一种金属板材压延生产用的轧机

著录项
  • CN201210094678.1
  • 20120401
  • CN102716903A
  • 20121010
  • 王通书
  • 不公告发明人
  • B21B1/22
  • B21B31/16 B21B1/22

  • 北京市宣武区白广路4号
  • 中国,CN,北京(11)
摘要
本发明的目的是提出一种与现有轧机的机械结构原理和轧制受力原理不同的的轧机。使用本发明制造的轧机可以有效突破现有板带轧机所能生产的板带材极限宽度规格和轧机的极限力能参数,以生产更宽极限规格的板带材,并且能以简单的轧机构造方法和简单的板型控制技术生产出板型合格的板带材。与现有轧机不同的是,本发明所涉及的轧机,其轧辊的压下装置(或压上装置)的背部有一套推杆系统(如附图1所示)。通过这套推杆系统中推杆的轴向抗挤压力和拉杆的轴向抗拉伸力,可以将轧制力传递到两边的机架牌坊上;如果这套推杆系统和机架牌坊的刚度足够大,通过这套推杆系统,可以将轧辊在垂直于板面方向上的弯曲变形减到最小,以正确控制板形。
权利要求

1.本发明所涉及的金属板带轧机仍然象现有轧机一样,是利用电机传动轧辊,再由轧辊轧制轧件,上下轧辊均水平布置,轧制方向为水平方向且与辊缝相垂直;

但与现有轧机不同的是,本发明所涉及的板带轧机,其轧辊的压下装置(或压上装置)的背部有一套推杆系统(如附图1所示),这套推杆系统中包含推杆和与其配合使用的拉杆,也就是说含有附图1所示的斜梁及横梁等杆件;拉杆的主要作用是用于平衡左右两边斜梁的轴向推力的水平分量,同时防止斜梁本身发生弯曲或使弯曲减到最小,推杆和拉杆可以整体制造也可以分别制造再组合成整体;

通过这套推杆系统中推杆(即斜梁)的轴向抗挤压力和拉杆的轴向抗拉伸力,可以将轧制力传递到两边的机架牌坊上;

如果这套推杆系统和机架牌坊的刚度足够大,通过这套推杆系统,可以将轧辊在垂直于板面方向上的弯曲变形减到最小(也就是说,可以使轧辊在轴向上处于平直或接近平直的状态),当然这套推杆系统中某些杆组件的长度最好是可以调节的;

在这套推杆系统中,起主导作用的是推杆系统中各个杆组件的轴向抗拉伸力和轴向抗挤压力,这一点与传统四辊或多辊轧机中支承辊的作用完全不同;

相较而言,现在建成的四辊轧机的支承辊,或者说现有多辊轧机最上层的支承辊,或者说支撑辊轴向横截面上呈类弧形分布的背衬轴承上方的支撑横梁(或整体铸造机架顶部具有类似横梁作用的结构),其最终主要是靠自身弯曲应力来将轧制力传递到轧机两侧牌坊立柱上;

为表达方便,在下文中将本发明所述的轧机称为“轴向力传递型板带轧机”或“轴线力传递型板带轧机”,简称为“轴向力轧机”或“轴线力轧机”;这种轧机的比较典型的机架结构如附图1至图24所示;

综上所述,本发明中的轴向力轧机通过推杆系统各杆件的轴向推力和轴向拉力把轧制力最终传递到机架牌坊上,这一点是该轧机轧制过程能够正常进行并且能够生产出合格板材的主要条件或必要条件,这一点也是本发明轧机的本质特点;

这种轴向力轧机的突出优点是:超长推杆和拉杆的的组合布置,特别适合于超宽幅面板材轧机的结构需要,使得超宽幅面板材轧机的轧辊辊系,在轧辊轴线方向上的受力均匀性较传统轧机的情况有了根本改善,同时轧机结构简单易于制造,因此超宽幅面板材轧机的制造将成为现实。

说明书
技术领域

本发明涉及生产宽幅面金属板带用轧机。

长期以来,以板带轧机为代表的各种轧机生产了大多数的金属材料。钢铁生产企业所用的轧机,其能生产的钢板带产品在宽度上都有极大值的限制。例如当今世界最宽的中厚板轧机仅能生产最宽不超过5400毫米的合格板材,世界最宽的热轧中薄板轧机仅能生产最宽不超过3400毫米的合格板材,最宽的冷轧机不不超过3000mm。

