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特大型四辊卷板机研制:技术突破与工程实践

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业领域,重型卷板机作为高压厚壁压力容器制造中的关键设备,发挥着不可替代的重要作用。随着石油、化工、电力等行业的快速发展,对高压厚壁压力容器的需求日益增长,且对其规格、质量和性能提出了更高要求,这使得重型卷板机的研发与制造成为行业关注焦点。

在高压厚壁压力容器制造过程中,金属板材需被卷制成特定形状和精度的筒节,重型卷板机便是实现这一关键工序的核心装备。其性能优劣直接影响压力容器的制造质量、生产效率和成本。例如,在石油化工行业,各类反应塔、储罐等设备的制造都离不开重型卷板机;在电力行业,核电站的压力壳、蒸发器等关键部件的制造同样依赖于高精度的卷板设备。

山东齐鲁石化机械制造有限公司作为行业内的重要企业,在重型压力容器制造领域不断拓展业务,对先进卷板设备的需求极为迫切。传统卷板机在面对超厚、超宽板材时,往往难以满足精度和效率要求,限制了企业承接大型项目的能力。本课题针对该公司需求研制的W12NC-260X3500特大型四辊卷板机,具有重大现实意义。

从企业层面来看,该设备的研制成功将显著提升山东齐鲁石化机械制造有限公司的装备水平。先进的卷板机能够加工更厚、更宽的板材,实现更高精度的卷制,使企业能够承接更多高难度的重型压力容器制造项目,增强在市场中的竞争力,为企业带来更多的经济效益和发展机遇。

从行业层面而言,特大型四辊卷板机的研制填补了我国大型弯曲成型机械中的相关空白。长期以来,我国在大型卷板机领域与国际先进水平存在一定差距,部分高端设备依赖进口。该设备的成功研制,不仅打破了国外技术垄断,还推动了我国卷板机制造技术的进步,促进整个行业的技术升级,提升我国在国际制造业中的地位。

1.2国内外研究现状

卷板机作为金属板材加工的重要设备,在全球工业领域中占据着关键地位,其发展历程见证了工业技术的不断进步。国外卷板机技术起步较早,发展较为成熟。瑞士HAEUSLER的四辊卷板机声名远扬,最大规格可达卷板力78000KN、板厚250mm、板宽4000mm,剩余直边仅为板厚的1.28倍,在高端卷板机市场中具有显著优势。意大利PROMAUDAVI、MG公司的弧线三辊、四辊卷板机应用广泛,其中弧线三辊卷板机最大卷板厚度可达140mm,满足了不同行业对于板材卷制的多样化需求。德国SCHAFER、意大利的部分公司所生产的水平下调式三辊卷板机,是卷制厚板及特厚板的理想选择,展现出在厚板加工领域的技术专长。日本KURIMOTO的上辊十字移动式(上辊万能式)卷板机也较为常见,凭借其独特的结构设计,在市场中拥有一定的份额。这些国外先进企业不仅在设备的规格和性能上表现出色,还在智能化控制、自动化生产等方面取得了显著进展,能够为客户提供整体解决方案,满足市场对于高效、高精度卷板加工的需求。

国内液压和自动化控制技术近年来取得了长足进步,我国已成为世界上卷板机产量最多的国家。但整体竞争能力与国外先进水平相比仍存在一定差距。从产品结构来看,国产卷板机中,中小型、低档次产品所占比例较大,而卷板力40000KN、卷板厚度160mm以上的大型卷板机主要依赖进口。在特大型四辊卷板机领域,国内设备在智能化发展方面相对滞后,在线测量技术应用较少,难以实现对卷制过程的精准监控和实时调整。在超厚板卷制能力上,与国外先进设备存在差距,无法满足造船、大型风电塔筒制作等行业对于超厚板材加工的需求。

在技术研发方面,国内低速大扭矩液压马达、可直接耦合在工作辊轴端的大扭矩大速比行星减速机等基础件的配套,还无法满足卷板机发展的需求。数控系统的专业化开发、配套也存在较大差距,多数国内卷板机生产厂家为中小型民营企业,技术开发能力不足,缺乏自主创新能力和核心竞争力。卷板成形机理特别是特厚高强度板成形机理研究、成形过程模拟和数学模型的建立等基础研究也需要进一步加强,以提升我国卷板机的设计水平和制造质量。

1.3研究内容与方法

本课题围绕特大型四辊卷板机的研制展开,研究内容涵盖多个关键方面。首先,深入剖析卷板的基础理论与工艺过程。通过对金属板料弯曲过程的研究,明确其为塑性弯曲变形过程,板材在弯曲时处于立体应力与平面应变状态,进而确定弯曲精度、最小弯曲半径、弯曲力和弯曲力矩等作为板材弯曲的主要工艺指标。详细探究卷板基于三点成圆原理,利用卷板机对板材进行连续三点弯曲的过程,为后续卷板机的设计与优化提供坚实的理论基础。

基于上述理论研究,结合山东齐鲁石化机械制造有限公司的实际需求和企业特点,确定W12NC-260X3500特大型四辊卷板机的总体设计方案。在结构选择上,采用四辊结构,以充分发挥其对中方便、剩余直边小的预弯功能以及矫圆精度高的优势。主运动设计为机械传动,传动链上

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