專利名稱：一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的支撐輥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軋機軋輥，更具體地說，系有關一種可配合連續可變凸度(CVC)軋機工作輥輥型曲線的支撐輥。
背景技術：
連續可變凸度軋機(CVC軋機)的輥系由支撐輥1和CVC工作輥2組成。長期以來CVC軋機的支撐輥一直采用常規平輥輥型，如
圖1所示。常規平輥輥型的支撐輥在CVC軋機軋制(相對軋件4)時產生輥間接觸壓力分布嚴重不均勻，從而造成支撐輥局部磨損分布嚴重不均。
在有關專利文獻中提出了一種CVC軋機的支撐輥輥型改形的方案，其主要是采用將CVC工作輥2的輥型旋轉180°作為支撐輥3的輥型，如圖2所示。這種支撐輥輥型只能使竄輥位置在零位時的輥間接觸壓力分布不均的問題得到某些改善，但竄輥后輥間接觸壓力分布則會更不均勻。
發明的概述本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷而提供一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的改進型支撐輥，該支撐輥通過對其輥型曲線的修正不僅能改善竄輥位置在零位時輥間接觸壓力分布不均的問題，而且也能改善在整個竄輥行程范圍內的輥間接觸壓力分布不均的問題。
實現上述目的的技術方案是一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的支撐輥，包括一對具有反對稱輥型曲線的CVC工作輥，上下兩個支撐輥，其中，所述上下支撐輥也是反對稱輥型曲線，它們在直徑方向沿著輥身長度由四段奇函數組成，包括BC段曲線(-s1＜y≤-s2)在這一區域中，工作輥從負的極限位置(-δ′)移動至正的極限位置(+δ′)時，工作輥最大直徑點的軌跡為直線。為使工作輥能左、右移動，支撐輥采用圓柱輥型，直徑函數的方程為Ds(y)＝D+a21Dx(y)＝D+a21(1)s1＝-δ′+δ″s2＝δ′+δ″其中，D為支撐輥名義直徑；Ds(y)為上支撐輥直徑函數；Dx(y)為下支撐輥直徑函數；δ″為工作輥直徑函數取最大值時沿輥身長度的坐標(為負值，此時工作輥的竄輥位置在零位)；δ′為工作輥竄輥行程a21根據工作輥的最大直徑計算確定的輥型曲線參數。
AB段曲線(-ls/2≤y≤-s1)對應于這一區域，采用的支撐輥輥型一方面能使工作輥移動至負的極限位置時不發生干涉，另一方面又要使工作輥在不同的移動位置時輥間接觸壓力分布均勻，因此，根據負的極限位置時的工作輥曲線確定支撐輥輥型，直徑函數為Ds(y)=D+a11(y-δ1)+...+a1(2n1-1)(y-δ1)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ1)-...-a1(2n1-1)(y+δ1)2n1-1···(2)]]>其中，ls為支撐輥輥身長度；2n1-1為表示支撐輥AB段曲線的多項式的次數，n1為自然數；a11...a1(2n1-1)，δ1為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，這些參數的值也不同。
CD段曲線(-s2＜y≤s3)在該區域，工作輥左、右移動時，曲線各點的最大軌跡為工作輥在正的極限位置時的輥型曲線，與AB段曲線的設計原理相同，差別在于由正的極限位置時的工作輥直徑函數確定支撐輥輥型曲線，方程為Ds(y)=D+a11(y-δ3)+...+a1(2n1-1)(y-δ3)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ3)-...-a1(2n1-1)(y+δ3)2n1-1···(3)]]>其中，s3由CD段與DE段曲線的交點確定；
