CN1171306A - 轧机驱动设备,轧机与轧制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动一对工作辊、2至4个中间辊和2至4个支承辊中的任何辊子的轧机驱动设备,它包括一由电动机转动的无齿驱动辊,至少一个与驱动辊接触的无齿从动辊,一用于在驱动辊和从动辊之间施加接触载荷以用由接触载荷产生的摩擦力转动从动辊的加载装置,和一至少与驱动辊和从动辊中的从动辊连接并将从动辊的旋转传给辊子的联接轴。一种采用该轧机驱动设备的轧机。一种用该轧机进行轧制的轧制方法。

Description

轧机驱动设备，轧机与轧制方法

本发明涉及一种轧机，它适用于冷轧要求有高品质的薄带材，诸如用于引线框、障板等的材料，更具体一些，本发明涉及一种用于驱动轧机的轧辊的驱动设备，一种具有上述轧机驱动设备的轧机和一种轧制方法。

用于轧制要求有高的品质的薄板诸如用于引线框、障板等的材料的轧机广泛地得到了应用，以便轧制材料，使厚度变薄。轧机的类型是一两辊轧机、一四辊轧机和一近年来迅速地得到广泛应用的六辊轧机。此外，有多辊式12辊轧机或以森吉米尔式轧机为代表的20辊轧机。还有，通常需要驱动两个辊子，以便供应轧制时所需要的动力，在一两辊轧机中，用作驱动辊的自然是工作辊，而且重要的是，即使在四辊轧机或多于四辊的轧机中，驱动辊也是工作辊。不过，在轧制硬而薄的材料的情况下，必须把工作辊的直径做成小直径的，在此情况下，驱动系统就会变得薄弱，因此，在四辊轧机的情况下，支承辊被驱动，而在六辊轧机的情况下，中间辊被驱动。在多辊轧机的情况下，由于每个工作辊通常都具有小的直径，因此中间辊(例如在20辊轧机的情况下为四个辊子)被驱动。

通常，这些辊子中的每一个都与一联接轴相连并通过一齿轮式人字齿轮箱由一个电动机驱动。现在参考图14说明作为最有代表性的例子的四辊轧机的工作辊驱动系统。在图14中，电动机100的动力经过一联接轴101传给齿轮式人字齿轮箱101a的上传动齿轮102。此动力通过一上联接轴104驱动一上工作辊106。另一方面，上传动齿轮102将动力传送至下传动齿轮103，该动力通过下联接轴105被传至下工作辊107，由此进行轧制。上、下工作辊106、107分别由上、下支承辊108、109支承，此处，齿轮式人字齿轮箱101a是一个重要的机器，它起着分配器的作用，用于将动力从电动机100分配给两个辊子，将其驱动。

有一种双重驱动系统，它分别用两台电动机单独地驱动两个辊子，该系统与上述的用一个电动机驱动两个辊子的驱动系统有所不同。它用在采用一支承辊驱动系统的大型轧机的情况和防止齿轮式人字齿轮箱尺寸变得庞大的情况。此外，这种系统在某些情况下可用于一工作辊驱动系统，以便得到这样一个好处，即即使在工作辊驱动系统中，也可以不必严格地处理各工作辊直径之间的差异而进行轧制。不过，在此情况下，需要用人字齿轮和齿轮来得到用于两台电动机的空间，而没有人字齿轮和齿轮，电动机与工作辊之间的连接则将是困难的。

另一方面，在日本JP A 55-77916中公开了一种不采用齿轮式人字齿轮箱和联接轴的传统的辊子驱动系统。此系统有这样一种结构，其中，通过直接使一驱动辊与轧制辊接触而驱动轧制辊，不采用齿轮式人字齿轮箱与联接轴。

采用齿轮式人字齿轮箱和联接轴的传统的辊子驱动系统如上所述，而且该系统有很多方面需要改进。下面对这些方面进行说明。

(1)薄板表面的品质

以半导体所用的引线框、障板等为代表的用于电子仪器的材料要求越来越薄而且要求有越来越高的品质。为了提高品质，薄板厚度与板形精度已经到了满足现代技术发展的要求的阶段。但是，仍然还有这样的情况，其中，在薄板表面上出现很细的痕迹，这有损于品质。对此，有各种原因，其中一种就是，轧辊驱动机构有齿轮。也就是说，当在轧辊的驱动系统中采用齿轮时，由于齿形误差和齿距误差，从动齿轮不能得到正确的转速，因而出现小小的速度变化。这种变化成为在薄板表面上产生痕迹的原因。另一种原因是有在齿轮中总是存在的侧隙。在用小的转矩轧制薄板的情况下，由于有侧隙，从动齿轮通过轧制速度的增加或减少而改变速度，由此，引起振动并在板材表面上产生痕迹。这种情况

与用于在轧制后卷取板材的卷取机的驱动系统相似。在卷取机中，不用齿轮，而是采用一个直接的连接系统直接连接卷取机和电动机，从而使上述原因消失。在轧制辊驱动系统中，也可以通过在支承辊驱动系统中使用一双重驱动系统而采用一直接的连接系统，不过，这样就需要有两台电动机，而且每台电动机都要求是大尺寸的和低转速的，以便足以驱动大尺寸的支承辊。另外，要求有两套用于控制它们的控制系统，因此使成本加大。

(2)联接轴断裂事故

主要用于冷轧设备的联接轴中，有一齿轮式机构和一采用滚动轴承的十字销型机构。近年来，后者用得比较广泛，因为后者有较高的效率和良好的维修操作。但是，在发生薄板断裂和有过大的载荷作用的情况下，由于十字销型机构在强度上低于齿轮式机构，因此它有一弱点，即在出现断裂事故时，会使轧制停止。此外，在高速串列式轧机中，在出现薄板断裂等情况时，在有有薄弱部分的联接轴时，或在某些情况下，当有时发生诸如人字齿轮的齿部断裂的大事故时，都将通过挤压材料而产生过大的转矩。这种事故，即使在采用具有同样强度的联接轴时，在轧制转矩大的前段轧机中也很少发生，在大多数情况下，它在转矩最小的后段轧机中发生。这牵涉到这样一个事实，即板材断裂最常在薄板厚度变薄的机架上发生。很难正确地检测由于轧制故障引起的不正常的转矩，不过，一般估计该转矩可达到由驱动部分的断裂条件引起的电动机的常见最大转矩的800％。作为对策，通常考虑采用一剪切销，不过，剪切销所具有的强度极限与疲劳极限之比约为3-4，因此剪切销不能成为一个足够的保护措施。此外，为了更换剪切销，要化费很多时间，因此效率不佳。

