Прокатный стан

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 13608 РЕСПУБЛИК В 35/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ жет быть использо стве горячекатань полос и листов. 1 повышение произво увеличения скорос в клеть путем уме ри и лодн ван атаных и обретени ел за счеталла ельнос ти э ныне ач ия взаимног ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторски институт металлургического машиностроения им.А.И.Целикова(57) Изобретение относится к прока ному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и мо смещения верхнего и нижнего рабочихвалков вдоль оси прокатки и сниженияизгиба переднего конца раската приодновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок. Установлены оптимальные соотношения крутильных жесткостей соединительных валовтрансмиссий стана, имеющего в составеодной из трансмиссий зубчатую передачу, при которых дополнительные динамические усилия, действующие навалки вдоль оси прокатки и изгибающиеполосу, минимальны или близки кнулю. 3 ил.(5) 13608Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и наиболее эфАективно может быть использовано при производстве горячекатаныи и холоднокатаных полос и листов.Целью изобретения является повыш.ле производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть 10путем уменьшения взаимного смещенияьерхнегс и нижнего рабочих валков вдольоси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элегментов прйводов за счет снижения динамических нагрузок,На фиг. 1 приведена схема прокатного стана с горизонтальной рабочейкле:;"ью, в которой только одна из 20трансмиссий содержит зубчатую передачу, па фиг. 2 - схема сил, действующих на валковые системы; нафцг, 3 - схема сил, действующих нарабочие и опорные валки в четырехпанковой рабочей клети.Прокатный стан включает горизон-,:,;амн., каждый из которых имеет индивндуальнь;й привод 5 и 6. Пдсодержат электродвигатели 7 и 8 итрансмиссии одна из которых включаетзубчатую передачу 9 и соединительныевалы 10 и 11, а другая - соединительный вал 12. Валы 10 и 11 осуществля-.ередачу вращения от электродви-:теля 8 к рабочему валку 4, а вал 12г,э-дает .ращение от электродвигателя 407 к рабочему валку 3.".,апнсимасти от компановки рабои;"., клетей с".ана и их приводов зубчатая передча может быть установленав приводе 6 нижней валковой системы 2 45фиг,. 1) или в приводе 5 верхней валковой системы 1. В последнем случаепривод 6 нижней валковой системы 2це содержит зубчатую передачу. Местоустановки зубчатой передачи не меняетсущцоь.ти изобретения и работу устройрва гПри прокатке полос в рабочей клети.;рс;блатного стана в приводах 5 и 6р,"боч.г. валков формируются моментысил упругости,а на рабочие .валки 3 и 4со стороны полосы 13 (фиг. 2) дейст- .вуют усилия прокатки, равнодействующие Р которых смещены от оси вращения валка 3 на величину 1 и валка 4 на величину 1 . Параллельно оси прокатмки на валки действуют усилия Т.Уравнения движения валковых систем записываются следующим образом: приведенные к оси вращения рабочих валковдинамические моментыинерции валковых систем 1 и 2 соответственно;угловые ускорения рабочих валков 3 и 4 соответственно;моменты сил упругостив соединительных валах;12 и 10;моменты прокатки соответственно на рабочихвалках 3 и 4, равные(Аиг. 2) где г - радиус рабочего валка.Из условия равновесия полосы под действием сил Р и Т получают, что где Ь - плечо сил Т.Учитывая, что разность моментов прокатки на рабочих валках 3 и 4 пропорциональна разности их угловых скоростей ц и , с учетом зависимостей (3) - (5) получаем выражение где к - коэАфициент пропорциональности,Дифференцируя выражение (6) по времени, получаем ц= (2 г + Ь), (7) Т где Т - производная усилия Т по времени .Учитывая, что для большинства прокатных станов величины 1, и 111 практически равны, вычитая из выражения (1) выражение (2), с учетом10 Е " дЬ. Таким образом, в случае неравенства моментов сил УпРУгости Мопр У. ФМ р на полосу и рабочие валки действуют усилия, стремящиеся переместить валковые системы вдоль оси прокатки и изогнуть полосу. Усилия, изгибающие передний конец раската, Формируются в начале процесса прокатки полосы валками в относительно короткий промежуток времени.