第４５卷第１期 ２０１７年２月 现代冶金 Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１７ 自纠偏辊形纠偏原理及设计浅析 张艳娜，潘云飞 （常州宝菱重工机械有限公司， 江苏常州 ２１３０１９） ’ ， ｆ 一’ －１１１， ’ ’ 摘要：在带钢的连续生产及带钢处理设备中，输送过程的各种扰动会使带钢跑偏。自纠偏辊形的应用是控制带钢 跑偏的一种手段；在理论分析、实验和实际应用的基础上综合衡量，自纠偏辊才能达到最佳的使用效果。对自纠偏 辊形的纠偏原理及设计进行了探讨，通过受力分析得出辊形的纠偏能力与所受张力、锥度、摩擦系数、带钢包角的 关系，分析了自纠偏辊形对带钢跑偏的影响。 关键词：自纠偏；跑偏；锥度辊；凸度辊 中图分类号：ＴＧ３３３．１７ 较平辊复杂，具有自纠偏的能力。 引 言 在带钢连续生产及带钢处理设备中，要求带钢 双锥度辊：带有正凸度，两侧由两种锥度组合而 成，加工复杂，具有自纠偏的能力。 凸度辊、单锥度辊和双锥度辊都具有自纠偏的 能力。 能够无故障输送，卷取时边缘整齐。但在实际生产 中，由于带钢的板形缺陷、设备精度、张力控制等因 素会引起带钢跑偏。随着带钢工艺设备的改进，机 组运行速度逐年提高，为适应带钢的快速连续生产， 活套的储存量也越来越长，因此需要对带钢输送时 的跑偏进行研究，采取相应的措施，对跑偏加以 控制。 ２ 自纠偏辊纠偏原理分析 ２．１ 自纠偏辊的实验分析方法介绍 上世纪８Ｏ年代以日本学者为代表的国外研 究人员就开始了对带钢瓢曲与跑偏的研究，对跑 偏和瓢曲产生的因素和机理有了比较透彻的了 解，新的技术已经能很好地抑制跑偏和瓢曲的 产生。 １ 自纠偏辊形简介 实际生产中常用的辊形有四种：平辊、凸度辊、 单锥度辊和双锥度辊，如图１所示。 日本学者做了很多实验来解决跑偏问题，迄今 为止，他们的相关理论成果也是得到认可和肯定的。 下面以单锥度辊为例进行分析。 Ｅ三 ∈三 （三 Ｅ三 平辊 圆弧凸度辊 单锥度辊 双锥度辊 由图２，３可知，以单位宽度的带钢进行分析， 图１常用的辊形类型 平辊：辊形简单，加工最容易，在带钢跑偏时，平 辊不具备自纠偏的能力。 凸度辊：带有正凸度，根据功能需求，凸度辊设 计有不同的凸度曲线，加工较平辊复杂，具有自纠偏 的能力。 单锥度辊：带有正凸度和两侧单一锥度。加工 图２带钢在辊子上的运动 收稿日期：２０１６一ｌｌ一１５ 作者简介：张艳娜（１９８０一），女，工程师。电话：（０５１９）８３２５８３３５ 第１期 张艳娜，等：自纠偏辊形纠偏原理及设计浅析 ４５ 反力（Ｎ）；０为辊子锥度角（。）；ｙ为带钢包角（。）； 为带钢与辊子间的摩擦因数；ＦＮ为辊面对带钢的 摩擦力（Ｎ）。 解（２）式方程组得 Ｆ＝２Ｔ［ｓｉｎ０（１一ｓｉｎ吾）＋ ｃ０ｓ０ｓｉｎ等］（３） 由于０‘＜０＜９０‘，０。＜ ＜１８０。；所以ｓｉｎ０＞０， 图３辊子旋转过程中带钢自动对中 ｃｏｓ０＞０，０＜ｓｉｎ÷＜１。 所以Ｆ恒大于０，因此锥度辊可以产生纠偏的 和 分别为带钢两侧的圆周速度， 。＜ ，在 该速度差的作用下，单位宽度带钢受到左旋力矩Ｍ 的作用，产生旋转，旋转角度为 ，从而达到纠偏的 作用。通过几何学计算，辊子转动一周，带钢向辊子 中间的移动量Ａｚ可近似地用下式表示 １ 广 Ａ —ａ・２ｒ，Ｒ・告・Ｉ蠹Ｏｄｘ Ｄ Ｊ （１） 式中 ａ为系数；Ｒ为辊子半径（ｍｍ）；Ｂ为带钢宽 度（ｒａｍ）；０为辊子锥度角（ｒａｄ）。 研究者通过一系列的试验及仿真发现：平辊最 易出现跑偏，不具有纠偏作用；带有凸度的辊子具有 纠偏作用，锥度角越大，带钢就越不容易跑偏，但是 越容易发生瓢曲，当辊子锥度角达到一定数值后，带 钢的瓢曲现象不再有变化。 ２．２ 自纠偏辊的纠偏原理分析 假设带钢在张力作用下与辊身完全贴合，取带 钢上锥度区任意截面Ａ—Ａ进行受力分析，如图４所 示。 ＾ Ａ－Ａ 带锕 图４带钢受力分析 考虑带钢处于向边部滑动的临界平衡状态，可 以列出如下方程组 ｆＦ一２Ｔｓｉｎ０一Ｎｓｉｎ０＋ＦＮｃｏｓ０ ＿｛ＩＩ Ｎ一２Ｔｓｉｎ÷ 厶， （２） 【Ｆｎ一 式中 Ｆ为带钢受到指向辊子中心的力（Ｎ）；Ｔ为 带钢所受张力的合力（Ｎ）；Ｎ为辊面对带钢的法向 作用。 