赵 岽 吴庆君

(1.太原重工股份有限公司矫直机研究所，山西 030024;2.淮南市石油化工机械设备有限公司技术部，安徽 232033)

高强度宽厚板矫直机要求矫直能力强，矫直速度高，承受矫直力大，经矫后的钢板平直度好，残余应力小分布均匀，板材表面质量好且无压痕。因其辊系具有工作辊面宽、受力大，需多排密布的支承辊来有效的承受矫直力的特点，要求在矫直过程中工作辊与支承辊形成稳定的精密接触。故及时的消除因承受高速重载矫直使辊子直径磨损减小而产生的辊间支承间隙，成为提高板材矫直质量和延长辊系使用寿命的关键因素。

1 宽厚板矫直机辊系参数

以下以一台4 300 mm 宽厚板热矫直机进行说明:

1.1 设备的技术规格

矫直机型式:四重九辊式

工作方式:可逆式

上辊系倾动量/mm:±10

上辊系弯辊量/mm:+5，－2

压下方式:液压压下

矫直钢板规格(厚×宽)/mm:6～60(100)×1 500～4 150

所矫直钢板冷态下屈服强度/MPa:～600(最大)

矫直钢板温度/℃:450～900

传动的矫直辊数/根:9

最大矫直力/kN:31 500

矫直速度/m·s－1:0～1～2

1.2 辊系参数与力学性能要求

因设备矫直速度高、总矫直力大，单辊力可达5 162 kN;故要求辊系材料综合力学性能高，加工制造尺寸精密。

(1)工作辊力学性能

规格/mm:∅320+0.05×4 300，Ra0.4 μm

数量:上部4 根，下部5 根

辊距/mm:330(矫直辊与边辊之间辊距374)

材料:X40CrMoV5－1

调质热处理后按JB/T5000.15Ⅲ级进行超声波检验

力学性能:Rm:900 MPa～1 100MPa;Re:≥800 MPa;A:≥14%;Ak≥30 J

辊身表面淬火硬度:54～56 HRC，深度12 mm

(2)支承辊力学性能

规格/mm:∅320+0.05×275，Ra0.4 μm

边辊支承辊∅320+0.05×810，Ra0.4 μm

数量:上部8 排×4=32 根，下部8 排×3+4排×2=32 根

辊距/mm:330(矫直辊与边辊之间辊距374)

材料:56NiCrMoV7

调质热处理后按JB/T5000.15Ⅳ级进行超声波检验

力学性能:Rm:950 MPa～1 100 MPa;Re:≥850 MPa;A:≥14%;Ak≥30 J

辊身表面淬火硬度:46～48HRC，深度10 mm

2 宽厚板矫直机辊系布置与技术要求

宽厚板矫直机的辊系布置见图1 所示。

图1 辊系布置图Figure 1 Layout chart of rolls system

宽厚板矫直机支承辊承受重载荷，工作速度变化范围大，要求支承辊数量多，支承稳定可靠，并能适应上排工作辊的弯辊要求。除两根边辊设有四排支承辊外，其余7 根矫直辊每根辊下面(上面)均设有八排支承辊;并通过错位板，使支承辊轴线与工作辊轴线错位22 mm，呈交错布置形式。

尽管辊系材料具有很高的综合力学性能与表面硬度，但作用在上、下排工作辊上的矫直力仍将会造成辊系磨损，直径减小。

工作辊的直径磨损减小将会影响辊缝值的设定，但其磨损量易于测量，可以通过液压压下机构实现精确地补偿。支承辊则不同，由于支承辊数量多，全部位于上、下辊盒内，并且下排支承辊处于矫直公切线以下，加之上排工作辊下挠度的影响，其与工作辊间的磨损间隙难以准确测量和及时补偿。

辊间支承间隙的存在会为设备的运行带来以下负面的影响:

(1)矫板时引起上、下排工作辊缝值局部的增加，造成已设定的压下参数减少，降低了板材的塑性变形率，板材矫直质量下降。

(2)支承辊受力不均匀，加快磨损，降低辊子的使用寿命。

(3)降低了支承辊轴承的使用寿命。

(4)矫直过程中会伴有板面氧化铁皮的脱落，氧化皮铁屑灰尘进入辊间会影响辊系支承的能力，加剧辊系的磨损。

由此可见对宽厚板矫直机在使用中因辊间磨损产生的支承间隙进行在线及时的动态补偿，保持辊系的可靠接触，使辊系稳定支承、均匀受力有益于提高矫平质量，降低设备的维护使用成本。

