Составной прокатный валок

(59 В 21 В 27 0 где С,2. Валокщ и й с яравна углуляет 21-230жесткости вным сквозным ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) 10.В. Липухин, Л.И. Данилов, А.Н. Иводитов, В.Д. Плахтин, А.Г.Гришанов, А,М. Сорокин и Н.А, Будагьянц (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени заочный политехнический институт(56) 1. 11 еликов А.М. и др. Прокатные станы. И , Иеталлургиздат, 1958, , с. 69.2. Полухин В.П. и др. Составной ,рабочий инструмент прокатных станов. М., фМеталлургия", )977,с.34,рис.11. (54) (57) 1, СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК, содержащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со стороны привода,и насаженный на нее бандаж, один торец которого сперт в бурт, а другой взаимодействует д нажимной гайкой, установленной со стороны пе-. ревалки, .о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости валка за счет снижения осевых нагрузок и обеспечения равномерного распределения напряжений по сечению бандажа при передаче крутящего момента, он снабжен штифтами, равномерно размещенными по сечению валка и пропущенными через торцовые поверхности бандажа в несущую ось навстречу друг другу под углом к оси валка, причем жесткость штифтов, установленных со стороны привода, меньше жесткости штифтов со стороны перевалки, а разность жестко костей определяют по следующему математическому выражению- жесткости штифтов, установленных соответственно со стороны привода и перевалки; - число штифтов; - длина бочки бандажа 1 - радиус несущей оси; - модуль упругости осипри сдвиге.по и. 1, отличаю - ем, что конусность бурта аклона штифтов и состава каждый штифт меньшей ыполнен полым с.про 3 ольпазом по длине стенки.Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям прокатных валков, и может быть использовано в рабочих клетях широкополосных станов.известен составной прокатный валек,5 содержащий несущую ось и насаженный на не с натягои бандаж (1).Недостаток данного валка заключается в том, что соединение посредст вом натяга не обеспечивает прочной фиксации бандажа на несущей оси, при этом от натяга в бандаже создаются предварительные напряжения, которые снижают его работоспособность. 15Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является составной прокатный валок, содержащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со стороны привода, и насаженный на, нее бандаж, один торец которого оперт в бурт, а другой взаимодействует с нажимной гайкой, установленной со сто роны перевалки (2).Однако известный валок характеризуется недостаточной эксплуатационной стойкостью при передаче больших кру. тящих моментов, необходимых для прокатки широкополосных полос и листов, вследствии осевых нагрузок и скручию 30 вания бандажаСкручивание бандажа нвляется одной из причин перекоса валков относительно полосы при прокатке, который вызывает появление больших осевых нагрузок на валки и подшипники, снижает их работоспособность и точность прокатки в результате возник новения в прокатываемой полосе со стороны привода контактных давлений больших, чем с противоположной стороны, и вследствие этого появление волнистообразного проката.Пель изобретения - повышение эксял плуатационной стойкости валка эа счет снижения осевых нагрузок и обеспече ния равномерного распределения напряжений по сечению бандажа при передаче крутящего момента.Поставленная цель достигается тем, что составной прокатный валок, содержащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со стороны привода, и насаженный на нее бандаж, один торец которого оперт в бурт, а другой взаимодействует с нажимной гайкой, 55 установленной со стороны перевалки, снабжен штифтами, равномерно размеценными по сечению валка и пропущенными через торцовые поверхности бандажа в несущую ось навстречу друг другу под углом к оси валка, причем жесткость штифтов, установленных со стороны привода, меньше жесткости штифтов со стороны перевалки, а разность жесткостей определяют по следующему математическому выражению 65 С,б 6 где С, и С, - жесткости штифтов, установленных соответственно со стороны приводаи перевалки;и - число штифтов;е - длина бочки бандажа 1радиус несущей оси 1С - модуль упругости осипри сдвиге.Кроме того, конусность бурта равна углу наклона штифтов и составляет 21-23 , а каждый штифт меньшей жестокости выполнен полым с продольным сквозным пазом по. длине стенки.