CN107645973B - 轧辊装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在轧制设备中轧制轧材的轧辊装置(100)。所述轧辊装置包括轧辊(110)，所述轧辊利用其辊颈(114)可旋转地支承在所述安装件(120)的轴承衬套(130)中。在所述轴承衬套和所述辊颈之间形成有用于容纳润滑剂的环形间隙(180)。所述环形间隙不仅在安装件的辊身侧而且在远离辊身的一侧借助于密封环(140、150)密封。为了在维持或减少所述轧辊装置的结构尺寸且不会使轧辊装置过热的情况下提高其承载力或轧制力，根据本发明，在所述轴承衬套(130)的通流角范围(β)中设有流出通道(132)用于将润滑剂从所述环形间隙(180)导出到所述油容纳腔(160、170)中。

Description

轧辊装置

技术领域

本发明涉及一种用于在轧制设备中轧制轧材的轧辊装置。

背景技术

在油膜轴承中，如通常在用于金属轧材的轧制设备中用于支承支撑轧辊的油膜轴承，辊颈在静止的轴承衬套中旋转，其中轴承衬套布置在安装件中。辊颈和轴承衬套之间的直径差通常在轴承直径d的1‰范围内，即在轴承直径为1米的情况下大约1毫米的间隙，因此在辊颈和轴承衬套之间形成相应的环形间隙。环形间隙通常填充有润滑剂，例如油，从而在环形间隙中形成油膜。

如果在轧机机架运转期间，外力、例如轧制力施加到支承结构上，那么首先旋转的辊颈反向于外力方向相对于轴承衬套偏心地径向移动。辊颈和轴承衬套之间的环形间隙于是在一侧具有最小横截面并且正好反向地具有最大横截面。经由流体动力的凹部输送给环形间隙的油通过在辊颈旋转表面处的附着条件被输送到最窄横截面的区域中。因为间隙的横截面越来越小直到最窄处，油被挤出到轴承的侧面。然而，同时，油膜中的压力增加，由此轴承能够承受更大的外力。被压出到两个轴承侧的油通常被称为轴承的侧向流动。

文献EP 1 031 389 B1、EP 1 699 575 B1和DE 198 31 301 A1描述了用于轧机中的轧辊的密封装置。

文件DE 3117 746 A1描述了一种流体动力的径向轴承。

在版权1967年、美国润滑工程师社会团体(由美国润滑工程师社会团体的钢铁工业协会编制)的技术文献“用于辊轧机的油膜轴承”中，描述了用于轧机中的轧辊的流体静力的油膜轴承。

在辊颈和容纳辊颈的轴承面之间的油膜在下文中也被称为润滑膜。在没有侧向流动减少的系统中的缺点是是润滑剂的高侧向流动，即使这不是冷却所需要的。它需要大量供应消耗和大的周边来充分地提供润滑剂。在低速时必需额外的流体静力的支撑来承受较大的轧制力；否则轴承的承载能力相对很低。根据所需的轧制力，具体尺寸也很高。

此外，在具有完全密封的环形间隙、润滑剂没有流出可能性的系统中，缺点在于，润滑剂和辊颈的工作温度尤其在转速较高时上升，因此需要昂贵的冷却系统，以限制温度升高或保持温度升高均匀。由于温度升高，润滑油的粘度下降。结果，润滑剂压力也降低，并降低了支承结构的承载力。在大多数情况下，在封闭系统中集成止回阀，以便防止冷却回路空转。

发明内容

本发明的目的在于，改进已知的轧辊装置，使得其承载力和轧制力可以在维持或减少其结构尺寸的情况下提高，而不会使轧辊装置过热。根据本发明的轧辊装置还应当易于安装和在现有的设备中是可加装的。

