宽带钢六辊冷连轧机横向刚度特性研究.pdfVIP

第2 3 卷第5 期 2 0 1 0 年9 月 机电产品开发与钏斩 D e v e l o p m e n t I n n o v a t io no fM a ch in e r y E l e ct r ica lP r o d u ct s V 0 1 2 3 N o 5 S e p 2 0 10 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 0 5 0 0 3 0 3 宽带钢六辊冷连轧机横向刚度特性研究 刘自萍1 李立新1 杨光辉2 1 北京联合大学机电学院 北京1 0 0 0 2 0 2 北京科技大学机械工程学院 北京1 0 0 0 8 3 摘要 板带轧机的横向刚度对于板形控制十分重要 研究轧机不同状态下的横向刚度变化规律对于实现 板形的精确控制具有重要意义 本文针对某厂六辊轧机利用有限元软件A N S Y S9 0 建立了三维辊 系有限元分析模型 分别分析了不同工作辊窜辊和中间辊窜辊下的轧制力横向刚度和弯辊力横向刚 度的变化情况 为轧机板形控制量的调整提供了参考依据 关键词 六辊轧机 带钢 平坦度 有限元法 刚度 中图分类号 T H 7 4 1 3文献标识码 Ad o i 1 0 3 9 6 9 i is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 0 5 0 0 2 T r a n s v e r s eR ig id it yC h a r a ct e r is t icso faW id e s t r ipS ix h ig hT a n d e mC o l dR o l l in gM m L I U 五一只 L IL i X in l Y AN GG u a n g H u i2 1 B e ij in gU n io nU n iv e r s it y B e U in g1 0 0 0 2 0 C h in a 2 S ch o o lo fM e ch a n ica la n dE l e ct r o n icE n g in e e r in g U n iv e r s it yo fS cie n ce T e ch n o l o g yB e r in g B e ij in g1 0 0 0 8 3 C h in a A b s t r a ct T h et r a n s v e r s er ig id it yo ft h es t r ipm il lh a sa l lim p o r t a n te f f e cto nt h es h a p eco n t r o lo ft h es t r ipb e in gr o l l e d R e s e a r ch in go na l t e r a f io nr u l e so ft h et r a n s v e r s e 蛔d it ych a r a ct e r is t icso fs t r ipm il lw it hd if f e r e n tco n d it io n sw il lh a v eg r e a tm e a n in gf o rf id f il l in gp r e cis io nco n t r o lo fs h a p eo fs t r ip T h r o u g ht h eA N S Y S 9 0s o f t w a r e af in it ee l e m e n tm o d e lo fas ix h i g h s t r ipm il lw a se s t a b l is h e dil lt h isp a p e r T h e t r a n s v e r s ed g id J t yo ft h es ix h J I g hm il lw it hv a r io u sw o r k in gr o l ls h if t in ga n dm id d l er o l ls h if t in gw e r eca l cu l a t e d a n dt h ein f l u e n ce so fw o r k in gr o l ls h if t in ga n dm id d l er o l ls h in in go nt h er ig id it ie so fs t r ipm il lw e r ea l s oa n a l y z e d T h eo p t im u ms t r a t e g yo fr o l ls h if t in gw a sp r e s e n t e d t Op r o v id et h er e f e r e n cef o rr e g u l a t in gco n t r o lv