阅读说明：本技术 用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置 (Nonlinear energy trap device for changing rigidity by using magnetorheological fluid ) 是由 赵武 张炅 黄丹 孙超凡 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置,包括上工作辊刚度调整模块和下工作辊刚度调整模块；上工作辊刚度调整模块包括输送管、进液端旋转接头、出液端旋转接头、上工作辊轴芯和上工作辊辊套,下工作辊刚度调整模块包括下旋转接头、下工作辊轴芯和下工作辊辊套。本发明通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在环形空间排布的致密程度,调整工作辊辊套刚度系数,改变工作辊辊套的刚度,从而可以快速及时的得到不同刚度的工作辊,进而得到更高质量的轧件,同时可以研究工作辊刚度系数的改变对工作辊刚度特性的影响规律。(The nonlinear energy trap device for changing the rigidity by using the magnetorheological fluid comprises an upper working roll rigidity adjusting module and a lower working roll rigidity adjusting module; the upper working roll rigidity adjusting module comprises a conveying pipe, a liquid inlet end rotary joint, a liquid outlet end rotary joint, an upper working roll shaft core and an upper working roll sleeve, and the lower working roll rigidity adjusting module comprises a lower rotary joint, a lower working roll shaft core and a lower working roll sleeve. The invention changes the density of the magnetorheological fluid particles in the annular space by changing the amount of the magnetorheological fluid introduced and applying the electromagnetic field force, adjusts the rigidity coefficient of the working roll sleeve and changes the rigidity of the working roll sleeve, thereby quickly and timely obtaining the working rolls with different rigidities, further obtaining rolled pieces with higher quality and researching the influence rule of the change of the rigidity coefficient of the working roll on the rigidity characteristic of the working roll.)

用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置

技术领域

本发明属于薄板带材生产技术领域，具体涉及一种用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置。

背景技术

目前市场对高质量薄板带材需求的与日俱增，促使了与轧制相关的理论、技术、设备和手段的不断改进和发展。工作辊作为轧机最主要的工作部件之一,其结构刚度的大小决定着轧制板带材质量的高低。一方面轧机轧制力的变化会影响到工作辊，工作辊刚度不够会影响轧件的成型质量；另一方面工作辊刚度不够会发生断裂，导致其它机械设备发生故障，生产效率大大降低。

工作辊的刚度对轧件的成型质量起着至关重要的作用，明确工作辊刚度系数结构的改变对工作辊刚度特性的影响规律，是控制轧件成型质量的关键之处。

现阶段有关于如何改变轧机工作辊的刚度，许多研究人员做了大量的工作。中国发明专利CN207086568U公开了一种轧辊旋转接头，包括有进水管、出水管、进水接头、集水罩、轧辊以及回水轴向孔其中所述集水罩固定的套于轧辊的一端,集水罩与轧辊之间由第二密封圈密封,轧辊的中心轴向开设有中心孔,进水接头位于所述集水罩内,进水接头的一端与轧辊上的中心孔相连,另一端从所述集水罩的外壳穿出并与所述进水管相连,所述进水接头与集水罩的外壳间通过第一密封圈密封轧辊的中心孔上开设有多个径向孔。但该专利所提出的结构只是侧重于在热轧过程中持续为轧辊提供冷却水,从而降低轧辊的温度,防止轧辊受热变形报废，不能研究上下工作辊刚度系数结构的改变对工作辊刚度特性的影响规律。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置，能够通过调整上、下工作辊刚度系数结构，改变上下工作辊的刚度，从而可以快速及时的得到不同刚度的工作辊，进而得到更高质量的轧件，同时可以研究上、下工作辊刚度系数结构的改变对工作辊刚度特性的影响规律。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置，包括上工作辊刚度调整模块和下工作辊刚度调整模块；