从式（３）可以得出，辊形的纠偏能力受到张力合 力、锥度、摩擦系数、带钢包角等的影响。张力合力 越大，摩擦系数越大，锥度越大，产生的纠偏力越大， 纠偏效果越好；带钢包角越大，产生的纠偏力越小， 纠偏效果越差。 ３ 自纠偏辊辊形设计实例分析 自纠偏辊形在２Ｏ辊轧机机组、连退机组中均有 广泛的应用，下面以某２Ｏ辊轧机转向辊的辊形为例 进行设计分析。 暇 々 々ｊ §｝ Ｏ 墨 ｒ ‰／ ｆ 图５某２Ｏ辊轧机转向辊布置简图 ３．１ ２０辊轧机转向辊简介 如图５所示，转向辊布置在冷轧２０辊轧机的卷 取机人口处，作用是使钢带头部偏转向下进入卷取 机进行卷取，并使带钢在绷紧状态下高速转向。与 上部压辊配套使用时，具有一定的夹持作用。 机组带钢参数：板厚０．３～３ ｍｍ； 板宽７５Ｏ～１３００ ｍｍ。 转向辊主要参数：辊径 ４５０ ｍｍ； 带钢包角１０．３。～４６．３。； 辊身长度１４００ ｍｍ。 ３．２转向辊辊形分析 ３．２．１辊形选择 辊形的设计有多种形式：凸度，单锥度，双锥度 ４６ 现代冶金 １４００ｚ ～ｍａｘ 第４５卷 ４００—等，不同规格的带钢对辊形的要求也有所不同，凸度 辊多用于带钢包角较大的纠偏辊设计，双锥度辊更 能适应宽窄带钢之间的调整，常用于退火炉内的炉 － 一———＿＾ ——５００ ｍｍｖ ．， ，一０．０４５ ｍｍ。 辊设计，单锥度辊应用较广泛，锥度区可以是单一锥 度，也可以是凸度曲线。 本例中转向辊位于卷取机的人口处，带钢包角 转向辊示意图如图７所示。 较小，主要起转向的作用；带钢厚度较薄，易产生瓢 曲。经过综合考虑，辊形采用中间为平台区、两侧为 凸度曲线的单锥度形式；平台区与凸度区采用相切 过渡，可以更好地防止带钢瓢曲的产生。 ３．２．２辊子平台区长度 辊子平台区的长度越长，带钢越容易跑偏，但越 不容易瓢曲。带钢在辊子上运行时，首先与辊子的 平台区接触，然后才与凸度区接触；两者接触时的不 均匀现象会造成张应力分布的不均匀，应力分布不 均匀程度ｋ 可以用下式来表示 ｋｔ一１一百Ｈ （４） 式中 Ｈ为平台区长度，本例中取Ｈ一４００ ｍｍ； Ｂ为带钢宽度（ｍｍ），本例中Ｂ一７５０～１３００ ｍｍ。 将Ｈ，Ｂ代人式（４），得： ｋ １一 Ｈ一１一 ４６； ｋ １一 Ｈ一１一 ６９ 因此其应力分布不均匀程度在０．４６～ｏ．６９之间。 ３．２．３锥度角 由以上分析可知，锥度角越大纠偏效果越好，但 是锥度角越大越容易出现瓢曲，因此锥度角应在合 理的范围内进行优化，如图６所示。锥度角的确定， 一般综合考虑带钢的初始浪形、运行速度、温度等因 素，经过多次实验确定。 椎度角 图６锥度角的影响示意图 本例中辊身长度为１４００ ｍｍ，平台区长度４００ ｍｍ，综合以往业绩及实际使用情况，取最大凸度 为０．０４５ ｍｍ，可得： 图７转向辊示意图 锥度角０为 一删ｇ（ ）＿ｏ．ｏ０５。 ３．２．４辊形曲线 锥度角确定后，可以根据最大凸度值来确定辊 形曲线。纠偏辊、转向辊的辊形曲线通常是抛物线， 曲线方程为二次函数，通常的形式为 Ｙ一 （５） 将Ｘ，Ｙ的坐标点数值（５００，０．０４５）代入式（５），得 ｎ一妻一 －１．８ Ｘ １０ 因此该转向辊的辊形曲线方程为：Ｙ＝１．８×１０ｒ－ 。 ４ 结束语 在带钢的实际输送过程中，纠偏力的大小与带 钢与辊子的实际接触面积、贴合程度紧密相关。带 钢的初始浪形、运行速度、尺寸规格、温度分布也会 对纠偏力产生影响。凸度辊、锥度辊、双锥度辊均具 有自纠偏的特点，辊形的设计需要在理论分析、实验 和实际应用的基础上综合衡量，相互验证，互为补 充，才能更加有效地对自纠偏辊形进行定量化设计， 达到最佳的使用效果。 参考文献： Ｅｌｉ胡广魁．连续退火炉内影响炉辊自纠偏能力因素的研 究［Ｊ］．宝钢技术，２０１２，（４）：３５—３９． Ｅ２３高伟．连续退火炉内带钢跑偏和热瓢曲研究［Ｄ］．秦皇 岛：燕山大学．２０１２． ［３１ 比良隆明，佐佐木徼，阿部英夫，等．连续烧钝炉ｌ：挡Ｉ于 弓灭卜ｌＪ、ｙ７。 座屈 蛇行 凳生横樽［Ｊ］．连统烧纯 炉｝：挡Ｉ于为安定操棠技衍 研究…第１鞭，１９８３：１００．
