万能轧机轧辊轴向窜动分析与控制

文/张继翔 攀钢集团工程技术有限公司 四川攀枝花 617000

1、前言

轧辊与两端的轴承座连接在一起，上机后上辊在轴承座内无法移动，而下辊可通过轴向调整装置实现轴向窜动。本文所述方法对轧辊轴向窜动进行了较好的控制，轧辊轴向窜动由4-5mm减少到1mm左右，大幅度降低了轧机轴向窜动值。

2、轧辊轴向窜动现状分析

2.1 轧辊轴向固定与磨损

轧辊与两端的轴承座连接在一起，上机后上辊在轴承座内无法移动，而下辊可通过轴向调整装置实现轴向窜动。使用中轴承座、轴承及轧辊连接紧密，轧辊相对于轴承的轴向窜动小，在轴承使用后期在0.3mm以内。

2.2 轴向窜动的调整

万能轧机采用四辊轧制，与普通轧制相比，控制难度较大，辊缝调整要求沿轧制中心线对中调整。在空载情况下，辊缝调零的目的就是确定机械的参照点，亦即上、下水平辊和左、右立辊辊缝压靠，此时上、下水平辊轴向位置作为液压动态轴向控制的基准，上、下轴承座均与上、下水平辊相连。

上下水平辊、左右立辊均采用电气传动控制。轴向位置采用液压伺服阀控制。动态轧制过程中，势必造成上、下辊轴向产生位移，为此系统采用保持板FC缸、增压缸相互配合来保证上下水平辊的轴向位置。

动态轴向位置控制是以上辊轴向位置为基准，通过对下辊的轴向位置控制来完成动态的调整过程。控制系统由2台PLC控制，其中一台控制液压平衡、伺服阀电源OK、位置传感器、伺服阀的电流信号采集、液压压力采集、液压缸位置行程编码器、动态轴向偏差值计算、保持板（FC）基准值计算及增压缸控制基准值计算等。另一台PLC则进行液压位置控制。

2.3 轴向窜动值测量

2.3.1 静态测量

静态测量是指换完辊并做完标定后用塞尺测量耐磨板3、耐磨板4的间隙。此时轧机没有轧件通过，不存在轴向力，立辊标定力（500KN）只起定位作用，也会消除轧机各部位连接间隙，用塞尺测出的间隙值小于均0.1毫米。

2.3.2 动态测量

动态测量是指轧件通过轧机时，测量耐磨板3、耐磨板4的间隙值。重轨轧制时指向传动侧的下辊轴向力达500-800KN，远大于标定力，足以消除轧机各部位连接间隙，测出的间隙值通常在2-5mm之间。

轧辊轴向窜动主要是由于轴向力造成保持板的轴向磨损。磨损后的保持板在轴向力的作用下而出现位置偏移，导致孔型形状出现变化而影响轧件的对称性。轧机控制系统设计中，已考虑通过轴向调整来纠正下辊的轴向窜动，但实际轧制过程中，下辊窜动值必须知道才能调整。

轧机轴向窜动测量难度较大。选用通用的激光测距法存在轧机粉尘、水雾、反射面光洁度等的影响，测量精度1mm左右，显然不能满足要求。采用机械测量方式，则必须解决轧机现场空间小测量装置的安装固定，同时机械测量受连接间隙的影响必须考虑测量精度的问题。采用自主发明的轧机轴向窜动测量装置进行测量，此装置具备可靠、精度高、连接简单的特点。

3、测量装置的应用

采用自主发明的轧机轴向窜动测量装置，结合工作原理对轧机保持板处理前各机架上下辊轴向窜动值进行测量。

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从表中可以看出，轧制过程中对轴向窜动的实际值并不知道，调整时主要根据轧件在轧制过程中的出钢平直度、扭转程度以及上下断面的对称度来确定各道次轴向窜动调整值。值的大小完全根据现场经验确定，与轧辊的实际窜动值存在一定的差距，上表中U1第道次调整值与实际值差3mm，导致轧件出钢扭转及上下断面不对称。

因此，要获得准确的轴向调整值保证成品件的准确断面形状，必须动态测量出轧辊轴向窜动的实际值。同时，轧辊轴向窜动调整系统的主要目的是纠正保持板轻微的磨损间隙和改变轧件上下断面的对称性及轧件出钢扭转、平直度缺陷。对保持板产生的轴向间隙可通过机械处理进行减少或消除。

4、轧辊窜动的机械处理及效果

a）更换机架牌坊上与辊系相接触的8件侧耐磨板，消除了2-3mm间隙；

b）更换进出口窗口耐磨板1、耐磨板2各2块，消除了保持板与窗口滑板间3-4mm的间隙；

c）保持板机架耐磨板3、耐磨板4入口侧加垫0.4mm，出口侧加垫1.2mm，保证了机架耐磨板与保持板窗口耐磨板间距；

d）提高下水平辊平衡油缸的压力（从200bar提高到224bar）。

上述方法使各部的配合间隙在设计范围内，并消除了操作侧下水平辊AGC油缸与轴承座间存在的2mm间隙。采取以上方法进行处理后，轴向窜动值变小，轧辊与机架之间的间隙减小，轧辊在轧制过程中变得更加稳定。

结论：

（1） 万能轧机轧辊轴向窜动主要是轧辊轴承座与机架连接的耐磨板在轴向力作用下的磨损间隙造成，特别是保持板耐磨板的磨损导致轴向窜动加剧。

（2）轴向窜动值在不能检测时将造成轧件在孔型中断面形状不对称，且出钢弯曲度大、扭转等影响产品质量及设备安全问题。

（3） 轧辊轴向窜动的动态测量复杂，需考虑机架空间、工作环境等的影响。自主开发的轴向窜动测量装置解决了测量仪器安装及测量精度的问题，装置具有创新性，测量结果满足生产要求。

（4）根据测量装置的检测结果，对造成轧辊轴向窜动的部位进行处理基本消除了轧辊的轴向窜动，大大提高了轧机的轧制精度。