(3)在支承辊或中间辊驱动系统的情况下的轧辊损伤

例如，在一四辊轧机的支承辊驱动的情况下，当发生诸如薄板断裂、挤压等轧制故障时，很快地在工作辊上作用一过大的载荷，以致工作辊不能靠来自支承辊的摩擦力转动，于是工作辊迅速减速并停止。另一方面，由于包括电动机的支承辊有大的惯性，因此直接与电动机相连的支承辊在其停止以前需要一段较长的时间，在此时间内，即使用于工作辊的压下作用已经松开，支承辊仍然在较长的时间内磨蹭工作辊。其结果是，工作辊被刮去，成为一半月形，并产生致命的损伤事故，以致在某些情况下，轧辊费用可能会增大为工作辊驱动系统时的若干倍。

因此，即使为了轧制硬而薄的材料而希望使用小直径的工作辊，但是，在某些情况下，考虑到上述情况，要采用将工作辊的直径做得大一些的工作辊驱动系统。这与六辊轧机的情况相似。

(4)难于进行高速轧制

虽然要用高速轧制提高生产率，但是在高速轧制过程中发生板材断裂时，其设备损伤变大，修理费用增加，而且使非工作时间增加。即使没有这种事情，也需要用很多时间处理板材的弯斜问题。因此，在轧制诸如引线框材料、障板材料等薄而且又要求有高品质的金属薄板(非常薄的材料)时，在很多情况下，不得不实行低速轧制，而不实行为提高生产率所必需的高速轧制。

另一方面，在不采用齿轮式人字齿轮箱和联接轴的传统的轧辊驱动系统中(该系统已在日本JP A 55-77916中公开)，由于驱动辊与轧制辊直接接触，轧制油不可避免地要粘附在驱动辊与轧制辊之间，使驱动辊与轧制辊之间的摩擦系数减小，并出现作用在驱动辊上的载荷下降。因此需要施加一个其大小与来自驱动辊的轧制载荷对应的载荷。电动机要求有非常大的功率，这样就造成设备尺寸较大，成本升高。另外，在此情况下，一旦轧制油粘附在驱动辊与轧制辊之间，就很难将其去掉。例如，如果不采用诸如将其烧掉的方法，就难于将油完全去掉，而且要付出很多劳动。

本发明的一个目的为提供一种轧机驱动设备，一种轧机和一种轧制方法，它们能提高板材表面的品质，防止联接轴断裂事故和轧辊的致命损伤，提高轧制速度和降低成本。

为了达到上述目的，按照本发明，提供了一种用于驱动一对工作辊、2至4个中间辊和2至4个支承辊中的任何辊子的轧机驱动设备，该设备的特征为，它包括一由电动机转动的驱动辊、至少一个与驱动辊接触的从动辊、一加载装置和一联接轴，所述加载装置用于在驱动辊与从动辊之间产生一接触载荷，以用由该接触载荷引起的摩擦力转动从动辊，所述联接轴至少与驱动辊和从动辊中的从动辊相连并将从动辊的转动传至辊子。

在具有上述构造的本发明中，电动机的旋转功率通过采用辊子(驱动辊与从动辊)而被传给轧制辊而不是通过采用一传统的齿轮式人字齿轮箱从电动机将旋转功率传至轧制辊。也就是说，通过加载装置在辊子之间施加一接触载荷，并且用由接触载荷产生的摩擦力将驱动辊的旋转传递给从动辊。辊子的旋转由联接轴传给轧制辊。这样，由于接触载荷是不用齿(圆柱体)作用在辊子上的，而旋转功率(转矩)是从电动机传来的，因此，在轧制材料的表面上不会发生那些在传统设备中可能由齿形误差、齿距误差、侧隙等引起的痕迹。

此外，在像按传统方式那样采用一齿轮式传动齿轮的情况下，当像板材断裂这样的轧制故障发生时，齿轮脱离啮合，并且在有载荷作用的条件下切断旋转功率。在这种情况下，使功率在齿轮的齿顶之间传递，因此，可能发生轮齿被折断的危险。此外，在有轧制故障时，即使在一般的齿轮啮合条件下，也作用有非常危险的载荷，此时，在实践中非常危险而且也不可能使之处于像彼此啮合的齿轮在此时脱开这样的异常情况。反之，由于本发明采用了一种在其中将电动机的转动功率通过辊子传至轧制辊的系统，因此有可能迅速地卸去辊子之间的接触载荷并在有需要时消除传动转矩，因此，就可以防止联接轴断裂事故和辊子的致命损伤。因此，有可能采用支承辊或中间辊传动系统和采用小直径的工作辊，高速轧制硬而且薄的轧制材料。

此外，本发明尽其最大能力利用了辊子之间根据接触载荷产生的摩擦力在辊子之间传递旋转驱动功率的能力，而且在辊子之间有油存在的情况下基本上不进行工作。因此，不会像在日本JP A55-77916中所公开的现有技术中那样，出现作用在辊子上的载荷下降，而且不会导致使诸如电动机的设备尺寸过大和成本升高。

在上述的轧机驱动设备中，最好备有两个从动辊，使联接轴与这两个从动辊相连，并设有一接触载荷中断装置，以根据需要，通过立即消除来自载荷加载装置的接触载荷立即中断通过驱动辊和由接触载荷产生的摩擦力从电动机传至从动辊的旋转。由此，可以立即将轧制辊与电动机这一侧分开。

在上述设备中，最好有一制动装置，用于迅速地使由上述从动辊的惯性造成的旋转减速，该从动辊在通过上述接触载荷中断装置中断接触载荷时不受接触载荷的作用，由此，就有可能使与电动机侧分离的轧制辊减速或使之停止，并防止出现板材弯斜和各种设备中的损坏。

在上述的设备中，最好进一步设置一板材断裂检测装置，用于检测在轧制时出现的板材断裂并根据检测结果操作接触载荷中断装置。此外，设有一接触载荷调节装置，用于在轧制时根据轧制状况调节接触载荷。

