冷轧带钢轧机的单辊传动和异径轧制

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.03.008 北京钢铁学院学报 1983年第3期 冷轧带钢轧机的单辊传动和异径轧制 北京钢铁学院陶洪酶刘宝珩* 北京带钢厂许庆成 摘要 根据轧制理论，在一般四辊轧机上轧制薄带钢时，常常认为相当接近于简单轧制条件， 这时两轧辊的轧制力矩相等。测定表明，由于辊径不可避免地存在微小差别，接轴上的力矩 常出现分配不均的情况，这应作为传动零件强度计算的基础。在一定条件下，冷轧带钢轧机 实行“单辊传动，异径轧制”方案是可行的。实践证明它可保证轧机受力零件的安全，增加 压下率，减少道次，从而提高轧机生产率。 一、前言 冷轧带钢轧机主机列传动力矩自主电动机经由减速机和齿轮座，通过两根接轴分配到上 下两个轧辊。在简单轧制条件下，上下辊的轧制力矩相等，上下接轴的传动力矩自然也相 同。在实际轧制条件下，例如两辊直径不等，则上下辊的轧制力矩将相应存在差别，辊径大 的其值将大，辊径小的其值要小。采利可夫〔1〕提出了计算方法。维德林〔2)也提出了传动 功率在直径不等的轧辊上分配的计算公式。在冷轧薄带钢轧机上，两工作辊直径相差甚小， 常认为相当接近于简单轧制条件。然而在轧机的测定中常发现，上下两接轴传力矩有时相差 甚大，其中之一趋于零或等于零的情况。这自然就引起人们对实际轧制过程的关注，古可等 〔3〕用在接轴间隙卡软金属片的方法，直接判别铝箔轧机的买际传动方式，并作出了正确的 结论。 二、实验条件 为了解冷轧薄带钢轧机的实际传动情况，作者采作电测法进行了实验研究。实验是在我 院冷轧实验车间的四辊轧机 上进行的。轧机的工作辊直 径为90毫米，支撑辊直径为 200毫米，辊身长度为200毫 米。轧辊均使用滚动轴承。 轧机主机列的组成和测定部 位如图1所示。，测定时使用 的工作辊实际直径为：上辊 90.70毫米，下辊90.90毫米， 辊径差0.2毫米，在该轧机 图1主机列的组成和测定部位 *参加工作的还有朱盂克、江槟及姜江同志。 84

北 京 铜 铁 学 院 学 报 年第 期 冷轧带钢轧机的单辊传动和异径轧制 北 京钢铁 学院 陶洪璐 刘宝琦 价 北 京 带 钢 厂 许 庆成 摘 要 根 据 轧制理论 ， 在一 般四 辊 轧机 上轧制 薄带钢 时 ， 常常认为相 当接近于 简单轧制 条件 ， 这 时两 轧辊 的轧 制 力矩 相等 。 测 定表 明 ， 由于辊径 不可 避免地存在微 小差 别 ， 接轴 上的 力矩 常出现 分 配 不均 的情 况 ， 这应 作为传动零件强度计算的基础 。 在一 定条件下 ， 冷轧带钢 轧机 实行 “ 单辊 传动 ， 异径 轧制” 方 案是 可 行 的 。 实践 证 明它可保 证轧机受 力零件的安全 ， 增加 压 下率 ， 减 少 道次 ， 从而提 高轧机生产率 。 一 、 前言 冷 轧带钢 轧机 主机列 传动力矩 自主 电动机经由减 速机和 齿轮座 ， 通过两根接轴分 配 到上 下 两个 轧辊 。 在 简单 轧制 条件下 ， 上下辊 的轧制力矩 相等 ， 上下 接轴 的 传动力矩 自然也 相 同 。 在 实际 轧制 条件下 ， 例如 两辊 直径 不 等 ， 则 上下 辊 的 轧制 力矩 将相应 存在差 别 ， 辊径大 的 其值将大 ， 辊 径 小 的其 值要小 。 采 利 可夫 〕提出 了计算方 法 。 维德 林 〕也提出 了传动 功率 在直径 不等 的 轧辊 上分配 的计算公式 。 在 冷 轧薄带 钢 轧机 上 ， 两 工作辊直径相差 甚 小 ， 常 认 为相 当接 近于 简单轧制 条件 。 然而在 轧机 的测 定 中常发现 ， 上下 两接轴 传力矩 有 时相差 甚 大 ， 其 中之 一趋于零或等于零 的情 况 。 这 自然 就 引起人们 对实际 轧 制过程 的关注 ， 古可 等 〔 〕用 在接 轴 间隙卡软金 属片的方法 ， 直接判别 铝 箔轧机 的实际传动方式 ， 并 作出 了正 确的 结 论 。 二 、 实验 条件 为了解冷轧薄带钢 轧机 的 实际传动情 况 ， 作者采 作 电测 法进行 了实验研究 。 实验是 在我 院冷轧实验车间的四 辊 轧机 上进行 的 。 轧机 的 工 作辊 直 径 为 毫 米 ， 支撑辊 直 径 为 毫米 ， 辊身长 度 为 毫 米 。 轧辊均 使 用滚 动轴 承 。 轧机主机列 的组成和 测定部 位 如 图 所 示 。 测 定时使用 的 工 作辊 实际直径 为 上辊 。 毫米 ， 下 辊 毫米 ， 辊 径 差 毫米 ， 在该 轧机 护一 一一 卜 二二口沪一 趁遥 口习 图 主机 列 的组 成和 测定部位 ， 参加 工 作的还 有朱孟 克 、 江 槟及 姜 江 同志 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．03．008

