CN2084397U - 轧辊整体静压支承整体压下冷轧机机座 - Google Patents

Abstract

一种用于轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机 座，在轧辊的辊身全长上采用了整体静压支承和整体 压下(上)、使轧辊在轧制时不发生弹性弯曲变形，保 证了轧机横向厚度有很高的精度和很好的板形。克 服了传统轧机的轧辊双支点支承双支点压下而使轧 辊产生的弹性弯曲变形从而造成的轧件断面呈现二 次曲线形的弱点。轧辊弯矩的消除，使轧机的刚度和 轧辊强度有显著的提高，并可代替多辊轧机的工作。

所以本轧机具有结构简单，刚度大、承载能力大、 产品精度高等优点。

Description

本实用新型涉及一种轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机座。

众所周知，冷轧板带材和箔材在国民经济中占有极其重要的位置。随着国民经济的发展，不仅对其数量要求越来越多，而且对其质量要求也日趋严格，特别是近年来由于A·G·C系统（厚度自动控制系统）的不断完善和广泛应用，板带的纵向厚度精度越来越高，相形之下板带的横向厚度精度及板形质量就变得日益突出。

热轧及冷轧板带材都具有共同的特点，除板带边部外，90％的中间板带断面大致具有二次曲线的特征。板带中心厚度与边部代表点处厚度之差称为板凸度。板凸度的大小直接表示着板带横向厚度精度。板凸度的存在在轧制时造成了板形不好，板形质量差造成了轧制生产的很大损失，同时板凸度严重影响着板带质量。因此，进一步消除板带的厚度差是我国及世界上目前集中解决的一个问题。

近几十年来，解决板带厚度差的研究工作开展的十分活跃并取得了较大进展，出现了改进板形和板凸度的各种方法。有的从工艺入手，例如改变轧制规程、调整轧辊热凸度分布、改变张力分布等。但更多的方法是从设备上入手，通过改进设备来获得或强化改善板形和板凸度的手段，例如液压弯辊、双轴承座工作辊弯曲、HC轧机等等。但现有轧机不论是两辊轧机、四辊轧机还是多辊轧机，其基本的结构形式如图1所示：轧辊一直是由两端加轴承支承（双支点支承），通过压下（或压上）轴承座来获得所需的轧制力（双支点压下）。这种结构形式，轧辊在轧制力和两端集中载荷的作用下，必然产生很大的弯矩。轧辊在弯矩的作用下不可避免地发生弹性弯曲变形，轧辊的弹性弯曲变形导致了板带断面呈现二次曲线形，造成了板带材的横向厚度差。由此可见，轧辊的弹性弯曲变形是目前各类轧机双支点支承双支点压下形式的一个致命弱点。

长期以来，人们为了减少辊系弹性变形做了大量工作，采取了很多有效措施，归纳起来可分为两大类：

1、减少轧辊弹性弯曲变形，采用四辊和多辊轧机：

与两辊轧机相比，四辊轧机具有明显的优点，四辊轧机工作辊可用较小的辊径，这样在相同条件下，降低了轧制力和减少了最小可轧厚度，而它的大直径支撑辊承受了主要弯矩，提供了较大的刚度，使板带的纵横厚度差都能得到很大的改善。为了获得所需的轧辊刚度，支撑辊往往制成方形（即辊直径近似等于辊身长度）即使这样，仍不能解决板带的凸度现象，轧辊的弹性弯曲变形问题仍然是轧制生产中的一个棘手问题。

为了生产出薄和极薄带材，为继续增大辊系的刚度，轧机向多辊化发展，相继研究出了六辊、八辊、十二辊、十六辊、二十辊等多辊轧机。多辊支撑明显地增加了辊系的刚度，并通过调节辊形和其它一系列工艺措施，可获得尺寸精度较高的薄和极薄带材。但是，由于轧辊数目的增加带来了一系列弊端：如受轧辊部件的剧烈发热和沉重闭式机架导热性能的限制使得轧制速度较低，结构的复杂化要求轧机零件精度高，致使加工困难。同时，使用、调整和换辊复杂，由于接触辊数多引起轧机空耗功率增大等等。这些轧机的基本设计思想是基于最充分地利用小直径工作辊的优越性，利用多支撑来提高辊系的刚度，以减小轧辊弯曲变形对板带材精度的影响。

