Линия клети прокатного стана

)5 В 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН МУ СВ ЕЛЬСТВ К АВТО я к прок линиям р номбоч рокатклеть, Й ство. очие и енныннцми состо- кладысации иваюеи клети и рабочую чное устро ины и раб ми, размещ анныхсме стройство нделей с в измов фик е, обеспеч(54) ЛИНИЯ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА(57) Изобретение относится к области прокатного производства, а точнее к линиямрабочих клетей прокатных станов. Цель изобретения - сокращение времени перевалкипутем повышения точности центрированиявалков и шпинделей при перевалке, Линияклети прокатного стана содержит клеть сузлами станин, опорных и рабочих валков сподушками, вертикальные планки стоекокон станин,под направляющие подушек Изобретение относитс производству, а точнее к клетей прокатных станов.Известна линия рабоч ного стана, включающая шпиндельное и перевало Рабочая клеть иметь стан опорные валки с подушка ми в окнах станин, облицов планками, Шпиндельное у ит из универсальных шпи шами скольжения и механ шпинделей при перевалк опорных валков, открцлки подушек рабочих валков, расположенные в окнах станин для подушек опорных валков, универсальные шпиндели с вкладышами скольжения, взаимодействующие с лопастями рабочих валков, механизмы фиксации шпинделей и механизм перевалки. Новым в линии клети является то, что стойки окон станин снабжены дополнительными направляющими шириной, меньшей ширины стойки, и смонтированными оппозитно боковым торцам открылков со стороны механизма перевалки, приэтом каждый боковой торец открылков выполнен с выступом со стороны шпинделей, который установлен в положении прокатки на расстоянии от дополни- Я тельных направляющих, не превышающем половины ширины вкладыша универсально- / го шпинделя, а боковой зазор между дополнительными направляющими и этими выступами равен не более трех боковых за- Я зоров между вкладышами и лопастью валка, 5 ил. щих точное центрирование шпинделеи в го- О ризонтэльной плоскости по оси окна стани- .а ны клети и установку шпинделей по высоте на постоянный уровень, соответствующий уровню осей переваливаемых валков, Перевалочное устройство включает длинноходовой гидроцилиндр для извлечения изношенных валков из клети и введения в клеть новых валков.Недостатками этой линии клети являются большие затраты времени на перевалку рабочих валков, обусловленные низкой точностью центрирования валков и шпинделей10 20 40 50 в горизонтальной плоскости. Это объясняется тем, что возможное смещение оси валка при перевалке относительно оси шпинделя, сцентрированного по окну станины, определяется величиной бокового зазора между одуой и саой, Этэ величина вследствие интенсивного износа облицовочных планок при прокатке, может достигать нескольких миллиметров(по нормам - 2 - 2,5 мм), и на 1 - 2 порядка превосходит величину бокового зазора между лопастью валка и вкладышами универсального шпинделя. (Износ вкладышей в этом случае не влияет на увеличение бокового зазора, так как они взаимодействуют с лопастью щек, в т.ч, малоизнашиваемой средней частью). Столь значительная несоосность при введении лопасти в проем между щеками вкладышей приводит, независимо от величины и угла ее заходной части, к самозаклиниванию лопасти и вкладышей и прекращению перевалки; дальнейшее введение валков в клеть осуществляется либо забиванием валков при помощи привода перевалки, либо путем их отвода и повторного введения, И в том и в другом случае затраты времени на перевалку увеличиваются на несколько минут; забивание, кроме того, приводит к частым поломкам поивоца перевалки, Анализ процесса перевалки на НШСНЛМК, где конструкция линии клети соответствует, описанной показал, что на чистовых клетях заклинивание в следствие несооености валка и шпинделя происходит в 20; случаев, на черновых, где износ облицовочных планок выше - более чем в 50 случаев, на ряде других действующих станов (РШС 2000 ЧерМК, НОС 2500 ММК, стан 1700 х.