CN106391718B - 轴承和轧机机架以及用于调节轧机机架的轧辊的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴承和轧机机架以及用于调节轧机机架的轧辊的方法，特别是涉及一种轴承，其用于轧机机架的轧辊的辊颈或用于轧机机架的辊轴或者用于支撑辊颈或辊轴的偏心衬套，该轴承具有一个基体和至少一个在所述基体内为了与辊颈或辊轴或偏心衬套接触而设置的压电元件。由此可实现对轧辊的更加简单的调节。

Description

轴承和轧机机架以及用于调节轧机机架的轧辊的方法
技术领域
本发明涉及一种轴承，用于轧辊的辊颈或用于轧机机架的辊轴或者用于支撑辊颈或辊轴的偏心衬套。同样本发明还涉及一种具有该轴承的轧机机架。此外，本发明涉及一种用于径向调节该轧机机架的轧辊的方法。
背景技术
由德国公开文献22 59 143已知的是：在本发明的可能应用范围上，即在用于轧制棒状或管状物件的轧机机架上，针对那里说明的为了构成轧辊孔型星状地围绕轧件纵轴线设置的三个轧辊中的至少一个轧辊，使两个端侧的辊颈或辊轴分别可旋转地支承在一个偏心衬套内。这样的偏心衬套具有：一个内部的圆形接纳座，辊颈的或辊轴的径向轴承、优选径向止推滚动轴承位于该接纳座内；以及一个圆形的外周，偏心衬套在轧机机架的壳体内的支承座设置在该外周上。偏心衬套的偏心度由如下方式产生：由偏心衬套的朝内的表面所构成的内圆与由衬套的朝外的外表面所构成的圆被设计成非同轴的。如在德国公开文献22 59 143中进一步详细阐述的那样，这样的设计结构可以用于调节这种轧机机架的轧辊，也就是例如用于向轧件的横向进给(Zustellen)。
此外，德国公开文献22 59 143说明了用于使偏心衬套运动到一个相对壳体所期望的旋转位置中的调节机构。通过设置在可旋转的调整轴上的调节销将具有调整环的调节轴的旋转运动经由一个既与调整环也与偏心衬套铰接连接的传动杠杆传递到偏心衬套上。作为另选方案，设置有一个沿着轴向方向固定不动地支承的螺杆，一个螺纹套在该螺杆上沿着轴向方向运动。螺纹套通过一个铰接节与调整环连接，该调整环则又将偏心衬套的一个套筒状的凸缘包围并且借助滑键与所述偏心衬套抗扭地连接。这种调节机构能够使得偏心衬套相对于它支承在其内的壳体旋转。通过将螺杆固定而防止该螺杆旋转，从而通过该固定将偏心衬套保持在经调定的、所期望的位置中。
因此，由德国公开文献22 59 143普遍已知的是：如果轧机机架提供轧辊调节的可能性，则是有益的。这意味着：轧辊可以径向向着轧件进给，借以有针对性地改变轧辊的成品直径，或者借以补偿由轧件的热收缩或轧辊的磨损导致的影响。
在德国公开文献22 59 143中规定：偏心衬套在壳体内具有一个滑动轴承，也就是偏心衬套的外表面在调节该偏心衬套时在壳体的表面上滑动。这一点导致：只有在恰好没有轧件位于机架内时才可进行调节。否则，偏心衬套处于轧制力的影响作用下，从而在机架壳体与偏心衬套之间出现提高的、切向作用的静摩擦力或滑动摩擦力。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种轴承，用于轧机机架的辊颈或辊轴或者支承辊颈或辊轴的偏心衬套，该轴承允许实现对轧辊的调节，即使是在轧制期间。此外，本发明的目的是提供一种轧机机架和一种用于调节轧机机架的轧辊的方法，它们允许实现对轧机机架的轧辊的更加简单的调节。
上述目的通过如下所述的轴承得以实现，该轴承用于轧机机架的轧辊的辊颈或用于辊轴或者用于支撑辊颈或辊轴的偏心衬套，其特征在于：该轴承具有一个基体和至少一个在该基体内为了与辊颈或辊轴或者偏心衬套接触而设置的压电元件。