还有，在本发明中，有可能将其如此构造，以使从动辊是单个的，使联接轴同时与驱动辊和从动辊相连，并且本发明的设备进一步包括一接触载荷中断装置，用于根据需要，通过立即消除来自载荷加载装置的接触载荷立即中断通过驱动辊和由接触载荷产生的摩擦力从电动机传至从动辊的旋转，以及一制动装置，用于迅速地使由上述从动辊的惯性产生的旋转减速，该从动辊在由上述接触载荷中断装置中断接触载荷时不受接触载荷的作用。

驱动辊和从动辊的各自的材料最好与高速钢辊的材料相同。

此外，在本发明中，有可能进一步设置一用于检测各个辊子的转速的转速差检测装置和一运行控制装置，该运行控制装置用于计算各相邻辊子之间的转速差，并在转速差达到一预定值或超过该预定值时(例如10％或更多)，操作接触载荷中断装置。采用这种构造，当辊子间的转速差由于出现轧制故障等而变大时，就卸掉辊子之间的载荷。因此，在例如采用小直径的工作辊和采用一支承辊或中间辊驱动系统的情况下，可以避免如上所说的诸如工作辊被切去，成为半月形那样的致命损伤。

此外，按照本发明，提供了一种轧机，其中，在一个轧机机架中容纳有两套辊子组，这两套辊子组中的每一套都包括一对工作辊和至少一对支承这对工作辊的辊子，该轧机的特征为，它具有上述的轧机驱动设备，该驱动设备安装在上述辊子组的工作辊或支承工作辊的辊子中的任何辊子上。

另外，按照本发明，提供了一种轧制方法，它采用由上述轧机驱动设备驱动的辊子，其特征为，在轧制时通过板材断裂检测装置或肉眼检测板材断裂的发生，并根据检测结果操作接触载荷中断装置，本发明还提供了一种轧制方法，其特征为，按照轧制条件调节接触载荷调节装置。

此外，按照本发明，提供了一种如上所述的轧机驱动设备，其特征为，该轧机驱动设备包括三个从动辊，其中第一和第二从动辊要如此布置，以便单独地与驱动辊接触，而第三从动辊要如此布置，以便与第二从动辊接触，而不与驱动辊和第一从动辊接触；加载装置要如此布置，从而能独立地在驱动辊与第一从动辊之间和在驱动辊与第二从动辊之间产生接触载荷；设置另一加载装置，用于在第二从动辊和第三从动辊之间产生接触载荷，并用由接触载荷引起的摩擦力转动第三从动辊；以及使联接轴同时与第一和第三从动辊相连。

在此情况下，有可能在三个从动辊与一个驱动辊中，单独地在与联接轴相连的第一从动辊和驱动辊之间(用加载装置)产生一接触载荷，并在与联接轴相连的第三从动辊和第二从动轴之间(用另一加载装置)产生接触载荷。因此，例如在产生诸如一对工作辊之一和轧制材料之间的摩擦系数变得异常地高和出现粘着的任何一种轧制故障的情况下，由于作用在辊子上的转矩可以单独地调节，因此不会有转矩集中在辊子中的一个上的可能性，而且不用担心有过大的载荷有时会作用在联接轴上。因此，可以保护联接轴。

附图的简要说明：

图1是具有本发明第一实施例的轧机驱动设备的整个轧机的侧视图；

图2A是图1所示轧机驱动设备的局部剖开的正视图；

图2B是图2A的侧视图；

图3是一曲线，示出了图2A，2B所示辊子之间的摩擦系数的一个测量例子；

图4是用于说明下述情况的视图，在此情况下，工作辊的轧制转矩差是由辊子之间的转速滞后引起的；

图5是一曲线图，示出了上、下工作辊的圆周速度差S与上、下工作辊的转矩之间的关系，并用参数γ在表1中说明其关系；

图6是用于说明本发明的第二实施例的示意图；

图7是用于说明本发明的第三实施例的示意图；

图8是用于说明本发明的第四实施例的示意图，并示出了一二重轧机；

图9是用于说明本发明的第五实施例的示意图并且示出了一二十辊多辊轧机的辊子布置；

图10的视图是表示用于驱动图9中的第二中间辊63a，63b的总共四个辊子的轧机驱动设备的辊子布置；

图11A和11B分别是用于说明本发明的第六实施例的示意图，其中，图11A是轧机驱动设备的局部剖开的正视图，图11B是图11A的侧视图；

图12是用于说明本发明的第七实施例的示意图；

图13是用于说明本发明的第八实施例的示意图；

图14是传统的四辊轧机的侧视图，用于说明轧机的工作辊驱动系统。

下面参考图1至图5说明本发明的第一实施例。图1是具有本实施例的轧机驱动设备的整个轧机的视图，图2A是本实施例的轧机驱动设备的局部剖开的正视图，图2B是图2A的侧视图。

图1示出了一六辊轧机，它包括工作辊42、43，中间辊40、41和支承辊44、45。两个中间辊40、41分别通过联接轴34、35由从动辊2、3赋以旋转力。从动辊2、3的旋转由驱动辊1传递。也就是说，如图1中的箭头所示，在辊子1、2、3之间施加一接触载荷，驱动辊1通过一联接轴31由电动机30驱动，驱动辊1的旋转通过由辊子1、2、3之间的接触载荷产生的摩擦力传至从动辊2、3上，由此将转矩传给中间辊40、41。在图1中，在辊子1、2、3之间操作的接触载荷和作用在中间辊40、41上的轧制载荷(用于轧制的载荷)均用箭头示出。

如图2A、2B所示，驱动辊1在轴端侧26与电动机30相连，而从动辊2、3则分别在轴端侧27、28与联接轴34、35相连。辊子1、2、3由位于机架4中的轴承箱21、22、23支承。一其支点在一销6处的杠杆5通过销6装在框架4一侧的上部上，框架4上部的两侧都由杠杆5连接。在杠杆5的端部与框架之间装有一栓8。在轴承箱21、22、23之间装有弹簧20，为从动辊2、3装有作为制动装置的制动器18、19。