Внутри этого промежутка моменты сил упругости М уп и М,прлл могут быть аппроксимированы Функциямии(12) Ме = О = Ай,рр лл 50 ветственно;- угловые ускорения опорных валков 14 и 15 соответстакоп ОП 1(2 г+) ) 1 УпР У пР,Начальное условие для уравнения. упр. ллпо времени величинупрлмент= О.Величина М1 = 0 может бытьУПр лпринята равной где й - частота собственных крутильных колебаний привода 5, Гц;А - коэффициент пропорциональности, Н м.Аналогично в приводе 6, когда амплитуды колебаний моментов сил упругостей во второй Форме колебаний существенно меньше амплитуд по первой Форме колебаний, можно принять где ,й, - первая частота собственныхкрутильных колебаний привода б, Гц; А, - коэФФициент пропорциональности, Нм.Подставляя выражения (10) и (11) в уравнение (9) с учетом соотношений (12) и (13) получаемк- с1 сТ= --- . - е(2 г+Ь)1,Учитывая, что при й = 3 величиныА : А, из выражения (14) получаем,что в этом случае величина Т близка 15 к нулю и, следовательно, усилия,изгибающие передний конец раската припрокатке его в рабочей клети, приЛ = й, минимальны.Для стана с клетями, валковые системя 1 и 2 которых выполнены в видедвух рабочих и двух опорных ьалков3 и 4 и 14 и 15 (Фиг. 3), в дополнение к усилиям Т в зоне контакта опорных и рабочих валков Формируются 25 усилия, составляющие которых, параллельные оси прокатки и действующиена верхние и нижние валки,обозначаютчерез Я, и Ц соответственно. Этисилы перемещают и изгибают валковые ЗО системы в направлении оси прокатки,Для определения их записывают следующие уравнения движения рабочихи опорных валков: 1 р л1 М Упр лл М пр л 0(18) где 1, 1- динамические моменопл45 ты инерции опорныхвалков 14 и 15 соответственно;- динамические моменты инерции рабочих валков 3 и 4 соотвалка.1 оп 1 оп 1 р. При отсутст833 6привода Ь и частоты крутильных колебаний привода 5 при одновременном уменьшении амплитуд колебаний моментов сил упругости по второй форме колебаний в приводе 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу.Для обеспечения сформулированных условий соединительные валы трансмиссий рабочей клети следует выполнять с крутильными жесткостями, удовлетворяющими заявляемым зависимостям.Свободные крутильные колебания масс привода 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, могут быть описаны уравнениями К 4,= г 4; 5+ 928 з 92 В, %Первая 3 и вторая 32,(Гц) частоты свободнйх крутильных колебаний 5 1360вин проскальзывания рабочих валковотносительно опорных справедливысоотношения Решив уравнения (5) - (20) относительнои Я , получаем выраже О ния Упр " 11 Р 1 ме111 р 1)г+1) г1 гг Из выражений (21) и (22) следует, что величины и направления составляющих Я и 0 в общем случае не одинаковы и зависят от соотношений моментов сил упругости и моментов прокатки, действующих на верхний и нижний рабочие валки, В случае неравенства сил О и ( происходит взаимное1 11 30 смещение рабочих валков вдоль оси прокатки за счет их перемещения и изгиба, что приводит к изгибу переднего конца раската. Указанное смещение может быть охарактеризовано разностью 0- О которая из выражений 35 (21), (22), (3), (4), (5) и (9) равна10 -оаъющ (М -М11) 1 рг Упрзпрк)( --- , +1)г1 опт Иэ выражения (23) следует, что чем меньше разность моментов сил упругости на. верхнем и нижнем рабочих валках, тем меньше влияние сил Я ина изгиб переднего конца раската.11Используя соотношения (10) и (11) аналогично (12) - (14) можно показать, что уменьшение разности величин усилий 0. - Я и уменьшение усилия Т, а следовательно, снижение величины изгиба переднего конца полосы можетбыть достигнуто путем выравнивания первой частоты крутильных колебаний 9 )2, - М + Ч) +Р( Ч 21 - Ч,)=0; (25)9 З 1 Р ф 2 З 1) ф(26) где, .2,- углы закручивания приведенныхк оси вращениярабочего валка 4масс соответственно валковойсистемы 2, зубчатой передачи 9и якоря электродвигателя 8, рад;ц- вторые производ 11НЫЕ ВЕЛИЧИН 1= асс,/1, рад.Квадраты Рг первой и с 12 второй безразмерных собственных частот крутильных колебаний указанной системы являются корнями характеристического уравнения 2 1+ц Р. 9",гВ - 8 (1++ )+ --- =О.