Прокатный стан

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН ИВ 21 В 350 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТЕНИЯ НИЕ ИЗ АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ с равными сум- податливостями привод выполн 2-0 5524 7,02 5.05 веденньсилового марными п нтура двигательа и двигательучастковерхнийнижний 84 Бюл Р 18ахтин, С. А. Москвитин, ев, Л,И.Данилов и И.А ок-стани к-станин В.Д,Пл онома соответствии соотношение Всесоюзный институт и единение "Ново- строительный за (53) 621.771.2. (56) 1. Целиков агрегаты металл М "Металлурги2. Королев А с оборудованием лас), М., "Маши с. 102..А.Прокатные прокатных ц ностроение", 1 аши гдеМвенно водов.с;13.станы,ов верхневерхнешек ниж НЫЙ С 1 А 11, в рабочую кле ну с нажимным с подушками лектродвига рансмиссии,со- устр т ержат вами а также ки и соваипри вид ной коэффициент сти элеменК линейной жеди нивающдва перевод тов раб кость о двигателя наа ю щ и й с я ощност е отока, ото, с цел боты прии т л еи клети рутильную жес и поворота раб ью повышения надежносода и точности прокатс ьн валков ти р(21) (22) (46) (72) В,И.П бух (71) ский заочный политехничеПроизводственное объ 4 Ф -нодо.в доДВ.б 11 в.1.ц11 8,1.в э Г 1 подм 11 подцвГ 1 ОМя ,11 СТ - соответст -модули жесткости нижнего и го валковых узлов, нижнего и го подшипниковых узлов, подуних и верхних опорных валков ажимного устройства и станины;М ,М, - модули жест ости трансмиссий привода соответтвенно нижнего и верхнего рабочих алков;Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в главной линии прокатного стана.Известны прокатные станы, включающие станину рабочей клети, валки сподушками и передаточные механизмы,соединительные муфты) и главный 1 О1 электродвигатель 11 .Наиболее близким к предлагаемомуявляется прокатный стан, включающий горизонтальную рабочую клеть,содержащую станину с нажимными устройствами и валки с подушками, а также привод в виде электродвигателя.исоединительную трансмиссию, раздваивающую мощность электродвигателя надва потока 2,Недостатками известных становявляются низкая надежность оборудования и невысокая точность прокаткииз-за наличия асимметрии переходныхпроцессов, сопровождаемых перераспределением динамических нагрузок вэлементах главной линии вследствиеразличных жесткостных характеристикучастков ее силового контура относительно зоны возмущающего воздействия (очага деформации прокатываемого металла) . Это приводит к снижению работоспособности элементовучастка силового контура приводанижнего рабочего валка, обладающего35.большей жесткостью, и к общему снижениюнадежности оборудования всейглавной линии и снижению точности прокатки.Силовым контуром прокатного стана является замкнутая система изего элементов, включающую зонувозмущающего воздействия (очаг деформации ),в которой происходит циркуляция мощности при передаче момента прокатки, Силовой контур можнойусловно разделить на три основныхучастка; участок от двигателя до шестеренной клети и участки приводовверхнего и нижнего рабочих валков от50шестеренной клети. В случае применения индивидуальных приводов валковсиловой контур состоит из двух участков,Цель изобретения - повышение надежности работы привода и точностипрокатки.Поставленная цель достигаетсятем, что в прокатном стане, включающем горизонтальную рабочую клеть, содержащую станину с нажимными устройствами и валки с подушками, а также привод ввиде электродвигателя и соединительной трансмиссии,раздваивающей мощность электродвигателя на два потока, привод выполнен с равными суммарными приведенными податливостями участков силового контура двигатель-верхний валок-станина и двигатель-нижний валок-станина в соответствии с соотношениемф Ффен фподы.н фпод.н 1 к Мв.н ме,еооы,о ооо.о ф н.оГ" о.огде Е, н 1 Е.у поды,ноодь,эо под,н э И Ин 3 И - соответственно модуппф,ли жесткости нижнего и верхнего валковых узлов, нижнегои верхнего подшипниковых узлов, подушек нижних и верхнихопорных валков, нажимного устройства и станины;вн о ИЕе - модули жесткости трансмиссий привода соответственно нижнего и верхнего рабочих валков;К - коэффициент перевода линейной жесткости элементов рабочей клети в крутильную жесткость относительно осн поворота рабочих валков.