中厚板矯直機平行輥縫小變形量矯直方案的應(yīng)用

趙 崠 吳慶君

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024；2．淮南市石油化工機械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

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中厚板矯直機平行輥縫小變形量矯直方案的應(yīng)用

趙 崠1吳慶君2

(1．太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024；2．淮南市石油化工機械設(shè)備公司技術(shù)部，安徽232033)

以矯直理論為基礎(chǔ)，介紹了平行輥縫小變形量矯直方案的應(yīng)用，有效地提高了中厚板矯直機的生產(chǎn)效率。

中厚板矯直機；矯直方案；矯直能力；壓彎量

中厚板矯直機所需矯直的板材強度高、厚度范圍廣、承受的矯直力大，要求的矯直精度高。在設(shè)計制造過程中，由于受機械強度和設(shè)計結(jié)構(gòu)等方面的影響，設(shè)備所能達到的矯直能力是有限的，故在生產(chǎn)實踐中，需綜合考慮軋件尺寸、機械性能與設(shè)備矯直能力之間的關(guān)系，通過不同矯直方案或多種矯直方案的組合運用，達到擴展設(shè)備能力，實現(xiàn)板材矯直的目的。平行輥縫小變形量矯直方案就是小變形量矯直方案與平行輥縫矯直方案的組合運用。

小變形量矯直方案：此矯直方案設(shè)定各輥壓下量的原則是，應(yīng)使進入該輥的軋件經(jīng)反彎和彈復(fù)后，軋件的最大原始曲率能完全消除而矯直。小變形量矯直方案具有壓下量相對較小，功率消耗小，軋件原始曲率消除緩慢，殘余曲率逐漸減小直至近似趨于平直，所需矯直輥數(shù)量較多的特點。通過求解矩形材矯直曲率方程可知，小變形量矯直方案的相對反彎曲率最大值為1.5。

平行輥縫矯直方案：上排矯直輥相對于下排矯直輥平行排列，上排各矯直輥集體升降，除第1輥和最后第n輥外(n為矯直輥總數(shù))，其余各輥壓下量所形成的軋件反彎曲率是相同的，并且大于軋件的彈性彎曲彈復(fù)曲率極限值。平行輥縫矯直方案可使軋件的原始曲率經(jīng)若干輥子的反彎彈復(fù)后，殘余曲率逐漸減小而趨于單值，由于矯直機的輥數(shù)是有限的，所以只能達到限定的矯直精度。

平行輥縫小變形量矯直方案是提高設(shè)備對高強度中厚板一道次矯直能力的有效措施。

1 輥系調(diào)整裝置

九輥中厚板矯直機的輥系調(diào)整裝置適用于多種矯直方案，其調(diào)整方式如圖1所示。

上排矯直輥通過帶位移傳感器的AGC液壓缸同步調(diào)整或分組調(diào)整，可實現(xiàn)垂直方向的整體平行升降或傾斜擺動調(diào)整，通過AGC缸內(nèi)的位移傳感器檢測矯直輥的輥縫值大小以及傾動量。下排矯直輥的中間各輥固定安裝在機架上，其進、出口兩側(cè)的邊輥可通過邊輥調(diào)整裝置實現(xiàn)單獨或同步的垂直調(diào)整，通過編碼器測量調(diào)整量。因此輥系調(diào)整裝置不僅適用于傾斜矯直方案和平行矯直方案，而且還適用于多種矯直方案的組合。

對于采用上、下輥縫平行矯直方案的矯直機，要求除下排第1輥和第n輥的矯直輥可單獨調(diào)整外，上排其它各輥都是集體調(diào)整的，因此除第2輥和第n-1輥的反彎曲率可單獨調(diào)整外，其它各輥的反彎曲率都是相同的，并且大于軋件的彈性彎曲彈復(fù)曲率極限值。軋件經(jīng)若干輥子矯直后殘余曲率范圍逐漸縮小趨于定值，通過調(diào)整第n輥的壓彎量，可使矯直機出口側(cè)第n-1輥的最終彈塑性彎曲位置發(fā)生變化。當(dāng)n-1輥的反彎曲率等于彈復(fù)曲率時，板材連續(xù)通過，板材可被完全矯直。

圖1 九輥中厚板矯直機的輥系調(diào)整方式

Figure 1 Adjustment method for roll system of nine rolls medium and heavy plate straightening machine

