Способ настройки предварительно напряженной прокатной клети

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) 111) А 1(51) 4 В 21 В 31/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Череповецкий металлургическийкомбинат им. 50-летия СССР и Череповецкий филиал Северо-Западного заочного политехнического института(56) Приходько И. Ф. Прокатка сортового металла и катанки с повьппеннойточностью. М.: ЦИНТИМАШ, 1962,сер, 117, с. 48.Там же, с. 50-51;(54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОНАПРЯЖЕННОЙ ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ(57) Изобретение относится к прокатному производству, в частности к эксплуатации предварительно напряженныхпрокатных клетей сортовых и листовыхстанов, имеющих эксцентриковые механизмы точной установки межвалковогозазора путем .перемещения шеек валковотносительно сжатых стяжными элементами подушек, Цель изобретенияповышение стабилизации предварительного напряжения и тем самым точностипрокатки, При регулировке величинымежвалкового зазора с помощью опорных эк центриковых втулок 12, 13 осивалков 1, 2 смещаются относительноплоскости симметрии клети (А-А),вследствие чего усилия на стяжныхэлементах 6, 7 становятся неравными,Менее нагруженный стяжной элемент(отстоящий дальше от оси валка) дополнительно догружают после настройки межвалкового зазора регламентиро 1337159ванным усилием, превышающим дополнительное усилие на другом стяжном элементе. Тем самым в процессе прокатки выравнивается распределение нагрузки на стыке между подушками 4, 5 и уменьшается вероятность местного раскрытия сть.ка при перегрузках, что благоприятно сказывается на точности прокатки. 3 ил, Изобретение относится к прокатному производству, в частности к эксплуатации предварительно напряженных прокатных клетей сортовых и листовых станов, имеющих эксцентриковые механизмы точной установки межвалковогозазора путем перемещения шеек валков относительно сжатых стяжными элементами подушек.Цель изобретения - повышение стабилизации предварительного напряженияс и тем самым точности прокатки.На фиг. 1 изображен общий вид клети, на которой реализуется способ; на фиг, 2 - график зависимости полно го усилия на стяжные элементы от рабочей нагрузки (усилия прокатки) для известного способа настройки; на фиг, 3 - то же, для предлагаемого способа. 20Способ предусматривает три этапа настройки.Первый этап. Предварительное напряжение подушек валков стяжными2 д устройствами включает (фиг 1) грубую вертикальную установку валков 1 и 2 при помощи прокладок 3, закладываемых между верхней 4 и нижней 5 подушками перед с.тягиванием каждой такой пары между собой стяжными элементами 6 и 7 с силой, превышающей максимальное давление на цапфы 8 и 9 прокатных валков 1 и 2. Сила натяжения стяжек 6 и 7 определяется по манометру, подсоединенному к трубке, подающей жид- З кость во внутренние полости гидравлических гаек 10 и 11,Второй этап способа - точная установка заданного зазора Пр между валками. Для этого осуществляют верти( кальное перемещение валков 1 и 2 путем вращения в подушках 4 и 5 эксцентриковых втулок 12 и 13, в которых расположены цапфы 8 и 9 валков 1 и 2. Эксцентриковые втулки 12 и 13 поворачивают до тех пор, пока не будет достигнут заданный зазор 6 между прокатными валками 1 и 2.Второй этап настройки - точная вертикальная устансвка валков 1 и 2 на заданный между ними размер вызывает смещение центров их цапф 8 и 9 из положения О и О, соответствующего плоскости симметрии А-А подушек 4 и 5, в положение О и О, соответствующее плоскости Б-Б, параллелькой плоскости А-А и смещенной от нее на величину К = (О 0 4) х соз м где ц - угол поворота втулки, Это смещение центров О; и О цапф 8 и 9, как видно из фиг, 1, по направлению вращения эксцентриков 12 и 13 приводит к смещению опорных реакций В от давления металла на валки, перемещая К из плоскости симметрии А-А в плоскость Б-Б. Во время прокатки из-за несимметричности расположения плоскости Б-Б действия силы В стяжные элементы 