上工作辊刚度调整模块包括输送管4、进液端旋转接头1-1、出液端旋转接头1-2、上工作辊轴芯17和上工作辊辊套18，磁流变液通过进液端旋转接头1-1和输送管4进入上工作辊轴芯17与上工作辊辊套18之间配合形成的上环形封闭空间2，调整上工作辊辊套18的刚度系数，从而改变上上工作辊辊套18的刚度；

下工作辊刚度调整模块包括下旋转接头1-3、下工作辊轴芯29和下工作辊辊套30，磁流变液通过下旋转接头1-3和下工作辊轴芯29的内部通道进入下工作辊轴芯29与下工作辊辊套30配合形成的下环形封闭空间50，调整下工作辊辊套30刚度系数，从而改变下工作辊辊套30的刚度。

输送管4、上工作辊轴芯17和上工作辊辊套18的中心线重合且该中心线沿左右方向水平设置；输送管4右侧部通过第一轴承9转动设置在轧制机架10的右侧，输送管4的左端部通过第一套筒式联轴器3同轴向连接有磁粉制动器1，磁粉制动器1设置在轧制机架10的左侧，输送管4的右端部通过花键结构与上工作辊轴芯17的左端传动连接，上工作辊辊套18套设在输送管4的右端与上工作辊轴芯17的左端传动连接处的外部，输送管4的左端封堵，输送管4上自左向右依次开设有进液孔、出液孔和刚度调节孔，刚度调节孔位于上工作辊辊套18内部，进液端旋转接头1-1和出液端旋转接头1-2均密封在输送管4的外部，进液孔位于进液端旋转接头1-1内部；出液孔位于出液端旋转接头1-2内部。

进液端旋转接头1-1的进口端设有第一单向阀5控制磁流变液单向流入，出液端旋转接头1-2的出口端设有第二单向阀6控制磁流变液单向流出。

出液端旋转接头1-2的右侧通过螺拴连接有传感器架7，传感器架7上设有用于监测输送管4管体张紧力的压力传感器8；

磁流变液通过第一单向阀5、进液端旋转接头1-1进入输送管4，再沿输送管4内部向右进入上工作辊轴芯17与上工作辊辊套18之间配合形成的上环形封闭空间2，通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在上环形封闭空间2排布的致密程度，调整上工作辊辊套18的刚度系数，从而改变上工作辊辊套18的刚度，且通过压力传感器8实时监测到的输送管4管体的张紧力信号，并把该信号反馈给出液端旋转接头1-2，从而调节第二单向阀6控制磁流变液单向流出。

所述上工作辊轴芯17通过第二轴承22转动设置在轧制机架10右侧，上工作辊轴芯17左端部沿中心轴向开设有中心孔，且中心孔圆周设置有第一内花键15，输送管4的右端外圆周设置有第一外花键16，第一外花键16伸入到中心孔内与第一内花键15传动连接，上工作辊轴芯17的外圆周设有第二外花键20，上工作辊辊套18的右端部内圈设有第二内花键19，第二外花键20与第二内花键19啮合传动连接，上工作辊轴芯17的右端部通过第二套筒式联轴器24连接调速电机25，调速电机25设置在轧制机架10右侧。

第二内花键19的小径大于上工作辊轴芯17的最大直径，第二外花键20与第二内花键19之间传动连接的右侧部的上工作辊轴芯17外周设有上双密封结构21防止漏液，上双密封结构21的内圈设有与上工作辊轴芯17外圆密封配合的密封圈，上双密封结构21的左侧边设有与上工作辊辊套18右侧面密封配合的密封圈；上双密封结构21通过螺钉与上工作辊辊套18右侧面固定连接；

上工作辊辊套18的左端部通过轴向设置的第一连接螺栓12与第一法兰11相连接，第一法兰11通过径向设置的螺钉固定在输送管4外圆上，上工作辊辊套18左端面与第一法兰11右侧面之间设有密封垫圈防止漏液，上工作辊辊套18与输送管4外圆之间设有密封圈防止漏液，上工作辊辊套18与上工作辊轴芯17同步旋转。