п. КарМК) частота заклинивания валков при перевалке еще выше. Вследствие этого прьдолжительность замены вал-. ков на НШС 2000 ЧерМК составляет 20-25 мин при расчетной продолжительности 10 мин, на НШС 2000 НЛМК - 12 мин, вместо расцепных 9 мин,Наиболее близкой к предлагаемой является линия прокатной клети, состоящая из рабочей клети, имеющей станины, рабочие и опорные валки, подушки которых размещены в окнах станины, перевалочного устройства и шпиндельного устройства, включающего универсальные шпинделя и механизмы их фиксации в положении перевалки. Окна станин, облицованные планками, в зоне рабочих подушек выполнены.с меньшей шириной, чем в зоне опорных подушек; соответственно уменьшена по сравнению с аналогом и основная ширина рабочих подушек, которые дополнительно снабжены открылками, размещенными в окнах станин для опорных подушек, Сокращение ширины и, соответственно, массы подушек способствует снижению, как первоначальных зазоров между подушкой и станиной, так и износа облицовочных планок (тэк как снижаются боковые динамические нагрузки на подушки и стойки станин при захвате), что позволяет несколько повысить точность центрирования валков относительно шпинделей, Тем не менее возможные смещения валков относительно шпинделей при перевалке все еще многократно превышают боковые зазоры между вкладышами шпинделя и лопастью залка, что приводит к заклиниванию валков в процессе введения в клеть и увеличению продолжительности их замены,Целью изобретения является сокращение продолжительности перевалки путем повышения точности центрирования валков и шпинделей.Цель достигается тем, что стойки станин снабжены дополнительными направляющими шириной, меньшей ширины стойки, и смонтированными оппозитно боковым торцам открылков со стороны перевалки, при этом каждый боковой торец открылков выполнен с выступом со стороны шпинделей, который установлен в положении прокатки на расстоянии от дополнительных направляющих, не превышающем половины ширины вкладыша универсального шпинделя, а боковой зазор между дополнительными направляющими и этими выступами составляет не более трех боковых зазоров между вкладышами и лопастью валка,Оснащение стоек станин клети дополнительными направляющими, взаимодействующими с выступами открылков подушек,позволяет более точно (по сравнению с прототипом) центрировать валки и шпинделя друг относительно друга в горизонтальной плоскости, при этом смещение выступов относительно направляющих при работе стана разгружает их от горизонтальных составляющих усилий прокатки, исключает возможность интенсивного износа и позволяет сохранить малые зазоры между направляющими и выступами нэ протяжении длительного србка эксплуатации, Анализ силового взаимодействия лопасти и шпинделя при перевалке показывает, что выполнение соотношения зазоров между направляющими и выступами к зазорам между вкладышами и лопастью не более 3;1 исключает возможность самозаклинивания лопасти во вкладышах, а выполнение смещения выступов относительно направляющих меньшим полуширины вкладышей обеспечивает под. держание полученной точности центрирования на всем протяжении зоны силового взаимодействия лопасти и вкладышей.Таким образом, все это обеспечивает необходимую для свободного соединения лопасти валка со шпинделем точность их взаимного центрирования, благодаря чему исключается возможность самозаклинивания лопасти во вкладышах и сокращается продогжительность перевалки.На фиг. 1 изображена рабочая клеть прокатного стана; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - схема распределения сил в шарнире шпинделя в процессе введения лопасти.Линия прокатной клети состоит из рабочей клети 1, шпиндельного устройства 2 и перевалочного устройства 3, Клеть 1 имеет станины 4, облицованные сменными планками 5 и рабочие валки 6 с Т-образными подушками 7, размещенными в окнах 8 станин. На станинах установлены балки 9 для перемещения рабочих. валков при перевалке.