CN104785541B - 分段压辊式张应力分布控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段压辊式张应力分布控制装置，包括张力支承辊机构和短压辊机构；所述张力支承辊机构包括支承辊机架、张力支承辊和上压缸，所述张力支承辊可在两端上压缸的驱动下沿着支承辊机架上的U形槽做上下不同步移动；所述短压辊机构包括钢结构、横移组件和多个短压辊组件，所述横移组件包括横移缸和横移梁，所述横移梁可在横移缸的驱动下沿钢结构横向移动，每个所述短压辊组件包括短压辊、短压辊支架和下压缸，所述短压辊可在两端下压缸的驱动下绕横移梁转动，以控制短压辊的下压量。本发明可作为轧机入口带钢张应力横向分布的预设定，亦可作为轧制过程中板形调节的有效手段。

Description

分段压辊式张应力分布控制装置

技术领域

本发明属于轧钢设备技术领域，具体涉及一种分段压辊式张应力分布控制装置，它能改变带钢张应力横向分布，适应于带钢可逆轧及连轧生产线。

背景技术

在进行冷轧带钢板形设定和板形控制的过程中，轧制张力对带钢板形有着至关重要的作用。通过合理增大轧制张力，可增加金属的横向流动，使出口厚度降低，轧件断面更加均匀，获得良好的带材表面质量。同时，增大轧制张力可减小轧制过程中的轧制压力和轧制载荷，降低带材的变形抗力，减少轧辊的磨损，防止带钢跑偏，保证轧制过程更加平稳。虽然增大轧制张力有以上诸多优点，但张力设定也不能过大，张力过大会导致金属发生塑性变形，使带钢边部出现裂纹，甚至将带钢拉断，造成断带事故。由上述可知，轧制张力的控制对于轧制顺利进行和板形调节十分重要，如果可以改变带材横向张应力的分布，则可对带材进行张应力预设定和轧制过程中的张应力分布控制，增加一种有效的板形调节手段，所以很有必要对轧制张应力进行深入研究。

早在1972年英国钢铁研究学会(BISRA)提出以改变开卷机张力作为一种控制手段的板形控制方案，但他仅仅考虑改变张力值，并没有涉及利用张应力横向分布来控制板型。

在1980年的东京钢铁轧制会议上，由意大利Borghesi(M.包弗西)和Choizz提出用改变入口张力分布的办法控制板形，实际上该想法是通过几个可单独升降的短辊向带钢施加必要的压力，从而改变带材的张应力分布，这个就称为张应力控制辊-TDC辊。通过轧机出口处的板形检测装置，检测横向分布的张应力，根据检测结果控制TDC辊的升降，改变入口张应力分布，直到板形合格为止。虽然Borghesi等人提出了这种改善板形的方法，但没有提出具体的实施方案，而且此种方法中在短辊向带钢施加压力时，短辊两侧的局部带钢应力集中，发生弹性变形，当压力过大时，会造成局部带钢发生塑性变形，破坏带钢表面质量，不利于带钢轧制。如果能改善带钢局部的应力集中，此方法是一种有效的板形控制手段。

日本钢管的冈户克和有村透等人认真分析了不均匀张应力分布的扩展范围及前、后张应力在板形控制中的作用，提出了用改变前张应力分布来控制板形的设想。根据力学中的圣维南(Saint-Venant)原理，随着与力作用点距离的增大，施加在带钢上的不均匀分布的张应力会逐渐趋于均匀分布。他们通过实验证实了张应力不均匀分布控制板形的可行性，其后在实验轧机上做了TDC试验，具体是通过调节布置在带钢两侧边部短辊的高度和倾斜度，来对带钢边部施加不同的力，从而产生不同的张应力分布。但该装置仅在带材边部区域施加张力，对于消除中浪是有作用的，但对于其他板形缺陷难以控制，而且结构复杂，不能与板形检测***相对应，其应用受到了极大的限制。