6 и 7 оказываются нагруженными неодинаковыми рабочими нагрузками. Это приводит как к неодинаковым деформациям стяжных элементов 6 и 7, так и к неодинаковь 1 м величинам разгрузки каждой стороны предварительно сжатых подушек 4 и 5 во время прокатки. В результате запас усилия предварительной затяжки оказывается на элементах 6 и 7 неодинаковым: он меньше на элементе, расстояние до которого от плоскости Б-Б меньше (в данном случае на элементе 7). Это увеличивает вероятность раскрытия стыка уУсловия равновесия сил 5 и 5 действующих по осям стяжных элементов 6 и 7, и реакции Р, находящейся в плоскости Б-Б, позволяют написать уравнения 51.- Р( - - К) =О; 2где 5,рабочее усилие, действующеена стяжной элемент, продольная ось которого рас,положена от вертикальнойплоскости, проходящей через ось валка (плоскостидействия силы Р), на расстоянии, большем, чем /2,где- расстояние междуосями стяжных устройств;рабочее усилие, действующее на стяжной элемент,продольная ось которогорасположена от вертикальной плоскости, проходящейчерез ось валка (плоскостидействия силы Р), на расстоянии, меньшем, чем 1./2;сила давления на цапфу прокатного валка (реакция опоры от усилия прокатки);(00) х созч- величина смещения плоскости действиясилы относительно оси симметрии предварительно на"пряженной прокатной клети,(3) 5, = Р(1 -,)данного элемента при колебаниях усилия прокатки, неизбежных на практике, что снижает точность прокатки,Оценим величины нагрузок, действующих на стяжные элементы 6 и 7 после окончания операций точной настройки предварительно напряженной прокатной клети. Рассечем клеть плоскостью В-В, проходящей через продольную ось 0 цапфы 8 прокатного валка 1 и перпендикулярно к осям стяжных элементов 6 и 7.20 2 о Используя значения 5 и 5 о, аетакже введя ч= - и приняв д= 0что соответствует наибольшему смещению силы (плоскости Б-Б) относительно плоскости симметрии А-А, по 4 ч Л 5 - 1007,1 + 24(4) 30 В существующих предварительно напряженных прокатных клетях с эксцентриковыми втулками для их точной настройки величина Ч изменяется в диапазоне 0,02-0,07, что приводит кколебанию д 5 в пределах 7,7-24,67.,Это показывает, что рабочие нагрузкии 5 , действующие на стяжныеустройства 6 и 7 в предварительно напряженной прокатной клети, существенно различаются между собой и создаютотличающиеся друг от друга режимыработы каждого из стыков подушек 4 и 45 5. Графические зависимости между полным усилием, воспринимаемым стяжными устройствами, и внешними нагрузками позволяют рассмотреть работу каждого стыка подушек 4 и 5 порознь.На графике на фиг. 2 по оси абсцисс откладываются величины рабочихнагрузок, действующих на стяжные элементы, от усилия прокатки, а по осиординат - полные усилия, воспринима емые каждым стяжным элементом.Этот график универсален: при отсутствии предварительной затяжки,стяжных элементов полное усилие, действующее на каждый из них, равно раегде Ы = (О 5 -- соз у) + - техноФлогический параметр настройки клети, зависящий от эксцентриситета е.Из выражений (1) и (2) следует,что 5 2 о5 , так как (1- Ы,) ) ос, иЫ, с 0,5,Этими выкладками доказано утверждение о неравенстве рабочих нагрузок5 и 5 , действующих на стяжныеоэлементы 6 и 7 точно настроеннойпредварительно напряженной прокатной15 клети во время прокатки металлаВеличину различия между силами5 и 5, оценим соотношениембочей нагрузке на каждый иэ них, и зависимость между ними определяется лучом ОА - биссектрисой угла между осями координат.5Приложим к каждому стяжному эле", менту усилия О предварительного3 онапряжения прокатной клети. В период прокатки на каждый из стяжных элементов 6 и 7 в соответствии с соотношениями (2) и (3) действуют рабочие нагрузки 5, и 5 от усилия прокатки, величины полных усилий, воспринимаемые каждым стяжным элементом, определяются ординатами точек 0и 15 0принадлежащих лучу 0 , Я . В реальных конструкциях луч 0, А направлен к оси абсцисс под некоторым углом агс 1 у к = 5-11, где- коэффициент основной нагрузки, определяет