CN113919093A - 一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法 - Google Patents

一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，包括以下步骤：获取工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量；获取工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度；获取所述工作辊在负极限位置时与目标支持辊的接触长度，作为所述目标支持辊的辊身长度；根据所述工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线。本发明所提供的设计方法，利用所述工作辊在负极限位置时的辊型曲线，作为所述目标支持辊的辊型曲线，可有效解决辊间接触压力不均匀问题，降低局部压力过大，减少轧辊损耗，延长轧制时间。

Description

一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法
技术领域
本发明涉及轧辊设计方法领域，特别是涉及一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法。
背景技术
线性变凸度LVC(Linearly Variable Crown)辊型与连续变凸度CVC(Continuously Variable Crown)辊型都属于具有特殊曲线的辊型，用于工作辊辊型的设计，目前已广泛应用在钢铁或铝板带轧机中，大大提升了轧机的板形控制能力。基于这类特殊曲线设计的工作辊辊型，当支持辊与之相接触必然会带来不均匀辊间接触压力的问题，压力的不均匀是造成支持辊不均匀磨损的重要原因。
现有技术中的支持辊辊型，从图1所示的支持辊磨损辊型可以看出，辊身中部都出现了程度不同的不均匀磨损；如果局部压力过大，还会导致轧辊出现局部剥落问题，图1中T表示上支持辊，B表示下支持辊，01、02分别为第1套和第2套磨损辊型；如图2所示，在不施加轧制压力和弯辊的情况下，从LVC辊型与普通支持辊BR(Backup Roll)辊型的接触情况来看，无论LVC在何种抽辊位置，支持辊与工作辊的辊间接触线都不是完全吻合，出现支持辊曲线嵌入工作辊曲线的情况，这样将会使轧辊发生偏斜，特别是在支持辊施加了轧制压力和工作辊有了弯辊平衡力后将会使两辊发生硬接触，辊间不吻合的接触线部分发生不规则受力或异常压扁。
因此，如何设计和优化支持辊的辊型曲线，解决工作辊与支持辊的辊间接触压力不均匀问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，用于改善磨损、降低局部压力过大、减少轧辊损耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，包括以下步骤：
获取工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量；
获取工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度；
获取所述工作辊在负极限位置时与所述目标支持辊的接触长度，作为目标支持辊的辊身长度；
根据所述工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线。
优选的，所述步骤根据所述工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线之前，包括：
获取工作辊的辊型曲线Rw(x)；
Figure BDA0003285230220000021
优选的，所述步骤计算所述目标支持辊的辊型曲线包括：
根据所述工作辊的辊型曲线Rw(x)，计算目标支持辊的辊型曲线Rb(x)；
Figure BDA0003285230220000022
其中：
Figure BDA0003285230220000023
L：工作辊的辊身长度(单位：mm)；
Lb：目标支持辊的辊身长度(单位：mm)；
R：工作辊的半径(单位：mm)；
C1：最小设计凸度(单位：mm)；
C2：最大设计凸度(单位：mm)；
Smax：工作辊的最大抽辊量(单位：mm)；
U：可调常数(单位：mm)，取值位于1000～1100范围内。
优选的，确定所述目标支持辊的辊型曲线作为所述目标支持辊的下辊身的辊型曲线；根据所述目标支持辊的下辊身的辊型曲线，计算所述目标支持辊的上辊身的辊型曲线
Figure BDA0003285230220000031
并且，
Figure BDA0003285230220000032
Figure BDA0003285230220000033
其中，
Figure BDA0003285230220000034
为目标支持辊的下辊身的辊型曲线，
Figure BDA0003285230220000035
为目标支持辊的上辊身的辊型曲线，Db为目标支持辊的直径。
优选的，所述工作辊为轴向变凸度工作辊。
优选的，所述工作辊包括上工作辊和下工作辊(3)，所述上工作辊和所述下工作辊(3)为均可抽动的变凸度辊型，且互为反向抽动。
本发明所提供的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，包括以下步骤：获取工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量；获取工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度；获取所述工作辊在负极限位置时与目标支持辊的接触长度，作为目标支持辊的辊身长度；根据所述工作辊的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线。本发明所提供的设计方法，利用所述工作辊在负极限位置时的辊型曲线，作为所述目标支持辊的辊型曲线，可有效解决辊间接触压力不均匀问题，降低局部压力过大，减少轧辊损耗，延长轧制时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中变凸度轧机上下普通支持辊磨损情况示意图；
