Прокатный стан и соединительный элемент привода рабочих валков прокатного стана

(Г 9) 35/00, 11/00 5)5 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКО аевский,(21) 4818120/27(71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССР М 884763, кл, В 21 В 35/14, 1980.Авторское свидетельство СССР М 707628, кл. В 21 В 11/00, 1977,Авторское свидетельство СССР М 1375366, кл, В 21 В 35/14, 1985. (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПРИВОДА РАБОЧИХ ВАЛКОВ ПРОКАТНОГО СТАНА(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к прокатным станам, Цель изобретения - повышение Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессампрокатки, осуществляемым наложениемпротивофазных крутильных автоколебанийна вращение валков.Известен прокатный стан, содержащий в приводе рабочих валков шпинделяповышенной податливости, выполненныеиз нечетного числа равнопрочных полыхвалов, соединенных последовательно.торцами и расположенных концентрично с зазорами,Однако конструкция известного шпинделя прокатного стана не. позволяет иметьзначительную крутильную податливость,поскольку число равнопрочных полых валов производительности и качества проката путем обеспечения условий для крутильных автоколебаний валков и, кроме того, повышение надежности. В прокатном стане, содержащем рабочую клеть и привод с податливыми соединительными элементами, согласно изобретению регламентирована величина крутильной податливости соединительных элементов в зависимости от диаметра рабочих валков, что позволяет создать при прокатке режим крутильных автоколебаний валков, способствующих снижению усилия прокатки и возможному повышению обжатий, а. также повышению качества поверхности металла, Кроме того, усовершенствована конструкция соединительного элемента, в котором чередующиеся вдоль оси вала слои эластичного и твердого материала наклонены к оси вала, что повышает его упругопрочностные характеристики. 2 с.п.ф-лы, 2 табл., 3 ил,ограничено габаритным диаметром внешнего вала.Также известен прокатный, стан с вибрационной прокатной клетью, содержащей станины с рабочими валками и подушками, гидравлический вибратор, гидравлический привод и блок сдвига фаз.Известная прокатная клеть позволяет в процессе прокатки осуществлять одновременно возбуждение на рабочих валках крутильных, вертикальных и горизонтальных вынужденных колебаний. При этом генерация крутильных, вертикальных и горизонтальных вынужденных виброколебаний валков обеспечивается. осциляцией возмущений энергии внешних источников, посредством преобразования в виброимпульсы. Рабочие валки известной клети приводятся во вращение от жесткого привода, обеспечивающего обычную передачу моментй прокатки на рабочие валки непосредственно через индивидуальные шпинделя, которые практически необладают податливостью к закручиванию, а следовательно, и не позволяют осуществлять процесс прокатки в автовибрационном. режиме. Виброколебания, возбуждаемые под воздействием внешних виброимпульсов, в известной .конструкции являются вынужденными, и имеют установленные характеристики частоты и амплитуды, не зависящие от процесса прокатки, что допускает возможность возникновения диссонанса в отдельные периоды прокатки между собственными автоколебаниями в очаге деформации и .вынужденными. колебаниями виброприво-.да, что в свою. очередь отрицательно сказывается на производительности процесса прокатки и качестве готового проката.Наиболее близким к предлагаемому соединительному элементу привода рабочих валков по технической сути.и достигаемому эффекту является упругий соединительный шпиндель привода рабочих. валков прокатного стана, содержащий упругий вал из чередующихся слоев твердого и,эластичного материалов, заключенный между ведомым и ведущим фланцами, соединенными стяжной шпилькой вдоль оси вала.Однако, поскольку между слоями твердого и эластичного материалов упругого вала может иметь место проскальзывание при приложении скручивающего момента, то шпиндель имеет ограниченную величину прочности и ограйиченный диапазон прокатных станок для применения.Цель изобретения - повышение произ водительности и качества проката за счет . разгрузки энергосиловых параметров в очаге деформации путем обеспечения условий для автоколебательных крутильных перемещений валков.