Шпиндельное устройство 2 состоит из двух универсальных шпинделей 10, шарниры которых имеют вилки 11 и вкладыш 12 с сухарями 13, и механизма 14 фиксации шпинделей при перевалке, состоящего из подъемно-опускающихся опор 15 и гидро- цилиндра 16, механизм обеспечивает точное центрирование шпинделей в горизонтальной плоскости по оси окна станин 4, а также установку их по вертикали на постоянном уровне осей переваливаемых валков. Вкладыш 12 и сухарь 13 взаимодействуют с лопастью 17 валковой муфты 18, жестко закрепленной на хвостовике рабочего валка 6,Перевалочное устройство 3 оснащено длинноходовым гидроцилиндром 19, предназначенным для извлечения из клети изношенных валков и завалки в клеть новых.На обращенных к планкам 5 станин 4 торцах 20 открылков 21 подушек 7, размещенных в расширенных зонах окон 8 станин, выполнены выступы 22, смещенные от середины подушек в направлении шпинделей и имеющие возможность взаимодействия с направляющими 23, жестко закрепленными на стойках станин напротив торцов 20 открылков и смещенными от середины стоек в направлении перевалки таким образом, что в положении прокатки выступы 22 смещены относительно направляющих 23 в сторону шпинделей на расстояние 1, не превышающее половины ширины Ь вкладышей 12. Ширина направляющих 23 вдоль оси валков меньше ширины стойки станины. Величина зазора е между направляющими 23 и выступами 22 определяется иэ следующих соображений, В процессе введения новых валков в клеть каждый валок может быть смещен в горизонтальной плоскости относительно оси шпинделя, совпадающей с осью окна станин, на величину не превышающую е. Лопасть 17, взаимодействуя, как показано на фиг, 3, своей эаходной частью со щекой одного из вкладышей 12, поворачивает комплект вкладышей с сухарем на угол адо упора второго вкладыша в плоскость лопасти (фиг. 5), Дальнейшее введение лопасти в шарнир становится возможным лишь при условии взаимного сближения осей лопасти и шпинделя под действием усилия Я со стороны перевалочного гидроцилиндра 19, причем это сближение должно сопровождаться поворотом комплекта вкладышей с сухарем в исходное положение, в котором щеки вкладышей параллельны лопасти. Для . определения условий возможности такого поворота рассмотрим уравнения равновесия комплекта вкладышей под действием всех приложенных к нему сил (уравнения проекций сил на оси Х и У и уравнение моментов):Й 1 ( соз а - 1 зи а ) з и у 1 + где В 1 и В 2 - нормальные силы, действующие на вкладыши со стороны лопасти;01 и 02 - нормальные реакции, действующие на вкладыши со стороны вилки шпин 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55+ 1 В 1 ( соз а - 1 з и а ) зп у 1 мх соз у 1 - Вг зп уг + 1 Вг уг соз уг -г- 01 соз Р 1 - 1 01 згР 1 + 02 соз рг -- т 02 зп рг = О,В 1(т" соз а+ зп а) +В 1(соз а -- т з 1 п а) зпу 1 созу 1 +т В (созав 1 зп а) соз у 1 + 1 Яг + Вг зи уг соз уг -- т В 2 соз, у 2 01 з 1 п ф 1 + 1 02 соз 31- 02 з и 32 - т 02 соз Р 2 = О,В 1 ( соз а - т з 1 и а ) з и у 1 +осей приобрери этом условие сближеает следующий вид; 1 0,35 вкладышеи исчительно реже)ционные мате- которых по стаПодставляя Ь (3), получим оотношение зааправляющими, о и вкладышами, трех, гарантируо введения вал 1 =2 ф/3,Р а )/3,деля. Их возникновение обусловлено необходимостью восприятия вилкой осевых сил, действующих на вкладыши со стороны лопасти (т.е. проекций сил В 1 и В 2 и сил трения от них на ось Х);а - угол поворота комплекта вкладышей,Д иД - угы наклона сил 01 и Ог к поперечной оси шарнира шпинделя.у 1 и 12 - углы наклона нормальных реакций от сил В 1 и В 2, действующих на вкладыши со стороны вилки. Силы В 1 и В 2 и силы трения Г 1 и Е 2 от них могут быть разложены на горизонтальные и вертикальные составляющие, Вертикальные (параллельные оси У) могут быть перенесены вдоль линии их действия на поверхность контакта вкладышей с вилкой и вновь разложены на нормальные и касательные к этой поверхности силы. Нормальные силы Въ и В 2 ч, действующие под углом у 1 и у 2, уравновешиваются реакциями со стороны вилки, направленными к центру шарнира, и в уравнениях (1) не учитываются, Неуравновешенные тангенциальные силы В 1 т и В 2 т и силь трения Т 1 и Т 2 от нормальных реакций, действующие в одном направлении, а также силы Г 1 и Г 2 выражены в уравнениях (1) через В 1, В 2, коэффициент. трения Х и тригонометрические функции узлов а, )1 и )б - диаметр цилиндрической поверхности вкладышей;1 - коэффициент трения между вкладыи ами, с одной стороны, и вилкой и лопастью, с другой;с - толщина лопасти,Силы 01 и О 2 представляют собой равнодействующие контактных давлений, действующих на части поверхности контакта вкладышей и вилки шарнира, расположенной справа от оси У шарнира (фиг. 5), Полагая давления распределенными по линейному закону от оси У до края контактных поверхностей (аналогично распределенио давлений в шарнире при прокатке), определим углыф 1 ир 2: где ф =агсэи Ьй;1Ь - ширина вкладыша,Значения углов а, у 1 и 12.