图2为三种抽辊位置的LVC工作辊与普通支持辊辊型的接触示意图；
图3为三种抽辊位置的LVC工作辊与LVCBR支持辊辊型的接触示意图；
图4为本发明所提供的LVCBR支持辊的辊型设计原理图；
图5为本发明所提供的LVCBR上支持辊与下支持辊的辊型示意图；
图6为在负抽辊极限情况下LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间接触压力比较；
图7为在正抽辊极限情况下LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间接触压力比较；
图8为不同工况时LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间不均匀接触比值；
图9为LVCBR支持辊与BR支持辊的辊缝调节域示意图；
图10为本发明所提供的LVCBR支持辊的辊型曲线示意图；
图11为本发明所提供的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法一种具体实施方式的流程图；
其中：1-上辊身；2-下辊身；3-工作辊。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，能够改善磨损、降低局部压力过大、减少轧辊损耗。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图3至图11，图3为三种抽辊位置的LVC工作辊与LVCBR支持辊辊型的接触示意图；图4为本发明所提供的LVCBR支持辊的辊型设计原理图；图5为本发明所提供的LVCBR上支持辊与下支持辊的辊型示意图；图6为在负抽辊极限情况下LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间接触压力比较；图7为在正抽辊极限情况下LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间接触压力比较；图8为不同工况时LVCBR支持辊与BR支持辊的辊间不均匀接触比值；图9为LVCBR支持辊与BR支持辊的辊缝调节域示意图；图10为本发明所提供的LVCBR支持辊的辊型曲线示意图；图11为本发明所提供的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法一种具体实施方式的流程图。
在该实施方式中，变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，适用于变凸度轧机的支持辊LVCBR(LVC Backup Roll)辊型的设计，包括以下步骤：
步骤S1：获取工作辊3的辊身长度、半径和最大抽辊量；工作辊为LVC支持辊；
步骤S2：获取工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度；
步骤S3：获取工作辊3在负极限位置时与目标支持辊的接触长度，作为目标支持辊的辊身长度；
步骤S4：根据工作辊3的辊身长度、半径和最大抽辊量，工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及目标支持辊的辊身长度计算目标支持辊的辊型曲线。
具体的，工作辊3包括上工作辊和下工作辊，上工作辊和下工作辊为均可抽动的变凸度辊型，且互为反向抽动，工作辊3具有弯辊力调节效果。
本发明所提供的设计方法，利用工作辊3在负极限位置时的辊型曲线，作为目标支持辊的辊型曲线，可有效解决辊间接触压力不均匀问题，降低局部压力过大，减少轧辊损耗，延长轧制时间。
当然，本文中的工作辊可以为轴向变凸度工作辊，例如线性变凸度LVC(LinearlyVariable Crown)工作辊或者连续变凸度CVC(Continuously Variable Crown)工作辊，当然，也可以为其他形式的特殊曲线工作辊。
具体的，在空载和LVC工作辊3抽辊到任意极限位置的情况下，以保持支持辊和工作辊3辊间接触线相吻合或至少不发生两条曲线发生相互嵌入为目的，按类似工作辊3辊型曲线的形式设计出支持辊辊型曲线，这种曲线的优点在于：避免了支持辊与工作辊3的不规则受力或异常压扁，从而使辊间接触压力更加均匀，提高轧辊使用寿命。进一步的，作出线性变凸度LVC辊型在三个抽辊位置(负极限、零位置、正极限)的情况图如图3所示，可知支持辊辊型只要保持在LVC辊型负极限位置(“鱼头”外抽)的完全接触情况即可，这样可以初步确定适用于线性变凸度轧机的LVCBR支持辊辊型形状。更进一步，设LVC的正负抽辊极限为Smax，LVCBR支持辊的辊型曲线形式与LVC辊型曲线在负极限位置的上辊型曲线形式相同，LVCBR辊型曲线长度范围只取负极限位置时工作辊3与支持辊辊间接触的长度即支持辊辊身长度，如图4所示。
具体的，步骤根据工作辊3的辊身长度、半径和最大抽辊量，工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及目标支持辊的辊身长度计算目标支持辊的辊型曲线之前，包括：
获取工作辊的辊型曲线Rw(x)；
Figure BDA0003285230220000061
在上述各实施方式的基础上，步骤计算目标支持辊的辊型曲线包括：
根据工作辊的辊型曲线Rw(x)，计算目标支持辊的辊型曲线Rb(x)；
Figure BDA0003285230220000062
其中：
Figure BDA0003285230220000063
L：工作辊3的辊身长度(单位：mm)；
Lb：目标支持辊的辊身长度(单位：mm)；
R：工作辊3的半径(单位：mm)；
C1：最小设计凸度(单位：mm)；
C2：最大设计凸度(单位：mm)；
Smax：工作辊3的最大抽辊量(单位：mm)；
U：可调常数(单位：mm)，取值位于1000～1100范围内。
在上述各实施方式的基础上，确定目标支持辊的辊型曲线作为目标支持辊的下辊身2的辊型曲线；根据目标支持辊的下辊身2的辊型曲线，计算目标支持辊的上辊身1的辊型曲线
Figure BDA0003285230220000071