按照一种实施方式，具有多个在所述基体内为了与辊颈或辊轴或偏心衬套接触而设置的压电元件。
一种进一步设计的实施方式规定：所述压电元件分成两个或更多个组，并且各个组以相同频率、但在时间上错开的方式被操控。
按照更进一步设计的实施方式，相邻的压电元件属于不同的组。
按照一种优选的实施方式，压电元件作为步进驱动装置被操控。
本发明提供了一种轧机机架，该轧机机架具有至少一个带有至少一个辊颈或一个辊轴的轧辊，所述辊颈/辊轴支承在如上所述按照本发明构造的轴承中。
本发明还提供一种轧机机架，该轧机机架具有至少一个带有一个辊颈或至少一个辊轴的轧辊，所述辊颈/辊轴可旋转地支承在偏心衬套中，其特征在于：偏心衬套通过如上所述按照本发明构造的轴承可旋转地支承在轧机机架的壳体中。
按照一种优选的实施方式，所述轴承构造为能够插入轧机机架的壳体的接纳座中的插入件，该插入件能够固定在所述接纳座内用以将力接收并传输给壳体。
本发明提供一种用于径向调节如上所述按照本发明构造的轧机机架的轧辊的方法，其特征在于：振荡激励所述轴承的压电元件，使得偏心衬套与辊颈之间的摩擦减小并且通过偏心衬套的旋转径向调节轧辊。
本发明以下述基本思想为基础：为用于轧机机架的辊颈或辊轴或偏心衬套的轴承设计一个基体，在该基体内设置有至少一个用于与辊颈或辊轴或偏心衬套接触的压电元件。为了简化下文对本发明的阐释，借助于偏心衬套的实施方式对本发明进行说明。然而下面所述的设计完全同样适用于对辊颈或辊轴的直接支承。
在用于轧机机架的偏心衬套的轴承中使用压电元件，从多个不同方面来看均具有优点。首先，可以振荡激励轴承的压电元件。所说振荡激励应理解为压电元件的第一次激励(此时压电元件的朝向辊颈的表面离开基体向着偏心衬套的方向移动)之后紧跟着第二次激励(此时这个表面相对其在第一次激励中的终端位置从偏心衬套上移开)。优选很高频率地进行所述激励。于是偏心衬套由于其自身的惯性而无法跟上压电元件的表面的运动，这又导致在一方面偏心衬套与另一方面压电元件的表面之间的接触在每个激励周期的一定的时间片(Zeitanteil，时间片断)期间被解除。
此外，也可以在同一偏心衬套上设置两个或多个这种振荡激励的压电元件的组，其中，轮流转换地(在两个组的情况中)或者以一定时间偏移T/n实施激励(其中，T为振荡周期，n为分开激励的压电元件的组的数量)。通过这种方式实现了在压电元件的表面与偏心衬套的表面之间始终存在着接触，因此由轧制力产生的法向力最佳地且无时间中断地在一方面偏心衬套与另一方面配备有压电元件的轴承单元之间传递。
在一种优选的实施方式中，在偏心衬套的旋转运动(调节运动)期间，那些当前-由振荡运动的相位决定地-与偏心衬套的表面接触的压电元件随着偏心衬套的表面的相对运动而侧向(就是说与偏心衬套的圆周成切向)偏移并且因此弹性变形。一旦这些元件由于其振荡激励然后离开偏心衬套的表面并与它失去接触，这种侧向的偏移力便消失并且元件弹回其非侧向偏移的位置中。在其振荡激励的下一个相位中，这些压电元件然后重新获得与偏心衬套的接触，由此在时间上错开操控的第二组的压电元件便被卸去负荷并且又再返回到其非侧向偏移的位置中，等等。
对压电元件的这种振荡激励实际上导致偏心衬套和基体彼此相对的表面之间的摩擦明显减少。因此可以耗力极小地实现偏心衬套与轴承之间的相对运动，这便使得对轧辊的调节变得非常简单。作为补充或备选方案，压电元件本身也可以在轧机机架的偏心衬套上用作用于进行调节的执行器。根据一种远在下文说明的优选实施方式，压电元件作为步进驱动装置(Schreitantrieb)被操控。因此压电元件本身可以用于在偏心衬套与轴承的基体之间产生相对运动。通过这种方式可以在轧机机架内实施对轧辊的调节。这两个优点可以结合起来。于是可以设置不同组的压电元件。几个(压电元件)可以用来减少摩擦，而其他的(压电元件)则用作步进驱动装置。
