CN104540608A - 轧制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在冶金技术中的轧制装置(100)，其具有带有辊身(11)和两个辊颈(10)的轧辊，和至少一个辊颈衬套(20)用于没有径向间隙地不可相对旋转地容纳所述辊颈(10)之一。为了提高轧制装置的承载力但不增大轧制装置的结构尺寸或安装尺寸，在未承受负荷的状态下在所述(20)辊颈衬套和所述辊颈(10)之间形成环绕的空腔(12)。

Description

轧制装置

技术领域

本发明涉及一种应用在冶金技术中的轧制装置，其具有带有一个辊身和两个辊颈的轧辊和用于没有径向间隙地不可相对旋转地容纳所述辊颈之一的至少一个辊颈衬套。

背景技术

从现有技术中已知一种轧制装置，在该轧制装置中辊颈容纳在圆柱形或锥形的辊颈衬套中。例如，油膜轴承应用在轧钢机中以用于支承支撑轧辊，该支撑轧辊承受来自调整气缸的轧制力并且将该轧制力传递到工作轧辊。在此，油膜轴承是承受高负荷的滑动轴承，其大多在高的索默菲尔德数的范围内工作、也就是说在相对低的转速和高的负荷下工作。在非常高的直至部分超过1500bar(其在负荷区中形成)的高压力下，被压力加载的面发生弹性变形或变平。通过在弹性范围内的变平，与例如通过调整气缸施加的外力的作用方向相反地，产生更大的压力作用面。轴承由此能承受更大负荷。该效应被称为弹性流体动力(EHD)的承载力增加。为了继续强化该效应，使用所谓的轴承，其具有薄壁的构造为锥形的辊颈衬套作为滚动面，也见文献US 6,468,194或文献EP 1213061。

从文献“Newsletter 01/2009，SMS Group，第16年度，第1期，2009年4月，第50至51页”已知用于轧辊装置的轴承，在其中，将辊颈衬套装在锥形的辊颈上。为了传递扭矩，在辊颈衬套和辊颈之间设置有键。

文献EP 1 651 876 B1描述了一种用于辊颈的油膜轴承，套在该辊颈上的辊颈衬套被设置在安装块中的轴承衬套所包围。

从文献DE 603 03 052 D2中已知一种应用在轧钢机中的油膜轴承，其具有用于可旋转地承载辊颈的颈面的圆柱形衬套，其中，所述衬套设有凹入部以用于容纳润滑介质。

文献DE 38 76 663 T2描述了一种用于将运转的轴承承载在液力润滑膜上的圆柱形衬套。

至此已知的解决方案的缺点在于，为了传递非常高的负荷，与所述负荷相匹配地支承结构的尺寸设计得很大。

发明内容

本发明基于的目的是，进一步提高轧制装置的承载力，而不增大轧制装置的结构尺寸或安装尺寸。

根据本发明，所述目的通过权利要求1所述的特征实现。本发明描述了一种应用在冶金技术中的轧制装置，其具有带有一个辊身和两个辊颈的轧辊和用于没有径向间隙地不可相对旋转地容纳所述辊颈之一的至少一个辊颈衬套。所述轧制装置的特征特别是在于，在未承受负荷的状态下，在辊颈衬套和辊颈之间形成环绕的空腔。

根据最大轴承力准确地预先设计空腔的尺寸。环绕的空腔构造成在垂直于轧制装置的纵轴线的平面中的、就环绕的空心轮廓意义而言的旋转对称的环形间隙的形式。

通过根据本发明的空腔，在辊颈衬套和辊颈之间产生更大的自由空间，辊颈衬套在负荷下在力作用的空间区域中可局部地变平到该自由空间中。通过辊颈衬套的变平，增大了用于承受力的压力作用面，并且显著提高了轧制装置的负荷能力，而不必增大其结构尺寸。更详细地参见说明书结尾部分的章节“工作原理”。

