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軋機縱向剛度 6 1 軋機橫向剛度 6 2 第六章軋機的剛度 1 基本要求 重點與難點 領(lǐng)會軋機縱向 橫向剛度的含義 了解影響軋機剛度的因素及提高剛度的措施 理解軋輥的輥型調(diào)節(jié)原理 掌握軋機剛度測定及減小橫向厚差的方法 軋機橫向剛度及軋輥的輥型調(diào)節(jié)原理 2 6 1軋機縱向剛度 6 1 1軋機縱向剛度的概念 1 軋機工作機座發(fā)生彈性變形所需外力 用K表示 t 或MN 即表示機座抵抗外力發(fā)生彈性變形的能力 軋輥 軸承 軸承座 壓下螺絲 壓下螺母 軋制壓力 比空載輥縫大 其差值稱為彈跳值 并與軋制壓力成正比 彈跳 機架 力傳遞的零部件會發(fā)生彈性變形 使得軋輥軋制時的實際輥縫 值會影響軋機最小可軋厚度 3 圖6 1軋機彈性 塑性曲線 P h 圖 4 式中 軋制壓力的改變量 kN 彈跳值的改變量 mm 軋機剛度系數(shù) kN mm 軋機彈性變形曲線 彈跳方程 軋機彈性變形曲線 軋機在不同軋制壓力作用下對應(yīng)工作輥實際開口度 即軋件實際厚度h構(gòu)成P h曲線 見圖6 1曲線A A 當 時 曲線近似于直線 曲線的斜率就是軋機的 縱向剛性系數(shù) 即表示當軋機的輥逢值產(chǎn)生單位距離 的變化時 軋制力的增量值 即 5 軋出軋件的厚度 式中 軋件厚度 mm 軋機彈跳值 mm 考慮預(yù)壓靠變形后的空載輥縫 mm 6 軋件塑性變形曲線 軋件塑性變形方程 軋件塑性變形曲線 軋件在不同軋制壓力作用下壓 扁對應(yīng)軋件實際厚度h構(gòu)成P h曲線 見圖6 1曲線 塑性剛度系數(shù) 彈塑性曲線 工作點 軋輥與軋件相互作用力相等P 即軋件受力塑性曲線 與軋機受力彈性曲線交點 工作點 B B 7 輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù) 表明軋制壓力波動引起軋件厚度波動 要消除它需 但其效率受 制約 反向調(diào)整軋機輥縫 8 6 1 2軋機剛度的測定 軋輥壓靠法 軋制法 9 6 1 3提高軋機縱向剛度的措施 縮短軋機應(yīng)力回線長度 在普通軋機中 軋機的彈性變形 可近似地用虎克定律來表示 各受力部件的變形之和 即 式中 軋機中零件的彈性模數(shù) MPa 上下橫梁 機架立柱 上輥軸承至上橫梁的 機架立柱 壓下螺絲和下輥軸承座的斷面積 上下橫梁斷面慣性矩mm3 系數(shù) 長度和下輥軸承座高度 mm 10 軋機中受力零件長度之和就是該軋機應(yīng)力回線的長度 因此縮短軋機應(yīng)力回線的長度 便能提高軋機的剛性 根據(jù)這個原理設(shè)計成的軋機 稱為短應(yīng)力回線軋機 圖6 2軋機的應(yīng)力回線a 有機架 b 無機架 11 預(yù)應(yīng)力軋機 圖6 3四輥液壓型預(yù)應(yīng)力軋機 在軋制前對軋機施以預(yù)應(yīng)力 軋機在軋制時的變形量可大大減小 從而提高了軋機的剛性 凡是未工作時就處于受力狀態(tài)的軋機 稱為預(yù)應(yīng)力軋機 12 6 1 4軋機剛度與軋件縱向厚差的關(guān)系 設(shè)備狀態(tài)變化時 軋機剛性與軋件縱向厚度精度的關(guān)系 而 其中 稱為材料的塑性剛度系數(shù) 此時擾動影響系數(shù)為 為了盡量減輕軋輥偏心和軸承 當輥縫由于軋輥偏心和軸承油膜厚度波動而變化時 會引起輥縫變化 軋制力也隨之而變 對彈跳方程求增量 這時引起板厚變化為 油膜厚度波動等外擾量對軋件厚度的影響 