Например, для четырехвалковых станов со смещением рабочих осей валков (свалом) К к К , где к - радиус рабочего валка;б. - угол захвата металла валками8 - угол между радиусом-вектором центров рабочего и опорного валков и вертикалью (угол свала),Это достигается, например, посредством уменьшения диаметра или увеличением длины нижнего шпинделя, уменьшением жесткости подушки (подкладки) нижнего опорного валка, установки в нижнем участке силового контура упругого элемента и т.п, При этом диаметр, длина шпинделя или параметры упругого элемента выбираются из условия соблюдения приведенного соотношения жесткостей.На фиг.1 изображена схема прокатного стана; на фиг,2 - осциллограмма горизонтальных нагрузок для верхнего валка при захвате металла валками; на фиг.З - положение валков при 5 захвате металла валками; на фиг.4 характерная осциллограмма изменения давления в гидроцилиндрах противоизгиба рабочих валков чистовой клети непрерывных широкополосных ста нах (НШС) горячей прокатки.Прокатный стан состоит из станины 1 рабочей клети, нажимного устройства 2, верхних опорного 3 с подушками и рабочего 4 валков, нияз. 15 них опорного 5 с подушками и рабочего 6 валков, верхнего 7 и нижнего 8 шпинделей, шестеренной клети 9 с верхним 10 и нижним 11 шестеренными валками, промежуточного вала 12,приводного (главного) электродвигателя 13 и упругих элементов 14.Сплошной жирной стрелкой отмечен участок силового контуру от электродвигателя 13 до шестеренной клети 9. Пунктирными линиями отмечены участки: верхний, включающий верхний шестеренный валок 1 О, верхний шпиндель 7, верхние опорный 3 с подушками и рабочий 4 валки, нажимное устройство 2 и 30 станину 1 рабочей клети (пунктирная линия со стрелками);нижний,включающий нижний шестеренный валок 11, нижний шпиндель 8, нижний опорный 5 с подушками и рабочий 6 валки, упругие 35 элементы 14 (пунктирная линия с заштрихованными стрелкАми).Конструктивно прокатный стан выполнен так, что суммарная приведенная податливость элементов нижнего участ-М 0 ка силового контура равна суммарной приведенной податливости верхнего.. Прокатка полос на НШС сопровождается переходными процессами в главных линиях рабочих клетей, вызванными 4 захватом металла валками, выходом полосы из клети, неравномерностью нагрева полосы и другими факторами.. С целью выявления указанных факторов на характер переходных процессов на чистовых клетях Р 4-6 непрерывного широкополосного стана 1700 горячей прокатки ЧерМЗ проведены исследо,вания горизонтальных нагрузок в опорных узлах валков, которые отражают совместное влияние на формирование переходных процессов как крутильных колебаний в главной линии,так и вертикальных колебаний в рабо-: чей клетиУстановлено, что при захвате металла валками продольные нагрузки но- сят характер затухающих колебаний и являются следствием общего переходного процесса , происходящего в главной линии рабочей клети (см, фиг.2 и 3).До начала прокатки вследствие смещения вертикальных осей рабочих валков относительно опорных (свала) о и действия горизонтальной составляющей усилия Ргидроцилиндров уравновешивания или противоизгиба рабочих валков их подушки прижаты передними вертикальными накладками 15 к накладкам 16 опорных валков,При захвате полосы валками вначале происходят разгрузка передних накладок 16 подушек опорных валков и первый удар Р . о задние накладки 17 подушек опорного валка (см, осциллограмму фиг,2, кривая 18).Это является следствием того,что в момент захвата полосы момент сил упругости, действующий на рабочий валок и определяемый жесткостью трансмиссий главной линии и рабочей клети, превышает момент прокатки и линейная скорость рабочих валков в зоне контакта с металлом больше скорости течения металла, что приводит к повороту (перекатыванию) рабочих валков относительно точек А 8 и Ан входа полосы в валки на дугах захвата (см. фиг.З) в направлении, обратном направлению прокатки (фиг.З положение 19). Этот поворот сопровождается упругим скручиванием элементов главной линии и упругой деформацией рабочей клети в вертикальной плоскости с вертикальным перемещением валков подушками. В дальнейшем происходит снижение момента упругости и при его величине, меньшем момента прокатки, рабочие валки перемещаются в обратном направлении (по ходу прокатки) до положения 20 см.фиг.З) под действием сил упругости. Это вы,зывает последующий удар Р передних накладок 15 подушек рабочих валкое о накладки 16 подушки опорного валка (см, фиг.2, кривая 21 и 22). Сила этого удара в 2-3 раза превышает силу первого удара, что частично объясняется влиянием зазоров Ь между накладками подушек опорных и рабочих валков.