CN1065459C - 轧辊横移和滑动系统 - Google Patents

Abstract

用于使轧辊横移和滑动的设备和方法，其中，工作轧辊轴承座安装在梅威斯式垫块之间，轴承座和梅威斯式垫块设置有相对于轧辊轴线形成一个角度β的相对的接触表面，借此，当轧辊轴向滑动时，因在它们沿梅威斯式垫块的接触表面移动时作用在轧辊轴承座上的作用力，轧辊还会横移通过一个角度α。

Description

轧辊横移和滑动系统

本发明涉及热轧机或冷轧机中的工作轧辊的轴向滑动和横移，其中每个轧辊轴承座都是由一对安装在轧机机架中的梅威斯式垫块支承着。在轧辊轴承座和对应的梅威斯式垫块之间形成一对接触表面，借此，在工作轧辊轴向滑动过程中，会使工作轧辊轴承座沿梅威斯式支承垫块滑动，从而因轧辊轴承座在垂直于轧辊轴线的方向上的移动而导致辊伴随有同步的横移。

在采用平行的圆筒形轧辊的常规轧压中，辊沿轧辊筒的长度不均匀地磨损。而且，因例如不均匀的辊磨损和辊承受的热状态所导致的变形而引起的辊构形的偏差，会导致被轧压的工件，例如薄板或者带材，产生与其所希望的扁平状态不希望有的偏差。例如，这样的辊会形成边沟槽，因而在轧制工件上产生脊缘。

使辊在轧机中轴向滑动的正常目的是(1)控制工件的轮廓，和(2)使辊的磨损分布得更加均匀。

相对较新和较先进的现有技术的辊滑动的一个实例是所谓的受控变量凸面(或简称为CVC)轧压技术，其中，工作轧辊和支承辊具有S形或瓶形轮廓，它可通过使辊例如补偿温度的变化在双向滑动的方式对辊的间隙轮廓进行调节。CVC系统的缺点是，需要特殊的非对称辊式研磨，并且会产生一种非对称的支承辊磨耗型式。而且，它没有提供足够的改进以便避免对于轧压可在给定轧机中轧压的许多不同尺寸的薄板或者带材使用若干套轧辊。

轧辊横移是用来调整轧辊间隙的轮廓以便控制被轧压工件的平直度和轮廓，并且例如与象CVC系统那样的轧辊滑动方法和设备竞争。目前，轧机中的轧辊横移是由在垂直于轧辊轴线的方向上将位移力施加在轧辊轴承座上的致动器完成的。这些作用力对于轧机的驱动侧和操作者侧的轧辊轴承座是向相反方向施加的，并且或者是直接施加在轧辊轴承座上或者通过平衡梁施加到轧辊轴承座上。典型的致动器是螺钉-螺母型或者液压机构型，这些系统的主要缺点是它们的复杂性。有三种主要类型的横移轧压：(1)仅工作轧辊横移；(2)工作轧辊和支承辊两者的对式横移；和(3)仅支承辊横移。仅工作轧辊横移是成本最低的方法；而类型(2)和(3)两者则较昂贵，尽管类型(2)-对式横移是最常用的。

本发明提供了一种简单和较廉价的方法，以便提供工作轧辊的横移轧压，并且通过工作轧辊的轴向滑动的方式避免由磨损的辊的辊边沟槽导致的脊缘成形或者使其减至最小。本发明增加了凸面控制范围，避免了非对称的轧辊磨损并且只使用对称的或常规的辊式研磨技术。

这些目的是在本发明的轧辊横移和滑动(RCS)系统中以这样的方式完成的，即将轧辊轴承座或者梅威斯式垫块的侧表面制成弯曲形状，例如圆筒形，抛物面形，椭圆体形等形状，以便以一个角度β与其他零件，即轧辊轴承座或梅威斯式垫块上的扁平的经表面磨削的垫板线性接触。当轧辊由液压致动器驱使轴向滑动一个移动量S时，轧辊轴承座会在轧机的进口侧和出口侧的梅威斯式垫块之间沿着角度β跟随垫板的倾斜通道而移动，从而使轧辊轴线旋转了一个角度α。