即上述求得的LVCBR支持辊的辊型曲线为该支持辊的下辊身2曲线，其上辊身1曲线与下辊身2曲线关于x轴对称如下式：
Figure BDA0003285230220000072
Figure BDA0003285230220000073
其中，
Figure BDA0003285230220000074
为目标支持辊的下辊身2的辊型曲线，
Figure BDA0003285230220000075
为目标支持辊的上辊身1的辊型曲线，Db为目标支持辊的直径。
通过以上方法求得目标支持辊，即LVCBR支持辊的辊型函数曲线，如图5所示，LVCBR支持辊的上辊身1辊型和下辊身2辊型，T表示上辊身1，B表示下辊身2。
进一步，如图6和图7所示，分别显示在相同板宽、相同轧制力分布、不同抽辊极限位置情况下(板宽为1750mm、轧制力分布15kN/mm、抽动量±150mm)，支持辊使用普通辊型BR和LVCBR支持辊辊型时的辊间接触压力分布情况，从图中可知LVCBR辊型可明显降低辊间接触压力尖峰、接触压力更加均衡，可减少轧辊磨损；运用二维变厚度有限元进行了81种工况条件下使用两种不同支持辊辊型时辊间不均匀接触比值(指接触压力的峰值和接触压力的变化幅度)的计算，其中支持辊辊型分别使用了普通支持辊辊型BR和目标支持辊辊型LVCBR，81种工况条件：3种(带钢宽度)×3种(轧制压力)×3种(弯辊力)×3种(抽动量)；从图8中可知LVCBR辊型的辊间不均匀接触比值比普通支持辊BR辊型小，能够优化辊间接触压力分布；图9比较了两种支持辊辊型的辊缝调节域，调节能力基本相当，表明LVCBR辊型可以保持原有的LVC变凸度的板形调控能力。
在一种具体实施例中，某变凸度轧机，其工作辊3的辊身长度L为2450mm，抽动最大行程Smax为150mm，空载辊缝凸度调节范围[C1，C2]为[-0.2，0.35]，U为1050，目标支持辊的辊身长度Lb为2150mm，直径为1550mm，LVCBR具体辊型设计方法如下：
Figure BDA0003285230220000081
其中：
Figure BDA0003285230220000082
可求得：K＝2.0361x10-10，δ0＝40.91mm。
由此：
Figure BDA0003285230220000083
由LVCBR辊型的曲线形式Rb(x)：
Figure BDA0003285230220000084
求得Rb(x)如下：
Figure BDA0003285230220000085
此时所求得的LVCBR支持辊的辊型曲线为该支持辊的下辊身2曲线
Figure BDA0003285230220000086
如图10所示；
其上辊身1曲线与下辊身2曲线关于x轴对称如下式：
Figure BDA0003285230220000087
Figure BDA0003285230220000088
可求得支持辊上辊身1曲线
Figure BDA0003285230220000089
如下：
Figure BDA00032852302200000810
以上对本发明所提供的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取工作辊(3)的辊身长度、半径和最大抽辊量；
获取所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度；
获取所述工作辊(3)在负极限位置时与目标支持辊的接触长度，作为所述目标支持辊的辊身长度；
根据所述工作辊(3)的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线。
2.根据权利要求1所述的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，所述步骤根据所述工作辊(3)的辊身长度、半径和最大抽辊量，所述工作辊的最大设计凸度和最小设计凸度，以及所述目标支持辊的辊身长度计算所述目标支持辊的辊型曲线之前，包括：
获取所述工作辊的辊型曲线Rw(x)；
Figure FDA0003285230210000011
3.根据权利要求2所述的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，所述步骤计算所述目标支持辊的辊型曲线包括：
根据所述工作辊的辊型曲线Rw(x)，计算目标支持辊的辊型曲线Rb(x)；
Figure FDA0003285230210000012
其中：
Figure FDA0003285230210000013
L：工作辊(3)的辊身长度(单位：mm)；
Lb：目标支持辊的辊身长度(单位：mm)；
R：工作辊(3)的半径(单位：mm)；
C1：最小设计凸度(单位：mm)；
C2：最大设计凸度(单位：mm)；
Smax：工作辊(3)的最大抽辊量(单位：mm)；
U：可调常数(单位：mm)，取值位于1000～1100范围内。
4.根据权利要求3所述的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，确定所述目标支持辊的辊型曲线作为所述目标支持辊的下辊身(2)的辊型曲线；根据所述目标支持辊的下辊身(2)的辊型曲线，计算所述目标支持辊的上辊身(1)的辊型曲线Rbt(x)，并且，
Figure FDA0003285230210000021
Figure FDA0003285230210000022
其中，
Figure FDA0003285230210000023
为目标支持辊的下辊身(2)的辊型曲线，
Figure FDA0003285230210000024
为目标支持辊的上辊身(1)的辊型曲线，Db为目标支持辊的直径。
5.根据权利要求1所述的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，所述工作辊为轴向变凸度工作辊。
6.根据权利要求1至5任一项所述的变凸度轧机的支持辊辊型设计方法，其特征在于，所述工作辊(3)包括上工作辊和下工作辊，所述上工作辊和所述下工作辊为均可抽动的变凸度辊型，且互为反向抽动。
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