通常的使用范围内。 三、实验结果和分析 1,轧辊压靠时的情况冷轧薄带钢时通常使用预压力，即轧制前轧辊是压靠的。在两 辊转动的情况下，调整压下螺丝，得到图2所示的压力和力矩示波图。自左至右，表示轧辊 逐渐压靠，压力不断上升，传动力矩在滞后一段时间以后也相应上升。随后停止压下电机， 压力和力炬均保持恒定。最后是提升压下螺丝，压力和力矩逐渐下降至零，这时两轧辊分 离。轧机逆转时，情况类似，见图3。实验确认，不论轧辊的转动方向，与辊径稍大的下辊 相连接的下接轴中的传动力矩总是和它的转动方向一致，即为正值。而与辊径稍小的上辊连 接的上接轴中的传动力矩总是和它的转动方向相反，即为负值。如果把两辊对调，即把辊径 P 图2 M下 图3 稍大的作为上辊，.辊径稍小的作为下辊，则上接轴中的传动力矩总为正值，下接轴中的传动 力矩总为负值。由此可见，当轧棍空转并预压时，尽管辊径差仅为0.2毫米，却使直径稍小 的轧辊不能保持主动状态，而被直径稍大的轧辊所带动，使传动性质发生了重大的变化。可以 85

通常的 使用范围内 。 三 、 实验结果 和分 析 轧辊压靠时的情 况 冷 轧 薄带钢 时通常使用 预压 力 ， 即 轧制前轧 辊是压靠的 。 在两 辊转动的情 况下 ， 调 整 压下 螺丝 ， 得 到图 所 示的压 力 和 力 矩 示波图 。 自左 至右 ， 表未轧辊 逐渐压 靠 ， 压 力不断 上升 ， 传动 力矩 在 滞后一 段 时间以后 也 相应 上升 。 随后 停止压下 电机 ， 压 力和 力矩均 保持恒 定 。 最后 是提 升压 下螺丝 ， 压 力和 力矩 逐渐下降 至零 ， 这 时两 轧辊分 离 。 轧机逆 转时 ， 情 况类似 ， 见 图 。 实验确认 ， 不论轧辊 的 转动方 向 ， 与辊 径稍大 的下辊 相连接 的下接 轴 中的 传动力矩 总是和 它 的 转动方 向一 致 ， 即 为正 值 。 而 与辊径稍小的 上辊连 挤的 上接 轴 中的 传动 力矩 总是 和 它 的 转动方 向相反 ， 即 为负值 。 如果 把两 辊 对调 ， 即把辊径 左 ‘ 户百之州 图 入 下 万 一一一 火 一 火 一女 一 二二二 才 二 一 二 一 二二 一 二 一 二 一 二 卜 才 分 一 〔 一 －一 图 稍大的 作大么狠 ， 辊径稍小的 作为下 辊 ， 则 上接 轴 中的 传动 力矩 总 为正 值 ， 下 接 轴 中的 传动 力矩 总为负值 。 由此可见 ， 当轧辊空 转 并预压 时 ， 尽管辊径差 仅 为 毫米 ， 却使直径稍小 的轧辊 不 能保 持主 动状 态 ， 而被 直 径 稍大的 轧辊所带 动 ， 使传动性 质发生 了重 大 的变 化 。 可 以

