現(xiàn)代鋁板帶立輥軋機(jī)壓下方案探討

陳長軍

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著鋁加工技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁板帶熱軋機(jī)向著高軋速、大幅寬、高硬質(zhì)合金的方向發(fā)展，立輥軋機(jī)在機(jī)列中的作用愈發(fā)顯得的舉足輕重(圖1)。作為對設(shè)備產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量起決定因素的關(guān)鍵設(shè)備，只有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化的設(shè)備配置，才能最大限度的發(fā)揮立輥軋機(jī)的作用，從而提高企業(yè)的產(chǎn)品競爭力。

1 立輥軋機(jī)的主要結(jié)構(gòu)組成

立輥軋機(jī)一般由主傳動裝置、壓下裝置、軋輥裝置、機(jī)架、輥道等組成(圖2)。

圖1 配置有立輥軋機(jī)的熱軋機(jī)組Fig.1 Hot rolling mill with vertical rolling mill

1-主傳動裝置；2-壓下裝置；3-軋輥裝置；4-機(jī)架；5-輥道圖2 立輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Structure diagram of vertical rolling mill

2 立輥軋機(jī)的壓下裝置

壓下裝置是用于滿足不同寬度的板坯軋制、通過改變左右軋輥橫向位置，實現(xiàn)調(diào)整立輥軋機(jī)開口度，并承受軋制力的關(guān)鍵設(shè)備。

立輥軋機(jī)的壓下裝置主要分為電動壓下和液壓壓下兩種形式。電動壓下是通過交流變頻電機(jī)驅(qū)動絲杠來實現(xiàn)立軋輥的開合，系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，但穩(wěn)定性較好。液壓壓下是通過液壓缸直接推動立軋輥裝置來實現(xiàn)開合，系統(tǒng)響應(yīng)速度快、精度高，同時機(jī)架寬度明顯減小，設(shè)備重量有所降低，具有較大優(yōu)勢。

電動壓下裝置只能在空載的情況下預(yù)調(diào)立輥軋機(jī)的開口度，正常軋制時壓下電機(jī)是不工作的。但液壓壓下是由液壓缸直接推動軋輥移動，具有很強(qiáng)的壓下能力，在軋制工藝需要的情況下能實現(xiàn)帶料壓下，因此在調(diào)整板坯寬度上有著較大優(yōu)勢。

壓下裝置采用液壓壓下的立輥軋機(jī)，壓下液壓缸自身重量較大，且固定在機(jī)架上，拆卸檢修時用天車輔助比較困難。所以為了檢修時方便拆卸液壓缸，立輥軋機(jī)需做一套專用的液壓缸拆卸工具。

3 典型的立輥軋機(jī)配置方案

3.1 一臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+電動壓下

立輥軋機(jī)的主傳動裝置由一臺交流變頻電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)、十字頭萬向聯(lián)軸器、花鍵軸、聯(lián)軸器、減速箱(錐齒輪+斜齒輪)等主要部件組成，如圖3所示。

圖3 “一臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+電動壓下”的立輥軋機(jī)Fig.3 Vertical roll rolling mill with "one drive motor, roll machine synchronous + electrodynamics screw-down”

此方案的優(yōu)點是左右軋輥用同一臺電機(jī)驅(qū)動，左右軋輥裝置的減速箱輸入軸，采用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)機(jī)械同步，控制較易實現(xiàn)。但此種傳動形式，左側(cè)靠近傳動電機(jī)的減速箱、花鍵軸和聯(lián)軸器需要承受兩倍的軋制扭矩，減速箱力能參數(shù)的提升直接導(dǎo)致其制造成本增高，同時花鍵軸設(shè)計時需要將其直徑加大以滿足強(qiáng)度要求，聯(lián)軸器選型也較大。

壓下裝置采用交流變頻電機(jī)傳動，電機(jī)通過傳動花鍵軸前端的絲杠，實現(xiàn)立軋輥的開口度調(diào)整。同時配備有平衡液壓缸，用以消除絲杠螺紋副之間的間隙。電動壓下系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，但響應(yīng)速度較慢。

3.2 一臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+液壓壓下

主傳動裝置與圖3采用同樣的傳動方案，由一臺交流變頻電機(jī)通過花鍵軸和聯(lián)軸器驅(qū)動左右兩側(cè)軋輥，并保證兩側(cè)同步，如圖4所示。