2 平行輥縫小變形量矯直方案

2.1 原始曲率與殘留曲率的計算

在平行輥縫小變形量矯直方案下，可首先測定板材雙向原始曲率中的最大相對原始曲率C0max，并以此作為第2輥的最大相對原始曲率，即C0(2)max=C0max，再確定第2輥的最小相對原始曲率為0，即C0(2)max=0。自第2輥以后第i輥(i為矯直輥序號)的最大相對原始曲率，其值應(yīng)該是前一輥的最大相對殘余曲率，即Cc(i-1)max=C0(i)max，這個前一輥的最大相對殘余曲率應(yīng)該是彈復(fù)能力最小部位產(chǎn)生的相對殘余曲率，而彈復(fù)能力最小部位也是前一輥處軋件相對殘留曲率最小的部位，即Cc(i-1)max=Cw(i-1)-Cf(i-1)min。所以在計算各輥處相對殘留曲率最大值的同時，必須算出其相對殘留曲率的最小值，殘余曲率經(jīng)若干輥子的反彎與彈復(fù)后趨于定值，這種均一定值的相對殘留曲率給下一步的矯直帶來很大的方便，相當(dāng)于下一步矯直的相對原始曲率都是一致的，通過調(diào)整第n輥壓彎量取值的不同，可使矯直機出口側(cè)第n-1輥的最終彈塑性彎曲位置發(fā)生變化，當(dāng)其反彎曲率等于彈復(fù)曲率，且板材連續(xù)通過時，則可被完全矯直。

2.2 第2輥至第n-1輥反彎曲率的設(shè)定

平行輥縫矯直方案下，除第2輥和第n-1輥外，中間各輥的彎曲力矩可以認(rèn)為是相同的。

2.2.1 第2輥的反彎曲率

第2輥的反彎曲率Cw2取決于矯平板材最大相對原始曲率C0所要求的變形程度，通常情況下需要矯直板材的原始曲率都比較大，故最大相對原始曲率C0max可按5考慮。通過求解矩形材矯直曲率方程：

可設(shè)定小變形量矯直方案的第2輥至第n-2輥的相對反彎曲率Cw=1.5。

2.2.2 各輥的相對彈復(fù)曲率Cf(i)的計算

2.2.3 各輥矯直后的相對殘余曲率Cc(i)的計算

按以上公式以九輥矯直機為例，依次計算各輥的相對曲率變化，見表1所示。表中曲率均以相對曲率計算，即該處的反彎曲率與材料的最小彈復(fù)曲率1/ρw的比值來表示。

式中，1/ρw是材料的最小彈復(fù)曲率，單位為mm-1；E是鋼質(zhì)彈性模量，E= 2.1×105MPa；H是板材厚度，單位為mm ；σs是板材屈服強度，單位為MPa。

2.2.4 第n-1輥處的相對反彎曲率Cw(n-1)的計算

由表1可以看出，以上九輥矯直機在經(jīng)過第2輥至第5輥的矯直后，相對殘余曲率Cc (5)已經(jīng)為單值的0.18，并作為第8輥最大相對原始曲率C0(8)max=0.18，通過求解上述矩形材矯直曲率方程，可設(shè)定第8輥的相對反彎曲率為Cw(8)=1.25，經(jīng)彈復(fù)后殘余曲率Cc(8)=0，板材被彎曲矯直。至此，各輥的相對反彎曲率都可以確定。

2.2.5 小結(jié)

綜上所述，采用平行輥縫小變形量矯直方案矯直雙向彎曲軋件時，經(jīng)第5輥矯直后，相對殘余曲率已趨于定值0.18，之后的連續(xù)兩個反彎曲率均為塑性彎曲曲率。一方面消除了殘留曲率的不均勻性，另一方面也保證了在7輥處形成單值的殘余曲率。通過調(diào)整第9輥的壓彎量取值的不同，可對第8輥處的反彎曲率進行調(diào)整，當(dāng)在第8輥處得到的反彎曲率等于彈復(fù)曲率時，板材連續(xù)通過，則被完全矯直，故在較少的輥數(shù)下可獲得較高矯直質(zhì)量。

3 平行輥縫小變形量矯直方案的應(yīng)用

3.1 九輥中厚板矯直機主要技術(shù)參數(shù)

九輥中厚板矯直機主要技術(shù)參數(shù)如下：

表1 各輥的相對曲率

Table 1 Relative curvature of each roll

輥子序號i平行輥縫小變形量矯直方案相對原始曲率C0相對反彎曲率Cw相對彈復(fù)曲率Cf相對殘余曲率Cca變形程度系數(shù)k2-50+5+1.5+1.5-+1.5+1.28-0+0.22+51.000.86-1.51.85-30+0.22+5-1.5-1.5-1.5-1.28-1.33-1.5-0.22-0.1700.860.891.001.851.791.54-0.22-0.170+1.5+1.5+1.5+1.33+1.32+1.28+0.17+0.18+0.220.890.880.861.791.81.855+0.17+0.18+0.22-1.5-1.5-1.5-1.32-1.32-1.33-0.18-0.18-0.170.880.880.891.81.81.796-0.18-0.18-0.17+1.5+1.5+1.5+1.32+1.32+1.32+0.18+0.18+0.180.880.880.881.81.81.87+0.18-1.5-1.32-0.180.881.88-0.18+1.25+1.2500.841.05

注：表中各輥相對曲率數(shù)值的正負(fù)號代表曲率的方向。a為各輥彎曲力矩M與軋件彈塑性彎矩極限值Ms的比值，a=0.67m=0.67Cf。m為各輥相對彎曲力矩，即各輥彎曲力矩M與軋件彈性彎矩極限值Mw的比值，其在數(shù)值上等于相對彈復(fù)曲率Cf。k=a(4Cc+Cf)

