GY型短应力线轧机立柱载荷分布的规律

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1993.05.038 第15卷第5期 北京科技大学学报 Vol.15 No.5 1993年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1993 GY型短应力线轧机立柱载荷分布的规律+ 候建新·钟廷珍* 摘要：本文通过理论分析与电测实验相结合的方法对GY型短应力线轧机的立柱载荷分布规 律进行了研究，得出了立柱间载荷分布的一般规律，并分析了立柱间产生偏载的原因。 关键词：轧机.立柱，载荷分布，偏载 中图分类号：TF302TU312.1TU317 Load Distribution Pattern of the Supporting Posts of GY Type Short Stress Path Mill' Hou Jianxin'Zhong Tingzhen' ABSTRACT:The load distribuion of supporting posts obtained by means of eletrometry combined with theoretical analyses has been studied.The general distribution type has been given.Finally the reason of unbalanced load distribution has bssn analyzed. KEY WORDS:rooling mills,columns ,load distribution,unbalance loading GY型短应力线轧机是1种新型的高刚度轧机。由于它其有工艺性能好，刚度高等优 点，因此在老式小型和线材轧机的改造中被广泛采用。该轧机取消了压下螺丝和牌坊， 与老式轧机的受力情况完全不同。本文对该轧机主要受力零件一立柱的载荷分布规律进 行了理论和实验分析。 1立柱载荷分布规律的理论分析☑ GY轧机的4个立柱将轴承坐联接成1个整体，代替普通轧机的机梨，承受轧制力 的作用。从这种轧机的结构分析可知，其辊系一侧悬挂在支架上，结构简图见图】。于 机座结构不对称：、其受力情况也不对称。首先用力学原理分析轧机载荷分布规律。 ·49四-12-21收偏第作者：男.36岁.副妍究对.顿【 ·家“八i“f点推项相4-1-4-10 ·扎时k术改造设ir岍究所Derigning&Researhehing Institute for Rolling Technologic Innovation,USTBI

第 15 卷第 5 期 19 3 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s it y o f s c i e n e e a n d T e c h n o l o gy B e ij i n g V o l . 15 N o . 5 O e t . I 9 9 3 G Y 型短应力线 轧机立柱载荷分布 的规律 十 候 建新 * 钟廷珍 * 摘要 : 本 文 通过理论分 析 与电测 实验 相结 合的方法 对 G Y 型 短应 力线轧机的 众 柱载 荷分 布规 律进行 了研究 , 得出 了 众住 间载 荷分 布的一 般规律 , 并分析 了立 柱间产生偏载 的原因 。 关键词 : 轧机 , ’.l 柱 , 载荷 分布 , 偏 载 中图分类号 : T F 3 0 2 T U 3 1 2 . l T U 3 17 L o a d D i s t r i b u t i o n P a t t e r n o f t h e S u P P o r t i n g P o s t s o f G Y T y P e S h o r t S t r e s s P a t h M il l + oH “ iltJ 肛in ’ hZ o ng iT 力g z he n ’ A B S T R A C T : T h e l o a d d i s t r l b t l i o n o f s u P P o r t i n g P o s t s o b t a i n e d b y m e a n s o f e l e