鋼筋矯直切斷機的設計

1緒論CAD圖紙，聯(lián)系153893706 11國內外鋼筋矯直切斷技術的發(fā)展狀況 鋼筋矯直切斷機在建筑行業(yè)運用廣泛，國內外對鋼筋矯直切斷機的研究也比較多，國內對于鋼筋矯直切斷機的需求空間很廣，但國內的矯直切斷機只能滿足一般的需求，對于一些矯直精度較高，切斷質量要求也較高的鋼筋就無法滿足了，需要從國外進口有關設備，總體來說國內的技術還落后于國外。由于冷軋帶肋鋼筋需要經(jīng)矯直切斷后才可使用，但目前對于冷軋帶肋鋼筋矯直的理論研究還不是很完善，冷軋帶肋鋼筋矯直的無劃傷問題一直沒有得到很好的解決，冷軋帶肋鋼筋矯直機的系統(tǒng)參數(shù)設計也主要是依據(jù)普通圓鋼筋矯直機的有關參數(shù)。國內還沒有能滿足矯直性能要求的數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機，而從國外進口一臺數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機需要8萬美元，一般用戶難以承擔。市場上急需一種矯直質量較好、自動化程度及生產(chǎn)效率較高的矯直切斷機。國內的機器最缺少的技術就是矯直技術了，而這一方面國際上有些國家發(fā)展的較好，如前蘇聯(lián)，德國和日本在這方面起步較早。國內有關技術人員也在矯直理論和技術的研究方面作出了很大的努力，其中有部分成果的水平居領先地位，如列入1998河北省企業(yè)技術開發(fā)第二批計劃的GTK6/12數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機已經(jīng)解決了有關技術上的難題其水平已達到國內領先地位，它在提高矯直質量、保證矯直后鋼筋表面無劃傷的基礎上，采用了數(shù)控技術，提高了自動化程度，實現(xiàn)了自動定長切斷、記數(shù)（鋼筋長度、單根重量、總重、鋼筋總數(shù)）及自動停車等功能。12冷軋帶肋鋼筋的概述121鋼筋的種類建筑上常用的鋼筋分為熱軋鋼筋，冷拉鋼筋，熱處理鋼筋，鋼絲和鋼絞線等許多類。 在常溫下對鋼筋進行加工稱為“冷加工”。用冷加工方法可以使熱軋鋼筋的強度得以提高，是節(jié)約鋼材行之有效的方法之一。常用的冷加工方法有冷拉和冷拔兩種，近十年來，又發(fā)展了冷軋和冷軋扭等方法。 冷軋帶肋鋼筋是采用強度較低，塑性較好的普通低碳鋼或低合金鋼熱軋圓棚條鋼筋為母材，經(jīng)冷軋或冷拔工藝減徑后在其表面冷軋成具有三面或兩面月牙形的鋼筋。軋制冷軋帶肋鋼筋的普通低碳鋼牌號為Q215和Q235熱軋圓盤條鋼筋，低合金鋼牌號有24MnTi和20MnTi等熱軋圓盤條鋼筋。鑒于目前國內生產(chǎn)的冷軋帶肋鋼筋的母材品種較多，冷軋加工工藝也不盡相同，冷軋帶肋鋼筋的強度差異較大，國際冷軋帶肋鋼筋將冷軋帶肋鋼筋分為LL550、LL650、和LL800三個級別。在本課題中所設計的鋼筋基本性能。LL550級鋼筋強度較低，主要用以替代鋼筋混凝土結構中的小直徑熱軋I級光圓鋼筋，做鋼筋混凝土機構中的受力鋼筋、架立鋼筋、分布鋼筋。LL550級鋼筋宜用Q215熱軋圓盤防金軋制，鋼筋的公稱直徑有4、5、6、7、8、9、10、12mm八種規(guī)格。冷軋帶肋鋼筋是近三十多年國外發(fā)展的一個新鋼種，具有抗拉強度高和延伸率好的特性，與普通熱軋線材比較，可節(jié)約金屬材料3040%以上，并使鋼筋混凝土強度和預應力混凝土構件強度提高，節(jié)約水泥。1968年由德國、荷蘭、比利時研制成功，七十年代在歐美得到了大力發(fā)展應用，并有各自相應的國家標準。我國起步較晚，自八十年代后期起，我國開始引進冷軋帶肋鋼筋生產(chǎn)設備。先后有南京、蘇州、上海、青島等地分別從德國、意大利等國引進11套設備。九十年代中期又有安徽、廣東、江蘇等省的合資或外商獨資企業(yè)，從國外引進幾條生產(chǎn)線。與此同時，國內有些科研單位和企業(yè)著手研制或仿制冷軋設備。迄今已有十多個單位在生產(chǎn)和銷售冷軋帶肋鋼筋全套設備，分布于北京、遼寧、江蘇、河北、天津等地。國家科委已將冷軋帶肋鋼筋列入國家重點推廣項目。建設部將它納入“九五”期間建筑業(yè)重點推廣的10項新技術之一。1997年8月，建設部將國家跨世紀重大技術推廣工作命名為“廣廈工程”，冷軋帶肋鋼筋的推廣作為“廣廈工程”的先期啟動項目最先開始實施。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅1998年全國的推廣量已超過60萬噸。用于城鄉(xiāng)住宅及公共建設的建筑面積達1.5億平方米，今后還將有較大的增長。1.22冷軋帶肋鋼筋的表面形式我國生產(chǎn)的冷軋戴了鋼筋大部分為三面帶有月牙形橫肋，鋼筋的外形如圖1-1示。橫肋沿鋼筋橫截面周圈上分布，且其中必須有一面的方向與另兩面反向。肋中心線與鋼筋縱軸夾角B為4060。肋兩側面與鋼筋表面斜角a不得小于45。肋間隙總和應不大于公稱周長的20%，即。相對肋面積f按下式計算：式中 K=3（三面帶肋）；F一個肋的縱向截面積：B肋與鋼筋軸線的夾角；D鋼筋公稱直徑；C肋的間距。在生產(chǎn)實際中，除三面冷軋帶肋鋼筋外，還有少數(shù)廠家生產(chǎn)兩面帶肋的冷軋鋼筋，有的生產(chǎn)表面有壓痕的冷軋帶肋鋼筋。個別廠家還生產(chǎn)表面帶陰螺紋的冷軋鋼筋，以減少肋造成的應力集中現(xiàn)象。根據(jù)許多單位所做的材料性能實驗，兩面冷軋帶肋鋼筋與三面冷軋帶肋鋼筋的力學性能并無顯著的區(qū)別。GB13788-92和冷軋帶肋鋼筋混凝土結構技術規(guī)程未將兩種帶肋鋼筋的力學性能加以區(qū)別。同時考慮到三面冷軋帶肋鋼筋應用最廣泛，在本文設計計算中將參考三面冷軋帶肋鋼筋的各方面參數(shù)。1.2.3 冷軋帶肋鋼筋基本性能由圖1-2可知，冷軋帶肋鋼筋均無物理屈服點的硬鋼，則條件屈服強度采用，圖中所示，其曲線表現(xiàn)一段較長的非彈性過程，說明彈性和塑性關系比較優(yōu)化，綜合力學性能較好。