所述目的通过根据本发明的用于在轧制设备中轧制轧材的轧辊装置实现。轧辊装置具有：轧辊，其具有辊身和至少一个辊颈；具有不可相对旋转地布置的轴承衬套的安装件，所述轴承衬套具有用于容纳辊颈的容纳孔，其中，所述容纳孔的内径相对于所述辊颈的外径构造得较大，使得在所述轴承衬套和所述辊颈之间保留有环形间隙用于容纳润滑剂；布置在所述容纳孔的辊身侧的端侧上的密封环用于在此处密封所述环形间隙；以及布置在所述容纳孔的远离辊身的端侧上的密封环用于在此处密封所述环形间隙。根据本发明的轧辊装置的特征在于，轴承衬套在周向上看被分成通流角区域和截止角区域；轴承衬套在通流角区域中具有至少一个用于将润滑剂从环形间隙导出到油容纳腔中的流出通道；通流角区域与截止角区域邻接地在360°减去截止角区域的角度区域上延伸；并且该截止角区域α从Α+γ开始，反向于轧辊的旋转方向延伸最大270°，-10°<γ<25°，其中A定义了支撑负荷点，该支撑负荷点由在负荷情况下在辊颈和安装件之间的最窄间隙的角度位置A表示。其中A定义了支撑负荷点，该支撑负荷点由在负荷情况下在辊颈和安装件之间的最窄间隙(h_min)的角度位置A表示。

由于借助于密封件使润滑剂的侧向流动截止，根据本发明的轧辊装置首先引起在支撑负荷点的区域中在环形间隙中润滑剂的压力升高，进而引起轧辊装置的承载力提高或轧制力提高。同时，润滑膜的厚度在支撑负荷点的区域中增加，进而工作可靠性，例如在棱边转动件方面以及在启动特性方面得到改善。特别地，在轧机设备的前轧制机架(在其中由于相对很低的旋转速度仅在轴承中产生很少的热量并且因此也只有很少的冷却是必需的)，该压力形成可以通过设置密封环简单且有利地实现。

借助于相应的数学模型，在长期经验和试验的基础上，在轧辊装置的规划中已经可以为轴承衬套限定截止区域和具有用于润滑剂的流出通道的通流区域，使得即使在较高的转速下也可实现轧辊装置的希望的承载力，而不会使轧辊装置过热。为此通常不需要对安装件和/或轧辊进行结构改变。随着截止区域的角度值的增大，从环形间隙的润滑剂的通流减少。在支承结构之内的润滑剂侧向流动的减少或节流有利地引起轧辊装置的承载能力的提高。

有利地实现该承载能力的增加而没有使支承结构过热的风险。原因在于，在轴承衬套的与截止角区域互补的、为360°减去截止角区域的通流角区域中，根据本发明所述至少一个流出通道的尺寸设计为，其允许润滑剂的足够的侧向流出，这又保证充分地从轴承输出热量。

本发明有利地能够实现在现有设备中简单地加装。在不增加结构空间的情况下例如在对现有轧制设备的现代化措施的过程中，现有轧制设备的轧制力和效率可以提高直至40％。现有的设备可以对于提高的轧制需求例如通过其他材料等级或材料厚度的加工、容易且成本低廉地盖状。迄今为止的轴承衬套可以容易地由根据本发明的轴承衬套更换。此外，辊身侧和远离辊身的密封环可以加装到现有的轧辊装置上。

如果不需要提高轧制力，则可以使新设备中的轧辊装置在准备阶段尺寸设计得总体更小，以确保与迄今为止相同的承载力。这尤其节省了空间、材料成本和生产时间。

根据第一实施例，提供轴颈衬套用于拉装到辊颈上。在磨损的情况下，轴颈衬套可以有利地容易且成本低廉地更换。然后在轴承衬套和轴颈衬套之间形成环形间隙。

根据另一实施例规定，支撑负荷点A在负荷情况下关于轧辊的垂直于轧材平面的中心轴Y布置在的角度范围中。

根据本发明的另一实施例，轴承衬套在在通流角区域中具有至少一个辊身侧的、用于将所述环形间隙和所述辊身侧的油容纳腔引导流体地连接的流出通道以及至少一个远离辊身的、用于将所述环形间隙和所述远离辊身的油容纳腔引导流体地连接的流出通道。两个流出通道有利地能够实现油从轴承衬套的环形间隙径向和侧向流出。随着流出的油，与通过安装件中本来有的收集回路相比，更多的热量被从环形间隙中导出，并且即使在承载负荷提高的情况下也防止环形间隙、或特别是轴颈衬套与辊颈的过热。

特别是径向的流出通道有利地沿周向分布地布置在轴颈衬套的圆周角区域中，或者说在周向上延伸。其例如可具有缝隙形的横截面，该横截面沿周向在通流角区域之内延伸，或者可设置多个流出通道，其沿周向彼此并排地在轴承衬套的通流角区域中布置在辊身侧或远离辊身的一侧上。