2、改变轧辊凸度，进行板形控制：

轧制力、原材料凸度、轧辊凸度、张力及轧辊接触状态等都影响着板形质量，但仔细分析可以发现，影响板形的大部分因素都与轧机的传统支承形式和压下形式有关，许多问题都产生于轧辊的弯曲变形。为了解决这个问题，人们用机械加工的方法使工作辊和支撑辊予先具有一定的凸度。这种方法对板带材的板凸度和板形均有一定的改善，但问题也是显而易见的：即不同的轧制工艺条件（轧制力、温度、来料凸度等不同），就需要不同的轧辊凸度。因为通常轧辊的初始凸度是不大的，因此不仅给轧辊加工带来困难，而且需要很多的不同凸度的备用辊。更主要的是：轧制过程是一个复杂的物理过程，保持轧辊的弹性弯曲变形固定不变是办不到的。所以该方法很难调整出理想的板形。

近年来，日本住友金属工业公司研制出一种VC轧辊（Variable  Crown），这种轧辊的凸度可以瞬时改变，如图2所示：四辊轧机支撑辊内制成中空的液压腔，在腔内充以压力可变的高压油，在轧制过程中，随工艺条件的变化，不断调整高压油的压力来改变轧辊的膨胀量，随时补偿轧辊的弹性弯曲变形以获得良好的板形。但问题在于：确定轧辊的实际弯曲变形不是一件容易的事。

目前最常用、最基本、最先进的控制板形的方法是液压弯辊，而液压弯辊实际上是以机械的方法给轧辊一个初始凸度，所以它的作用与初始轧辊凸度法的作用相同。如图3所示，a是正弯工作辊、b是负弯工作辊、c是正弯支撑辊，其基本原理是：通过向工作辊或支撑辊辊颈施加液压弯辊力，来瞬时地改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸沿横向分布，只要根据具体的工艺条件来适当地选择液压弯辊力，就可以达到改善板形的目的。虽然如此，但仍存在一定的局限性。首先，它是通过弯曲刚性很大的轧辊来实现的，这样就需要很大的弯辊力，这些弯辊力最终要通过压下装置传递给轧机牌坊，最后牌坊以伸长所吸收，这样就增加了牌坊的受力和变形。其次，液压弯辊要取得良好的板形，必须保证弯辊的最终曲线接近二次曲线，而实际上轧机在轧制时，由于磨损和受热凸度变化的影响，曲线形状比较复杂，因此，常常出现一些比较复杂的板形缺陷。这些单靠液压弯辊是无法解决的。为此，日本公司和新日本钢铁公司联合研制出新六辊轧机，简称HC轧机（High  Crown）见图4，HC轧机消除了板宽范围外支撑辊与工作辊之间接触压力形成的弯矩，虽然提高了板形控制能力，但冷轧时比例凸度仍然保持恒定，热轧时才有较强的板凸度控制能力。因此，HC轧机对冷轧板带材横向厚度精度提高不明显。

综上所述可以看出，为了提高板带的板形质量和厚度精度，由原始的凸度轧辊发展到可调凸度轧辊，进而又发展到液压弯辊，HC轧机等。这些轧机的出现和使用，使板带轧制生产发生了很大变化，板带的质量有了很大提高，但是上述轧机在结构上仍然没有摆脱双支点支承及双支点压下的传统结构形式，轧机的改进也只是减少轧辊的弹性弯曲变形或弥补轧辊的弹性弯曲变形，轧机在工作时，轧辊的弹性弯曲变形仍然较大地存在着。

