摘要: 静  压托瓦的工作原理是利用液压油高压产生油膜浮起轧辊，在负载较小的情况下进行轧辊磨削加工，文章介绍了研究静压托瓦的必要性和工作原理及设计，力求实现不同磨床加工的互换性．

      0 前言

      MK84160 轧辊磨床是韶钢工程技术有限公司设备制造事业部唯一对韶钢二轧厂轧辊进行加工的大型重点设备，给轧辊生产组织带来一定的局限性．由于该机床长期每天两班满负荷使用，无法长时间停机进行系统检修，设备故障停机率增加，直接造成轧辊磨床非计划检修较多，随时给生产造成不必要的损失． 为了顺利完成计划性设备大修工作和解决突发事故造成的不必要的损失，需要进行静压托瓦的研究，力求使宽板厂HEＲKULES 轧辊磨床和二轧厂MK84160 轧辊磨床在工作辊的加工上实现互换．

      1、 研究的内容

      根据两台轧辊磨床在加工技术参数和机床性能上进行比较，二轧厂工作辊要在HEＲKULES 宽板数控轧辊磨床进行磨削加工，必需根据工作辊的支承轴颈尺寸设计制作一副静压托瓦．

      HEＲKULES 宽板数控轧辊磨床中心架为静压中心架( 见图1) ，中心架为两层结构，上层为整体式静压托瓦，下层为静压中心架壳体，磨削不同的工件只需更换静压托瓦，静压托瓦为不可调的整体托瓦，托瓦开有两个静压腔，托瓦材料为铝基合金．

      托瓦在设计过程中，考虑到是在宽板磨床静压中心架上增加静压托瓦，因此，静压托瓦底座与静压中心架壳体连接必需按原结构设计，静压托瓦供油系统采用宽板磨床原有供油系统，托瓦与供油系统进油口接头采用“无溢出”式/齐平面液压快换接头与设备本体的接头匹配．

      2 、研究解决的问题

      2． 1 轧辊支撑部位的选择

      在二轧厂工作辊上选取Ф500e8 × 198 作为静压托瓦的工作面，必须符合以下条件:

     1) 粗糙度达到Ｒa 1. 6 以上．

     2) 直径上要有形位公差和尺寸公差限制．
 
     3) 要有180 mm 以上的宽度．

                                            图1 轧辊磨床静压托瓦加工示意

      2． 2 静压托瓦的结构设计

      根据国内目前的机械制造水平，决定将静压托瓦设计为两层，下层为铸件底座( 见图2) ，上层为铸件基体浇巴氏合金托瓦( 见图3) ，托瓦分两层结构设计有一定的好处，首先降低静压托瓦制造难度( 托瓦底面为Ｒ800 的大圆弧) ，其次在两层之间由于有一调整垫片，工件中心高也易于保证，并且当机床由于某种原因造成托瓦损伤时，只需更换巴氏合金托瓦或重新浇巴氏合金．

                                        图2 托瓦下层示意

       
  
                                        图3 托瓦上层示意

      2． 3 静压托瓦密封面达到的效果

      在确保HEＲKULES 宽板数控轧辊磨床静压中心架液压参数不变的情况下，流量20 L /min、工作压力，3MPa 保证工作辊辊的浮起量至少在0. 08 mm以上，达到磨削加工的最佳状态．

      3 、研究方法的原理

 
      3． 1 工作辊主要参数

      工作辊主要参数: 磨削直径: 810 mm; 磨削长度: 2 500 mm; 工件长度: 5 890 mm; 工件重量:14 798 kg; 工件支承直径: 500 mm; 工件表面粗糙度: Ｒa1. 6; 圆柱度: 0. 05 /1000．

      3． 2 托瓦底座的强度校核

      由于托瓦底座只受挤压力，因此，只校核底座机械强度和挤压强度，托瓦底座按承载30 吨工件进行强度校核．

      1) 校核机械强度

      2) 校核挤压强度

      3． 3 静压托瓦计算

  
      1) 静压托瓦的承载能力F 及刚度J 为:

      静压托瓦最大承载能力时的λ，( a) 式对入求导得:

      即当λ = 1 时，静压托瓦最大承载能力Fmax 为

      ( d) 式为静压托瓦最佳刚度表达式，式中

      其中: Ｒ 为托瓦半径( cm) ，L 为油径长度( cm) ，L1为轴向封油面长度( cm) ，Q1为油腔张角之半，Q2为油腔中心线与周向封油面边上的夹角．

      单个静压托瓦最大总承载能力FF = 2 × 4 623. 1 = 9 246. 2 kg

      2) 静压托瓦流量计算

       静压托瓦所需总流量为10． 56 L /min

      3) 油泵功率

      通过上述计算，可以看出静压托瓦所需的流量和压力远小HEＲKULES 宽板数控轧辊磨床静压中心架供油压力( 35 kg·f) 和流量( 20 L /min) ，而静压托瓦最大承载力184 92. 4 kg 又远大于二轧厂工作辊( 14 798 kg) ，完全能够满足轧辊加工要求．

      4) 研究过程

      按照设计原理，结合现有HEＲKULES 轧辊磨床配置的Ф850 静压托瓦的外形尺寸、材质、工艺性能要求进行现场测绘，对静压托瓦瓦面按设计要求重新绘制，对设计方案和整套加工图纸进行细致的讨论，确定最终加工制作图．

     托瓦在设计过程中，考虑到是在宽板磨床静压中心架上增加静压托瓦，因此，静压托瓦底座与静压中心架壳体连接必需按原结构设计，静压托瓦供油系统采用宽板磨床供油系统．

      组织自身专业人员，研发完成Ф500 静压托瓦后，在HEＲKULES 轧辊磨床上进行安装、调试．用着色法检查托瓦底座Ｒ800 圆弧、Ｒ250 圆弧接触面，调整静压托瓦间隙和液压系统参数，满足压力35 bar、浮起量80 ～ 100 μm 的要求，并进行二轧工作辊的磨削加工全过程操作．

      4 、研究效果

      通过此次HEＲKULES 轧辊磨床中心架Φ500静压托瓦研发，解决了HEＲKULES 轧辊磨床轧辊加工在韶钢的通用性，可进行宽板厂和二轧厂工作辊的磨削，缓解了因为设备的不确定因数对二轧厂生产造成的影响，避免了不必要的损失．

      从实际使用情况来看，完全能够达到研发的预期效果，对二轧厂工作辊的磨削加工，经检测完全达到二轧厂对轧辊的使用要求．

      5 、结论

      综合上述研发的实际效果和前景推广，HEＲKULES 轧辊磨床中心架Φ500 静压托瓦研发是成功的，达到了预期效果，充分实现现有机加工设备资源整合利用，将设备因素造成的损失降到最低，为二轧厂生产顺利进行保驾护航，以创造更大经济效益．

      静压托瓦研发发现，对专用设备的单一性进行研发、改造，尽可能的扩大其通用性，发挥设备的最大潜能，可为公司实现效益最大化作贡献． 下一步可推广到在二轧轧辊磨床( MK84160) 上对宽板厂工作辊的磨削加工，力求实现两台设备的加工互换性．