Прокатный стан

(51) 4 В 21 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ 2-02(54)(57) ПРОКАТНЬй СТАН, содержащий неподвижную станину с герметичнымикрышками, образующими внутреннюю ра бочую полость, установленную в ней С-образную плиту, профиль которой выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, охватывающей . установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, в вершинахБюл, Мф 28отков,2. 06 (088.8)е свидетельство СССРВ 21,В 1/42, 1966.свидетельство СССРВ 21 В 21/00, 1975свидетельство СССРВ 21 В /421 1983 которого с возможностью вращснияразмещены рабочие валки, две взаимо"действующие между собой шестерни свнутренними и наружными зубьями, одна из которых закреплена на роторепоршне, а другая - на станине, под-:водящий и отводящий каналы, связанные соответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем, и запальное устройство, установленное во внутренней полости,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения экономичности егоработы, в неподвижной станине выполнена дополнительная внутренняя полость, с которой сообщаются подводящий и отводящий каналы, при этомдополнительная полость снабжена треугольным ротором, связанным черезшестеренную клеть с указанным рото-.ром-поршнем.Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкциям волновых прокатных станов, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок отраслевого назначения.Пель изобретения - повышение экономичности работы прокатного стана. 1 О11 а фиг,1 схематично изображен прокатный стан, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез,Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крыш ками 2 и 3, образующими внутреннюю . полость 4, и С-образной плитой 5, профиль которой выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, охваты-., вающей установленный на эксцентрико .вом валу 6 треугольный ротор-поршень 7, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки 8, сцепленные между собой шестерни 9 и 10 с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне 7 и.станине 1, передаточноеотношение. которых равно 3/2, подводящий 11 и отводящий 12 каналы, соединенные соответственно с источником 30 карбюрированной рабочей смеси и глушителем (не показаны), запальное приспособление 13, установленное во внутренней полости 4. Для повышенияэкономичности работы прокатного стана З 5в неподвижной станине 1 выполнена дополнительная внутренняя полость 14 свращающимся ротором 15, образующим состенками полости 14 камеры сжатия 16и расширения 17, последовательно 40 , включенные в подводящий 1 и отводящий 12 каналы соответственно, приэтом вращающийся ротор 15 кинематически связан с эксцентриковым валом6 ротора-поршня 7 посредством шестеренной клети 18.Внутренняя поверхность С -образнойплиты 5, наружная поверхность ротора- поршняи внутренние поверхности герметичных крьппек 2 и 3 образуют три камеры переменного в процессе работы стана объема, заполненные рабочей средой - воздухом с рабочей смесью для камеры (на фиг.1 слева) и воздухом с продуктами сгорания (на фиг,1 справа). В любом случае при дальнейшем рассмотрении рабочую среду считают идеальным газом. С -образная плита 5 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно, В С-образной плите 5 предусмотрен ручей, образующий вместе снаружными поверхностями рабочих валков 8 клинообразный в полярных координатах рабочий калибр, В рабочихвалках 8 также могут быть выполненытребуемые ручьи,Источник карбюрированной рабочейсмеси, соединенный с подводящим каналом 11, представляет собой воздухозаборник и распылитель жидкого топлива, служит для приготовления и подачи рабочей смеси, сгорающей в камере переменного объема, занимающейна фиг. верхнее положение,Глушитель, соединенный с отводящим каналом 12, служит для сниженияакустических колебаний, возникающихпри выпуске отработанных продуктовсгорания, и может быть снабжен нейтрализатором для снижения токсичностивыпускных газов,Стан снабжен моталками 9 и 20 иотклоняющими роликами 21 = 24, служащими для подачи и приема прокаты.ваемого металла, для создания переднего и заднего натяжений и обеспече-ния охватывания ротора-поршня 7 петлей прокатываемого металла.Рабочие валки 8 установлены ввершинах ротора-поршня 7 посредствомподшипников 25 и 26 и снабжены опорными вкладьппами 27 для снижения их.упругой деформации от усилий, возникающих в процессе прокатки,Для снижения паразитного газообмена между камерами переменного объ-:ема ротор-поршень 7. снабжен пластинчатыми уплотнениями: радиальными 28,тангенциальными 29 и кольцевыми 30,причем радиальные уплотнения 28снабжены поворотными втулками 31,расположенными в вершинах роторапоршня 7,Запальное приспособление 13 электрически соединено с кулачковым прерывателем 32, механически связанным с эксцентриковым валом 6 и допускающим регулировку опережения зажигания.