a l u eo fs t r ips 1 1 a p e K e yw o r d s s ix h i 曲m il l s t r ip f l a m e s s f in it ee l e m e n tm e t h o d r ig ich t y 芝 的形I辊系弯曲变形所影响的是有载辊缝沿带宽方向的形 状 亦即是轧件出口断面形状 这将直接影响带钢的板 形 标志辊系挠曲变形大小的是轧机横向刚度值 对于 普通四辊轧机来说 当轧机的结构一定 轧机的横向刚 度基本上是不变的 U C H C 六辊轧机为了消除轧辊间的 有害接触区以实现对板形的有效控制 采用了可以沿轴 向移动的中间辊 由于中间辊轴向移动改变了中间辊和 支持辊间 中间辊和工作辊间的实际接触长度和压力状 态 因此 轧机的横向刚度发生相应变化 但目前对六 辊轧机刚度特性的研究较少 且主要依靠压靠法与轧制 法等实验手段 本文采用有限元法对轧机的横向刚度特 收稿日期 2 0 1 0 0 7 2 3 作者简介 刘自萍 1 9 6 9 女 硕士研究生 讲师 主要 从事机械设计及制造 力学等方面的研究 性进行理论研究 并对比分析U C H C 六辊轧机和C V C 一 6 轧机的横向刚度变化情况 对于板形的控制具有重要 意义f 1 辊缝凸度控制 在宽带钢冷连轧机的每个机架上 由工作辊 中间 辊和支持辊组成的六辊轧机辊系 在轧制力和板形控制 手段 如弯辊 窜辊等 作用下将发生弹性变形 它包 括辊系的挠曲和轧辊的压扁 含工作辊和带钢之间的接 触压扁以及轧辊间的辊间接触压扁 据此形成有载辊 缝曲线 有载辊缝形状严格来讲是一个四次或更高次的 曲线 但其主要成分还是二次抛物线 在板形设定模型 进行弯辊力和窜辊值预设定计算时一般以辊缝中心点和 边部标志点的厚度差代表带钢断面形状 即 C F h c l l e 式中 C w 一带钢凸度或辊缝凸度 l l 广辊缝中心点 3 开发与创新 的厚度 h 广辊缝边部标志点的厚度 一般取距带钢边 部距离约4 0 r a m 目前 冷轧机采用的带钢凸度方程为 c卢 争 告 十E cw c E J w w 0 E H w E O C 哪 A D 式中 F 广轧制力 K 轧制力横向刚度 F w 弯 辊力 l 卜弯辊力横向刚度 w c W w W o W 分别为可 调轧辊辊型 如C V C S m a r t C r o w n 等 磨损辊型 初始 辊型和热辊型 C 厂来料凸度 E E 和E 分别表示 可调辊型影响系数 综合辊型影响系数和来料凸度影响 系数 2 辊系有限元建模 横向刚度的主要影响因素有两个 轧制力 轧制压 力的分布 和辊系 轧辊的材质 长度和辊形等 为 了分析轧机的板形控制特性和辊间压力分布情况 采用 图l 辊系三维有限元模型 F ig 1T h r e ed im e n s io n a lf in it ee l e m e n tm o d e l o fr o l ls y s t e m 大型通用有限元软件A N S Y S9 0 建立了三维辊系有限元 分析模型 如图1 示 由于轧辊辊身的对称性以及上 下轧辊的反对称性并考虑到计算资源的限制 建模时采 用了辊系结构的1 4 作为计算模型 在单元划分方面 为了兼顾计算精度和计算速度 在轧辊内部 单元划分 较粗 越靠近轧辊表层 单元划分越细 同时 在辊间 接触区 工作辊与带钢接触区 将单元细分 具体建模 参数见表1 表1 辊系有限元模型的建模参数 T a b lM o d e l in g p a r a m e t e r s f in it e e l e m e n t m o d e l o f r o l l s y s t e m 参数项 参数值 工作辊尺寸 m m x m m中4 2 0 1 7 0 0 中问辊尺寸 m m x m m 0 4 6 0 1 7 0 0 支持辊尺寸 m m x m m 中1 3 7 0 1 7 0 0 单位宽度轧制力P l d m m 0 7 1 O 工作辊弯辊力F W k N一18 0 3 6 0 中问辊弯辊力F I k N O 5 0 0 3 轧制力横向刚度 轧机力横向刚度与板形是密切相关的 它代表了一 台轧机对板形的控制能力 轧制时 由于带钢的材质 4 温度 来料厚度和板形等发生变化而导致轧制力出现波 动 进而导致承载辊缝和机架出口带钢板形的变化 理 想的辊缝应该在轧制力发生波动变化时保持稳定性 辊 缝的稳定性用轧制力横向刚度来描述 它表示产生单位 辊缝凸度变化量所需轧制力的变化量 耻器 式中 F 广轧制力波动量 C 广有载辊缝凸度变 化量 可以看出 轧制力横向刚度K 表示的是有载辊 缝凸度抵抗轧制力波动而保持不变的能力 显然 K 越 大 有辊缝越稳定 对轧制过程中的板形控制越有利 图2 为U C H C 六辊轧机不同中间辊窜辊量时轧制 力横向刚度 其中 中间辊和带钢边部的距离用8 表 图2H C 六辊轧机中间辊窜辊时轧制力横向刚度 F ig 2R o l l in gf o