轴承衬套在通流角区域中在其面对辊颈的内侧上具有油囊并且所述至少一个流出通道则优选布置成使得它可以将油从油囊中导出到油容纳腔中。

根据本发明的轧辊装置的轧辊可以是工作轧辊、支撑轧辊或中间轧辊。

附图说明

说明书附有五个附图，其中：

图1以纵向剖视图示出了根据第一实施例的本发明的轧辊装置；

图2以横向剖视面示出了根据本发明的轧辊装置；

图3示出了根据第二实施例的根据本发明的轧辊装置；

图4示出了根据第三实施例的本发明的轧辊装置；以及

图5示出了根据本发明的轴承衬套，具有用于流出通道的不同变型方案。

下面参照所述附图以不同的实施例详细描述本发明。在所有附图中，相同的技术元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的本发明的轧辊装置100。轧辊装置100包括具有辊身112和辊颈114的轧辊110。在轧制设备中，轧辊可旋转地支承在安装件120中，更准确地说支承在不可相对旋转地布置在安装件中的轴承衬套130内。轴承衬套130具有用于容纳辊颈114的容纳孔，其中，容纳孔的内径相对于辊颈的外径或者安装在该外径上的轴颈衬套116构造得较大，使得在轴承衬套和辊颈或轴颈衬套116之间保留环形间隙180用于容纳润滑剂，通常是油；参见图2。

在容纳孔的辊身侧的端面上布置有密封环140，用于在此处相对于辊身侧的容纳腔160密封环形间隙。类似地，在容纳孔的远离辊身的端侧上布置有另一密封环150，用于在此处相对于此处的远离辊身的容纳腔170密封环形间隙180。

如在图1中所示，轴承衬套130具有至少一个流出通道132，用于将润滑剂从环形间隙180导出到油容纳腔160、170之一中。在图1所示的第一实施例1中设有辊身侧的流出通道132-1以及远离辊身的流出通道132-2用于从环形间隙180导出油。为此目的，流出通道132-1、132-2引导流体地与环形间隙和各自的油容纳腔160、170连接。如图1所示，流出通道示例性地局部地在径向和轴向方向上延伸。

图2示出了在轧制力F负荷下的根据本发明的轧辊装置，其在此示例性地朝中间平面y的方向作用。由于轧制力F的作用和反作用的相互作用，辊颈114必要时与轴颈衬套116一起偏心地在轴承衬套130之内移动，使得产生非对称的环形间隙180或非对称的油膜。环形间隙180在支撑负荷点A的位置处具有最小高度或厚度h_min。

根据本发明，轴承衬套130在周向上看被分成通流角区域β和截止角区域α，所述截止角区域理解为在360°和通流角区域β之间的差。所述截止角区域α从Α+γ起始，反向于轧辊的旋转方向延伸最大270°，-10°<γ<+35°。相应地，通流区域可定义为截止角区域的补充角区域，即，360°减截止角区域α。支撑负荷点A在负荷情况下相对于轧辊的垂直于轧材平面的中心轴线Y处于的角度范围内。

图3示出了针对轧辊装置的、更具体地针对流出通道132的可能引导的第二实施例。具体地，第二实施方式规定，辊身侧和远离辊身的流出通道132-1、132-2不仅从环形间隙180开始在径向方向上被引导穿过轴承衬套130，而且从该轴承衬套继续被引导穿过安装件120，以便在其端侧处优选在轴向方向上踏出到相应的油容纳腔160、170中。

图4示出了针对本发明的装置、特别是针对流出通道的可能引导的第三实施例。作为特殊之处，可以在这里看到，轴承衬套130在其面对辊颈114的侧面上具有收集油囊136并且所述至少一个流出通道132-1、132-2与油囊136处于引导流体的连通中。油囊为在轴承衬套的内侧处的局部凹处并且因此油囊用作环形间隙的局部地体积增大部；在收集油囊的区域中，环形间隙180的厚度以及因此位于其中的油膜的厚度增加。