δ3為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，該參數的值也不同，DE段曲線(s3＜y≤ls/2)這段曲線，仍然與AB段曲線的設計原理相同，根據負的極限位置時的工作輥曲線確定支撐輥輥型，直徑函數為Ds(y)=D+a11(y-δ4)+...+a1(2n1-1)(y-δ4)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ4)-...-a1(2n1-1)(y+δ4)2n1-1···(4)]]>其中，δ4為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，該參數的值也不同。
如以上所述的一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的支撐輥，其中，所述支撐輥的兩端邊部的優化曲線，是以上四段曲線組成的支撐輥輥型構成的基本支撐輥輥型基礎上對輥身兩端進行倒角優化后的支撐輥輥型，一般可用如下冪函數表示。
D1(y)=D(y)-2a0(y-(ls/2-lz)lz)m···(5)]]>其中，D(y)為上述方法確定的基本輥型曲線函數；D1(y)為優化后的輥型邊部輥型曲線函數；lz，a0為輥身邊部倒角長度和高度，根據輥間接觸壓力分布均勻，同時工作輥與支撐輥全輥身接觸的約束條件進行優化計算確定；m為輥身邊部倒角輥型曲線冪函數的次數，為自然數，一般取值為2。
由上可見，為保證負載輥縫的對稱性，在本發明中，上下兩個支撐輥的輥型與CVC工作輥的輥型一樣是反對稱的。為使輥間壓力分布比較均勻，同時不影響工作輥正、反方向移動，支撐輥直徑函數由四段奇函數組成。由于這樣的輥型曲線的支撐輥可提高CVC軋機輥間接觸壓力分布均勻性，從而較大地改善CVC軋機支撐輥的接觸疲勞與局部磨損，降低支撐輥輥耗，并可延長支撐輥的在機時間。
附圖的簡要說明圖1是現有的CVC軋機中采用平輥輥型的支撐輥的示意圖；圖2是現有的CVC軋機中采用相對工作輥輥型旋轉180°作為支撐輥的示意圖；圖3是本發明用于CVC軋機中的配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線及位移曲線設計的上支撐輥輥型曲線示意圖；圖4是支撐輥輥身端部倒角曲線分解圖；圖5是本發明的上支撐輥輥型曲線示意圖；圖6是本發明的上支撐輥輥型曲線與現有CVC軋機中支撐輥輥型曲線的比較圖；圖7a、7b和7c分別表示支撐輥不同輥型曲線，工作輥不同竄輥位置(shift)時，支撐輥與工作輥間接觸壓力分布計算結果所作的分析圖；圖8是改進前支撐輥輥型(圓柱輥型)磨損后的形狀曲線的示意圖；圖9a和圖9b分別表示本發明設計的優化上、下支撐輥輥型，使用在F5機架在上機前后的對比一磨損分布的分析圖。
具體實施例的詳細描述請參閱圖3，圖中示出了上支撐輥輥型曲線的設計，橫坐標y是以支撐輥輥身長度中心線為原點的輥身長度方向坐標，縱坐標D(y)-D為工作輥(支撐輥)直徑與名義直徑之差。首先，在圖3中可看到，用于本發明的CVC軋機的工作輥的輥型是反對稱的，CVC工作輥的輥型曲線可由高次多項式來表示，一般取前三項，即用三次多項式來表示，如式(6)所示Dws(y)=D-3ΔD4e(y-δ)+ΔD4e3(y-δ)3]]>Dwx(y)=D+3ΔD4e(y+δ)-ΔD4e3(y+δ)3···(6)]]>其中，D為y＝δ時的工作輥直徑，即工作輥名義直徑；ΔD為工作輥最大與最小直徑之差；e為工作輥橫向移動量；δ為工作輥極大與極小直徑截面距離的一半。
y為以支撐輥輥身長度中心線為原點的輥身長度方向坐標，在以上各個參數確定后，根據式(6)，可作出工作輥的輥型曲線，在圖3中以O線表示，它在軋制時不同竄輥位置時的位移線以O′和O″表示。為保證負載輥縫的對稱性，上下兩個支撐輥的輥型也應是反對稱的。為使輥間壓力分布比較均勻，同時不影響工作輥正、反方向移動，支撐輥的輥型曲線是在工作輥的輥型曲線O線基礎上由四段奇函數AB、BC、CD和DE組成的支撐輥直徑函數。
針對某廠的CVC工作輥輥型曲線，在不同機架上工作輥輥型曲線參數值見以下表1。
表1
按照CVC工作輥輥型曲線，設計的在不同機架上支撐輥基本輥型曲線的參數值見表2。
表2
根據表中所示參數值，F4-F5支撐輥各段曲線方程如下
BC段曲線(-575＜y≤-375)按照以上直徑函數的方程(1)，代入表2中的參數上支撐輥直徑函數Ds(y)＝D+0.09058。