Поставленная цель достигается тем, чтов прокатном стане, содержащем прокатную клеть с рабочими валками, привод с податливыми соединительными элементами, крутильная податливость последних . определяется из соотношенияе = (6500-102000)6 бк,где е - суммарная крутильная податливостьсоединительных элементов.в приводе между рабочими валками, рад/Мн м;О - модуль упругости второго рода для. материала рабочих валков, Мн/м, для ста- ли О,8 10 Мн/м;бк - катающий диаметр рабочих валков, м. Соединительный элемент, привода рабочих валков прокатного стана содержит соединенные стяжными шпильками по 10 периметру ведомый и ведущий фланцы; между которыми заключен упругий вал цилиндрической формы, выполненный из чередующихся вдоль оси вала слоев эластичного и твердого материалов, кото 15 рые наклонены к оси вала.,В предлагаемой конструкции прокатного стана в качестве основного элемента, определяющего виброхарактеристики стана, является упругозакручиваемый элемент в 20 приводе рабочих валков с крутильной податлйвостью в диапазоне.е = (6500- 102000)Об к где, например, О = 0,810 Мн/м, бк- катающий диаметр валков, При отклонении величины крутильной податли 25 вости упругозакручиваемых элементов ат заданного диапазона, являющегося достаточным для преобразования автоколебаний момента прокатки, крутильные перемещения валков нарушают гармони 30 ческий характер осцилляции, и крутильные автоколебания не обеспечивают эффект повышения производительности и.,качества прокатки, При этом в предлагаемом прокатном стане за счет повышения степени свободы к крутильным гармоническим веремещениям валков, обеспечиваемой введением упругих элементов, достигаются условия самовозбуждения крутильных автоколебаний. В отличии ог существующих пронедостаточно податливые упруго-соединительные элементы, усиливающих детонацию привода вследствие нарастания амплитуды релаксационных автоколебаний, в предлагаемом прокатном стане вводимые в привод валков упругие элементы обладают крутильной податливостью на несколько порядков выше известных, позволяют полностью исключить релаксационный: характер автоколебаний и обеспечивает самовозбуждение крутильных автоколебаний валков по гармо- . ническому закону с автоматической сама- подстройкой частоты . и амплитуды колебаний,в резонанс,. Таким образом, ра 50 55 бочие валки предлагаемого прокатного стана в совокупности с упругими элементами образуют систему:. крутилькых маятников качающейся частоты - СВИП - генераторы,Конструкция податливых соединительных элементов предлагаемого прокатного 40 катных станов, имеющих в приводе10 образом,15 20 провождается крутильными автоколебаниями валков, возбуждаемыми периодически 30 35 40 45 Для обеспечения сдвиговых деформа. ций в заданном диапазоне углов у- 45 О но противоположных направлениях (фиг.2)50 8 Ь 1 С,(1) где 3- смещение слоев вдоль оси прокатки,55 стана отличается от известных наклонным расположением слоев эластичного и твердого материалов относительно оси.Благодаря такому конструкционному выполнению существенно повышаются квазиупругие и прочностные свойства, поскольку эластичные слои подвергаются практически только нагрузкам на сжатие.На фиг,1 представлена кинематическая схема прокатного вибростана с введенными. в индивидуальный привод валков упругими элемейтами повышенной крутильной податливости; на фиг.2 - процесс прокатки в , один из периодов крутильных автоколебаний валков, когда угловая скорость верхнего валка. больше, чем нижнего; на фиг.З - устройство резонатора крутильных автоколебаний валков, выполненного иэ упругого вала с дипланированными слоями эластичного и твердого материалов, включенного в тело универсального шпинделя.Прокатный стан содержит прокатную клеть с рабочими валками 1 и 2, в индивидуальный привод которых введены податли вые соединительные элементы 3 и 4, которые обеспечивают необходимую.степень свободы рабочим валка для автоколебательнцх крутильнцх перемещений по гармоническому закону.а процессе прокатки, При этом введенные податливые элементы 3 и 4 выполняют функцию разонаторов крутильных автоколебаний.