r cet r a n s v e r s er ig id it yo f6 一l I iH Cm iHw it h d if f e r e n tin t e r m e d ia t er o l ls h if t in g 示 当U C H C 六辊轧机8 的代数值较大 即中间辊窜 辊母较小时 K P 为正值 且其量值较小 随着中间辊 窜辊量的增加 K P 逐渐增大 当U C H C 六辊轧机8 接 近某一数值时 K P 急剧增加并趋于无穷 进一步增加中 间辊窜辊量 K 将会变为负值 使K P 趋于无穷的U C H C 的8 值即为该条件下的轧制力横向刚度无穷大 点 带钢宽度不同 使K P 趋于无穷的值也不同 图2 所分析的工作状况下K 所对应的中间辊窜辊 量约为8 1 7 1m m 理论上 将中间辊设定于横向刚度 无穷大点进行轧制时 即使轧制压力发生变化 板形也 不改变 因此 弯辊力不需要跟随轧制压力调节 U C H C 六辊轧机由于其工作辊和中间辊同时窜辊 因此 必须研究工作辊和中间辊同时窜辊工况下的轧制 力横向刚度的变化情况 图3 为U C H C 轧机工作辊窜 辊量为2 0 0m m 时不同中间辊窜辊量时的轧制力横向刚 度 由此可以看出 当中间辊窜辊量小于工作辊辊窜辊 量时 U C H C 轧机K P 变化不大 当中间辊的窜辊量 大于工作辊辊的窜辊量时 U C H C 轧机K P 变化很大 中间辊的窜辊量由2 0 0m m 变为3 0 0t o n i时 U C H C 轧 机轧制力横向刚度增大5 0 4 2 图4 为C V C 一6 轧机不同工作辊窜辊位置的辊缝特 开发与创新 昌 i 越 日 涮 群 01 0 0 0 0 02 0 0 0 0 03 0 0 0 0 0 轧制力 k N 图3U C H C 轧机轧制力横向刚度 F ig 3R o l l in gf o r cet r a n s v e r s er ig id it yo fU C H C m il l ol o o o o o2 0 0 0 0 03 0 0 0 0 0 轧制力 l cN 图4C V C 轧机轧制力横向刚度 F ig 4R o l l in gf o r cet r a n s v e r s er ig id i哆o fC V C 6m il l 性曲线 由此可以看出 工作辊窜辊量分别为0 r a m 1 0 0 r a m 一 0 0 m m 时 其轧制力横向刚度分别为 510 0 3 5 4 k N m m 5 3 2 5 6 8 5 k N m m 和5 0 0 7 6 8 8 k N m m 工 作辊窜辊量由 1 0 0 r a m 变为0 时 其横向刚度增加了 1 8 l 工作辊窜移量由O m m 变为1 0 0n l in 时 其横向 刚度增加了4 4 2 可见 C V C 一6 轧机在工作辊窜辊过 程中 其轧制力横向刚度基本保持不变 其主要原因是 在中间辊轴向移动过程中中间辊和支持辊间 中间辊和 工作辊间的实际接触长度基本保持不变 4 弯辊力横向刚度 弯辊力横向刚度表示产生单位辊缝凸度变化量所需 弯辊力的变化量 鼯惫 式中 F w 弯辊力波动量 C 广有载辊缝凸度变 化量 可以看出 弯辊力横向刚度K 表示的是弯辊力 调节有载辊缝凸度的能力 显然 K 越小 弯辊力调节 效果越明显 对轧制过程中的板形控制越有利 表2 为U C H C 六辊轧机和C V C 一6 轧机不同工作 辊窜辊量下的弯辊力横向刚度 其中 K 骶为工作辊弯 辊力横向刚度 K W Z 为中间辊弯辊力横向刚度 从表中 可以看出 在带钢宽度为1 2 0 0 r a m 和轧制压力分布系数 A P 为1 0 一定的条件下 U C H C 六轧机随着中间辊窜 表2 六辊轧机弯辊力横向刚度 T a b 2R o l l in gf o r cet r a n s v e r s er ig id it yo f6 h im 轧机类型窜辊最 r a m K l N m mK w 以N r a m 0 3 9 1 6 8 71 7 0 1 3 8 9 1 0 0 3 6 2 9 6 31 8 3 5 2 0 6 U C H C 2 0 03 2 1 7 3 3 2 2 8 9 7 2 0 3 0 0 2 7 9 6 0 l2 4 5 0 0 0 0 一1 0 03 5 2 5 1 81 4 8 0 3 6 3 C V C 一603 5 7 5 3 4 2 0 7 6 2 7 l 1 0 03 5 5 7 1 72 5 0 0 0 0 0 辊量的增大工作辊弯辊力横向刚度减小 而中间辊弯辊 力横向刚度增大 C V C 一6 轧机随着中间辊窜辊量的增大 工作辊弯辊力横向刚度基本不变 而中间辊弯辊力横向 刚度增大 同时可以看出 U C H C 六辊轧机和C V C 一6 轧机中 间辊弯辊力横向刚度远大于作辊弯辊力横向刚度 所以 工作辊弯辊力对板形的控制效果大于中间辊对板形的控 制效果 5 结论 1 随着中间辊