對于LL550級鋼筋，相當于0.91 ，伸長率按計算，在新制定的國家標準中，LL550級鋼筋伸長率 8%，與國際標準規(guī)定相同。LL550級冷軋帶肋鋼筋的曲強比在0.9左右。JGJ95-95編制組根據(jù)LL550，LL650和LL800級三種強度級別，測得冷軋帶肋鋼筋的彈性模量變化范圍為（1.8881.984）x ，鋼筋的彈性模量E=1.9x .13課題的提出和意義 我們所設計的該種鋼筋切斷機在參考國內已有機型的基礎上加以改進，減低了成本，在矯直技術上又加以改進，增加了行程開關使其可以自動定長切斷，承料槽也加以改進，使得鋼筋可以自動落下，上面研究重點即課題研究內容：1. 針對冷軋帶肋鋼筋，提出新的系統(tǒng)參數(shù)設計，提高矯直質量、保證矯直后鋼筋表面無劃傷。2. 針對新的輥系配置方案，確定力學模型，精確矯直功率計算。3. 提高效率，使得矯直速度達到36m/min,提高了效率，但提高矯直速度的同時又要保證矯直質量。4. 定尺切斷，在36m/min的條件下進行切斷，且達到切斷誤差小于5mm。5. 采用行程開關提高自動化程度。實現(xiàn)自動定長剪切，鋼筋可以自動落料。2 鋼筋矯直理論及金屬材料的彈塑性彎曲21矯直理論與技術總體概況冷軋帶肋鋼筋具備十分顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，因此將得到廣泛應用。但是由于冷軋帶肋鋼筋直徑較細和受加工方法的限制，一般都是成卷供貨。在使用過程中，除采用長線臺座先張法生產(chǎn)預應力空心板等構件不存在矯直外，采用短線法生產(chǎn)預應力構件以及做非預應力鋼筋用時，一般多需要經(jīng)過矯直處理后方可以使用，否則混凝土構件中的曲折鋼筋將會影響構件受力性能。因此，鋼筋矯直是鋼筋加工中的一項重要工序。鋼筋矯直切斷機能自動矯直和定尺切斷鋼筋，并可清除鋼筋表面的氧化皮和污跡。同時要求矯直后鋼筋表面無劃傷、無扭轉、強度不受損失、切斷長度準確。因此，對冷軋帶肋鋼筋采用的精整技術矯直工藝和技術的研究，其作用就愈為突出。對矯直技術和理論的研究，目的在于正確的分析和描述矯直過程中呈現(xiàn)的一系列現(xiàn)象，尋求和實際相吻合的規(guī)律；確定矯直參數(shù)見的相互關系，用以指導生產(chǎn)；研制和開發(fā)新型、高效、高精度的矯直設備，使鋼材產(chǎn)品的質量和精度不斷得到提高。國外對矯直理論和技術的研究起步較早，具有相當?shù)膹V泛性，取得了許多研究成果。許多成果已應用于實際生產(chǎn)中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。矯直技術發(fā)達的國家，如前蘇聯(lián)、德國、英國和日本等，從四十年代起，生產(chǎn)的矯直設備就形成了系列產(chǎn)品，在矯直理論、工藝和設備的研究方面也作了大量的工作，并取得了一批較有影響的成果。國內有關的技術人員在矯直理論和技術的研究方面亦作出了很大的努力，使矯直理論和技術的研究工作得到了廣泛的重視，并取得了不少令人屬目的研究成果。其中部分成果的水平居領先地位。隨各行業(yè)對矯直設備的種類、數(shù)量日益增加的需要，我國目前已形成了自行設計和生產(chǎn)板、帶、線、型、管材的矯直設備的能力，設備的精度和控制水平也不斷提高。在引進和吸收國外先進的矯直設備和技術的基礎上，更加高效，高精度的矯直設備相續(xù)問世，不斷的推動矯直理論和技術的研究工作向前發(fā)展。211 國內外對矯直理論和技術的研究綜述 新的矯直設備的出現(xiàn)及矯直技術的新發(fā)展，必然在很多方面引起對矯直理論和技術的深入研究。目前，國內外有關這方面的研究工作抓喲集中在以下幾個新型矯直設備的研制、開發(fā)和改進；產(chǎn)品矯直精度的提高？。212 矯直基本理論和技術的研究 在矯直基本理論和技術的研究方面，國外發(fā)展的較早。二十世紀六十年代，前蘇聯(lián)的一些研究人員就發(fā)表了全面系統(tǒng)的論述和分析管材的矯直理論、矯直工藝以及介紹管材矯直機的基本型式和結構的文獻？/近些年來，國內外的科技人員對矯直參數(shù)問題作了很多研究。Ruppin深入探討了多輥彎曲矯直過程中軸向拉伸載荷和壓下量的關系，并對壓下量和矯直效果的關系做了詳細的研究，得到了一些有意義的結論；Rrdolf Bruhl 應用旋轉矯直機矯直，深入研究了矯直工藝對線材性能的影響，給出了詳細的實驗數(shù)據(jù)，指出鋼筋矯直后一般表現(xiàn)為延伸率增大，強度降低，矯直后抗拉強度值平均下降5%？。德國的W.Uerche 分析了輥式矯直提高棒、帶性能的先決條件和可能性？；Fryderyk Knap 認為彎曲后的殘余應力是彎曲時的應力和卸載應力的集合疊加，最大殘余應力發(fā)生在介于線材中心和表面的區(qū)域，彎曲半徑越小，殘余應力越大，其研究結果表明，輥式矯直也可以看成彎曲變形，多輥單方向矯直就可以顯著降低殘余應力，矯直過程中大的彎曲半徑對殘余應力的消除是有利的？。同時許多研究人員對矯直機結構參數(shù)也進行了較為深入的研究。結構參數(shù)包括矯直輥的傾斜角度、反彎曲率、接觸長度、輥身長度及輥型曲線等，而對矯直輥輥型的設計和研究一直是矯直機結構單數(shù)研究的中心。資料針對在管棒材矯直機的輥型研究中均假定矯直過程中管棒材是理想圓柱體，而與實際情況中管棒材均呈彎曲狀態(tài)的情況不相符合的問題，作者由等距曲面的觀點出發(fā)，研究了管棒材呈彎曲狀態(tài)時與之接觸的輥型曲面，而且討論了矯直輥的角度調整問題，使得在實際中得到更好的接觸狀態(tài)。文獻中/則簡化現(xiàn)有的輥型曲線的理論公式，通過引入無量綱的中間變量U，使得用參數(shù)方程表達的輥型曲線方程式變得便于記憶和求解。文獻中對有關問題的簡單、直觀及實用的處理方法在設計中有較好的借鑒作用。