CN110991078A - 一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，包括：构造工作辊辊型曲线方程，方程中的a₁、a₂、a₃及s₀均分别为工作辊辊型系数；获取工作辊结构参数及轧制参数；预设定轧辊轮廓角α；由工作辊结构参数及轧制参数计算辊型系数s₀、a₁及a₃；以减小工作辊轴向力为目标计算辊型系数a₂；辊型曲线由a₁、a₂、a₃及s₀这几个工作辊辊型系数确定。本发明的有益效果为：本发明所述设计方法通过构造工作辊辊型曲线方程，基于工作辊结构参数及轧制参数，并以减小工作辊轴向力为目标获得辊型系数，根据该辊型系数设计得到的工作辊辊型能够在轧制宽度较大的轧件时有效减小工作辊轴向力，从而显著提高工作辊轴承寿命。

Description

一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，具体涉及一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法。

背景技术

工作辊辊型是轧件板形控制的最直接因素。目前应用较多的工作辊辊型是变凸度辊型，如图1所示，其主要特点是将上工作辊1及下工作辊2磨削成相同的S型，并且反向对称布置，上下工作辊进行等量反向地轴向移动(即工作辊窜辊)，对工作辊的有效凸度进行无极连续调节，实现空载辊缝形状调节，即对轧件3的板形进行最直接的控制。

然而，在轧制宽度较大的轧件(如中厚板、有色金属带材等)时变凸度工作辊存在轴向力过大导致工作辊轴承使用寿命偏低的问题。如图2所示，工作辊与轧件间的单位作用力N在工作辊轴向上存在分力，该分力在轧件宽度上的累积求和即为轴向力F，显然当轧制条件相同时，该轴向力主要与轧件宽度有关，轧件宽度越大，轴向力越大。因此，设计一种轴向力较小的工作辊显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，解决变凸度工作辊在轧制宽度较大的轧件时轴向力过大，导致工作辊轴承使用寿命偏低的问题。

本发明采用的技术方案为：一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，包括以下步骤：

步骤一、构造工作辊辊型曲线方程，所述工作辊辊型曲线方程以工作辊轴向半径分布表示，其中上工作辊的辊型曲线方程为：

下工作辊的辊型曲线方程为：

上式中，a₁、a₂、a₃及s₀均分别为工作辊辊型系数，无单位；α为轧辊轮廓角，单位为°；s为窜辊量，单位为mm；x为工作辊轴向横坐标，单位为mm；y_u1(x)、y_b1(x)分别为上下工作辊在轴向横坐标x处的半径，单位为mm；

步骤二、获取工作辊结构参数及轧制参数，所述工作辊结构参数包括名义直径D、辊身长度L及窜辊最大行程S_m，所述轧制参数包括窜辊量s、辊缝二次凸度范围[C₁,C₂]及轧件宽度范围[B_min,B_max]，以上各参数的单位均为mm；

步骤三、预设定轧辊轮廓角α；

步骤四、由工作辊结构参数及轧制参数计算辊型系数s₀、a₁及a₃；

步骤五、以减小工作辊轴向力为目标计算辊型系数a₂，辊型曲线由a₁、a₂、a₃及s₀确定。

按上述方案，在步骤四中，辊型系数s₀、a₁及a₃的具体计算方法为：

若C₁≠0，C₂≠0，则

若C₁＝0，C₂≠0，则s₀＝s_m，

若C₁≠0，C₂＝0，则s₀＝-s_m，

按上述方案，在步骤五中，计算辊型系数a₂，的具体方法为：

(1)、建立工作辊轴向力计算模型，所述工作辊轴向力可表示为

式中p₀-单位宽度轧制力，单位为KN/mm，在设计计算时按常数处理，R-轴向力系数，

(2)、确定a₂的取值范围(K₁,K₂)，若a₁＞0，则

若a₁＜0，则

(3)、将a₂的取值范围划分为N等份，取得一系列a₂值，则第i个a₂值可表示为

(4)、对每个a₂值在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度B的范围[B_min,B_max]内计算对应的轴向力系数R的最大值R_max；

(5)比较不同a₂值(a₂(1)、a₂(2)、a₂(3)…a₂(i)…a₂(N-1))对应的轴向力系数R的最大值R_max(R_max(1)、R_max(2)、R_max(3)…R_max(i)…R_max(N-1))，找出其中最小的R_max，该最小的R_max对应的a₂值即为所求结果。

按上述方案，在步骤五(4)中，计算对应的轴向力系数R的最大值R_max的具体方法为：

a、计算极值点及边界值点，极值点包括：

及

其中，k₁、k₂为整数，且B∈[B_min,B_max]，s∈[-s_m,s_m]；

边界值点包括：

及

b、计算上述各组B及s值对应的轴向力系数R值，并比较其大小，其中最大的R值即为取该a₂值条件下的在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度范围[B_min,B_max]内R的最大值R_max。

