了一种精密成形火车车轴毛坯的楔横轧机，适用于轧制直径Φ180mm以上、长度超过2米的超大型轴类零件。

背景技术

火车车轴是铁路建设的三大关键零件(重轨、车轴和车轮)之一，属于超大型轴类零件。目前国内外生产火车车轴毛坯的主要设备类型有三种：1)自由锻造成形的压力机，它的生产效率为每分钟0.2～0.3根；2)锻造成形的精锻机，它的生产效率为每分钟0.3～0.5根；3)轧制成形的三辊仿形轧机，它的生产效率为每分钟0.3～0.6根。

关于采用楔横轧技术轧制轴类零件，目前世界上研制的最大楔横轧机只能轧制直径在φ150mm以下，长度在1200mm以下的轴类零件，其模具最大直径为φ1400mm。对于火车车轴直径在φ180mm以上，长度在2300mm左右这样超大型轴类零件，目前现有的设备无法生产。因此，采用多楔精密轧制成形火车车轴工艺，研制特大型楔横轧机设备生产火车车轴毛坯，在世界上尚为首次。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种新型高效轧制火车车轴设备——二辊分体式特大型楔横轧机(图1、图2)，在楔横轧机辊系的上下轧辊上安装多楔模具，由传动系统带动轧辊同向旋转，轧制出火车车轴毛坯。

本发明在满足多楔精密轧制成形火车车轴工艺要求基础上，按照“以轧代锻”提高产品精度和生产效率的轧钢思路，设计出二辊分体式多楔精密成形火车车轴毛坯的特大型楔横轧机(图1、图2)。该轧机由工作机座I、传动系统II和传动轴III三大部分所组成，主要技术参数为：

1)最大轧制力2600～3500KN；

2)最大轧制力矩500～650KN·m；

3)轧辊转速：2～5rpm；

4)主电机功率350～400KW；

5)模具最大外径：φ1500～1700mm；

6)辊身长度：2200～2300mm；

7)轧件直径：φ180～230mm；

8)上轧辊上下调整量：300～500mm；

9)下轧辊轴向调整量：±15mm；

10)下轧辊相位调整角度：±3°；

11)压下电机功率：6～10KW；

12)压下速度：0.15～0.2mm/s。

工作机座I采用预应力机座，主要包括机架装配1(图3)、辊系2(图5)、压下装置3(图4)和导板机构4。机架装配主要由上横梁11和下横梁14将操作侧牌坊12和传动侧牌坊13装配在一起，并通过螺钉把合在底座15上。牌坊为闭式结构，可以提高轧机刚度。压下装置3固定于机架操作侧牌坊12、传动侧牌坊13和上横梁11上，由压下电机16驱动，通过蜗轮-蜗杆带动压下螺丝19转动，压下螺丝和压下螺母18啮合，通过半环20、压盖21和凸球面垫22与辊系2中上轴承座23相联，压下螺母18固定于机架牌坊内不动，从而实现上轧辊的压下和抬升，其压下量为300～500mm。当压下装置中的电磁离合器17合上时，可以保证轧辊同步等距离平行移动；当轧件一边的径向尺寸到位，而另一边的径向尺寸未到位时，断开电磁离合器17，压下机构可以对轧辊单独调整。辊系2安装于机架牌坊窗口内，主要由上轴承座23、预应力机构24、下轴承座25、轧辊26、辊套27、模具28、轴向调节机构(图6)组成，将轧辊和辊套设计成组合式，可以减小机架窗口满足安装轧辊要求的尺寸。模具28安装于辊套27上，辊套27把合在轧辊26上，通过传动系统II和传动轴III带动轧辊同向旋转而实现火车车轴的轧制；预应力机构24安装于辊系中上下轧辊轴承座之间，通过液压缸系统在上下轧辊轴承座之间施加预应力，使得轧机总体刚度比无此装置的轧机提高约1.9倍；轴向调节机构(图6)安装于下轴承座25和操作侧机架牌坊12上，铜螺母30置于下轴承座25凸耳处，通过转动螺钉29、调节螺母31实现对下轧辊的轴向调节，其调节量为±10mm。导板机构4安装于机架牌坊上，能够对导板进行上下、前后调节，这样就保证了轧制不同尺寸轧件的轧制工艺稳定性。

