CN111881528B - 具有抛物线型倒角的cvc轧机支撑辊辊形曲线确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，涉及板带轧制技术领域。该方法首先设定CVC轧机支撑辊辊形曲线方程，并根据CVC轧机支撑辊端部倒角尺寸的取值范围，确定CVC轧机支撑辊操作侧和传动侧倒角的预设尺寸；然后确定CVC轧机支撑辊操作侧和传动侧抛物线型倒角曲线方程；最后将轧机支撑辊操作侧和传动侧倒角曲线方程与CVC轧机支撑辊辊形曲线方程相结合获得支撑辊的目标辊形曲线。该方法改善了CVC轧辊间接触压力分布不均匀的情况，使得具有该抛物线型倒角的支撑辊与轧机工作辊配合工作时，减少了有害接触，改善支撑辊边缘应力集中的现象，实现轧辊均匀磨损，使轧辊服役期限显著提高。

Description

具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法

技术领域

本发明涉及板带轧制技术领域，尤其涉及一种具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法。

背景技术

板带材是钢铁工业重要的产品之一，是汽车、家电、造船、桥梁、锅炉、航空航天等行业的重要原材料。随着我国工业的发展，板带材生产已从单纯的追求产量到重视产品质量、降低成本、能耗和原材料上来，提高产品的质量就是为了达到这个目的一种的重要手段。在板带材生产中，产品的板形控制精度是反映产品质量的重要指标，在板形控制方面，相继出现了许多板形控制技术，如液压弯辊、轧辊横移、轧辊交叉、连续变凸度等，其中，德国西马克(SMS)开发的CVC轧机对板形控制有着较好的控制效果，在现场生产中得到了广泛的应用。

长期研究发现，在采用CVC技术的热轧带钢生产过程中，由于支撑辊和工作辊在工作中会存在凹槽形磨损，并且磨损沿辊身方向分布不均匀，在轧制力和工作辊弯辊力的作用下，会形成支撑辊或工作辊辊身中部凹陷两端凸起的辊型，使工作辊和支撑辊辊身端部的辊间接触应力迅速增大，当接触应力超过轧辊的屈服极限时，产生塑性变形，多次交替的变形就会使轧辊产生微裂纹，裂纹扩展后便容易造成轧辊塌肩与剥落现象等。对于CVC轧机，其采用特殊的S型曲线，改变了辊间接触情况，更容易导致支撑辊端部失效，使轧辊服役期较短。为避免或延缓这种失效情况的发生，通常情况下很多热轧厂都采用支撑辊端部倒角的形式来减少支撑辊与工作辊接触应力集中区的压强，但现场应用效果并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，改变轧机工作辊与支撑辊的接触模式，降低支撑辊的端部峰值应力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，设定轧机支撑辊端部倒角采用抛物线型，且支撑辊操作侧和传动侧的抛物线曲线方程不同；预设轧机支撑辊端部倒角的长和高后结合支撑辊操作侧和传动侧倒角的抛物线曲线方程及支撑辊辊形曲线确定支撑辊的目标辊形曲线，具体包括以下步骤：

步骤1、设定CVC轧机支撑辊辊形曲线方程，如下公式所示：

R(x)＝R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵ (1)

其中，R(x)为CVC轧机支撑辊辊形曲线函数；x为CVC轧机支撑辊辊身轴向坐标，坐标原点为CVC轧机操作侧辊身端部，支撑辊全长为L；R₀为支撑辊基础半径，a₁～a₅为支撑辊辊形曲线系数；

步骤2、根据CVC轧机支撑辊端部倒角尺寸的取值范围，确定CVC轧机支撑辊操作侧和传动侧倒角的预设尺寸；其中，操作侧倒角的预设长和高分别为A_o、B_o，传动侧倒角的预设长和高分别为A_d、B_d；

步骤3、确定CVC轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程，如下公式所示：

D_o(x)＝a_ox²+b_ox+c_o (2)

其中，D_o(x)为轧机支撑辊操作侧倒角函数，a_o、b_o、c_o是轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数；该抛物线的对称轴为倒角与支撑辊辊身工作面所重合的点的横坐标所在的直线；

结合公式(1)和(2)以及预设的操作侧倒角尺寸A_o、B_o，确定轧机支撑辊操作侧抛物线过点(0，R(A_o)-B_o)和(A_o，R(A_o))，且进一步得到如下方程组：

对公式(4)进行求解得到轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下公式所示：

步骤4、确定CVC轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程，如下公式所示：

D_d(x)＝a_dx²+b_dx+c_d (5)

其中，D_d(x)为轧机支撑辊传动侧倒角函数，a_d、b_d、c_d是轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数；