t r o m e t r y e o m b i n e d w it h t h e o r e t i e u ] a l l a l少 , s e s h a s b e e n s t u d i e d . T h e g e 一i e r a l d i s t r i b u t i o n t y P e h a s b e e n g i v e n . F i n a lly t h e r e a s o n o f u n b a l a n c e d l o a d d i s t r ib u t i o n h a s b s s n a n a l y z e d . K E Y W O R D S : r o o li n g m ill s , e o l u m n s , l o a d d i s t r ib u t i o n , u n b a l a n e e l o a d i n g G Y 型 短应 力线 轧机 是 l 种 新型 的 高刚 度 轧机 。 山 于它 具有 「艺性能 好 , 刚 度 高等 优 点 , 因 此 在 老 式 小 型和 线 材轧 机 的 改造 中被 广 泛采 用川 。 该 轧 机取消 了压下 螺 丝 和 牌坊 , 与老式 轧机 的受力情 况 完 全不 同 。 本 文对该轧机 主要受 力零件— 立 柱的 载荷分 布 规律进 行 了理 论和 实验分 析 。 1 立柱载荷分布规律的理论分析12 G Y 明 轧 { J {的 4 个 扭柱将 轴 承 座联 接 成 1 个整 体 , 代替 普通 轧机的机 架 . 承受 轧制 力 的 作用 。 从 这 种轧 机的结 构 分析 可知 , 其辊 系 一 侧悬 挂 在支 架 卜 , 结 构 简图 见图 l 。 由 一 于 机座结 构 呀 、 付称 , 其受 力情 况也 不对 称 。 首 先用 力学 原理 分 析轧 机载 菏分 布规律 。 卜 l ` )’ l一 ! 2 一 2 ! 收 稿 第 作 昔 : 男 . 3(, 岁 , 副 研 ,乞城 . 硕 t 囚 水 “ 八 1 爪点 推 ! ’ 项 fI 「 4一 l一 4一 1() , 车L例技 术 改 造 议 计 研 究 房f ( D e r 一g n 一n g & R c s e : . r h e h 一n g I n s t 一t u 一e 份 r R o l l 一n g T e e h n o l 。) g 一。 I n n o 、 : 一t一( 川 . U S T a ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 05. 038

Vol.15 No.5 候建新等：LGY型短应力线轧机立柱载荷分布的规律 ·539· 取辊系上半部为分离体，（包括上轧辊、 左右上轴承座、立柱、压下螺母等)，做受力 分析。受力简如图2所示。取上轧辊为分离 体，做受力分析，如图3所示。 由∑Y=0,P0=P'2+P'4 (1) 由∑M=0,p'2=Pox 1 (2) P'a=Pox 1 (3) 取上轴承座为分离体，其受力简图如图4。 由ΣX=0 N1=N2 由ΣY=0 图1机架结构简图 P2=P1+P2+f1+f2 (4) 1.立柱2.上轴承座3.下轴承座4.轧辊 Fig.I Construction of roll stand P Mo P 图2辊系上半部受力简图 图3上辊受力简图 Fig.2 Upper half-part of roll-set in load Fig.3 Upper-roll in load 而f≤N;f2≤uN2;4为最人静 摩擦系数。 由∑M=0 p2a+Nil=Pia+f2(a-c)+a+d) N1l=a(p1-p2)+f2(a-c)+fi(a+d)(5) P 由于：f<<P1；2<<P2;f3<<P1； f<<P2, 图4上右承轴承座受力简图 所以，为了简化推导过程，忽略f小、的 Fig.4 Up-right bearing block in load 影响，并令N1l=Nl=M 则：(4、(5)式变形，整理后分别为： p:-j(P's+M/a) (6)