根据第一种实施例规定，空腔通过在辊颈的周面上的和/或在辊颈衬套的内周面上的旋转对称的凹形的成型部增大并限定。

本发明的另一实施方式规定，辊颈的周面和/或辊颈衬套的内周面在其凹形的成型部的区域中，在轧制装置的纵向剖面中看，至少局部地设计成直线、正弦曲线、n次多边形曲线R(x)或其组合的形式。为了保证在没有径向间隙的情况下辊颈衬套在辊颈上稳定的轴承配合，辊颈衬套和辊颈，在轴向方向上与空腔相邻地，具有彼此邻接的支承面。

此外规定，辊颈的周面的轮廓或辊颈衬套的内周面的轮廓在其凹形的成型部的区域中，在轧制装置的纵向剖面中看，在两个相邻的异型区段之间的过渡区域中是连续的且可微分的。有利地，由此在异型部的各个异型区段之间提供了没有棱边的顺滑的过渡部，以由此尤其在负荷情况下避免在辊颈衬套和辊颈的彼此作用的周面上形成压入部位、例如沟纹。有利地，由此也抵抗可能的应力集中的缺点。

此外规定，辊颈的周面的轮廓或辊颈衬套的内周面的轮廓在其凹形的成型部的区域中，在轧制装置的纵向剖面中看，与轴承力在轴向方向上的分布相关，从而在负荷下局部地实现辊颈衬套在其弹性范围内的尽可能大的变平，其在结构尺寸不变的情况下使轧制装置的承载力增大。

此外，本发明规定，辊颈的周面是截锥形的并且辊颈衬套的内周面构造成互补的截锥形。有利地，辊颈衬套通过锥形可轻易装配到辊颈上或者再次拆卸下来。

在根据本发明的装置的一种替代优选实施方式中规定，辊颈的周面是圆柱形的并且辊颈衬套的内周面构造成互补的圆柱形。有利地，在此为了建立没有径向间隙的传力连接，辊颈衬套被热装到辊颈上。

此外，本发明规定，轧辊为应用在轧机机架中的支撑轧辊或中间轧辊或工作轧辊。

根据另一实施例规定，所述装置具有带有轴承衬套的至少一个安装块，辊颈衬套与辊颈一起或轧辊一起在轴承衬套和辊颈衬套之间使用承载油膜的情况下滑动地支承在该轴承衬套中。

总地来说，通过根据本发明的装置提供了一种简单且成本低廉的可行方案，由根据本发明的轧制装置替换或更换例如在轧制设备之内现有的轧制装置，以实现支承结构的承载力提高或功率提高，而不必改变现有的安装空间。根据本发明的装置可简单装配。在维修情况下也实现了简单且快速的更换。

从从属权利要求和以下描述中得到本发明的其它优点和细节，在以下描述中详细解释本发明的在图中示出的实施方式。在此，除了以上阐述的特征组合，单个特征或其他组合方式的特征对于本发明也是重要的。

附图说明

下面参照图1至图3详细描述本发明。其中：

图1示出了具有异型的圆柱形辊颈衬套的轧辊；

图2示出了具有异型的锥形辊颈衬套的轧辊；以及

图3a至图3c示出了用于辊颈的周面和/或辊颈衬套的内周面的不同轮廓曲线；

图4示出了在辊颈衬套处的弹性变形且为在最大空腔的区域中的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了例如应用在冶金技术中的轧制装置100，其具有带有辊身11和至少一个圆柱形辊颈10的轧辊。辊颈10不可相对旋转地且至少没有径向间隙地支承在辊颈衬套20的容纳孔中，该容纳孔与辊颈10互补地构造为圆柱形。为了建立没有径向间隙的传力连接，辊颈衬套20例如被热装到辊颈10上。有利地规定，在辊颈10和辊颈衬套20之间设置至少一个传动元件23，例如为键或相应特殊构造的滑块形式的传动元件23。