结合公式(1)和(5)以及预设的传动侧倒角尺寸A_d、B_d，确定轧机支撑辊传动侧抛物线过点(L-A_d，R(L-A_d))和(L，R(L-A_d)-B_d)，且进一步得到如下方程组：

对公式(7)进行求解得到轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下所示：

步骤5、将步骤3和步骤4获得的轧机支撑辊操作侧倒角函数D_o(x)和传动侧倒角函数D_d(x)与CVC轧机支撑辊辊形曲线函数R(x)相结合获得支撑辊的目标辊形曲线，如下公式所示：

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，将支撑辊两侧倒角采用抛物线曲线，并且倒角曲线方程可通过预设倒角参数的改变而进行调整，改善了CVC轧机间接触压力分布不均匀的情况，使得具有该抛物线型倒角的支撑辊与轧机工作辊配合工作时，减少了有害接触，改善支撑辊边缘应力集中的现象，使整体接触压力分布更加均匀，压力峰值降低，延缓了产生端部磨损的情况，实现轧辊均匀磨损，使轧辊服役期限显著提高。与传统楔形倒角或圆弧型倒角相比，本发明方法确定的支撑辊可将支撑辊端部峰值应力降低20％以上，轧辊服役期限提高10％以上，可以广泛推广到中厚板轧制厂中，以提中厚板轧制设备的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的CVC支撑辊曲线形式示意图；

图3为本本发明实施例提供的依据预设倒角尺寸所设计倒角形式；

图4为本发明实施例提供的操作侧倒角示意图；

图5为本发明实施例提供的传动侧倒角示意图；

图6为本发明实施例提供的支撑辊增加抛物线倒角后的辊形曲线示意图；

图7为本发明实施例提供的辊间接触压力分布曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，设定轧机支撑辊端部倒角采用抛物线型，且支撑辊操作侧和传动侧的抛物线曲线方程不同；预设轧机支撑辊端部倒角的长和高后结合轧机支撑辊操作侧和传动侧的抛物线曲线方程及支撑辊辊形曲线确定支撑辊的目标辊形曲线，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1、设定CVC轧机支撑辊辊形曲线如图2所示，如下公式所示：

R(x)＝R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵ (1)

其中，R(x)为CVC轧机支撑辊辊形曲线函数，单位为mm；x为CVC轧机支撑辊辊身轴向坐标，坐标原点为CVC轧机操作侧辊身端部，支撑辊辊身全长为L，单位为mm；R₀为支撑辊基础半径，a₁～a₅为支撑辊辊形曲线系数；

本实施例中，支撑辊基础半径R₀为1100mm，支撑辊辊身全长L为3500mm；根据有限元模拟方法，确定支撑辊辊形曲线系数a₁～a₅分别为：

a₁＝-1.299122E-03，a₂＝5.605488E-08，a₃＝7.060063E-10，a₄＝-3.071500E-13a₅＝3.510286E-17；

步骤2、根据如图3所示CVC轧机支撑辊端部倒角尺寸的取值范围，确定CVC轧机支撑辊操作侧和传动侧倒角的预设尺寸；其中，操作侧倒角的预设长和高分别为A_o、B_o，传动侧倒角的预设长和高分别为A_d、B_d，单位为mm；

CVC轧机支撑辊端部倒角的长A和高B的取值范围应满足A：450～550mm，B：1.0～2.0mm；所以，本实施例中，确定轧机支撑辊操作侧预设倒角尺寸为：A_o＝500，B_o＝1.235，单位为mm；传动侧预设倒角尺寸为A_d＝500，B_d＝2.365，单位为mm；

步骤3、确定CVC轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程，如下公式所示：

D_o(x)＝a_ox²+b_ox+c_o (2)

其中，D_o(x)为轧机支撑辊操作侧倒角函数，a_o、b_o、c_o是轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数；该抛物线的对称轴为倒角与支撑辊辊身工作面所重合的点的横坐标所在的直线；

结合公式(1)和(2)以及预设的操作侧倒角尺寸A_o、B_o，确定轧机支撑辊操作侧抛物线过点(0，R(A_o)-B_o)和(A_o，R(A_o))，且进一步得到如下方程组：

对公式(4)进行求解得到轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下公式所示：

本实施例中，根据轧机支撑辊操作侧预设倒角尺寸A_o＝500mm，B_o＝1.235mm，结合公式(9)和(11)，可得该抛物线过点(0，1098.2)、(500，1099.435)且可得方程组：

对其进行求解可得：

则确定的CVC轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线如图4所示；

步骤4、确定CVC轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程，如下公式所示：

D_d(x)＝a_dx²+b_dx+c_d (5)