这样来认识，当下辊稍大于上辊，两辊存在间隙，进行空转时，上下辊以各自的速度运转， 互不相涉。而当轧辊一旦压靠，则以较大线速度运转的下辊，通过摩擦，力图使线速度稍小 的上辊以相同的线速度运转，从而使上辊的转速瞬时稍有增加。由于传动零件间存在的间 隙，使其脱离了上辊传动系统，而为下辊所带动。接着上接头、上接轴和上齿轮等亦顺序发 生同样的转变，使整个上辊系统为下辊系统所带动，并趋于有较大的转速。从另一方面来 看，当轧辊间存在间隙并空载运转时，下齿轮是由电动机经减速机传动，然后又传动上齿轮 的。而当轧辊压靠后，这个关系也发生了变化，因为上齿轮的转速有超前于下齿轮并传动下 齿轮的趋势。这样，在下齿轮的反力矩和工作辊间摩擦力矩作用下，在上辊系统中便产生一 个和转动方向相反的内力矩，这就是图2和图 3中的M下。这个力矩由于轧辊间的滑动而保 kg-M 持为某一值，设辊间的压靠力为P,辊径为D, 辊间摩擦系数为μ，则M上=士PDμ 以 显然，在下辊系统中，亦产生和上述力矩大小 相等，方向相反，而与下辊转动方向一致的一 个力矩，它与轧辊轴承中的摩擦力矩一起， -60 组成了图2和图3中的M上。实验证明，当两 -00 辊压靠并转动时，预压力和上下接轴中的力矩 图4 预压力和力矩的关系 大体成正比关系，如图4所示。大辊力矩为 正，小辊力矩为负。减速机的输出力矩为两者的代数和。 2. 轧制时的情况从预压转变到轧制过程，上下接轴的力矩将发生有趣的变化，图5 可清楚地看到变化的全过程。轧辊转动后逐步增加预压力，上下接轴中的力矩逐渐增大，这 时上接轴的力矩为负，下接轴的力矩为正，表明了上辊为下辊所带动的特点。.当将轧件送入 时，上接轴的力矩由负变正，下接轴的力矩由大变小，保持为正值。这时，上辊显然恢复了 主动伏态，但两接轴力矩不等。如以较薄的轧件或较小的压下率轧制时，上接轴力矩由负变 为零，下接轴力矩由大变小，保持为正值（见图6）分析这个过程时应注意到，薄带轧制时 虽压力较大，而力臂甚小，总的来说轧制力矩不大，同时使用较大的预压力。当轧件进入预 压的辊隙时，~如预压力足够大，轧辊边缘依然压靠。下辊给予上辊的摩擦力矩足以平衡轧制 P左 图5 86

这样来认识 ， 当下辊稍大于上辊 ， 两辊存在间隙 ， 进行 空 转时 ， 上下 辊 以 各自的速度运转 ， 互 不 相涉 。 而 当轧辊一旦压靠 ， 则 以较大线速度运 转 的下辊 ， 通过摩擦 ， 力图 使线速度稍小 的 上辊 以 相 同的线速度运 转 ， 从而使 上辊 的 转速瞬 时稍有增加 。 由于 传动 零件间存在 的 间 隙 ， 使 其脱离了上辊传动系统 ， 而为下 辊所带 动 。 接 着上接头 、 上 接轴和上 齿轮等亦顺序发 生同样 的 转变 ， 使整 个上 辊系统 为 下 辊 系统所带 动 ， 并趋于 有较大的 转速 。 从另一方面来 看 ， 当轧辊 间存在 间隙并空载运 转时 ， 下 齿轮是 由电动机经减 速机传动 ， 然后 又传动上 齿轮 的 。 而 当轧辊压靠后 ， 这个关系也发生 了变化 ， 因为上 齿轮的转速 有超前于 下齿轮并传动下 齿轮的趋势 。 这样 ， 在下 齿轮的反 力矩 和 工 作辊 间摩擦力矩 作用下 ， 在上辊系统 中便产生一 个和 转动方 向相反 的 内力矩 ， 这 就是图 和 图 中的 下 。 这 个力矩 由于轧辊间的 滑 动而保 持为某一 值 ， 设辊间的压 靠力为 ， 辊径 为 ， 辊 间摩擦系数 为卜， 则 上 女 卜 显然 ， 在下辊 系统 中 ， 亦产生和上 述 力矩大小 相 等 ， 方向相反 ， 而 与下 辊 转 动方 向一致的一 个 力矩 ， 它 与轧辊轴 承 中的 摩擦 力 矩一 起 ， 组成 了图 和 图 中的 上 。 实验证 明 ， 当两 辊压靠并 转动 时 ， 预压 力和上下 接轴 中的力矩 大体成 正 比 关系 ， 如图 所示 。 大辊力矩 为 图 预 压 力 和 力矩 的关 系 正 ， 小辊力矩 为负 。 减 速机的 输出力矩 为两 者的 代数和 。 轧制 时的情 况 从预压 转变到轧制过程 ， 上下接轴的力矩将发生有趣的 变化 ， 图 可清楚地看 到变化的 全过程 。 轧辊 转动后 逐 步增加预压 力 ， 上下接轴 中的力矩逐渐增大 ， 这 时上接轴的 力矩 为负 ， 下接轴 的力矩 为正 ， 表明 了上 辊为下辊所带 动的 特点 。 当将轧件送入 时 ， 上接 轴 的力矩 由负变正 ， 下接 轴 的力矩 由大 变小 ， 保持为正 值 。 这 时 ， 上辊显 然恢 复 了 主 动 伏态 ， 但两接轴力矩 不等 。 如 以较 薄的轧件或较小 的压下 率轧制 时 ， 上接轴力矩 由负变 为零 ， 下接轴力矩 由大变小 ， 保 持为正 值 见 图 分析这个过程 时应 注意到 ， 薄带轧制 时 虽压力较大 ， 而力臂甚小 ， 总的来说轧 制力矩 不大 ， 同时使用较大 的预压力 。 ’ 当轧件进入预 压 的辊隙时 ，· 如预压 力足够大 ， 轧辊边缘 依 然压 靠 。 下辊给予 上辊的摩擦力矩 足 以平衡轧制 推晰 图