根据本发明，流出通道132、132-1、132-2总是仅在通流角区域β中形成，但绝不会在截止角区域α中形成。

图5示出了流出通道的可能布置和横截面形状。在此处所示的狭缝形、圆形或矩形的横截面形状仅可被理解为示例性的；当然，流出通道可以具有任意横截面形状。有利的是，流出通道在轴承衬套的周向上延伸，例如如在图5中左侧所示的缝隙形或在周向上分布布置的多个独特的流出通道的形式。

附图标记列表：

100 轧辊装置

110 轧辊

112 辊身

114 辊颈

116 轴颈衬套

120 安装件

130 轴承衬套

132 退出通道

132-1 辊身侧的流出通道

132-2 远离辊身的流出通道

136 油囊

140 轧辊身侧的密封环

150 远离轧辊身侧的密封环

160 辊身侧的油容纳腔

170 远离辊身的油容纳腔

180 环形间隙

α 截止角区域

β 流通角区域

φ 支撑负荷点的角度范围

A 支撑负荷点

γ 角度

Claims (9)

1.用于在轧制设备中轧制轧材的轧辊装置(100)，具有：

轧辊(110)，其具有辊身(112)和至少一个辊颈(114)；

具有不可相对旋转地布置的轴承衬套(130)的安装件(120)，所述轴承衬套具有用于容纳辊颈的容纳孔，其中，所述容纳孔的内径相对于所述辊颈的外径构造得较大，使得在所述轴承衬套和所述辊颈之间保留有环形间隙(180)用于容纳润滑剂；

布置在所述容纳孔的辊身侧的端侧上的密封环(140)用于在此处密封所述环形间隙；以及

布置在所述容纳孔的远离辊身的端侧上的密封环(150)用于在此处密封所述环形间隙；

其特征在于，

在周向上看，所述轴承衬套(130)被分成通流角区域β和截止角区域α；

所述轴承衬套(130)在所述通流角区域β中具有至少一个流出通道(132)用于将所述润滑剂从所述环形间隙(180)导出到油容纳腔(160、170)中；

所述通流角区域β与所述截止角区域α邻接地在360°减去所述截止角区域α的角度区域上延伸；以及

所述截止角区域α从Α+γ开始，反向于轧辊的旋转方向延伸最大270°，其中-10°<γ<35°，其中A定义了支撑负荷点，该支撑负荷点由在负荷情况下在辊颈和安装件之间的最窄间隙h_min的角度位置A表示。

2.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，

设有轴颈衬套(116)，其不可相对旋转地安装在所述辊颈(114)上；

其中，所述轴承衬套(130)的容纳孔能够容纳具有所述轴颈衬套的所述辊颈(114)；以及

其中，所述环形间隙(180)构造用于容纳在所述轴承衬套(130)和所述轴颈衬套(116)之间的润滑剂。

3.根据前述权利要求中任一项所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述支撑负荷点A在负荷情况下相对于轧辊的垂直于轧材平面的中心线Y布置在的角度范围中。

4.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述油容纳腔为在所述安装件(120)和所述辊身(112)之间的辊身侧的油容纳腔(160)或者为在所述辊颈(114)的远离辊身的端部上的远离辊身的油容纳腔(170)。

5.根据权利要求4所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述轴承衬套(130)在所述通流角区域β中具有至少一个辊身侧的、用于将所述环形间隙(180)和所述辊身侧的油容纳腔(160)引导流体地连接的流出通道(132-1)以及至少一个远离辊身的、用于将所述环形间隙(180)和所述远离辊身的油容纳腔(170)引导流体地连接的流出通道(132-2)。

6.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述轴承衬套(130)的至少一个流出通道(132-1、132-2)被引导通过所述安装件(120)并且从所述安装件通入所述油容纳腔(160、170)之一中。

7.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述至少一个流出通道(132)具有缝隙形的横截面，所述横截面沿周向在通流角区域β之内延伸；以及/或者设有多个流出通道(132)，所述多个流出通道在周向上彼此并排地布置在所述通流角区域β之内。

8.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述轴承衬套在所述通流角区域中在其面对所述辊颈的内侧上具有收集油囊(136)；以及所述至少一个流出通道(132)与所述收集油囊(136)处于引导流体的连接中。

9.根据权利要求1所述的轧辊装置(100)，其特征在于，所述轧辊(110)是工作轧辊、支撑轧辊或中间轧辊。