第3章 板形与板凸度控制的执行机构
3.1 WRB
改善板形最常用、最基础的方法，就是采用液压弯辊。液压弯辊的基本原理是：通过向工作辊或者支撑辊辊颈施加液压弯辊力，来瞬时的改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢沿横向延伸的分布。只要根据具体的工艺条件来适当的选择液压弯辊力，就可以达到改善板形的目的。
图3-1和图3-2为液压弯辊系统的基本部件。由图可见，工作辊轴承座与对应的支持辊轴承座之间的分开力（系统A），或者工作辊轴承座本身之间的分开力（系统B），都是由液压缸提供的。
图3-1 工作辊弯辊
图3-2 两种液压弯辊系统
根据弯曲的对象和施加弯辊力的部位不同，液压弯辊可以分为工作辊弯辊和支撑辊弯辊两种方式，每种方式又有正弯和负弯两种。在工作辊辊身长度与工作辊直径D1的比值L/D<4～5的板带机上，一般采用弯曲工作辊法。
WRB即工作辊弯辊，液压弯辊力通过工作辊轴承座传递到工作辊辊颈上，使工作辊发生附加弯曲，其凸度控制的能力视弯辊力的大小而定［1］。弯工作辊较为灵活，结构简单，弯辊力较小，节省功率，又能达到满意的辊型控制效果，因此，工作辊弯辊在板带轧机上应用较广。然而，在实际的使用中，弯辊提供的凸度范围受到工作辊轴承所能承受的最大载荷以及工作辊刚度等的限制。
3.1.1 弯辊力的配置
对系统A来说，当增大弯辊力时，轧辊的有效凸度即减小；相反地，当减小弯辊力时，有效辊身凸度即增大。由于这些力可在轧制过程中加以控制，从而构成快速动作的板形控制系统。
3.1.2 工作辊正弯
工作辊正弯［图3-3（a）］是将液压缸安放在两工作辊轴承座之间（与工作辊平衡缸相类似）。弯辊力S1所产生的工作辊挠度，使轧制力作用于工作辊时的挠度减少，从而改变承载辊缝形状和轧钢后钢板横向断面的延伸分布，起到改善板形的作用。其优点是结构简单，弯辊缸可安放在平衡缸的位置上，同时起平衡缸的作用，在新轧机和旧轧机的改造上都是可用的；在咬钢和抛钢时用不着切换，操作简便；工作辊的凸度可以减小，甚至磨成平辊，减少了轧辊磨削工作量。其缺点主要是当调整弯辊力时，要改变轧机的压下负荷，从而影响了板材的纵向厚差，成为厚度自动控制系统的一个干扰量，需按要求进行补偿；其次，使工作辊和支撑辊间在辊身边缘处的接触应力有所增大，增加了这一部位疲劳剥蚀的可能性。
图3-3 工作辊弯曲法
3.1.3 工作辊负弯及其控制
工作辊负弯［图3-3（b）］是将液压缸安放在工作辊轴承座与支撑辊轴承座之间。弯辊力S1所产生的工作辊挠度，使轧制力作用于工作辊时的挠度增大，从而改变承载辊缝形状和轧钢后钢板横向断面的延伸分布，起到改善板形的作用。其优缺点与工作辊正弯恰好相反。由于负弯辊力对工作辊和支撑辊来说是个内力，故在调整弯辊力时不影响压下负荷，因此对压下系统的干扰很小。
不管是工作辊正弯还是负弯，都会加大工作辊辊颈和轴承的负荷，降低其承载能力及使用寿命。
当采用正弯工作辊时，支撑辊辊身边缘处可磨成一定的锥度，这样可以大大降低工作辊和支撑辊间接触压力和工作辊辊颈的应力，增大轧辊表面接触和工作辊辊颈的疲劳寿命，同时还可增大弯辊效果，减少所需的弯辊力。
综上所述，采用工作辊正弯的方法较好，工作辊负弯的方法次之，最好是两种方法同时采用，这样可以扩大辊型调节范围，甚至可以采用一种辊型或圆柱形辊面的工作辊来轧制各种不同规格的带材。因此，在带钢连轧机中，前面几个机座只采用正弯辊装置，后面几个机座则正、负弯辊并用。
3.1.4 合理弯辊力的设置
我们知道，只要根据具体的工艺条件来适当的选择液压弯辊力，就可以达到改善板形的目的。因此，计算弯辊力时，必须考虑轧制工艺方面的要求，此外，还必须从轧机的强度和使用寿命方面进行分析。在确定弯辊力时要注意：不能由支撑辊和工作辊间的接触负荷增加，而引起轧辊表面的剥落；不能由径向负荷的增加，而损坏轴承；不能由交变应力的周期性作用，引起轧辊辊颈的疲劳损坏。
斯通等人曾对工作辊弯辊做过数学分析，图3-4为处在空载和受荷状态下的四辊轧机工作辊。这些工作辊具有一定的凸度。该凸度是经过正确选择的，以使在轧制力P的作用下，能获得一个均匀的辊缝，并对带材施加均匀分布的压力。工作辊的径向凸度Δ相当于每一支持辊的弯曲挠度。同时，每一工作辊的挠度为Δ/2。图3-5（a）为作用于下工作辊的诸力。其中，单位轧制力P′是均布力，其值为P/l。在下工作辊的顶部接触带材的挠度曲线方程为y=0。工作辊在端力F的附加作用下变形。见图3-5（b），为了确定应用这一套工作辊弯辊系统所能实现的辊形控制的性质，我们必须计算这一变形曲线的大小与形状。
图3-4 轧辊凸度与轧制力分布示意图
图3-5 作用在工作辊与弹性基础梁上的力与压力分布图
斯通等人是从弹性基础梁的观点研究问题的。结合图3-5（c），K1为表示支持辊和与之相接触的工作辊的弹性接触状态的弹性梁常数；K2则为两个互相接触的工作辊并包括轧件的影响在内的弹性梁常数。如图3-5（d）所示为等效常数，以及作用力与压力的分布状况和弹性基础条件。
斯通在其分析中表明，由于工作辊弯辊引起的辊形为：
（3-1）
式中 F——作用在轧辊两端的工作辊弯辊力；
K——弹性基础梁常数；
Iw——工作辊辊身的惯性矩；
c——力F对辊身边部的力臂；
l——工作辊辊身长度；
x——由辊身边端算起到工作辊辊身任何一点的距离；
Ib——支持辊辊身的惯性矩；
（d+e）——作用在支持辊上的力F的力臂；
d——由支持辊轴承中心线至辊身边缘的距离；
e——由辊身边缘至作用在工作辊与支持辊之间的合力F的作用线的距离。
由上式定义的辊形曲线并不是真正的抛物线。在某些条件下，它具有如图3-6所示的形状。在这种情况下，就有使带材在板边往里四分之一宽度处压下偏大的趋势。
图3-6 工作辊的有效辊型
1—计算所得；2—真正的抛物线形
不管采用的是系统A或者系统B（即工作辊是被压靠拢或者被推分开），均可获得同等的辊形控制量。但系统A却带来一个操作上的困难，那就是当带材离开轧机时，弯辊力会使两个工作辊互相碰击。这样，对于那些不在预压靠状态下工作的轧机来说，当带材离开时，必须实行将液压自动切断，等到下一次进料时再行启用。