按上述方案，在步骤三中，所述预设定轧辊轮廓角α的取值范围为0～180°。

本发明的有益效果为：本发明所述设计方法通过构造工作辊辊型曲线方程，基于工作辊结构参数及轧制参数，并以减小工作辊轴向力为目标获得辊型系数，根据该辊型系数得到的工作辊能够在轧制宽度较大的轧件时有效减小工作辊轴向力，从而显著提高工作辊轴承寿命。

附图说明

图1为变凸度工作辊辊型及窜辊示意图。

图2为变凸度工作辊轴向力示意图。

图3为本发明的流程图。

图4为本实施例计算出的以减小工作辊轴向力为目标的不同a₂值对应的R_max比较。

图5为本实施例计算出的上工作辊辊型曲线。

其中：1、上工作辊；2、下工作辊；3、轧件。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图3所示的一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，包括以下步骤：

步骤一、构造工作辊辊型曲线方程，工作辊辊型曲线方程以工作辊轴向半径分布表示，其中上工作辊的辊型曲线方程为：

下工作辊的辊型曲线方程为：

上式中，a₁、a₂、a₃及s₀均分别为工作辊辊型系数，无单位；α为轧辊轮廓角，单位为°；s为窜辊量，单位为mm；x为工作辊轴向横坐标，单位为mm；y_u1(x)、y_b1(x)分别为上下工作辊在轴向横坐标x处的半径，单位为mm。

步骤二、获取工作辊结构参数及轧制参数，所述工作辊结构参数包括名义直径D、辊身长度L及窜辊最大行程S_m，所述轧制参数包括窜辊量s、辊缝二次凸度范围[C₁,C₂]及轧件宽度范围[B_min,B_max]；以上各参数的单位均为mm。

步骤三、预设定轧辊轮廓角α，且0＜α＜180°。

步骤四、由工作辊结构参数及轧制参数计算辊型系数s₀、a₁及a₃，具体为：

若C₁≠0，C₂≠0，则

若C₁＝0，C₂≠0，则s₀＝s_m，

若C₁≠0，C₂＝0，则s₀＝-s_m，

步骤五、以减小工作辊轴向力为目标计算辊型系数a₂，具体为：

(1)、建立工作辊轴向力计算模型，所述工作辊轴向力可表示为：

上式中，p₀为单位宽度轧制力，单位为KN/mm，在设计计算时按常数处理；R为轴向力系数，

(2)、定a₂的取值范围(K₁,K₂)，若a₁＞0，则

若a₁＜0，则

(3)、a₂的取值范围划分为N等份，取得一系列a₂值，则第i个a₂值可表示为

(4)、每个a₂值在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度B的范围[B_min,B_max]内计算对应的轴向力系数R的最大值R_max：

a、计算极值点及边界值点，极值点包括：

及

其中，k₁、k₂为整数，且B∈[B_min,B_max]，s∈[-s_m,s_m]；

边界值点包括：

及

b、计算上述各组B及s值对应的轴向力系数R值，并比较其大小，其中最大的R值即为取该a₂值条件下的在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度范围[B_min,B_max]内R的最大值R_max；

(5)、比较不同a₂值(a₂(1)、a₂(2)、a₂(3)…a₂(i)…a₂(N-1))对应的轴向力系数R的最大值R_max(R_max(1)、R_max(2)、R_max(3)…R_max(i)…R_max(N-1))，找出其中最小的R_max，该最小的R_max对应的a₂值即为所求结果；辊型曲线由a₁、a₂、a₃及s₀这几个工作辊辊型系数确定。

实施例

为了进一步说明本发明方法的实用性，采用上述方法获得满足某钢厂现场要求的工作辊辊型曲线。

某钢厂现场要求如下：工作辊结构参数条件为名义直径D＝580mm，辊身长度L＝2200，窜辊最大行程S_m＝225mm，轧制参数条件为辊缝二次凸度下限C₁＝-0.4mm、上限C₂＝0.5mm，轧件最小宽度范围B_min＝900mm、最大宽度B_max＝1600mm；另外，预设定轧辊轮廓角α＝90°。

由工作辊结构参数、轧制参数及预设定轧辊轮廓角计算出的辊型系数s₀＝-25.886、a₁＝-0.713、a₃＝290.026。

以减小工作辊轴向力为目标计算辊型系数a₂的具体过程如下：

1、a₂的取值范围为(0,0.00102)，即K₁＝0，K₂＝0.00102，将该取值范围划分为10000等份(N＝10000)，取得9999个a₂值，则第i个a₂值可表示为a_2-1(i)＝1.02×10^-7i，i＝1、2、3...9999；