определяютсследующим образом у 2 =агсви - + - е +о,Ь 2 с Ь5 где д - односторонний боковой зазор между лопастью и вкладышами шпинделя.Для того, чтобы сближение осей лопасти и шпинделя стало возможным, сумма проекций на ось У сил, действующих на 10 шпиндель через вкладыши со стороны лопасти, должна быть направлена в сторону сближения, т.е,В 1 (соз а Ф эп а) - . В 2 ) 0 15или, с учетом малости т и а, В 1/В 21. Реше-, ние системы уравнений относительно В;/В 2 в общем виде чрезвычайно громоздко, Однако оно упрощается тем, что соотношения 20 геометрических размеров универсальныхшпинделей с вкладышами скольжения практически постоянны для всего диапазона диаметров и конструкций шарниров: Ь/б= ==0,68, с/б=0,56. Это позволяет, пренебре гая малыми, привести уравнения (1) к следующему виду: В качестве материала пользуется бронза или (зна неметаллические антифрик риалы,коэффициенттрения"5 ли не превышает 0,10 максимальное значение 1/д (3,15. Таким образом, с зоров между выступами и н с одной стороны, и лопасть 50 с другой, не превышающее ет возможность свободног ков в клеть.Величина усилия ЧЧ, которое необходимо приложить к валку, чтобы ввести его лопасть в шарнир шпинделя, составляетУчитывая, что для установки шпинделя соосно с валком необходимо преодолеть силу сопротивления й в опорах 15 фиксации, запишем условие этого преодоления: 5Й 1(соэй- т э 1 пй) - 82 = Й, (5) Сопоставляя (2) - (5), получим(7 О,) со 2 Предельное значение /Чтавляет 8) Приложение к валкам такого усилия гарантирует извлечение их из шпинделей независимо от несоосности, возникающей впроцессе извлечения (в т,ч. и при поломкемеханизма фиксации).Силовое взаимодействие лопасти свкладышами, описанное выше, продолжается (при снижении несоосности е до величины д) до момента перехода торца лопастичерез поперечную ось шарнира шпинделя.После перехода заклинивание становитсяневозможным (щеки вкладышей параллельнц лопасти), а усилие перевалки становитсяравным малой величине ЛМ,Оценим предельное значение е; прид= 0,1 мм (номинальный зазор ходовой посадки) и 1 = 0,1 (бронза по стали) е0,3 мм, 45что намного меньше как нормативных (2 -2,5 мм), так и фактически практикуемых настанах (3 - 5 мм) боковых зазоров Ьмеждуподушкой и станиной. Можно сделать вывод, что оснащение станин дополнительными направляющими для подушек сбоковыми зазорами, определяемыми поформуле (3), является необходимым условием надежной работы линии клети при перевалке. В случае, если оно удовлетворено,выполнение привода перевалочного устройства с возможностью развивать усилияпревышающие удвоенные значения Ю и Ю Аналогичный расчет, выполненный для случая извлечения лопасти из шарнира, показал, что 81/В 21 независимо от соотно шения е/д, т,е. возможность заклинивания при достаточно большом усилии И со сторонц гидроцилиндра 19 исключена. Величина В/ определяется следующим образом:20 из формул (6) и (8), является достаточным условием надежной работы механизмов.Устройство работает следующим образом,После завершения прокатки перед заменой валков производят угловую ориентацию шпинделей таким образом, чтобы лопасти валков заняли вертикальное положение, Таким же образом ориентируют заранее лопасти новых валков. Поскольку при прокатке выступы 22 не взаимодействуют с направляющими 23, оси каждого иэ валков могут занимать любое горизонтальное положение в пределах зазоров Л между подушками 7 и облицовочными планками 5, Гидроцилиндром 16 производят подъем опор 15 фиксации шпинделей в перевалочное положение, а затем гидроцилиндром 19 извлекают изношенные рабочие валки из клети. Поскольку гидроцилиндр 19 рассчитан на создание штоковой полостью на каждом валке усилия Ю3,2 И, срыв лопастей валков со вкладышей происходит беспрепятственно. В процессе извлечения выступы 22 входят в контакт сначала с заходными, а затем с рабочими поверхностями направляющих 23, центрируя валки по оси окон станин. После размыкания с лопастями 17 шпинделя 10 полностью ложатся на опоры 15 механизма фиксации и также центрируются по оси окна станины.