圖4 “一臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+液壓壓下”的立輥軋機(jī)Fig.4 Vertical rolling mill with "one drive motor, roll machine synchronous + hydraulic screw-down”

壓下裝置采用液壓壓下，每側(cè)配有兩個柱塞液壓缸，承載能力強(qiáng)，耐沖擊，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。同時每側(cè)配置一個回程缸，既可在軋制過程中形成一個背壓，還能用來實現(xiàn)快速打開立輥軋機(jī)開口度。

壓下液壓缸內(nèi)置高精度的位移傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊，控制精度高，但液壓缸制造成本略高，且位移傳感器檢修更換不便。

3.3 兩臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+電動壓下

立輥軋機(jī)的主傳動裝置由兩臺交流電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)、花鍵軸、聯(lián)軸器、減速箱(傘齒輪+斜齒輪)等主要部件組成，如圖5所示。

圖5 “兩臺傳動電機(jī)、軋輥機(jī)械同步+電動壓下”的立輥軋機(jī)Fig.5 Vertical roll rolling mill with "tow drive motor, roll machine synchronous + electrodynamics screw-down"

與圖3所示的方案相比，本方案采用兩臺電機(jī)分別驅(qū)動兩側(cè)軋輥，花鍵軸中間通過聯(lián)軸器實現(xiàn)兩側(cè)機(jī)械同步。由于將圖3中的傳動電機(jī)拆分為兩臺小電機(jī)，其轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)迅速，啟動和停止較易控制。本方案花鍵軸只需承受單側(cè)的軋制扭矩即可，花鍵軸和聯(lián)軸器最大載荷為圖3所示方案的一半，結(jié)構(gòu)設(shè)計上更為合理。但采用兩臺小電機(jī)的成本比一臺電機(jī)略高，同時需要配備兩套變頻控制系統(tǒng)，設(shè)備投資略有增加。

壓下裝置采用與圖3相同的電動壓下配置方案，交流變頻電機(jī)通過傳動花鍵軸前端的絲杠，實現(xiàn)立軋輥的開口度調(diào)整。

3.4 兩臺傳動電機(jī)、軋輥電氣同步+液壓壓下

立輥軋機(jī)的主傳動裝置由兩臺交流變頻電機(jī)、十字頭萬向聯(lián)軸器、減速箱(傘齒輪+斜齒輪)等主要部件組成，如圖6所示。

圖6 “兩臺傳動電機(jī)、軋輥電氣同步+電動壓下”的立輥軋機(jī)Fig.6 Vertical rolling mill with "tow drive motor, roller electric synchronous + electrodynamics screw-down"

本方案主傳動裝置的配置形式有以下優(yōu)點，兩側(cè)的軋輥各由一臺電機(jī)傳動，兩臺電機(jī)之間相互獨(dú)立，轉(zhuǎn)動慣量相對較小，響應(yīng)迅速；取消了花鍵軸在減速箱內(nèi)部花鍵套中滑動的方案，通過萬向聯(lián)軸器的伸縮實現(xiàn)開口度的調(diào)整，其工作可靠性大大增強(qiáng)，制造成本大幅降低；由于可伸縮的萬向聯(lián)軸器為非常成熟的標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品，采購非常方便，備件成本較低，同時萬向聯(lián)軸器的檢修和更換也非常容易操作。

由于本傳動方案由電氣控制實現(xiàn)兩側(cè)軋輥轉(zhuǎn)速同步，需要配備兩套變頻控制系統(tǒng)，同步精度不如前面所述機(jī)械同步方案，但立輥軋制速度一般較低，電氣同步完全能滿足設(shè)備控制和生產(chǎn)工藝要求。

4 結(jié)論

基于以上優(yōu)點，現(xiàn)代立輥軋機(jī)左右兩側(cè)傳動系統(tǒng)大多單獨(dú)采用電機(jī)驅(qū)動，中間不采用機(jī)械連接，完全由電氣控制實現(xiàn)同步，這樣省去了花鍵軸、同步軸、聯(lián)軸器等一套復(fù)雜笨重的機(jī)械同步機(jī)構(gòu)，并給軋輥的對中和設(shè)備的安裝檢修操作帶來了極大的便利，這在現(xiàn)代寬幅立輥軋機(jī)上的優(yōu)勢尤為明顯。壓下裝置為液壓壓下，采用活塞液壓缸直接推動軋輥裝置移動來實現(xiàn)立輥軋機(jī)開口的調(diào)整。