一味增加现有类型轧机的宽度并不一定能生产出相应宽度的合格板带材。例如将现有2300mm冷轧机的机架和轧辊按比例整体上放大,加宽至3000mm,也不能保证能生产出宽度大于2300mm的合格板带材,因为这样做并不能保证产品的板型(指凸度和平直度)。因为轧辊和机架等机械结构加大后,刚性往往不足,在轧制时轧机的挠曲变形难以控制。为了能生产出宽幅面、板型合格的板带材,又在最初的二辊板带轧机型式的基础上进行了新的设计,先后出现了四辊轧机、六辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机等许多新型轧机,板型控制上有自身特点的轧机有六辊PC轧机、六辊CVC轧机,其中许多轧机具有轧辊轴向窜动功能、工作辊弯辊功能。对于连轧机,还采用了相应的板型控制方案,将板型的控制要求按某种方案分配到多个轧机上以最终生产出板型合格的板带材。

而对于中厚板轧机来说,要生产这样规格的板材必然要求使用比5500mm中厚板轧机更宽更大型的轧机。但是理论的计算表明,当轧机的宽度大于5500mm后,该轧机固有的,靠轧辊端部压下以实现正常轧制的结构特征,已经难以保证产品的板型,带有巨大支撑辊的四辊轧机也不例外。因为轧辊的弯曲应力已经达到许用应力,从而不能再使用更大的轧制力来生产更宽规格的合格板材。

综上所述,对于每种不同类型的轧机,其能轧制板带材的最大宽度是有极限值的,且对于每种类型的轧机来说,要生产其能生产的极限规格,往往要采取相应的板型控制措施。

本发明的目的是提出一种与现有轧机的机械结构原理和轧制受力原理不同的的轧机,使用本发明制造的轧机可以生产现有板带轧机能生产的金属板材;也可以生产现有板带轧机不能生产的金属板材,即有效突破现有各种类型轧机所能生产的板带材极限规格,以生产更宽规格的板带材,并且能以简单的板型控制技术生产出板型合格的板带材。

本发明所涉及的轧机仍然象现有轧机一样,是利用电机传动轧辊,再由轧辊轧制轧件,上下轧辊均水平布置,轧制方向为水平方向且与辊缝相垂直。为了表述说明方便,在本说明书中出现的轧机主要机构,除非标明材料性质,都使用钢铁材料,但也可以是其它有可替代性的材料。

但与现有轧机不同的是,本发明所涉及的轧机,其轧辊的压下装置(或压上装置)的背部有一套推杆系统(如附图1所示)。通过这套推杆系统,可以将轧制力传递到两边的机架牌坊上;如果这套推杆系统和机架牌坊的刚度足够大,通过这套推杆系统,可以将轧辊在垂直于板面方向上的弯曲变形减到最小(也就是说,可以使轧辊在轴向上处于平直或接近平直的状态),当然这套推杆系统中某些杆组件的长度最好是可以调节的。

在这套推杆系统中,起主导作用的是推杆系统中各个杆组件的轴向抗拉伸力和轴向抗挤压力,这一点与传统四辊或多辊轧机中支承辊的作用完全不同;因为现在建成的四辊轧机的支承辊,或者说多辊轧机最上层的支承辊,或者说支撑辊轴向横截面上呈类弧形分布的背衬轴承上方的支撑横梁,其最终主要是靠自身的弯曲应力来将轧制力传递给轧机牌坊的。

所以,在下文中也可以将本发明所述的轧机称为“轴向力传递型板带轧机”或“轴线力传递型板带轧机”。下文简称为“轴向力轧机”或“轴线力轧机”。

通过这套推杆系统,通过推杆系统中的斜梁的轴向推力,可以将轧制力传递到两边的机架牌坊上。当然,机架牌坊必须是固定安放在有相应承载能力的轧机设备基础上,而设备基础其设计的相关计算依据是轧机的重量、尺寸、倾翻力等。