Элементы 3 и 4 за счет собственной величины крутильной податливости позволяют валкам в процессе прокатки совершать крутильные автоколебания с амплитудой угловых перемещений, обеспечивающих деформацию сдвига верхних, контактирую щих с валком, слоев относительно нижних в диапазоне углов сдвига )ф= 7-45 О При этом элементы 3 и 4 позволяют ликвидировать жесткую связь по характеристикам между энергосиловыми параметрами процесса прокатки, протекающего в очаге 5 деформации и энергетическими параметрами в приводе 6 прокатного стана(фиг.1). Податливые соединительные элементы вцполняются в составе конструкции универсальных шпинделей.Каждый элемент выполнен из сжатого между фланцами 7 и 8 цилиндрического вала, составленного из чередующихся вдоль оси вращения слоев эластичного 9 и твердого 10 материалов. Фланцц 7 и 8 соединены между собой шарнирно стяжнцми шпильками 11 с гайками 12 и полусферическими шайбами 13, равномерно распределеняыми по периметру цилиндрического вала, в теле которогоимеются сквозные продольные от-верстия или.пазы под стяжные шпильки. Для исключения возможности проскальзывания между упругими и твердыми слоями и повышения прочностных свойств чередующиеся слои эластичного и твердого материалов наклонены к оси вала под углом р- -45-90 и имеют депланированные поверхности сопряжения (фиг,5),Прокатный стан работает следующим При-.задаче заготовки в межвалковый зазор прокатной клети податливые элементы на первом этапе заполнения очага деформации металлом выполняют функцию демпфера, чем облегчают процесс захвата заготовки валками. В дальнейшем при полном заполнении очага деформации металлом наступает установившийся процесс автовибрационной прокатки, который соперераспределяющимися энергосиловыми параметрами процесса прокатки между валками. Периодическое перераспределение величины момента прокатки на валках обусловлено периодичнЪстью распределения площадей прилипания и скольжения на контактных поверхностях валков, а также периодичностью деформаций сдвига верхних слоев относительно нижних. Податливые элементы при акручивании поглощают энергию автоколебаний моментов прокатки между валками, превращая ее из кинетической в потенциальную, с последующим возвратом в следующий полупериод этой энергии в виде крутильного автоколебания валков с определенной амплитудой. При этом рабочие валки в совокупности с присоединенными податливыми элементами (резонаторами) работают аналогично маятникам, совершая крутильные противо-. фазные перемещения и одновременно общее однонаправленное вращение по ходупрокатки,необходимо достигнуть определенной величины смещения слоев в заготовке во взаимм; Ь - высота раската, выдаваемого извалков,м; с - коэффициент степени сдвиговой деформации,С щ у = щ Р) 0,125-1,0.;В соответствии со схемой фиг.2) смещение слоев(Л 1 И) обеспечивается в процес(Я 1+ Я 2) Яг Е 1Я откуда= (Я,+Я,) ( Как видно из схемы (фиг.2), цен ный угол В 101 Е 1 равный 01, опирае дугу Ь 1 р(В 1 Е 1) и представляет собой чину амплитуды угла поворота одного относительно другого, необходиму осуществления автовибрационного пр са прокатки 0+Я 2 Я 1 ралься на веливэлка ю для 35)2 Я 2 есгде е - суммарная величина крутильной податливости соединительных элементов инг ,2 + , ,2 дивидуального привода рабочих валков( Я .1.Я Г +1 "1 СУ 40 прокатногостана,рад/Н м;Я 1е 1, е 2- крутильные податливости соединительных элементов в приводе верхнего и(б) нижнего валков, рад/Н м;1 1го валка величина амплитуды 01., О 2 - значения амплитуды крутильможет быть выражена анало ных эвтоколебаний каждого из валков, рад;0 пол - величина суммарного амплитудного угла поворота одного валка относительно другого при автоколебаниях, рад; Я 1 + Я 2 )2 ( ), р) Тпр.- МОМЕНТ ПрОКатКИ, Н М;50 . Я 1,Я 2-катающиерадиусырэбочихвалЯ 2ков, м;Ь 1 - высота раската, выдаваемого извалкое, м;Ь Ь - обжатие заготовки в валках. м;эа 55 С - коэффициент сдвиговой деформации, соответствующий углам сдвига у = 745 о при С .0.,25-1,0. В 1 Е Я 1Для ниж гла поворот ично02 Рри проти лебанияхобо плитуде уго определяется а 11-(О 1 Ц 21 -(С 2 Величин колебания, вофазных крутильных авток х вэФов чеобходимый по ам поворота каждого валк налогично обжатиям 2)/(Я 1+ Я 2): (8 1)/(Я 1+ Я 2). ( полного рэженнакрутильного автоя в угле поворота се обжатия заготовки со стороны верхнего валка на величину 21(К 1 Л 1) при перемещении точки К 1 в точку И 1, Величина амплитудного приращения длины дуги - ЬЩК 1 И 1) определяется из геометрии прямоугольного треугольника К 1 Л 1 И 1 по выражению Величина обжатия заготовки в условияасимметричной прокатки определяется исоотношения где Е 1 - величина обжатия заготовки верх ним рабочим валком, м;Я 1, Я 2 - радиусы верхнего и нижнего валков,м;Ь Ь - полное обжэтие заготовки за про ход, мЬп 21+ 42 одного валка относительно другого, определяется суммойОпол = 01 + 02(10) В итоге результирующая величина амп литудного значения угла поворота одного.