CN114029341A

CN114029341A - 一种陀螺轧制方法

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Publication number: CN114029341A
Application number: CN202111315726.0A
Authority: CN
Inventors: 谷恩泽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2022-02-11

Abstract

本发明公开了一种陀螺轧制方法，是用于金属“高速线材生产线”压延段的方法，其特征在于，在压延过程中，圆轧件运动运动具有两个自由度：分别为沿压延方向L直线运动以及旋转运动ω。本发明(“陀螺轧制方法”)达到的技术效果为：克服了“纵轧方法”的稳定性差，尤其生产线在高速运行情况下稳定性更差的缺陷。“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”高速度、高度稳定(高冗余度)、低碳排放、低成本(相对于“纵轧方法‘高速线材生产线’”，结构大幅度简化)。

Description

一种陀螺轧制方法

技术领域

本发明涉及金属压延技术领域，具体涉及一种陀螺轧制方法，是一种(黑色、有色金属)“高速线材生产线”的压延方法，为设计“高度稳定‘高速线材生产线’”提供数学、力学工具。

背景技术

至今为止，世界上所有线材、棒材生产线都采用“纵轧方法”，也是唯一的一种压延方法(LESTANI MASSIMO达涅利--摩根沙玛等公司)；“纵轧方法”的几何特征；轧辊轴线S与轧制线L(轧件运动方向)二异面直线相互垂直(θ＝90°)。

最近几十年，为了提高产量，人们不断提高生产线的压延速度。压延速度提高，导致生产线“稳定性”下降(故障发生率增加)，即使进行过多次改进、修补，却始终改变不了“压延速度越高，稳定性越差”的痼疾。

经过研究人们认识到：

1、“纵轧方法”的“压延速度”与“稳定性”之间存在“负相关”关系：“压延速度”升高，“稳定性”下降；“压延速度”下降，“稳定性”上升。

2、造成“负相关”关系的原因是；“纵轧方法”压延的线材运动只有一个(沿着压延方向L的)“自由度”(不稳定“运动”)。

“纵轧方法”缺陷包括以下四点(图1～图3)。

一、1个自由度。

(1)众所周知，一颗子弹从没有来复线枪膛里飞出，它的准确度为零。“纵轧方法”中，“轧件”运动只有一个“自由度”(L)，等同于一颗从没有来复线枪膛中飞出的子弹，随着压延速度几何级增加，失去稳定性的高速“轧件”准确进入下一架轧机的概率陡然降低。生产线有数十架轧机，每一次通过轧机，速度增加(延伸系数)μ倍(μ*v)，故障发生概率也增加μ*v倍(统计)。

(2)图1所示，压延方向(L)咬入角Δ≥30°。与“轧件”运动方向(L)相反的“反向轧制分力”不低于轧制力f的50％(f*sin30°)，超大“反向轧制分力f*sin30°”，阻滞了生产线流畅运行。

(3)图2所示，孔型弊端。“纵轧方法”是经过孔型的压延方法，咬入瞬间，轧件端面受到(孔型)轧制力f(f1、f2、f3…)的方向严重不一致，轧件端面受力严重不平衡。

二、前、后导向件与轧辊之间处于分割状态。

压延时轧辊通过孔型，全断面接触轧件(图3)，导致轧件进入轧辊前脱离前导向件，轧后进入后导向件前要脱离轧辊，这样，导向件被轧辊“分割”成前、后两段，导向件与轧辊之间存在两段空隙，导向不连续。

三、“轧件”通过首、尾两轧机的速度(v)相差500～800倍(总延伸系数μ)。

首架轧机的超低入口速度v(～0.1m/s)导致轧辊和高温“轧件”长时间接触，孔槽热裂损坏，大大缩短了轧辊的寿命。

四、装备庞大，制作和运行成本高。

“纵轧方法”单机“延伸系数μ”受“咬入角Δ上限”限制，导致生产线必须采用更多的轧机(故障会更多)。

今天，智能化、数字化已经成为传统制造业的必由之路，“高速线材生产”是个庞大的传统制造业(我国年产量多年超过1亿吨)，要实现智能化(AI)、数字化，生产线更需要具备一个前提条件；“高速度、高度稳定”统一，很明显，现行的“纵轧方法‘高速线材生产’”不具备这一特点，决定了“纵轧方法”不适用于“高速线材生产线”。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种“陀螺轧制方法”，其特征在于；

1、几何特征；S(轧辊轴线)与L(轧制线)二异面直线间夹角为锐角；0°＜θ＜90°。

2、“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”中的“圆轧件”运动具有两个自由度(工程级)；

第一个自由度，沿L方向：遵守秒流量相等原则；Qi*Vi＝CONST(Qi；轧件截面积，Vi；L方向速度)。

第二个自由度，旋转：ω<i+1>入≥ω出，旋向一致。(ω出；第架轧机出口轧件的转速，ω<i+1>入；第<i+1>架轧机入口轧件的转速)。

3、“三辊斜轧单机”由两级锥齿轮组成，第一级传动互为120°(图6)，第二级传动的角度为(90-θ)°(图7)，随着圆轧件在L方向上速度加快和角速度ω加大，“三辊斜轧单机”的θ角度可以依次增加。