оТаким образом(32) 15 ГДЕ (22, Ц Частотаний масс пруравнениямипо Формуле 1 С- / (2 Г), 6оотношения 4рвых часхней и нижтнероследнего венство п Выполнение обеспечивает ртот колебаний ции зу = 3 10 инерци 7 и 810 приводов.веистем. елей ига ней валковых костиО С,1,5 х,8 х с льных валовм/рад, вала 1 едини х 10 Н м/ х 10 Н м/ адвала 1 рад; перед й передачи рные динам точи ние зубчат Безразм инерции ма 3,0;,5 еские моменть масс привода 6 определяются иэ безразмерных частот по Формулам Для крутильной системы привода 5,трансмиссия которого не содержитзубчатой передачи, уравнения свободных колебаний имеют вид- углы закручивания приведенных к оси вращения рабочего валка 3масс валковой системы 1 20и якоря электродвигателя 7 соответственно,рад;- вторые производныеуглов ( и ( соответ2ственно по безразмерному времени ь == С 1/С/1,.Л(Гц) свободных колебаивода 5 в соответствии с (31) и (32) определяется Приравнивая выражения (33) и (29 для частот й и /1 и разрешая полученное равенство относительно крутильной жесткости С, имеем При выборе конструктивных параметров привода 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, для обеспечения снижения амплитуд колебаний моментов сил упругости в соединительных валах 10 и 1,1 по второй форме колебаний сравнительно с амплитудами по первой форме учитывается, что при линейно растущих во времени от нуля до установившихся значений моментах прокатки, характерных дляначального периода захвата металларабочими валками, амплитуды колебаний моментов сил упругости в каждойиз форм соотносятся друг с другомприблизительно как величины, обратнопропорциональные квадратам собственных частот. Поэтому при 2- 3 (35)/1амплитуды колебаний моментов сил упругости по первой и второй формах отличаются не менее, чем в три раза. С учетом демпфирования колебаний в результате внутреннего трения эта разница становится еще больше.Поскольку близость собственных частот в первой и второй Формах колебаний приводит к росту динамических нагрузок, Формирующихся в приводе 6 во время переходного процесса при захвате металла валками, выполнение условия (35) обеспечивает снижение этих нагрузок и, следовательно, повышение долговечности элементов этого привода.Подставляя в условие (35) значения Л, и Я, из соотношений (29) и (30) с учетом выражения (28), получаем: 8, (1+ 9 )+Ц 2 - ( - 1) Са(фиг. 1) имеет следующиетики: динамический момвалковых систем 1 и 210 " кг м 2; динамичесбчатой передачикг- м 2динамичи якорей электродв1 = 5 102 кг-м,кг.м 2; крутильные ж с приводов равны 6, = - 62,5; 8 = 66,5; д,= 51136083 30 55Дчя прокатного стана, содержащего четырехвалковую рабочую клеть, дополнительно уменьшается разница между усилиями, формирующимися в зонах Безразмерная крутильная жесткостьсоединительного вала 11 равна и,:9,4,Квадрат первой безразмерной частоты собственных крутильных колебаниймасс привода 6 определяется по формуле (28) и равен Р0,90Подставляя полученные величины вправую часть соотношения (34), получаем;-8,8 107.Сравнивая результат вычислений 10со значением С, получаем, что соотношение (34) выполняется.Подставляя исходные данные в левую,часть соотношения (36), получаем", 2,5, откуда следует, что для15предлагаемого прокатного стана соотношение (36) выполняется,Прокатный стан работает следующимобразом.При захвате металла рабочими 20валками в их приводах формируютсядинамиче .;.ие моменты сил упругости,изменение которых во времени носитколебательный характер, причем частота колебания момента в приводе 5 25верхнего и первая частота колебаниймомента в приводе 6 нижнего рабочихвалков одинаковы, а вторая частотав приводе 6 отличается от первой неменее чем в 1,7 раза. Последнееобеспечивает эффективное снижениемаксимальных динамических моментовсил упругости в трансмиссии привода 6при захвате металла и увеличениедолговечности элементов привода 6.В результате указанного разнесеця первой и второй частот амплитудымоментов сил упругости по второй формеколебаний малы по сравнению с амплитудами по первой форме. Благодаря этому 40уменьшают "я усилия, действующиепараллельно оси прокатки в зоне контакта полосы и рабочих валков. Этообеспечивает уменьшение изгиба переднего конца полосы, Кроме того,45.