文獻5在國內外對輥型研究成果的基礎上，對直圓材全接觸雙曲線輥型的研究成果進行了系統(tǒng)的總結，并提出了高度概括性的意見，找出了更為簡明的計算方法和輥型曲線的作圖方法。在文獻13中德國的W.Guericke 確定矯直扭矩時，考慮了塑性變形區(qū)的長度和旋轉彎曲的變形能，使得計算結果的精度得到提高；文獻14對“313”鋼管矯直機的矯直力、矯直功率的計算進行了分析，并引入了疊加原理，對矯直機的設計工作有一定的參考價值。213對矯直設備和矯直質量的研究 對于理論的研究就是為了更好的指導實踐，所以改進現(xiàn)有的矯直設備，研制和開發(fā)新的設備以及不斷的提高矯直質量，一直是研究工作者的目標。文獻1523均涉及了這個問題，其中，文獻15對提高管材的矯直精度的途徑進行了探討和試驗。提出了“綜合矯直”的理論觀點，使多種矯直效果疊加和鞏固，進而提高了矯直效果。文16論述了提高矯直質量的先覺條件和可能性，即增加被矯軋材的塑性變形區(qū)的長度。文獻1723各自發(fā)表了所研制的管材的新型矯直機，從各個不同的角度使管棒材矯直的精度、生產(chǎn)率和矯直機的適用范圍等個方面得到了提高。在眾多的文獻中，文獻3/在使矯直理論系統(tǒng)化方面進行了總結。提出了在各種矯直條件下矯直機的力能參數(shù)、工藝參數(shù)和結構參數(shù)的計算和確定方法；同時還介紹了許多現(xiàn)代矯直技術和工藝。22對鋼筋類金屬材料彈塑性彎曲的分析221概述 鋼筋在矯直機上被矯直,是通過自身的彈塑性彎曲變形來實現(xiàn)的。因此，探究鋼筋的矯直原理以及制定矯直方案應從研究金屬材料的彈塑性彎曲變形著手。 金屬材料的彈塑性彎曲變形過程在外力矩作用下的彎曲階段和外力矩去除后的彈性恢復階段組成。金屬材料在外力矩的作用下彎曲時，除中性層因應力為零不會變形外，其它各層縱向纖維都要發(fā)生伸長或縮短的變形。外力矩去除后的變形恢復是個內力釋放過程，亦稱彈性恢復。金屬材料在矯直過程中的彈塑性彎曲變形是既有彈性變形又有塑性變形的彎曲，彎曲變形達到屈服極限之前，各條縱向纖維的變形可以看作簡單的拉（壓）變形，應力與應變之間的關系遵守虎克定律。彎曲變形達到屈服極限以后，縱向纖維的應力與應變的關系呈現(xiàn)為增量的線形關系，而且必然有一部分變形得不到恢復被保留下來而成為永久變形。因此，總變形應包括彈性恢復變形和永久變形或稱殘余變形。對于彎曲，只能說總彎曲包括彈性彎曲和塑性彎曲，塑性彎曲并不等于殘余彎曲。僅僅在原始為平直狀態(tài)下進行彎曲時，彈復后的殘余彎曲才等于塑性彎曲。一般的彈塑性彎曲不僅其縱向纖維既有彈性變形又有塑性變形，而且也包含外層纖維的彈塑性變形與內層纖維的純彈性變形的雙重含義。在彎曲方式上，有受彎矩作用的純彎曲；有受橫向載荷作用的梁彎曲；有繞過圓柱體受拉力作用而產(chǎn)生的拉彎；有圓形材料在旋轉中受橫向載荷作用而產(chǎn)生的旋轉彎曲如圖2-1所示；有板材在軋制過程中由于變形不均而產(chǎn)生的雙向波浪彎曲。前三種彎曲都屬于單方向的彎曲，稱之為一維彎曲；旋轉彎曲與波浪彎曲為二維彎曲；綜合彎曲為三維彎曲。 實際上，在彎曲過程中，彎曲變形的應力應變關系不能簡化為簡單彎曲或壓縮的應力應變關系。在金屬材料的橫截面上，除表層和中性層以外，各層均處于三向應力狀態(tài)，如圖2-2所示。材料橫截面上所發(fā)生的應力應變關系只與彎曲程度有關。在材料的縱向，應力應變的分布與變化情況隨彎曲的類型而異。在純彎曲的情況下，材料縱向各截面的應力應變都是一樣的。在受橫向集中載荷壓彎的情況下，塑性變形區(qū)按拋物線規(guī)律沿縱向分布在兩個邊層之間，如圖2-3 所示。在受均布載荷的橫向壓力下，塑性變形區(qū)按雙曲線規(guī)律分布在兩個邊層之間，如圖2-3 所示。拉彎時，塑性變形區(qū)將按一個特殊的曲線規(guī)律分布在邊層，如圖2-3 所示。根據(jù)平截面原理，各層纖維的變形協(xié)調關系必然是線形的，而且塑性變形必將由最外層纖維開始。由于鋼筋的彎曲與矯直過程中曲率半徑值比其本身直徑大得多，從塑性變形的最外層到最內層，縱向應力都可按1或1.151取值，為了便于理論分析，縱向應力極限都按取值，造成的誤差是不大的，也就是不計三向應力的影響來處理鋼筋的彎曲和矯直問題。2.22彈塑性彎曲的變形過程 軋件在矯直機上的彈塑性彎曲的變形過程，實際上是一個橫向彎曲過程。矯直時，軋件在橫向力作用下產(chǎn)生彎曲變形，纖維的變形如圖2-4所示。根據(jù)外載荷的大小，軋件的彎曲變形有如下三種情況：（1）純彈性彎曲變形 在外載荷作用下，其所受外力矩較小，軋件表層的最大應力小于材料的屈服極限（其應力狀態(tài)如圖2-5a所示），其余各層的縱向纖維都處于彈性變形狀態(tài)。外載荷去除后，在彈性內力矩作用下，各層縱向纖維的變形將全部恢復。這種彎曲變形稱之為純彈性變形。這是最大的彈性彎曲狀態(tài)，又是最小的彈塑性彎曲狀態(tài)。（2）彈塑性彎曲 隨著外載荷的增加，軋件各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當所受外力矩達到一定數(shù)值后，軋件表層縱向纖維應力超過了材料的屈服極限，靠近表面層一部分區(qū)域的纖維層產(chǎn)生塑性變形。外力矩越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴展的深度越大（其應力狀態(tài)如圖2-5b所示）。去除外載荷后，在彈性內力矩作用下，各層縱向纖維的變形可彈性恢復一部分，但無法全部恢復，軋件中將保留殘余應變和殘余應力。這種彎曲變形稱為彈塑性彎曲變形。（3）純塑性彎曲變形 隨著外載荷的繼續(xù)增大，整個軋件斷面上的縱向纖維應力都超過了材料的屈服極限（其應力狀態(tài)如圖2-5c所示），所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)。去除外載荷后，在彈性外力矩作用下，縱向纖維的變形只能恢復彈性變形部分。這種彎曲變形稱為純塑性彎曲變形。