下工作辊轴芯29和下工作辊辊套30的中心线均沿左右方向水平设置，下工作辊轴芯29左侧和右侧均通过第三轴承23转动设置在轧制机架10上，下工作辊辊套30安装在下工作辊轴芯29外部并位于上工作辊辊套18正下方，下工作辊辊套30内圈与下工作辊轴芯29外圆之间形成下环形封闭空间50；

下工作辊轴芯29的外圆周设有第三外花键40，下工作辊辊套30的右端部内圈设有第三内花键41，第三外花键40与第三内花键41啮合传动连接；

第三内花键41的小径大于下工作辊轴芯29的最大直径，第三外花键40与第三内花键41之间传动连接的右侧部的下工作辊轴芯29外周设有下双密封结构42防止漏液，下双密封结构42的内圈设有与下工作辊轴芯29外圆密封配合的密封圈，下双密封结构42的左侧边设有与下工作辊辊套30右侧面密封配合的密封圈；下双密封结构42通过螺钉与下工作辊辊套30右侧面固定连接；

下工作辊辊套30的左端部通过轴向设置的第二连接螺栓43与第二法兰44相连接，第二法兰44通过径向设置的螺钉固定在下工作辊轴芯29外圆上，下工作辊辊套30左端面与第二法兰44右侧面之间设有密封垫圈防止漏液，下工作辊辊套30与下工作辊轴芯29外圆之间设有密封圈防止漏液，下工作辊辊套30与下工作辊轴芯29同步旋转。

下工作辊轴芯29的左侧内部沿中心轴向开设有敞口的液流通道45；下旋转接头1-3包括均沿左右方向水平设置的外螺纹筒46和排液管47，排液管47同轴向安装在外螺纹筒46内部，外螺纹筒46和排液管47之间具有环形进液通道49，排液管47的左端与下旋转接头1-3的出液口48连接，下旋转接头1-3的进液口51与环形进液通道49的左端连接，外螺纹筒46右端伸入到液流通道45内并与下工作辊轴芯29的左端内壁螺纹连接，下工作辊轴芯29上开设有用于连通液流通道45与下环形封闭空间50的通孔52，排液管47的右端伸入到通孔52附近；

磁流变液从下旋转接头1-3的进液口51流入，沿环形进液通道49向左流入到下工作辊轴芯29的液流通道45内，再经通孔52进入到下环形封闭空间50内，磁流变液通过排液管47向左流动，经出液口48排出，通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在下环形封闭空间50排布的致密程度，调整下工作辊辊套30刚度系数，从而改变下工作辊辊套30的刚度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

一、进液端旋转接头设有第一单向阀控制磁流变液单向流入，出液端旋转接头设有第二反向单向阀控制磁流变液单向流出，可以有效解决磁流变液流经通道的干涉问题。

二、进液端旋转接头和出液端旋转接头都采用机械密封，结构设计巧妙、密封性能好、使用寿命长。

三、上工作辊轴芯的左端部沿中心轴向开设有中心孔、下工作辊轴芯的左侧内部沿中心轴向开设有敞口的液流通道，便于磁流变液的输送，提高工作效率，同时也大大的节约制造轴芯的原材料。

四、输送管的圆周方向均开设有多个圆周孔（进液孔、出液孔和刚度调节孔），且输送管与上工作辊轴芯同步旋转，进出液更加顺畅，避免堵塞现象。

五、下旋转接头在实际使用时，其中的排液管可以进入下工作辊轴芯内部，不仅排液方便快捷，避免堵塞，且节省安装空间。

六、磁流变液进入工作辊轴芯与工作辊辊套之间的环形封闭空间，通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在环形空间排布的致密程度，调整工作辊辊套刚度系数，改变工作辊辊套的刚度，从而可以快速及时的得到不同刚度的工作辊，进而得到更高质量的轧件，同时可以研究工作辊刚度系数的改变对工作辊刚度特性的影响规律。