传动系统II由齿轮机座7(图7)、标准减速机10、主电机9组成。主电机9通过标准减速机10带动齿轮机座7中人字齿轮输入轴33转动，输出轴32上装有与输入轴人字齿轮相啮合的大人字齿轮，实现两个输出轴的同向转动。

传动轴III由上传动轴6、下传动轴5和轧辊相位角调整机构8(图8)组成。上传动轴6和下传动轴5联接上下轧辊和齿轮机座输出轴，将齿轮机座两个输出轴的动力与运动传递给工作机座中的两个轧辊。下传动轴5与齿轮机座输出轴32相联接的半联轴器上安装有相位角调整机构8，通过转动调整螺栓34，使调节键35带动下半联轴器36相对接手37转动，下轧辊与接手37联接，实现轧辊相位的调整，从而保证两个轧辊上模具的型槽在圆周方向对正，其相位角的调整范围为±3°。

本发明与现有现有生产火车车轴设备比较，优点如下：

1)轧机采用分体式结构，即工作机座与传动系统分开布置，二者之间用万向接轴联接。这种结构形式的主要优点是：(1)采用闭式齿轮传动，齿轮的啮合条件及润滑条件好，寿命长，噪音小于60分贝，清洁生产；(2)在上下轴承座间安装预应力装置，提高轧机刚度约1.9倍；(3)工作机座与齿轮传动系统分开，安装、调整及维修方便；(4)轧辊轴承采用滚动轴承，显著降低能耗；(5)轧辊径向调整量大且不会影响轧辊相位的变化。(6)设置相位角调整机构，保证两个轧辊上模具的型槽在圆周方向对正；4)电动压下装置，压下系统采用蜗轮-蜗杆传动机构的电动压下装置，并装有电磁离合器，既可实现上轧辊的两轴承座同时压下，又可实现单独压下，从而可实现轧辊喇叭口的调整。

2)单机生产率高。与自由锻比(目前我国80％的火车车轴采用该方法生产)高8倍以上；与奥地利精锻机(世界上最先进的方法)比高4倍以上；与三辊仿形轧制(俄罗斯)比高3倍以上；

3)轧件材料利用率高。与自由锻比平均高20％；与精锻机比平均高10％；与仿形轧制比平均高15％，每根轴节材60～150kg。

4)机加工工序减少。由于现有的三种工艺生产出的火车车轴毛坯尺寸精度不如楔横轧，加上直角台阶不如楔横轧容易成形(均有斜面过渡)，故都要经过粗加工后再精加工，楔横轧可直接进行精加工，节能工序。

5)生产成本低。楔横轧与现有技术比较，具有效率高、节材、省加工工序等，其生产成本可下降15～30％。

附图说明

图1为本发明一种多楔精密成形火车车轴毛坯的特大型楔横轧机主视图，其中，机架装配1，辊系2，压下装置3，下传动轴5，上传动轴6，齿轮机座7，相位角调整机构8，标准减速机10。

图2为本发明多楔精密成形火车车轴毛坯的特大型楔横轧机俯视图，其中，导板机构4，主电机9。

图3为本发明机架装配图，其中，上横梁11，操作侧牌坊12，传动侧牌坊13，下横梁14，底座15。

图4为本发明压下装置装配图，其中，压下电机16，电磁离合器17，压下螺母18，压下螺丝19。

图5为本发明辊系装配图，其中，半环20，压盖21，凸球面垫22，上轴承座23，预应力机构24，下轴承座25，轧辊26，辊套27，模具28。

图6为本发明轴向调节机构剖视图，其中，操作侧牌坊12，下轴承座25，调节螺钉29，铜螺母30，调节螺母31。

图7为本发明齿轮机座装配图，其中，输出轴32，输入轴33。

图8为本发明相位角调整机构剖视图，其中，调节螺栓34，调节键35，下半联轴器36，接手37。

Claims (1)