在辊子1、2、3之间由作为加载装置的液压缸10产生一接触载荷，而且该接触载荷可通过一开关阀11由作为接触载荷调节装置的压力控制阀16调节。此外，如果有必要，可将液压缸10连至一高压管线12上或将液压缸10连至一管线侧13，以迅速地降低缸10中的压力。此时，设置一油箱14，以将油的流动阻力减至小值，并使油液经过许多时间通过管线15返回一回油箱(未示出)中。在轧制时，通过液压缸10向辊子1、2、3施加一必要的接触载荷。当根据需要关上开关阀11，停止向液压缸10供应液压油时，辊子1、2、3靠弹簧的力量彼此分开，而且接触载荷消失。由此，当从动辊2、3的旋转力消失时，辊子与制动器18、19接触，辊子2、3和由其驱动的中间辊40、41的旋转就由制动作用迅速地停止。为了迅速地实现这一作用，希望选择具有高的响应性的开关阀11。另外，在辊子1、2、3之间的接触载荷较大的情况下，可以采用液压缸来代替弹簧20。

下面，依次说明本实施例的轧机驱动设备，以了解其实用性。

首先，在如图14所说明的传统的驱动系统中，如果忽略齿轮方面的误差，则轧制辊的转速精确地符合电动机的转速。与之相反，在本实施例中，认为在轧制辊中产生微小的滞后是不可避免的，但是，电动机的转速与轧制辊的转速没有正确地一致在实践中并不会产生什么问题。下面将对此作出说明。

图3示出了测得的辊子间的摩擦系数。当辊子旋转时，根据从动辊与驱动辊之间的转差率确定摩擦系数μR。转差率S是由下列公式限定的值：

S＝(V_D-V_f)/V_D×100(％)…(1)

式中，V_D为驱动辊的旋转圆周速度，V_f为从动辊的旋转圆周速度。

在图3中，示出了在辊子间供给水的情况和用作参考的供给水和2％的油的混合物的情况。后一混合物是一种在冷轧时在轧制材料和轧制辊之间用于润滑和冷却的轧辊冷却剂。通过稍微增加辊子间的滑动，摩擦系数μ_R迅速增加并达到一恒定值，不过，摩擦系数在水的情况下趋近0.3，在混合物的情况下趋近0.05左右，与水相比，这是非常小的。如果所用的摩擦系数μ_R为0.25，则与辊子1的转速相比，辊子2的圆周速度滞后约0.1％。至于辊子3，由于由其传递的转矩的一半就已经足够，因此，摩擦系数为0.124也已经足够，而这是辊子1与2之间的摩擦系数的一半，辊子3对辊子2的圆周速度的滞后为0.05％或更少。此外，在辊子间没有供给东西的情况下(干的情况)，摩擦系数μ_R与图3中在辊子之间供给水的情况的摩擦系数μ_R的曲线基本相同或略小一些。

考虑到上述情况，电动机30的转速不与工作辊40、41的转速正确地一致的问题对实际操作并不完全是个障碍。由于尽管在很多情况下都用支承辊驱动系统或中间辊驱动系统进行冷轧，在此情况下，在辊子之间有油存在，工作辊的转速降低约0.2～0.3％，这对实际操作并不是个障碍。因此，与此相比，上述的大约0.1～0.05％的辊子转速的滞后并不成问题。

其次，根据由于速度差而在工作辊之间产生圆周速度差，认为在辊子之间产生轧制转矩差。但是，这在实际上并不是一个障碍。下面对此作出说明。

在上述例子中，与从动辊2的转速相比，从动辊3的转速滞后了0.05％或更少。由此，工作辊42、43的转速也滞后，而且，一般会出现轧制转矩差，这种情况示于图4中。在图4中，在上、下工作辊42、43的圆周速度V_R1和V_R2完全相等的情况下，在工作辊与轧制材料50之间不产生滑动的地方，上、下角(临界角)彼此相等，于是φ₁＝φ₂。在此情况下，作用在上、下工作辊上的转矩T₁和转矩T₂彼此相等。假设转矩T₁和转矩T₂总共为100，则各自的转矩份额为50和50(50∶50)。

在此处，如果下工作辊43不被驱动，则转矩分配为100∶0，同时，对于下工作辊43，临界角移至转矩不从轧制材料50作用在下工作辊43上的地方。这就是说，临界角从φ₂加大到θ/2。反之，使上工作辊42的角度φ₁变小，以加大工作辊作用在轧制材料上的摩擦力。在此情况下算出的上、下工作辊42、43之间的旋转圆周速度差是在上、下工作辊之间的转矩比为100∶0的情况下的上、下工作辊42、43之间的旋转圆周速度差。此时，根据薄板的连续性，可建立下列方程：

V_R1·h_d＝V_R2·h_n…(2)

此外，可使下列方程成立：

h_n＝h_d+(θ/2)²R₁＝h_d+Δh/4(Δh＝h_e-h_d)…(3)

上工作辊42的圆周速度V_R1与厚度为h_d的轧制薄板在出口侧的出口薄板速度近似地一致，下工作辊43的圆周速度V_R2与厚度为h_n的轧制薄板在下工作辊43的临界点即在临界角θ/2处的速度一致。由此，可使下列方程成立： $\frac{V_{R2}}{V_{R1}}=\frac{h_d}{h_n}=\frac{h_d}{h_d+\frac{\mathrm{\Δh}}{4}}=\frac{1}{1+\frac{\mathrm{\Δh}}{4h_d}}=\frac{1}{1+\frac{\mathrm{\Δh}}{4(h_e-\mathrm{\Δh})}}=\frac{1}{1+\frac{r}{4(1-r)}}=\frac{4(1-r)}{3-3r}\…\left(4\right)$ 式中，h_e为进口侧的薄板厚度，γ＝Δh/h_e。因此，辊子的转差率S可表示如下：S＝(V_R1-V_R2)/V_R1＝1-V_R2/V_R1＝1-4(1-γ)/(4-3γ)＝γ/(4-3γ)…(5)在上、下转矩之间的转矩比为100∶0的情况下，即在与一个辊子被驱动的情况相同的情况下，下工作辊的转差率S可利用上述关系按照压缩比γ得出。其结果如表1所示。

