輥形配置對輥間接觸壓力與板形調(diào)控影響分析
尚飛1,2，李申光1，李艷琳3
(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)機(jī)電系統(tǒng)智能診斷與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 內(nèi)蒙古 包頭 014010；3. 北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 北京 100083)
摘要：為系統(tǒng)分析不同輥形配置下輥間接觸壓力分布形式與板形調(diào)控特性，以某1 800 mm熱軋生產(chǎn)線使用的2種典型輥形配置為研究對象，建立對應(yīng)的輥系有限元模型，計(jì)算不同帶鋼規(guī)格與調(diào)控手段下輥間接觸壓力分布形式，分析得出常規(guī)凸度支撐輥對應(yīng)的輥間接觸壓力分布形式與CVC工作輥輥形呈現(xiàn)出明顯的對應(yīng)性，且壓力分布形式受軋制規(guī)格與調(diào)控手段的影響明顯小于CVC支撐輥。利用接觸壓力峰值和不均勻度表述輥間接觸壓力分布特征，將不同規(guī)格與調(diào)控手段對輥間接觸壓力分布特征的影響進(jìn)行量化處理，得到更為具體的不同參量在整個(gè)變化范圍內(nèi)對分布特征的整體影響趨勢。同時(shí)還對2種輥形配置下不同輥間接觸壓力對軋機(jī)板形調(diào)控特性影響進(jìn)行分析，得出CVC支撐輥對應(yīng)輥形配置的彎輥力與竄輥位置在板形調(diào)控能力上均強(qiáng)于常規(guī)凸度支撐輥輥形配置，而不同輥形配置對輥縫形狀的影響表現(xiàn)出較為明顯的差異，引入輥間接觸壓力邊中比得到調(diào)控特性與輥間接觸壓力之間的具體關(guān)系，并結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對仿真分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，研究結(jié)果可為現(xiàn)場輥形配置與板形調(diào)控提供較好的理論基礎(chǔ)和生產(chǎn)指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：輥形配置；輥間接觸壓力；壓力分布；壓力峰值；壓力不均勻度；壓力邊中比；凸度調(diào)控
1 引言
在板帶軋制過程中，輥形配置是直接影響板形質(zhì)量的重要因素。隨著板形質(zhì)量要求的不斷提升和板帶規(guī)格種類的不斷增多，對輥形凸度調(diào)控能力的要求也在提高。在此背景下，以凸度控制能力強(qiáng)而著稱的CVC輥形成為目前主流工作輥輥形，在進(jìn)行輥形配置時(shí)，多采用工作輥與支撐輥均為CVC輥形或工作輥、CVC輥形配合支撐輥常規(guī)凸度輥形。不同的輥形配置形式對輥間接觸壓力分布的影響十分顯著，而輥間接觸壓力分布形式的不同既影響軋輥使用壽命，同時(shí)也對板形控制造成直接影響，因此圍繞輥間接觸壓力分布，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。DONG Qiang等對某熱軋生產(chǎn)線支撐輥表面剝落問題進(jìn)行仿真分析，并結(jié)合檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)支撐輥表面裂紋處與仿真得到的輥間接觸壓力峰值位置一致，認(rèn)為輥間接觸壓力尖峰在支撐輥接觸疲勞中起主導(dǎo)作用；李洪波等利用模型仿真分析支撐輥內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，提出支撐輥輥間接觸壓力分布不均是造成支撐輥不均勻磨損與剝落的主要因素，并分析了不同輥形在不同狀態(tài)下的輥間接觸壓力分布形式，最終提出了支撐輥新輥形，在工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用中得到了良好的使用效果；郝建偉等針對武鋼2 250 mm支撐輥剝落問題，基于VCR變接觸思想，提出中部CVC復(fù)合邊部VCR輥形的支撐輥新輥形CVR，工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明CVR自保持性較好，可使軋制后期輥間接觸壓力不均勻度較原輥形顯著降低；為解決軋輥的局部不均勻磨損問題，曹建國等分別建立了3種典型輥形配置的輥系有限元模型，發(fā)現(xiàn)VCR/ASR新輥形配置可有效控制軋輥磨損并使板形質(zhì)量得到顯著提升，其中ASR輥形技術(shù)針對常規(guī)工作輥的“U”形磨損，利用輥形和竄輥的非對稱性并與彎輥力配合，使軋件始終處于輥形較為平坦的區(qū)域內(nèi)，以改善輥縫非對稱性和工作輥不均勻磨損，從而實(shí)現(xiàn)自由規(guī)程軋制；張?jiān)棋\等等開發(fā)了邊部帶有錐度的工作輥輥形ATR，工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明新的輥形配置方案使帶鋼邊降問題得到明顯改善；SONG