由此可知：（a）在外載荷的作用下，有軋件中同時有彈性變形和塑性變形的彎曲變形稱為彈塑性變形；（b）軋件彈塑性彎曲變形過程由兩部分組成；在外載荷的作用下的彈塑性彎曲階段和去除外載荷后的彈性恢復階段。223彈塑性彎曲的彎矩2231理想金屬材料彈塑性彎曲的彎矩 彎矩是引起軋件彎曲變形的外因，任何彎曲狀態(tài)都是內力與外力平衡的結果。在這里，本文只討論圓形斷面金屬材料的彎矩。按圖2-6的應力應變模型，求其彈塑性彎矩為將=z/R代入上式，積分后將=R/R代入并整理，得式中彈區(qū)比，= M彈性極限彎矩，其塑彎比為當>0時,得最大塑彎比為1.7，則最大彈塑性彎矩為1.7Mt。 為了在以后矯直理論分析的需要，下面對原形彎曲塑性區(qū)的分布規(guī)律加以明確。按圖2-7及內外彎矩的平衡條件可知故 這是一條類似立方拋物線的-x曲線，它隨L及F值的改變而改變。如使材料中點受力最大，即達到極限彈塑性彎矩時，得將此值代入式（2-2）后，得式（2-3）表示一條在材料中點產(chǎn)生“塑性鉸”的塑性區(qū)分布規(guī)律的曲線，圖2-7中的-x曲線。在最大載荷情況下，極限彈塑性彎矩Mt發(fā)生在 處，即材料中點兩側0.21L范圍內為塑性變形區(qū)S=0.42L. 在這種載荷作用下,塑性區(qū)內各截面的塑彎比 的變化規(guī)律可由下式看出 與x的線形關系,它同圖上M-x曲線的Mt以下部分是一致的。 圓材的 關系，即式（2-1）所代表的曲線，與-x曲線相似而方向反。224 強化金屬材料彈塑性彎曲的彎矩冷軋帶肋鋼筋為強化金屬材料。由于強化金屬材料的屈服限不大明顯，在塑性區(qū)內存在著彈性增強現(xiàn)象；塑性區(qū)的范圍又較窄，容易出現(xiàn)表面裂紋損傷等原因。要使軋件產(chǎn)生足夠的塑性變形，常需適當加大其彎曲程度和增加彎曲次數(shù)。這就要求盡量精確的計算其彎曲力矩和其彎矩的最大許可值，以及與此最大許可值相對應的最大彎曲程度，以此來確定其設備能力和工藝方案。由塑彎比強化法則，即強化材料的塑彎比等于理想塑彎比減去強化系數(shù)與理想塑彎比的乘積，再加上強化系數(shù)與彈區(qū)比的比值。得圓形斷面塑彎比為 其強化彎矩為由式（2-5）式中邊層應力比； 邊層最大應力。代入（2-4）中，求出225彈塑性彎曲的變形能2251一次彎曲的變形能 材料彎曲時外力作功的一部分用于彈性變形；另一部分用于塑性變形；還有一小部分變成熱量而散失。為了計算矯直功率，需要把它們分開計算出來，首先討論的是前兩種變形所需之能量。計算彈塑性彎曲變形能可以采取兩種方法：一是用彎矩曲率關系式，即MC曲線進行積分求得；另一是采用變形與壓力關系的積分求得。由文獻25的理想金屬的一次彎曲變形能為其中 彈性變形能，E塑性變形能，即對于多次彎曲，第二次彎曲的屈服點稍有降低，其余各次彎曲的屈服點基本一致，可以認為矯直過程中的反復彎曲所需之彎矩和變形功基本不受彎曲次數(shù)的影響，而只與彎曲程度有關。也就是說，一次彎曲與多次反復彎曲，其變形能的計算方法是一樣的，兩者只有次數(shù)之差。2252強化金屬材料的彎曲變形能 如前所述，則在考慮強化金屬材料的一維彎曲變形能時，只需求出一次彎曲變形能即可。對于圓形斷面材料，按圖2-8和圖2-9，先寫出彈性變形能積分式將; ;代入上式， 可得塑性變形能的積分式為積分得總變形能為彈性變形能和塑性變形能之和，當彎曲次數(shù)為n時，式2-10乘以n即可。226旋轉彎曲的變形能2261理想金屬旋轉彎曲的變形能 旋轉彎曲的彈塑性變形常發(fā)生在軸類零件的超負荷工作中及圓材旋轉矯直過程中。在本課題中，轉轂轉動而鋼筋只向前運動，但這與一般形式斜 矯直中（鋼筋旋轉前進），矯直 與被矯直鋼筋的相對運動方式一樣。因此，在這里仍采用旋轉彎曲這一概念。為了分析上的方便，取單位長度圓材，求出其在彈塑性彎曲狀態(tài)下，轉轂旋轉一周時所需能量。按圖2-10所示的圓形斷面瞬時應力應變模型，轉轂旋轉一周后，在斷面上形成彈塑性變形的環(huán)形區(qū)，其寬度在Rt與R兩個半徑區(qū)。Rt以內的圓面積為純彈性變形區(qū)。在這個區(qū)域內彈性變形將隨著轉 的旋轉，一邊增加，一邊彈回。在轉轂旋轉一周內，圓材每條縱向纖維所消化的能量和所反饋的能量是相等的。因此其彎曲狀態(tài)就是它的彈性變形的能量狀態(tài)，同一次彎曲的彈性變形能相同。而塑性變形，以微小面積dA來說，轉轂由零位轉到/2時，為鋼筋逐漸拉伸過程；轉轂由/2轉到時，是鋼筋的彈性變形部分得到恢復，塑性變形部分被殘留下來的過程；轉轂由轉到3/2時，將是鋼筋的逐漸壓縮過程，轉轂由3/2轉到2時，將是鋼筋壓縮得到恢復、塑性壓縮被殘留下來的過程。因此，轉轂旋轉一周之后，純消耗的能量是塑性變形能。于是旋轉彎曲的彈性變形能可由文獻3中的一次彎曲彈性變形能求出而塑性變形能可由下面的積分式求出將 代入上式，積分整理得壓彎之后的總的變形能為 23本章小結本章運用材料力學和彈塑性力學的基本原理，分析了金屬材料彈塑性彎曲的變形過程，引入彈區(qū)比的概念，并應用彈區(qū)比系數(shù)，強化系數(shù)，推導計算了強化金屬材料的彈塑性彎曲的彎矩。運用變形能概念，詳述了理想金屬材料和強化金屬材料的一次彎曲和多次彎曲過程，及其旋轉彎曲過程，并計算了相應的變形能公式，為以后的矯直力功率的計算打下了理論基礎，為進一步闡述矯直原理作了很好的理論鋪墊。3 矯直裝置的選取和分析3.1矯直原理可用于盤條料矯直的方法有反彎矯直、拉伸矯直、拉彎矯直及旋轉矯直等。3.1.1反彎矯直、拉伸矯直及拉彎矯直反彎矯直是發(fā)展最早的矯直方法，它是直觀地將彎曲的金屬條料，根據(jù)原始的彎曲程度不同，加以不同程度的反向彎曲，達到矯直的目的。為適應大量生產(chǎn)的要求，常采用一種連續(xù)式多輥遞減壓下的反彎矯直方法。該方法比較適合于板材的一維彎曲矯直。拉伸矯直法是不管軋材原始彎曲形態(tài)如何，只要拉伸變形超過金屬的屈服極限，并達到一定程度，使各條縱向纖維的彈復能力趨于一致。