国内张明在2008年提出张应力分布控制辊(CN200810114678.7)，具体是通过在空心轴上设置内径比空心轴外径大的轴承组，轴承组每个轴承内圈与轴之间设计有气缸(或压力缸)，通过气缸活塞杆的伸出和缩回，控制轴承相对于空心轴的位置，这样轴承外圈可以对带钢施加不同压力，形成不均匀的张应力分布。应当指出，轴承的外圈有一定宽度，当轴承给带钢施加压力时，轴承两侧带钢出现局部应力集中，对带钢表面质量不利；另外，轴承在轴向通过圆螺母固定，文中提到轴承内圈正公差，外圈负公差，轴承内圈既需要轴向压紧，又需要径向移动，实施难度较大，而且轴承在高速旋转的情况下，会有热膨胀，这样轴承轴向会卡的更紧，不利于径向移动；同时，空心轴内部结构复杂，每个气缸都需要有气源管道，管道与每个气缸接口连接操作空间狭小，难以操作，导致该装置难以在实际生产中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分段压辊式张应力分布控制装置，它可以有效解决上述各类问题，包括：通过调节张应力分布来控制板形的方法中出现的TDC辊改变带钢张应力时出现的局部带钢应力集中，张应力分布段数有限，TDC短辊间张应力无法改变，只能解决单个或部分种类板形缺陷，设备结构加工制造难度大等问题，为带钢顺利轧制和板形有效控制提供可靠保障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种分段压辊式张应力分布控制装置，该装置包括：位于带钢下方的张力支承辊机构和位于带钢上方的短压辊机构；

所述张力支承辊机构包括支承辊机架、张力支承辊和上压缸，所述支承辊机架上开设有U形槽，所述张力支承辊的两端通过支承辊轴承座安装在所述U形槽内，所述支承辊轴承座可在所述U形槽内上下滑动，所述支承辊轴承座的底部与所述上压缸的活塞连接，所述上压缸的缸体安装在支承辊机架上；

所述短压辊机构包括钢结构、横移组件和多个短压辊组件，所述横移组件包括横移缸和横移梁，所述横移梁与所述钢结构滑动连接，所述横移梁的两端分别与横移缸的活塞固定连接，所述横移缸的缸体固定安装在钢结构上，每个所述短压辊组件包括短压辊、短压辊支架和下压缸，所述短压辊的两端通过短压辊轴承座安装在一对短压辊支架内，所述短压辊支架与横移梁铰接，所述短压辊支架还与下压缸的活塞铰接，所述下压缸的缸体安装在横移梁上，相邻两个短压辊组件之间设有一定间隙。

按上述技术方案，所述上压缸上安装有位移传感器。

按上述技术方案，所述下压缸上安装有位移传感器。

按上述技术方案，所述横移缸上安装有位移传感器。

按上述技术方案，所述上压缸、下压缸和横移缸为液压缸或气压缸。

按上述技术方案，所述U形槽的两侧壁上安装有滑动衬板。

按上述技术方案，所述U形槽的顶部安装有轴承座限位板。

按上述技术方案，所述横移梁通过横移滚动导轨与钢结构滑动连接。

本发明产生的有益效果是：当带钢出现板形问题需要调节时，驱动对应位置的下压缸，使对应的短压辊压靠在运行带钢上，由于短压辊压下，且带钢下表面有张力支承辊支撑，所以短压辊和张力支承辊与带钢上下表面产生摩擦力，短压辊压下量越大，摩擦力越大，对于运行带钢来说，前进阻力越大，在该装置与轧机之间的带钢有被拉长的趋势，带钢进入轧机时的张应力发生变化，通过压下不同位置的短压辊，不同位置带钢的张应力被改变，调节每个下压缸的压下量，实现了带钢横向张应力分布控制，然后通过轧后板形情况的反馈，调节对应位置短压辊的压下量，形成板形闭环控制；对于某些复杂的复合浪形，可通过不同步提升张力支承辊两端的上压缸来改变张力支承辊的倾斜度，再配合短压辊压下来改善，同时，在带钢下方布置张力支承辊，可以避免因短压辊单方向压力使局部带钢产生应力集中以致带钢变形，可以解决两侧带钢局部应力集中的问题；当需要改变位于两相邻短压辊之间的带钢张应力时，可以通过驱动横移梁，带动所有短压辊组件跟横移梁一起沿着横移滚动导轨做横向移动，使短压辊与带钢宽度方向的相对位置发生改变，即可实现空白间距处带钢张应力的改变。本发明可作为轧机入口带钢张应力横向分布的预设定，亦可作为轧制过程中板形调节的有效手段。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的主视图；

图2是本发明实施例的俯视图；

图3是本发明实施例的左视图；

图4是本发明实施例应用时的剖视图；

图5是本发明实施例应用时的张应力分布示意图。

图中：1-钢结构、2-短压辊、3-张力支承辊、4-横移缸、6-横移梁、7-下压缸支架、8-横移滚动导轨、9-支承辊机架、901-U形槽、10-滑动衬板、11-上压缸、12-支承辊轴承座、13-轴承座限位板、14-短压辊轴承座、15-短压辊支架、16-下压缸、17-缸接头、18-销轴、19-旋转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，一种分段压辊式张应力分布控制装置，该装置包括：位于带钢下方的张力支承辊机构和位于带钢上方的短压辊机构；