На фиг. 1 изображен предлагаемый валок, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (валок в плоскости расположения штифтов со стороны перевалки, поперечный разрез); на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (валок з плоскости расположения штифтов со стороны привода, поперечный разрез); на фиг. 4 - часть несущей оси со стороны конического бурта; на фиг. 5 - эпюра напряжений кручения бандажа; на фиг, б - схема рас-; пределения крутящего момента на предлагаемом валке; на Фиг. 7 - схема распределения крутящего момента на известном валке; на фиг. 8 - схема соединения несущей оси с бандажом; на фиг. 9 - схема нагружения и дефор" мации сплошных штифтов; на Фиг. 10 - схема нагружения и деформации полых штифтов; на фиг. 11 - схема деформации несущей оси; на фиг. 12 - графическая зависимость для определения крутящих моментов по концевым частям бандажа.Составной прокатный валок содержит несущую стальную ось 1 с коническим буртом; чугунный бандаж 2, имеющий со стороны привода валка коническую расточку для вхождения в нее при сборке конического бурта оси 1 полые штифты 3, которые могут быть как цилиндрическими, так и с незначительным конусом, имеющие по длине от периферии к центру односторонний разрез (паэ) для дополнительного уменьшения жесткости штифта; штифты 4 сплошного сечения с большой жесткостью, размещенные между осью и бандажом под углом к оси валка со стороны перевалки 1 нажимную гайку 5, Штифты 3 и 4 запрессовываются при сборке валка в соответствующие отверствия и являются основньаии элементами, обеспечивающими передачу крутящего момента от оси к бандажу. Число их в каждом ряду может быть примерно 6-12 в зависимости от величины передаваемых усилий. Внутреннее отверстие полых штифтов выполнено для уменьшения их в жесткости иможет быть использовано для отвода хладагента в случае применения внутреннего охлаждения. Внутренний диаметр штифтов и ширину паза, определяющие величину снижения их жесткости, принимают исходя из возможных 5 деформаций кручения оси. При этом внутренний диаметр штифтов может составлять порядка одной трети, а ширина паза примерно 3-5 наружного диаметра штифтов. Наружные диаметры 10 полых штифтов и штифтов сплошного сечений, а также их длина принима ются по условиям прочности на срез и смятие и могут составлять:диаметры порядка 10 диаметРа оси валка, длина 15 порядка 3-3,5 их наружного диаметра.Оптимальное значение угла ) между осями расположения штифтов по условию прочности и технологическим требованиям целесообразно принимать в пределах 42-46 ф. При этом обеспе чивается достаточная прочность бандажа при передаче больших крутящих моментов, так как полукруглые канавки в бандаже под штифты, расположенные под углом к оси валка 21-23, 25 минимально ослабляют тело бандажа по опасным сечениям, обеспечивают уста" новку штифтов в зоне наименьших напряжений сжатия, возникающих в результате давления,со стороны опорно го валка и прокатываемого материала и позволяет избежать возникновения больших концентраторов напряжений в теле бандажа в местах эапрессовки штифтов. 35Составной прокатный валок работает с 3 щцующим образом.Крутящий момент привода с несущей оси 1 передается на бандаж 2 двумя силовыми потоками; через полые штифты 3, установленные между осью 4 О и бандажом со стороны привода, и через штифты 4 сплошного сечения, установленные аналогично на другом конце бандажа. Так как штифты 3 имеют меньшую жесткость, чем штифты 4, то 45 в процессе работы валка вследствие деформаций кручения оси происходит перераспределение общего крутящего момента, передаваемого с оси на бандаж через несущие элементы - штифты, 5 О что обеспечивает более равномерное распределение напряжений кручения по длине бандажа. Незначительные осевые нагрузки, возникающие в процессе работы, воспринимаются, нажимной гайкой 5 и коническим буртом оси валка.На фиг. 6 дана схема распределения общего крутящего момента предлагаемого валка на два силовых потока равной мощности: первый передается с оси на бандаж со стороны перевалки валка (М) через штифты сплошного сечения, второй - со стороны привода (М) через полые штифты. При этом ось передает полный крутящий момент только на участке от муфты привода 65 до бандажа (до сечения бандажа в плоскости расположения полых штифтов). На участке бандажа ось передает на бандаж половину крутящего момента М, другая часть крутящего момента Я передается с оси на бан 2даж со стороны привода. Суммарная эпюра кручения бандажа складывается из двух эпюр кручения: от моментаимеющая форму треугольника с акснмальным значением со стороны перевалки и убывающа" до нуля в сторону привОда, и от момента М 2, имеющая форму такого же треугольника с максимальным значением со стороны привода и убывающая до нуля в сторону перевалки. Так как оба крутящих моме-. нта М и М 2 передаются с оси на бандаж одйовременно, то суммарная эпюра кручения бандажа представляет собой прямоугольник с одинаковой ординатой момента Мкб= ММ(фиг. 5),На фиг. 7 для сопоставления показана эпюра распределения крутящего момента при работе известного валка четырехвалкового стана при приложении крутящего момента М со стороны привода, который в процессе прокатки (в процессе приложения момента сопротивления Мс) распределяется по закону треугольйика по ширине прокатыва)- емой полосы. При этом максимальное на напряжение кручения бандажа в опасном сечении определяется из расчета передачи полного крутящего момента. Кроме того, в результате появления осе" вых нагрузок в поверхностном сЛое бандажа возника:от напряжения сдвига.