在本发明的轧机机架的这种实施方式中，偏心衬套不是如同在DE 2 259 143 A或DE 10 2006 009 173 A1中那样通过一个中介连接的滚针轴承支承在壳体内，而是至少部分地借助设置有压电元件的、可呈现例如半壳形状的基体支承在壳体内。在此特别优选的是，压电元件相对于轧辊轴线径向地布置。
当应该实现调节作用时，以高频率的交变电压(例如40kHz)激励压电元件。由此几乎可以完全消除静摩擦，这又使得即便在有轧制力的情况下也能实现偏心衬套的轻快转动。
本发明的轴承适合于对轧辊的辊颈或轧机机架的辊轴的支承或者适合于对支撑辊颈或辊轴的偏心衬套的支承。通常，用于辊颈的轴承应理解为一种将辊颈或者偏心衬套沿着圆周方向完全包围的元件。所以本发明轴承的一种特别优选的实施方式规定：轴承设计为用于将轧辊的辊颈或者轧机机架的辊轴或者偏心衬套完全沿着圆周方向包围。这一点例如可以通过如下方式得以实现：轴承的基体具有一圆形的接纳座，辊颈或辊轴可以插入该接纳座中或者偏心衬套可以插入该接纳座内。而在这种实施方式中，并不需要在基体的朝向圆形接纳座的表面的整个外周上设置用于与辊颈或辊轴或者偏心衬套接触的压电元件。
然而已经得到证实的是：对于轧辊的简单调节来说所要克服的摩擦力根据调节之类型仅仅在偏心衬套外周的一定区域内出现。在对轧机机架内的轧辊进行径向调节(在该调节中必须使轧辊垂直于轧制轴线移动)的情况中，要克服的摩擦力通常仅仅出现在偏心衬套的背向轧件的那侧上。在轧机机架的轧辊之间轧制的轧件在轧辊上施加一个从该轧件起远指的力。以同样的方式，每个轧辊在支撑它的轴承上(或者偏心衬套在支撑它的轴承上)施加一个同样指向从轧件远去的方向的力。它基本上是这个在偏心衬套与轴承之间产生切向作用的摩擦力的法向力，这些摩擦力在负荷下进行调节的情况中必须得到克服。基于法向力的方向，这些摩擦力主要出现在偏心衬套的背向轧件的那侧上。所以，若用于偏心衬套的轴承以其基体和设置在其内的压电元件仅仅在偏心衬套与轴承之间的主要摩擦力在运行当中出现的区域上延伸，就已经能够实现本发明的优点。因而，为了实现本发明的优点，轴承不必将偏心衬套沿着圆周方向完全包围。在一种优选的实施方式中，轴承的朝向辊颈或辊轴或者偏心衬套的表面仅仅在一段圆弧的表面上延伸。将辊颈或辊轴或者偏心衬套沿圆周方向完全包围所需的剩余部分则可以由在其基体内未置入压电元件的轴承构成。
本发明可以提供如下优点：只须将压电元件设置在偏心套与机架之间负荷区的区域内，亦即在辊轴的背向轧件的那侧上，而不必在偏心衬套的朝向轧件的那侧上。在偏心衬套的朝向轧件的那侧上，结构空间经常是受到限制的。特别是，在特别优选的具有三或四轴的结构形式中，朝向轧件的那侧上的结构空间由于相邻的其他轧辊轴而大受局限。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，轴承具有多个为了与辊颈或偏心衬套接触设置在基体内的压电元件。
已经得到证实：在使用多个压电元件的情况下能够实现本发明的效果，特别是优选减少轴承基体的与辊颈的或偏心衬套的彼此相对的表面之间的摩擦。