V o l . 1 5 N O . 5 候建新等 : L G Y 型短 应力线轧机 立柱载荷分布的规律 取辊系 上半 部为分离体 , (包括上 轧辊 、 左右 上轴承座 、 立柱 、 压下螺 母等) , 做受力 分析 。 受 力 简 如图 2 所示 。 取上轧辊为分离 体 , 做受 力 分析 , 如 图 3 所示 。 、尹`. 、产、声 1 1 了`乡, .、 、了. 毛了 由 艺 Y 二 。 , 尸。 二 尸 , , 2 十 尸 ` 34 由 艺M 一 。 , 尸/ 12 一 , 。 · 今 尸、 一 , 。 · 今 取上轴承座 为分离体 , 其受力 简图如图 4 。 由 万X 二 0 N , 二 从 \ 2 〔 一 \ 厂 4 由 艺 Y = O 尸 ` 1: 二 p ; 十 尸: 十 f l + f Z (4 ) 图 1 机架结构简 图 1 . 立柱 2 . 上轴承座 3 . 下轴 承座 4 . 轧辊 iF 只 . 1 〔 o n st r u e ti o n o f r o ll 劝 a n d , 2 P ,l 1 自. . . . , 34 P ! ``,口. 图 2 辊系上半部受力简图 iF g · Z U p p e r h a l卜p a rt o f r 0 I】一` 吧t i n l o a d 而 力 簇 拼N , ; 介 ( 拼N Z ; 拜 为 最 人 静 摩擦 系数 。 由 艺 M 二 0 P Z a + N 、 l = P 、 a + f Z ( a 一 e ) -t . 、 u + d ) N 1 1“ a (P l 一 夕 2 ) + 介 ( a 一 c ) 一 /、 ( a + d ) ( 5 ) 由 于 : 关 < < P I ; 几 < < 几 ; 儿 < < P I ; fl < < 凡 , 所以 , 为 了简化推导过程 , 忽略 儿 、 _ 乃的 影响 , 并令 Nl l 二 凡卜 M 则: ( 4) 、 ( 5) 式变形 , 整理后分别为: 图 3 上辊受 力简 图 iF g . 3 U p衅 r一 r o l i n fo a d 二, 笑 / 从 爸 - 图 4 上右承轴承座受力简 图 n g . 4 U 一P ir g h t be a r i n g b lco k in I o a d / , ! 一 含 ( , / 1 2 + M / a , ( 6 )

·540· 北京科技人学学报 1993年No.5 p:=5(P'-M/u) (7) 式中：M是轴承座弯曲变形时，滑道施加给轴东座的静不足力矩。 求M时的变形协调条件为： /A.B(P1.P2.P'.NN:)=6A.B 式中：f入.B是包括静不定力在内的所有载荷作用下，轴承座A、B两点间的水半位 移。 δAs为安装后轴承与支架配合处的间隙。按安装规范要求：òA.B=0.25mm。 通过结构及受力分析可知，静不定力矩M值的人小受以下3个内索的影响： (1)M值受轧制力人小的能响。轧制力越人、轴承座的弯曲变形越人、则(P一P) 值也越人，静不定力矩M值也越人。 (2)轴承座的弯曲变形还与轴承座的材质有关。因为在同样轧制力条件下、轴斥座的 材质不同、其弯曲变形量也不同，最终影响静不定力矩的人小及立柱载荷分布的不问。 (3)支架滑道与轴承座配合处的间隙对立柱载荷分配也有很人影响。当安装后的原始 间隙大广外力作用后轴承座的变形量时、理论上讲，立柱载荷是均匀分的、即静不定力 矩为空。这种情况实际上是不可能出现的，因为在安装时不能使此处间隙过大、否则将会 使辊系不稳定，在轧制时产生振动。因此该间隙的选择很重要，即：既要保证辊系在轧制 过程中的稳定性，又要使同一轴承坐的一立柱载荷分配尽量均匀。 2立柱载荷分布规律的实验分析1 山机烨受力情况很复杂，前面的理论分析只能定性地给出立柱载荷分布规律。因 附表部分实验数据 Table Exeprimental data 压力传感器 P,(1产) P(2“) P(3-) P,(4=) P(0) P+P:+P+P 1.92 0.91 0.84 1.88 5.69 5.55 位置1-1的 2.49 1.32 1.26 2.51 7.76 7.58 实验数据 3.45 2.05 1.92 3.54 11.17 10.96 4.34 3.22 2.52 4.51 14.81 14.59 2.48 1.23 0.48 1.35 5.72 5.54 位学2-2的 3.50 I.88 0.68 1.94 8.26 8.00 实验数据 5.84 3.64 1.56 3.12 14.48 14.16 8.08 5.22 2.35 4.15 20.21 19.8 3.96 2.25 0.51 129 8.16 8.01 位置3-3的 6.23 3.80 0.89 2.03 13.16 12.95 实验数据 8.13 5.15 1.35 2.50 17.35 17.13 9.56 6.17 1.56 2.99 20.62 20.28

