＝＝１国内外动态Ｉｎｔｅｒｎａｌ＆ＯｖｅｒｓｅａＴｒｅｎｄ
文ｆ张保均上海重型机器厂有限公司２００２４５
张保均ｆ１９６３～）？男？上海重型机器ｒ有限公司设计研究院副院长
高级Ｉ程师？长期从事重型机械产品的设计开发Ｉ作。
摘要介绍国内自行开发设计的１６ｍ三辊卷板机的结构组成和技术关键分析．比较大规格三辊卷板机与中小型三辊卷板机的差异，结合运用试验法和公式计算法合理确定折弯力，产品已经研制成功并推向市场。ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｃｒｉｔｉｃａＩｔｅｃｈｎｉｃｓｏｆ１６ｍ３ｒｏｌＩｔｙｐｅｔｕｂｅｂｅｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｄｅ—ｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ，ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｏｍ—ｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｌａｒｇｅｓｉｚｅ３ｒｏｌｌｔｙｐｅｔｕｂｅｂｅｎｄｍａｃｈｉｎｅａｎｄｓｉｎａｉｌａｎｄｍｉｄｄｌｅｓｉｚｅｏｎｅｓ，ｃｏｍｂｉ・ｎａｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｙｉｎｇｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｏｒｍｕｌａｃａｌｃｕｌａ—ｔｉｏｎｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｐｒｏｄ—ｕｃｔｈａｓａｌｒｅａｄｙｂｅｅｎｐｒｏｄｕｃｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｆｏｒ ｍａｒｋｅｔ．万方数据
一．引言
１６ｍ三辊卷板机专门用于造船工业船体用钢板的弯曲成型，可以实现滚弯、折弯（带模具）和弯锥形曲面。 经济发展和国防建设对大型和超大型船舶的需求越来越大，对大型船舶和军舰的船体制造要求也越来越高。造船业普遍使用的中小型三辊卷板机由于滚弯的钢板幅面窄（一般小于４ｍ），船体制造时钢板拼缝多，焊接工作量大，精度差，效率低，已不能满足现代造船业的发展需要。上海外高桥船厂从英国引进了一台２０ｍ三辊卷板机，使用后大大提升了其制造能力和水平。其他各大船厂近来都有意向添置类似的大规格三辊卷板机。由于大规格三辊卷板机的特点是超宽，与中小型三辊卷板机在结构、原理上有很大区别，主要零部件尺寸大，工作辊长度超长而刚性差。我国尚无自行设计制造大规格卷板机的业绩，国外仅日本和英国等少数国家能设计制造。因此自行开发研制大规格三辊卷板机０１＂形如图１所示）不仅市场潜力很大，而且对于填补国内空白，提升我国装备制造业水平具有现实意义。 图１１６ｍ三辊卷板机外形传输带
＝、主要技术参数
上辊最大压力滚弯板厚×板宽滚弯最小半径滚弯速度
滚弯板材
折弯板厚×板宽２２ＭＮ
《２６ｍｍ×１６ｍ
２４００ｍｍ
２～４ｍ／ｍｉｎ