Guang-yi等建立了板帶軋輥耦合的三維模型，分析了常規(guī)凸度輥輥形對輥間接觸壓力的影響，并結(jié)合現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)得出，相較于工作輥與支撐輥均采用平輥的形式，正凸度工作輥配合可變接觸支撐輥可有效改善輥間接觸壓力峰值和不均勻度；LI Guang-tao等以均勻輥間接觸壓力為目的，設(shè)計(jì)了一種新的R-CVC支撐輥輥形并對其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，對比分析了不同輥形在不同竄輥位置時(shí)的輥間接觸壓力分布，得到R-CVC支撐輥輥形可以有效均勻輥間接觸壓力分布的結(jié)論；文杰等為提升輥間接觸壓力的均勻性，在支撐輥上采用VCL 輥形技術(shù)，并將平輥輥形應(yīng)用于工作輥，從而優(yōu)化四輥 CVC 平整機(jī)輥形配置，改進(jìn)后的輥形配置在提升板形控制能力、輥形自保持性方面表現(xiàn)良好；WANG Xiao-dong等結(jié)合CVC支撐輥與VCR支撐輥的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了新的支撐輥輥形，有效改善了輥間接觸壓力分布，并提升了輥縫剛度，使帶鋼斷面控制更加穩(wěn)定，提高了軋機(jī)的板形控制能力。對于熱軋帶鋼下游機(jī)架工作輥磨損不均勻問題，目前針對輥間接觸壓力的研究雖然很多，但主要集中在不同輥形配置下輥間接觸壓力分布形式以及優(yōu)化支撐輥輥形、均勻輥間接觸壓力分布形式上，而對于不同調(diào)控手段對輥間接觸壓力分布影響的量化研究較少，同時(shí)在輥間接觸壓力分布形式對板形控制性能影響方面的研究也較少，而上述兩方面均在指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)中具有一定的意義，因此本文以某1 800 mm熱軋生產(chǎn)線為研究對象，通過對生產(chǎn)過程中2種典型輥形配置形式在不同調(diào)控手段下的輥間接觸壓力分布特征及其對板形調(diào)控性能的影響進(jìn)行分析，力求為現(xiàn)場生產(chǎn)提供理論支持。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)以某1 800 mm熱軋生產(chǎn)線的2種典型輥形配置為研究對象，建立了輥系有限元模型并進(jìn)行多種工況的仿真計(jì)算，分析得到常規(guī)凸度支撐輥配合CVC工作輥時(shí)輥間接觸壓力分布形式與CVC工作輥輥形呈現(xiàn)出明顯的對應(yīng)性，且不同規(guī)格與調(diào)控手段對輥間接觸壓力分布形式的影響較??；而對于CVC支撐輥配合CVC工作輥的情況，不同軋制規(guī)格與調(diào)控手段對輥間接觸壓力分布形式影響較大且影響區(qū)域并不相同，主要表現(xiàn)為軋制力變化會(huì)使輥間接觸壓力整體放大或縮小、帶鋼寬度變化主要影響軋輥中部輥間接觸壓力分布、彎輥力變化主要影響軋輥邊部的輥間接觸壓力、而竄輥位置不同會(huì)使軋輥全長的輥間接觸壓力分布發(fā)生變化。
(2)利用接觸壓力峰值與不均勻度表述輥間接觸壓力分布特征，并將不同軋制規(guī)格與調(diào)控手段對其產(chǎn)生的影響進(jìn)行量化處理，經(jīng)分析得到對于常規(guī)凸度支撐輥的輥形配置，軋制規(guī)格與調(diào)控手段對壓力分布特征的影響近似為線性影響，而對于CVC支撐輥的輥形配置，竄輥對輥間接觸壓力分布特征的影響表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，其余參量影響近似為線性變化，計(jì)算得到的量化值可分析不同參量在整個(gè)變化范圍中產(chǎn)生的影響。
(3)對2種輥形配置下不同輥間接觸壓力分布對軋機(jī)板形調(diào)控特性影響進(jìn)行了分析，并引入輥間接觸壓力邊中比參數(shù)，經(jīng)分析得到彎輥力調(diào)控下帶鋼凸度變化與輥間接觸壓力邊中比成反比，而在竄輥調(diào)控下，帶鋼凸度變化與輥間接觸壓力邊中比成正比，且相較于常規(guī)凸度支撐輥CVC支撐輥在2種調(diào)控手段下的變化程度均更為劇烈。對現(xiàn)場2種輥形配置下的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了與理論仿真分析相一致的結(jié)論，驗(yàn)證了前述分析的可靠性。研究得到的結(jié)論可以為現(xiàn)場的輥形配置與板形調(diào)控過程提供較好的理論分析基礎(chǔ)與生產(chǎn)指導(dǎo)。