ся как отношение податливости подушек к сумме податливостей стяжного устройства и подушек или как отношение жесткости стяжного устройства к сумме жесткостей стяжного устройства 25 и подушек. По своей физической природе коэффициент основной нагрузки х показывает, какая часть рабочей нагрузки от усилия прокатки воспринимается стяжным устройством, Изме няя соотношение между жесткостью стяжного устройства и подушек, можно уменьшать величину угла агс Су х, но сделать ее равной нулю не удается из-за конечности размеров и ограни ченной жесткости существующих материалов,Теоретически раскрытие стыка между подушками начинается после достижения рабочей нагрузки величины 40 1, (1-к) ", соответствующей абсциссе точки А - точки от пересечения лучей ОА и ЯА . В действительности процессы раскрытия стыков между подушками характеризуются нелинейностью 45 и в предварительно напряженных прокатных клетях начинаются при критической рабочей нагрузке Р р меньшей, чем величина 0." (1 - х) , определяемой точкой пересечения луча 0 , Ас прямой ОВ, имеющей угловой коэффициент К = 1/0,744 = 1,344, что следует из опубликованных исследований предварительно напряженных клетей прокатных станов. Эти исследования показали, что после достижения критической нагрузки Р раскрытиеКростыка происходит нелинейно по кривой ВА . После достижения точки А предварительно напряженная прот:атная клеть превращается в обычную и зависимость между рабочей нагрузкой и полным усилием, действующим на стяжные элементы, определяется прямой Аз А, С момента достижения точки В, стыки между подушками 4 и 5 постепенно раскрываются и вместе с этим пред 1варительно напряженная прокатная клеть теряет свою жесткость и способность обеспечивать высокую точность прокатки. Принимаемое ранее (например, в способе настройки - прототипе) положение о рабочей нагрузке, действующей на каждый из стяжных элементов, равной К/2, порождает иллюзию достаточности диапазона запаса рабочих нагрузок, поскольку величина отношения Р , /(В/2) больше единицы,В действительности величины рабочей нагрузки от усилий прокатки на каждом стяжном элементе различны и 5,(В/2), В этом случае отношение (Ркро Л 7 ) ( Рк, /(Р/2)1Анализ Ра - боты предварительно напряженных клетей показал, что величина отношения (Р , /5, ) = 1,08-1,1, что создает возможность превышения силой 5 величины Ркр напРимеР, из-за Реальных колебаний механических свойств полосыи начала процесса раскрытия стыкамежду подушками 4 и 5 с вытекающимииз этого последствиями: резким снижением точности прокатки.Целесообразность предлагаемого способа настройки предварительно напряженной прокатной клети окончательным напряжением подушек 4 и 5 путем воздействия на стяжные элементы 6 и 7 усилиями 5 и 5 можно показать, используя те же известные графические зависимости (фиг, 3) между полным усилием, действующим на стяжной элемент, и его рабочей нагрузкой от усилия прокатки. На этой графической зависимости луч О В, отражает изменение полного усилия на стяжных элементах после завершения операции точной вертикальной установки валков при изменении рабочей нагрузки от нуля до Кро Дополнительное воздействие на стяжные элементы усилиями 5 =и3 5 = Ц, обеспечивает переход каждого стяжного элемента на отдельные, соответствующие действующим на них рабочим нагрузкам 5 и 5 режимы.35 Величина критического усилия Ркр 2для стяжного элемента 7 (расположенного от вертикальной плоскости, проходящей через ось валка на расстоянии5меньшем, чем Ь/2, т.е, в направленииэксцентриситета втулок) превышаетзначение Р, , т.е, Ркр 2 ) РКроОтношение критической нагрузкиРкр 2 к усилию 5 , т.е, величина1 О2 с(Р 2 /52 ), существенно больше, чемЭто существенно снижает возможностираскрытия стыка между подушками 4 и5 под наиболее нагруженным стяжным 15элементом 7 и, следовательно, обеспечивает сохранение точности прокаткипри изменении усилия прокатки,Величина отношения критическогоусилия Р,к усилию 5 , действу 1 ощего на стяжной элемент 6 (расположенный от вертикальной плоскости,проходящей через ось валка, на расстоянии большем, чем 1./2, т.