在一种优选的实施方式中，压电元件分成两个或更多个组并且是这样操控的：以相同频率、但在时间上错开的方式对各组进行操控。在两组压电元件的情况中，这意味着：第一组与第二组轮流转换。因此可以产生辊颈与轴承之间漂浮(Schwimmen)的效果。“轮流转换”在此意味着：在相应时间单位内对一组压电元件沿着第一方向(例如沿着延展方向(Ausdehnrichtung))进行操控，而对第二组压电元件在相同时间单元内沿着相反的方向(在此就是说例如沿着收缩方向(Kontraktionsrichtung))进行操控。
在一种特别优选的实施方式中，相邻的压电元件属于不同的组。由此，第一压电元件属于第一组，与它相邻的压电元件属于第二组，又与这个压电元件相邻的压电元件则又属于第一组，等等。已经得到证实的是：尤其在这种排列设置中可以特别好地实现轴承基体的与辊颈的或偏心衬套的相对的表面之间的漂浮。
在一种优选的实施方式中，使用具有几个百分之一(即百分之几)毫米的工作行程的压电元件。
在一种特别优选的实施方式中，设置作为步进驱动装置进行操控的压电元件。在EP 0 552 346 A1、DE 41 32 775 A1、EP 0 613 586 A1、EP 1 116 283 A1、EP 1 086 499A1、DE 101 27 444 A1、DE 101 13 744 A1、EP 1 384 308 A2、EP 1 705 492 A1、EP 2 013965 A1、EP 2 356 705 A2、EP 2 711 509 A2、EP 2 749 442 A2中对利用压电元件构成步进驱动装置的可能性进行了说明。
所述步进驱动装置提供了通过一些独立设置在机架内的、直接作用于相应偏心衬套上的执行器进行旋转调节的可能性。通过这种方式，既可以替代现有技术中在同一辊轴的偏心衬套之间必要的(诸如通过DE 2 259 143的图3中的弓形夹10)机械同步，也可以避免为了同步而设置在与偏心衬套相邻的辊轴之间的锥齿啮合装置(参见DE 2 259 143 A中的锥齿轮状的齿环11)。这一点允许偏心套能够围绕约180°的最大可能的回转角转动。与现有技术相比，通过这种方式在不增大偏心度的情况下以及因此在不限制轧辊宽度或径向轴承的结构空间的情况下能够显著地、部分甚至成倍地增大机架的调节范围。
旋转作用的执行器可以是电动机械方式、液压方式或尤其也可以是压电方式作用的执行器。
使用步进驱动装置原则上还提供了其他一些调节可能性。例如，可以考虑设置两个彼此相对的压电元件组，其中，每组的压电元件分别沿着一条线延伸。在第一组的压电元件与第二组的压电元件之间设置有一楔体。现在可以按如下方式操控两组压电元件，即，使压电元件沿着楔体的表面移动。相应于楔体的越来越大的厚度，两组压电元件之间的间距增大。两组压电元件之间的该间距增大例如可以用于改变机架壳体内的轴套的位置，由此改变轧辊轴线与轧制轴线的间距(“轧辊调节”)。同样可以考虑的是：由压电元件构成的步进驱动装置用于使主轴(或丝杠)旋转，利用该主轴在轧机机架内实施对轧辊的调节。
用于操控执行器的电子装置可以设置在轧机机架内部一个紧凑的、容易更换的单元中。调节所需的信号可以由位于轧机机架之外的中央电子装置无线地传输给轧机机架中的执行器。调节所需的能量有益地同样在无直接接触的情况下传输到机架上。此处可以考虑从轧制坯到相应轧机机架的感应式能量传输。而且同样可以考虑采用一种设置在轧机机架内的高性能蓄电池。最后也可以通过如下方式考虑机架内的“energy harvesting(能量收集)”，即例如由设置在轧辊轴上的磁化环通过感应将电能从轴旋转中分支出来并且暂存在一个高性能蓄电池中。