力矩时，则上接轴力矩为零，甚至仍保持负值，上辊处于空转或从动状态。反之，当轧件较 厚或轧制压力较大时，轧辊边缘相互分离，或即使接触，但来自下辊的摩擦力矩不足以平衡 上辊的轧制力矩时，则上接轴力矩为正值，上棍转变为主动状态。在辊径稍大的下辊系统中， 传动力矩虽为正值，但亦有明显的变化，即轧制时的力矩比预压时的要小。这是因为在预压 时，下接轴的力矩包括两部分，即等于上接轴力矩的反力矩和轧辊轴承中的摩擦力矩。当轧 件进入辊隙时，两辊有分离的趋势，上述反力矩必然减小，甚至为零。只要压靠时的力矩较 大，轧制力矩较小，则必然有此变化，为判断上辊系统保持空转或从动状态的趋势，我们使用 不同的预压力，分别轧制不同厚度的轧件，得到如下的规律：当预压力较大，轧件厚度较小 或压下率较小，则上辊系统愈易保持其空转或从动状态。反之，预压力较小，轧件较厚，压 下率较大，则上辊系统在轧制时易于转变为主动状态。 P生 M下 图6 四、单辊传动，异径轧制的应用 北京带钢厂三车间90/200×200轧机成批地用0.18×92毫米原料轧制厚0.10毫米的带钢 (60钢)，生产中常发生支撑辊断辊，工作辊方头扭断的问题，同时压下量较小，道次较多，影 响生产力的提高。根据上述薄带轧机的传动特点，我们提出了“单辊传动，异径轧制”方 案，以改善该轧机的生产状态。为此进行了全面的测定和对比，测定的条件和结果如下， 1.等径（中90/φ90），两辊传动 这是原有的生产条件。测定表明，轧制时使用了较大的预压力，其值约为轧制时压力的 90%左右。因此，必须考虑轧辊压靠时接轴所承受的力矩。不同预压力时，两接轴力矩和减 速机输出力矩列于表1。该轧机工作辊方头的扭断通常发生在轧制间隙时间，而不在轧制过 程中：同时，两辊扭断方向相同，均表明压靠时的力矩最大，是造成工作辊方头扭断的主要 原因。 在使轧制压力保持在50吨左右的条件下，轧制该产品约需4一5道（见表2)，而该厂 常轧制3一4道，估计实际轧制压力可达60吨，是造成支撑辊断辊的主要原因。从轧制力矩 看出，上接轴力矩趋于零或等于零，表明实际上是单辊传动的。下接轴的力矩也比压靠时显 著地小，不是破坏工作辊方头方头的原因。 87

