CN105618487A - 一种均压精轧支承辊辊形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辊形设计领域，具体是一种均压精轧支承辊辊形设计方法。运用已有公式计算出工作辊辊形曲线，截取工作辊CVC曲线从左到右的第一个高点和第一个低点间的曲线，对该曲线段进行左平移X1，确定一侧的辊端曲线起点，对该曲线段进行右平移-X2，寻找此时寻找右平移与左平移曲线的交点，确定另一侧辊端曲线的起点，给两个点间的曲线数值乘以系数，按照参数方程设计两侧辊端曲线，对设计的辊端曲线进行数值模拟，改进后精轧支承辊的磨损均匀，换辊周期由15天延长至24天，辊耗降低2元/吨。

Description

一种均压精轧支承辊辊形设计方法

技术领域

本发明涉及辊形设计领域，具体是一种均压精轧支承辊辊形设计方法。

背景技术

太钢热连轧厂2250生产线精轧7机架连轧机组的工作辊全部采用CVC辊形，如图1所示，该配置可以实现辊形凸度连续可变调节，减少了轧辊规格和换辊次数，提高了生产效率。

CVC工作辊辊形发挥其优势的同时，也使支承辊出现了不均匀的磨损。不仅缩短了支承辊的换辊周期，降低了生产效率，而且增加了支撑辊本身的损耗，降低了支承辊使用后期的轧制稳定性、带钢的板形质量以及带钢的尺寸精度。根据磨损形成理论，不均匀的磨损反映了带钢轧制过程中，支承辊与工作辊之间接触压力的不均匀性，即磨损大的位置接触压力较大。应用有限元模拟计算软件，计算出支承辊为西马克提供的辊形时，支承辊与工作辊间的接触压力分布如图2所示，可见支承辊与工作辊间确实存在严重的应力不均现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现支承辊在使用过程中的均匀磨损。

本发明所采用的技术方案是：一种均压精轧支承辊辊形设计方法，按照如下的方法进行：步骤一、以工作辊辊身长度为横坐标，辊形大小为纵坐标，工作辊轴线左端起点为中心点建立CVC坐标系，计算获得已有的工作辊的CVC曲线方程为：y＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀，截取工作辊的CVC曲线从左到右的第一个高点和第一个低点间的曲线，α₁，α₂，α₃，a₀为常数，x为工作辊辊身长度对应的横坐标，y为工作辊辊形大小对应的纵坐标，辊形大小是辊的相对高度，即辊形凸度；

步骤二、对步骤一截取的工作辊的CVC曲线沿横坐标进行平移，首先进行左平移，左平移后的曲线左端点对应的横坐标作为均压精轧支承辊的左倒角的终点，然后进行右平移，右平移后的曲线与左平移后的曲线的交点对应的横坐标作为均压精轧支承辊的右倒角的起点；

步骤三、用直线连接步骤二中左平移后的曲线的左端点和右平移后的曲线的左端点，截取该段直线和步骤二中右平移曲线从左端点到交点间的曲线，保持横坐标不变，纵坐标统一乘以调节系数α，得到均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线，0＜α≤1；

步骤四、均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线方程为： $H_O\left(x\right)=h_{o1}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\β}}+h_{o2}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\γ}}+h_{03}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\ω}},$ 均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线方程为 $H_D\left(x\right)=h_{D1}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\β}}+h_{D2}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\γ}}+h_{D3}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\ω}},$ 式中，h_o1、h_o2、h₀₃都大于等于0，且h_o1+h_o2+h₀₃＝H_o，h_o1、h_o2、h₀₃为按照经验所取的三个参数值值，h_D1、h_D2、h_D3都大于等于0，且h_D1+h_D2+h_D3＝H_D，h_D1、h_D2、h_D3为按照经验所取的三个参数值，h_o1：h_o2：h₀₃＝h_D1：h_D2：h_D3，H_o为左倒角高度，L_o左倒角长度，H_D右倒角高度，L_D为右倒角长度，β、γ、ω分别为幂指数为经验值常数，x为均压精轧支承辊辊身长度上对应的坐标，H_o(x)为左倒角对应的辊形大小，H_D(x)为右倒角对应的辊形大小，将均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线沿纵坐标平移使均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线的右端点与步骤三中左平移后的曲线的左端点纵坐标相等，获得修订过的均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线，将均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线沿纵坐标平移使均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线的左端点与步骤三中交点的纵坐标相等，获得修订过的均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线；