附图说明

图1是本发明装配图的正视结构示意图；

图2是图1按A-A向的剖视图。

图3是图1按B-B向的剖视图。

图4是本发明装配图的俯视图；

图5是本发明上工作辊刚度调整模块中输送管、上工作辊轴芯和上工作辊辊套正视装配示意图。

图6是本发明下工作辊刚度调整模块正视示意图。

图7是本发明的下工作辊轴芯的正视图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”及“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图7所示，本发明的用磁流变液改变刚度的非线性能量阱装置，包括上工作辊刚度调整模块和下工作辊刚度调整模块；

上工作辊刚度调整模块包括输送管4、进液端旋转接头1-1、出液端旋转接头1-2、上工作辊轴芯17和上工作辊辊套18，磁流变液通过进液端旋转接头1-1和输送管4进入上工作辊轴芯17与上工作辊辊套18之间配合形成的上环形封闭空间2，调整上工作辊辊套18的刚度系数，从而改变上上工作辊辊套18的刚度；

下工作辊刚度调整模块包括下旋转接头1-3、下工作辊轴芯29和下工作辊辊套30，磁流变液通过下旋转接头1-3和下工作辊轴芯29的内部通道进入下工作辊轴芯29与下工作辊辊套30配合形成的下环形封闭空间50，调整下工作辊辊套30刚度系数，从而改变下工作辊辊套30的刚度。

输送管4、上工作辊轴芯17和上工作辊辊套18的中心线重合且该中心线沿左右方向水平设置；输送管4右侧部通过第一轴承9转动设置在轧制机架10的右侧，输送管4的左端部通过第一套筒式联轴器3同轴向连接有磁粉制动器1，磁粉制动器1设置在轧制机架10的左侧，输送管4的右端部通过花键结构与上工作辊轴芯17的左端传动连接，上工作辊辊套18套设在输送管4的右端与上工作辊轴芯17的左端传动连接处的外部，输送管4的左端封堵，输送管4上自左向右依次开设有进液孔、出液孔和刚度调节孔，刚度调节孔位于上工作辊辊套18内部，进液端旋转接头1-1和出液端旋转接头1-2均密封在输送管4的外部，进液孔位于进液端旋转接头1-1内部；出液孔位于出液端旋转接头1-2内部。

进液端旋转接头1-1的进口端设有第一单向阀5控制磁流变液单向流入，出液端旋转接头1-2的出口端设有第二单向阀6控制磁流变液单向流出。

出液端旋转接头1-2的右侧通过螺拴连接有传感器架7，传感器架7上设有用于监测输送管4管体张紧力的压力传感器8。

所述上工作辊轴芯17通过第二轴承22转动设置在轧制机架10右侧，上工作辊轴芯17左端部沿中心轴向开设有中心孔，且中心孔圆周设置有第一内花键15，输送管4的右端外圆周设置有第一外花键16，第一外花键16伸入到中心孔内与第一内花键15传动连接，上工作辊轴芯17的外圆周设有第二外花键20，上工作辊辊套18的右端部内圈设有第二内花键19，第二外花键20与第二内花键19啮合传动连接，上工作辊轴芯17的右端部通过第二套筒式联轴器24连接调速电机25，调速电机25设置在轧制机架10右侧。

第二内花键19的小径大于上工作辊轴芯17的最大直径，第二外花键20与第二内花键19之间传动连接的右侧部的上工作辊轴芯17外周设有上双密封结构21防止漏液，上双密封结构21的内圈设有与上工作辊轴芯17外圆密封配合的密封圈，上双密封结构21的左侧边设有与上工作辊辊套18右侧面密封配合的密封圈；上双密封结构21通过螺钉与上工作辊辊套18右侧面固定连接；

