[0001] 本发明涉及一种俗称轧机的金属压延机械， 特别是指一种由多个轧辊沿 着轧件断面为中心， 在 360° 圆柱体空间呈径向辐射均布， 并可根据轧件形状变 换轧辊形状、 数量及组合方式， 用于轧制棒材、 线材、 管材及异型材， 可用于室 温冷轧、 温轧、 热轧的多辊多用途星宇型多变组合式轧机。

背景技术

[0002] 金属压延工艺及压延设备， 特别是轧机经过两百多年的演化， 得到了长 足的发展； 在中国目前钢铁的年产量接近 7亿吨， 再加上各种有色金属与合金其 数量更是巨大， 这些金属 90%以上都是以各种形状的冷态材料出现在应用 场合 的， 它们通过锻造、 挤压、 拉拔、 轧制等多种压力加工方式被生产出来， 其中轧 制工艺的产品中又有近 90%是通过各式各样的二辊轧机生产的；根据二 辊轧机的 轧制原理： 当轧件被两个旋转的轧辊咬入， 压下被压延的同时， 轧件的断面伴随 着被宽展， 宽展的部分分两类， 一类是有用的宽展， 如轧制板材、 带材， 其宽展 量被保留， 另一类是无用的宽展， 人们要千方百计地限制它， 因为无用的宽展降 低了轧制效率，增加了轧制道次， 因此为了控制与减小轧制过程中金属断面的宽 展， 提高轧制过程的效率， 从圆周面的三个方向轧制同一断面的 120° 三辊 Y型 轧机与从圆周的四个方向轧制同一断面的四辊 十字型万能轧机就自然诞生。

[0003】 本发明的发明人潜心研究过这两种轧机， 并申请了专利号为 "ZL200520072640.X "的 "单传动轴三辊 Y型可调式轧机"， 解决了单根传动轴 输入 120° 三辊 Y型轧机封闭的箱体内，三个轧辊同步向心旋� �及在旋转过程中 同步向心压下和提升的复杂调整机构； 还申请了专利号为 "ZL200810099538.4" 的 "双传动轴四辊十字型可调式万能轧机"并取得� ��发明专利的授权， 该专利解 决了 90° 十字向心旋转的四个轧辊在旋转过程中同步向 心压下和提升的难题。 这两种轧机虽然在轧制过程中可以大大降低断 面的宽展，但是其宽展量依然是不 可忽略的， 而且上述轧机都是封闭的， 且采用各轧辊同步向心压下的方式对于四 个轧辊已经比较复杂，若轧辊数量再增加结构 将非常复杂。 因此设计一种结构如 普通二辊轧机一样简单， 轧辊传动调整更换简洁方便， 控制轧件宽展效果好的多 辊轧机成为本案发明人的研究对象。 [0004] 寻求最优化最高效的金属压延变形工艺的设备 始终是国内外业内技术人 员与企业的梦想， 本发明企图为此梦想增高一个台阶。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的问题在于提供一种或多种结 构简洁、 可靠实用， 易实 现的在 360° 圆柱体空间中， 以轧件为中心径向辐射均布 n个轧辊的轧机。

[0006] 为了实现上述发明目的， 本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构 可靠合理， 众多轧辊能够同步向心旋转、轧辊可手动或自 动压下、 轧辊便于更换 且传动可靠的多轧辊星宇型多变组合式轧机。

[0007] 本发明的技术方案在于： 一种多轧辊星宇型多变组合式轧机， 包括轧辊 联合体、 上机架、 下机架、 传动装置及压下装置， 所述轧辊联合体及传动装置安 装于上机架和下机架内，所述压下装置为安装 在上机架顶端以驱使上机架整体下 移的压下装置；

所述轧辊联合体由外辊环、 内辊环、左锥齿轮、右锥齿轮、心轴及螺栓组 成， 所述外辊环的内孔通过可拆连接与内辊环相连 成一体，左锥齿轮和有锥齿轮分别 设于内辊环的左右端面上， 并由穿过左锥齿轮、 内辊环及右锥齿轮的螺栓紧固成 一体，所述内辊环的内孔处安装有可承受径向 力和轴向力的轴承， 所述轴承的内 孔安装有心轴， 轧辊联合体的心轴两端分别装有左支架和右支 架， 若干螺栓分别 将左支架和右支架向中间紧固，左支架和右支 架与心轴配合处设有凸台， 两凸台 的端面从左右两侧将轴承夹紧；