矯直輥輥數(shù)/根：9 (上排4根、下排5根)

矯直輥直徑/mm：220

矯直輥輥距/mm：260

邊輥輥距/mm：340

輥縫調(diào)整方式：上排矯直輥整體壓下，平行、傾斜調(diào)整； 第1輥和最后第9輥垂直位置可單獨調(diào)整

板材寬度/mm：3 000

板材厚度/mm：24

板材屈服強度/MPa：500

3.2 矯直力參數(shù)計算

3.2.1 矯直力總和

除第2輥和第n-1輥外，中間各輥的彎曲力矩M可以認(rèn)為是相同的，由于一般待矯直板材的原始曲率都較大，計算時可以認(rèn)為第2輥彎曲力矩等于軋件彈塑性彎矩極限值Ms。

M2=Ms=21600 kg·m

式中，M為中間各輥的彎曲力矩，M=aMs=19008 kg·m。

各輥彎曲力矩M與軋件彈塑性彎矩極限值Ms的比值a為：

取a=0.88，見表1所示。Mn-1為n-1輥的彎曲力矩，Mn-1=an-1Ms=0.84Ms=18144 kg·m

第n-1輥彎曲力矩Mn-1與軋件彈塑性彎矩極限值Ms的比值an-1為；

3.2.2 彎曲變形力矩

軋件產(chǎn)生彎曲變形所需力矩Mb為：

式中，k1是第2輥變形程度系數(shù)；k2是中間輥變形程度系數(shù)；k3是第n-1輥變形程度系數(shù)。

當(dāng)?shù)?輥和中間各輥的反彎曲率按小變形量方案的最大值調(diào)整時，則?。簁1=1.85，k2=1.8，k3=1.05。1/r0為軋件的原始曲率，1/r0=5/ρw=0.992 m-1，1/ρw為材料的最小彈復(fù)曲率，1/ρw=2σs/EH=0.1984 m-1，鋼質(zhì)彈性模量E= 2.1×105MPa。

3.3 各輥壓彎量的設(shè)定

由圖1所示的九輥中厚板矯直機的輥系調(diào)整方式可知，上排矯直輥的壓下量是由中間各輥的壓彎量決定的，并且中間第4輥和第6輥的壓彎量δ是相同的，第2輥和第8輥的壓彎量可通過調(diào)整下排第1輥和第9輥的垂直位置獲得。

3.3.1 上排矯直輥的壓彎量δ

式中，δt是板材在中間各輥處彈性極限撓度，單位為mm。

式中，δw是板材在中間各輥處撓度，單位為mm;上排矯直輥的壓彎量δ為：δ=2δw=0.84mm;設(shè)定上排矯直輥的壓下量為0.84mm。

3.3.2 第2輥壓彎量δ2

第2輥壓彎量δ2可以通過調(diào)整第1輥的垂直位置獲得。由表1可以看出，經(jīng)第5輥矯直后，相對殘余曲率已趨于定值0.18，可見平行輥縫小變形量矯直方案下，9輥矯直機的輥數(shù)已相對較多，故可以讓前兩個輥子采用較小的壓彎量來保證工件的順利咬入。由于邊輥輥距(340mm)已較中間各輥輥距(260mm)大，上排矯直輥的壓下量按中間各矯直輥的壓彎量δ設(shè)定后，第2輥的壓彎量已相對較小，一般無需再通過調(diào)整第1輥的垂直位置對第2輥壓彎量δ2進行調(diào)整。

3.3.3 第9輥壓彎量δ9

第8輥的壓彎量是由第7輥與第9輥形成的，由上已知第7輥與第8輥的壓彎量和第8輥處的相對反彎曲率，可先初步計算第9輥的壓彎量，然后再根據(jù)實際矯直質(zhì)量調(diào)整第9輥的位置，確定第8輥的壓彎量。

計算出口側(cè)邊輥(第9輥)壓彎量δ9為：

式中，ρw8為第8輥處的曲率半徑，ρw8=4032.25mm；t2為第9輥與第10輥輥心之間的水平距離，t2= 210mm；R為矯直輥半徑，R=110mm。

初步設(shè)定第9輥向上調(diào)整量為4.46mm。

4 結(jié)論

平行輥縫小變形量矯直方案適用于中厚板的矯直，矯直工藝參數(shù)設(shè)定便捷，實用性強，矯直過程中矯直力與矯直力矩相對較小，有效地消除了傳動中各輥間的負(fù)轉(zhuǎn)矩，使各輥傳遞力矩分配平衡，傳動平穩(wěn)，實現(xiàn)了板材的順利咬入，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，提升了矯后板材的成品質(zhì)量。

編輯 陳秀娟

The Application of Straightening Scheme for Small Deformation of Parallel Roll Gap in the Medium and Heavy Plate Straightening Machine

Zhao Dong, Wu Qingjun

Based on the straightening theory, the application of straightening scheme for small deformation of parallel roll gap is introduced to improve the production efficiency of medium and heavy plate straightening machine efficiently.

medium and heavy plate straightening machine; straightening scheme; straightening capacity; intermesh

2016—04—08

TG333.2+3

B