應(yīng)采用剛性系數(shù)小的軋機 13 工藝因素變化時 軋機剛性與軋件縱向厚度精度的關(guān)系 工藝影響因素包括來料厚度 軋制溫度 摩擦系數(shù) 軋制速度 張力波動等 當這些工藝參數(shù)變化時 軋制壓力會發(fā)生變化 使軋件厚度產(chǎn)生波動 但軋機名義輥縫不變 僅由軋制力變化引起軋件厚度波動時 有 此時擾動影響系數(shù)為 為了盡量減輕引起軋制力波動 的工藝因素對軋件厚度的影響 應(yīng)采用剛性系數(shù)大的軋機 14 6 2軋機橫向剛度 6 2 1軋機橫向剛度概念 圖6 4四輥軋機軋輥變形情況比較a 一般四輥軋機 b HC軋機 15 四輥板帶軋機由于支持輥彎曲變形和工作輥 支持輥間不均勻接觸變形 工作輥產(chǎn)生彎曲變形 實際輥縫呈凸形 軋件亦呈凸形 即軋件沿寬度方向產(chǎn)生了厚差 工作輥彎曲程度的大小反映軋機橫向剛度大小 即橫向抵抗軋機彎曲變形的能力 式中 軋機橫向剛性系數(shù) kN mm 軋制力 kN 板帶材中部與邊部的厚度差 mm 橫向剛度的概念 16 3 板帶橫向厚差產(chǎn)生的原因 軋輥彎曲變形 軋輥磨損 軋輥彈性壓扁 熱膨脹不均勻變形熱凸度 原始輥型車削加工問題 提高輥型設(shè)計水平 采用凸輥輥型控制 采用凸輥輥型控制 采用液壓彎輥控制 采用凹輥輥型 冷卻水控制 及加工制作水平 17 2 提高板帶材的平直度和縮小橫向板厚差的途徑 軋輥預(yù)先加工成凸形輥 操作和管理上是很麻煩的 需要準備許多不同凸度的軋輥 用調(diào)節(jié)輥溫分布的辦法來調(diào)整輥形 即控制軋輥的熱凸度 采用控制軋輥熱凸度的方法燙輥時間長 熱凸度變化緩慢 只能作為輥型調(diào)節(jié)的一種輔助手段 采用機械彎輥的方法 以抵消軋輥在軋制時的彎曲變形 采用各種新型軋機 改善軋件的凸度和平直度 目前 在板帶軋機中廣泛采用了各種板型控制軋機 配合采用液壓彎輥的方法 對軋輥凸度進行有效的控制 18 19 20 6 2 2軋輥的輥型調(diào)節(jié) 6 2 2 1液壓彎輥裝置 圖6 5四輥軋機彎輥受力圖a 正彎工作輥 b 負彎工作輥 c 正彎支撐輥 21 有無液壓彎輥輥系受力情況的比較 22 正彎工作輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 1正彎工作輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 23 下工作輥軸承座上裝有液壓缸 彎輥力F與軋制力同向 減小工作輥擾度 軋制時抵消軋制力產(chǎn)生擾度 輥凸度小 優(yōu)點 正彎工作輥需要的彎輥力小 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單 缺點 持輥軸承 軸頸 壓下螺絲 機架負荷 增加輥面邊緣接觸應(yīng)力 增加工作輥軸承 輥頸 支 影響支持輥使用壽命 相對于負彎工作輥 板帶材厚度變化幅度加大 24 負彎工作輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 2負彎工作輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 25 設(shè)專門液壓缸于工作輥與支持輥軸承座間 彎輥力F與 軋制力反向 增加工作輥擾度 凸度大于軋制力產(chǎn)生擾 度 負彎補償凸度 優(yōu)點 支持輥輥頸 軸承 軸承座工作負荷 改善支持輥工作條 件 提高其壽命 不影響壓下螺絲 機架負荷 且減輕輥面間接觸應(yīng)力 負彎工作輥效果較好 它所需要的彎輥力也小 設(shè)備結(jié)構(gòu) 