Предохранительное устройство

 

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО , преимущественно прокатной клети, включающее пакеты гибких пластин, установленные своей плоскость параллельно направлению воспронимаемой нагрузки, отличающееся тем, что, с целью снижения габаритов и повышения нгщежности устройства за счет увеличения его рабочего хода , оно снабжено выпуклыми гибкими цилиндрическими панелями, установленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены . tC 00 00

у(5п В 21 В 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -:;:: .. ( (М ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3279335/22-02

1 (22) 23. 04.81 (46) 15.04.83. Бюл. Р 14 .(72) A.Я. Усвят, 3.Л. Шейман, Г.С. Викулов, В.В. Захаров, Я.Я.Пугачев и Б.Е. Жйтомирский (71) Колпинское отделение Всесоюзно» го научно-.исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения

Научно-производственного объединения ФBHHHNETNAQII! (53) 621.771.2(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 337172, кл. В 21 В 33/02, 1970. . 2. Авторское свидетельство СССР

9 839637, кл. В 21 В 33/02, 1979. (54) (57) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОНСТ

ВО, преимущественно прокатной клети, включающее пакеты гибких пластин, установленные своей плоскостью параллельно направлению воспронимаемой нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения габаритов и повышения надежности устройства за счет увеличения его рабочего хода, оно снабжено выпуклыми гибкими цилиндрическими панелями, установленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены.

65

Изсбретение относится к неразрушающимся средствам защиты от аварийных и динамических нагрузок, преимущественно прокатных станов.

Известно неразрушающееся предохранительное устройство, включающее пакет пластин, разделенных. по краям в местах соединения прокладками и расположенных своими плоскостями параллельно направлению воспронимаемых сил. за счет потери устойчивос- 10 ти и продольного изгиба пластин устройство обеспЕчивает зашиту клети прокатного стана от динамических нагрузок 1,1 .

Недостатками устройства является 15 малая предельно передаваемая нагрузka и допускаемый рабочих ход. Поэтому область применения устройства даже при использовании в качестве пластин лучших пружинных сталей и 20 сплавов ограничена станами холодной прокатки труб.

Наиболее близким к изобретению .. является предохранительное устройство, преимущественно прокатной g5 клети, включакщее пакет гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимае" мой нагрузки (2).

Недостатком известного устройст.ва является то, что габариты укаэанных предохранительных устройств применительно к наиболее нагружен« ным станам горячей прокатки остаются весьма, значительными. Это особенно сказывается при реконструкции. .действующих станов, поскольку в заданные ограниченные размеры клетей, особенно между подпятником нажимного устройства и верхней подушкой @» валка, не удается вписать предохранительные устройства названной конструкции..

Цель изобретения — уменьшение габаритов предохранительного устрой- 45 ства и повышение надежности эа счет увеличения рабочего хода устройства.

Указанная цель достигается тем, что предохранительное устройство, преимущественно прокатной клети, 50 вкЛюЧающЕе пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, снабжено выпуклыми гибкими, цилиндрическими панелями, установ- 55 ленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены..

На фиг. 1 йоказано.предлагаемое

;предохранительное устройство, верти- 60 кальный разрез по плоскости симметрии; на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.1» на фиг. 4 — график зависимости усилия Р на предохранительное устройство от величины сближения Х нагруженных краев гибких пластин.

Устройство состоит из пакетов гибких пластин 1, установленных в каждом пакете своими плоскостями параллельно направлению воспринимаемых сил, вплотную друг к другу и нагруженных по верхним 2 и нижним 3 краям, опирающимся: шарнирно-подвижно (с возможностью поворота), например, на подушку 4 валка и подпятник 5 на жимного устройства. Боковые края б пластин 1 изогнуты по радиусу в плоскости, перпендикулярной воспринимаемым силам, а между пакетами установлены гибкие цилиндрические панели 7, выпуклые в плоскости, па-, раллельной воспринимаемым силам.

Пластины 1 и панели 7 стянуты посе-, редине их высоты стяжкой 8.

Устройство работает следующим образом.

До -тех пор, пока усилие Р, вос" принимаемое подушкой 4 и тем самым предохранительным устройством не достигнет величины предельно допустимого (верхнего критического)-.значения Р, пакет гибких пластин 1 сжимается как мополитный блок сечени» ем ЬкЬхп высотой Ь (участок а на фиг. 4) и имеет весьма высокую жесткость Со, составляющую не менее (пренебрегая подпирающим влиянием изогнутых краев б): с =ЪЬиEI4, где b — длина нагруженного (прямолинейного) края пластины;

h,L — толщина и высота пластины соответственно;

n — полное число пластин в предохранительном устройстве

Š— модуль упругости материала пластин.