张力支承辊机构包括支承辊机架9、张力支承辊3和上压缸11，支承辊机架9上开设有U形槽901，张力支承辊3的两端通过支承辊轴承座12安装在U形槽901内，支承辊轴承座12可在U形槽901内上下滑动，支承辊轴承座12的底部与上压缸11的活塞连接，上压缸11的缸体安装在支承辊机架9上；

短压辊机构包括钢结构1、横移组件和多个短压辊组件，横移组件包括横移缸4和横移梁6，横移梁6与钢结构1滑动连接，横移梁6的两端分别与横移缸4的活塞固定连接，横移缸4的缸体固定安装在钢结构1上，每个短压辊组件包括短压辊2、短压辊支架15和下压缸16，短压辊2的两端通过短压辊轴承座14安装在一对短压辊支架15内，短压辊支架15与横移梁6铰接，短压辊支架15还与下压缸16的活塞铰接，下压缸16的缸体安装在横移梁6上，相邻两个短压辊组件之间设有一定间隙。

在本发明的优选实施例中，上压缸11上安装有位移传感器。

在本发明的优选实施例中，下压缸16上安装有位移传感器。

在本发明的优选实施例中，横移缸4上安装有位移传感器。

在本发明的优选实施例中，上压缸11、下压缸16和横移缸4为液压缸或气压缸。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，U形槽901的两侧壁上安装有滑动衬板10。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，U形槽901的顶部安装有轴承座限位板13。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，横移梁6通过横移滚动导轨8与钢结构1滑动连接。

本发明在具体应用时，如图1-图5所示，首先，安装位于带钢下方的张力支承辊机构，其主要由张力支承辊3、支承辊轴承座12(包括内部轴承及密封)、上压缸11(带位移传感器)、支承辊机架9、滑动衬板10和轴承座限位板13组成，两个支承辊机架9固定安装在基础上或其他固定设备上，操作侧和传动侧各布置一个，支承辊机架9上加工U形槽901，使其可供支承辊轴承座12上下移动，为减小摩擦，在U形槽901上安装有滑动衬板10，支承辊轴承座12有两个，操作侧和传动侧各布置一个，支承辊机架9安装固定好之后，上压缸11安装于U形槽901的底面上，张力支承辊3与支承辊轴承座12安装完成之后，整体吊入U形槽901内，倚滑动衬板10滑至指定位置后，上压缸11的活塞端部与支承辊轴承座12的底部固定连接，最后把轴承座限位板13安装于U形槽901的顶面，张力支承辊3及支承辊轴承座12可在U形槽901内上下滑动，其滑动距离由上压缸11控制，两侧的上压缸11可同步提升亦可不同步，在不同步提升时应控制两侧提升距离差不能超过设定值，即张力支承辊3的倾斜角不能超过设定角度；

其次，安装位于带钢上方的短压辊机构，其主要由钢结构1、短压辊2、短压辊轴承座14、短压辊支架15、销轴18、下压缸16、下压缸支架7、缸接头17、横移缸4、横移梁6及横移滚动导轨8组成，钢结构1由型钢焊接而成，横移滚动轨道8固定安装于横移梁6前后侧的钢结构1上，横移梁6与横移滚动轨道8滑动连接，钢结构1为整个设备作用力最终的承受者，刚度强度可靠，为顺利实现张应力控制提供保障，下压缸支架7固定安装在横移梁6上，下压缸16通过中间耳轴的连接方式安装在下压缸支架7上，下压缸16的活塞通过缸接头17与短压辊支架15铰接，短压辊支架15的另外一铰接点固定安装在横移梁6的下方，短压辊支架15两端各安装有一短压辊轴承座14，两个短压辊轴承座14之间安装有短压辊2，当下压缸16的活塞伸出或缩回时，短压辊2随短压辊轴承座14及短压辊支架15绕安装在横移梁6下方的铰接点旋转，短压辊2可被压下到带钢上表面，每根短压辊2由两个下压缸控制，短压辊2的数量由带钢宽度决定，每根短压辊2可单独压下，短压辊2之间互不干涉，驱动短压辊2运动的下压缸16都安装于横移梁6上，为了解决短压辊之间带钢需要张应力改变时无法实现的问题，横移梁6两侧设计有横移缸4，横移缸4的缸体侧固定安装于钢结构1上，活塞与横移梁6相连接，当需要短压辊2横移时，横移缸4作用，横移梁6在横移滚动导轨8上滑动，安装在横移梁6上的所有设备随之移动，短压辊2与带钢宽度方向的相对位置也发生改变，可实现短压辊之间张应力的调节。