Ａ３６（６ｓ＝３５５ＭＰａ
６ｂ＝５００～６３０ＭＰａ）
≤２８ｍｉｌｌ×１３ｍ
≤２２ｍｎｌ×１６ｍ
折弯板材
折弯半径
折弯精度
风电功率预测
Ａ３２（６ｓ＝３１５ＭＰａ
６ｂ＝４４０——５７０ＭＰａ）
Ｒ６０ｍｍ
折弯Ｒ角母线直线度≤１０ｍｍ（板长＞８ｍｈ）
折弯Ｒ角母线直线度≤５ｍｍ（板长≤８ｍｈ）
折弯模开口度
上辊压下速度
上辊上升速度
上辊最大倾斜量
下辊中心距
上下辊辊面最大间距
下辊传动最大扭矩
装机功率
３８０／３２０／２８０ｍｍ
空载６０ｍｍ／ｓ
加压６ｍｍ／ｓ
４０ｍｍ／ｓ背光喷码机
２５０ｍｍ
５００～８００ｍｍ
９５０ｍｍ
２×２４０Ⅲ・ｍ
２０５ｋＷ
兰。设备的组成
件、主传动装置、液压系统和电气控制系统等组成。
机架部件由左右机架、压下油缸和回程缸等组
成。左右机架固定在基础上，两套压下油缸和回程缸
存取一体机分别位于左右机架内。压下油缸和回程缸通过吊轴与
上横梁相连接，左右机架下部通过剪切板与下横梁连
接并传力，下工作辊两端的支承分别安装在左右机架
内，图２为单片机架示意图。
图２单片机架组件
上横梁部件（见图３）由上横梁、上支承辊及预调装
置、上工作辊及防振装置等组成。整个上横梁部件借
助于压下油缸和回程缸可作上下同步升降和定位。
下横梁部件由下横梁、下支承辊及预调装置、下
工作辊及下辊中心距调节装置等组成。两根下辊之间
的中心距按生产需要可以无级调节，既可对称滚弯，
６５一］万方数据
三１国内外动态Ｉｎｔｅｒｎａｌ＆ＯｖｅｒｓｅａＴｒｅｎｄ
图３上横梁部件
也可不对称滚弯和压直边。
主传动装置由两套低速大扭矩油马达和轴装式减速机组成。减速机的空心出轴与下工作辊通过胀紧联结套相联。两套传动装置在左右机架各安装一个，分别传动两根下工作辊。两根下工作辊的转动通过比例阀控制系统来调节同步。
液压系统采用两套完全独立的系统各自工作，两套系统的油箱和控制阀分别设置在左、右机架上。正常情况下它们各自驱动左右两边的压下缸、回程缸和下辊油马达等执行机构，一旦某个系统发生故障，打开两系统之间的联通阀，可以实现由一套系统来驱动所有油缸和油马达而不需停机。液压控制采用比例电磁控制技术，主要液压元件油泵、油马达、比例阀和控制阀采用国外进口产品。
电气控制系统由欧姆龙ＣＳｌＧ—ＣＰＵ４２Ｈ型号ＰＬＣ、ＮＳｌ０ＰＴ彩触摸屏和施耐得继电器、接触器、限位开关等组成。为了提高抗干扰能力，ＰＬＣ电源、ＰＬＣ输出给中间继电器的驱动电源都采用隔离变压器供电。直线位移传感器采用英国Ｒｅｎｉｓｈａｗ公司栅距为２０９ｍ的ＲＧ２直线光栅尺，读数头分辨率为ｌｇｍ。角位移传感器采用美国ＡＢ公司ＴＲＤ—Ｊ１２０旋转编码器。
四．与传统（中小型）三辊卷板机的分析比较传统（中小型）三辊卷板机的工作辊长度短，辊身直径大，刚性好，因此机械本体结构简单，主要由左、右机架和三根工作辊组成。工作时上、下工作辊在工作载荷下依靠自身的强度和刚度就能抵御弯曲变形，保证其滚弯的钢板具有良好的线性精度。而１６ｍ三辊卷板机的上、下工作辊辊身长度１６．６ｍ，总长度达１８．３ｍ，属于细长辊，刚性差。如果采用中小型卷板机结构，直接由三根工作辊来完成滚弯，那么在滚弯和折弯时由于工作辊弯曲变形挠度大，根本不能满足滚弯和折弯钢板的精度要求。除非把工作辊直径设计得非常大，但这是不现实的，因此必须要解决工作辊刚性差而引起的弯曲变形等问题。