图1是现有技术用于将轧辊的横移力直接施加到轧辊轴承座上的一种结构的俯视平面图；

图2是现有技术用于通过平衡梁将轧辊的横移力施加到轧辊轴承座上的另一种结构的俯视平面图；

图3A-3C是本发明的一个实施例的轧辊横移和滑动系统的一部分的俯视平面图，其中，扁平的倾斜垫板处在梅威斯式垫块上，这些图分别示出了工作轧辊处在未横移位置，和顶部轧辊和底部轧辊处在横移位置；

图4A-4C是类似于图3A-3C的视图，其中，在轧辊轴承座上的是扁平的倾斜表面，在梅威斯式垫块上是弯曲表面；

图5是图3所示的轧辊横移和滑动系统中一个辊的平面方框图；

图6是一幅立视方框图，示出了本发明所用类型的上、下工作轧辊和相关的轧辊轴承座，并且还示出了本发明中的所施加的轧辊弯曲力的方向；

图7A-7E是具有各种形式的倾斜轧辊轴承座接触式垫板表面的梅威斯式垫块；

图8是本发明的轧辊横移和滑动系统的几何形状的俯视平面图；

图9是本发明的轧辊横移和滑动系统的几何形状的侧视立面图；

图10是使用本发明制成的轧辊间隙等效轮廓的横截面图；

图11是有关若干种不同类型垫板的轧辊滑动冲程长度和等轧辊凸面的曲线图；

图12是一幅曲线图，示出了本发明和CVC的轧辊滑动冲程的长度和等效的工作轧辊凸面C之间的关系；

图13是一幅曲线图，该图是关于本发明和双辊横移系统的轧辊横移角和等效的工作轧辊凸面的高度的关系；

图14是轧辊轴承座和相关的梅威斯式垫块的侧视图，轧辊轴承座相对于梅威斯式垫块没有滑动位移；

图15是轧辊轴承座和相关的梅威斯式垫块的侧视图，示出了这些零件之间的全程(300mm)相对滑动位移。

图1示出了借助有关螺钉-螺母致动器100将轧辊横移作用力直接施加到轧辊轴承座101上的现有技术装置，如美国专利US 1860931中所公开的那样。

图2示出了一种通过平衡梁将轧辊横移作用力施加到轧辊轴承座上的装置，如美国专利US 4453393中所公开的那样。

图3A-3C示出了一个顶部工作轧辊1和一个底部工作轧辊2，它们都具有一个辊筒部分3和安装在轧辊轴承座7上的辊颈部分4和6，该轧辊轴承座7具有一个圆筒形的表面5并适合于对如细长的金属薄板或条材那样的工件10进行轧压。每个轧辊轴承座7都安装在一个上侧梅威斯式垫块8和下侧梅威斯式垫块9之间。每个梅威斯式垫块都设置有一个垫板11，该垫板11具有一个与对应的表面5线性接触的倾斜表面。致动器12设置来使轧辊1和2向右或者向左轴向滑动。如图3B和3C所示，当轧辊向任一个方向(如图中大箭头所示)轴向滑动一个距离S(如果向右是+S₁，如果向左是-S₂)时，轧辊是以角度α₁和α₂相对于垂直于轧机的轧制线的方向位移。这是因为当轧辊轴承座7沿对应的梅威斯式垫块上的倾斜接触板表面11滑动时施加到轧辊上的作用力的缘故。一般地说，顶部轧辊和底部轧辊的轴向位移S₁和S₂和横移角α₁和α₂可以是不同的。

图4A-4C是类似于图3A-3C的视图，除了安装在图3A-3C所示的梅威斯式垫块8和9上的扁平的垫板11用梅威斯式垫块上的弯曲垫板15代替之外，并且轧辊轴承座7具有一个扁平的倾斜表面20。在图3A-3C的实施例的情况下，在轧辊轴向滑动时轧辊横移也会出现在图4A-4C的实施例中，并且表面15和20之间的滑动会导致轧辊轴承座在垂直于轧辊轴线的方向上位移。