· 5 4 ( ) · 北 工乙J 科 主芝 大 919 3年 N o . 5 , 2 一 告 (尸 比 一 M / “ , 式 中 : M 是轴 承座 弯 曲 变形时 、 求材 时 的变形 协 调 条件 为 : 八 B (尸 . 、 尸 2 、 尸 ` , : 、 N ( 、 刀 2 ) = ( 7 ) 滑道施 加给 轴承 座 的静 不 定 力矩 。 石八 . H 式 中 ; / 八 、 。 是 包 括 静 不定 力 在 内 的所 有 载 菏 作 用 下 , 轴 承 座 A 、 B 两 点 间的 水 平位 移 。 占A 。 为安装 后轴 承 与支架 配 合处的 间隙 。 按安 装 规范 要求 : j A .、 = .0 25 m m 。 通 过结 构 及受 力分 析可 知 , 静 不定 力矩 M 仁t 的 大小受 以 下 3 个 因索的 影响 : ( 1 ) 盯 值受 轧 制 力大 小 的 ; ;珍响 。 轧 制 力越 大 , 轴 承 座的 夸曲 变 形越 大 , 则 《p }一尸2 ) 值也越 大 , 静 不定 力矩 M 位也越 大 。 ( 2) 轴承 座的 弯曲 变形还 与轴承 座的 材质 有关 。 因 为在同 样轧 制 力条件 下 , 轴 承座 的 材质不 同 , 其 弯曲 变形量 也 不同 , 最终 影响 静 不定 力矩的 人小及立 柱载 荷分 布的 不同 。 ( 3 ) 支架 淞道 与轴 承座 配合 处的 间隙 对 立 柱载荷 分配 也有 很 大影 响 。 当安装 后的 原始 间隙大 J 几 外 力作用 后轴承座 的 变形量 时 , 理 论 上讲 , _ 亿柱 载荷 是均 匀分 配的 , 即静不 定力 矩为零 。 这种情 况 实际 上是 不可 能 出现的 , 因 为在 安装 时 不能 使此处 间隙过 大 , 否 则将 会 使辊 系 不稳定 , 在轧制时 产 生振 动 。 因此 该间隙 的选择 很 重要 , 即: 既要保证 辊 系在轧 制 过 程 中的 稳定性 , 又 要使 同 一轴 承座 的 了立 柱载荷 分 配尽 量均 匀 。 2 立柱载荷分布规律的实验分析!31 由 J 几机座受 力情况很 复杂 , 前 l有i的理论分 析只 能 定性地给 出立 柱 载简分 布 规律 。 因 附表 部分实验数据 T a b l e E x e P r i m e n t a l d a t a 少长力传感器 (P] 1勺 尸刃二 尸 , ( 3二 0 . 8 4 1 . 2 6 1 . 9 2 2 . 5 2 0 一 4 8 0 . 6 8 1 . 5 6 2 . 3 5 0 . 5 1 (乡 . 8 9 】 . 3 5 1 . 5 6 刁 4勺 ()P (0 勺 lP 十 尸寸尸什凡 1 . 9 2 2 . 4 9 3 . 4 5 4 . 3 4 2 . 4 8 3 . 5 0 5 . 8 4 8 . 08 3 . 9 6 6 . 2 3 8 . 1 3 9 . 5 6 0 . 9 1 位践 1一 l 的 实验 数据 1 . 32 2 、 0 5 3 . 2 2 1 . 2 3 1 . 8 8 3 . 6 4 5 . 2 2 2 . 2 5 1 . 8 8 2 , 5 ! 3 . 54 5 . 6 9 7 . 7 6 1 1 . 1 7 位置 2 一 2 的 实验数据 5 . 5 5 7 , 5 8 10 . 9 6 14 . 5 9 5 . 5 4 8 . 0 0 位跪 3一 3 的 实 验数据 3 . 8 () 5 . 1 5 6 . 1 7 4 . 5 1 1 . 3 5 1 . 9 4 3 . 1 2 4 . 1 5 1 2 9 2 . 0 3 2 . 5 0 2 9 9 】4 . 8 1 5 . 7 2 8 . 2 6 14 一 4 8 20 . 2 1 8 . 16 】3 . 16 1 7 . 3 5 20 . 6 2 ! 4 . 】6 1 9 , 8 8 . 0 1 1 2 . 9 5 1 7 . 1 3 2 0 . 2 8