这样至上而下就形成了上部推杆系统→上压块→上轧辊辊系→轧件(板带材)→下轧辊辊系→下压块→下部推杆系统,这样一种位置关系和受力关系,详见附图1和附图13。

在上、下压块中造出用于安装放置轧辊辊系的弧形孔洞9和10,压块及其中的弧形孔洞在轧辊轴线方向上可以是整体,也可以是分别制造再拼装成整体,拼装时各个部分可以在轧辊轴线方向上有间隔的布置以利于调节压下量和板形,这样就可以减小制造的难度并提高轧机调整的灵活性。

弧形孔洞用于稳定轧辊辊系位置,保持轧辊辊系水平且轧辊轴线与轧制方向垂直。而在压块和轧辊之间(或者说孔洞内壁和轧辊之间)为了减小摩擦,可以加入润滑剂或弧形背衬轴承并延两者的接触面均匀分布即可,至于这种润滑剂或弧形轴承的具体构造或组成,只要其能保证轧制时轧辊在该孔洞中能顺利沿轧辊轴线稳定旋转即可。压块上所开弧形截面孔洞的具体截面形状和边长以及其与轧辊之间的缝隙大小仍需要根据实际的受力情况和实际采用的机械机构来确定。当然最起码的要求是该弧形孔洞能保证:在正常轧制时,轧辊始终位于该孔洞中且轴线稳定没有不确定的位移。

这里所说的弧形背衬轴承,具体可以参照现有多辊轧机中通常使用的背衬轴承。与现有森吉米尔二十辊轧机中辊系的最上层八个支撑辊中的背衬轴承不同的是,本发明中的轴向力轧机,其辊系最上层支撑辊中的背衬轴承,其鞍座最终可以安装在弧形孔洞的内壁上或内壁内侧,且背衬轴承和鞍座可以延轧辊轴线方向上均匀分布。

有关森吉米尔二十辊轧机中辊系的最上层八个支撑辊中的背衬轴承和其鞍座的具体情况,请参阅本发明申请的参考资料(在附加文档“其它证明文件”中),也可以直接参阅潘纯久所编著的《二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产》一书中的第2章第1节。因此,本发明中的辊系也可以仿造现有二十辊轧机或其它多辊轧机的辊系结构和调整方法来制造,但这些不是本发明的创新性内容,而是公知的知识,但其可以为本发明所灵活借鉴使用。

由附图1可知,斜梁5和6的轴向推力通过横梁4的传递作用,其竖直分量最后作用在辊系中最上层的轧辊上,最终传递到工作辊用于压下轧件,如果可以适当的设计推杆系统各推杆的长度和横截面,合理设置推杆的数量和方向角度及安装位置,就可以做到在轧制板材时,横梁4基本处于水平状态,因而其下面的压块也基本处于水平状态,最终的工作辊也基本处于水平状态,再加上小推杆18的调节作用,轧制力可以非常均匀水平的分布在轧辊表面。从以上所有这些有关轴向力轧机的讨论可以知道,该轧机在结构和受力原理上与现有所有轧机有本质的不同,或者说轧辊的压下机理、力的传递方式上有本质的差异。

依此思路,这种轴向力轧机的机架也可以做成连轧机的型式,或者同一套推杆系统对应几个弧形孔洞,或者同一套推杆系统对应几套辊系也未尝不可。

综上所述,轴向力轧机通过推杆系统各杆件的轴向推力和轴向拉力把轧制力最终传递到机架牌坊上,这一点是该轧机轧制过程正常进行的主要条件或必要条件。这种轴向力轧机的突出优点是轧辊的受力条件较传统轧机有了根本改善。

只要推杆系统的刚性足够大,那么工作轧辊在竖直方向上的刚度就会非常大,而且轧辊在轴线方向上受力非常均匀,可以做到轧制时轧辊几乎没有什么挠曲或径向弯曲变形,这样的平面应力和平面应变状态就可以充分保证所轧制板带材的板型质量。

而且只要推杆系统的刚性足够大,轧机和轧辊的横向宽度即可简单地拓宽,直至所要求的宽度。当然因为轧辊存在径向扭转许用应力的限制,也不可能做出不切实际宽度的轧机,但突破现有各类型轧机所能轧制板带材的极限宽度还是完全可行的,这一点可见下文的具体论述。