所述上机架与下机架上安装有以轧件断面为中 心呈辐射状均匀分布的 n个 带有左右支架的轧辊联合体， 其中 n为大于等于 2的自然数；

所述上机架或下机架上安装的轧辊联合体在传 动装置的带动下同步向心旋 转，所述传动装置驱动某一轧辊联合体的左锥 齿轮或右锥齿轮旋转， 该轧辊联合 体的右锥齿轮或左锥齿轮与其相邻的轧辊联合 体的左锥齿轮和右锥齿轮啮合，依 此地该传动链上的其他轧辊联合体中相邻的轧 辊联合体上相邻的锥齿轮互相啮 合。

[0008] 该发明可进一步为：

所述传动装置包括与机架固定连接的轴承座， 所述轴承座内设有一传动轴， 所述传动轴的输入端设有与传动系统相连的联 轴器，所述传动轴的输出端设有与 轧辊联合体啮合的锥齿轮。

[0009] 所述上机架的一端安装有一传动装置， 所述传动装置的锥齿轮与上机架 靠近传动装置一侧的轧辊联合体的左锥齿轮或 右锥齿轮啮合，上机架上相邻的轧 辊联合体上相邻的锥齿轮互相啮合以实现各轧 辊联合体同步向心转动；所述下机 架的另一端安装有另一传动装置，所述传动装 置的锥齿轮与下机架靠近传动装置 一侧的轧辊联合体的右锥齿轮或左锥齿轮啮合 ，下机架上相邻的轧辊联合体下相 邻的锥齿轮互相啮合以实现各轧辊联合体同步 向心转动。

[0010] 所述上机架上设置有两个或两个以上传动装置 ， 所述各传动装置同步转 动，每个传动装置驱动其相邻的一组或多组轧 辊联合体同步向心旋转； 所述下机 架上也设置有两个或两个以上传动装置，所述 各传动装置同步转动， 每个传动装 置驱动其相邻的一组或多组轧辊联合体同步向 心旋转。

[0011] 所述下机架、 上机架和压下装置可采用除悬臂式二辊轧机外 的其他各种 二辊轧机的下机架、 上机架和压下装置。

[0012] 所述下机架的四个角分别开设有四个立柱孔， 所述上机架的四个角对应 开设有四个立柱孔， 所述上机架和下机架通过穿过立柱孔的四根立 柱相连接，所 述上机架与下机架之间的立柱上套设有平衡弹 簧。

[0013】 所述外辊环的内孔与内辊环之间采用弧形键连 接或所述外辊环的内孔设 有内螺纹， 所述内辊环的外周部设有与之配合的外螺纹。

[0014] 所述上机架与下机架上安装有以轧件断面为中 心呈辐射状均匀分布的 n 个带有左右支架的轧辊联合体， 所述上机架上均匀安装有 m个带有左右支架的 轧辊联合体， 所述下机架上均匀安装有 n-m个带有左右支架的轧辊联合体， 其 中相邻轧辊联合体径向中心线之间的夹角为 ^， 其中 m为小于 n的自然数。

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[0015] 所述外辊环可以是轧辊、 盘形铣刀或砂轮。

[0016] 所述外辊环的外周部向内凹陷呈弧形， 使 n个外辊环的外周部组合成一 个可使轧件断面通过的圆断面； 或外辊环的外周部呈直线、折线或任意曲线， 使 n个外辊环的外周部组合成一个可使轧件断面� �过的异形面。

[0017] 所述上机架或下机架上设有用于用于安装轧辊 联合体及其左右支架的凹 槽，所述凹槽上设有用于固定及调整轧辊联合 体及其左右支架的紧固螺栓与调整 螺丝。

[0018] 所述上机架与下机架上安装有以轧件断面为中 心呈辐射状均匀分布的 n 个带有左右支架的轧辊联合体， 当 n趋于无限大时， 所述轧辊联合体平行排列， 所述轧辊联合体由外辊环、 内辊环、 左齿盘、 右齿盘、 心轴及螺栓组成， 所述外 辊环的内孔通过可拆连接与内辊环相连成一体 ，左齿盘和右齿盘分别设于内辊环 的左右端面上， 并由穿过左齿盘、 内辊环及右齿盘的螺栓紧固成一体， 所述相邻 轧辊联合体上相邻的齿盘互相啮合。

[0019] 进一步地：

多轧辊星宇型多变组合式轧机为可逆式或不 可逆式轧机，多台星宇型多变组合式 轧机可组成连轧机组或带芯棒的往复式管材及 异型材连轧机组，可轧制极大规格 或极小规格的棒材、管材、线材或异型材；还 可轧制薄厚极薄的管材或异型管材。