2、对每个a₂值在窜辊范围[-225,225]及带钢宽度范围[900,1600]内计算对应的轴向力系数R的最大值R_max。为方便描述，此处仅以第5000个a₂值为例进行说明：a₂(5000)＝5.1×10^-4，其所对应的极值点及边界值点处的轴向力系数R分别为0.2384、0.2329、0.117、0.131、0.16、0.185，因此a₂(5000)对应的R_max＝0.2384；

3、将所有a₂值对应的的R_max计算出来并进行比较，如图4所示，找出其中最小的R_max对应的a₂值即为所求结果。这样以减小工作辊轴向力为目标计算出的辊型系数a₂值为a₂＝8.277×10^-4，此时对应的R_max最小，为0.01202。

至此已计算出满足上述现场要求的工作辊辊型曲线的全部辊型系数a₁、a₂、a₃及s₀，所得到的上工作辊辊型曲线如图5所示，该图中实际窜辊量s＝0。

由上述工作辊轴向力公式可知，轴向力系数R越小，则工作辊轴向力F₂越小。对于所有工作辊辊型曲线而言，当某工作辊辊型曲线对应的轴向力系数R的最大值R_max最小时，可保证对于所有轧制工况(包括窜辊量、轧件宽度)，该工作辊辊型(本实施例中即a₂＝8.277×10^-4对应的曲线)的轴向力都是较小的。现场生产的统计数据表明，采用本发明实施例方法设计的工作辊辊型，由于有效降低了工作辊轴向力，其工作辊轴承的使用寿命明显提高。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构造工作辊辊型曲线方程，所述工作辊辊型曲线方程以工作辊轴向半径分布表示，其中上工作辊的辊型曲线方程为：

下工作辊的辊型曲线方程为：

上式中，a₁、a₂、a₃及s₀均分别为工作辊辊型系数，无单位；α为轧辊轮廓角，单位为°；s为窜辊量，单位为mm；x为工作辊轴向横坐标，单位为mm；y_u1(x)、y_b1(x)分别为上下工作辊在轴向横坐标x处的半径，单位为mm；

步骤二、获取工作辊结构参数及轧制参数，所述工作辊结构参数包括名义直径D、辊身长度L及窜辊最大行程S_m，所述轧制参数包括窜辊量s、辊缝二次凸度范围[C₁,C₂]及轧件宽度范围[B_min,B_max]，以上各参数的单位均为mm；

步骤三、预设定轧辊轮廓角α；

步骤四、由工作辊结构参数及轧制参数计算辊型系数s₀、a₁及a₃；

步骤五、以减小工作辊轴向力为目标计算辊型系数a₂；辊型曲线由a₁、a₂、a₃及s₀确定。

2.如权利要求1所述的可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，其特征在于，在步骤四中，辊型系数s₀、a₁及a₃的具体计算方法为：

若C₁≠0，C₂≠0，则

若C₁＝0，C₂≠0，则s₀＝s_m，

若C₁≠0，C₂＝0，则s₀＝-s_m，

3.如权利要求1所述的可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，其特征在于，在步骤五中，计算辊型系数a₂，的具体方法为：

(1)、建立工作辊轴向力计算模型，所述工作辊轴向力可表示为

式中p₀-单位宽度轧制力，单位为KN/mm，在设计计算时按常数处理，R-轴向力系数，

(2)、确定a₂的取值范围(K₁,K₂)，若a₁＞0，则

若a₁＜0，则

(3)、将a₂的取值范围划分为N等份，取得一系列a₂值，则第i个a₂值可表示为

(4)、对每个a₂值在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度B的范围[B_min,B_max]内计算对应的轴向力系数R的最大值R_max；

(5)比较不同a₂值(a₂(1)、a₂(2)、a₂(3)…a₂(i)…a₂(N-1))对应的轴向力系数R的最大值R_max(R_max(1)、R_max(2)、R_max(3)…R_max(i)…R_max(N-1))，找出其中最小的R_max，该最小的R_max对应的a₂值即为所求结果。

4.如权利要求3所述的可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，其特征在于，在步骤五(4)中，计算对应的轴向力系数R的最大值R_max的具体方法为：

a、计算极值点及边界值点，极值点包括：

及

其中，k₁、k₂为整数，且B∈[B_min,B_max]，s∈[-s_m,s_m]；

边界值点包括：

及

b、计算上述各组B及s值对应的轴向力系数R值，并比较其大小，其中最大的R值即为取该a₂值条件下的在窜辊范围[-s_m,s_m]及带钢宽度范围[B_min,B_max]内R的最大值R_max。

5.如权利要求1所述的可降低轴向力的工作辊辊型设计方法，其特征在于，在步骤三中，所述预设定轧辊轮廓角α的取值范围为0～180°。

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