Профиль дополнительной внутренней полости 14 выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности. Объем дополнительной внутренней полости 14 может превьппать объем внутренней полости 4, например в 1,5 раза, Вращающийся ротор 15 выполнен в виде треуголь"1247 ного ротора-поршня, установленного на эксцентриковом валу 33, снабжен шестерней 34 с внутренними зубьями, сцепленными с неподвижно укрепленной на станинешестерней 35 с наружными зубьями, и своими вершинами 36. скользит по двухэпитрохоидной поверхности дополнительной внутренней полости 14, Передаточное отношение шестернен 34 и 35 равно 3/2. 1 ОДля снижения паразитного газообмена между камерами сжатия 16 и расширения 17 вращающийся ротор 15 снабжен пластинчатыми уплотнениями: радиальными 37, тангенциальными 38 и коль цевыми 39, причем радиальное уплотнение 37 снабжено поворотной втулкой 40 расположенной в его вершине 36,Кинематическая связь вращающегося ротора 15 с эксцентриковым валом 6 20 обеспечивается шестеренной клетью 18, шестерня 141 которой расположена на эксцентриковом валу 33, шестерня 42-. на эксцентриковом валу 6, а шестер ня 43 - паразитная, Шестеренная 25 клеть 18 имеет передаточное отношение 1:1 и обеспечивает вращение ротора- поршня 7 и вращающегося ротора 15 в одну сторону с одинаковыми угловыми скоростями.Участки 44 и 45 подводящего 11 и отводящего 12 каналов, соединяющие камеры сжатия 16 и.расширения 17 с камерами переменного объема внутренней полости 4, могут быть частично проведены в герметичных крышках 2 и.3,Эксцентриковый вал 33 снабженЯ шпинделем 46 для соединения со стартерным устройством 1 не показано), служащим для пуска прокатного стана 4 О путем первоначальной закрутки.В прокатном стане предусмотрены каналы 47 для подачи смазки в подшипники 48 и 49 эксцентрикового вала 6, подшипники 50 и 51 эксцентрикового 45 вала 33, подшипник 52 ротора-поршня 7, подшипник 53 вращающегося ротора 15., подшипники 25 и 26 и опорный . вкладьпп 27 рабочих валков 850В прокатном стане могут быть предусмотрены служащие для оптимизации режима прокатки и связанные с электронной, вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и 55 регулирования в процессе работы скорости и момента прокатки, переднего и заднего натяжений, подачи рабочей 111 4смеси, величины опережения и зажигания и других параметров.Прокатный стан работает следующим образом.После задачи заготовки одним из известных способов устанавливаются необходимые режимы прокатки, включаются системы оптимизации. При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю треугольной формы, охватывающую рабочие валки 8 по наружным направляющим. Посредством . стартерного.устройства через шпиндель 46 производится пуск, и прокатный стан переходит в режим самовращения.При вращении ротора-поршня 7 и вращающегося ротора 15 в одном направлении, указанном на фиг,1 стрелками (по часовой стрелке), в прокат" ном стане осуществляется замкнутый термодинамический цикл, состоящий из ряда последовательно протекающих и периодически повторяющихся процессов.Результатом осуществления цикла являются: трансформация тепла, выде-. ляющегося при сгорании рабочей смеси в механическую работу, обеспечивающую самовращение прокатного стана, формообразование прокатываемого металла и принудительную подачу рабочей смеси в камеру переменного объема под давлением; генерация высоких температури давлений, действующих на прокатываемый металл перед очагом деформации и повьппающих его текучесть; отвод в окружающее пространство частиподводимой к рабочей среде теплоты "отбросного тепла. Первый процесс - сгорание - протекает в камере переменного объема при ее верхнем положении. Камера переменного объема заполнена сжатой рабочей смесью, От кулачковогопрерывателя 32 подается высокое напряжение на запальное приспособление 13, и происходит сгорание рабочей смеси. Осуществляется смещенный подвод тепла к рабочей среде, Вначале подвод тепла изохорный. - при постоянном объеме давление, температура и энтропия увеличиваются, Затем подвод тепла изо барный - при постоянном давлении объем, температура и энтропия увеличиваютсяВнутренняя энергия рабочей среды увеличивается на величину подведенной теплоты, Высокая температура и давление повышают текучесть прокатываемого металла. Изохорный процесс, давления, равной отношению давленияв конце процесса к давлению в началепроцесса. Изобарный процесс характеризуется степенью предварительногорасширения, равной о,"ношению объемав конце процесса к его значению в начале процесса,Второй процесс - расширение в протекает в камере переменного объема при 10ее правом положении При расширениирабочая среда совершает работу засчет расходования внутренней энер-:гии, Процесс трансформации тепла вмеханическую работу - адиабатный 15(изоэнтропный), Объем увеличивается,а температура и давление уменьшаются,Энтропия постоянна, Адиабатный процесс характеризуется коэффициентомПуассона - показателем адиабаты, 20Третий процесс - продолженное расширение - протекает в камере 17 расширения. В механическую работу трансформируется дополнительное количествотеплоты, и на эксцентриковом валу 33 25создается дополнительный крутящий момент, Температура падает, объем увеличивается до максимального значения,а давление падает почти до величиныатмосферного давления. 