从静压技术的应用情况看，目前静压支承虽然多用于各种机械、仪器和军事设备上，但用的最多的是静压轴承。相对而言，径向静压轴承长径比小，长径比1／d在1左右，且为全周封闭对置等面积油腔。

本实用新型的目的在于：在前人研究的基础上，从设备入手，通过改变轧制设备的支承原理和结构，消除轧辊在工作时的弹性弯曲变形，以图获得板形良好和横向厚度精度高的板带产品配以A·G·C系统，生产出纵横厚度精度很高的板带材产品。

本实用新型的特征在于：把轧机支撑辊辊身全部装入静压支承体，用均布整体静压支承代替一般轧机的双支点支承。为使支撑辊与工作辊接触，静压支承体在两辊接触部分设计成开口的（开式静压支承），压下装置为斜铁式压下机构，该机构由液压或螺旋传动，安装于静压支承体与两个机架联接横梁之间，用均布整体压下代替了原轧机的双支点压下。这种结构形式，在轧制时，轧制力与作用在辊身上的均布静压支承力相平衡，轧辊中不再产生弯矩，因而轧辊的弹性弯曲变形不再发生。从理论上讲，这种结构形式可以完全消除轧辊的弹性弯曲变形，实际上由于各种因素的影响，轧辊的弹性弯曲变形只能减小到很小程度，所以可简称为微挠度轧机。这种结构形式的轧机，不仅能保证板带断面的横向厚度精度和良好的板形，而且也会明显地提高板带的纵向厚度精度。轧辊不发生弹性弯曲变形，因而使板带材的横断面消除了板凸度，所以不论轧制力如何变化，板带的横向厚度尺寸是一致的。这样就确保了板带材横向厚度精度，实现了轧机横刚度无限大轧制。而轧机的纵刚度受轧辊的弯曲变形影响最大，由于微挠度轧机轧辊的弯曲变形被消除，轧机的刚度会明显提高。

本实用新型的特征还在于：能采用小直径的工作辊，而且还可以采用小直径的支撑辊。一般轧机的承载能力主要取决于辊系的强度和刚度条件，微挠度轧机由于轧辊辊身施加整体静压支承和整体压下，轧辊不再发生弹性弯曲变形，轧辊的刚度条件得到了充分的保证。同时，轧辊的弯矩消除，轧辊的强度明显地得到提高。由于工作辊直径对轧机的轧制特性影响很大，所以采用很小的工作辊直径，则可以代替多辊轧机的功能，简化轧机的结构，而且工作辊直径减小可以降低轧制力和轧制力矩，因此，可以实现大压下轧制或减少轧制道次或增大来料厚度，因此使轧机的承载能力和生产效率都得到极大地提高。

本实用新型的特征还在于：轧机本体结构相对简化。微挠度轧机由于消除了轧辊的弹性弯曲变形，那么为补偿轧辊弹性弯曲变形的方法和装置都可以省掉，使用一般的平辊即可。所以不但轧机的结构得以简化，而且加工工艺简便易行，本轧机可以使用小直径的支撑辊，支撑辊的减小可以使轧机机座外廓尺寸明显减小。本实用新型采用很小直径工作辊时可以代替多辊轧机，这样与多辊轧机相比，本实用新型就简单得多。

本实用新型的特征还在于：轧辊为整体静压支承。根据轧辊工作的特点，静压支承体支承得是轧辊的整个辊身部分，所以静压支承体在长度上较一般的支承较长，用动静压润滑术语来说长径比1／d较大，1／d≥2。而轧机动静压长径比在1左右。长径比大的原因除轧辊辊身较长外，也与采用较小的支撑辊直径有关。为了实现轧制，使支撑辊与工作辊均匀接触，静压支承体对支撑辊来讲，其径向剖面为小于360°的非全周封闭，简称开式静压支承。如图5所示，不论支撑辊传动还是工作辊传动，支撑辊必须旋转才能实现轧制。因此，要保证轧辊在静压支承体内转动自如并能实现液体润滑，为保证轧辊在静压支承体内具有较大而稳定的静压支承刚度，静压支承体在园周上开设非对置的面积不等的多个油腔，可为三油腔、六油腔、多油腔。为避免支撑辊在静压支承体中出现小的弹性弯曲变形，在静压支承体内轴向方向开设多个油腔，油腔区的总长度与工作辊长度相当。