最后，本发明以偏心衬套在机械上彼此独立作用的调节元件的可能方案此外提供了如下可能性：在小的框架/范围内，可以通过(在实施轧辊的轴向调节之前在轧辊车间内)有针对性地对各个轧辊轴的非同步调节，使孔型中心(Kalibermitte)相对机架的外部轮廓移动。借此例如可以补偿通常设置在这种轧机机架中的滑动板条的磨损。
本发明的轧机机架具有至少一个带有至少一个辊颈或一个辊轴的轧辊或者一个支承在本发明的轴承中的偏心衬套。在一种优选的实施方式中，轴承相对辊颈或相对辊轴或者相对偏心衬套按下述方式设置在轧机机架内，即：它用作径向轴承。然而也可以考虑的是：本发明的轴承相对轧辊的辊颈或相对辊轴或者相对偏心衬套按下述方式设置在轧机机架内，即：它用作止推轴承。
在本发明轧机机架的一种另选的设计形式中，所述轧机机架具有：至少一个带有两个辊颈的轧辊，这些辊颈分别可旋转地支承在一个偏心衬套内；或者至少一个辊轴，该辊轴在轧辊的两侧支承在各一个偏心衬套内；其中，每个偏心衬套均是可旋转地通过一个按照本发明的轴承支承在轧机机架的壳体内。在此，可以如同在DE 10 2006 009 173 A1或DE2 259 143 A中说明的那样设计轧机机架的或者偏心衬套的结构，不同之处是：将滚针轴承至少部分由本发明的轴承替代。
在一种优选的实施方式中，所述轴承构造为可插入轧机机架的壳体的接纳座中的插入件，该插入件可固定在所述接纳座内用以将力接收并传输给壳体。这一点提供了如下优点：可以容易地维护或更换压电元件。
按照本发明的用于径向调节本发明轧机机架的方法规定：振荡激励所述轴承的压电元件，使得偏心衬套与辊颈之间的摩擦减小并且通过偏心衬套的旋转来径向调节轧辊。
附图说明
下文将参照示出仅仅一个实施例的附图详细地阐述本发明。附图中示出：
图1为以沿着辊轴轴线的俯视图示出的用于本发明轴承的元件的总布置简图；
图2为以俯视图示出的本发明轴承的压电元件的第一运行状态的示意图；
图3为以俯视图示出的本发明轴承的压电元件的第二运行状态的示意图；
图4为以俯视图示出的本发明轴承的具有两组压电元件的实施方式的示意图；
图5为以俯视图示出的本发明轧机机架的一部分的示意图，在该示意图中设置有本发明的轴承，该轴承构造为可插入轧机机架的壳体内，和
图6为以沿着辊颈的轴线的俯视图示出的另一实施方式的与图5的视图相似的视图，在该实施方式中，附加地设置有用于产生调节运动的、形式上为两个另外的彼此相对的插入件的步进驱动装置。
具体实施方式
在图1中示出了仅仅针对其外周详细地绘示的偏心衬套1。该偏心衬套1设置为用于支撑轧机机架的轧辊的未进一步示出的辊颈或未进一步示出的辊轴。可以根据在DE 2259 143中详细说明的方式来实现这一点。
此外，在图1中示出了本发明轴承的一个基体2。该基体2在图1示出的实施方式中构造为环形的并且将偏心衬套1包围。基体2则又保持在轧机机架的未进一步示出的机架壳体中。
在图1中示出的本发明轴承具有多个在基体2内为了与偏心衬套1接触而设置的压电元件3。这些元件相对基体2沿径向地向着偏心衬套1的方向延伸。可以如下地操控相应的压电元件3，即：使它的为了与偏心衬套1接触而设置的表面能在第一操控运行中沿着径向方向离开偏心衬套1的表面，且在另一操控运行中向着偏心衬套1的表面运动。
为了说明本发明轧机机架内的总体结构，在图1中示出了轧辊4的一部分，它的(未进一步示出的)辊颈支撑在偏心衬套1内。此外，还示出了一个形式上为待轧管或棒的轧件5。轧辊4和轧件5上的箭头表示轧辊4或轧件5的相应旋转运动或前进运动。
如在图2中示出的那样，可以在第一操控状态中使压电元件3的朝向偏心衬套1的表面6与偏心衬套1接触。图3示出了压电元件3的第二操控状态。在此，压电元件3以其表面6移离偏心衬套1的表面。