本发明的RCS系统在图5中作了进一步图示，其中，轧辊轴承座7被放置在梅威斯式垫块8和9的倾斜垫板表面11之间。应该理解到，图4A-4C的实施例是可以被替换的。轧辊的横移角位置基准角α是根据所轧压工件的所要求的带材凸面，其宽度和厚度，轧压分开力和轧机部件的几何形状在计算的。一个计算机13根据基准角α，并且还根据倾斜角β，计算轧辊轴向滑动的基准量SR。在一个轧辊轴向位置调节器14内将此基准量SR与由液压致动器12的位置传感器16测得的实际的轧辊轴向位置SA进行比较。然后将SR和SA之间的差值放大并输送到控制流入和流出致动器12的工作流体的流量的伺服阀17，直到达到所要求的轧辊轴向位移S为止。

作用于每个轧辊轴承座的轧辊弯曲机构具有两套作动筒18和19，在每个梅威斯式垫块内各安装一套。其中一套轧辊弯曲作动筒18连接一条液压线A并且产生一个轧辊弯曲力F1(图6)，而且另一套作动筒19由液压线B供给，并产生一个轧辊弯曲力F2(图6)。本发明采用了美国专利US 4898014(该专利的内容通过引用结合在本文中)中提供的特征，以便确保在轧辊轴向滑动过程中，轧辊弯曲力总是通过轧辊轴承座轴承的中心线，如图5所示。调节液压线A和B中的液压使下述用于轧辊弯曲力F1和F2的数值作为轧辊滑动值S的函数：F1=F(0．5-S／b)          (1)F2=F(0．5+S／b)          (2)

式中S=轧辊轴向滑动值

b=毗邻的轧辊弯曲作动筒之间的距离

F=每个轴承座的总的轧辊弯曲力。

代表实际的轧辊滑动值S的信号SA由分别采用公式(1)和(2)计算用于液压线A和B的压力基准值PR1和PR2的微处理机21(图5)接收。这些压力基准信号由各自的压力调节器22和23与由压力传感器24和26所测得的实际的压力信号PA1和PA2进行比较。一旦测得偏差信号，压力调节器22和23就产生输给调节液压线A和B中的压力的伺服阀27和28的信号。只要轧辊弯曲力F1和F2根据公式(1)和(2)进行调节，施加到每个工作轧辊轴承座上的总的轧辊弯曲力F总是会通过轴承座的轴承的中心线。

图6是类似于图5的视图，但示出了顶部轧辊和底部轧辊和相关的控制器，其中，用于下轧辊的控制零件的编号类似于图5中顶部轧辊，但是标以’号。

本发明的RCS系统可以是就轧辊滑动的方向而言的两种不同的类型中的一种：即(1)双向的，或者(2)单向的。在双向系统中，在轧机的同一侧与顶部轧辊和底部轧辊接触的梅威斯式垫块的表面的倾斜角β具有同样的正负号。因此，当顶部轧辊和底部轧辊在相反的方向上轴向滑动时，这些轧辊也会在相反的方向上横移。在单向系统中，在轧机的同一侧与顶部和底部轧辊轴承座接触的梅威斯式垫块的表面的倾斜角β具有相反的正负号。因此，当顶部和底部轧辊在相同的方向上轴向滑动时，这些轧辊会在相反的方向上横移。

就轧辊的横移的对称性而言，存在两种类型的本发明的系统：(a)对称的。和(b)非对称的。在对称的系统中，驱动器侧和操作者侧的梅威斯式垫块以符号相反的角度β倾斜。因此，当轧辊轴向滑动时，一个轧辊轴承座在轧压方向上移动，而另一个轧辊轴承座在相反的方向上移动。在非对称系统中，轧机中只有一侧的梅威斯式垫块倾斜，而另一侧的梅威斯式垫块如在常规的轧机机座中那样保持直的状态。因此，当轧辊轴向滑动时，只有一个轧辊轴承座的位移可提供轧辊横移。