1、一种精密成形火车车轴毛坯的特大型楔横轧机，由工作机座(I)、传动系统(II)和传动轴(III)三大部分所组成，其特征在于：

a、工作机座(I)采用预应力机座，包括机架装配(1)、辊系(2)、压下装置(3)和导板机构(4)；机架装配由上横梁(11)和下横梁(14)将操作侧牌坊(12)和传动侧牌坊(13)装配在一起，并通过螺钉把合在底座(15)上，牌坊为闭式结构；压下装置(3)固定于机架操作侧牌坊(12)、传动侧牌坊(13)和上横梁(11)上，由压下电机(16)驱动，通过蜗轮—蜗杆带动压下螺丝(19)转动，压下螺丝和压下螺母(18)啮合，通过半环(20)、压盖(21)和凸球面垫(22)与辊系(2)中上轴承座(23)相联，压下螺母(18)固定于机架牌坊内不动，从而实现上轧辊的压下和抬升；当压下装置中的电磁离合器(17)合上时，可以保证轧辊同步等距离平行移动；当轧件一边的径向尺寸到位，而另一边的径向尺寸未到位时，断开电磁离合器(17)，压下机构对轧辊单独调整；辊系(2)安装于机架牌坊窗口内，由上轴承座(23)、预应力机构(24)、下轴承座(25)、轧辊(26)、辊套(27)、模具(28)、轴向调节机构组成，将轧辊和辊套设计成组合式，模具(28)安装于辊套(27)上，辊套(27)把合在轧辊(26)上，通过传动系统(II)和传动轴(III)带动轧辊同向旋转而实现火车车轴的轧制；预应力机构(24)安装于辊系中上下轧辊轴承座之间，轴向调节机构安装于下轴承座(25)和操作侧机架牌坊(12)上，铜螺母(30)置于下轴承座(25)凸耳处，通过转动调节螺钉(29)、调节螺母(31)实现对下轧辊的轴向调节；导板机构(4)安装于机架牌坊上，能够对导板进行上下、前后调节，这样就保证了轧制不同尺寸轧件的轧制工艺稳定性；

b、传动系统(II)由齿轮机座(7)、标准减速机(10)、主电机(9)组成；主电机(9)通过标准减速机(10)带动齿轮机座(7)中人字齿轮输入轴(33)转动，输出轴(32)上装有与输入轴人字齿轮相啮合的大人字齿轮，实现两个输出轴的同向转动；

c、传动轴(III)由上传动轴(6)、下传动轴(5)和轧辊相位角调整机构(8)组成；上传动轴(6)和下传动轴(5)联接上下轧辊和齿轮机座输出轴，将齿轮机座两个输出轴的动力与运动传递给工作机座中的两个轧辊；下传动轴(5)与齿轮机座输出轴(32)相联接的半联轴器上安装有相位角调整机构(8)，通过转动调整螺栓(34)，使调节键(35)带动下半联轴器(36)相对接手(37)转动，下轧辊与接手(37)联接，实现轧辊相位的调整，从而保证两个轧辊上模具的型槽在圆周方向对正；

d、二辊分体式多楔精密成形火车车轴毛坯的特大型楔横轧机，技术参数为：轧制力2600～3500KN；轧制力矩500～650KN·m；轧辊转速：2～5rpm；主电机功率350～400KW；模具大外径：φ1500～1700mm；辊身长度：2200～2300mm；轧件直径：φ180～230mm；上轧辊上下调整量：300～500mm；下轧辊轴向调整量：±15mm；下轧辊相位调整角度：±3°；压下电机功率：6～10KW；压下速度：0.15～0.2mm/s。

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