CN102207439B

CN102207439B - 一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备

Info

Publication number: CN102207439B
Application number: CN 201110066717
Authority: CN
Inventors: 李长生
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: CN102207439A

Abstract

本发明公开一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备，包括电机、万向接轴、弹性联轴器、工作台、伺服电动缸、传动轴、轧件试样、轧辊试样、连接轴、支撑座、感应加热装置，两电机固定在工作台上，上电机通过万向接轴和上传动轴连接轧件试样；下电机通过弹性联轴器和下传动轴连接轧辊试样；上、下传动轴贯穿上、下支撑座，两支撑座通过连接轴和伺服电动缸连接，伺服电动缸两端分别固定在连接轴上和上支撑座上；伺服电动缸动力由一个伺服电机提供，两试样的接触压力通过伺服电动缸施加；轧件试样上方设有感应加热装置，轧辊试样的圆环表面上方设有润滑冷却装置；设备结构简单，性能稳定，对减少轧辊损耗和提高钢产品质量具有重要意义。

Description

一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备。

背景技术

随着轧钢装备制造水平的提高，轧制技术逐渐向自动化、高速化和智能化方向发展，轧钢生产效率和产品质量控制要求也越来越高。而在轧钢生产过程中，轧辊摩擦磨损造成的轧辊消耗高和对钢材表面质量的影响至今仍是行业内尚待解决的问题。

一种常用的材料表面摩擦磨损状态研究的实验设备是摩擦磨损试验机，现有摩擦磨损试验机在实验过程中摩擦副的作用方式与轧钢过程的轧辊和轧件的作用方式相差甚远，造成模拟结果存在较大的系统偏差；另一种摩擦磨损分析的设备是实验室小型轧机，利用小型轧机进行轧制实验，实验后检测轧辊和轧件的摩擦磨损材料表面状态，实验室轧制实验需要对钢材进行加热、长时间轧制等过程，消耗材料多，成本高。

发明内容

针对现有摩擦磨损试验设备的缺陷，本发明提供一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备，通过模拟实验研究轧辊和轧件表面的摩擦磨损状态，为开发轧辊材料、减少轧辊消耗和提高钢产品表面质量提供一种工艺实验研究平台。

本发明提供的实验设备，包括上电机、下电机、万向接轴、弹性联轴器、工作台、伺服电动缸、上传动轴、下传动轴、轧件试样、轧辊试样、上支撑座、连接轴、下支撑座、感应加热装置，上电机、下电机固定在工作台上，上电机通过万向接轴和上传动轴连接轧件试样；下电机通过弹性联轴器和下传动轴连接轧辊试样；轧件试样位于轧辊试样正上方，两试样相接触；上传动轴贯穿上支撑座，下传动轴贯穿下支撑座；上、下支撑座通过连接轴和伺服电动缸连接，伺服电动缸一端固定于连接轴上，另一端固定于上支撑座上；伺服电动缸的动力由一个伺服电机提供，通过伺服电机的控制改变伺服电动缸施加在轧件试样和轧辊试样上的压力；感应加热线圈设置在轧件试样上方。

所述轧辊试样的旋转出口侧圆环表面上方设有润滑冷却装置，本发明设轧辊试样顺时针旋转，润滑冷却装置由喷嘴、管路、水泵和乳化液箱组成。

实验时，上电机、下电机分别通过万向接轴、弹性联轴器带动轧件试样和轧辊试样周向转动，轧件试样和轧辊试样均为圆盘状，两试样的转动速度由上、下电机控制，伺服电动缸将伺服电机的转动转换为推杆的直线运动，从而形成对轧件试样和轧辊试样施加的压力；实验过程中，接通感应电源，通过感应加热线圈对轧件试样进行加热，利用水泵从乳化液箱中抽取乳化液，再通过喷嘴向轧辊试样喷射乳化液的方式对其进行冷却和润滑，轧件试样和轧辊试样的接触压力和转速分别根据轧制过程的轧制力和前滑值确定；实验结束后，取下轧件试样和轧辊试样，对试样进行形貌和组织观察分析。

本发明的有益效果是：该实验设备结构简单，性能稳定，且测得模拟分析数据误差小，适用于轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损状态的模拟，对轧辊制造业和轧钢行业开发轧辊材料、减少轧辊消耗和提高钢材产品表面质量具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的设备整体结构示意图；