这种轴向力板带轧机的另一个突出优点是不需要复杂的板型控制系统设备即可保证所轧制板带材的板型质量,如果需要特殊的板型,则可以更换可相应的可轴向移动的压块和相应的轧辊,使其辊型适应所需要的特殊板型。

值得一提的是轴向力板带轧机的压下方式与从轧辊两端压下的方式相互并不排斥,而是可以同时使用在一台轧机上。所以这种压下方式与传统压下方式相比是个积极进步。

这种轴线力板带轧机的机架结构如附图1所示。该机架和轧辊组合后形成轴向力轧机。附图1是复杂型轴向力二辊板带轧机模型侧视图,附图2是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型侧视图(透视图),附图3是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型侧面展示图,附图4是复杂型轴向力四辊板带轧机模型前视图,附图5是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型前视图,附图6是复杂型轴向力二辊板带轧机模型上视图,附图7是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型上视图,附图8是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型右视图,附图9是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型右视图(透视图)。

附图10是简易型轴向力二辊板带轧机模型侧视图,附图11是简易型轴向力二辊板带轧机模型前视图,附图12是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型前视图,附图13是简易型轴向力二辊板带轧机模型依对称平面剖开展示图。

附图14是典型的二十辊轧机轧辊配置截面图,其中最外层上下共八个支撑辊,支撑辊辊身上可以安装背衬轴承,上面四个支撑辊的圆心可以构成一个不规则的弧形,下面四个支撑辊的圆心也可以构成一个不规则的弧形。附图15是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型侧面展示图,附图16是复杂型轴向力二十辊板带轧机模型侧视图(透视图)。

附图17是复杂型轴向力四辊板带轧机模型侧面展示图,附图18是复杂型轴向力四辊板带轧机模型侧视图(透视图)。附图19是复杂型轴向力四辊板带轧机辊系截面图,也是附图18中标号17所指部位的放大图,当然可以在四辊轧机上下两个支撑辊上面分别再加一个或两个带背衬轴承的支撑辊以构成六辊或八辊轧机,这样可以通过传动中间层的支撑辊使轧机进行轧制,这样的六辊或八辊轧机实际上也可以称为四辊轧机的变种,因此下文中所称的四辊轧机包括这些变种类型的四辊轧机。附图20是复杂型轴向力二十辊板带轧机辊系截面图,也是附图16中标号17所指部位的放大图。

其它多辊轧机的视图可以依据如上所述类推得到。本文所说的“复杂型” 轴向力轧机与“简单型” 轴向力轧机的区别是:前者的推杆系统中配置有横梁以平衡斜梁推力的水平分量;从附图9中的三个标号5可以看出,前者的这三排斜梁,每排斜梁之间并非是平行排列,其排列是呈发散状态的,因为这样有利于在轧机牌坊上开通放置斜梁未端小横梁的窗口,且多个窗口可以相互间隔开来,以减小窗口上部横梁的弯曲应力。

而“简单型”轧机中的每排斜梁之间是平行排列,且推杆系统中暂无横梁以平衡斜梁推力的水平分量。“复杂型”轧机与“简单型”轧机的概念仅是为了由简单到复杂,逐步表达清楚本发明内容而已。

在所有的附图中,标号1是指电机,标号2是指轧辊,标号3是指轧机牌坊,标号4是指将轧制力传递给推杆系统的横梁,其可以认为属于推杆系统,也可以认为是单独存在的横梁,且上下对称存在;标号5和标号6是指推杆系统中的斜梁,负责将轧制力传递到轧机牌坊上;标号7和标号8是指安放容纳辊系并传递轧制力的压块且上下对称;标号9和标号10是指安放容纳辊系的弧形孔洞;标号11是指夹送辊(可以在轧机前后都有),标号12是指轧机要轧制的金属板材;标号13和标号14是指用于防止斜梁在受到推力后可能弯曲的横梁,也可以平衡左右斜梁的轴向推力的水平分量,当然其不一定是完全水平的;标号15和标号16是指轧机牌坊上的窗口及横穿窗口的斜梁末端的小横梁,就如同人腿下面的脚一样可以较好的踩到固定点一样,小横梁可以和斜梁是整体的也可以是分别制造后再组合成整体;当然没有小横梁时,也可以将斜梁末端直接靠在牌坊上,再通过焊接或螺栓或其它方法固定,但无论如何这种小横梁只是起到一种类似于人脚的作用,应该从总体上认为其是属于斜梁的,并且每个脚之间互不相关。标号17是指辊系。标号18是指安放容纳辊系并传递轧制力的压块与将轧制力传递给推杆系统的横梁之间的小推杆,调整这些上、下对称的小推杆的行程大小,可调整辊缝。

