Предохранительное устройство

(5 В В 21 В ыал о 1"ОБРЕТ ЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ М АВТОРСКОМУ(71) Колпинское отделение Всесоюзно го научно".исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения Научно"производственного объдиненн фВНИНМЕТИАШ.(56) 1. Авторское свидетельство ССС 9 337172, кл. В 21 В 33/02, 1970.. 2, Авторское свидетельство СССР 9 839637, кл. В 21 В 33/02, 1979.(54)(57) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, преимущественно прокатной клети,включающее пакеты гибких пластин,установленные своей плоскостью параллельно направлению воспронимаемойнагрузки, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью снижения габаритови повышения надежности устройстваза счет увеличения его рабочего хода, оно снабжено выпуклыми гибкимицилиндрическими панелями, установленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены.устройство от величины сближения Хнагруженных краев гибких пластин.Устройство состоит из пакетовгибких пластин 1, установленных вкаждом пакете своими плоскостями параллельно направлению воспринимаемыхсил, вплотную друг к другу и нагруженных по верхним 2 и нижним 3 краям,опирающимся: шарнирно-подвижно (свозможностью поворота), например,на подушку 4 валка и подпятник 5 нажимного устройства. Боковые края бпластин 1 изогнуты по радиусу вплоскости, перпендикулярной воспринимаемым силам, а между пакетами установлены гибкие цилиндрическиепанели 7, выпуклые в плоскости, па-,раллельной воспринимаемым силам,Пластины 1 и панели 7 стянуты посе-,редине их высоты стяжкой 8,Устройство работает следующимобразом.До .тех пор, пока усилие Р, вос"принимаемое подушкой 4 и тем самымпредохранительным устройством недостигнет величины предельно допустимого (верхнего критического) .значения Р, пакет гибких пластин 1сжимается как мополитный блок сечением ЬкЬхп высотой Ь (участок а нафиг. 4) и имеет весьма высокую жест"кость Со, составляющую не менее(пренебрегая подпирающим влияниемизогнутых краев б):с =Ъьи е(,где Ь - длина нагруженного (прямолинейного) края пластины;Ь,Ь - толщина и высота пластинысоответственно;и - полное число пластин в предохранительном устройствеЕ - модуль упругости материалапластин.Это практически не снижает жесткость клети в целом и обеспечиваетвысокую точностьпрокатки.Если усилие в клети достигаетвеличины, равной Рб,то пакеты пластин с изогнутыми боковыми краями бтеряют устойчивость, выпучиваютсяи далее работают .в закритическойобласти деформации на продольный изгиб. Жесткость предохранительногоустройства становится близкой к нулю, обеспечивая надежное ограничение динамических (и статических)нагрузок в клети. При этом изогнутыепо радиусу боковые края б пластин 1выпрямляются в плоскости, перпендикулярной направлению воспроизводимых сил, за счет чего сила Р 8 падаетдо Рн - нижнего критического значения силы. Гибкие цилиндрические панели 7, установленные между пакетами пластин 1, выпуклые в плоскости,параллельной воспринимаемым силам,обеспечивают прилегание друг к другу 30 Недостатком известного устройст.ва является то, что габариты укаэанных предохранительных устройств применительно к наиболее нагружен ным станам горячей прокатки остаются весьма, значительными. Это особен. но сказывается при реконструкции..действующих станов, поскольку в за" данные ограниченные размеры клетей, особенно между подпятником нажимно" го устройства и верхней подушкой 40 валка, не удается вписать предохра" нительные устройства названной конструкцииЦель изобретения - уменьшение габаритов предохранительного устрой ства и повышение надежности эа счет увеличения рабочего хода устройства.