板形实际上是带钢内部残余应力沿横向的分布，若把带钢裁成纵条并平铺，可清楚看到横向各点的不同延伸，如果能控制每根纵条的后张应力，可改变每根纵条的变形长度，使得每根纵条长度相当，表现到宏观上就是沿带钢横向良好的板形。带钢后张力可通过短压辊2压靠在张力支承辊3上实现，短压辊2压下，短压辊2和张力支承辊3与带钢上下表面产生摩擦力，短压辊2压下量越大，摩擦力越大，对于运行带钢来说，前进阻力越大，在张力分布控制装置与轧机之间的带钢有被拉长的趋势，带钢进入轧机时的张应力发生变化，轧制出的带材板形也就有很大改善。具体实施过程如下：下压缸16的活塞伸出，推动短压辊支架15和短压辊轴承座14向下运动，短压辊2绕旋转轴19旋转，根据出口板形辊反馈回来的信号控制下压缸16的的压下量，从而控制短压辊2和张力支承辊3对带钢的夹送力，即改变了接触区域带钢的张应力，则轧机出口处对应位置带钢厚度改变，横向厚度趋于更加均匀。

由于本发明是由若干个短压辊2组成压辊改变张应力，两个短压辊2之间存在一定间距，当此间距处带钢需要改变张应力时，短压辊2压下也无法对这部分带钢产生作用。本发明通过横移缸4，推动横移梁6在横移滚动导轨8上滑动，当最靠近空白间距处带钢的短压辊2到达压下位置时，横移缸4通过液压锁锁定，整个横移梁6的位置被锁定，安装于横移梁6上的短压辊2通过下压缸16压下，实现了空白间距处带钢张应力的改变。

对于比较复杂的复合板形缺陷，常规的调节手段都无能为力，本发明可通过调节张力支承辊3的倾斜角度来改善。具体是通过调节操作侧和传动侧的上压缸11行程，使两侧上压缸11行程不同，这样张力支承辊3相对于带钢形成一个夹角，当张力支承辊3压靠到带钢下表面时，由于张力支承辊3呈倾斜状态，所以其中一侧先接触带钢，则此一侧的张应力最先被改变，随着继续抬升张力支承辊3，带钢横向的张应力都发生改变，带钢离原来过钢线距离越大，张应力改变越大，离过钢线距离越小，张应力改变越小。若此时带钢表面局部还有小的波浪，可通过下缸16来驱动短压辊2压下，再次改变带钢局部的张应力，来改善带钢表面的浪形缺陷。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种分段压辊式张应力分布控制装置，其特征在于，该装置包括：位于带钢下方的张力支承辊机构和位于带钢上方的短压辊机构；

所述张力支承辊机构包括支承辊机架(9)、张力支承辊(3)和上压缸(11)，所述支承辊机架(9)上开设有U形槽(901)，所述张力支承辊(3)的两端通过支承辊轴承座(12)安装在所述U形槽(901)内，所述支承辊轴承座(12)可在所述U形槽(901)内上下滑动，所述支承辊轴承座(12)的底部与所述上压缸(11)的活塞连接，所述上压缸(11)的缸体安装在支承辊机架(9)上；

所述短压辊机构包括钢结构(1)、横移组件和多个短压辊组件，所述横移组件包括横移缸(4)和横移梁(6)，所述横移梁(6)与所述钢结构(1)滑动连接，所述横移梁(6)的两端分别与横移缸(4)的活塞固定连接，所述横移缸(4)的缸体固定安装在钢结构(1)上，每个所述短压辊组件包括短压辊(2)、短压辊支架(15)和下压缸(16)，所述短压辊(2)的两端通过短压辊轴承座(14)安装在一对短压辊支架(15)内，所述短压辊支架(15)与横移梁(6)铰接，所述短压辊支架(15)还与下压缸(16)的活塞铰接，所述下压缸(16)的缸体安装在横移梁(6)上，相邻两个短压辊组件之间设有一定间隙。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上压缸(11)上安装有位移传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下压缸(16)上安装有位移传感器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横移缸(4)上安装有位移传感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上压缸(11)、下压缸(16)和横移缸(4)为液压缸或气压缸。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述U形槽(901)的两侧壁上安装有滑动衬板(10)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述U形槽(901)的顶部安装有轴承座限位板(13)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横移梁(6)通过横移滚动导轨(9)与钢结构(1)滑动连接。