本发明申请所附加的参考资料摘录自潘纯久所编著的《二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产》一书中的第2章第1节,其中的图2‑14和图2‑18是典型的多辊轧机背衬轴承安装图,虽然不是本发明的创新性内容,是公知知识,但其可为本发明灵活借鉴使用。该书中所述的辊系调整方法有许多,都可以为本发明灵活借鉴使用。

 

本发明的附图均在说明书附图文件中,且没有标明尺寸的图几乎都是示意图。在附图中的标号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18所指示的物体含意,在各张附图中都是相同的、统一的。机架两边都有轧辊的意思是:轧辊可以从两边推入,也可以从两边分别传动。其实也可以考虑将上下两个压块连同上下两套辊系同时从轧机前方或后方整体拉出来进行检修的制造方式。不一定要从轧机侧面拉出来检修。

附图1中以两辊轧机辊系的情况描述具体实施方式,多辊轧机辊系的情况可以类推。

作为第一种实施方式,首先根据轧制原理确定要生产板带材的最大轧制压力,然后将这个最大轧制压力延工作辊辊身均匀分布的要求,作为计算条件或初始条件或边界条件,使用牛顿力学中分力与合力的矢量关系估算及虎克定律杆件的弹性变形关系估算后,确定推杆系统中各推杆和拉杆及横梁4的长度和横截面大小形状,确定推杆和拉杆的数量和排列方式,确定推杆和拉杆的方向角度及安装位置,做到在轧制板材时,横梁4基本处于水平状态。其它杆件的弯曲应力尽量减小到最小,最好使杆件只受轴向推力或拉力的作用,以体现轴向力轧机的本质特点。因而其下面的压块也基本处于水平状态,最终的工作辊也基本处于水平状态,再加上小推杆18的调节作用,轧制力可以非常均匀水平的分布在轧辊表面。

使用牛顿力学中分力与合力的矢量关系估算及虎克定律杆件的弹性变形关系估算推杆系统的受力和变形是一种比较粗略的估算。也可以使用材料力学中的方法估算推杆系统的受力和变形,可以得到相对较好的结果。也可以使用现代数值分析方法来估算,比如较为流行的有限元素法,借助于高速计算机来精确模拟实际的推杆系统受力和变形情况。

当然整个推杆系统的推力至少要大于最大轧制力。然后根据轧制原理确定轧辊长度和相应的轧辊半径,结合考虑安装背衬轴承所需要的空间或考虑在轧辊和孔洞内壁要加入的润滑剂的位置和相应缝隙空间,确定在上、下压块中用于安放轧辊的弧形孔洞的开孔长度、半径和截面形状及周长。这个相应的缝隙空间实际中具体用哪种轴承要根据具体的设计来确定,滑动轴承、滚动轴承、液体摩擦轴可予以考虑。现在多辊轧机中比较成熟可用的是弧形背衬轴承,为此,轴向推力轧机也可以采用弧形背衬轴承。弧形孔洞的开孔长度、半径和截面形状及周长只要能保证轧辊在其中能稳定围绕轧辊轴线旋转即可。

在弧形孔洞中安装好轴承和轧辊辊系统,整个轧机的设备安装基础要能承受轧机牌坊和谁杆系统及轧辊辊系的重量和轧制时可能有的倾翻力。轧辊安装好后,在辊颈处接上传动电机即可开始轧制板带材。

横梁4基本保持平直的情况下,通过小推杆18的调节作用,轧制力可以非常均匀水平的分布在工作轧辊表面。上压块与上横梁4之间最好设有联结和提升装置,在横梁4不动的情况下,其作为平衡装置可以克服上压块的自重,可以提升上压块;也可以通过下压块与下横梁4之间的小推杆来做平衡。横梁4和辊系一样,是可以上、下对称存在的。