Указанная цель достигается тем, что предохранительное устройство, преимущественно прокатной клети, 50 вкЛюЧающЕе пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, снабжено выпуклыми гибкими, цилиндрическими панелями, установ ленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены На фиг. 1 йоказаноепредлагаемое ;предохранительное устройство, верти" 60 кальный разрез по плоскости симметрии; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1 на фиг. 4 - график зависимос. ти усилия Р на предохранительное 65 Изсбретение относится к неразрушающимся средствам защиты от аварийныхи динамических нагрузок, преимущест"венно прокатных станов,Известно неразрушающееся предохранительное устройство, включающеепакет пластин, разделенных по краямв местах соединения прокладками ирасположенных своими плоскостямипараллельно направлению воспронимаемых сил, за счет потери устойчивости и продольного изгиба пластин устройство обеспЕчивает зашиту клети прокатного стана от динамических нагру"зок 1,1,Недостатками устройства является 15малая предельно передаваемая нагрузка и допускаемый рабочих ход. Поэтому область применения устройствадаже при использовании в качестве пластин лучших пружинных сталей и 20 сплавов ограничена станами холодной прокатки труб.Наиболее близким к изобретению является предохранительное устройство, преимущественно прокатной 25 клети, включакщее пакет гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимае" мой нагрузки2).1011288 вплотную пластин 1 в пакетах, например за счет стяжки 8, расположенной посередине высоты пластин 1 и панелей 7. Кроме того, направлением своих, выпуклостей панели 7 задают однозначное направление выпучнвания пластинами 1. Наилучшим направлением выпучивания пластин 1 для обеспечения наибольшего хода устройства является, очевидно, такое, прн котором оба главных напряжения в каждой 10 точке поверхности пластин одного знака, т.е. в исходном положении выпуклости панелей 7 и пластин противонаправлены.. После выхода из валков раската, 15 приВедшего к перегрузке, пластины 1 и панели 7 распрямляются, возвращая подушку 4 валка в исходное положе- ние ЕЕ (3) Выражения (1) и - (3) полученыиэ следующих соотношений:Как показывают сравнительныерасчеты, верхняя критическая нагруз. ка для каждой пластины 1 с изогнутымибоковыми краями б и тем более длятонкостенного стержня (при 1Ь)открытого профиля значительно вышеверхней критической нагрузки дляплоского участка АВСД (фиг, 3) пластины свободно (шарнирно-подвижно)опертой по всем четырем краям и сжатОЙ по Двум прОтивопОлОжным АО и ВСДля пакетов иэ и изотропных пластин .постоянной толщины в упругой областидеформации значение Р можно определить из известного соотношения пренебрегая Подпирающим влиянием гибких цилиндрических панелей 7ЕЬО. Э 3ИО-Ч,где О - изгибная жесткость цластины 1щ - целое число, выбираемое та-ким образом, чтобы обратить 35 в минимум множитель е 4/Ь++ Ь/щЬ; в практических расчетах при 1/Ь1,6 с погрешностью не более 5 можно положить ш = Ь/Ь.40 В результате потери устойчивостКпластин усилие падает до величиныР (участок сГ фиг. 4). При дальней"шем сближении нагруженных краевпластины переходят к новойформе рав.45 новесия (участок В )с образующей,перпендикулярной направлению цркло".женного усилиям и с жесткостью,близкой к нулевой. В закритическойобласти деформации напряженное сост 5 О тояние каждой пластины может быть-описано двумя главными направления-:ми 0, б;1 7 О на растянутой сторонеповерхностиот изгиба в двух взаим"но перпендикулярных плоскостях. нф)(1) хд, = Рв г е.Х большего значения ине высоты Ь клас авляет при нрогкбе учкванки)к соо усилии Р (в част му прогибу 3, соот Р) т Наи,и состком выпщем емукбольшеусилие О достигаеФины (фкг.З), (поцереч- ветствуюности на- ветстдует Предлагаемое устройство ввиду его компактности можно использовать не только при проектировании новых рабочих клетей прокатных станов, но и при реконструкции действующих. Благодаря. использованию более тонко.стенных пластинок при том же усилии ,срабатывания можно обеспечить в несколько раз больший ход и тем самым более надежную защиту от аварийных и динамических нагрузок.Наилучшей формой боковых краев пластин 1 является круговая цилинд-. рическая поверхность постоянного радиуса И, определяемого расчетным путеМ в.:зависимости от требуемых параметров предохранительного устройства и механических характеристик материала пластин по формулеХВ(И Рб ВйА йИОУИф д - максимальный (допустимый)ход предохранительного устройства, равный сближениюнагруженных краев 2 и 3. лпластину;О) - предел:упругости материаФ ла пластин;сС - исходный угол, характеризующий длину круговой цилиндрической поверхностибоковых краев.