五．主要技术特点
１．设置上．下横梁补偿工作辊挠度
１６ｍ三辊卷板机从结构上突破传统三辊卷板机的形式，除了左、右机架外，专门设置了具有高刚度和强度的大型箱形结构的上、下横梁，在工作辊与横梁之间再设置支承辊，工作辊工作时所受的工作载荷通过支承辊传递到上、下横梁，利用高刚度的横梁来支承相对柔性的工作辊以补偿工作辊的弯曲变形挠度。由于工作辊工作时的弯曲变形近似于均布载荷下的简支梁变形，中间大，两端小，上、下横梁即使按１／３０００刚度变形设计，在１６ｍ多的跨度上中间的最大变形量也达５ｍｍ多。因此，每根工作辊与横梁之间沿长度方向设置的是七组（每组两根）短支承辊，在每组短支承辊与横梁之间都设有调整用的斜锲装置，分别调节七组斜锲装置不同的压下量，使工作辊在原始状态预先处于反变形状态（见图４），此变形量用以抵消工作时横梁变形而引起的工作辊正弯曲变形，确保工作辊在正常工作时基本处于直线状态，从而满足滚弯、折弯钢板时的母线直线度要求。
图４下横梁．下支承辊及预调装置
２．设置反压防振装置消除振动
由于工作辊细长，刚性差，上工作辊因自重而产生的自由弯曲挠度很大，这使得上工作辊与上支承辊
之间在原始状态存在间隙，当上工作辊由空程快速下万方数据
降转换成慢速时会因辊子的惯性作用及柔软性而产生上下振动，造成工作辊与支承辊之间发生碰撞，不仅会损坏辊子表面，甚至造成整个设备的故障。为了避免这种情况的发生，本设备的另一技术关键是设置了反压防振装置，即在上横梁两端安置两个液压缸，分别垂直向下给上工作辊两端外伸轴颈上一个反压力，由于上工作辊两端施加了反压力，工作辊中间段就会
产生向上的弯曲变形。只要反压力足够大，就能使上工作辊空程快速下降过程始终保持工作辊辊面紧贴住支承辊，并且能克服因惯性作用而引起的上下振动，这样工作辊就不会再发生自由振动而碰撞。
３．采用比例技术实现液压同步控制
卷板机上工作辊左右两侧的压下缸位移同步和两个下工作辊的旋转角位移同步精度直接影响到滚弯和折弯钢板的质量。为了达到同步要求，液压控制系统采用比例电磁控制技术，由直线光栅尺和旋转编码器分别检测直线位移和角位移，检测信号经反馈、比较，一旦出现同步差异，系统快速作出响应，立即自动调整其中一个油缸或油马达的比例阀的输入控制电压大小，比例阀的输出流量随之发生变化，这个油缸或油马达的速度得到调整，两个同步油缸或油马达的位移差或角位移差就会消除，从而实现动态实时同步。
４．采用ＰＬＣ程序控制，实现自动化和实时显示控制
电气控制系统采用ＰＬＣ按预编程序自动完成各机构的动作，通过比例系统实现速度和位置的自动控制。操作除了按钮控制外，还可以通过触摸屏控制，触摸屏集控制、显示于一体，与ＰＬＣ酉ｉ］合后具有信息显示、数字显示、故障诊断、参数设定和编辑、多屏切换和实时控制等功能。
爆闪灯管六．折弯力的确定
本设备具有折弯钢板的功能，由于折弯力要大大高于滚弯力，因此上辊的最大工作压力取决于折弯力的大小（见图５）。而上辊的最大工作压力是卷板机的重要参数，它决定了机架、压下油缸、上下横梁等主要零部件的尺寸，重量和制造成本，因此科学合理地确定折弯力是该设备设计的关键。