图4表明，相邻的压电元件3就其操控而言可以分成两组。在图4示出的运行情况中，压电元件3A当前收缩，而压电元件3B当前伸长。
压电元件3的伸长的和收缩的运行状态能够以高频率转换。由于偏心衬套1的惯性，该偏心衬套不能随着压电元件3的表面6运动。这又导致在一方面偏心衬套1与另一方面相应压电元件3的相应表面6之间的接触在每个激励周期的一定的时间片(时间片断)期间被解除。如果在压电元件3的表面6与偏心衬套1的表面之间不存在接触，那么在这个位置上就不会产生摩擦。由此，若偏心衬套1应该在轴承内转动，可以减少摩擦。使用两(或更多)组压电元件3提供了如下优点：始终在若干个压电元件的表面6与偏心衬套的表面之间存在着接触。因此，由轧制力产生的法向力能够最佳地且无时间中断地在一方面偏心衬套与另一方面配备有压电元件3的轴承单元之间传递。
在图5中示出的是：在一种优选的实施方式中，只须将压电元件3设计在偏心衬套1的一侧上。这(一侧)就是偏心衬套的基于由轧制力产生的法向力而压靠机架壳体的那侧。此外，图5还示出：本发明的轴承的基体2可以构造为按照本发明的轧机机架的机架壳体7内的插入件2a。
图6从图5的结构形式出发，示出了：可以为本发明轧机机架的机架壳体7设置两个另外的插入件8、9。插入件8、9具有设置在其相应基体与偏心衬套1之间的压电元件10、11。这些压电元件可以按照步进驱动装置的方式运行并且因此能够实现偏心衬套1相对于机架壳体7的旋转运动。为此，通过对压电元件3的相应操控而减少了本发明轴承中偏心衬套1的支承摩擦。在减少摩擦的时间期间，可以将压电元件10、11作为步进驱动装置进行驱动并且偏心衬套1可以相对于机架壳体7转动。

Claims (9)

1.轴承，用于轧机机架的轧辊的辊颈或用于辊轴或者用于支撑辊颈或辊轴的偏心衬套，其特征在于：该轴承具有一个基体(2)和至少一个在该基体(2)内为了与辊颈或辊轴或者偏心衬套(1)接触而设置的压电元件(3，10，11)。
2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于：具有多个在所述基体(2)内为了与辊颈或辊轴或偏心衬套(1)接触而设置的压电元件(3，10，11)。
3.如权利要求2所述的轴承，其特征在于：所述压电元件(3)分成两个或更多个组(3A，3B)，并且各个组(3A，3B)以相同频率、但在时间上错开的方式被操控。
4.如权利要求3所述的轴承，其特征在于：相邻的压电元件(3)属于不同的组(3A，3B)。
5.如权利要求1至4之任一项所述的轴承，其特征在于：压电元件(10，11)作为步进驱动装置被操控。
6.轧机机架，该轧机机架具有至少一个带有至少一个辊颈或一个辊轴的轧辊(4)，所述辊颈/辊轴支承在如权利要求1至5之任一项所述的轴承中。
7.轧机机架，该轧机机架具有至少一个带有一个辊颈或至少一个辊轴的轧辊(4)，所述辊颈/辊轴可旋转地支承在偏心衬套(1)中，其特征在于：偏心衬套(1)通过如权利要求1至5之任一项所述的轴承可旋转地支承在轧机机架的壳体(7)中。
8.如权利要求6或7所述的轧机机架，其特征在于：所述轴承构造为能够插入轧机机架的壳体的接纳座中的插入件(2a；8；9)，该插入件能够固定在所述接纳座内用以将力接收并传输给壳体(7)。
9.用于径向调节如权利要求7或8之任一项所述的轧机机架的轧辊的方法，其特征在于：振荡激励所述轴承的压电元件(3)，使得偏心衬套(1)与辊颈之间的摩擦减小并且通过偏心衬套的旋转径向调节轧辊。
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