Прк заданной высоте пластин Ь полное чксло их в предохранительномустройстве определяется выражениеми, округленным до целого числаиМ ЕэРЬ(сЪ р ц-Уф ) ра ( (2)У а уЖ + 4 Ж где .4 - коэффициент Пуассона.Значение(или Ри) определяется, исходя из того, чтобй устройство возвращалось под действием сил упругости в исходное положение, йреодо-: левая усилия переуравновешивания.Толщина каждой пластины состав- ляет(б) При исходном постоянном радиусе Й значение Оа практически постоянно на всем участке поверхности загнутых боковых краев 6 пластин (на плоскости, ограниченной контуром АВСД 6 =0):й102 К Соотношение между Р, Ри У можно представить с погрешностью до 1 с помощью известной формулы Мизеса, расширив ее область применения на большие значения У . Вводя дополнительный сомножитель Рн/Р--- (8 или при 1,0 Л Р/Р 1,15(Ох/(.0,25) с ошибкой не более 2 можно в выражении (7) пренебречь величиной 1 ( Р1)6 Р25 Ъ - . -йл/2 (Р-Ри) Ри(9) тической нагвыражением силы с учетом астин по сравсткостью в(15) 30 Проведенные статистические .и динамические испытания подтверждаютразработанную методику расчета пакетов гирких пластин с изогнутыми по 5 радиусу боковыми краями и позволяютустановить наименьший угол О(.(фиг.2),при котором удовлетворительно выполняется соотношение (4): Ыи.в = 7 Г/б.0 Максимальный угол составляет оче)видно оущХ= Щ/2, Поэтому наилучшеезначение исходного (при изготовлении= й/Ь. Необходимая величина зазораЬ (фиг. 2) между пакетами пластин 1и панелями / равна(10) Значительное уменьшение габаритови массы предлагаемого устройства(в 6-8) раз по сравнению с прототипом достигается благодаря применениюзначительно более тонкостенных пластин с изогнутыми боковыми краями посравнению с толщиной плоских пластин 60 при равных верхних критических уси,лиях. Кроме того, максимальный ходПредохранительного устройства можетдостигать 10-12 от их высоты, чтов 3-4 раза превышает ход устройствапо принятому прототипу и превышает(12), причем, посколшей величины (Подставляяполучают, напр где В - полная ширина пластины (Фиг. 3) Величина нижней крирузки Р определяетсяЭйлеровой критическойповышения. жесткости плнению со стержневой же(с И ЕЪ 11 лГЖЗТГСвязь между немалым продольным перемещением (сближением нагруженных краев) Х и поперечным прогибом У для пластинки со свободными боковыми краями точно задается в параметрической форме относительно угла поворотаопорных краев через выражения, содержащие эллиптические интегралы Лежандра. Разложив их в ряды удержав по одному члену каждого ряда и исключив (, получим с погрешностью менее 3 при Ь/х Ы 8 + 1014(л-х(11)7 ГПриравняв выражения (9) и (11), дифференцируя по Х и полагая х 74 Ьй бесконечно малой по сравнению с х/Ь, получают после упрощения выражение для жесткости предохранительного устройства на участке 3 (фиг. 4)(13) где С - жесткость пакета на участке 0 (фиг. 4).Из выражения (13) видно, что Сй - (10-4 - 10 ) Са при Ь/и =100-400 соответственно с ростом Ь/и значениястановятся еще меньше. Таким образом, с достаточной точностью можно полагать СВ = О, а величину Р на участке д (фиг. 4). равной нижней критической силе Р = Ри- соитийИсходные выражения для й, и, Ь при заданных значениях ,) получают из совместного решения уравнений (4-7, 10, 11), полагая при У = Уд; Р = РИ6 = Оа. =6 и пренебрегая для простоты Хд/4 Ь по сравнению с единицей. При этом значения В и Ъ последователнэ вычисляются по Форму" лам1011288 г ВНИИПИ Заказ 2633/12Тираж 814 Подписное Ъ Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Прое тем самым надежность защиты клети итрансмиссии привода от перегрузок. Устройство может быть вписано нетолько под нижней подушкой валка,но и между нажимным винтом и верхнейподушкой, что значительно удобнее вэксплуатации, причем не только длявновь проектируемых, но и для реконструируемых станов .