图2是图1的向视图；

图中1上电机，2下电机，3万向接轴，4弹性联轴器，5工作台，6伺服电动缸，7上传动轴，8下传动轴，9轧件试样，10轧辊试样，11感应加热线圈，12喷嘴，13上支撑座，14连接轴，15下支撑座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供的实验设备，包括上电机1、下电机2、万向接轴3、弹性联轴器4、工作台5、伺服电动缸6、上传动轴7、下传动轴8、轧件试样9、轧辊试样10、上支撑座13、连接轴14、下支撑座15、感应加热装置和润滑冷却装置，上电机1、下电机2固定在工作台5上，上电机1通过万向接轴3和上传动轴7连接轧件试样9；下电机2通过弹性联轴器4和下传动轴8连接轧辊试样10；轧件试样9位于轧辊试样10正上方，两试样相接触；上传动轴7贯穿上支撑座13，下传动轴8贯穿下支撑座15；上、下支撑座通过连接轴14和伺服电动缸6连接，伺服电动缸6一端固定于连接轴14上，另一端固定于上支撑座13上；伺服电动缸6的动力由一个伺服电机提供，利用伺服电机的闭环控制特性，实现对伺服电动缸6推力、速度和位置的精确控制，以改变伺服电动缸6施加在轧件试样9和轧辊试样10上的压力；感应加热装置由感应电源和感应加热线圈11组成，感应加热线圈11设置在轧件试样上方，其两端连接感应电源；润滑冷却装置由喷嘴12、管路、水泵和乳化液箱组成，喷嘴12设置在轧辊试样10的旋转出口侧圆环表面上方，本发明设轧辊试样10顺时针旋转，如图2所示。

实验时，上电机1、下电机2分别通过万向接轴3、弹性联轴器4带动轧件试样9和轧辊试样10周向转动，轧件试样9和轧辊试样10均为圆盘状，两试样的转动速度由上、下电机控制，伺服电动缸6将伺服电机的转动转换为推杆的直线运动，从而形成对轧件试样9和轧辊试样10施加的压力；实验过程中，接通感应电源，通过感应加热线圈11对轧件试样9进行加热，利用水泵从乳化液箱中抽取乳化液，再通过喷嘴12向轧辊试样10喷射乳化液的方式对其进行冷却和润滑，轧件试样9和轧辊试样10的接触压力和转速分别根据轧制过程的轧制力和前滑值确定；实验结束后，取下轧件试样9和轧辊试样10，对试样进行形貌和组织观察分析。

本实施例中上电机1、下电机2采用直流电机，因其运转平稳，噪音低，具有良好的运行、启动和制动特性，调速性能平稳，符合试验设备轧件试样和轧辊试样在试验过程中实现不同转速、不同转向的功能要求；所采用的弹性联轴器4传动效率高，承载能力大，有缓冲、减震和提高轴系动态性能的作用，同时万向接轴3和弹性联轴器4还能补偿由于制造和安装误差造成的径向、轴向和角度误差，避免轴端产生过大的附加载荷，缓和轴上的扭转冲击，改变轴系的共振转速，从而减少实验误差。

本实施例采用的主要实验参数如下：

轧件试样9：尺寸为Φ150mm~350mm×50mm~150mm，材料为ST12钢。

轧辊试样10：尺寸为Φ100mm~300mm×80mm~200mm，材料为高CrNi无限冷硬铸铁。

上电机1、下电机2：型号为Z2-41/5.5kW/220V/3000 rpm。

伺服电动缸6：型号为IM40。

感应电源：功率为120kW，频率为30~1000kHz。

润滑冷却装置：乳化液箱尺寸为4m³，不锈钢板制造；水泵功率为7.5kW，流量为4.4

Figure 2011100667172100002DEST_PATH_IMAGE001

，扬程为82米；喷嘴为240°环喷嘴，循环水强制冷却系统。

试样转速：0.3~5m/s。

前滑值：1%~10%。

测得轧件试样9和轧辊试样10之间的接触压力6.7~8.9kN，轧件试样9试验温度为820℃~930℃，轧辊试样10试验温度为189℃~620℃。

Claims

1.一种模拟轧制过程轧辊和轧件摩擦磨损的实验设备，包括上电机、下电机、万向接轴、弹性联轴器、工作台、伺服电动缸、上传动轴、下传动轴、轧件试样、轧辊试样、上支撑座、连接轴、下支撑座、感应加热装置，其特征在于：上电机、下电机固定在工作台上，上电机通过万向接轴和上传动轴连接轧件试样；下电机通过弹性联轴器和下传动轴连接轧辊试样；轧辊试样的旋转出口侧圆环表面上方设有润滑冷却装置，润滑冷却装置由喷嘴、管路、水泵和乳化液箱组成；轧件试样位于轧辊试样正上方，两试样相接触；上传动轴贯穿上支撑座，下传动轴贯穿下支撑座；上、下支撑座通过连接轴和伺服电动缸连接，伺服电动缸连接一个伺服电机，伺服电动缸一端固定于连接轴上，另一端固定于上支撑座上；感应加热装置设置在轧件试样上方。