力矩 时 ， 则上接轴力矩为零 ， 甚 至 仍保持负值 ， 上辊 处于 空 转或 从 动状 态 。 反之 ， 当轧件较 厚或 轧制压 力较大 时 ， 轧辊边缘 相互 分 离 ， 或 即使接触 ， 但来 自下 辊 的摩擦力矩 不 足 以平衡 上辊的 轧 制力 矩 时 ， 则 上接 轴 力矩 为正 值 ， 上辊 转变为主 动状 态 。 在辊径稍大的下辊 系统 中 ， 传动 力矩 虽为正 值 ， 但 亦有 明显 的 变化 ， 即轧 制 时的 力矩 比预 压 时的要小 。 这 是 因 为在预 压 时 ， 下接 轴的 力矩 包括两 部分 ， 即等于 上接 轴力矩 的反 力矩 和 轧辊 轴承 中的摩攘力矩 。 当轧 件进入 辊 隙时 ， 两辊有分 离约趋 势 ， 上述反 力矩必 然减小 ， 甚 至 为零 。 只 要压 靠 时的 力矩较 大 ， 轧制 力矩较 小 ， 则 必 然 有此 变 化 。 为判 断 上辊系统保持空 转或 从动状 态的趋势 ， 我们使用 不 同的预 压 力 ， 分别 轧 制不 同厚度 的 轧件 ， 得 到如下 的规 律 当预压 力较大 ， 轧件厚度较小 或压下 率较小 ， 则 上辊系统愈 易保持 其 空 转或从动状 态 。 反 之 ， 预压 力较小 ， 轧 件较厚 ， 压 下率 较大 ， 则 上辊 系统在轧制 时易 于 转变为主 动状 态 。 厂一 土厂吸析以 图 四 、 单辊传 动 ， 异径 轧制的应 用 北 京带钢 厂 三车 间 轧机 成批地用 毫米原 料轧 制厚 毫米的带钢 钢 ， 生产 中常发 生支撑辊断 辊 ， 工 作辊方头 扭断 的 问题 ， 同时压 下 量 较小 ， 道次 较多 ， 影 响生 产 力的 提 高 。 根据 上述薄带 轧机的 传动特点 ， 我们 提 出 了 “ 单辊传 动 ， 异径轧 制” 方 案 ， 以改 善该 轧机的 生产状 态 。 为此 进 行 了全面 的测 定和 对比 ， 测 定的 条件和 结果如下 等径 小 小 ， 两辊 传动 这 是原有的 生产条件 。 测 定表 明 ， 轧制 时使 用 了较大的预压 力 ， 其 值约为轧制 时压 力的 。 左右 。 因此 ， 必 须 考虑轧辊压 靠 时接 轴所承受 的 力矩 。 不 同预压 力 时 ， 两接轴力矩和减 逮机翰出力矩列 于 表 。 该轧机工 作辊方头的 扭断 通常发生在轧 制 间隙时 间 ， 而不在轧 制 过 程 中 同时 ， 两辊扭断方 向相 同 ， 均 表 明压 靠时 的 力矩 最大 ， 是造 成工 作辊方头 扭断 的主 要 原 因 。 在使轧 制压力保 、 持在 创屯左右 的 条件下 ， 轧 制该产 品约需 一 道 见 表 ， 而该厂 常轧制 一 道 ， 估计实际轧 制压 力可 达 吨 ， 是造 成支撑辊断 辊的 主 要原 因 。 从轧 制力矩 看 出 ， 上接 轴力矩趋于零或等于零 ， 表 明实际 上是 单辊传动的 。 下 接 轴的 力矩 也 比压 靠时显 著 地小 ， 不是破坏 工 作辊方头 方头 的原 因

:表1 ,P吨 5.1 13.5 23 30.2 35.7 40.6 46.1 M下公斤米 12.8 34.4 46.2 57.2 75.8 91.6 104.2； M上公斤米 一12.7 -33.8 —45.4 -55 —73.6 -88.8 101.4 M公斤米 0.1 0.6 0.8 2.2 2.2 2.8 2.8 表2 道次 H h % P吨 M下公斤米M上公斤米 M公斤米 1 0.19 0.135 29 50.7 42.4 1 43.4 2 0.135 0.125 7.4 50.1 20.2 0 20.2 3 0.125 0.12 4 49.9 16.8 1 17.8 0.12 0.105 12.5 49.8 14.4 1 15.4 5 0.105 0.10 4.8 49.8 13.6 0.4 14 表3 P吨 .7.8 17 24 29.2 37.7 M公斤米 3 3.2 3.6 3.8 5.2 表4 道次 H h 工% P吨 M公斤米 1 0.185 0.13 29.7 49.5 42.4 2 0.13 0.12 7.7 50.2 19.6 3 0.12 0.11 8.3 47.4 18 4 0.11 0.10 9.0 48.5 14.4 表5 P吨 13.4 23.5 36.6 47.2 M公斤米 1.2 2.4 4.3 8 88

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