30Четвертый процесс - отвод тепла вокружающую среду (или в холодильник) -является изобарным, температура,объем и энтропия уменьшаются при постоянном давлении,Пятый процесс - предварительноесжатие - протекает в камере 16 сжатия, Механическая работа, получаемаяв процессе продолженного расширения, трансформируется в тепло, Объемуменьшается,температура и давлениеповышаются при постоянной энтропии,Рабочая смесь засасывается черезподводящий канал 11 и предваритель,о ст:и - -с г,111 6:равная отношению максимального объе -ма к минимальному,Описываемый цикл с продолженнымрасширением (цикл Гемфри) создаетвсе условия для повышения производи"тельности прокатки,. так как высокаятемпература и давление рабочей сре-.ды, полученные за счет повышеннойподачи рабочей смеси, повышающие текучесть прокатываемого металла, полезно используются в дальнейшем вкамере 17 расширения, При этом обес.печивается не только принудительнаяподача под давлением увеличенной дозы топлива камерой 16 сжатия, но ипередача крутящего момента с эксцентрикового вала 33 на эксцентриковыйвыл 6 шестеренной клетью 18, увеличивающего полезную работу формообразования прокатываемого металла,Прокатываемый металл движется справой моталки 20 на левую 19, приэтом рабочие валки 8 обеспечиваютобжатие в рабочем калибре и подачу,вращаясь по часовой стрелке. Подаваемая полоса не испытывает трения орабочую поверхность С -образной плиты 5, В процессе прокатки вдоль прокатываемого металла распространяетсябегущая волна деформации, частотакоторой определяется скоростью вращения ротора-поршня 7, а амплитударазностью радиусов окружностей,описанной вокруг треугольного роторапоршня 7 и вписанной в треугольныйрот". -поршень 7,За один оборот ротора-поршня 7прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длинобразной плиты 5 и периметра треугольника ротора-поршня 7, Так какэта разность относительно мала прокатываемый металл находи;ся во внутренней полости 4 в тече. льких1247.111 8р - минмальное давлениесизохорного подвода теплоты;Ч - максимальный объем изобарного подвода теплоты 2М - минимальный объем изобарного подвода теплоты,При увеличении действующих напрокатываемый металл температур идавлений, т.е. при увеличениииР, энергетическая эффективностьпредлагаемого стана растет, а известного падает,П р и м е р 1, При увеличенииАот 1,2 до 1,8 и фиксированных значениях Е = 102 Р = 1,2 К = 1,2уве-,личивается от 0,4062 до 0,4321, ауменьшается от 0,3177 до 0,2745,2т.е. выигрьпп составляет 1,5 раза,П р и м е р 2, При увеличении)2от 1,2 до 1,8 и фиксированных значениях .с. = 10, 3 = 1,2; К = 1,225 увеличивается от 0;4062 до 0,4082,а 1 уменьшается.от 0,3177.до 0,2503,т,е. выигрьпп составляет 1,6 раз .,Соответственно снижается и расходтоплива, так как КГ 1 -7)+К (Я) где 30 3600е. Н а 1) И:Р Р7расширением в камере 17 расширения и принудительной подачи рабочей смеси под давлением камерой 16 сжатия, обуслов.- ленной тем же продолженным расширением,Повьппение экономичности работы предлагаемого прокатного стана поддается количественной оценкеЭнергетическая эффективность предлагаемого прокатного стана при смешанном подводе теплоты (изохорном и изобарном)и отводе теплоты при постоянном давлении (изобарном)К РЛ 1Я Е (й -1)+КЛ (Р -1) 15 Энергетическая эффективность известного прокатного стана при смешанном подводе теплоты (изохорном и изобарном) и отводе теплоты при пос тоянном объеме (изохорном) механическая работа формообразования про.катываемого металла; теплота, выделяющаяся при сгорании рабочей смеси;степень сжатия;степень повьппения давления;степень предварительного расширения; показатель адиабаты;, максимальный объем камеры;минимальный объем .камеры;максимальное давление изохорного подвода тепгде а - удельный эффективный расходтоплива;Н- низшая теплота сгорания топлива.Производительность стана, в первом приближении пропорциональная температуре и давлению, повышается в 2 раза, так как при увеличении 1давление увеличивается в 1,5 раза, ипри увеличении Я температура увеличивается в 1,5 раза. Таким образом, применение предлагаемого стана суще -,ве.ц, - - ят стор, "- -. чг1247111 Жи Составитель Г, РостТехредО.Гортвай едактор Е, Копч рректор А, Зимокосо аказ 4050/11 и роизводственно-полиграфическое пр е) г. Ужгород едприяти оектная, 4 Тира ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, 518о комитета СССий и открытийРаушская наб.,д