十二辊可逆式冷轧机的研究与设计

1900mm十二辊可逆式冷轧机的研究与设计摘要12辊轧机是20世纪80年代发展起来的新型轧机,近年来被广泛用于冷轧合金钢、不锈钢薄板。本文介绍了900mm十二辊可逆式冷轧机的结构特点及设计原理，同时通过对宝新引进日本十二辊轧机的分析，结合现场出现的问题，指出了现有设备存在的缺点以及改进的方法。关键词十二辊轧机辊系机架换辊传动一、前言冷轧钢板产品规格薄、性能好、表面光洁，在国民经济建设诸多领域中得到广泛使用，市场需求越来越大。由于生产难度较大，冷轧设备落后，冷轧板产量一直供不应求。12辊轧机是20世纪80年代发展起来的新型轧机,近年来被广泛用于冷轧合金钢、不锈钢薄板。由于该轧机具有较好的板型控制能力,常常被用于轧制薄带材。1999年宁波宝新不锈钢有限公司从日本引进一套十二辊轧机，用于生产不锈钢板。该轧机具有很多特点，在结构上主要表现为：机架内构件多、空间紧密、相互间几何运动关系复杂。机架内主要有轧制线调整机构、中间辊及工作辊换辊机构、支撑辊框架、凸度调整机构、中间辊轴向窜动机构、穿带导板等。所有机构之间相互关联、动作相互联锁，如某一部分未到达正确位置，轧机则不能稳定工作。2000年初，我们在对这台轧机进消化移植基础上，研究设计了900mm十二辊可逆式冷轧机。二、900mm十二辊可逆式冷轧机的结构原理1.辊系该轧机辊系由支撑辊、中间辊、工作辊组成，工作辊-中间辊-支承辊按1-2-3分布，见图1。支撑辊分别装在上、下支撑辊框架内，刚性大，支撑辊共有三根轴，在一轴上分别装了5(或6)个专用背衬轴承，将辊子分成为5(或6)段，两侧轴承大，中间轴承小，轴承安装呈交错布置，其更换在线外进行，线上只进行框架更换。下支撑辊置于换辊小车上，可将上、下框架推入或拉出轧机机架。轧制时换辊小车置于机架内。上支撑辊安放在图图1十二辊轧机辊系11）支撑辊2）中间辊3）工作辊4）穿带台2机架中部支平衡缸完成上支撑辊框架的上下运动。轧制线的调整通过更换换辊车上垫块的厚度来完成，换辊小车由液压缸推动。中间辊上下共有4根，入口辊与出口辊装在同一轴承盒内，所以有4个轴承盒，分别位于传动侧上、下和操作侧上、下，四个中间辊同时也是传动辊。中间辊的平衡由安装在弯辊座上的液压缸来实现，同时也对中间辊实行正弯辊，可以根据所轧制板型情况随时调整弯辊力，以消除所轧带材的浪行。上、下中间辊可沿轴向方向左右移动，以改变工作辊的辊型，其移动的位移应根据所轧带材的宽度予先设定，中间辊的轴向移动是通过手轮转动移动轧辊的。机架中部设有中间辊换辊轨道，轧制时轨道打开，远离下辊系，换辊时轨道上升。将中间辊托起，用换辊小车将其拉出。工作辊无轴承，轧制时工作辊由上下中间辊及工作辊平衡轴承从各方向定位，换辊时可直接拉出。2.机架机架采用闭式机架，为整体铸钢件，以保证整机刚度。轧机压下采用三缸式液压缸压下及板型调整系统，有液压伺服系统控制，见图2。两侧为压下缸，用来实现轧机的压下，中间为板型缸，通过伺服系统控制调整压力，实现板型的控制。机架内嵌有升降轨道，通过支撑辊平衡油缸实现升降，用于更换中间辊。止推门用于工作辊的轴向定位，打开止推门可将工作辊拉出。3.工作辊快速换辊装置引进的十二辊轧机工作辊换辊是通过一个机械手来完成的。机架内的上下、左右均安装了工作辊支架，其主要作用：一是打开辊缝时左支架接收上工作辊；二是更换工作辊。换辊时上下辊系打开到位，左上工作辊支架在下位伸出接收上工作辊，同时下工作辊提升装置将下工作辊抬起，然后左下支架在下位伸出接收下工作辊，上支架同时摆动到上位，右工作辊支架伸出将工作辊从左侧移至右侧，然后，工作辊换辊专用小车进入轧机机架内，换辊程序继续执行，各换辊步骤均由PLC控制执行。由于结图2十二辊轧机机架装配3构非常紧凑，支架小巧，所以生产中时常发生支架变形等故障。