下支撐輥直徑函數Dx(y)＝D+0.09058。
AB段曲線(-1025≤y≤-575)按照以上直徑函數的方程(2)，代入表2中的參數上支撐輥直徑函數Ds(y)＝D-2.80144×10-4(y+90)+3.9699×10-10(y+90)3。
下支撐輥直徑函數Dx(y)＝D+2.80144×10-4(y-90)-3.9699×10-10(y-90)3。
CD段曲線(-375＜y≤491.6)按照以上直徑函數的方程(3)，代入表2中的參數上支撐輥直徑函數Ds(y)＝D-2.80144×10-4(y-110)+3.9699×10-10(y-110)3。
下支撐輥直徑函數Dx(y)＝D+2.80144×10-4(y+110)-3.9699×10-10(y+110)3。
DE段曲線(491.6＜y≤1025)按照以上直徑函數的方程(4)，代入表2中的參數，上支撐輥直徑函數Ds(y)＝D-2.80144×10-4(y+90)+3.9699×10-10(y+90)3。
下支撐輥直徑函數Dx(y)＝D+2.80144×10-4(y-90)-3.9699×10-10(y-90)3。
倒角曲線請參閱圖4，圖中示出了在上述在支撐輥基本輥型曲線的基礎上輥身端部進一步優化曲線，其參數值見如下表3。
表3
按照以上直徑函數的方程(5)，代入表3中所取的各參數，可得到優化后的輥型邊部輥型曲線函數D1(y)=D(y)-2×0.14(y-(1025-100)100)2.]]>本發明的基本支撐輥輥型和優化后的上支撐輥輥型曲線比較例，如圖5所示。在圖5中，曲線1表示本發明設計的基本支撐輥輥型曲線；曲線2表示本發明設計的倒角優化后的支撐輥輥型曲線。圖中橫坐標為以支撐輥輥身端部為原點的輥身長度方向坐標，單位為mm。縱坐標為以支撐輥輥身端部直徑為參考點的沿輥身長度方向的直徑變化，單位為mm。這表明優化后的支撐輥輥型可促使輥間接觸壓力分布更均勻。
請參閱圖6，為本發明設計的上支撐輥輥型曲線與先前的CVC支撐輥輥型曲線對比圖，其中，粗的線表示本發明的支撐輥輥型曲線，細的線表示現有的CVC軋機設計的CVC支撐輥的輥型曲線。
有關原圓柱形輥型、本發明設計的基本支撐輥輥型、優化的支撐輥輥型與工作輥間的接觸壓力分布關系，分別表示在圖7a、7b和7c上。在圖中，支撐輥不同輥型曲線，工作輥不同竄輥位置(shift)時，支撐輥與工作輥間接觸壓力分布是通過計算結果作出的，其中，曲線curve1-對應于支撐輥為普通圓柱輥型時的輥間接觸壓力分布，曲線curve2-對應于本發明設計的基本支撐輥輥型時的輥間接觸壓力分布，而曲線curve3-對應于本發明設計的優化支撐輥輥型時的輥間接觸壓力分布。另外，圖中的橫坐標y為以支撐輥輥身長度中心線為原點的輥身長度方向坐標，單位是mm，縱坐標q(y)為輥間接觸壓力，單位是kN。從圖中可看到，各曲線的輥間接觸壓力分布以曲線curve3為最佳(不僅輥身部分接觸壓力分布較均勻，而且邊部接觸壓力低)，曲線curve1為最差，曲線curve2除輥型邊部外其它部分基本接近于曲線30，因此本發明使用優化支撐輥輥型可改善CVC軋機輥間接觸壓力分布均勻性。
本發明經優化輥型曲線的支撐輥已在寶鋼2050熱軋精軋機F5機架進行試用，試驗結果表明，該支撐輥輥型曲線可改善輥間接觸壓力分布與支撐輥的局部磨損分布不均，對比分析見圖8、圖9a和圖9b。
改進前支撐輥輥型為圓柱輥型時，上下支撐輥都存在嚴重的局部磨損，如圖8所示。在采用本發明設計的優化支撐輥輥型時，在上機前后輥型對比－磨損分布(F5上支撐輥)，沒有出現嚴重的局部磨損，如圖9a和圖9b所示。圖8中所示為上、下支撐輥圓柱輥型的磨損分布，圖9a和圖9b中所示為優化輥型磨損前后的形狀曲線，而各圖中兩條磨損曲線間形成的區域反映了總體的磨損分布，后者磨損較小，局部磨損分布較均勻。
權利要求