辊颈衬套20的内周面21和/或辊颈的外周面设有凹形的轮廓、以下也称为异型部40，其例如通过车削和/或磨削制成。异型部40在其凹形的成型部的区域中，在辊颈衬套20的纵向剖面中看，至少局部地设计成直线、正弦曲线、n次多边形曲线R(x)或其组合的形式。但是，异型部40也可表示简单的抛物线形的曲线形状。

通过凹形的曲线或成型部，在辊颈衬套20或辊颈10上形成凹入部，其在将辊颈衬套20装到辊颈10上时在未承受负荷的状态下在辊颈衬套20和辊颈10之间形成径向环绕的旋转对称的空腔12。空腔12构造成在环绕的旋转对称的空心轮廓的意义上而言的环形间隙的形式。辊颈衬套20的外周面22和辊颈10的周面13在根据图1的图示中示例性地构造成圆柱形。

可规定，将以上描述的异型部40设置在辊颈10的周面13上，并且辊颈衬套20的周面21构造成圆柱形。以上描述的异型部40也可同时既构造在辊颈衬套的内周面上又构造在辊颈的外周面上，优选地彼此相对地构造。

为了限定辊颈衬套20被推到辊颈10上的推上位置，在辊身11的端侧和辊颈衬套20之间设置有具有止挡25的间隔环28。替代地，辊身11可在端侧上设有凸肩(未示出)作为止挡25，其与辊身构造成一体。辊颈衬套20在被推到辊颈10上之后利用压力轴肩挡圈17通过可选地设置用于对辊颈10进行支承的轴向轴承和螺母18在轴向方向x上相对于间隔环28被夹紧并且被固定以防轴向移动，其中，辊颈在其用于容纳压力轴肩挡圈17的端部上设有轮毂凸肩26并且与此紧接着设有用于容纳螺母18的螺纹销27。在图1和图2中仅仅示意性示出了在压力轴肩挡圈17和螺母18之间的轴向轴承内圈16。螺母18附加地可通过防止旋转结构19、例如锁紧螺母固定以防松动。

异型部40的深度t或在辊颈衬套20和辊颈10之间得到的空腔12的大小根据出现的最大轴承力F和辊颈衬套20的弹性模量进行调整，使得在负荷状态下的最大轴承力F越大，就将空腔12的体积构造得越大，其中，辊颈衬套20的变形仅仅保持在弹性范围内。实际的轮廓深度t在微米(μm)的范围内变动，优选地最大至1000μm。

在不考虑下文描述的可选的旋转对称的凹形成型部的情况下，圆柱形辊颈衬套的壁厚d在10mm至75mm之间。

此外可规定，设置至少一个安装块50，其具有用于容纳带有辊颈10的辊颈衬套20的轴承衬套51，其中，在安装块50的轴承衬套51和辊颈衬套20的外周面22之间设置有承载油膜30。该组件也被称为油膜轴承。在优选的实施方式中，通过轴承金属衬层例如巴氏合金涂覆轴承衬套51的内周面。

在根据图2的另一实施方式中规定，辊颈10构造成截锥形。辊颈衬套20的内周面21构造成与截锥形的辊颈10的理想线(没有异型部)互补。在此，如以上描述的那样，在辊颈衬套21的内周面上和/或辊颈13的外周面上设置异型部40。

在该变型方案中，将辊颈衬套20推到辊颈10上直至消除在辊颈衬套20和辊颈10之间的径向间隙。紧接着，如以之前针对图1描述的那样，辊颈衬套20被预紧并且被固定以防移动。

为了保证没有径向间隙的辊颈衬套20在辊颈10上稳定的轴承配合，辊颈衬套20和辊颈10，在轴向方向上在空腔两侧且与空腔相邻地，具有彼此邻接的支承面14。

锥形的辊颈衬套20的壁厚d在其薄的端部上在10mm至75mm之间。

在辊颈衬套20和辊颈10之间附加地设置有润滑膜31，以避免由微摩擦引起的微冷焊接。在如以上针对图1描述的该锥形的实施方式中，实施有在辊颈10或辊颈衬套20上的异型部40。