這樣在彈復后，軋材即被矯直。拉伸矯直是全斷面同時被拉伸，容易拉裂或拉斷軋材，如果在拉伸的同時加上反復的彎曲，則各斷面將在不同時間內，兩側都受到較大的拉伸變形，從而取得很好的矯直效果，這就是拉伸矯直。 拉伸和拉彎矯直雖然動力消耗小，但矯直設備縱向長度太長，不宜和剪切機配合使用。并且比較適合薄板矯直，對于盤條料，斷面常為圓形，由于在全圓周各個方向上抗彎能力的一致性，造成了圓材彎曲方向的隨機不定，所以采用平面性多輥反彎矯直法對圓材進行矯直，很難達到滿意的矯直下效果。從以上的分析可看出，反彎矯直、拉伸矯直和拉彎矯直方法都不太適合盤條料的高效矯直。3.1.2旋轉矯直 鑒于單純的反彎矯直存在上述問題，針對具有圓斷面或類圓斷面的棒材，如果棒材能一面旋轉，一面進行反彎矯直，正好可以得到全圓周性的矯直效果。圓材軸向纖維在經(jīng)受了較大的彈塑性變形后，彈復能力逐漸趨于一致，這種變形的反復次數(shù)越多，彈復能力越接近一致，矯直質量越好。在旋轉矯直中最常見的方法是多斜輥矯直，在一般斜輥矯直機中，被矯直鋼筋一邊旋轉，一邊進行反彎矯直，在螺旋前進過程中各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲，得到全周性的矯直效果。據(jù)圖3-1得出一般斜輥矯直機 子與鋼筋的轉速，分別如下： （3-1） （3-2）式中 v-矯直速度（mm/min）； D-輥子轉動直徑（mm）； d-鋼筋公稱直徑（mm）； a-輥子傾斜角度（。）。由式（3-2）可看出，當d值減少而其它條件不變時，nd值會增大。另一方面，為保證一定的生產(chǎn)率（以重量計），nd值將進一步增大，產(chǎn)生很大的離心力，由此在導向裝置上將產(chǎn)生很大的沖擊、振動和噪音。另外，鋼筋長度較長時容易產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象，有時可能造成人身事故。當 值超過一定數(shù)值時，鋼筋加劇振動，撞擊設備，產(chǎn)生擦傷和扭曲現(xiàn)象。顯然，這種旋轉矯直方法，也不適合于盤條料的邊開卷邊矯直的生產(chǎn)要求。所以，當矯直直徑小的盤料鋼筋時，采用轉轂式矯直機。圖3-1 斜輥矯直時鋼筋與矯直輥的關系轉轂矯直也是一種旋轉矯直方法，但該矯直方法是利用轉轂的旋轉代替圓材的旋轉，可達到同樣的矯直目的。而且由于圓材不旋轉，因此很適合于邊開卷邊矯直的盤料。3.1.2.1孔模式轉轂矯直法 如圖3-2所示為轉轂矯直法中的一種孔模式轉轂矯直裝置的簡圖。它是發(fā)展最早的一種轉轂矯直裝置。由于孔模的交錯布置，使圓材在前進中要經(jīng)受多次反彎?？啄?shù)越多，反彎次數(shù)越多。這個彎曲次數(shù)屬于低頻彎曲次數(shù)。由于孔模隨轉轂旋轉，由此圓材的彎曲變成了全圓周性的旋轉彎曲，它屬于高頻彎曲。但由于孔模沒有送料作用，故在轉轂前后要裝設送料和拉料輥子，轉轂矯直機所用的孔模按等間距配置在轉轂內，其交錯的偏心量可調，孔模的形狀可作成圓孔形或開口形，如圖3-2所示。兩端孔模起定位作用，中間孔模起反彎作用，孔模常采用偶數(shù)個，以減少偏心量。拉料輥與送料輥同時工作，因此兩者常采用一個電機帶動。1-送料輥 2-轉轂 3-孔模 4-拉料輥圖3-2 孔模式轉轂矯直機簡圖但孔模式轉轂矯直本身有許多缺點：1）摩擦損失大；2）孔模的消耗大；3）圓材表面容易損傷；4）頭部送料困難；5）因轉動摩擦力很大，盤料尾部常隨轉轂轉動，得不到矯直，造成損耗大；6）送料受阻時，孔模將把條材磨細，甚至磨斷。采用斜輥代替孔模，即斜輥式轉轂矯直，會顯著地克服上述缺點。因而又發(fā)展了斜輥式轉轂矯直方法。3.1.2.2斜輥式轉轂矯直法 轉轂內裝有多個傾斜布置的矯直輥，與鋼筋保持相適應的角度，構成多個彎曲單元。矯直過程中，斜輥隨轉轂高速公轉的同時，斜輥繞本身軸線自轉，鋼筋從矯直輥所形成的孔形中通過（鋼筋被拉動而不轉動），在前進過程中鋼筋各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲，得到全周性的矯直效果。圓材軸向纖維經(jīng)受較大的彈塑性變形后，彈復能力逐漸趨于一致。各條軸向纖維在全長范圍上都經(jīng)過數(shù)次以上的由小到大，再由大到小的拉壓變形。在此過程中，即使由于原始狀態(tài)不同而經(jīng)受的變形量互有差異，但只要變形是足夠的，彈復能力就必將是接近的。這種變形反復次數(shù)越多，彈復能力越接近一致，矯直質量越好。該方法用斜輥代替孔模，以克服上述孔模式矯直的缺點。同時斜輥還有送料作用，使牽引輥消耗的功率減少很多甚至僅起導向作用，其矯直原理和斜輥矯直機一樣。圖3-3所示為多輥式轉轂矯直機簡圖，也可以采用二輥式轉轂矯直方法，這種矯直機的牽引輥只需考慮承受一定的壓緊力，以保證圓材不隨轉轂轉動。1- 鋼筋 2-轉轂 3-矯直輥 圖3-3多輥式轉轂矯直機簡圖采用斜輥式轉轂矯直機矯直的優(yōu)點是：（1）鋼筋在矯直過程中不旋轉，沒有甩尾現(xiàn)象，鋼筋表面不受損傷，特別適合帶肋鋼筋的矯直。（2）由于采用復合輥系，個，鋼筋在全長范圍內都獲得了矯直，矯直精度高。同時也克服了二輥框架矯直機速度低、側導板磨損嚴重和咬入困難的缺點。（3）結構簡單，既可矯直直定尺料，也可矯直盤卷料。 但若用它矯直粗鋼筋時，由于轉轂的離心力與其半徑的立方成正比，則旋轉速度將受到限制而不宜采用，故僅適合于矯直直徑較小的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋的截面最近似于圓形。因此，在本設計中采用斜輥式轉轂矯直法。3.1.2.3斜輥式轉轂矯直矯直原理 轉轂式斜輥矯直采用交變彎曲小變形矯直方案，基本原則是，進入輥的棒材，經(jīng)過反彎和彈復后，其最大原始曲率應完全消除。其優(yōu)點是在原始曲率值較大時，能較快地消除原始曲率的差值，而在原始曲率值較小時，可以節(jié)省功率。下面分析轉轂式斜輥矯直過程中鋼筋所受的變形情況。