3 碟簧预紧消除辊间磨损的补偿方式

碟簧预紧消除辊间磨损的补偿方式见图2。是以支承辊面为固定基准，通过在工作辊与其之间设定的预紧力，实时调整工作辊面与支承辊面保持接触。

图2 碟簧预紧方式Figure 2 Belleville spring pretension method

3.1 碟簧预紧消除辊间磨损的补偿方式的特点

(1)辊系支承可靠稳定，支承辊受力均匀。在辊间保持了设定的预紧力，减少了上排工作辊身下挠度的影响，更适合于宽板面的矫直要求。

(2)结构紧凑实用性强。碟簧预紧轴向空间紧凑，体积小，负荷大，载荷集中传递，优化了机构;有效的减小了上、下辊盒的外形尺寸，降低了生产制造成本;减轻了离线检修时的换辊重量，广泛适应车间配置的起重能力。

(3)碟簧组合方便，通过不同的组合可获得不同的负荷与变形量特性曲线。

(4)辊系支承紧密，有效的减少了杂质在辊间的存留，适用于较恶劣的工作环境。热矫直机在生产中有时使用大量的外冷却液，辊系处于冷却液包围之中，此液体中含有矫直时产生的微小金属颗粒、酸性物质及其它杂质;同时矫直过程中会伴有板面氧化铁皮的脱落，存留在辊隙中的轻薄杂质与氧化皮会影响辊系支承的能力，加剧辊系的磨损。

A-A′剖面(图2)显示，F3断层在热水塘村一带上覆有良好的保温盖层，热储层中的热液沿该断裂上升出流，在地表形成温泉，其中S18温泉温度45 ℃，水量较大。C-C′剖面(图3)直观地反应出该区灯影组地层是良好的热储层，但因盖层较薄，钻孔抽水人为加剧地下水循环，进而导致降雨入渗混入热储层造成论证区热储层温度不会太高。

(5)拆装维护方便。矫直机辊系属关键件、易损件，要求能及时调整接触精度、快速更换损坏件;碟簧预紧能在设定的预紧力作用下自动消除辊间磨损间隙，减轻了工作人员劳动强度，降低了设备的维护使用成本。

3.2 碟簧预紧方式与楔块调整方式的性能比较

楔块调整方式见图3。两种方式的性能比较见表1。

图3 楔块调整方式Figure 3 Wedge adjustment method

表1 碟簧预紧方式与楔块调整方式的性能比较Table 1 Performances comparison between belleville spring pretension and wedge adjustment

通过以上分析，采用预紧碟簧消除辊间磨损间隙的补偿方式能更好的满足宽厚板矫直机的技术性能要求。

4 预紧碟簧的组合型式选择

碟簧的组合型式主要分为叠合组合、对合组合、复合组合。其不同的组合型式将会产生不同的弹簧负荷与变形量特性曲线，如图4 所示。

(1)通过叠合组合可以在同样的行程条件下获得更大的载荷，由于碟簧表面摩擦阻尼作用，吸收冲击和消散能量的效果更为显著。

(2)通过对合组合可以在同样载荷条件下获得更大的行程，满足特定的要求。

(3)通过复合组合即可获得各种满意的弹性特性。

结合矫直机工作辊与支承辊间的磨损补偿量和技术要求，复合组合碟簧型式适用于消除辊间磨损的补偿。

图4 弹簧负荷与变形量特性曲线Figure 4 Characteristic curve of spring loading and deformation amount

5 宽厚板矫直机辊间预紧碟簧计算实例

以本文4 300 mm 宽厚板热矫直机为例，单根工作辊重量2 706 kg，采用两组复合组合碟簧预紧，其中每组承受静载荷为84 000 N 时的变形量要求为16 mm，导杆最大直径为63 mm。

表2 两种碟簧的尺寸Table 2 Two types of belleville springs sizes

由表2 可见，可选用B 系列碟簧复合组合。每一复合组用3 个碟片，不考虑摩擦力时，单个碟片的弹簧力为:

P1=PZ/n=84 000/3=28 000 N

式中 E=2.06×105MPa;

μ=0.3;

K4=1(无支承面);

C=D/d=1.95，取2;

t=5 mm;

h0=3.5 mm。

代入公式得PC=36 219.78 N

f=3.5×0.62=2.17

按总变形量为16 mm 的要求，所需复合组合的组数:

取8 组共24 片。

未受载荷时的自由高度Hz=i［H0+(n－1)t］=8×［8.5+(3－1)×5］=148 mm

受84 000 N 载荷作用时的高度H1=Hz－i×f=148－8×2.17=130.64 mm

碟簧压片时，OM 点应力σom为

其绝对值小于60Si2MnA 或50CrVA 材料的屈服极限1 400 MPa，故静强度满足要求。

弹簧的刚度

代入数据得P'=9351.2 N/mm

从上面计算结果表明该B 系列复合组合满足设计要求。

6 结论

通过采用复合组合碟簧方式对高强度宽厚板矫直机辊间磨损进行补偿，板材矫平质量得到提高;降低了设备的生产制造成本，提升了产品的市场竞争力;在满足在线及时调整要求的同时，减轻了工作人员劳动强度和设备的维护使用成本，提高了设备的生产效率。