两辊斜轧穿孔机辊管间作用力的测定方法.pdf

本发明涉及一种应用力平衡测定两辊斜轧穿孔机辊管间作用力的方法。
    尽管两辊斜轧穿孔机在热轧钢管生产实践中已被广泛应用近百年，可对斜轧穿孔受力情况所作的分析与测压却一直未能查清即测得其辊管间的作用力，这是因为历来的分析都是在忽略导板力影响条件下去分析管对变形工具的反力，并将管对轧辊反力分解成管的径、切、轴三向分力PCosΦ、PSinΦ及T，而将管对顶头的反力误认为只有其对被穿管每个变形区的顶头轴向阻力Q/2存在，却漏掉了管对顶头的径、切2向分力，而实际上又只能测得顶头轴向反力及管对辊的径向轧制压力2个分力。由于只分析出管对轧辊、顶头2个反力的6个分力中的4个，却漏掉了2个，而且又只测得所分析出的4个分力中的2个，故始终未能查清即测得其辊管间或管与顶头间作用力的大小、方向及作用点随穿孔轧制过程的变化实况。这不仅对穿孔机的设计、穿孔工艺制定、穿孔机生产能力和操作技术水平的提高有严重影响，还给为查清辊管间摩擦传动的特殊规律、穿轧条件跟穿轧现象与结果间的因果对应关系以及科研教学等工作带来了困难。

    本发明的目的旨在根据现有技术中存在的问题对其进行改进，同时提出一种可以准确方便地测定辊管间作用力的方法，使人们可以十分清楚地了解并掌握辊管间作用力随轧制过程的变化实况，以对生产和科研教学提供充分的帮助。

    为实现上述目地，本发明将施加在管的同一个变形区的两个空间外力即顶头对管的外力和轧辊对管的外力分别在它们各自的坐标系上分解，同时测得轧辊的轴向力，然后根据稳轧力平衡求得辊管间作用力。

    图1所示为本发明YZ、YZ平面力平衡示意图。

    图2所示为本发明XZ、XZ平面力平衡示意图。

    图3所示为本发明XY平面力平衡示意图。

    如图所示，设立辊坐标XYZ和管坐标系X｀Y｀Z｀，X轴与X｀轴重合，为两辊辊心连线，YZ平面与Y｀Z｀平面重合，Z｀轴为管1轴线，Z轴平行轧辊3轴线，Y与Y｀、Z与Z｀交角等于辊管轴交角α，将施加在管1的同一个变形区的两个空间外力即顶头对管1的外力qN和轧辊3对管1的外力qN分别在XYZ和X｀Y｀Z｀坐标系上分解出管的径、切、轴三向分力qX｀、qY｀、qZ｀及轧辊3的径、切、轴三向向分力PX、PY、NZ。根据稳轧状态下力平衡∑X｀＝0、∑Y｀＝0、∑Z｀＝0可得出：qX｀＝PX、Py·Cosα＝qY｀+Nz·Sinα、Py·Sinα+Nz·COSα＝qZ｀，即：

    qX｀＝Px、Py＝ (q、z-NZ·Cosα)/(Sinα) 及qy｀＝Py·Cosα-Nz·Sinα，

    从顶杆小车上的压头可测量得到管1对顶头2的轴向反力2qz｀，从轧辊两压下螺丝可测量得到轧辊轧制压力PX＝P1+P2，本发明提出从轧辊自由端轴承箱两边全部用测力传感器制成的连接螺栓上测量得到轧辊的轴向力NZ，根据上面的公式由此可得到qN和PN的全部6个分力。这样就可以得到辊管间的作用力：PN＝Px2+Py2+NZ2]]>，其方向： X＝PX/PN、 Y＝Py/PN、 Z＝NZ/PN，其作用点：eX＝b/2、ey＝bPy/2PX、eZ＝（P1-P2）·1/2PX，轧辊轧制力矩：M＝PX·ey+Py·RZ2-eXZ]]>，其中ex、ey、ez分别为合力PN作用点的X、Y、Z坐标，b为两辊面最小距离，P1、P2为左右压下螺丝测量压力，1为两压下螺丝间距，RZ为轧辊最大半径。

    与现有技术相比，本发明对两辊斜轧穿孔机辊管间作用力所作的分析是基于在被穿管的两个对称变形区的每个内外减壁变形区上来自顶头和轧辊的两个空间外力，并将它们在管、辊坐标系上分解出径、切、轴6个分力，根据稳轧力平衡，同时测得轧辊轴向力，因此可得到辊管间或管与顶头间作用力的大小、方向及作用点随穿孔轧制过程的变化实况。这不仅为穿孔机设计、穿孔工艺制定、穿孔机生产能力和操作技术水平的提高以及穿孔力能参数的计算提供了原始数据、理论依据和解决问题的方法和手段，也为查清辊管间摩擦传动的特殊规律、穿孔条件和穿孔现象与结果间的因果对应关系以及树立对斜轧穿孔的正确认识提供了依据，因此，这对斜轧穿孔的生产、科研及教学工作都会有非常积极的影响。