１．折弯力理论计算
图５钢板滚弯．折弯（模具）示意
Ｐ＝Ｃ６ｂｔ２Ｂ／Ｌ（１）式中Ｐ一折弯力（ｋＮ）
６ｂ一折弯钢板材料的强度极限（ＭＮ）
ｔ一折弯钢板板厚（衄）
Ｂ一板宽（ｍ）
Ｌ一模具开口度（ｍｍ）
Ｃ一与模具开口度有关的系数（查表）
按折弯最大工件尺寸（板厚×板宽＝２８ｎｌｎｌ×１３ｍ）计算
已知：６ｂ＝５７０ＭＮ（取最大值）ｔ＝２８ｒａｍ
Ｂ＝１３ｍＬ＝３２０ｒａｍ
根据Ｌ／ｔ＝３２０／２８＝１１．４３查表得Ｃ＝１．２４８
代入公式（１）Ｐ＝Ｃ６ｂｔ２Ｂ／Ｌ
＝１．２４８×５７０×２８２×１３／３２０
＝２２６５７ｋＮ
＝２２．６５７ＭＮ
即最大折弯力计算值为２２．６５７ＭＮ。
２．折弯力试验数据
试验设备：德国产６００ｋＮ钢板折弯机（上海重型机器厂理化试验室）
试验材料：Ａ３２船用钢板６ｂｔ＿４５８ＭＰａ（试样拉伸试验实际值）
试验钢板规格：ｔ．＿２８ｍｍＢ－．１４０ｍｍ（ＩＲ三块）试验条件：下支承（下模）开档Ｌｆ－２９０ｍｍ（该试验机最大开档）
钢板折弯到９０。夹角
试验结果：折弯力在折弯过程中先随钢板夹角的变小逐步增大，当夹角达到１０８。左右时出现最大折弯力，然后随钢板夹角的变小折弯力逐步减小。
第一块试板最大折弯力尸．＝２００ｋＮ
６７一－１
万方数据
二二Ｉ国内外动态Ｉｎｔｅｒｎａｌ＆Ｏｖｅｒｓｅａ
Ｔｒｅｎｄ
第二块试板最大折弯力Ｐ’＝２００．９ｋＮ第三块试板最大折弯力Ｐ＇－１９６ｋＮ３．折弯力折算验证
调制解调器固件
将试验数据折算成实际工件钢板折弯所需的折弯力，根据公式（１）推导出折算公式
Ｐ＝Ｃ／Ｃ’ｘ６ｂ／６ｂ’Ｘｔ２／ｔ’２ｘＢ／Ｂ’ＸＬ’／ＬＸＰ’（２）
式中：Ｃ＝１．２４８
６ｂ＝５７０ＭＰａ
ｔ＝２８ｍｍ
Ｂ＝１３ｍ
Ｌ＝３２０ｍｍ
为实际工件钢板数据。
Ｃ，－１．２７（根据Ｌ’／ｔ’＝２９０／２８＝１０．３６查表得到）
６ｂ，－４５８ＭＰａｔ’＝２８ｍｍＢ’＝０．１４ｍ
Ｌ’＿２９０ｍｍＰ’＝２００．９ｋＮ（取三块试板中最大值）
为试验数据。代入公式（２）
Ｐ＝Ｃ／Ｃ’ｘ６ｂ／６ｂ’ｘｔ２／ｔ’２ＸＢ／Ｂ’×Ｌ’／Ｌ×Ｐ’＝１．２４８／１．２７Ｘ５７０／４５８Ｘ２８２／２８２Ｘ１３／０．１４Ｘ２９０／３２０Ｘ２００．９＝２０６７６ｋＮ
＝２０．６７６ＭＮ
厂＋６８
根据试验数据折算得出设备实际所需最大折弯力为２０．６７６ＭＮ。由于理论计算公式中系数Ｃ的取值各国存在一定差异，而折弯力大小对大规格三辊卷板机的造价成本影响很大，通过试验验证可以看出折弯力公式计算值有较大的富余量，考虑到上梁部件自重等因素，最终确定上辊工作压力为２２ＭＮ是比较安全合理的。
七．结语
１６ｍ三辊卷板机由上海重型机器厂有限公司联合中船第九设计研究院共同开发研制已经获得成功并推向了市场，首台产品用于渤海船舶重工集团有限公司，经负荷试车，各项性能指标符合要求，总体水平达到国际先进水平，整机价格仅为国外同类产品的６０％。它的研制成功，打破了大规格卷板机只能依赖国外进口的局面，提升了我国装备制造业水平，对我国造船工
业和国防建设的发展将产生积极意义。
万方数据
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