е. состороны, противоположной направлению 25эксцентриситета втулок), также обеспечивает достаточно низкую вероятность раскрытия стыка подушек 4 и 5под наименее нагруженным стяжным элементом б. ЗОИтак, настройка предварительнонапряженной прокатной клети по предлагаемому способу (фиг. 1) состоитиз операции грубой вертикальной установки прокатных валков 1 и 2 припомощи прокладок 3, устанавливаемыхмежду подушками 4 и 5, и напряжениястяжных элементов 6 и 7, имеющих гидравлические гайки 10 и 11, усилиемО превышающем максимальное давле Оние В на цапфы 8 и 9 прокатных валков1 и 2,Затем осуществляют операцию точной вертикальной установки валков 1и 2 на заданный размер и р междУ ними 45вращением эксцентриковых втулок;12 и 3 в направлениях +м и -ы наугол , отсчитываемый по шкале отсчета, смонтированной на эксцетриковой втулке,50Заключительный этап настройки состоит в окончательном напряжении подушек валков путем воздействия настяжные элементы 6 и 7 усилиями, равными 5, и 5 , равными с точностьюдо коэффициента запаса усилия 5 и5 (см. (2) и (3, осуществляемого подачей во внутренние полости гидравлических гаек 10 и 11 жидкостипод различными давлениями, контролируемыми манометром, подключенным ктрубопроводам.П р и м е р, Настраивается клетьс предварительна сжатыми подушкамимелкосортного стана 280 (фиг. 1),конструктивные параметры которой имеют следующие значения: расстояниемежду осями стяжных элементов однойстороны прокатной клети . = 30 мм,эксцентриковые втулки 12 и 13 имеютэксцентриситет е = 12 мм, площадьпоперечного сечения каждой стороныподушек 4 и 5 - Г = 255 1 О м2п(255 см ), а площадь поперечного сечения стяжных элементов 6 и 7 Г.2510 м (25 см), высота сжимаемых частей подушек Н и длина растягиваемых частей стяжных элементовравны между собой, т.е,.Н0,8 м. Модули упругости материалаподушек Е и стяжных элементов одинаковы, т. е. Е и = Е . Ожидаемое полноеусилие прокатки (давление металла навалкии 2) составляет 320 кН(31,4 т) .Сначала осуществляют грубую вертикальную установку валков 1 и 2, размещая между подушками 4 и 5 прокладки 3 толщиной 40 мм, Затем затягиваютстяжные элементы 6 и 7 усилием 100120 кН и поворотом эксцентриковыхвтулок 12 и 13 на угол 30перемещаютпрокатные валки 1 и 2 до достижениязазора между ними 28 мм. После этого осуществляют окончательное напряжение подушек 4 и 5 валкови 2, длячего рассчитывают показатель ( иусилия воздействия на стяжные устройства по формулам (2) и (3) с учетомкоэффициента запаса,В нашем случае В = 320:2 = 1 б - кН., принимаем Е, = 1,8 и по фор - муле (+ ) л = 0,5 - у- . соз 30 = 0,465.12с 5 = 160 1,8 0,465 = 133,92 кН. На стяжной элемент 7, находящийся чем ./2, воэна расстоянии меньшем,действуем усилием На стяжной элемент 6, находящийся на расстоянии большем, чем 1./2 воздействуем усилием9 13371595 = 160 0,8 (1-0,465) =54,08 кН. После этого усилия предварительного нагружения в нагрузочных устройстнах - гидравлических гайках 10 и 11, нагружающие элементы 6 и 7, доводятся путем подключения гидравлических гаек 10 и 1 к насосам и контролем давления жидкости в их рабочих полос- О тях по манометрам до следующих величин: к элементу 6, находящемуся на расстоянии большем, чем /2, прилагается усилие 5 = 133,9 кН, а к элементу 7, находящемуся на расстоянии, 5 меньшем, чем /2, прилагается усилие Б = 154, кН, В результате достигается соответствие между усилием предварительного нагружения стяжных элементов и действующими на них при про катке рабочими нагрузками, При этом упругая деформация стержня элемента 6 будет равна В стяжных элементах 6 и 7 при настройке по предлагаемому способу во время прокатки действуют различные по величине полные усилия;В стяжном элементе 6, отстоящем на расстоянии большем, чем /2, действует полное усилие 5 ь, величина которого определяется соотношением 5 =5, +5с + где 5= й с( = 160 0,465=74,4 кН,и тогда 625 1 Оз5 = 33,9 + 74,4- 140,6 кН,снп = 5 0 = 0,214 мм, 25Ь 133,9снпгде Сс - жесткость стержня стяжногоэлемента определяется соотВ стяжном элементе 7, отстоящем на расстоянии менее, чем 1./2, действует усилие 5, величина которого определяется выражением ношением"пн 1 ь Сп 6375 1 О Величины дополнительных упругих240 деформаций д 1и д 1стержнейстяжных элементов 6 и 7 по абсолютной величине будут соответствовать умень 21шению сжатия д 6 пи д 6 подушек 4 и 5. Величины этих деформаций определя ются по выражению х 10 кН/м,50Для стяжного элемента 6 имеем(д 1,( = (д Ьи(С+ С,дВ снс С 625 10 з55 ушек 4 ит действи угая деформация п яжным элементом 7лия достига личины Упругая деформация сжатия подушек 4и 5 под стяжным элементом 6 определяется величиной где С- жесткость подушек под стяжным элементом определяется соотношением пЕп 255 10 2 10и Н О 8 6375 х п 2 Упругая деформация элемента 7 достигает величины 5. 154 1 0 024д 6 0 024 пнп Сп 6375 10" В(1-с 1)=60(1-02465)=85 ь 6 КН 2 1 + 85,6 625 1 С Ть 25+ь 375 Г 2 пт1 2 1337159 85,66375+6257 10 и Рр 7 122,8 5 85,6 Р цР = ;х 7 где Р,К 25 С 625 10- 0,089. С+ С,откуд 0,797 яще 31./2 емента 6, нахобольшем, чемутого усилиемна расчетной к тяжного эл расстоянии ельн предвари й клети,ся на ключаокончат 133,9 ческойльно затя напряжение подулементами, усора между валитикН, величи агрузки оп деляется значених эксцетельное нтрикоапряжение подушекщ и й с я шения стаби ел ности прожение подуиложением е шек волк осуществляют нагрузокентов 6 и критически ти значеникаждого из ных элемспособеяженнойей сохра тя для7 п лие на первьположенный со настроикипрокатнойбнение спопре ага моь нап в арительн ой направлению пре кле и обеспечивают превышает на второй стяжи Оценим величины критических нагру 5 зок для каждого из стяжных элементов 6 и 7, по достижении которых начинают= ся нелинейные процессы раскрытия стыков между подушками 4 и 5 и потери предварительно напряженной клетью 1 О свойства обеспечивать заданную точность прокатки по выражению величина критической нагрузки для каждого из . стяжных элементов клети; угловой коэффициент на 20 клона луча ОВ;коэффициент основной нагрузки,В данном случае К 1 = 1/0,744 ++ 1,344, а величина Оэ 797133 э 9 = 106,7 ля стяжного элемента 7, оконча-.но затянутого усилием 5,4,1 кН, критическое рабочее уси 0,797154,1 = 122,6 кН,б ости обеспечивать заданную т ность прокатки, так как от Р,1 0 6 71 4 3 55, 7 4 , 4 Следовательно, при любам возмущении процесса прокатки. вызываюшем увеличение давления металла на валки, например изменении механических свойств металла по длине раската, не превышающем 43,5 Е от принятого в расчете исходного значения, предваритепьно напряженная клеть сохраняет свое предварительное напряжение.Опыт работь 1 прокатных станов показывает, что реальные перегрузки по условию прокатки, как правило, не превьшают 202, Следовательно, настройка клети по предлагаемому способу обеспечивает сохранение высокой точности прокатки в течение всего технологического процесса при любых реальных колебаниях усилия прокатки.Таким образом, применение предла-. гаемого способа настройки предварительно напряженной клети прокатного стана позволяет повысить точность прокатки в 1,5 - 2 раза и увеличить объем производства высокоточного проката.,формула изобретения Способ настройкинапряженной прокатноющий предварительноешек валков стяжнымитановку заданного заками вращением опорнвых втулок и оконча валков, о т л и ч а ю тем что с целью повы - изации предварительного напряжения н тем самым т катки, окончательное нап к стяжным элементам, расположеннымпо разные стороны от оси опорныхэксцентриковых втулок, разных по величине дополнительных усилий так,что дополнительное ус стяжной элемент, расп стороны, противополож эксцентриситета втуло дополнительное усилие ной элемент,Закаэ 4076 11 д. 4/5 нно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 эводст Тираж 480 ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва, ЖПодписное венного комитета етений и открытии 35, Раушская наб