还可任选地这样做，使倾斜角β可以使用一个安装在梅威斯式垫块内侧的致动器进行调节。在图7E中示出了这种可调角度机构，其中，在朝梅威斯式垫块一侧的一端，即标号31处，和在朝活塞／作动筒组件致动器33的活塞32的另一端设置有一个倾斜角表面零件29。另一种选择是，如图7A所示，一个倾斜表面零件34可以具有两个零度和非零度的线性斜角以便提供两个功能：轧辊磨损的重新分布(零倾斜角区域)和轧辊横移(非零倾斜角区域)。而且，一个倾斜表面零件35可以包括一个具有角度β₁和β₂的双倾斜角，如图7C所示，以便改变等效的轧辊凸面相对于轧辊滑动冲程的灵敏度，或者可以包括一个呈现连续的曲面36的零件，以便可以连续地改变等效的轧辊凸面相对于轧辊滑动冲程的灵敏度，如图7D中所示的那样。虽然在这些附图中，和在其他的附图中，示出倾斜的或者弯曲的线性板是安装在梅威斯式垫块上，但是，应该理解到，轧辊轴承座的外表面可以是这样倾斜的或者是弯曲的，例如圆筒形状的，以便利用梅威斯式垫块上的一个扁平的表面来产生一对相对的并共同作用的表面，该对表面在工作轧辊轴向滑动时会使轧辊轴承座在垂直于轧辊轴线的方向上移动。还应该理解到，在轧辊轴承座和梅威斯式垫块上的相对的并且共同作用的表面都可以是弯曲的，只要这种轧辊轴承座的定向移动是由轧辊轴向的滑动引起的。

图8和9示出了本发明的轧辊横移和滑动系统的几何形状，图8是平面图，图9是侧视立面图。图10示出了由根据本发明的横移和滑动轧辊产生的典型轧辊间隙。下面对尺寸进行描叙。

α=对应于轧辊轴向滑动值S的轧辊横移角(度)

α_m=对应于轧辊最大轴向滑动值S_m的最大轧辊横移角(度)

β=梅威斯式(或者轧辊轴承座)倾斜角(度)

a=轧辊工作筒长度

c=轧辊等效凸面

D=支承辊直径

d=工作轧辊直径

e₀=轧辊中心截面的偏心值

e ₁=轧辊驱动侧端的截面的偏心值

e ₂=轧辊端操作者侧的截面的偏心值

g₀=轧辊中心截面的和轧机中心c之间的间隙

g₁=轧辊操作者侧端截面和轧机中心c之间的间隙

g₂=轧辊驱动侧端截面和轧机中心c之间的间隙

L=工作轧辊轴承座的轴承的中心线之间的距离

S=工作轧辊轴向滑动距离

S_m=工作轧辊最大轴向滑动距离

从这些尺寸，进一步推导出下列公式： $\mathrm{\α}=\arctan \[\frac{s}{s_m}\tan {\mathrm{\α}}_m\]-----\left(3\right)$ $e_0=\frac{s}{2}\tan \mathrm{\α}-----\left(4\right)$ $e_1=\frac{a+s}{2}\tan \mathrm{\α}------\left(5\right)$ $e_2=\frac{a-s}{2}\tan \mathrm{\α}-----\left(6\right)$ $g=f\left(e\right)=0.5\sqrt{A^2-2\mathrm{AB}(1-2\frac{e^2}{B^2})+B^2}-d/2-----\left(7\right)$ $A=D+2d;B=D+d$ $g_0=f\left(e_0\right);g_1=f\left(e_1\right);g_2=f\left(e_2\right)-----\left(8\right)$ $c=g_1+g_2+2g_0-----\left(9\right)$ $\tan \mathrm{\β}=\frac{L}{2S_m}\tan \mathrm{\α}-----\left(10\right)$

这些公式用来计算等效的工作轧辊凸面c，mm．和辊的滑动冲程之间的关系。图11中示出了梅威斯式垫块(或者轧辊轴承座)的若干种不同类型的线性和弯曲倾斜面的这种关系。类似地，对本发明的RCS系统的关系做作计算并且在图12中将其与CVC系统的相同关系作了对照，从该图中可以看出，本发明系统在这方面要优于CVC系统。类似地，对等效工作轧辊凸面和轧辊横移角(度)之间的关系作了计算并且将其与辊对横移系统的同样关系作了对照(图13)。从图13中可以看出，本发明的系统在这方面要优于现有技术的辊对横移系统。

图14以局部剖视的形式示出了轧辊轴承座7和带有线性板的梅威斯式垫块8在工作轧辊轴向滑动的之前的状态。图15是一幅在工作轧辊全程滑动300mm．之后的类似的视图。如这些图所示，角β是应该较小的角，最好是小于5°。在如这些图中所示的4度角的情况下，工作轧辊的滑动所会产生约0．8度的角α。