[0020] 本发明的优点在于： 结构简单， 可直接采用普通二辊轧机的上下机架， 将轧辊联合体及其支架固定安装在机架上，需 要几个轧辊进行轧制则辐射状地安 装几个轧辊， 拆装方便， 采用将压下装置安装在上机架的框架上方， 使上机架及 上机架上安装的轧辊联合体整体下压， 实现辊缝的调整； 轧辊联合体的外辊环与 内辊环为可拆连接， 通过拆掉 n个轧辊联合体中的 m个外辊环， 可任意将 n辊 星宇型多变组合式轧机， 改装为 n-m辊星宇型多变组合式轧机， 满足各种轧制 的需求； 可将外辊环换为砂轮、 铣刀， 又可将轧机改装成磨削设备或铣床， 用途 多样。

附图说明

[0021] 图 1为本发明实施例一的结构示意图。

[0022] 图 2为图 1的侧视图。

[0023】 图 3为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 参考图 1和图 2， 实施例一优选了一种 n=6的六辊星型多变组合式轧机， 包括轧辊联合体 30，上机架 10、 下机架 20、 左传动装置 40、 右传动装置 50及压 下装置 60， 所述轧辊联合体及传动装置安装于上机架和下 机架内， 所述压下装 置为安装在上机架顶端以驱使上机架整体下移 的压下装置，其中 6个轧辊联合体 分别为 30A、 30B、 30C、 30D、 30E、 30F。 [0025] 为了实现发明目的， 本发明首先解决的问题之一为轧辊的结构， 即轧制 的工作部分： 轧辊与轧件接触的部件为外辊环， 轧辊联合体由外辊环 31、 内辊 环 32、 左锥齿轮 34、 右锥齿轮 35、 心轴 37及螺栓 36组成， 所述外辊环的内孔 通过弧形键 33与内辊环相连成一体， 左锥齿轮和有锥齿轮分别设于内辊环的左 右端面上， 并由穿过左锥齿轮、 内辊环及右锥齿轮的螺栓紧固成一体， 所述内辊 环的内孔处安装有可承受径向力和轴向力的轴 承 38， 所述轴承的内孔安装有心 轴， 轧辊联合体的心轴两端分别装有左支架 391和右支架 392， 若干螺栓分别将 左支架和右支架向中间紧固，左支架和右支架 与心轴配合处设有凸台， 两凸台的 端面从左右两侧将轴承夹紧， 防止轧辊联合体左右窜动， 左右支架又用若干紧固 螺栓 201将它们锁紧成一体，通过调整螺丝 202调整左右支架及轧辊联合体的横 向及径向位置，保证左右支架与轧辊联合体的 各端面均不接触， 以确保轧辊联合 体可以自由地进行旋转。

[0026] 解决的问题之二为机架的结构： 上机架与下机架沿着轧件断面为中心， 各占一半空间， 上机架上加工 3个可用于安装轧辊联合体 30D、 30E、 30F及其 左右支架的凹槽， 3个凹槽的中心线成 60° 角辐射向心， 凹槽的形状与尺寸与安 装有左右支架的轧辊联合体相仿， 下机架的结构与上机架基本一致， 上机架底面 朝上， 剖分面朝下， 正面敞开； 下机架的底面朝下， 剖分面朝上， 正面敞开，所 述下机架的四个角分别开设有四个立柱孔，所 述上机架的四个角对应开设有四个 立柱孔， 所述上机架和下机架通过穿过立柱孔的四根立 柱 70相连接， 所述上机 架与下机架之间的立柱上套设有平衡弹簧 90， 其中四根立柱的两端部分别带有 螺纹， 分别用锁紧螺母 80与上机架和下机架固定连接。

[0027] 解决的问题之三为轧辊联合体如何装入机架： 以上机架为例， 将轧辊联 合体从正面装入上机架的凹槽内， 并将各相邻轧辊联合体的左右锥齿轮相互啮 合，凹槽上设置的各用于固定轧辊联合体及其 左右支架的紧固螺栓及调整轧辊联 合体径向位置及左右支架位置的调整螺丝， 确保在锥齿轮相互啮合的前提下，各 相邻轧辊联合体的外辊环的侧面间隙尽量小。