уменьшается взаимное смещение или.:згиб верхнего и нижнего рабочихвалков, что также приводит к уменьшению изгиба переднего конца полосы.Снижение изгиба переднего конца полосы позволяет увеличить скорость ее задачи в следующую клеть и обеспечиваетувеличение производительности прокаткого стана. 3 10контакта рабочих и опорных валков верхней и нижней валковых систем, так как в предлагаемом стане эти усилия, близкие по величине, действуют в одном направлении, причем смена направления происходит практически одновременно. Это также приводит к уменьшению взаимного смещения рабочих валков вдоль оси прокатки.В конце прокатки при выходе полосы из рабочей клети имеют место динамические процессы, аналогичные указанным. Следовательно, предлагаемый прокатный стан обеспечивает также уменьшение изгиба заднего конца полосы и, таким образом, в частном случае реверсивного прокатного стана повышение его производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть.Использование предлагаемого прокатного стана обеспечивает по сравнению с известными повышение производительности эа счет увеличения скорости задачи металла в рабочую клеть, а также снижение динамических нагрузок, возникающих в трансмиссиях при захвате раската валками, и увеличение долговечности элементов привода.Формула изобретенияПрокатный стан включаюший горизонтальную рабочую клеть, содержа:цую верхнюю и нижнюю валковые системы с рабочими валками, каждый из которых имеет индивидуальный привод в виде электродвигателя и трансмиссии, содержащей соединительные валы, причем одна из трансмиссий имеет зубчатую передачу, а соединительные валы трансмиссий выполнены с заданными соотношениями крутильных жесткостей, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдаль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок, соотношения крутильных жесткостей соединительных валов трансмиссий определяются зависимостямиС - С Р - (1 )Т13 б 0833 крутильная жестинительных валов суммарна кость со трансмиссии, не содержащей зубчатую передачу,Н м/рад;- суммарная крутильная жесткость соединительных валов между рабочим валком и зуб чатой передачей, Н м/рад; - квадрат первой безразмерночастоты собственных крург тильных-колебании участка валковая система - трансисси якорь электродвиивода, трансмиссия содержит зубчатуюравный Р1+и821 Вз 1 25 гателя п которого передачу(1 + 1 2 6 (1 + 6 )+Цг - (В - 1) Сг Ъ 21 С2,3, приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции валковой системы привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, кг. м;приведенный к оси вращения рабочего валка безразмерный динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, равный д - Нг г. / гдинамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, кгпв м;безразмерный суммарный динамический момент инерции масс привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, рйвный 61 + 871+ В;- приведенная к оси вращения рабочего валка безразмерная я крутильная жестединительных валов м ость расположенных междуродвигателем и зубчпередачей, равная с3 С 2/С,;передаточное отноше лект тои зубчатои едачи; суммарная крутильная жесткость соединительных ваУ ов, расположе ых ме м и з электр чатой безразмомент инерциии, ра 11 фнный к оо валка момент инерции передачи, кг.м пере-7- приврабо двигател ередачей ерный ди е убН м/рад; намический зубчатой 7 И 87 -и вращенияинамическии 5убчатойриведенный кия рабочегоеский момент и вращ ка динамиерции валвои сиспривода,которого нечатую передачу,нсмиссия держит зм безразмерный сумм динамический моме масс привода, тра которого не содер чатую передачу, р О, =1+6;безразмерный ди момент инерции родвигателя пр рныит инерциисмчссияит зубвный ий намичес якоря э ект ивода, т о не со ач а смиссия которог держит зубчатую перед у, р вный в= д/т,;динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого не содержит зубчатую передачу, кг м.13 Ь 0833 Б. Бейнфеанич Составите Техред М. рректор Л. Пат Редактор И, Шул акаэ а 177,1 о и к роиз-:.:одственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект 2 Тираж 481 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рауш