4、计算轧辊曲面半径Ri的公式为：

Ri＝[(Xi*cosθ-Ai*sinθ)^(2)+(C-Z)^(2)]^(0.5)，ri^2＝xi^2+zi^2；和计算Ri的程序(见“具体实施方式”)。

其中：

在直角坐标系中，Y轴表示轧制线L；

S为轧辊轴线，L为轧制线。

θ为S与L二异面直线间夹角；

C为S与L二异面直线间的距离；

i；相切圆轧件，轧辊圆编号；

Ai；轧程(H)中圆轧件第i个截面到原点距离(Y轴)；

Ri；与圆轧件第i个截面相切的轧辊半径；

Xi和Zi分别为圆轧件半径ri在X和Z轴上的值，5、计算轧辊宽度h的公式

h＝(yj–yi)/cosθ；其中；

yi＝Ai-sinθ*[Ri^2-(C-Z)^2]^0.5；

yj＝Aj-sinθ*[Rj^2-(C-Z)^2]^0.5。

其中；Ri,Rj；轧辊半径，Z；切点值；

程序(见“具体实施方式”)；

进一步地，“陀螺轧制方法”是“无孔型”压延方法。

进一步地，三个所述斜臂同步由一个斜臂调节伺服电机以及传感器调节，

进一步地，轧辊前后的前导向件以及后导向件是整体的及连续的。

本发明的一种“陀螺轧制方法”具有如下优点：克服了“纵轧方法”的稳定性差，尤其生产线在高速运行情况下稳定性更差的缺陷。

“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”高速度、高度稳定(高冗余度)、低成本(相对于“纵轧方法‘高速线材生产线’”，结构大幅度简化，制造成本、运行成本均降低30％)。

本发明的一种“陀螺轧制方法”给出了准确计算轧辊半径R和宽度h的公式和计算程序，方便设计人员使用。

附图说明

为了更清楚地说明、比较本发明(“陀螺轧制方法”)的实施方式和现有技术(“纵轧方法”)特征，下面将两种方案中所使用的附图作简单地介绍。

图1为背景技术的附图。

图2为背景技术的附图。

图3为背景技术的附图。

图4为本发明提供的一种“陀螺轧制方法”原理图。

图5为本发明提供一种“陀螺轧制方法”的工作过程示意图。

图6为本发明提供一种“陀螺轧制方法”的第一级传动示意图。

图7为本发明提供一种“陀螺轧制方法”的第二级传动示意图。

图8为本发明提供一种“陀螺轧制方法”的圆轧件任一截面受力均衡图。

图9为本发明提供一种“陀螺轧制方法”的轧辊半径Ri、宽度h范例计算图。

附图及说明书中的数字含义：

图中：S、轧辊轴线；L、轧制线；θ、S与L二异面直线间夹角(<90°)；C、S与L二异面直线间距离；A、轧件端面圆心到原点距离(Y轴)；Q、轧前截面积；q、轧后截面积；r入、轧前半径；r出、轧后半径；μ、延伸系数；Δ、L方向咬入角；H、轧程；h、轧辊宽度；R、轧辊半径；δ、切向角(切点位置，轧辊切线与轧件切线间夹角)；f、咬入轧制力；P、斜臂。