如图12和13所示，轧辊轴承座7设置有应该用于与梅威斯式垫块8的线性接触板11滑动接触的柱面形插块37。

使用本发明的系统可提供用于使轧辊磨损分布到，将因轧辊磨损导致的工作表面的缺陷减至最小达到，并且控制被轧压的工件的扁平度和轮廓达到优于现有技术的程度的措施。

轧辊磨损的痕迹在一个7机座轧机的下游机座，例如第5-7号机座中特别明显，因此，使用轧辊滑动，而不是横移，来使轧机下游机座轧辊上的磨损重新分布，要更加重要。由于在7机座轧机的上游机座，例如在第1-3号机座中的局部轧辊磨损不会产生带状表面缺陷，轧辊滑动并且带有轧辊横移应该用在这些机座上以便增加凸面控制范围。在一个7机座轧机的中间机座，例如第4号机座中，应该如如图7B中那样，采用双用轧辊滑动。根据所轧压的材料的尺寸和类型，轧辊滑动既可以用来使轧辊磨损重新分布，也可以用来产生轧辊横移，从而增加凸面的控制区域。

Claims (19)

1．一种改进的轧辊滑动和横移系统，该系统包括一个轧机外壳，至少一对上侧工作轧辊和下侧工作轧辊，所述工作轧辊具有安装在轧辊轴承座中的辊颈，每个轧辊轴承座由一对安装在外壳内的上侧和下侧梅威斯式垫块支承着，所述轧辊轴承座和相关的梅威斯式垫块中的每一个在它们之间具有一对相对于轧辊轴线形成角β的对置的接触面，一旦工作轧辊轴向滑动，这些表面会使每个轧辊中的至少一个轧辊轴承座同时沿垂直于轧辊轴线的方向移动，从而导致每对轧辊以相对于轧机的轧制线的方向的角度α横移，和使工作轧辊轴向滑动的装置。

2．如权利要求1所述的系统，其特征在于：在轧机相同侧上的梅威斯式垫块和顶部和底部的轧辊轴承座之间的接触表面的角β具有相同的正负号，借此，当顶部和底部轧辊在相反方向上轴向滑动时，轧辊会在相反的方向上横移。

3．如权利要求1所述的系统，其特征在于：在轧机相同侧上的梅威斯式垫块和顶部和底部的轧辊轴承座之间的接触表面的角β具有相反的正负号，借此，当顶部和底部轧辊在相同方向上轴向滑动时，轧辊会在相反的方向上横移。

4．如权利要求1所述的系统，其特征在于：在轧机驱动侧和操作者侧上的梅威斯式垫块和轧辊轴承座之间的接触表面是以角度β倾斜的，具有相反的两侧，借此，当轧辊轴向滑动时，一个轧辊轴承座在轧压的方向上移动，而同一个轧辊的另一个轴承座在相反的方向上移动。

5．如权利要求1所述的系统，其特征在于：在轧机一恻的梅威斯式垫块和一个相关的轧辊轴承座之间的接触表面是以一个角度β倾斜的，梅威斯式垫块和另一个轧辊轴承座之间的角β是零值，借此，当轧辊轴向滑动时，仅通过一个轧辊轴承座的位移提供轧辊横移。

6．如权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括一个用于调节梅威斯式垫块和相关的轧辊轴承座的接触表面之间的角β的致动器。

7．如权利要求1所述的系统，其特征在于：梅威斯式垫块和该轧辊轴承座之间的接触表面包括一个较小的第一角β₁，用于精密调节轧辊横移上的角α，和一个较大的第二角β₂，用于粗略地调节角α。

8．如权利要求1所述的系统，其特征在于：梅威斯式垫块和该轧辊轴承座之间的接触表面包括一个结合有零角和非零角线性倾斜面，以便提供轧辊磨损重新分布和轧辊横移的复合功能。