上工作辊辊套18的左端部通过轴向设置的第一连接螺栓12与第一法兰11相连接，第一法兰11通过径向设置的螺钉固定在输送管4外圆上，上工作辊辊套18左端面与第一法兰11右侧面之间设有密封垫圈防止漏液，上工作辊辊套18与输送管4外圆之间设有密封圈防止漏液，上工作辊辊套18与上工作辊轴芯17同步旋转。

下工作辊轴芯29和下工作辊辊套30的中心线均沿左右方向水平设置，下工作辊轴芯29左侧和右侧均通过第三轴承23转动设置在轧制机架10上，下工作辊辊套30安装在下工作辊轴芯29外部并位于上工作辊辊套18正下方，下工作辊辊套30内圈与下工作辊轴芯29外圆之间形成下环形封闭空间50；

下工作辊轴芯29的外圆周设有第三外花键40，下工作辊辊套30的右端部内圈设有第三内花键41，第三外花键40与第三内花键41啮合传动连接；

第三内花键41的小径大于下工作辊轴芯29的最大直径，第三外花键40与第三内花键41之间传动连接的右侧部的下工作辊轴芯29外周设有下双密封结构42防止漏液，下双密封结构42的内圈设有与下工作辊轴芯29外圆密封配合的密封圈，下双密封结构42的左侧边设有与下工作辊辊套30右侧面密封配合的密封圈；下双密封结构42通过螺钉与下工作辊辊套30右侧面固定连接；

下工作辊辊套30的左端部通过轴向设置的第二连接螺栓43与第二法兰44相连接，第二法兰44通过径向设置的螺钉固定在下工作辊轴芯29外圆上，下工作辊辊套30左端面与第二法兰44右侧面之间设有密封垫圈防止漏液，下工作辊辊套30与下工作辊轴芯29外圆之间设有密封圈防止漏液，下工作辊辊套30与下工作辊轴芯29同步旋转。

下工作辊轴芯29的左侧内部沿中心轴向开设有敞口的液流通道45；下旋转接头1-3包括均沿左右方向水平设置的外螺纹筒46和排液管47，排液管47同轴向安装在外螺纹筒46内部，外螺纹筒46和排液管47之间具有环形进液通道49，排液管47的左端与下旋转接头1-3的出液口48连接，下旋转接头1-3的进液口51与环形进液通道49的左端连接，外螺纹筒46右端伸入到液流通道45内并与下工作辊轴芯29的左端内壁螺纹连接，下工作辊轴芯29上开设有用于连通液流通道45与下环形封闭空间50的通孔52，排液管47的右端伸入到通孔52附近。

本发明具体工作过程如下：

调速电机25旋转，带动通过第二套筒式联轴器24连接的上工作辊轴芯17旋转，从而带动与上工作辊轴芯17通过花键连接的输送管4和上工作辊辊套18转动，输送管4的左端部接第一套筒式联轴器3与调节上工作辊轴芯4沿圆周方向扭转的磁粉制动器1相连。磁流变液通过第一单向阀5、进液端旋转接头1-1进入输送管4，再沿输送管4内部向右进入上工作辊轴芯17与上工作辊辊套18之间配合形成的上环形封闭空间2，通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在上环形封闭空间2排布的致密程度，调整上工作辊辊套18的刚度系数，从而改变上工作辊辊套18的刚度，且通过压力传感器8实时监测到的输送管4管体的张紧力信号，并把该信号反馈给出液端旋转接头1-2，从而调节第二单向阀6控制磁流变液单向流出。同时磁流变液从下旋转接头1-3的进液口51流入，沿环形进液通道49向左流入到下工作辊轴芯29的液流通道45内，再经通孔52进入到下环形封闭空间50内，磁流变液通过排液管47向左流动，经出液口48排出，通过改变通入磁流变液的量以及施加电磁场力改变磁流变液粒子在下环形封闭空间50排布的致密程度，调整下工作辊辊套30刚度系数，从而改变下工作辊辊套30的刚度。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。