               表1

γ(％)	S(％)
		5	1.3
10	2.7
		20	5.9
30	9.7
		40	14.3
50	20

在此情况下，当S＝0时，上工作辊的转矩T₁和下工作辊的转矩T₂都是50(即50∶50)，当转差率S增加而且上、下辊的圆周速度增加时，成正比地出现转矩差。图5示出了上、下工作辊的圆周速度差S与上、下工作辊的转矩T₁和T₂之间的关系的计算结果，并以γ作为参数阐述表1的关系。

按照图5，在采用进行一般冷轧的压缩比时，即在γ为20％或更大的范围中，即使按照辊子2、3之间的圆周速度差出现约0.20～0.3％的辊子圆周速度差，以其为基础的转矩差也是非常小的。同时，即使从动辊3的旋转速度滞后约0.05％，与上述例子中的从动辊2的情况相比，旋转速度差对转矩差的影响也可以忽略不计。

下面，在本实施例的轧机驱动设备中，联系为了由摩擦力传递轧制功率，到底应当在辊子之间施加何种程度的接触载荷，试图根据实际值计算近似值。作为轧制程序的一个例子，采用其中的碳含量为0.08％的软铁钢板作为轧制材料，板厚为2mm，板宽为1200mm，轧制材料分五个道次轧制，在每个道次以40％的压缩比将其压缩。

轧制所需的功率N通过轧制理论表示如下：

N＝B·S_a·I_n 1/(1-γ)·h_d·V_d/η_f…(6)

式中，B为板宽，S_a为材料的平均变形阻力，γ为压缩比，h_d为板厚，V_d为轧制速度，η_f为由辊子与材料之间的摩擦损耗得来的效率。假设功率N通过切向力F作用在工作辊的圆周上，则切向力F按上、下工作辊上的总力给出如下：

F＝N/V_d＝B·Sa·In 1/(1-γ)·h_d/η_f…(7)

根据上式对每个轧制道次得到的F的结果列于表2中。虽然η_f的值根据工作辊直径和轧制冷却剂的种类而有各种变化，但它在0.8左右。在表2中，在计算各个值时假设η_f对每个道次而言都是不变的0.8。

                 表2

轧制道次	1	2	3	4	5
						厚度(mm)	2→1.2	0.72	0.43	0.26	0.16
压缩比(％)	40	40	40	40	40
						Sa(kg/mm2)	58	68.8	80.8	87.6	92
F(ton f)	53.4	38	27	17.5	11

假设例如将上述驱动用于工作辊驱动，而且用本实施例的轧机驱动设备驱动工作辊，辊子1需要将与表2的F对应的力传递给辊子2，而辊子2需要将转矩直接传给轧制辊并将同样的转矩转给辊子3。假设辊子之间的接触载荷为Q，辊子之间的摩擦系数为μ_R，工作辊的直径为D_W，辊子2、3的直径为D_R，则可由式8或9得到接触载荷Q：

μ_R·Q·D_R≥F·D_W…(8)

Q≥F/μ_R·D_W/D_R…(9)

根据联接轴的倾斜角，D_R一般约为D_W的1.25倍，由此，D_W/D_R＝1/1.25＝0.8。考虑到加速、减速和安全，并由图3取μ_R为0.22，则可得到如表3所示的与表2中的每个F值对应的所需要的接触载荷Q。

               表3

轧制道次	1	2	3	4	5
						F(ton f)	53.4	38	27	17.5	11
Q(ton f)	194	138	98	64	40

在此情况下，假设名义直径(最大直径)为400mm，辊子2、3的直径可以为500mm，辊子可足以承受200吨力的载荷。

例如，当在摩擦系数μ_R＝0.22的条件下进行正常的轧制时，即使出现轧制故障，出现过大的转矩，也没有及时的迅速卸载，而且摩擦系数μ_R增加至0.35的最大值，摩擦系数μ_R也可以达到正常操作时的值的1.6倍。普通的十字销的强度极限与疲劳极限之间的比在非可逆式轧制中约为1.8，而在可逆式轧制的情况下约为2.5。由于将联接轴的疲劳强度设定为一个高于通常在轧制时作用的力的值，即使发生轧制故障，也只有最大为正常轧制时的值的1.6倍的力作用，于是，减少了联接轴断裂的危险，因此，由于有可能构造成使得不会有过大的力作用在联接轴上，于是有可能使用直径较小的工作辊。在可逆式轧机中，希望通过改变表3中每道次的载荷Q来延长辊子或滚柱轴承的寿命，而在串列式轧机中，特别有效的是将本实施例的轧机驱动设备用在发生许多板材断裂事故的最后一级轧机中。

对接触载荷的上述估计只考虑了工作辊驱动的情况，以便使之易于说明。但是，在一个如图1所示的驱动六辊轧机的中间辊40、41的系统中，由于有可能将从动辊2、3的直径做得比中间辊40、41的直径大一些，因而可以进一步减小接触载荷Q，而且可以进一步地减轻与之相关的情况。此外，还有可能驱动支承辊44、45。

按照上述实施例，在不采用传统的齿轮式人字齿轮箱的情况下将电动机30的旋转功率(转矩)传给不在其上形成有齿的辊子1、2、3，因此不会像在传统设备中那样，在轧制材料表面上产生由于齿形误差、齿距误差、侧隙等原因而引起的痕迹。因此，可以提高轧制材料表面的品质。

此外，辊子1、2、3之间的接触载荷按照消除传动转矩的要求通过开关阀11的动作而卸掉，在卸掉接触载荷后，辊子2、3由制动器18、19制动，由此可以立刻将轧制辊与电动机30分开，以消除板材弯斜和使各种装置或设备受损坏的发生，并防止诸如联接轴34、35的断裂事故和使工作辊42、43被切成半月形等的致命损伤。此外，由于本实施例的设备具有这样一种结构，即它采用了借助于由接触载荷在辊子1、2、3之间产生的摩擦力从驱动辊1至辊子2和从辊子2至辊子3传递旋转功率的能力，同时它不在辊子1、2、3之间有油存在的情况下工作，因此使在辊子1、2、3之间作用的接触载荷中不会产生损耗，不会将像电动机等的设备做成大尺寸的，而且成本也不会较高。