横梁4能够起到传递轧制力给推杆系统的作用,当然推杆系统可以直接和横梁4接触或制造成为整体;推杆系统也可以直接和压块接触或联结,这样就可以省略横梁4,将辊系的调整机构放置到压块与辊系之间,如传统的二十辊轧机那样工作,在此不再详述,请参阅本发明申请的参考资料(在附加文档“其它证明文件”中),也可以直接参阅潘纯久所编著的《二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产》一书中的第2章第1节。当然也可以参照其它类型的二十辊轧机的调整方法。

当然也可以形成一种轧机,使其轧机牌坊相对高大,因而可以兼有本发明所涉及的推杆系统轴向推力压下机理,又有通过安放在两片牌坊中的压下装置从轧辊两端压下轧辊的机理,这也是一种实施方式。

举一个具体的例子,假如要轧制16米宽度的薄钢板,此时可以设想有一种四辊轴向推力板带轧机,其工作辊辊身直径1米、支撑辊辊身直径2米、支撑辊传动(两个支撑辊上方可以分别再加一层带背衬轴承的支撑辊),轧辊辊身宽度规格为16米,其中支撑辊有三个5500mm的区段,每个区段的轧辊辊身表面可以承受支撑辊和工作辊之间的四万吨接触力时(此时轧机每个5500mm的区段的轧制力不低于四万吨),此时可以证明:如果轧辊表层的许用接触应力为2500MPa,经过计算可知,轧辊表层的接触应力为1229 MPa×2=2458 MPa,小于许用接触应力2500MPa;经过计算可知,整个16米长的支承轧辊的扭转应力仍然低于许用扭转应力,可以正常轧制。这时,轧辊辊身宽度规格为16米的轴向推力板带轧机,其总的轧制力接近十二万吨(因为4万吨×3=12万吨)。

再举一个具体的例子,假如要轧制16米宽度的薄钢板,此时可以设想有一种四辊轴向推力板带轧机,其工作辊辊身全长上直径0.7米、支撑辊辊身全长上直径2米、支撑辊传动(两个支撑辊上方可以分别再加一层带背衬轴承的支撑辊),轧辊辊身宽度规格为16米,其中支撑辊有三个5500mm的区段,每个区段的轧辊辊身表面可以承受支撑辊和工作辊之间的四万吨接触力时(此时轧机每个5500mm的区段的轧制力不低于四万吨),此时可以证明:如果轧辊表层的许用接触应力提高为3000MPa,经过计算可知,轧辊表层的接触应力为1389 MPa×2=2778 MPa,小于许用接触应力3000MPa;整个16米长的支承轧辊的扭转应力仍然低于许用扭转应力,轧机可以正常轧制。这时,轧辊辊身宽度规格为16米的轴向推力板带轧机,其总的轧制力接近十二万吨(因为4万吨×3=12万吨)。

从以上两个具体例子中设定的力能参数,可以推导出轴向推力轧机的具体结构如下:

如果说,这12万吨的轧制力是均匀分布在工作辊辊身上的,只考虑轧机水平对称面上部的情况进行分析计算,由附图1可知,其三排斜推杆(分别对应三根横梁4),每排四根斜梁推杆至少总共要承担4万吨的垂直方向上轧制力;如果横梁4的两端也安装在牌坊的窗口中并且也承担轧制力,那么每排四根斜梁推杆中的每一根斜梁推杆都要承担40000÷6=6667吨的垂直方向上的轧制力,如附图21所示。

例如说轧机上方每排斜梁中各个斜梁的下方未端受力节点的位置分布如附图22所示,因此可以大致设计和估算出每根推杆所需要的横截面大小,推杆长度,布置角度,横梁4的横截面大小,轧机牌坊的大致高度,轧机牌坊上所开窗口的大小和位置,轧机牌坊的大致宽度和厚度。现估算如下:

斜梁推杆长度,布置角度可以如图22所示的尺寸加以设计确定,轧机牌坊的大致高度可以设计为10米(8+2),轧机牌坊上所开窗口的位置如附图8和附图22所示,轧机牌坊上所开窗口的大小设计为1米×1米,如图22所示;窗口内侧与贯穿其中的小横梁的接触面可以做成滑动摩擦的方式;同一层的窗口要尽量上下错开且相互间隔开来,以避免轧机牌坊受轧制力后,弯曲应力过于集中。轧机牌坊的宽度设计为7米,轧机牌坊的厚度设计为1米~2米。

