数控轧辊磨床托瓦磨损分析及改善

汤,磊 ,张芳兵

摘要：本文主要针对热轧带钢线数控轧辊磨床在磨削粗轧工作辊过程中因轧辊重量大，轧辊为非对称结构引起的受力不均，轧辊持续磨削时间长等因素，造成磨床两侧托架受力不均引起的托瓦异常磨损。通过对托瓦使用的现状调查、受力分析、设计改善等措施，达到磨削过程中平衡磨床托瓦受力，消除磨床托瓦异常磨损情况，最终改善轧辊的磨削精度。

关键词：数控磨床 托瓦 磨损 分析改善

数控轧辊磨床是热轧生产线重要的配套设备，磨床采用轧辊托肩支撑定位方式，在托架上面安装托瓦来支撑轧辊实现磨削，其磨削精度和磨削效率直接影响板材的质量和生产的效率。某热轧厂2150热轧带钢产线使用高效率、高精度、安全可靠的全自动数控轧辊磨床(型号MK84160-Ⅲ60×7000)，该数控磨床可实现对工作辊和支承辊磨削，其中支承辊托瓦采用静压供油托磨接触形式，工作辊托瓦采用开放式供油托磨接触形式，但在磨削整体重量较重的粗轧工作辊时，如果采用带箱磨削时由于总重量（45t）已达磨床承重上限值，根据磨床现有磨削效率，平均磨削一支粗轧工作辊需要持续3-4小时。在磨削粗轧工作辊过程中由于磨削周期长、轧辊重量大、开放式润滑供油形式等原因，导致托架上的托瓦滑动接触过程中高温发热熔化，无法进行粗轧工作辊的磨削。

因此只能考虑不带箱磨削方式进行粗轧工作辊的磨削，由于粗轧工作辊为非对称结构轧辊，以及不带箱磨削因素导致磨床支顶缸装置无法起到支撑作用，导致前后托架受力不均。加剧了前托架上与轧辊接触的托瓦异常磨损，同时因为异常磨损影响轧辊磨削精度，使粗轧工作辊无法满足曲线精度、圆度精度、同轴度精度等精度要求，造成轧机轧制板形不稳定。

1数控轧辊磨床磨削现状及托架受力分析

某热轧厂2150热轧带钢产线数控轧辊磨床在磨削粗轧工作辊时，需要依靠数控轧辊磨床的前后托架支撑轧辊两侧辊颈进行磨削，数控轧辊磨床前后托架上安装巴氏合金材质的托瓦与轧辊直接接触。

由于数控轧辊磨床在磨削粗轧工作辊时，磨削持续周期长、轧辊重量大、开放式供油润滑形式等原因，导致粗轧工作辊只能进行不带箱磨削，托架前的支撑缸起不到支撑平衡作用。由于粗轧工作辊为非对称结构，前托架比后托架受到的重力要大，受力不均衡导致前后托架上的托瓦磨损不均，加剧了前托瓦的异常磨损消耗，由于托瓦的异常磨损引起轧辊型曲线精度、圆度精度、同轴度精度等误差大，具体受力分析如下：

（1）两侧托架受力分析以及托瓦磨损情况：

依据轧辊参数得出粗轧工作辊总长度：5510mm，辊身长度：2150mm，材质为:高铬铸钢，重量为：31500kg，通过轧辊的密度以及体积计算出轧辊的重心点，重心点距离前托架支撑点的距离LA=1382.24mm, 重心点的距离后托架支撑点的距离LB=1617.76mm，因此前后托架受力计算如下：

粗轧工作辊重力：G=mg=31500kg×9.8=308700（N）

前托架A受力：GA=LB/(LA+LB）*G=1617.76/（1382.24+1617.76）*308700=166467（N）

后托架B受力：GB=LA/(LA+LB）*G=1382.24/（1382.24+1617.76）*308700=142232（N）

得出GA-GB=24235(N),前托架比后托架受力大24235N。

（2）前后托架的托瓦受力分析：

图一：前后托架的托瓦受力分析

    由上述计算得出，前托架受力：G=166467（N），后托架受力：G=142232（N），如图一所示托架侧瓦和底瓦的夹角为90度，底瓦与重力线夹角25度，因此托架上的托瓦受力如下：