下面，分别参考图6和7说明本发明的第二和第三实施例。

图1和2示出了辊子2、3和依次相连的上、下轧制辊由一个电动机30驱动的系统，也就是辊子2、3的工作在机械上受到约束的一个系统，不过，也可能将本发明用于一个称之为二重驱动系统的系统，其中，分别用不同的电动机独立地驱动上、下辊。图6和7各自示出了一个实施例，其中，对这种系统采用了本发明的轧机驱动设备。在图6和7中，从动辊3a和从动辊3b分别与上、下轧制辊相连并保持在这样的位置上，此时它们在上、下位置彼此互不接触。辊子1a、1b分别与电动机(未示出)相连。液压缸10a、10b分别施加一接触载荷，以在驱动辊1a、1b和从动辊3a、3b之间产生摩擦力。像本实施例这样的二重驱动系统的成本比较高，但是，其优点为，不必严格控制被从动辊3a、3b驱动的两个轧制辊之间的直径差。

下面，参照图8说明本发明的第四实施例。

目前，有一串列式冷轧机和一作为主冷轧系统的可逆式轧机。前者是这样一种类型的轧机，其中，一个道次的轧制就将材料压缩至所要求的厚度，而且是一种大量生产型的。其机架数在传统的四辊轧机中为5～6，在现在的高性能6辊轧机中为4～5。其生产量根据产品的品种变化，而且年产量约为1,200,000吨每年。后者在一个机架上通过可逆式轧制将材料压缩至所要求的厚度。生产量约为300,000吨每年。与之相反，目前还没有一个轧制系统能满足在上述两个轧制系统之间的中间产量的要求。此外，曾经要求能提供一种能在两个机架之间进行可逆式轧制的可逆式轧机，这种轧机在两个机架之间的距离为4～5m，而且有很大的缺点，诸如产出率随范围而减少，因此它没有付诸实施。曾经提出一种新的系统，以代替这些系统，它有个简称，叫作双重轧机，该轧机在一个轧机机架中容纳有两套轧辊组。不过，双重轧机只留下一个问题，其中，如果在冷轧时在双重轧机的中间部分发生板材断裂，特别是在冷轧高品质薄板时，就会将板材的弯斜推入，并要化费很多劳动与时间，使生产率大大下降。本实施例将第一实施例的轧机驱动设备用于上述双重轧机。

图8示出了本实施例的双重轧机。在图8中，双重轧机51有两套六辊轧辊组51A、51B，它们均容纳在一个轧机机架51a中。轧制材料50从一开卷机52上开卷，被双重轧机51的六辊轧辊组51A、51B轧制并由一卷取机53缠绕。分别用张力计辊54、55、56在双重轧机51的入口侧和在双重轧机51的出口侧检测在六辊轧辊组51A和51B之间轧制材料50的张力。设置在双重轧机51的入口侧和出口侧的测厚仪57、58检测轧制材料50的厚度。采用这种构造，即使在任何一个地方出现薄板断裂，张力计54、55、56中的张力也会变成零，由此即可检测出薄板断裂。根据张力计54、55、56的检测结果，通过如图2A中所说明的同样系统使开关阀转换，以立刻卸去辊子之间的接触载荷。

在出现薄板断裂的情况下，曾经实际应用如上所述的薄板断裂检测去迅速地停止作为轧制辊的动力源的电动机，并卸去压下力。但是，这并不充分。在此实施例中，由于除了由如上所述的张力计辊54、55、56进行的板材断裂检测之外还可以通过将如第一实施例中所示的轧机驱动设备安装在轧制辊上而如上所述地快速卸去辊子之间的载荷，可以避免出现上述缺陷，使得板材的弯斜被挤在二重轧机内部，并有助于改进冷轧系统。在此实施例中，也设有如图2A的同样的开关阀，用于卸去辊子之间的载荷，在此情况下，希望选择一个有高的响应性的开关阀。

在传统的采用齿轮式人字齿轮箱的系统中，齿轮轮齿的损伤或磨损决定了系统的寿命，除非齿轮非正常地损坏。在这种齿轮式人字齿轮箱中，轮齿表面经过硬化，而且轮齿表面间为彼此相互的滑动。可通过合适地供给润滑油使轮齿表面具有足够的耐磨能力并可将其使用一段很长的时期。反之，在本实施例中，不必而且也不能在辊子间进行润滑，因为这将如图3所示大大地降低摩擦系数。但是，辊子之间的磨损并不总是零，因此，最好是用具有高的耐磨能力并能足以承受接触载荷的辊子。

由于这些原因，本实施例中所用的辊子的材料最好是与最近用作用于热轧带材的工作辊的具有非常卓越的耐磨性的高速钢辊子相同的材料。在用上述的高速钢辊子作工作辊的情况下，已经知道，即使工作辊在轧制材料上产生滑动，也难于改变轧辊表面的粗糙度。在将上述的高速钢辊子用于本实施例中的辊子的情况下，可以预期，能保持摩擦系数稳定。不过，在必要时也需要考虑磨削操作。在此情况下，例如在图2中，在进行磨削时要拉出栓8，使杠杆5围绕销6转动，然后将辊子1、2、3取出。

按照本发明的上述实施例，由于有可能迅速地卸去辊子之间的载荷，可以防止上述的诸如将板材弯斜压入双重轧机内之类的缺点，而且可能有助于改善冷轧系统。此外，不用通过张力计54、55、56检测薄板断裂，也可能由操作人员的肉眼检测到薄板断裂并迅速地卸去轧制载荷。

下面，参照图9和10说明本发明的第五实施例。

在第一至第四实施例中，说明了下列情况，其中，轧机的辊子是垂直布置的，轧机的辊子驱动设备有两个用于驱动轧制辊的辊子。但是，在一十二辊或二十辊多辊轧机中，必须驱动四个中间辊。在本实施例中，将按照本发明的轧机驱动设备用于作为一种典型的多辊轧机的二十辊轧机。

二十辊多辊轧机的辊子布置如图9所示。在此辊子布置中，工作辊61通过两个第一中间辊62a、62b由三个第二中间辊63a、63b、63c驱动。第二中间辊63、63b、63c由四个被称为支承辊的辊子64a、64b、64c、64d支承。上，下辊子布置是对称的。这些辊子中的上、下第二中间辊63a和63b(一共四个辊子)由电动机驱动。