图3a至图3b原则上描述了具有轧辊和至少一个辊颈衬套20的轧制装置100，所述至少一个滚颈衬套用于无间隙地且不可相对旋转地容纳辊颈10之一。在此，辊颈10的周面13和辊颈衬套20的内周面21可构造成圆柱形或截锥形，其中，相应的周面13、21构造成彼此互补并且没有径向间隙地彼此邻接。

根据图3c，辊颈衬套20的内周面21和/或辊颈10的周面13的异型部40表示了n次数学函数R(x)的不同可能性，其根据负荷情况也可与其它异型部结合使用。为了在多个异型区段相互组合的情况下保证均匀的无棱边的过渡，异型部40在两个相邻的异型区段之间的过渡区域中构造成连续的且可微分的。应指出的是，在图3c中示出的曲线不表示事实上可在实际中实现的异型部。所示出的多个曲线段或异型区段仅仅用于示意性示出不同的可能的轮廓方案。

工作原理

下面也参照图4详细解释本发明的工作原理。

通过根据本发明的、由异型部40产生的在辊颈衬套20和辊颈10之间的旋转对称的空腔12，在辊颈衬套20和辊颈之间产生更大的自由空间，辊颈衬套20可在力作用的部位上延展到该自由空间中。

具体地，在轧机机架中的轧制工作中，将至少基本上垂直向上的轧制力F_w作用到上(支撑)轧辊上，而同时将一个至少基本上垂直向下的轧制力F_w作用到下(支撑)轧辊上。该轧制力的各一半由辊身传递到辊颈上，由此在上安装块中的辊颈被向上压并且在下安装块中的辊颈被向下压。

根据作用链，轧制力从辊颈继续通过辊颈衬套、在辊颈衬套和轴承衬套之间的承载油膜和轴承衬套被传递到安装块上。由安装块将轧制力继续传递到安装块所支承于的轧机机架中。

安装块以及支承在安装块中的轴承衬套理想化地应被视为相对于轧制力不可屈服和不可压缩。也就是说，安装块和轴承衬套完全承受住作用到其上的分别为一半的轧制力F_w/2(Aktio)，为此安装块和轴承衬套反向保持数值上总是相同但方向相反的轴承力F_L(Reaktio)。

在轧制工作期间以很小的轧制力F_w加载辊颈已经引起，辊颈10与辊颈衬套20在轧制力F_w的方向上压到承载油膜30上，并且油膜30压到轴承衬套51和安装块上；见图2。然而在此，辊颈衬套20撞到不可压缩的承载油膜30上，不可屈服的轴承衬套51和不可屈服的安装块50妨碍油膜本身在轧制力的方向上偏移。结果，反向的轴承力F_L因此妨碍辊颈衬套在轧制力的方向上偏移。

与根据本发明的朝向辊颈10的空腔12相结合，辊颈衬套20本身是在以上所示的(轧制)力作用链中最弱的环节。

因为辊颈衬套20不能避开轧制力，在轧制工作期间承受负荷的情况下，可导致辊颈衬套20的弹性变形。辊颈衬套20通过轧制力F_w/2或相反方向的轴承力F_L变形到(原始的)空腔12中并且在此变平。最大程度地变平，直至辊颈衬套20压到辊颈10上并且由辊颈支撑。辊颈衬套20局部弹性地与辊颈的异型部40相匹配并且在卸载后再次变形回其原始状态。通过变平，增大了在辊颈衬套20和轴承衬套51之间的压力作用面。在辊颈衬套20和轴承衬套51之间设置有承载油膜30，其形成所谓的液力油膜轴承。由于压力作用面的增大，根据本发明的轧制装置使在辊颈衬套和轴承衬套之间的液力油膜轴承的承载能力提高。

在实际中，轧制力或轴承力不是点状地或线状地作用，而是以波形力的形式作用。波形力在周向和轴向方向上具有面式的延伸。通过辊颈衬套的变平和与此相关的压力作用面增大，对于面式延伸的波形力实现了轧制装置的显著的承载能力提高。