本机座的静压支承供油系统与一般的静压轴承供油系统相似。所不同的，由于轧机的轧制载荷较大，故通常选用超高压泵。从超高压泵来的高压油通过节流阀流入静压支承体内，节流阀可以采用滑阀式节流阀、薄膜式节流阀、缝隙式节流阀、毛细管节流阀等。因为静压支承为非全周封密，从支承体中流出的油经工作辊辊面流入工作辊和轧件之间，起到对轧件的冷却和润滑作用，然后汇集到接油盘，经过滤回到油箱。

下面结合图5具体说明一下本实用新型各部件的位置关系与装配关系：支撑辊（3）装入静压支承体（2）的支承孔中，通过圆挡板（4）轴向定位，圆挡板（4）通过螺栓（5）固定在静压支承体（2）上组成支撑辊系统。

工作辊（6）的两端轴经装入工作辊轴承座（7）中，组成工作辊系统。

楔铁（12）与楔铁（14）组成压上机构，楔铁（12）通过螺栓（13）固定在静压支承体（2）上，楔铁（14）本身加工有液压缸（19），活塞（15）装入楔铁（14）的液压缸（19）中，活塞（15）通过螺母（16）固定在支架（17）上。

支撑辊系统、工作辊系统和压上装置按图5所示顺序组装，然后从机架（1）工作侧整体推入机架（1）的窗口中，通过挡板（11）两面对支撑辊系统和工作辊系统进行轴向定位。压上装置的支架（17）由螺栓（18）固定在机架（1）上。

辊系的平衡装置与一般四辊轧机相同，是由液压柱塞缸组成。柱塞缸（9）安装在工作辊轴承座（7）的两端，用以平衡工作辊系统之间的重量，柱塞缸（8）安装在静压支承体（2）的两端，用以平衡支撑辊系统之间的重量。

图5为说明书摘要附图。

实验室实验采用图5结构，静压支承供油系统采用简单的毛细管节流阀，实验效果良好。

本实用新型所述的轧辊可以采用金属轧辊，也可以采用陶瓷轧辊。

Claims (4)

1、一种轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机座，由机架(1)、支撑辊(3)、静压支承体(2)、工作辊(6)、工作辊轴承座(7)、压上(压下)机构、辊系平衡装置所组成，其特征在于：整体静压支承支撑辊系统中的支撑辊(3)的辊身全部装入静压支承体(2)内，并通过圆挡板(4)轴向定位，圆挡板(4)通过螺栓(5)固定在静压支承体(2)上；整体压上(压下)机构的楔铁(12)通过螺栓(13)固定在静压支承体(2)上、楔铁(14)本身加工有液压缸(19)、活塞(15)装入楔铁(14)的液压缸(19)中、并通过螺母(16)固定在支架(17)上。

2、根据权利要求1所述的轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机座，其特征在于：静压支承体（2）在支撑辊（3）与工作辊（6）接触部分为开口的，即静压支承体径向剖面为小于360°的非全周封闭并开有非对置的面积不等的三油腔、六油腔或多油腔，静压支承体（2）的轴向方向开设均布的多油腔，且油腔区的总长度与工作辊长度相当。

3、根据权利要求1所述的轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机座，其特征在于：静压支承体长度与轧辊辊径的比值较大，长径比1／d≥2。

4、根据权利要求1所述的轧制薄板带材和极薄带材的冷轧机机座，其特征在于：可以采用小直径的工作辊，也可以采用小直径的支撑辊，轧辊的材质可以是金属，也可选用陶瓷。

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