Vol.15 No.5 候建新等：LGY型短应力线轧机立柱载荷分布的规律 ·541· 此，要定量地描述立柱载荷的分布规律， 3212 13 1# 只能利用实验和统计方法。事实表明，这 样做不但能找出立柱载荷分布规律，而且 这种分布规律还很切合实际。以GY250 3种 轧机为例，其具体做法是：采用电测法进 312112 行实验、立柱编号及加载位置如图5所 示。测得的部分数据见附表。 图5立柱编号及加载位置示意图 用附表中数据由最小二乘法拟合直线 Fig.5 Number of tie-rod and loading position 方程。当轧制力作用于轧辊中间时，线性 回归方程为： P1=0.27P0+0.449;P2=0.247P0-0.621 P3=0.194P0-0.288;P4=0.289P0+0.262 以上公式表示了每一立柱受的力与总轧制力的关系（单位kN)。 3结论 (1)轧辊传动端与非传动端辊颈上载荷的分配取决于轧制力作用的位置。轧制力作用 位置不同、辊颈上载荷分配就不同。如式(2)、(3)表示。这种载荷分配的不均匀性是不 可避免的。 (2)同1种轴承座内两根立柱所受的载荷也是不相同的，靠近支架滑道处的立柱受力 较大，其分配规律如式(6)、(7)所示。随着静不定力矩M的变化，二立柱受力的差值 也在变化。M值的大小受轧制力及轴承座的材质等因素的影响。 参考文献 1钟廷珍.重型机械，1983，(7)：56~62 2候建新.GY型轧机结构和力学性能分析：[硕士论文].北京：北京科技人学，1988 3张如一等.实验方法力分析实验指导.北京：北京清华大学出版社，1982.131~150

V o l . 1 5 N 0 . 5 候建新等二 L G Y 型 短应 力线轧机 立柱载荷分布的 规律 ’3 2 矛 l 省 “ 冒 ” 「i _ } i ! } 「 一 下 ! } 图 5 立柱编号及加载位置示意图 F i g . 5 N u m b e r o f t i e 一 r o d a n d l o a d i n g P o s i t i o n 回归 方程 为 : 此 , 要 定 量 地 描 述 立 柱 载 荷 的 分布 规 律 , 只 能 利 用 实 验和 统 计方法 。 事 实表 明 , 这 样 做 不 但能 找 出立 柱载 荷 分布 规律 , 而且 这种 分布 规 律 还 很 切 合实 际 。 以 G Y 2 50 轧 机 为例 , 其具体做法是 : 采 用 电测 法进 行 实 验 , 立 柱 编 号 及 加 载 位 置 如 图 5 所 示 。 测 得 的部 分数 据见 附表 。 用 附 表 中数 据 由最小 二乘 法 拟 合直 线 方 程 。 当 轧制 力 作 用于 轧 辊 中 间时 , 线 性 P I = 0 . 2 7 P o + 0 4 4 9 ; P Z = 0 . 2 4 7 P o 一 0 . 6 2 1 P 3 = 0 . 19 4 P o 一 0 . 2 8 8 ; P 4 = 0 . 2 8 9 P o + 0 . 2 6 2 以 上 公式 表示 了每一 立柱 受 的力与 总轧制 力 的关 系(单位 k N ) 。 3 结 论 ( l) 轧辊传 动端 与非传动端辊颈 上载荷 的分配取 决于 轧制 力作 用的位 置 。 轧制 力作 用 位 置不 同 , 辊颈 上载 荷分配就 不 同 。 如式 (2) 、 ( 3) 表示 。 这 种载 荷分配的 不均 匀性是 不 可避 免的 。 ( 2) 同 1 种 轴承座 内两 根立 柱所 受 的载荷 也是 不相 同的 , 靠近 支架滑 道处 的立 柱受力 较大 , 其分配 规律如 式 ( 6) 、 ( 7) 所示 。 随 着静不定 力 矩 M 的变化 , 二立 柱受 力 的差值 也在 变 化 。 M 值的大 小 受轧制 力 及轴承 座的 材质等 因素 的影 响 。 参 考 文 献 钟廷 珍 . 重 型机 械 , 19 8 3 , ( 7 ) : 5 6一 6 2 候建 新 . G Y 型轧机 结构 和 力学 性能 分析 : {硕士 论文 ] . 北京 : 北京 科技 大学 , 19 8 8 张如 一等 . 实验 方法 力分析 实验 指导 . 北 京 : 北 京清 华大 学 出版社 , 19 82 . 131 一 150