也簡單 板帶材厚度變化幅度比較小 26 正彎支持輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 3正彎支持輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 27 延長支持輥輥頸安裝液壓缸 軋機結(jié)構(gòu)復(fù)雜 彎輥力F 與軋制力同向 對支持輥彎曲效果與軋制壓力引起的彎 優(yōu)點 不影響輥面間接觸應(yīng)力 支持輥輥頸 軸承 軸 承座負荷 但增加壓下螺絲 機架負荷 負彎支持輥削弱了支持輥的輥頸強度 用得較少 曲方向相反 28 6 2 2 2UPC軋機 圖6 6UPC軋機原理示意圖e 偏心值 S 移動行程 UPC軋機輥型呈雪茄型 沿整個輥身長度磨成偏離輥身中央凸度漸變的形狀 輥身的最大直徑位于輥身中央e處 上下工作輥反向配置 并可作相對的軸向移動 不同的移動位置可形成不同的輥縫形狀 從而可適應(yīng)較大范圍的板型控制 該軋機配以工作輥彎輥裝置作微調(diào)之用 效果較理想 29 6 2 2 3CVC軋機 圖6 7CVC軋輥凸度控制原理a 零凸度 b 正凸度 c 負凸度 ACVC軋輥原理 30 BCVC軋輥凸度 圖6 9CVC軋輥凸度解析 上輥輥形曲線為 下軋輥的輥形曲線為 31 當軋輥正向 上軋輥向右 移動S距離時 所形成的實際有效凸度為 求出系數(shù) 為 系數(shù) 和 可根據(jù)邊界條件確定 CVC軋輥的最大 最小直徑分別對應(yīng)坐標軸 和 則有 32 CCVC軋輥熱凸度 軋輥熱凸度模型 目前使用的軋輥熱凸度模型為 現(xiàn)場實際使用的熱凸度 是軋輥中央截面熱膨脹與距帶鋼邊部40mm處 熱膨脹之差 即 33 CVC軋機工作輥熱凸度測量和計算 圖6 11軋輥磨削前冷熱輥形曲線 工作輥熱凸度測量 34 工作輥熱凸度計算 CVC軋輥的基準直徑 為 冷熱狀態(tài)下 沿軋輥輥身任意截面處的實際輥徑 為 35 圖6 12F7機架軋輥熱凸度 圖6 13F7機架輥身表面溫度沿輥身長度上分布 36 DCVC軋輥磨損 根據(jù)軋輥在實際工作條件下輥磨損的原因 可分為三種 機械磨損或摩擦磨損 化學(xué)磨損 熱磨損 工作輥的磨損主要是由于工作輥與軋件間以及工作輥與支承輥間相互摩擦所引起的 這種相互摩擦包括滑動摩擦和滾動摩擦 CVC軋輥的磨損主要取決于輥縫幾何形狀和軋制壓力 影響軋輥中部磨損深度的主要因素有軋制壓力 帶材參數(shù) 機架參數(shù) 軋制帶材長度等 CVC軋機工作輥磨損測量 37 圖6 14F1機架軋輥磨損曲線 38 6 2 2 4HC軋機 6 15 1HC軋機 39 40 6 2 2 5PC軋機 圖6 15PC軋機原理圖a 支持輥軸線交叉 b 工作輥軸線交叉 c 成對軋輥軸線交叉 41 圖6 16PC軋機的凸度調(diào)節(jié)能力 圖6 17PC軋機的軸向力 42 表1末架F7軋制部分工藝數(shù)據(jù) 某熱連軋帶鋼廠精軋機組7個機架均為負彎工作輥的四輥軋機 軋制管線鋼時測得的末架F7軋制部分工藝數(shù)據(jù)如下表所示 試回答下列問題 1 F7機架軋機的縱向剛度系數(shù)是多少 2 若已知F7機架的塑性剛度系數(shù)為350t mm 則其輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)是多少 3 F7機架軋機的橫向剛度系數(shù)是多少 4 說明正彎工作輥的原理 畫出輥系受力圖 工作輥及支承輥受力圖 有何特點 5 從設(shè)備角度談?wù)勅绾翁岣哕垯C的縱向剛度系數(shù) 如何減少軋件的橫向厚差 作業(yè) 43