而且为了满足各动作的要求，辊系开口度要求足够大，这样就要求压下油缸行程增大。介于以上情况且结合实际(本机工作辊辊身短，重量轻的特点)，自行研制设计了工作辊快速换辊小车，见图3。工作辊换辊车放置在中间辊换辊车上，换中间辊时将其吊走。工作辊换辊车有两台，一台用于放置新辊，一台用于放置旧辊。每台换辊车上由两组V型辊组成，高的一组放置上工作辊，矮的一组放置下工作辊。换辊车可以横向移动，当换辊车移动到对准轧制线时，通过人工将轧辊拉出或推入。时间短，效率高。4.传动装置由于十二辊轧机是中间辊为主动辊，使得4根主动轴相互之间距离很小，只有3一10mm，所以传动轴的强度要高，使用中维护要求也高。同时减速机设计要求结构紧凑且强度要求高。本轧机采用复合减速机，齿轮采用高强度合金钢，其传动齿轮啮合简图见图4。三、900mm十二辊可逆式冷轧机的特点1.辊轴承安装呈交错布置。由于支撑辊是分段布置，从支承辊到工作辊只隔了一层中间辊,如此短的路径将会使分段辊印直接传到工作辊上,最后将传到带钢表面形成质量缺陷，交错布置，可以使中间辊上的辊印相互抵消，从而保证带钢表面质量，这种布置已申报专利。2.采用整体铸钢件，使设备的刚性大大提高。同时采用了中间板型缸，对提高带钢板型有重大的意义。3.工作辊换辊小车,经济实用,大大缩短了换辊的时间,提高了经济效益。在12图3工作辊快速换辊车1）中间辊换辊车2）工作辊换辊车图4传动齿轮啮合简图4辊轧机使用过程中，工作辊换辊是最频繁的，基本上带卷轧完一次后就更换一次轧辊。因此更换工作辊时间的长短直接影响到产量。四、900mm十二辊可逆式冷轧机存在的问题1.十二辊轧机的一个重要特点是有多种板形控制手段，支撑辊凸度调整便是其中之一。引进的轧机每个支撑辊是由6～7套轴承串联组成，有的轴承套在各个偏心套上。凸度调整即是根据板形的不同需要，通过调整各个偏心套的角度来改变各个大轴承组成的曲线，从而达到改善板形的目的。上下支撑辊架各有3套支撑辊，其中中间1套辊子没有偏心，上支撑辊的2套偏心辊分别有7套轴承串联，对称于中间轴承左右，分别有边部1/4外、1/4内3段，分别由3台电机带动千斤顶调节控制，左右2套辊子对应同时调节，根据板形不同可进行在线反馈调整。下支撑辊各由6套轴承串联成，其凸度为一固定曲线，其调节由电机带动使曲线转动到不同位置，反映到对中间辊、工作辊的作用上便有不同的凸度，它只能在轧制前进行预设定，不能在线作用也不能分段调节。此系统是由电机通过蜗轮蜗杆系统带动偏心套转动实现支撑辊凸度调节。由于结构复杂，因此在设计时没有采用。2.中间辊传动系统。引进的轧机中间辊窜动的传动机构固定在轧机牌坊上，千斤顶装在支撑辊框架上,2台液压马达分别驱动入口侧和出口侧的4台千斤顶，辊子与齿轮箱之间由万向接轴传动。机架上部装一离合器，在离合器合拢状态下，上、下4个千斤顶同步动作，但入口上下中间辊（为一组）和出口上下中间辊（为一组）的动作反向，在轧钢过程中中间辊相对于工作辊或钢板表面是一种螺旋运动。在10MN轧制力下要实现中间辊窜动，对千斤顶提出了高要求。因此在设计时没有采用。只采用手动调节，以满足轧件不同宽度的需要。五、结束语900mm十二辊可逆式冷轧机已经在无锡银光镀锡薄板有限公司投产使用，各项指标都达到了设计要求。且在此基础上我们还开发了1400mm十二辊可逆式冷轧900mm十二辊可逆式冷轧机技术性能表工作辊直径X辊身Ф100/Ф90X1000支撑辊直径Ф260/Ф160中间辊轴向调整范围±40mm最大轧制力5000KN轧制速度≤5m/s坯料厚度≤2mm坯料宽度600～820mm成品厚度0.10mm电机功率723KW5机，现已投产使用。参考文献[1]王武佩,高金林.12辊轧机中间辊窜动机构特性分析.冶金设备,2003;(4):218～20[2]吕晓兵,高金林.十二辊板带冷轧机辊系特性分析.轧钢机械,2003;20:(2)52～54