步骤五、利用指数平滑法将均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线、修订过的均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线、修订过的均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线拼接，得到完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线，利用完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线加工出均压精轧支承辊。

作为一种优选方式：步骤二中，左平移的平移量和右平移的平移量与窜辊位置有关，统计该均压精轧支承辊所在的机架的窜辊位置，建立频率和窜辊位置分布图，在分布图中取总统计量的85％-90％窜辊的所对应的窜辊位置分别对应左平移的平移量和右平移的平移量。

本发明的有益效果是：改进后精轧支承辊的磨损均匀，换辊周期由15天延长至24天，辊耗降低2元/吨。改进后轧制状态更稳定，甩尾次数减少。改进后宽规格薄板材的近边浪明显减小。

附图说明

图1是工作辊CVC辊形图；

图2是未采用本发明前支承辊与工作辊间的接触压力分布图；

图3是本发明均压精轧支承辊CVC辊形图；

图4是采用本发明后支承辊与工作辊间的接触压力分布图；

图5是本发明均压精轧支承辊辊形参数分布图；

图6是窜辊位置统计分布图；

图7是平移并确定辊端曲线端点的示意图。

具体实施方式

步骤一、运用已有公式计算出工作辊辊形曲线

现有工作辊辊形曲线方程为：

y＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀

a₃＝2.11477795637024E-10

a₂＝-8.0065114052187E-07

a₁＝7.99279353009544E-04

a₀＝0

则可得出工作辊辊形曲线如图1所示，x为工作辊辊身长度对应的横坐标，y为工作辊辊形大小对应的纵坐标，辊形大小是辊的相对高度，即辊形凸度，现有工作辊辊形曲线方程由工作辊生产方提供或者通过实际工作辊测量计算而出。

步骤二、截取工作辊CVC曲线上“高点”和“低点”间曲线，对其进行左平移X-，左端点作为均压精轧支承辊左侧倒角曲线的终点的横坐标，对其进行右平移X+，并找出左平移与右平移在右侧的交点，以该交点作为均压精轧支承辊左侧倒角曲线的起点横坐标。

X+和X-根据精轧支承辊所在机架的窜辊位置统计分布图确定，如图6所示，从图6可以看出在窜辊位置-40到+100之间占总统计量的85％以上，即可确定X+＝100mm，X-＝40mm。平移并确定辊端曲线端点的示意图如图7所示。

步骤三、图7中左平移左端点与右平移左端点之间的均压支承辊曲线用两点间直线表示，右平移左端点与交点之间的均压支承辊曲线用右平移曲线表示。并对这两段曲线用调节系数α(0＜α≤1)进行缩放。以α＝0.8为例，得到图7中的中间段均压支承辊曲线，即得到均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线，均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线起点的纵坐标0.191835067mm横坐标为645mm，均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线终点的纵坐标0.063454258mm横坐标为1865。

步骤四、如图5所示，工作辊辊身长度为2550，均压支承辊辊身长度为2250，工作辊和均压支承辊辊身的中点在同一竖直线上，均压支承辊支承辊左侧和右侧辊端的位置分别对应于工作辊的150mm和2400mm。所以均压支承辊支承辊左侧和右侧辊端曲线的长度L_O＝645-150＝495mm，即左倒角长度，L_D＝2400-1865＝535mm，即右倒角长度。

左倒角高度H_o和右倒角高度H_D的经验取值范围(单位mm)分别为(0，1.5]和(0，2.0]，以H_o＝0.8mm，H_D＝1.5mm为例，其中h_o1：h_o2：h₀₃＝h_D1：h_D2：h_D3取经验比例关系为1:3:1，β、γ、ω分别取经验值3、4和6，则有具体的辊端曲线参数方程如下：

均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线方程为

$H_O\left(x\right)=0.16\×{\[\frac{435-x}{435}\]}^3+0.48\×{\[\frac{435-x}{435}\]}^4+0.16\×{\[\frac{435-x}{435}\]}^6$

