趙 崠

（太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所， 山西 太原 030024）

矯直輥具有輥徑與輥身長(zhǎng)度之比很小的特點(diǎn)，造成矯直輥的強(qiáng)度與剛度都很低，因此在矯直輥上設(shè)置了多排支承輥以增加強(qiáng)度和剛度。寬厚板矯直輥承受矯直力大，支承輥在過(guò)大的支反力作用下會(huì)造成輥面裂紋與表面剝落的發(fā)生。

以下以1 臺(tái)9 輥寬厚板矯直機(jī)為例，計(jì)算各排支承輥受力，按最大支反力分析支承輥強(qiáng)度。

1 寬厚板矯直機(jī)輥系的主要技術(shù)參數(shù)

1.1 支承輥

支承輥參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 支承輥參數(shù)

1.2 矯直輥

矯直輥身半徑為110 mm；矯直輥身長(zhǎng)度L2為3600 mm。

2 計(jì)算各排支承輥支反力

各排支承輥布置與所受的支反力見(jiàn)圖1 所示。

圖1 支承輥布置與受力（mm）

由圖1 可以看出，在得出整個(gè)矯直輥上各支點(diǎn)的彎曲力矩Mi后，就可進(jìn)一步求出各支點(diǎn)的支反力Ri；各支點(diǎn)的支反力Ri可通過(guò)分段求出各段的支反力，再將相同支點(diǎn)的支反力相加得出。如：支反力R1由0～1 段的支反力R1'和1～2 段的支反力R1"組成。

通過(guò)計(jì)算已知各支點(diǎn)的彎曲力矩：M1=M6=-0.5×108N·mm，M2=M5=-0.65×108N·mm，M3=M4=-0.61×108N·mm，M7=M0=0[1]

2.1 計(jì)算支點(diǎn)0 的支反力R1

2.2 計(jì)算支點(diǎn)1 的支反力R0

式中：A1'、A1" 為只考慮由該段外載荷對(duì)支點(diǎn)1 產(chǎn)生的支反力，N；A1'=q·l1'-A0=2428.72×275-144396.19=N；q=2428.72 N/mm[1]；l1=275 mm[1]。

2.3 計(jì)算支點(diǎn)2、3 的支反力R2、R3

由圖1 可以看出，1-2 排、2-3 排、3-4 排的作用載荷相同，故A2'+A2"=A3'+A3"=A1'=667898 N。

由于R7=R0，R6=R1，R5=R2，R4=R3，故求出R1、R2、R3后，可得出整個(gè)矯直輥上各支點(diǎn)的支反力，其中R2為最大支反力。

3 支承輥強(qiáng)度校核

支承輥垂直布置于矯直輥上，輥間接觸區(qū)主要應(yīng)力分布見(jiàn)圖2 所示；由于支承輥采用簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)，除應(yīng)對(duì)輥間接觸區(qū)應(yīng)力進(jìn)行校核外，也需對(duì)兩軸頸所受剪切應(yīng)力進(jìn)行校核。

圖2 支承輥與矯直輥接觸區(qū)主要應(yīng)力分布（mm）

式中：E 為鋼質(zhì)彈性模量，2.1×105N/mm2；q1為支承輥與矯直輥接觸表面單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷，N/mm。

3.1 校核輥間接觸區(qū)應(yīng)力

在輥間接觸區(qū)需按最大支反力R2校核最大壓應(yīng)力σmax、輥體內(nèi)最大切應(yīng)力τ1max、最大反復(fù)切應(yīng)力τ2max。

3.1.1 計(jì)算最大壓應(yīng)力σmax

支承輥受彎矩產(chǎn)生的支反力沿軸向均布作用在輥面上，輥間接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部的彈性壓扁，材料變形處于三向壓縮狀態(tài)，形成半橢圓形分布的壓應(yīng)力，沿法向壓應(yīng)力最大。

3.1.2 計(jì)算輥體內(nèi)最大切應(yīng)力τ1max

輥體內(nèi)最大切應(yīng)力在接觸點(diǎn)處其值為零，沿著Y 方向逐漸增大，在距接觸表面Y=0.78b 處達(dá)到最大切應(yīng)力τ1max。

3.1.3 計(jì)算最大反復(fù)切應(yīng)力τ2max

最大反復(fù)切應(yīng)力τ2max沿著X 方向反復(fù)交變存在，也是造成輥面剝落的原因，在距接觸表面Y=0.56，X=±0.856b 處達(dá)到最大反復(fù)切應(yīng)力τ2max。

τ2max=0.256σmax=0.256×1664.95=426.23 MPa≤[τ1]

3.2 計(jì)算軸頸剪應(yīng)力

支承輥兩軸頸受剪，剪力之和等于支反力。

支承輥強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

4 結(jié)論

以上各項(xiàng)分析得出，雖然輥間接觸區(qū)中法向壓應(yīng)力最大，但材料變形處于三向壓縮狀態(tài)，故能承受較高的壓應(yīng)力，不致造成影響；而切應(yīng)力的影響更容易造成輥面的開(kāi)裂和輥面剝落；軸頸剪應(yīng)力雖然較小，但軸頸相對(duì)輥徑差值很大，截面突變很容易在軸頸根部形成應(yīng)力集中，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的過(guò)渡區(qū)防止應(yīng)力集中而造成斷裂。

寬厚板矯直機(jī)矯直輥受力大，通過(guò)增加支承輥的數(shù)量可提升矯直輥的剛度和承載能力，但在有限的矯直輥身長(zhǎng)度上，過(guò)多增加支承輥的數(shù)量也必然會(huì)相應(yīng)的減少支承輥身長(zhǎng)度，造成接觸應(yīng)力增加，在設(shè)計(jì)中需兼顧兩者的平衡關(guān)系。