相对于在未承受负荷的状态下辊颈衬套已经例如通过热装以预紧力与辊颈传力连接的轧制装置，根据本发明的轧制装置的承载能力明显更强。由于根据本发明的空腔，为了使辊颈衬套弹性变平所需的力加载小于在轴承衬套和辊颈之间具有预紧的结构。在预紧的结构中，为了实现辊颈衬套的相同变形，需要更大的力。

换句话说：

由于辊颈衬套20的相对薄的壁厚，在辊颈衬套20的内周面21处的在负荷下的变形没有变化地、即同样地在辊颈衬套20的外周面22处出现，并且由此使在辊颈衬套20和轴承衬套51之间的与力作用相反的压力面增大/扩大。这又使润滑膜压力的分布更加均匀，从而能承受更大的力并且可使力分布得更广，而在承载油膜30中的峰值压力不超过轴承衬套的材料或在轴承衬套上的轴承金属衬层的材料的极限值。因此，根据本发明的装置使得在辊颈衬套20和轴承衬套51之间的液力润滑膜或油膜轴承的承载能力提高。

附图标记列表

100  轧制装置

10   辊颈

11   辊身

12   空腔

13   辊颈的周面

14   平的支承面

15   中轴线

16   轴向轴承的内圈

17   压力轴肩挡圈

18   螺母

19   锁紧螺母

20   辊颈衬套

21   辊颈衬套的内周面

22   辊颈衬套的外周面

23   传动元件

25   止挡

26   轮毂凸肩

27   螺纹销

28   间隔环

30   承载油膜

31   润滑膜

40   异型部

44   压力分布-现有技术

46   优化的压力分布

50   安装块

51   轴承衬套

R(x) 作为数学函数的异型部

x    轴向的坐标

F_w   轧制力

F_L   轴承力

t    轮廓深度

d    辊颈衬套的壁厚

Claims (9)

1.一种应用在冶金技术中的轧制装置(100)，其具有：

带有辊身(11)和两个辊颈(10)的轧辊，以及

至少一个辊颈衬套(20)用于没有径向间隙地不可相对旋转地容纳所述辊颈(10)之一；

其特征在于，在未承受负荷的状态下，至少在部分区域中在所述辊颈衬套(20)和辊颈(10)之间形成环绕的旋转对称的空腔(12)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空腔(12)通过所述辊颈(10)的周面(13)和/或所述辊颈衬套(20)的内周面(21)的旋转对称且在所述轧制装置(100)的纵向剖面中看呈凹形的成型部限定。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述辊颈(10)的周面和/或所述辊颈衬套(20)的内周面(21)在其凹形的成型部的区域中，在所述轧制装置(100)的纵向剖面中看，至少局部地设计成直线、正弦曲线、n级多边形曲线R(x)或其组合的形式。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述辊颈(10)的周面的异型部(40)或所述辊颈衬套(10)的内周面(21)在其凹形的成型部的区域中，在所述轧制装置(100)的纵向剖面中看，在两个相邻区段之间的过渡区域中是连续的且能微分的。

5.根据上述利要求中任一项所述的装置，其特征在于，只要所述辊颈衬套(20)的变形保持在弹性范围内，在承受负荷的状态下最大轴承力越大，所述空腔(12)的体积就构造得越大。

6.根据上述利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辊颈(10)的周面(13)和所述辊颈衬套(10)的内周面(21)构造成截锥形。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述辊颈(11)的周面(13)和所述辊颈衬套(20)的内周面(21)构造成圆柱形。

8.根据上述利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述轧辊为应用在轧机机架中的支撑轧辊或中间轧辊或工作轧辊。

9.根据上述利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还具有：

带有轴承衬套(51)的至少一个安装块(50)，所述辊颈衬套(20)与辊颈(10)一起或与轧辊一起在所述轴承衬套和所述辊颈衬套(20)之间使用承载油膜(30)的情况下滑动地支承在所述轴承衬套中。