參見圖4-5，在其彎矩圖中，M-x的關系為在x=lt處， M= Mt=Flt/2 ； S代表彈塑性變形區(qū)長度。S以外部分為彈性變形區(qū)，這一區(qū)間的長度用表示，兩端對稱。圖中c為彈性邊界曲線， 關系式為： 此式表明，在塑性區(qū)內值隨著x的減少而迅速減少，即塑性變形迅速深入，直到鋼筋中心處，鋼筋通過矯直輥的過程恰好是塑性區(qū)由小變大，再由大變小的變化過程，因此周圍每條軸向纖維的變形將是不一致的。但是隨著前進中轉轂旋轉次數(shù)的增加，可以明顯減少這種不一致性。圖3-4 多斜輥矯直的彎曲矩與塑性變形區(qū)在S區(qū)內，當高頻轉數(shù)達到4以上時，鋼筋矯直效果有明顯提高，但提高高頻轉速受到各方面的限制，如轉轂在高頻轉速中因偏心而產(chǎn)生很大的離心力，產(chǎn)生振動和噪音；鋼筋尾部容易產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象，造成事故等。增加矯直輥輥數(shù)相當于增加低頻彎曲次數(shù)，加長塑性區(qū)，假設采用5個矯直輥，等于把S區(qū)擴大3倍，若在每個矯直輥下的S區(qū)內的高頻轉數(shù)為4，則相當于在S區(qū)內轉轂旋轉12次，也等于增加了鋼筋的高頻彎曲次數(shù)，而且在各個矯直輥下鋼筋變形不同步性，進一步保證鋼筋的矯直質量。由此可以得出對斜輥矯直理論的幾點概括：1） 斜輥矯直不是依靠壓下量的遞減，而是依靠鋼筋在轉轂內前進過程中所受彈塑性彎曲的由小到大，再由大到小的連續(xù)變化，使得鋼筋變直。2） 斜輥矯直主要依靠足夠的接觸區(qū)長度及在接觸區(qū)一定的高頻彎曲次數(shù)，而不是單單依靠矯直輥數(shù)目的增加。不過增加矯直輥數(shù)目對提高矯直速度的影響更為重要。3） 斜輥矯直的壓下量不需采用大變形方案。同時注意在轉瞽式斜輥矯直過程中，后面矯直輥的壓下量應比前面矯直輥的壓下量小些。4） 增設壓緊輥和正確設計輥型對斜輥矯直矯直質量有重要影響。5） 斜輥矯直中矯直輥的傾斜角度不僅對于接觸條件及高頻彎曲次數(shù)有直接影響，也對于保證鋼筋各個斷面的變形在各矯直輥下不發(fā)生同步性的重復有決定作用。3.2冷軋帶肋鋼筋矯直機矯直系統(tǒng)參數(shù)設計在本設計中，采用1-1-2（3/3）輥系方案，曲線輥與鋼筋保持相適應的角度，六個斜輥隨轉轂高速旋轉，同時斜輥繞本身軸線轉動，使得在矯直過程中，輥子與鋼筋之間的摩擦形式由滑動變?yōu)闈L動，大大減少了兩者之間的摩擦損耗。被矯的冷軋帶肋鋼筋在輥間前進過程中，鋼筋軸向各條纖維都經(jīng)受一次以上的由小到大，再由大到小的拉壓變形，從而得到圓周性的矯直效果，最終達到一定的矯直精度。且能塑性變形反復的次數(shù)越多，矯直精度越好。其結構簡圖如圖4-6所示：圖 3-5輥系配置示意圖3.2.1矯直輥的研究設計3.2.1.1輥形的設計 鋼筋的矯直質量，很大程度上決定于輥形的設計。合理的矯直工藝對輥形的要求是，盡量增加鋼筋與輥子接觸區(qū)的長度，增大接觸面積，并且在接觸區(qū)內盡量使彎曲率一致。按照這一思想，在直鋼筋的條件下導出理論輥形曲線公式，盡管有不同的表達形式，但均代表同一條曲線。在實際矯直過程中，由于斜輥的壓下量，使鋼筋產(chǎn)生一定程度的反向彎曲，形成帶有一定曲率的鋼筋與輥子接觸。因此實際輥形與理論輥形曲線相比必然有一定的誤差。理論輥形曲線Rx的表達式為：式中 X-從輥腰（）到所取截面（垂直于輥子軸線）的距離（mm）； Rx-距輥腰 處的輥形半徑（mm）； Ro-矯直輥輥腰半徑（mm）； r-被矯鋼筋的最大半徑（mm）； a-矯直輥傾角（。）； -矯直輥對鋼筋的包角。 在實際設計中， 值與理想假設有所不同，假定為，則求的近似輥形 ： （3-3）根據(jù)文獻12，光圓鋼筋矯直時，輥子同鋼筋的接觸點E只能在B和D點之間，且假設點E為點B和點D的中點。如圖3-6所示，剖面線處為冷軋帶肋鋼筋正截面圖。當與光圓鋼筋同一公稱直徑d的冷軋帶肋鋼筋被矯直時，考慮到冷軋帶肋鋼筋的表面形狀，為保證矯直后的鋼筋無劃傷，矯直輥面應與鋼筋的最大截面相接觸，在A-A截面中，截面形狀不規(guī)則，以最小橢圓包絡截面。冷軋帶肋鋼筋外徑r1大于公稱半徑r，輥子上點B和點D發(fā)生變化。鋼筋外徑接觸點E發(fā)生變化，靠近D點，而不是取點B和點D中間，設定E點所對應的中心角 為： （3-4）式中、 分別為B、D兩點所對應的中心角。角度由公式（3-5）確定 （3-5）而角度由下述方法求出。橢圓方程為： （3-6）將B點的橫坐標代入式（3-6），求得B點的縱坐標為圖3-6 輥形設計分析 由此可以求出角度的正切值：得 設定取 1.081.13即得 （3-8） （3-9）將式（3-8）和式（3-9）代入式（3-4），最后取得： （3-10）將公式（3-8）代入公式（3-4）即可看出，任一位置X處的矯直輥半徑與r和有關，可以表示為即矯直輥輥形與基準鋼筋半徑r、矯直輥輥腰半徑、矯直輥傾角等原始參數(shù)有關。3.2.1.2 基準鋼筋半徑r的選取 本文認為，應以矯直鋼筋平均直徑的偏大值來設計直輥，首先是因為以矯直機矯直范圍中的之間鋼材為基準設計矯直輥，當用于矯直可矯鋼筋范圍中的最大和最小鋼筋時，矯直機調整幅度小；其次是因為在其它參數(shù)相同的情況下，基準直徑越大，輥形愈平緩，（見圖4-8）矯直輥的磨損均勻性也就愈好，鋼筋表面產(chǎn)生劃傷的可能性也就愈小。這是因為轉轂旋轉角速度是一定的，與每個矯直輥相接觸的鋼筋上只有一點與矯直輥無相對滑動，而其它各點與矯直輥均存在相對滑動，而矯直輥輥形愈平緩，矯直輥輥面上各點的旋轉線速度差就越小，矯直輥與被矯鋼筋接觸線上各點的相對滑動速度也就越小，矯直輥的磨損也就灰愈均勻，鋼筋表面產(chǎn)生劃傷的可能性就會愈小。即圖3-7 矯直輥輥形比較3.2.1.3輥腰直徑與輥距的設計 在選定基準鋼筋半徑r后，就應根據(jù)實際需要選擇矯直速度，而矯直速度與矯直輥輥腰直徑及矯直輥傾角有關，所以 的選擇應考慮其對矯直速度的影響。