Таким образом, напряжение кручения в теле бандажа предлагаемой кон-струкции распределяется более равномерно по всей длине бандажа и численно снижается примерно в два раза по сравнению с передачей крутящего момента привода на бандаж с одной стороны, т. е. одним силовым потоком.Поэтому в предлагаемой конструкции прочность валка повышается в два ра- за.Кроме того, также повышается и долговечность поверхностного слоя бандажа, так как исключаются поверхностные напряжения сдвига в бандаже в осевом направлении валка и уменьшается трещинообразование на рабочей поверхности валка. Исключение поверхностных напряжений сдвига в осевом направлении достигается благодаря устранению скручивания бандажа при передаче момента прокатки, т.е. угло". вое смещение одного торца бандажа относительно другого примерно равно нулю,На фиг. 8-11 приведены расчетныесхемы, поясняющие определЕние велинижесткости штифтов С и .С,.обеспечи",вающих передачу общего крутящегомомента с оси на бандаж двумя силовыми потоками равной мощности. Этообеспечивается при условии, что линейные деформации сжатия штифтов икручения оси связаны следующей зависимостью 1 2 оСлинейная деформация сжатия штифтов, установленных со стороны перевалкилинейная деформация сжатия штифтов, установленных со стороны привода 1линейная деформация кручения оси на участке бандажа.15 гДе 4 Ь 1 Укаэанные величины определяютсяпо формулам 20 чПр 2 йС 1 Мп,2 2 п С 2 пр обОси 23 Дд - полярный момент инерции сеРчения оси (,т = 0,1 а 4=1,б г 4);й - модуль упругоси оси при 40сдвиге (С=8 10 кгс/см); С и С . жесткости штифтов, установленных соответственно состороны перевалки и привода.После соответствующих преобразований получаем С С 16 С 50 Из уравнения (3) следует, что жесткость штифтов С больше жесткости штифтов С 2, причем йаилучшим соотношением являются случаи, когда значения С 1 весьма большие, как как при этом линейные деформации сжатия55 штифтов, установленных со стороны перевалки, весьма малые, что соответ", ствует благоприятным условиям работы составного валка вследствие малых относительних перемещений оси и бан дажа.Таким образом, жесткость штифтов подбирается из условия обеспечения их работы в пределах упругих деформаций и передачи крутящего момента с 65 оси на бандаж двумя силовыми потоками равной мощности. При этом величины крутящих моментов М, и М передаются с оси на бандаж (фиг. 12) и их равен,:ство соответствует значению К =0,5.Из графиков Фид. 12 видно, что величина коэффициента К может изменяться в пределах0 4 К (При всех других значениях К кроме ,К = 0,5 и граничных значений общий крутящий момент распределяется на два силовых потока неравной мощности. При граничном значении К = 0 М= 0 и весь крутящий момент от привода передается с оси на бандаж через штифты, установленные со стороны ревалки. При граничном значении К =М = 0 и весь крутящий момент от привода передается с оси на бандаж через штифты, установленные со стороны привода.Анализируя полученные значения линейных деформаций сжатия штифтов и кручения оси на участке бандажа в соответствии с уравнениями (1), (2) и (3) при различных соотношенияхесткостей, установлено, что при проектировании составного валка это соотношение следует принимать по возможности большим (порядка 10-О и более) .Если С 1 = 20 С, то для валка при 16 = 8 г, г = 25 см, и = 12 из уравнения (3) получим1 ВО ю ГС 1- з 10 кгс/см, С= (, 10 кгс/смИз уравнения (2), если принять М = 150 10 кгс см, имеемйщ = - - мм061 19 к1619"сои = --мм14219При этом исходное уравнение (1)соблюдается, так как075 Д 4 2519 1919Отсюда видно, что линейная деформация штифтов со стороны перевалки составляет порядка 40 мкм, а линейные деформации кручения оси на участке бандажа близки по своему абсолютному значению. Снижение относительных тангенциальных перемещений оси и бандажа является благоприятным фактором в работе двух сопряженных цилиндрических поверхностей оси и бандажа, что должно учитываться при выборе жесткостей штифтов в процессе проектирования составного валка.Экономическая эффективность от внедрения изобретения только на стане 2000 Череповецкого метзавода составляет в год около б млн. руб..12 Ю.Лямовтяшова КорректорМ.Шар оставитель ехред Л. М Редакто овач Тирам 796 Подп ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская ньб., каз 4105/ исное СР