均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线方程为

$H_D\left(x\right)=0.3\×{\[\frac{x}{535}\]}^3+0.9\×{\[\frac{x}{535}\]}^4+0.3\×{\[\frac{x}{535}\]}^6$

然后给左倒角曲线沿纵坐标方向平移0.191835067mm，使均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线的右端点与步骤三中左平移后的曲线的左端点纵坐标相等，右倒角曲线沿纵坐标方向平移0.063454258mm，均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线的左端点与步骤三中交点的纵坐标相等。

步骤五、如图3所示，并利用指数平滑方法，将步骤四平移后的左倒角曲线和右倒角曲线拼接到均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线上即可得到完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线，利用完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线加工出均压精轧支承辊，利用本发明方法加工出的均压精轧支承辊其支承辊与工作辊间的接触压力分布如图4所示。

Claims (2)

1.一种均压精轧支承辊辊形设计方法，其特征在于按照如下的方法进行：

步骤一、以工作辊辊身长度为横坐标，辊形大小为纵坐标，工作辊轴线左端起点为中心点建立CVC坐标系，计算获得已有的工作辊的CVC曲线方程为：y＝a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀，截取工作辊的CVC曲线从左到右的第一个高点和第一个低点间的曲线，α₁，α₂，α₃，a₀为常数，x为工作辊辊身长度对应的横坐标，y为工作辊辊形大小对应的纵坐标，辊形大小是辊的相对高度，即辊形凸度；

步骤二、对步骤一截取的工作辊的CVC曲线沿横坐标进行平移，首先进行左平移，左平移后的曲线左端点对应的横坐标作为均压精轧支承辊的左倒角的终点，然后进行右平移，右平移后的曲线与左平移后的曲线的交点对应的横坐标作为均压精轧支承辊的右倒角的起点；

步骤三、用直线连接步骤二中左平移后的曲线的左端点和右平移后的曲线的左端点，截取该段直线和步骤二中右平移曲线从左端点到交点间的曲线，保持横坐标不变，纵坐标统一乘以调节系数α，得到均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线，0＜α≤1；

步骤四、均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线方程为： $H_O\left(x\right)=h_{o1}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\β}}+h_{o2}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\γ}}+h_{03}{\[\frac{L_o-x}{L_o}\]}^{\mathrm{\ω}},$ 均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线方程为 $H_D\left(x\right)=h_{D1}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\β}}+h_{D2}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\γ}}+h_{D3}{\[\frac{x}{L_D}\]}^{\mathrm{\ω}},$ 式中，h_o1、h_o2、h₀₃都大于等于0，且h_o1+h_o2+h₀₃＝H_o，h_o1、h_o2、h₀₃为按照经验所取的三个参数值值，h_D1、h_D2、h_D3都大于等于0，且h_D1+h_D2+h_D3＝H_D，h_D1、h_D2、h_D3为按照经验所取的三个参数值，h_o1：h_o2：h₀₃＝h_D1：h_D2：h_D3，H_o为左倒角高度，L_o左倒角长度，H_D右倒角高度，L_D为右倒角长度，β、γ、ω分别为幂指数为经验值常数，x为均压精轧支承辊辊身长度上对应的坐标，H_o(x)为左倒角对应的辊形大小，H_D(x)为右倒角对应的辊形大小，将均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线沿纵坐标平移使均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线的右端点与步骤三中左平移后的曲线的左端点纵坐标相等，获得修订过的均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线，将均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线沿纵坐标平移使均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线的左端点与步骤三中交点的纵坐标相等，获得修订过的均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线；

步骤五、利用指数平滑法将均压精轧支承辊的左右倒角间的CVC曲线、修订过的均压精轧支承辊的左倒角曲线CVC曲线、修订过的均压精轧支承辊的右倒角曲线CVC曲线拼接，得到完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线，利用完整的均压精轧支承辊辊形曲线CVC曲线加工出均压精轧支承辊。

2.根据权利要求1所述的一种均压精轧支承辊辊形设计方法，其特征在于：步骤二中，左平移的平移量和右平移的平移量与窜辊位置有关，统计该均压精轧支承辊所在的机架的窜辊位置，建立频率和窜辊位置分布图，在分布图中取总统计量的85％-90％窜辊的所对应的窜辊位置分别对应左平移的平移量和右平移的平移量。