[0028] 解决的问题之四为轧辊联合体的同步同心旋转 ： 如图 1所示， 上机架的 左端安装有一左传动装置， 左传动装置包括与机架固定连接的轴承座 43， 所述 轴承座内设有一传动轴 42， 传动轴可通过联轴器 44与减速器和电机相连作为上 机架的主传动，左传动装置上的轴承座通过螺 栓连接在上机架的剖分面上， 左传 动装置的锥齿轮 41与上机架最右端的轧辊联合体 30F的左锥齿轮相啮合带动轧 制联合体 30F旋转， 轧制联合体 30F的右锥齿轮与轧制联合体 30E的左锥齿轮 啮合并带动轧制联合体 30E旋转，轧制联合体 30E的右锥齿轮与轧制联合体 30D 的左锥齿轮啮合并带动轧制联合体 30D旋转， 到此上机架的传动链完成传动， 并使 3个轧制联合体同步向心转动； 同理右传动装置上的轴承座 53通过螺栓与 下机架的剖分面右侧连接，并将右传动装置传 动轴 52上的锥齿轮 51与下机架最 右侧的轧辊联合体 30C的右锥齿轮啮合， 同理同步地带动 30C、 30B、 30A同步 向心旋转。

[0029] 解决的问题之五为轧辊的压下方式及压下装置 ： 可以看出上机架中安装 有 3个向心辐射分布的轧辊联合体，相邻轧辊之� �只有侧面间隙， 不存在构成压 下的条件， 下机架中安装的 3个轧辊联合体也是向心辐射分布的， 相邻轧辊之间 只有侧面间隙， 也不存在压下的条件， 且上机架与下机架由立柱贯穿连接， 在上 下机架之间设有平衡弹簧托住上机架，使上机 架可以上下浮动； 因此将压下装置 安装在上机架顶部， 其中压下装置可以为手动压下、液压压下、气 压压下等等方 式， 均可实现调整上机架与下机架之间的距离变化 ， 即辊缝的变化。

[0030] 可以看出本发明所述的多轧辊星宇型多变组合 式轧机， 提供了一种新的 轧制原理， 即每一个轧辊相对于轧件的断面承担 ^区域的咬入、压下、 宽展及延 伸任务， 并将以轧件断面为中心呈辐射状均匀分布的其 他 n-l个轧辊作为支承辊 的 "单辊轧制"， 可以看成是众多 "单辊轧制" 的集合体， 使得该轧机具有普通 二辊轧机的压下特征。

[0031] 解决的问题之六为轧机的组合多变： 所述外辊环的内孔与内辊环之间采 用弧形键连接， 或者外辊环的内孔设有内螺纹， 所述内轧辊的外周部设有与之配 合的外螺纹， 所述外辊环可以是轧辊、 盘形铣刀、 砂轮或其他工作载体， 所述外 辊环的外周部向内凹陷呈弧形，使 n个外辊环的外周部组合成一个可使轧件断面 通过的圆断面； 或外辊环的外周部呈直线、折线或任意曲线， 使 n个外辊环的外 周部组合成一个可使轧件断面通过的异形面。

[0032] 外辊环可拆除或改变形状对星宇型多变组合式 轧机进行重新组合， 如实 施例一的 6辊轧机可通过拆除外辊环变为 5辊、 4辊、 3辊、 2辊轧机， 外辊环 形状的改变可以用于轧制异型材，将外滚混改 装成盘形铣刀、砂轮或其他工作载 体可进行磨削切削加工等。

[0033] 参考图 3， 实施例二优选了一种 n=12的十二辊宇型多变组合式轧机， 包 括上机架 10， 下机架 20， 轧辊联合体 30A、 30B、 30C、 30D、 30E、 30F、 30G、 30H、 301、 30J、 30K、 30L, 左传动装置 40、 右传动装置 50、 密封装置 110及 芯棒 113。

[0034] 其上机架上从 15 ° 开始至 165 ° 的空间中进行五等分， 即每个 30° 加工 一个凹槽， 凹槽的形状和尺寸与带有左右支架的轧辊联合 体相仿， 凹槽的中心线 成径向辐射分布， 依此将 30G、 30H、 30J、 30K、 30L、 30Μ装入凹槽内， 并让 相邻的轧辊联合体的左右锥齿轮保持啮合状态 ，再将压板 100分别盖住各带有左 右支架的轧辊联合体的底座上， 利用若干螺丝 90将各压板锁紧在上机架上， 调 整螺丝 80可以分别微调各个轧辊联合体部件的径向位� ��， 调整左右支架侧面的 螺丝可以微调各个轧辊联合体部件相对于心轴 的轴向位置，以使相邻的锥齿轮保 持最佳啮合间隙以及相邻的轧辊联合体的侧面 间隙最小，最后将轧辊联合体连同 左右支架和底座一起固定在上机架上， 并由左传动装置的锥齿轮与轧辊联合体 30L的左锥齿轮啮合， 以驱动上机架中的 6个轧辊联合体同步向心旋转； 下机架 的加工安装方式与上机架同理。