При введении в клеть новых валков перед входом лопастей 17 в контакт со вкладышами шпинделей выступы 22 подушек 7 входят в проем между направляющими 23 и центрируют валки относительно шпинделей с предельной несоосностью е, определяющейся по формуле (3), Лопасти 17 вступают в контакт с вкладышами 12 и поворачивают их, как показано на фиг, 5, после чего начинается силовое взаимодействие лопасти, вкладышей и вилки 11 шпинделя 10. Поскольку гидроцилиндр 19 рассчитан при работе поршневой полостью на создание на каждом валке усилия В/ по формуле (6), в процессе силового взаимодействия происходят сближение осей валка и шпинделя, поворот вкладышей и продвижение лопасти внутрь шарнира, Когда обращенный к шпинделю торец лопасти проходит ось шарнира шпинделя, силовое взаимодействие по фиг.5 прекращается, дальнейшее продвижение лопасти в шарнир уже не требует значительных усилий и точной установки валков, В процессе дальнейшего продвижения выступы 22 выходят из контакта с направляющими 23, давая возможность подушкам 7 войти во взаимодействие с облицовочными планками 5 станин 4. Во время работы станавыступы не взаимодействуют с направляющими, что исключает возможность их нагруженил горизонтальными составляющими усилий прокатки и натяжения полосы и позволяет поддерживать боковые зазоры е между ними в пределах расчетных значений.На опытной установке было проведено исследование силового взаимодействия лопасти с универсальным шпинделем при перевалке,В 100 О проведенных серий замеров предельной величины несоосности, соответствующей началу самозаклинивания, и в 97 О серий замеров усилий, которые необходимо приложить к лопасти для введения в шарнир шпинделя, рассчитанные по формулам значения е, ЧЧ и В/, располагались в пределах доверительных интервалов экспериментальных значений, соответствующих степени надежности 0,95. При этом наибольшее отклонение фактического предельного значения е от расчетного в большую сторону составило 16;4, в меньшую - 10 оь. Таким образом, результаты исследования подводили достоверность полученных аналитическим путем зависимостей (3), (б), (7) и (8) выполнение которых является необходимым условием надежной работы линии клети при заменах валков и сведения к минимуму затрат времени при перевалках. Формула изобретения Линия клети прокатного стана, содержащая клеть с узлами станин, опорные и 5 рабочие валки с подушками, вертикальныепланки стоек окон станин под направляющие подушек опорных валков, открылки подушек рабочих валков, расположенные в окнах станин для подушек опорных валков, 10 универсальные шпиндели с вкладышамискольжения, взаимодействующие с лопастями рабочих валков, механизмы фиксации шпинделей и механизм перевалки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения 15 времени перевалки путем повышения точности центрирования валков и шпинделей, стойки окон станин снабжены дополнительными направляющими шириной, меньшей ширины стойки, и смонтированными оппо зитно боковым торцам открылков со стороны механизма перевалки, при этом каждый боковой торец открылков выполнен с выступом со стороны шпинделей, который установлен в положении прокатки на 25 расстоянии от дополнительных направляющих, не превышающем половины ширины вкладыша универсального шпинделя, а боковсй зазор между дополнительными направляющими и этими выступами равен не 30 более трех боковых зазоров между вкладышами и лопастью валка,1708461 ие. Ф Составитель И,СкоробогатскийРедактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал, Корректор Л,Бески гарина, 10 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород каз 384 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва,Ж, Раушская наб., 4/5