图10示出了用于驱动总共四个上、下第二中间辊63a、63b的轧机驱动设备的辊子布置。在图10中，用力Q将作为驱动辊的辊子71压靠在作为从动辊的辊子74、 75上，并用力Q的分力压迫与辊子74、75接触的辊子72、73。驱动辊71由一台电动机(未示出，但与图1中的相似)驱动，辊子72、73、74、75分别通过联接轴与图9中的上中间辊63a、63b和下中间辊63a、63b相连。除上述以外的基本构造、功能、操作方法都与前面的实施例相似，而且本实施例也可以得到与其相似的效果。

下面参考图11说明本发明的第六实施例。图11A是本实施例的轧机驱动设备的局部剖开的正视图，而图11B则是图11A的侧视图。

在本实施例中，将测速计81、82、83分别装在辊子1、2、3上，以检测各辊子的速度。每个速度都在一运算器84中经过处理，以算出相邻辊子之间即辊子1与辊子2之间以及辊子2与辊子3之间的速度差。当速度差的计算结果为一预定值例如为10％或更大时，就从运算器84向开关阀11发出一指令，以关闭开关阀11，由此停止向液压缸10供应压力油，靠弹簧20的作用力使辊子1、2、3彼此分离，并立即卸去接触载荷。此外，在辊子2、3的旋转衰减的同时，用制动器18、19的制动作用使辊子2、3迅速停止。这些操作以外的构造与功能都与第一实施例中的相似。在图11中，与图2A、2B中所示零件等效的零件都用同样的参考标号给出。

按照本实施例，在辊子1、2、3之间的旋转速度差由于产生轧制故障等而变大的情况下，可以立即卸去辊子1、2、3之间的载荷，从而可以在采用一支承辊或中间辊驱动系统并使用小直径工作辊的情况下，当出现轧制故障时，防止遭受诸如工作辊被切去而变成半月形的致命损伤。

下面，参考图12说明本发明的第七实施例。

在此实施例中，未采用执行图2中的辊子1的功能的辊子，并使轧制辊通过一联接轴直接与是驱动辊的辊子2A连接。也就是说，在图12中，驱动辊2A在轴端侧26A与一台电动机相连，并在另一端侧27A与一联接轴相连。作为从动辊的辊子3A在一轴端侧28A处与另一联接轴相连。除这些以外的其它构造与功能均与第一实施例的相似。在此情况下，通过辊子2A与辊子3A之间的摩擦力从辊子2A将旋转功率传至辊子3A的传动变成为只是从驱动辊向一个辊子的传动，接触载荷(Q)在理论上成为第一实施例中的一半，而这一半已经足够，因此有可能使成本降低。

采用本实施例的系统，当实现辊子间的迅速断开时，在下方的辊子3A迅速停止，但是，在上方的辊子2A不能迅速地停止，因为它不能与电动机的惯性分开。不过，根据轧制理论与实验，与如同在第一实施例中的两辊驱动的情况相比，工作辊在如同本实施例中的一辊驱动的情况下咬入轧制材料的能力会减至1/4，因此，在轧制材料与其旋转并未停止的工作辊之间产生滑动，并且不可能继续轧制。此外，在板材弯斜时形成的那部分轧制材料的厚度也不可能变成材料本身厚度的两倍，而这一部分在咬入时会产生大的转矩。因此，可以大大地减少作用在联接轴上的过大载荷。

本发明希望用于轧制材料的厚度大而轧制速度低的情况，也就是用于串列式冷轧机的前段轧机。例如，在按照和表1和表2中一样的轧制制度用五机架串列式冷轧机进行轧制的情况下，通过在第一和第二机架中使用如同本实施例的具有两个辊子的轧机驱动设备，并在第三和第四机架中使用如同第一实施例的具有三个辊子的轧机驱动设备，可使在辊子之间的接触载荷(Q)变成100吨力左右，因此有可能将工作辊的直径减至更小。

下面，参考图13说明本发明的第八实施例。

在此实施例中，将轧机驱动设备构造成总共有四个辊子，其中一个驱动辊，三个从动辊。在图13中，驱动辊201由一台电动机(未示出)驱动，第一从动辊202和第二从动辊203可与驱动辊201接触。将第二从动辊203布置成可与第三从动辊204接触，而第三从动辊204不与驱动辊201和第一从动辊202接触。第一和第三辊子通过与图1相似的联接轴驱动与图1相似的辊子。此外，驱动辊201和第一、第二、第三从动辊202、203、204分别由轴承箱205、206、207和208支承，而轴承箱205至208由机架212支承。

作用在驱动辊201与第二从动辊203之间的接触载荷是由液压缸209施加的，该液压缸是一个加载装置，作用在驱动辊201与第一从动辊202之间的接触载荷是由液压缸210施加的，而作用在第二从动辊203与第三从动辊204之间的接触载荷是由液压缸211施加的。由此，允许传递的转矩对于第一从动辊202而言可由液压缸210的输出设定成任意一个量，而对于第三从动辊204而言可由液压缸211的输出设定成任意一个量。

在如图1和2所示的轧机驱动设备的情况下，由于用于在驱动辊1与两个从动辊2、3之间产生接触载荷的加载装置是一共用的液压缸(执行器)，在发生诸如任何一对工作辊与轧制材料之间的摩擦系数变成异常地大和发生粘着之类的任何轧制事故的情况下，可以认为，转矩只集中在工作辊的一个上，并且在联接轴上立刻作用有过大的载荷。与之相反，在本实施例中，可以单独地调节作用在辊子上的转矩，转矩不可能只集中在一对辊子中的一个上，因此不用担心会在联接轴上立刻作用一过大的载荷。由此，可以保护联接轴。

这就是说，按照本实施例，除了可以得到与第一实施例相似的那些效果之外，可以分别地将作用在第一和第三从动辊202、204上的允许转矩设定成任何值，以致即使发生任何的轧制事故，也可以防止转矩只集中在辊子中的一个上并防止在联接轴上立即作用有过大的载荷，从而有可能保护联接轴。

此外，在每个上述的实施例中，如上所述，辊子间的润滑如图3所示显著地减小了摩擦系数，所以不需要也不可能润滑。但是，与在辊子之间什么也不提供的情况(干的状态)相比，还是希望在辊子之间供应有水。其理由为，虽然几乎不用担心在辊子间产生的热，但比起什么也不供应来，摩擦系数可以通过供应水而变得略大一些而且更加稳定，由磨损等产生的细粉可以被供应的水冲洗掉，由此可以长时间地保持稳定的摩擦系数。