此外矯直輥輥腰半徑 的選擇還應考慮矯直穩(wěn)定性和矯直輥的磨損均勻性。在其它參數(shù)相同的情況下， 越大，矯直輥輥形越平緩（見圖3-8），矯直輥磨損就越均勻，也不易在被矯直鋼筋表面產(chǎn)生劃傷等矯直缺陷，但輥形越平緩，矯直輥對被矯鋼筋的約束能力就越弱，矯直時鋼筋易偏離矯直中心線，矯直穩(wěn)定性就越差。此外，在矯直輥旋轉角速度一定的情況下，越大，矯直速度也就越大，產(chǎn)量也就越高。反之，則情況相反。同時， 在斜輥矯直中，由于鋼筋與矯直輥的接觸線較長，從而不必按斜輥接觸強度來計算輥徑。輥腰直徑比輥端直徑細，且輥身較長，因此要求輥子有足夠的彎曲強度，輥子的兩端不僅有可能與壓彎的鋼筋相接觸而且是鋼筋在矯直時必須通過的部分，因此，輥端成圓角。矯直輥輥長的選擇首先要 保證鋼筋與矯直輥之間的接觸線達到足夠的長度，以滿足矯直輥和鋼筋的接觸長度要求，避免因應力過大而造成壓痕、劃傷等矯直缺陷；其次，輥長的選擇還要與輥距相匹配，以保證機器結構尺寸要求。在統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎上，用類比法進行了參數(shù)的確定。 輥腰半徑 R0=（2.55）r輥子全長 圖3-8 矯直輥輥形 對于轉轂式多斜輥矯直機來說，輥距P是矯直機的一個基本結構參數(shù)，它主要受結構條件、強度條件和矯直可能性的約束，既影響矯直質量，又決定著矯直機的尺寸。首先，須從矯直機的結構尺寸進行考慮，輥距P的選取要確保矯直輥在最小調角時輥與輥之間互不干涉；其次，須對機器受力進行考慮，在矯直彎矩一定的情況下，輥距越大，矩直力越小，機器受力情況越好，矯直輥和機架的強度要求也就越易滿足。輥距P越小，矩直力越大，矯直輥受到的扭轉應力和輥身接觸應力增大，使得輥身表面過早磨損和削落，影響矯直輥壽命，同時也易于擦傷鋼筋表面；同時，對矯直可能性進行考慮，鋼筋直徑d值越小，為實現(xiàn)塑性變形，鋼筋在斜輥之間的彎曲半徑也應越小。輥距越小，對鋼筋可能產(chǎn)生的反彎曲率越大，矯直質量越高，因此，應盡量選擇較小的輥距，綜合考慮，確定輥距的原則是：既要保證矯直質量又要滿足矯直輥的強度要求。 輥距 P=（1.24.4） 由文獻4可知，在彈塑性變形區(qū)內，矯直輥應繞基準鋼筋旋轉2周以上。對于基準鋼筋，矯直輥旋轉一圈前進的導程為，于是彈塑性變形區(qū)長度 應滿足： （3-11） 由文獻5可知： （3-12）將式（4-11）代入式（4-12），得： （3-13）3.2.1.3 矯直輥傾斜角的設計 矯直輥的傾斜角不僅對于接觸條件及高頻彎曲次數(shù)有直接影響，也對于保證鋼筋各個斷面的變形在各矯直輥下不發(fā)生同步性的重復有決定性作用。因此，值的選取對鋼筋的矯直質量有重要影響。 矯直輥傾角的選擇除考慮矯直速度外，還應考慮矯直質量和矯直穩(wěn)定性。在其它參數(shù)相同的情況下，當增大時，輥形變陡（見圖3-9），矯直速度增大，產(chǎn)量增加；轉轂旋轉一周，鋼筋前進的導程也增大，這樣鋼筋在彈塑性彎曲矯直區(qū)中的彎曲矯直次數(shù)為（注： 為彈塑性變形區(qū)長度）就減少，矯直質量就不易保證，同時，傾角越大，鋼筋與矯直輥接觸線越短，接觸應力就越大，易出現(xiàn)矯直缺陷，但由于輥形變陡，矯直穩(wěn)定性會變好。反之，則情況相反。 由接觸區(qū)長度準則，傾斜角最大值可由下式得出 （3-14）式中d矯直鋼筋直徑（mm） 矯直輥工作部分長度（mm）輥子工作部分長度： （3-15）式中 輥腰半徑（mm）； r鋼筋半徑（mm）； 矯直輥傾斜角（。）； 理論輥形中距輥腰 處矯直輥的包角（。）。將式（3-15）代入（3-14）中，得： （3-16）理論上= ，矯直輥對鋼筋的包容度為28%，滿足矯直條件。將數(shù)據(jù)代入上式，解得由文獻4給出， （3-17）在 之間， 用代替，最大誤差為可以近似地把 代入上式后，傾斜角的最小值可由式（3-18）求出 （3-18）得圖3-9 矯直輥輥形（r=5mm, =23mm） 另外從鋼筋與雙曲線輥形接觸后保持直線狀態(tài)來考慮，鋼筋直徑d越大，輥子的傾斜角越大。同時考慮到在實際操作中，值越大，兩矯直輥在鋼筋軸線方向所形成的有效空間越大，進料容易。又因為鋼筋理論出口速度v=0.6m/s ，鋼筋出口速度提高，在冷軋帶肋鋼筋矯直過程中，為避免劃傷，必須保證鋼筋肋頂面與矯直輥面接觸，而且接觸面積盡量大，由GB13788-92，冷軋帶肋鋼筋三面肋沿鋼筋橫截面周圈上均勻分布，其中有一面必須與另兩面反向，肋中心線和鋼筋縱軸線夾角為，則取值為和,取值范圍為 。但隨值增大，鋼筋與輥子接觸區(qū)長度減少，與輥子一次接觸的肋面數(shù)目減小，鋼筋接觸應力增大，肋面易被壓傷。綜合考慮上述因素，取宜取偏大值。3.2.2矯直輥輥系的配置斜輥矯直主要依靠足夠的接觸區(qū)長度及在接觸區(qū)內一定的高頻彎曲次數(shù)，而不單靠輥數(shù)的增加。增加輥數(shù)等于增加低頻彎曲次數(shù)，加長塑性區(qū)，其對提高矯直速度更為重要。同時。，也增加了鋼筋的硬化和矯直功率，而且結構更大。為此，在保證矯直質量的前提下，輥數(shù)盡量少些。 輥數(shù)的多少直接取決于輥系的配置方式，輥系的配置方式對于矯直質量、被矯直鋼筋的尺寸和形狀精度具有重要的影響。在本設計中，綜合1-1和2-2輥系配置的特性，采用了前四個斜輥1-1，后兩個斜輥2-2的復合配置方式。圖3-10 11輥系配置示意圖圖3-11 22輥系配置示意圖1-1輥系（見圖3-10）適用于一般棒材及厚管材的矯直，被矯直鋼筋受三次低頻彎曲，形成三個塑性彎曲區(qū)，若在彈塑性變形區(qū)內，每個矯直輥繞鋼筋旋轉4次，則等于在彈塑性變形區(qū)內，矯直輥繞鋼筋總共旋轉12次，即增加了高頻彎曲次數(shù)，得到較好的矯直效果，但是鋼筋頭尾在小于或等于半個輥距的長度內得不到矯直，有時會造成大量的切頭損失。 