因为每一根斜梁推杆都要承担40000÷6=6667吨的垂直方向上的轧制力,因此每一根斜梁推杆都要在推杆的轴线方向上承担不超过10000吨的推力,因此可以设计斜梁的横截面为1米×1米;横梁4的横截面大小设计为2米×2米;如果三排横梁4的两端安装在牌坊的窗口中并且也承担轧制力,那么就要在牌坊中开一个1米高×5米宽的窗口,也可以开三个1米高×1米宽的窗口,其中间的窗口与另外两个窗口可以错开分布,也如附图8中所示的错开窗口一样,此时三排横梁4中间那根横梁可以不做成完全平直的,而可以做成如附图23所示形状的梁,以便三根横梁4的末端可以放在三个错开分布的窗口中,同时三根横梁的主体是平直和相互平行的。

当然,因斜梁的长度比较长,在所轧制力后可能会弯曲,故可以加入附图1中所示的横梁13和横梁14。横梁13和横梁14的放置位置、放置数量和截面大小可以根据斜梁轴向的推力的水平分量来确定,以确保可以承受该水平分量,放置数量要保持斜梁不弯曲即可。

假设钢的弹性模量是200Gpa,由弹性力学的虎克定律可知,当每一根斜梁推杆要在推杆的轴线方向上承担10000吨的推力,设计斜梁的横截面为1米×1米,此时,每一根斜梁推杆要在推杆的轴线方向上的弹性应变为1÷2000=0.0005,如果推杆长度为20米,则物理变形不会超过10毫米,发明人认为这个变形量在轧机构造中是可以接受的,本轧机中的辊系调整装置和小推杆18有能力将其消化并成功控制板形。

再者,如果本例中一片轧机牌坊的高度改为10米高,且上下对称,则整个牌坊的重量为1米厚×7米宽×10米高×7.8(吨/立方米)×2=1092吨,这样的牌坊可以被制造出来。如果制造有困难,则可以先分别制造两片546吨重的半片牌坊(0.5米厚×7米宽×10米高×7.8(吨/立方米)×2=546吨),然后再将两个半片牌坊合并成1米厚的一片牌坊即可。

如果本例中一片轧机牌坊的高度改为18米高,且上下对称,则一片牌坊可先分别制造四分之一片牌坊(四分之一片牌坊的参数为0.25米厚×7米宽×18米高×7.8(吨/立方米)×2=491吨),再合并成一片牌坊。而且三排斜梁在这种空间允许的情况下,每排之间也可以是相互平行的。

假如要制造32米宽度规格的轧机,总压力十二万吨且延辊身均匀分布。则可以考虑设计一片轧机牌坊的高度为18米高,且上下对称(如附图24所示),那么制造一片牌坊时,可分别制造四分之一片牌坊(四分之一片牌坊的参数为0.25米厚×7米宽×18米高×7.8(吨/立方米)×2=491吨),再合并成一片牌坊。而且三排斜梁在这种空间允许的情况下,也可以是相互平行的。

如果为了提高轧机的刚性将斜梁的横截面设计为2米×2米,则三排斜梁就难以平行的放置,就需要呈上文所述的发散状布置(见附图9),当然轧机牌坊的宽度也需要加大,窗口的尺寸和相互间隔也要加大,斜梁就可以是多层,而不是如附图1中所示的那样只有二层,上下只有共四层。假设加大后,一片牌坊的宽度为14米,那么制造一片牌坊时,可分别制造四分之一片牌坊(四分之一片牌坊的参数为0.25米厚×14米宽×18米高×7.8(吨/立方米)×2=982吨),再合并成一片牌坊。

当然对于本例中各种具体的设计参数,在实践中是需要不断优化和改进的,但是不管如何改进,其始终属于轴向力板带轧机的范围。

本次发明申请的附加文档中有一个“其它证明文件”,里面包括本发明中模型的四张彩图,可供读者进一步看清楚本发明的附图。

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