1、轧件；2、前导向件；3、后导向件；4、轧辊；5、压缩段；6、整理段；7、电机；8、斜臂调节伺服电机。

具体实施方式

S、轧辊轴线；L(Y轴)、轧制线，

θ；S与L二异面直线间夹角(0°＜θ＜90°)；

C；S与L二异面直线间距离；

H；轧程；

Ai；轧程H中第i个轧件截面到原点距离(Y轴)；

Aj；轧程H中第j个轧件截面到原点距离(Y轴)；

Q；轧程H前轧件截面积；q、轧程H后轧件截面积；

r入；轧程H前半径；r出；轧程H后半径；

μ；延伸系数；

Δ；L方向咬入角；

h；轧辊宽度；

Ri；轧辊第i个截面半径；

f；轧制力；

P；斜臂。

本发明的实施方式由两部分组成；

(1)，用于组成“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”的三辊斜轧单机，

(2)，“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”压延段构成。

(1)，三辊斜轧单机；

三辊斜轧单机的轧辊轴线S与轧制线L之间二异面直线夹角θ为锐角。

可选的，如图4至图9所示，在一些实施例中，三辊斜轧单机的传动系统包括：三轴互为120°的第一级传动以及交角为(90-θ)°的第二级传动。

可选的，如图4至图9所示，在一些实施例中，斜臂P围绕第一级传动中的一支主轴旋转，用于调节S与L二异面直线间距离C。

可选的，根据本发明提供的轧辊半径Ri的计算公式及“最优参数计算”(软件)。范例；

可选的，根据本发明提供的宽度h的计算公式及“最优参数计算”(软件)。

1、Ri＝[(xi*cosθ-Ai*sinθ)^(2)+(C-Z)^(2)]^(0.5)，ri^2＝xi^2+zi^₂

2、h＝(yj-yi)/cosθ，其中；

yi＝Ai-sinθ*[Ri^2-(C-Z)^2]^0.5；

yj＝Aj-sinθ*[Rj^2-(C-Z)^2]^0.5；(Ri,Rj；轧辊半径，Z；切点值)。

“最优参数计算(软件)”使用方法；

1、在表格下方空白“参数栏”里填入您选择的5个参数(a、rj、c、theta、deltax)。

2、选择上面已经计算完毕的数据行，右键点击“结果”，选择“复制”。

3、点击已经填入参数后面的“结果”栏，“粘贴”。

第一架轧机轧辊的R和h，μ＝r1^2/r5^2＝1.62。θ＝8°，H＝300，C＝150。Ai，ri(I；1，2，3，4，5)。

	θ	ri	C	Ai	H＝A5-A1	Xi	Ri	h	Δ
										1	8°	75	150	1500		61	182.5		3°
2		71		1575			195
										3		67		1650			207.7
4		63		1725			220.5
										5		59		1800	300	51	233.4	292.8

上表计算了轧辊中5个位置的Ri,平滑连接5个Ri(233.4、220.5、207.7、195、182.5)，即构成一支轧辊(图9)。

其中，tinΔ＝(r1-r5)/h＝16/300＝0.0533；(L向咬入角)Δ＝3°。

(2)，“陀螺轧制方法‘高速线材生产线’”压延段构成；

可选的，把总延伸系数(总μ)分配到每架轧机(μ；1-18)，即得知圆轧件进入、离开每架轧机的r入、r出；

可选的，每架轧机的θ°、C、H；

可选的，第一个自由度，根据“圆轧件”“沿L方向，遵守秒流量相等原则；Qi*Vi＝CONST”、以及延伸系数(μi)、压延段的最低入口速度(例如；0.186m/s)、最高出口速度(例如；102m/s)，确定每架轧机的V_i。

可选的，第二个自由度，旋转。ω<i+1>入≥ω出，旋向一致。(ω出；第架轧机出口轧件的转速，ω<i+1>入；第<i+1>架轧机入口轧件的转速)。

根据θ°、R、r、H，确定每架单机轧辊的“辊ω/s”

范例：生产线压延段共计18台3辊斜轧单机，“总延伸系数μ”；790，(下表是软件计算结果，使用者以实际计算为准)。

“两种方法“特征”对比”表。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施范例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims

1.一种陀螺轧制方法，是用于金属“高速线材生产线”压延段的方法，其特征在于，在压延过程中，圆轧件(1)运动具有两个自由度：第一个自由度，沿轧制线(L)直线运动；第二个自由度，旋转运动ω。

2.根据权利要求1所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，“高速线材生产线”中三辊斜轧单机的轧辊轴线(S)与轧制线(L)之间二异面直线夹角θ为锐角(0°＜θ＜90°)。

3.根据权利要求1所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，计算轧辊曲面半径Ri的公式为：Ri＝[(Xi*cosθ-Ai*sinθ)^(2)+(C-Z)^(2)]^(0.5)；ri^2＝xi^2+zi^2；其中；

在直角坐标系中，Y轴表示轧制线(L)；

(S)为轧辊轴线，(L)为轧制线；

θ为(S)与(L)二异面直线间夹角；

C为(S)与(L)二异面直线间的距离；

i；相切圆轧件，轧辊圆编号；

Ai；轧程(H)中圆轧件第i个截面到原点距离(Y轴)；

Ri；与圆轧件第i个截面相切的轧辊半径；Xi和Zi分别为圆轧件半径ri在X和Z轴上的值。

4.根据权利要求1所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，轧辊宽度的公式为h＝(yj–yi)/cosθ；其中；

yi＝Ai-sinθ*[Ri^2-(C-Z)^2]^0.5；

yj＝Aj-sinθ*[Rj^2-(C-Z)^2]^0.5；

其中；Ri,Rj；轧辊半径，Z；切点值。

5.根据权利要求1所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，三辊斜轧单机的传动系统包括两级：三轴互为120°的第一级传动，交角为(90-θ)°的第二级传动。

6.根据权利要求1所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，三辊斜轧单机的斜臂(P)围绕第一级传动中的一支主轴旋转，用于调节(S)与(L)二异面直线间距离(C)。

7.根据权利要求6所述的一种陀螺轧制方法，其特征在于，第二级传动三个斜臂(P)同步由斜臂调节伺服电机(8)和园轧件直径传感器调节。