2-2輥系（見圖3-11）中，在矯直輥的對面加上壓緊輥，擴大了鋼筋塑性變形區(qū)，只要保證圓材壓緊區(qū)，圓材的每層圓周上的纖維將受到一致的變形，即使圓材的原始彎曲較大，在受到相同的較大彎曲之后，各條纖維的塑性變形雖有不同，但彈復能力會基本一致，故能得到明顯的矯直效果。同時2-2輥系能消除圓材的甩尾和由此引起的噪音，有利于鋼筋兩端的矯直，且不易產(chǎn)生表面擦傷，能保護冷軋帶肋鋼筋的表面質量。成對配置的輥系還可以對管材橢圓度有圓整作用；起到配置的作用，減小轉轂的偏心，減輕振動。但隨著轉轂質量增加，動載荷增大，矯直功率也隨之增加。在相同功率條件下，矯直速度降低。 為了保證矯直速度（本設計中v=36m/min），減少轉轂的動載荷，綜合前兩種輥系的優(yōu)點，采用1-1-2（3/3）的輥系配置方式，尾部兩個矯直輥同時起固端作用，實現(xiàn)了鋼筋的全長矯直，能夠取得很好的矯直效果。1矯直輥 2矯直鋼筋 3轉轂圖3-12 112（3/3）輥系配置示意圖3.2.3 矯直速度 為鋼筋前進的速度，即矯直速度，目前，關于矯直速度的理論與實驗研究都不多，有的只是按統(tǒng)計經(jīng)驗來確定矯直速度，在本文中把鋼筋看作直材，對于矯直過程中的打滑現(xiàn)象，用系數(shù)來表示。從而鋼筋的前進速度為加入修正系數(shù)（取0.920.96），得圖3-13 鋼筋與矯直輥的運動關系324 對矯直質量影響的幾個因素3241 壓下量對矯直質量的影響 鋼筋的縱向彎曲是應用彈塑性彎曲矯直原理實現(xiàn)矯直的。對于1-1-2（3/3）型轉轂式斜輥矯直機來說，由于二、三、四輥的偏移（壓下量）；鋼筋呈彈塑性彎曲狀態(tài)，經(jīng)過多次彈塑性反復彎曲而實現(xiàn)矯直（圖4-15）。關于壓下量的大小，各國給出的公式各不相同，且差別極大，如文獻15建議彈塑性變形高度應達到80%，而文獻51則認為彈塑性變形高度達到35%即可實現(xiàn)矯直目的，文獻52對矯直所需的軸反彎曲線曲率進行了數(shù)值分析和計算，得到的結果與文獻51基本相符。實際上壓下量的大小應視矯直機的輥距和被矯鋼筋的原始彎曲度、材質、規(guī)格和輥子磨損情況作相應的調整。在其它參數(shù)相同的情況下，輥距越大，鋼筋原始彎曲度越大，材料屈服強度越大、直徑越小，輥子磨損情況越嚴重，壓下量應取的越大，反之，則情況相反。3242矯直速度對矯直質量的影響 以前，人們對矯直速度對矯直質量的影響不夠重視，實際上，矯直速度也是影響矯直質量的一個關鍵因素。矯直速度的大小應與被矯直鋼筋的原始彎曲度、規(guī)格及材質相適應。鋼筋的原始彎曲度大、直徑大、材料屈服強度高時應采用較低的矯直速度進行矯直，反之，則情況相反。在其它參數(shù)相同的情況下，采用高速矯直，矯直質量不好，而采用低速矯直時就可獲得較好的矯直效果，這主要與材料的性能有關，應使矯直速度低于材料的變形速率，確保材料發(fā)生彈塑性變形，因此，在保證產(chǎn)量的前提下最好采用低速矯直。325 矯直系統(tǒng)設計計算在我所設計的冷軋帶肋鋼筋矯直切割機設計過程中所取參數(shù)如下：采用1-1-1（3/3）的輥系配置方式，基準鋼筋直徑 ，輥腰直徑=（12.525）mm，取=20m，輥子全長 =（50100）mm，取 =90mm,矯直輥傾角，輥距取P=280mm。實踐證明，矯直效果良好。33轉轂式斜輥矯直力能參數(shù)計算一般來說，如圖3-14所示在矯直輥上，除作用有垂直壓力F（更確切的說，是垂直于通過矯直輥軸線，并平行于鋼筋軸線的平面力）外，還作用有力圖使矯直輥在 角平面轉動的力偶M，切向力T和軸向力S，角 為鋼筋與矯直輥的最大接觸角。當把矯直輥受到的壓力視為總壓力的垂直分力時，所做的計算已達到工程計算所允許的精度，即其它分力的影響可以考慮不計。 圖3-14 矯直輥受力示意圖 矯直力是原始曲率和鋼筋直徑等參數(shù)的函數(shù)，轉瞽式斜輥矯直機由于輥系配置方式不同，受力狀態(tài)和鋼筋變形狀態(tài)都不盡相同，也就有不同的矯直力表達式。因此在力學計算時，必須結合各個輥系的特點來進行，做到具體問題具體分析。對于1-1輥系（圖3-15），將矯直力作為集中力考慮，力的作用點分別為各個矯直輥輥腰部分，由三彎矩方程求出各輥的矯直力圖3-15 11輥系受力模型在本設計中，由于采用了1-1-2（3/3）的輥系配置方式，考慮到第5，6輥起固端和導向作用，在第五輥力作用點處發(fā)生彈塑性彎曲，鋼筋在輥系中產(chǎn)生4次彎曲。矯直輥受力點之間稱為接觸區(qū)，在接觸區(qū)內鋼筋的彎曲曲率認為是相等的，但實際中接觸區(qū)中間的曲率要比兩端的大，因此兩端的壓力不可能集中作用于一點，而可能是由外向內迅速遞減的壓力，因此一種簡化的考慮，按圖3-16的受力模型進行簡化，矯直輥受力為集中力。圖3-16 112（3/3）輥系受力模型 對于直徑為d的冷軋帶肋鋼筋，矯直輥的平均直徑為 ，輥身長度為l，接觸區(qū)長度為j。一般情況下，l與j的近似關系為： （3-20） 第一個矯直輥所受力由三彎矩方程可求得 對于轉轂式斜輥轎直機壓下量既不需過大，也不需有嚴格的遞減規(guī)律，因此 的取值不必保持差別。即 同理，對于第三個矯直輥而對于底四、五、六矯直輥的受力得1-1-2（3/3）配置的輥系，其合力為34轉轂式斜輥矯直機矯直功率計算轉轂式斜輥矯直機矯直功率可分為克服塑性變形所需功率與克服摩擦所需功率兩部分組成。克服塑性變形所需功率包括兩部分：鋼筋低頻彎曲塑性變形所需功率、旋轉彎曲的塑性變形功率；克服摩擦所需功率包括兩部分：矯直輥摩擦功率、轉轂軸承摩擦功率 。下面分別加以說明計算。 341鋼筋低頻彎曲塑性變形所需功率 由于矯直輥的交錯布置及矯直輥均有一定的壓下量使得鋼筋在前進過程中要受多次的反彎。矯直輥的數(shù)量I越多，反彎次數(shù)越多，這個彎曲次數(shù)屬于低頻彎曲次數(shù)。同時矯直輥隨轉轂旋轉而轉動，鋼筋的彎曲變成全圓周性的旋轉彎曲，它屬于高頻彎曲。鋼筋低頻彎曲塑性變形所需功率Ns為 （3-22）式中 -矯直鋼筋的前進速度