前托架侧瓦受力：G侧瓦=G×sin25=166467×sin25=70352（N）

前托架底瓦受力：G底瓦=G×cos25=166467×cos25=150870（N）

后托架侧瓦受力：G侧瓦=G×sin25=142232×sin25= 60110（N）

后托架底瓦受力：G底瓦=G×cos25=142232×cos25= 128906（N）

根据上述计算得知，由于轧辊为非对称结构，前后托架两侧受力不均加剧了前托架上的托瓦磨损，同时根据托瓦受力分解计算，托架上的底瓦受力情况要大于侧瓦，因此前托架上的底瓦磨损要更加严重，严重影响轧辊磨削精度。

综上所述，由于数控轧辊磨床前后托架受力不均，托架上的托瓦与轧辊润滑为开放式供油润滑，导致粗轧轧辊在磨削过程中与托瓦产生滑动摩擦，使支撑轧辊的前后托瓦磨损不均，加剧前托瓦异常磨损消耗，造成轧辊磨削过程中精度误差大，影响轧线粗轧板形控制。

2数控轧辊磨床托瓦磨损改善措施

2.1通过在数控轧辊磨床原有轴承箱支撑缸上，设计安装一套滚动接触的轧辊支撑装置在磨削过程中起到支撑粗轧工作辊的作用，平衡因粗轧工作辊非对称结构造成的磨床前托瓦受力大问题，在保证轧辊磨削精度的情况下实现粗轧工作辊不带箱磨削的功能。

轧辊磨削支撑装置设计图，轧辊磨削支撑装置包括支撑架，支撑架包括能够安装于支撑缸上的底板，底板上平行固定有两个竖板，两个竖板之间安装有滚轮，滚轮设置有转轴，每个竖板所靠近两端的部位均设有开口向上的凹槽，转轴置放在凹槽内。在使用时，安装固定在支撑缸上，两个滚轮位于轧辊辊颈的下方，通过磨床控制系统设定支撑缸的支撑压力，使装置的滚轮与轧辊接触起到支撑托起作用。因此当轧辊转动时，滚轮随轧辊转动，同时能够对轧辊起到支撑作用，使轧辊前后托瓦受力均衡，避免由于托瓦磨损不均引起异常消耗和磨削精度误差。

将设计制作的支撑装置安装在磨床支撑缸上，通过磨床控制系统设定支撑缸支撑的压力，使支撑装置的滚轮与轧辊接触，产生滚动摩擦，避免了支撑装置的磨损以及对轧辊的损伤，有效起到了支撑作用，使轧辊前后托瓦受力均衡，避免由于托瓦磨损不均引起异常消耗和磨削精度误差。

    安装设计支撑装置后，前后托瓦受力均衡，避免两侧托瓦磨损不均，保证轧辊磨削精度。磨后相关参数如下:轧辊曲线误差≤0.03mm，同轴度误差≤0.02mm，圆度误差≤0.02mm，达到上机工艺要求。

3 结语

针对热轧线数控轧辊磨床在磨削粗轧工作辊过程中，因轧辊外形构造、轧辊重量、磨削时间等造因素，造成磨床托架上的托瓦受力不均造成磨损异常等问题，通过设计安装了一种轧辊磨削支撑装置，起到支撑轧辊磨削的作用，平衡前后托瓦的受力，改善了磨削粗轧工作辊时前后托瓦受力不均状况，减少了托瓦受力不均带来的托瓦磨损，保障了轧辊磨削精度，提高了板材轧制的稳定性。

参考文献：

[1]王华东, 孟忠良. MK84160型轧辊磨床支顶中心架的静力分析[J]. 现代机械, 2013(5):4.