9．如权利要求1所述的系统，其特征在于：梅威斯式垫块和该轧辊轴承座之间的接触表面中的一个表面是一个连续弯曲面。

10．如权利要求1所述的系统，其特征在于：相对的接触表面形成一个角β，其第一值是零，其第二值是非零值。

11．如权利要求1所述的系统，其特征在于：梅威斯式垫块的接触表面是一个扁平的倾斜表面，轧辊轴承座的表面是一个弯曲表面。

12．如权利要求1所述的系统，其特征在于：梅威斯式垫块的接触表面是一个弯曲表面，轧辊轴承座的表面是一个扁平的倾斜表面。

13．如权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括在每一个梅威斯式垫块内安装一对液压作动筒，其中，所述作动筒中的一个连接到一条第一液压线上并且产生一个作用在一个相关的轧辊轴承座上的第一轧辊弯曲作用力F1，另一个作动筒连接到一条第二液压线上并且产生一个作用在一个相关的轧辊轴承座上的第二轧辊弯曲作用力F2。

14．如权利要求13所述的系统，其特征在于：用于使一个工作轧辊轴向滑动的装置是一个设置有一个位置传感器的液压致动器，并且该系统还包括一个用于根据角β和α计算轧辊轴向滑动基准的计算机，一个轧辊轴向位置调节器，一个用于控制流入和流出该致动器的流体的流动的第一伺服阀，一个微处理机，一对压力调节器，和一对用于调节第一和第二液压线内的压力的第二和第三伺服阀的压力传感器。

15．一种用于操作如权利要求13所述的系统的方法，该方法包括根据下述关系调节第一和第二液压线内的液压力：

    (1)F1=F(0．5-S／b)

    (2)F2=F(0．5+S／b)

式中S是轧辊轴向滑动距离，b是毗邻的轧辊弯曲作动筒之间的距离，F是施加在一个轴承座上的总的轧辊弯曲力。

16．一种用于操作如权利要求14所述的系统的方法，该方法包括：产生一个轧辊轴向滑动基准信号，在该轧辊轴向位置调节器内将该轧辊轴向滑动基准信号与由该液压致动器的该位置传感器测得的一个实际的轧辊轴向位置信号作比较，产生一个该轧辊轴向滑动基准信号和该实际轧辊轴向位置信号之间的差值信号并将其放大，并将此放大的差值信号输送进第一伺服阀内以便控制液压流体流入和流出该液压致动器的液压流体的流动直至达到一个要求的轧辊轴向位移。

17．如权利要求16所述的方法，该方法包括将该实际的轧辊轴向滑动基准信号输入该微处理机内，并在那里采用如权利要求13(10)所述的公式(1)和(2)计算用于第一和第二液压线的第一和第二压力基准信号，借助该对压力调节器将该第一和第二压力基准信号与由该对压力传感器测得的实际压力信号进行比较，并且在检测出一个错误的信号后，在所述压力调节器中产生输送给调节第一和第二液压线中的压力的第二和第三伺服阀的信号。

18．一种轧辊轴向滑动和横移的方法，该方法包括将至少一对上下工作轧辊安装在包盖住每个工作轧辊的轴颈并且由一对上侧和下侧梅威斯式垫块支承着的轧辊轴承座内，所述轧辊轴承座和相关的梅威斯式垫块具有相对于轧辊轴线形成一个角度β的相对的接触表面，将带有其接触表面的每个轧辊轴承座安装在相关的梅威斯式垫块上的接触表面之间，借助作用在所述轴承座和所述梅威斯式垫块上的接触表面之间的作用力使所述轧辊轴向滑动并同时使所述轧辊横移通过一个角度α。

19．一种轧辊轴向滑动和横移的方法，该方法包括将上侧和下侧工作轧辊安装在包盖住每个轧辊的轴颈的轴承座内，每个轧辊具有一个圆筒形外接触表面，用一对上侧和下侧梅威斯式垫块支承着每个轧辊轴承座，每个梅威斯式垫块具有一个对着一个相关的轧辊轴承座的圆筒形接触表面的扁平的倾斜接触表面，将带有其圆筒形接触表面的轧辊轴承座安装在在毗邻每个轧辊轴承座的梅威斯式垫块上的扁平的倾斜表面之间，以及借助作用在所述轴承座的圆筒形表面和所述相关的梅威斯式垫块的扁平的倾斜表面之间的作用力使轧辊轴向滑动同时使轧辊横移。

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