其中，D_d(x)为轧机支撑辊传动侧倒角函数，a_d、b_d、c_d是轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数；

结合公式(1)和(5)以及预设的传动侧倒角尺寸A_d、B_d，确定轧机支撑辊传动侧抛物线过点(L-A_d，R(L-A_d))和(L，R(L-A_d)-B_d)，且进一步得到如下方程组：

对公式(7)进行求解得到轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下所示：

本实施例中，轧机支撑辊传动侧预设倒角尺寸A_d＝500mm，B_d＝2.365mm，结合公式(9)和(14)，可得该抛物线过点(3000，1099.32)、(3500，1096.955)且可得方程组：

对其进行求解可得：

确定的CVC轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线如图5所示；

步骤5、将步骤3和步骤4获得的轧机支撑辊操作侧倒角函数D_o(x)和传动侧倒角函数D_d(x)与CVC轧机支撑辊辊形曲线函数R(x)相结合获得支撑辊的目标辊形曲线，如下公式所示：

本实施例中，最终获得的支撑辊的目标辊形曲线如下公式所示：

其中各参数具体为：

a₁＝-1.299122E-03，a₂＝5.605488E-08，a₃＝7.060063E-10；

a₄＝-3.071500E-13，a₅＝3.510286E-17，R₀＝1100mm；

a_o＝-4.94E-06，b_o＝4.94E-03，c_o＝1098.2；

a_d＝-9.46E-06，b_d＝5.676E-02，c_d＝1014.18；

根据上述参数描绘出支撑辊增加抛物线倒角后的辊形曲线如图6所示；本实施例中，还将获得的支撑辊辊形曲线与CVC工作辊辊形曲线相结合，采用数值模拟计算其辊间接触应力分布曲线，同时，还将其与支撑辊添加抛物线倒角前，工作辊与支撑辊之间的辊间接触应力分布曲线进行对比，对比结果如图7所示。从图中可以看出，本发明方法确定的支撑辊确实可以达到减少有害接触，改善支撑辊边缘应力集中，使整体接触压力分布更加均匀，压力峰值降低，延缓了产生端部磨损的目标。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种具有抛物线型倒角的CVC轧机支撑辊辊形曲线确定方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1、设定CVC轧机支撑辊辊形曲线方程；

步骤2、根据CVC轧机支撑辊端部倒角尺寸的取值范围，确定CVC轧机支撑辊操作侧和传动侧倒角的预设尺寸；其中，操作侧倒角的预设长和高分别为A_o、B_o，传动侧倒角的预设长和高分别为A_d、B_d；

步骤3、确定CVC轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程；

步骤4、确定CVC轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程；

步骤5、将步骤3和步骤4获得的轧机支撑辊操作侧倒角曲线方程和传动侧倒角曲线方程与CVC轧机支撑辊辊形曲线方程相结合获得支撑辊的目标辊形曲线；

步骤1所述设定的CVC轧机支撑辊辊形曲线如下公式所示：

R(x)＝R₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵ (1)

其中，R(x)为CVC轧机支撑辊辊形曲线函数；x为CVC轧机支撑辊辊身轴向坐标，坐标原点为CVC轧机操作侧辊身端部，支撑辊全长为L；R₀为支撑辊基础半径，a₁～a₅为支撑辊辊形曲线系数；

步骤3确定的CVC轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程如下公式所示：

D_o(x)＝a_ox²+b_ox+c_o (2)

其中，D_o(x)为轧机支撑辊操作侧倒角函数，a_o、b_o、c_o是轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数；该抛物线的对称轴为倒角与支撑辊辊身工作面所重合的点的横坐标所在的直线；

结合公式(1)和(2)以及预设的操作侧倒角尺寸A_o、B_o，确定轧机支撑辊操作侧抛物线过点(0，R(A_o)-B_o)和(A_o,R(A_o))，且进一步得到如下方程组：

对公式(4)进行求解得到轧机支撑辊操作侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下公式所示：

步骤4确定的CVC轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程如下公式所示：

D_d(x)＝a_dx²+b_dx+c_d (5)

其中，D_d(x)为轧机支撑辊传动侧倒角函数，a_d、b_d、c_d是轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数；

结合公式(1)和(5)以及预设的传动侧倒角尺寸A_d、B_d，确定轧机支撑辊传动侧抛物线过点(L-A_d，R(L-A_d))和(L,R(L-A_d)-B_d)，且进一步得到如下方程组：

对公式(7)进行求解得到轧机支撑辊传动侧抛物线型倒角曲线方程的系数，如下所示：

步骤5获得的支撑辊的目标辊形曲线如下公式所示：