[0035] 随着轧辊联合体数目的增加， 仅靠左、 右两个传动装置可能出现力矩不 足， 这时可在上机架或下机架中插入一套或多套传 动装置， 所述传动装置驱动某 一轧辊联合体的左锥齿轮或右锥齿轮旋转，该 轧辊联合体的右锥齿轮或左锥齿轮 与其相邻的轧辊联合体的左锥齿轮和右锥齿轮 啮合，依此地该传动链上的其他轧 辊联合体中相邻的轧辊联合体上相邻的锥齿轮 互相啮合，只要确保轧机上的各传 动装置同步转动， 即可带动各个轧辊联合体同步向心转动， 在实施例二中可将上 机架中的 6个轧辊联合体分成两组， 每个传动装置带动 3个轧辊联合体转动，压 下方式仍然采用上机架及安装在上机架上的 6个轧辊联合体集体下压；下机架也 采用相同的方式增加一套驱动系统以弥补力矩 的不足。

[0036] 轧制大直径薄壁管材时， 轧件本身的断面刚度无法承受轧制压力， 管材 内孔需套入芯棒 113， 可以进行单向轧制， 也可以正、 反转往复轧制， 也可以采 用多机架往复式连轧； 若轧制异型管材也可采用异型芯棒轧制. 当轧辊联合体的数目小于等于 8时，称为多轧辊星型组合多变式轧机， 当轧辊联 合体的数目大于 8时，称为多轧辊宇型组合多变式轧机， 其中多轧辊可根据具体 轧辊联合体的数目进行确定。

[0037] 下面具体阐述多轧辊星宇型多变组合式轧机的 轧制原理： 目前的轧机结 构在考虑和设计时认为多辊轧机的每一个轧辊 都应当是单独向心压下，而且应当 同步同量压下， 这是思路的误区， 从而导致压下系统结构复杂， 采用多轧辊星宇 型组合多变式轧机进行集体压下，从宏观上可 以看成是多个轧辊共同轧制同一金 属断面， 从微观上看它是若干台 "单辊轧机"或若干台 "二辊轧机"轧制同一金 属断面， 同一金属断面对多辊轧机而言， 每个轧辊承担它所接触到的断面分区的 轧制任务， 即咬入、 压下、 延伸和宽展， 在它进行轧制任务时需要寻找力的支撑 对象， 如果把其他轧辊集体作为其中一个轧辊的施力 支撑对象时， 星宇型组合多 变式轧机可看成是众多 "单辊轧机"的集合体， 如果把与其 180° 相对的轧辊作 为施力的支撑对象时， 可将其看做众多 "二辊轧机"轧制的集合体； 因此， 多辊 星宇型组合多变轧机不论是多辊集体压下还是 单辊向心压下，对于各个轧辊联合 体来说都能实现咬入、 压下、 延伸和宽展的任务。

[0038] 由于以轧件断面为中心， 多个轧辊同步向心进行轧制， 对每一对轧辊而 言， 都处于限制轧件断面宽展的位置， 对断面施加压力， 每一个轧辊接触断面的 区域较小， 而且每个轧辊对断面的单独压下量小， 仅占 ， 因此这 i的压下量 n n 造成的金属断面局部宽展量相对微笑，断面局 部的微宽展很难带动或累积断面的 总体宽展，因此，接近零宽展的多辊轧制有了 实现的可能； 同时多辊的向心轧制， 对于高合金钢和其他难变形的合金来说可提高 其冷轧塑性并能有效防止轧裂。

[0039] 通过本发明还提出了一种新型的齿轮传动结构 ， 将轧辊联合体的各外辊 环拆除，传动装置和由传动装置带动的同步向 心旋转的各轧辊联合体就演变成了 一个齿轮传动结构，该齿轮传动结构依靠相邻 的背靠背设置的锥齿轮或锥齿盘与 相邻的一对背靠背设置的锥齿轮或锥齿盘啮合 从而达到传递力矩的目的。

[0040] 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 凡依本发明申请专利范围所做的均 等变化与修饰， 皆应属本发明的涵盖范围。