按照本发明，由于电动机的旋转功率(转矩)是通过采用没有齿的辊子传递给轧制辊子的，而且不采用任何一种传统的齿轮式齿轮箱，在轧制材料表面上不会出现由于齿形误差，齿距误差，侧隙等而产生的痕迹，从而可以提高轧制材料表面的品质。

此外，由于在发生轧制事故的情况下通过按照要求立即卸去辊子之间的接触载荷而使传动转矩消失，因此，可以防止联接轴的断裂事故以及在支承辊或中间辊驱动系统中的诸如使工作辊被切去而成为半月形之类的致命损伤事故。由此，可以大大延长辊子的从第一次使用到最后使用的时间，有可能降低成本和磨损与断裂费用。此外，即使推迟了接触载荷的卸去和辊子的制动，也可以减少联接轴断裂的危险，因而可以采用直径较小的工作辊，并且有可能将轧制设备做得更紧凑。

此外，即使采用了小直径的工作辊，并采用了支承辊或中间辊驱动系统，也可以防止工作辊的致命的断裂损坏，因此有可能高速轧制硬而薄的材料，提高产出率并提高生产率。

此外，由于辊子在卸去接触载荷后被制动，所以使与电动机侧分离的轧制辊被减速或停止，因此有可能大大地消除板材弯斜和使各种装置与设备损坏的发生。

由于作用在连有联接轴的两个从动辊上的允许转矩是通过单独地产生接触载荷而产生的，即使出现有任何故障，载荷也不可能只集中在辊子中的一个上，因此有可能保护联接轴。

还有，本发明在于有一种构造，它尽可能利用由于接触载荷而产生的由摩擦力在辊子间传递旋转功率的能力，而且不在辊子间存在润滑油的条件下工作，因此在辊子间作用的接触载荷中不会产生损耗，同时像电动机等这样的设备不会在尺寸上做得很大，成本也不会升高。

因此，按照本发明，有可能提供一种轧机驱动设备，一种轧机和一种轧制方法，它们能提高材料表面的品质，防止联接轴断裂事故和辊子的致命损伤，提高轧制速度并降低成本。

Claims (12)

1.一种用于驱动一对工作辊，2至4个中间辊和2至4个支承辊中的任何辊子的轧机驱动设备，其特征为，它包括：

一由电动机旋转的驱动辊；

至少一个与上述驱动辊接触的从动辊；

加载装置，它用于在上述驱动辊与上述从动辊之间产生一接触载荷，以用由所述接触载荷引起的摩擦力转动上述从动辊；以及

一联接轴，它至少与上述驱动辊和上述从动辊中的上述从动辊相连，将上述从动辊的旋转传递给上述辊子。

2.一种如权利要求1所述的轧机驱动设备，其特征为，设有两个上述从动辊，上述联接轴同时与上述两个从动辊连接，并且设有一接触载荷中断装置，以根据需要，通过立即消除来自上述加载装置的接触载荷立即中断通过上述驱动辊和由接触载荷引起的摩擦力从上述电动机传至上述从动辊的旋转。

3.一种如权利要求2所述的轧机驱动设备，其特征为，进一步设置有一制动装置，用于迅速地使由上述从动辊的惯性产生的旋转减速，该从动辊在由上述接触载荷中断装置中断接触载荷时不受接触载荷的作用。

4.一种如权利要求2或3所述的轧机驱动设备，其特征为，它进一步包括：

一板材断裂检测装置，用于检测在轧制时出现的板材断裂并根据检测结果操作上述的接触载荷中断装置。

5.一种如权利要求2或3所述的轧机驱动设备，其特征为，它进一步包括：

接触载荷调节装置，用于在轧制时根据轧制状况调节上述接触载荷。

6.一种如权利要求1所述的轧机驱动设备，其特征为，至少上述的一个从动辊是单个的，上述联接轴同时与上述驱动辊和上述从动辊相连，以及上述设备进一步包括：

一接触载荷中断装置，用于根据需要，通过立即消除来自上述加载装置的接触载荷而立即中断通过上述驱动辊和由接触载荷产生的摩擦力从上述电动机传至上述从动辊的旋转；和

一制动装置，用于迅速地使由上述从动辊的惯性产生的旋转减速，该从动辊在由上述接触载荷中断装置中断接触载荷时不受接触载荷的作用。

7.一种如权利要求1所述的轧机驱动设备，其特征为，每个上述驱动辊和上述从动辊的材料均与高速钢辊的相同。

8.一种如权利要求2所述的轧机驱动设备，它进一步包括：

一转速差检测装置，用于检测每个上述辊子的转速；

一运行控制装置，用于计算上述的各相邻辊子之间的转速差，并在转速差达到一预定的值或更大时操作上述的接触载荷中断装置。

9.一种轧机，其中，在一个轧机机架中容纳两套辊子组，上述两套辊子组中的每一套都包括一对工作辊和至少一对支承上述这对工作辊的辊子，在上述轧机上装有如权利要求2或3所限定的上述轧机驱动设备。

10.一种轧制方法，它采用了由上述的在权利要求4中限定的轧机驱动设备驱动的辊子，其特征为，

在轧制时通过上述板材断裂检测装置或用观察者的肉眼检测板材断裂的发生；和

根据检测结果操作上述的接触载荷中断装置。

11.一种轧制方法，它采用了由上述的在权利要求5中限定的轧机驱动设备驱动的辊子，其特征为，

在轧制时按照轧制状况由上述的接触载荷调节装置调节接触载荷。

12.一种如权利要求1所述的轧机驱动设备，其特征为，

上述轧机驱动设备包括三个从动辊：第一、第二和第三从动辊，其中上述的第一和第二从动辊要如此布置，以便单独地与上述驱动辊接触，上述的第三从动辊要如此布置，以便与上述的第二从动辊接触，而不与上述驱动辊和上述第一从动辊接触；

上述加载装置要布置成能独立地在上述驱动辊与上述第一从动辊之间和在上述驱动辊与上述第二从动辊之间产生接触载荷；

设置另一加载装置，用于在上述第二从动辊和上述第三从动辊之间产生接触载荷，并用由接触载荷产生的摩擦力转动上述第三从动辊；以及

上述的联接轴同时与上述第一和第三从动辊相连。

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