жри уменьшении момента упругостив прокатном стане и одновременномвоздействии сил упругости рабочейклети происходит обратное вертикальное перемещение опорных и рабочихвалков с подушками (верхних-вниз,божиих- вверх) .жовторные колебания в прокатномстене происходят нри заполнившемсяочаге деформации и образовавшейсязоне опережения металла. При этомперекатывание валков возможно при ускорении их движения, т,е, когда линейная .орость валков в зоне кон -такта с металлом больше скорости15металла, что имеет место при крутиль=:ных колебаниях в прокатном стане. Врезультате этого в трансмиссиях и ра -бочей клети возникает переходный процесс (фиг.2), носящий характер затухающих колебаний например, для клетей 4-6 НШС 1700 горячей прокатки ондлится 0,4-0,8 с),Наблюдаемые значения горизонталь"сных нагрузок на накладки подушек опорных валков при последующем ударе находятся в пределах 40-70 т, Эти нагрузки воспринимаются подшипниками рабочих валков и являются одной из основных причин их разрушения. С целью ЗОизучения вертикальных колебаний валков в рабочей клети проводят исследования давления в гидроцилиндрах противоизгиба и уравновешивания рабочихвалков чистовых клетей НШС 1700, 35Эти исследования проводят на клети 9 б, так как она имеет индивидуальную систему противоизгиба рабочих валков, выполняющую одновременчо и рольсистемы их уравновешивания, Здесь более ярко, чем на остальных клетях,имеющих общую гидросистему уравновешивания, выражен колебательный процесс в гидросистеме, являющийся отра-.жением вертикальной составляющей об-ащего переходного процесса.На фиг.4 показана характерная осциллограмма изменения давления в гид -роцилиндрах противоизгиба рабочих валков чистовой клети Р 6 НШС 1700 горя- бчей прокатки. 1 ри подаче полосы в клеть (точка ,23) происходит падение давления на величину Ь Рв гидросистеме противо- изгиба рабочих валков, Это падение обусловлено нагружением рабочей клети при захвате металла валками и связанным с этим выбором зазоров и вер-. тикальным перемещением (накатываниемна полосу) рабочих валков, Вследствиеинерционности гидросистемы процесспадения давления происходит в течеще времени с, равного 0,08-0,12 с.Затем начиная с точки 24, происходит рост давления в гидросистеме втечение времени С , которое значительно превышаети также обуслов 1лено инерционностью гидросистемы,Время Т 2 составляет 1,3-3,0 с. В течение этого. времени система противоизгиба не вь;полняет в полной мересвои Функции.жри захвате металла в гидросистеме противоизгиба или уравновешивания .зозникает переходный процесс(см. фиг,4). Так как система обладает инерционностью, то она не компенсирует изменения давления в гидроцилиндрах при переходных процессах,что приводит к появлению дополнительных динамических нагрузок на элементыглавной ликии рабочей клети.При выходе полосы из клети (точка25) происходит увеличение давленияв гидросистеме противоизгиба на величину Ь Р 3, вызываемое снятием нагрузки с клети и обратной ее деформацией, приводящей к перемещению подушек рабочих валков и плунжеровгидроцилиндров вниз, Рост давленияпооисходит в течение времени с9причем это время равно времени обусловлено жесткостью гидросистемы,Величина роста давления АРАМ привыходе полосы их клети больше величины падения давления 6 Р при входеполосы, что обусловлено дополнительным действием инерционных сил,возникающих при падении верхних рабочего и опорного валков с подушкамипосле выхода полосы из клети. Вдальнейшем происходит снижение давления в гидросистеме до номинального давления противоизгиба,Результаты исследований показывают., что частота колебаний давления в гидросистеме совпадает с частотой колебашй валков в горизонтальной плоскости. Это свидетельствует о том, что переходный процесс в гидросистеме является следствием общего переходного процесса, а механизм формирования переходного процесса в прокатном стане выбран правильно, 1091956Большая продолжительность протекания переходного процесса соответствует прокатке тонких полос меньшая -толстых. Например, для стали 08 кп2 х 1100 процесс длится 0,8 с,а для;. 5стали 3 кп 4 х 1100 - 0,45 с. Значитбольшая продолжительность переходногопроцесса соответствует большему моменту прокатки.Неоднозначность протекания .