валка относительно другого в обобщенной форме определяется выражением для обеспечения заданной величины амплитуды углов поворота валков при крутильных автоколебаниях в процессе прокатки величина необходимой крутильной податливости соединительных элементов в индивидуальном приводе валков должна определяться отношением угла поворота валков к моменту прокаткие = - ол =е 1+е 2 =Я+01)/Тпр.=Ополтп,(14) пол0Тпр ВкТп 2 где йк - катающий радиус рабочих валков, м;бк - катающий диаметр, м,При использовании предлагаемого пра .цесса автовибрационной прокатки с введением податливых соединительныхэлементов в привод рабочих валков нэ обжимной клети блюминга, необходимая величина крутильной податливости дляобеспечения сдвиговой деформации в диапазоне. углов у-45 О, определяется для 25каждого из пропусков по формуле (13).В табл.1 приведены необходимая по величине крутйльная податливость. соединительных элементов для каждого из 11пропускав при прокатке слитков кипящей 30стали 650 ф 610/760 690 мм в блюм 320320мм,Как видно из табл,1, величина необходимой крутильной податливости упругихэлементов в приводе рабочих валков имеетмаксимальное значение в первом пропускена гладкой бочке бк = 1070 мм и минимальное в десятом пропуске в калибре М 2 бкз =1015 мм, в итоге е 0,078;1,044 рад/МН м.Полученные значения крутильной податливости соединительных элементов привода рабочих валков блюмингасопоставимы с крутильной податливостьюкак универсальных шпинделей, так и самимрабочим валком, Однако длина рабочих валков определяется числом и формой врезныхкалибров, и поэтому крутильная податливость рабочих валков может существенноизменяться при постоянстве катающих диаметров, Длина универсальных шпинделейтакже может иметь существенные различия.Поэтому в качестве эталона для выделениякрутильной податливости соединительныхэлементов наиболее целесообразно считать.стальное цилиндрическое тело, имеющеедиаметр и длину, равными катающему диаметру рабочего валка. Для цилиндрическоготела длиной, равной диаметру, крутильнаяподатливость определяется по выражению В случае прокатки заготовок в валках одинакового диаметра выражение(12) упрощается и величина крутильной податливости соединительных элементов привода прокатного стана определяется соотноше- нием Е Ь 10 бец 1, 01 р 0 . 0 1 , 4 0 , 410з0 бк где ец - крутильная податливость (эталона)стального цилиндра длиной и диаметром,равными катающему диаметру валка,0 рад/Мн м;е - длина стального цилиндра;0 - модул второго рода, для стали 008 10 МН/м;бк - катающий диаметр рабочего валка, м.В соответствии с формулой(14) крутильнвя податливость цилиндрического стального тела с диаметром и длиной, равнымиб;07 мсоставляетец,02 10 рад/МНм(15)а для цилиндрического стального тела с диаметром и длиной равными бк,015 мец - 1,195 10 рад/МН м. (16)Сопоставляя крутильную податливостьстального цилиндрического тела (эталона) сдиаметром и длиной, равными катающемудиаметру рабочего валка, с величиной крутильной податливости соединительных элементов привода валков прокатного стана,соответствующих табл 1, крутильная податливость последних определяется соотношением,е = (650-10200) ец. (17)Заменяя величину крутильной. податливости стального цилиндрического тела (эталона) выражением в соответствии сформулой (14), окончательное выражениекрутильной податливости соединительныхэталонов (резонаторов) прокатного станапримет виде = (6500-102000)0 ф(бк) (19)где е - суммарная крутильная податливостьсоединительных элементов индивидуального привода рабочих валков, рад/МН м;0- модульрпругости стали второго рода0-.0,8 10 МН/м;б - катающий диаметр рабочих валковпрокатного стана, м.При внедрении предлагаемого процесса прокатка на блюминге благодаря самовозбуждению крутильных автоколебаний.