1.一種配合連續可變凸度(CVC)軋機工作輥輥型曲線的支撐輥，包括一對具有反對稱輥型曲線的CVC工作輥，上下兩個支撐輥，其特征在于，所述上下支撐輥也是反對稱輥型曲線，它們在直徑方向沿著輥身長度由四段奇函數組成，包括BC段曲線(-s1＜y≤-s2)在這一區域中，工作輥從負的極限位置移動至正的極限位置時，工作輥最大直徑點的軌跡為直線，因此支撐輥采用圓柱輥型，直徑函數的方程為Ds(y)＝D+a21Dx(y)＝D+a21(1)s1＝-δ′+δ″s2＝δ′+δ″其中，D為支撐輥名義直徑；Ds(y)為上支撐輥直徑函數；Dx(y)為下支撐輥直徑函數；δ″為工作輥直徑函數取最大值時沿輥身長度的坐標，(為負值，此時工作輥的竄輥位置在零位)；δ′為工作輥竄輥行程a21根據工作輥的最大直徑計算確定的輥型曲線參數；AB段曲線(-ls/2≤y≤-s1)對應于這一區域，采用的支撐輥輥型一方面能使工作輥移動至負的極限位置時不發生干涉，另一方面又要使工作輥在不同的移動位置時輥間接觸壓力分布均勻，因此直徑函數為Ds(y)=D+a11(y-δ1)+...+a1(2n1-1)(y-δ1)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ1)-...-a1(2n1-1)(y+δ1)2n1-1---(2)]]>其中，ls為支撐輥輥身長度；2n1-1為表示支撐輥AB段曲線的多項式的次數，n1為自然數；a11…a1(2n1-1)，δ1為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，這些參數的值也不同；CD段曲線(-s2＜y≤s3)在該區域，工作輥左、右移動時，曲線各點的最大軌跡為工作輥在正的極限位置時的輥型曲線，支撐輥輥型曲線的直徑函數方程為Ds(y)=D+a11(y-δ3)+...+a1(2n1-1)(y-δ3)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ3)-...-a1(2n1-1)(y+δ3)2n1-1---(3)]]>其中，s3由CD段與DE段曲線的交點確定；δ3為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，該參數的值也不同；DE段曲線(s3＜y≤ls/2)這段曲線是根據負的極限位置時的工作輥曲線確定支撐輥輥型，直徑函數為Ds(y)=D+a11(y-δ4)+...+a1(2n1-1)(y-δ4)2n1-1]]>Dx(y)=D-a11(y+δ4)-...-a1(2n1-1)(y+δ4)2n1-1---(4)]]>其中，δ4為針對具體的CVC工作輥輥型曲線參數計算確定的支撐輥輥型曲線參數，CVC工作輥輥型曲線參數不同，該參數的值也不同。
2.如權利要求1所述的一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的支撐輥，其特征在于，所述支撐輥的兩端邊部的優化曲線，是以上四段曲線組成的支撐輥輥型構成的基本支撐輥輥型基礎上對輥身兩端進行倒角優化后的支撐輥輥型，一般可用如下冪函數表示。D1(y)=D(y)-2a0(y-(ls2-lz)lz)m---(5)]]>其中，D(y)為上述方法確定的基本輥型曲線函數；D1(y)為優化后的輥型邊部輥型曲線函數；lz，a0為輥身邊部倒角長度和高度，根據輥間接觸壓力分布均勻，同時工作輥與支撐輥全輥身接觸的約束條件進行優化計算確定；m為輥身邊部倒角輥型曲線冪函數的次數，為自然數，一般取值為2。
全文摘要
一種配合連續可變凸度軋機工作輥輥型曲線的支撐輥，包括一對具有反對稱輥型曲線的CVC工作輥，上下兩個支撐輥，其中，上下支撐輥也是反對稱輥型曲線，它們在直徑方向沿著輥身長度由四段奇函數組成，還可在以上基礎上對輥身兩端進行倒角優化，包括優化后的支撐輥輥型曲線可明顯提高CVC軋機輥間接觸壓力分布均勻性，較大地改善CVC軋機支撐輥的接觸疲勞與局部磨損，降低支撐輥輥耗，并可延長支撐輥的在機時間。
文檔編號B21B27/02GK1840253SQ200510024680
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月28日 優先權日2005年3月28日
發明者黃傳清, 連家創 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 燕山大學