Это практически не снижает жесткость клети в целом и обеспечивает высокую точность прокатки.

Если усилие в клети достигает величины, равной Рб, то пакеты пластин с изогнутыми боковыми краями б теряют устойчивость, выпучиваются и далее работают :в закритической области деформации на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства становится близкой к нулю, обеспечивая надежное ограничение динамических (и статических) нагрузок в клети. При этом изогнутые по радиусу боковые края б пластин 1 выпрямляются в плоскости, перпендикулярной направлению воспроизводимых сил, за счет чего сила Р8 падает до Рн — нижнего критического значения силы. Гибкие цилиндрические па,.нели 7, установленные между пакетами пластин 1, выпуклые в плоскости, параллельной воспринимаемым силам, обеспечивают прилегание друг к другу

1011288 вплотную пластин 1 в пакетах, например за счет стяжки 8, расположенной посередине высоты пластин 1 и панелей 7. Кроме того, направлением своих, выпуклостей панели 7 задают однозначное направление выпучивания пластинами 1. Наилучшим направлением выпучивания пластин 1 для обеспечения наибольшего хода устройства является, очевидно, такое, при котором оба главных напряжения в каждой точке поверхности пластин одного знака, т.е. в исходном положении выпуклости панелей 7 и пластин противонаправлены. . После выхода из валков раската, приВедшего к перегрузке, пластины 1 и панели 7 распрямляются, возвращая подушку 4 валка в исходное положение.

Предлагаемое устройство ввиду его компактности можно использовать не только при проектировании новых рабочих клетей прокатных станов, но и при реконструкции действующих. Благодаря. использованию более тонко.стенных пластинок при том же усилии срабатывания можно обеспечить в несколько раз больший ход и тем самым более надежную защиту от аварийных и динамических нагрузок.

Наилучшей формой боковых краев пластин 1 является круговая цилинд-. рическая поверхность постоянного радиуса R, определяемого расчетным путеМ в:зависимости от требуемых параметров предохранительного устройства и механических характеристик материала пластин по формуле

„Х /И) Рб йА 1ГИОУИ

Вя Я(ь (1) где .Х вЂ” максимальный (допустимый) ход предохранительного устройства, равный сближению нагруженных краев 2 и 3 . лпластину;

Π— предел:.упругости материа- .

Ю ла пластину

aL — йсходный угол, характеризующий длину круговой цилиндрической поверхности боковых краев.

При заданной высоте пластин L пол- ное число их в предохранительном устройстве определяется выражением

in, округленным до целого числа e1a )s

„1 «{Д 3 ъ Ц- У 4-Ра,((2)

У уЖ + 4Ж где . — коэффициент Пуассона.

Значение У) (или Ри) определяется, исходя из того, чтобу 6тройство возвращалось под действием сил упругости в исходное положение, йреодо-: левая усилия переуравновешивания .

Толщина каждой пластины составляет

5 hP ЕЕ (3) 30 ба

ИЬИ >

Выражения (1) и — (3) получены иэ следующих соотношений:

1О Как показывают сравнительные расчеты, верхняя критическая нагрузка для каждой пластины 1 с изогнутыми боковыми краями б и тем более для тонкостенного стержня (при L R b) 5 открытого профиля значительно выше верхней критической нагрузки для плоского участка АВСД (фиг. 3) пластины свободно (шарнирно-подвижно) опертой по всем четырем краям и сжатой по двум противоположным AD u BC.

Для пакетов иэ и изотропных пластин . постоянной толщины в упругой области деформации значение Pg можно определить из известного соотношения пренебрегая подпирающим влиянием гибких цилиндрических панелей 7

Еи

И(-- 0 ) ,где D — изгибная жесткость цластины1

m — целое число, выбираемое та- ким образом, чтобы обратить

35 в минимум множитель е4 (+

+ 4/mb; в практических рас четах при L/Ü > 1,6. с погрешностью не более 5% можно положить m = L/Ь.

40 В результате потери устойчивости .пластин усилие падает до величины

Р (участок сГ фиг. 4). При дальней" шем сближении нагруженных краев пластины переходят к новой форме рав.

45 новесия (участок 8 ) с образующей, перпендикулярной направлению прило.женного усилиям и с жесткостью, близкой к нулевой. В закритической области деформации напряженное сост

50 тояние каждой пластины может быть

-описано двумя главными направления-: ми 0„, 6:1> 0 на растянутой стороне поверхности от изгиба в двух взаим" но перпендикулярных плоскостях.