пере,ходных процессов в верхнем и нижнем участках силового контура глав:ной линии видно на осциллограмме(Фиг.4). Вследствие разных жесткостей верхнего и нижнего участков силового контура колебания в гидросистеме, отражающие колебания узлов верхнего и нижнего рабочих валков, носятразличный характеР на разныхучастках осциллограммы. На участке 2 б 20колебания имеют характер наложенныхколебаний верхнего узла валков наколебания нижнего узла, Этот участокотражает большие динамические нагрузки, возникающие в элементах прокатного стана в период захвата металлаи обусловленные главным образом асимметрией жесткостных характеристикучастков силового контура этого стана,30После участка 2 (фиг.2) колебания в гидросистеме отражают в основном общий колебательный процесс вглавной линии рабочей клети (в трансмиссиях и рабочей клети),характеризующийся преобладающим воздействием35колебаний элементов н 1 ижнего участкасилового контура ввиду его большейсуммарной жесткости и перестройкой(вынужденными колебаниями) элементов40верхнего участка силового контура.Это явление дополнительно подтверждено при моделировании переходныхпроцессов на АВМ.Для обоснования установленного45явления рассматривают суммарныежесткости элементов верхнего инижнего участков силового контураглавной линии НШС 1700, начиная отэоны возмущающего воздействия (очага)деформации,В состав элементов нижнего участка силового контура входят узелнижних валков с подушками и подшипниками и элементы трансмиссий привода нижнего рабочего валка; в составэлементов верхнего участка силовогоконтура входят узел верхних валков сподушками и подшипниками, нажимное устройство, станина и элементы транс.,миссий привода верхнего рабочего валка,Податливости нижнегои верхнего участков определяются соотношениямидля нижнего1 1 11 1+ - . - 1.фВ. ф В.у.8 1 фпою,б фйофэ дафн,у. фс 1лХ - + -к Мгде М 8, И - модули жесткости соответственно верхнего и нижнего участков силового контура относительно очага деформации.Коэффипиент К г . Я выводится из условия , что переходный процесс в главной линии рабочей клети происхащт при колебательном движении рабочих валков относительно точек захвата полосы, Суммарные податливости (приведенные) верхнего и нижнего участков силового контура отличаются одна от другой весьма существенно. Например, для 1 ППС 1700 жесткости верхнего и нижнего участков (даже при равенстве М = Г 1 ) составляютв,н евИ 8 = 770 71 т/ммф Мн=1498,13 т/мм.Следовательно, жесткость верхнего участка в 1,94 раза меньше нижнего. В соответствии с этим возникает асимметрия переходных процессов в существующих главных линиях рабочих клетей. Это подтверждается и анализом опредлагаемой осциллограммы (фиг,4).На жесткостные характеристики верхнего и нижнего участков силового контура оказывает влияние конструктивное исполнение прокатного стана в зависимости от схемы привода валков через шестеренную клеть или от индивидуальных приводов, При этом в первом случае крутящий момент обычно передается от коренного вала на нижний шестеренный валок, поэтому даже при равенстве жесткостей верхнего и нижнего шпинделей жесткость участка верхний рабочий валок - промежуточный ( коренной ) вап оказывается меньше, чем жесткость участка нижнийрабочий валок - промежуточный вал, При такой схеме исполнения прокатного стана разность суммарных жесткостей верхнего и нижнего участков силового контура относительно зоны 5 возмущающего воздействия еще более возрастает. Кроме того, если учесть коэффициент полезного действия щестеренной клети, то эта разность возрастает дополнительно, Все это приводит .к асимметрии переходных процессов в верхнем н нижнем участках; силового контура, увеличению динамических нагрузок, дестабилизации процесса захвата металла валками и снижению точности прокатки.Прокатный стан в отличие от известных работает следукнцнм образом.При возникновении возмущающего воздействия в очаге деформации ме О талла валками (например, завата полосы) усилия передаются на элементыверхнего и нижнего участков силового контура и так как приведенные податливости рассматриваемых участковравны, в прокатном стане отсутствует асимметрия переходных процессов,нет перераспределения нагрузки между элементами этих участков, всеоборудование нагружается более равномерно, Переходный процесс приобретает вполне определенный однозначный характер, что обеспечивает возможность настройки систем автоматического регулирования, стабилизациюпроцесса прокатки захвата полосы, повышение точности прокатки и надежности оборудования главных линий,Экономический эффект от внедрения изобретения толко на стане 2000 составляет 200 тыс. руб. в год,