рабочих валков. прокатной клети обеспечивается периодический сдвиг верхних слоевдеформируемой заготовки относительнонижних в направлении оси прокатки, что, всвою очередь, позволяет осуществлять процесс прокатки при относительно меньшихэнергетических затратах с наименьшим сопротивлением пластической деформации засчет разгрузки очага по энергосиловым параметрам. Податливые элементы индивиду0,461 0,153, 0,104 1,015 ального привода рабочих валков позволяет обжимаемому в межввлковом зазоре металлу самому выбирать оптимальный режим преодоления межвалкового зазора при периодическом прилипании к валку с меньшей скоростью и отслаивании на выходе от валка с большей скоростью. Выдаваемый иэ валков раскат при этом совершает волнообразные движения в режиме автоколебаний валков, что снижает проскальзывание металла по контактным поверхностям с валками.и соответственно повышается качество поверхности раската при уменьшении количества поверхностных дефектов. Кроме того, сдвиговые деформации. возбуждаемые в очаге крутильными автоколебаниями валков, улучшают качество структуры готового проката,обеспечивая диспергирование.,В табл.2 дается оценка ожидаемого эффекта повышения производительности от использования предлагаемого прокатного стана при использовании податливых элементов в приводе рабочих валков клети блюминга на примере первого и десятого пропусков в соответствии с режимами про.- катки.Как видно из таблиц, в первом и десятом пропусках раската через межвалковый зазор при минимальной е,078 рад/МН м и максимальной е - 1,044 рад/МН м крутильной податливости соединительных элементов в приводе валков. соответствующих регламентирзуемому диапазону е - 6500- 102000/8 б может достигаться эффект повышения производительности на 8-14. Учитывая, что полный цикл прокатки сляба в заготовки за одиннадцать пропусков составляет примерно 50 с, можно определить экономию во времени при 10-ном повышении производительности прокатной кле-.ти блюминга МКМ, которая Ь 1 5 с.Учитывая, что полный цикл производства в5. обжимном цехе, начиная с посадки слитковв нагревательные колодцы и кончая готовойпродукцией, составляет примерно два с половиной - три часа.Формула изобретения10 1. Прокатный стан, содержащий прокат-ную клеть с рабочими валками,. привод сподатливыми соединительными элементами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения производительности и качества15 проката путем обеспечения условий для крутильных автоколебаний валков, крутильнаяподатливость соединительных элементовравнае - (6500-102000)И б ,20 где е - суммарная крутильная податливостьсоединительных элементов в приводе между рабочими валками, рад/Мн м;6 - модуль упругости второго рода дляматериала рабочих валков, МН м;:25 б - катающий диаметр рабочих валков, м.2. Соединительный элемент привода рабочих валков прокатного стана, содержащий соединенные стяжными шпильками по30 периметру ведомой и ведущий фланцы,. между которыми заключен упругий вал цилиндрической формы, вцйолненный из чередующихся .вдоль оси вала .слоевэластичного и жесткого материалов, о т л и 35 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышениянадежности за счет повышения его упругопрочностных свойств, чередующиеся слоинаклонены к оси вала. таблиаа 1ю11 яя )45 ф Ляя фф 7, са 125с1738397 13 Таблица 2 тете атавеще е, рад/ИН м 1 ом Ььм м щ а а ю е е т щ а е 60 1,73 1, 100 (108000)С й Положительный эффект не зарегистрирован545 1,0 1,044 (102000)Сд 0,69 0,098 0,529 0,142 1425 0,466 0,343 (29000)С с 1 0,649 0,085 0,564 0,131 107 0,125 0,078 (6500)Сд . 0,388 0,082 0,306 0,211 83 . 0,05 004,(3300)Сй Положительный эффект не зарегистрирован3ю а ве вевФееве Ве тевеею итет етвтевее ате ееаееваП р и м е ч а н и е.- угол сдвига слоев в раскате, град;С - коэффициент сдвиговой деформации, С = 0.125-10е - крутильная податливость соединительных элементов виндивидуальном приводе рабочих валков,рад/ИНм;Ь - высота заготовки, м;Ь - абсолютное обжатие, и;Ъ " высота раската, м;Я " относительная величина обжатия;П - коэффициент ожидаемого повышения производительностипредлагаемого прокатного стана в сравнении с иэвест.ным блюмингом с жестким приводом валков.1738397 Сост ровдактор О. Гояовач Техр Коррек М. Шароаи, 101 уа.Г Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж Заказ 1955 Тираж.Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5