Наибольшего значения 0 достигае ,посередине высоты Ь пластины (фиг.3),,и составляет при прогибе (попереч .ном выпучивании) ф и соответствующем ему усилии Р (в частности наибольшему прогибу 3, соответствует усилие Р ) s

1011288 (6) 2 1В х Р йИ(; g +

2L42 (Р-Ри) PH (14) (9) Р (с и е1 э

"- ГЯ:Ж3

35 (10) где В - полная ширина пластины (фиг. 3) При исходном постоянном радиусе

Й значение 0< практически постоянно на всем участке поверхности загнутых боковых краев 6 пластин (на плоскости, ограниченной контуром АВСД б =О): и (,) 2. „)

Соотношение между P, P > и У можно представить с погрешностью до 1% с помощью известной формулы Мизеса, расширив ее область применения на большие значения У . Вводя дополнительный сомножитель Рн/Р— — — -(,, (8) или при 1,0» Р/Р 1,15(0»х/L-0,25)1 с ошибкой не более 2Ъ можно в выражении (7) пренебречь величиной

1 (1).

8 Р

Величина нижней критической нагрузки Рн определяется выражением 3р

Эйлеровой критической силы с учетом повышения. жесткости пластин по сравнению со стержневой жесткостью в (1 — .9) ) раз

Связь между немалым продольным перемещением (сближением нагруженных краев) Х и поперечным прогибом У 4© для пластинки со свободными боковыми краями точно задается в параметрической форме относительно угла поворота ((опорных краев через выражения, содержащие эллиптические интегралы Лежандра. Разложив их в ряды, удержав по одному члену каждого ряда и исключив ()", получим с погрешностью менее 3% при L/х « 8 + 10

14ЬХ-Х (11) 50

7Г

Приравняв выражения (9) и (11), дифференцируя по Х и полагая х 74Ь

,2. бесконечно малой по сравнению с х/L,. получают после упрощения выражение для жесткости предохранительного ,устройства на участке 8 (фиг. 4) аР Рн

).(+4 1- " ) 4025 х (12) 60

L 2Л причем, поскольку deb/dx) О, наибольшей величины СВ достигает при Х= Хц.

Подставляя выражение (10) в (12), получают, например, при 65 (/Х = 10, 4 -. О, 3:

Ж неба

<2L ((-М )(1+ 4 (-(2х(() -й 26-(ХЫ)

2 (g) ca) (l3) где С вЂ” жесткость пакета на участке (((фиг. 4) .

Из выражения (13) видно, что Сй — (10-4 — 10 ) Са при L/и =100-400 соответственно с ростом L/n значения становятся еще меньше. Таким образом, с достаточной точностью можно полагать СВ = О, а величину P на участке д (фиг. 4) равной нижней критической силе P = P>- соитий

Исходные выражения для R, n, h при заданных значениях g, g получают из совместного решения уравнений (4-7, 10, ll) полагая при У = Уд;

P = P» (Ц = Од =(и пренебрегая для простоты Хд/4L по сравнению с единицей. При этом значения В и b последователнэ вычисляются по формулам

4Яе х1 (15)

В

Проведенные статистические и динамические испытания подтверждают разработанную методику расчета пакетов ги(ких пластин с изогнутыми по радиусу боковыми краями и позволяют установить наименьший угол О(.(фиг.2), при котором удовлетворительно выполняется соотношение (4): с и в = ) /6.

Максимальный угол составляет оче)видно о )я(Х= Щ/2. Поэтому наилучшее значение исходного (при изготовлении ,пластин) угла с .составляет oL = (0,2

0,25)W, а наибольшее число ) пластин

:,в каждом пакете (исходя из условия, чтобы при сборке устройства: ) „ сИ

«Жз(ш яопределяется соотношением:V =

= R/h. Нербходимая величина зазора

Ь (фиг. 2) между пакетами пластин 1 и панелями 7 равна ь=(1-сочЯ) "

Р

ЗначителЬное уменьшение габаритов и массы предлагаемого устройства (в 6-8) раз по сравнению с прототипом достигается благодаря применению значительно более тонкостенных пластин с изогнутыми боковыми краями по сравнению с толщиной плоских пластин при равных верхних критических уси.лиях. Кроме того, максимальный ход

Предохранительного устройства может достигать 10-12% от их высоты, что в 3-4 раза превышает ход устройства no принятому прототипу и превышает

1011288,ВНИИПИ Заказ 2633/12 Тираж 814 Подписное

Ъ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тем самым надежность защиты клети и трансмиссии привода от перегрузок.

Устройство может быть вписано не только под нижней подушкой валка, но и между нажимным винтом и верхней подушкой, что значительно удобнее в эксплуатации, причем не только для вновь проектируемых, но и для реконструируемых станов .