Прокатный стан

 

ПРОКАТНЬП CIAIi, включающий горизонтальную рабочую клеть, содержащую станину с нажимными устройствами и валки с подушка 1и,а также привод в виде электродвигателя и соединительной трансмиссии, раздваивающей мощность электродвигателя на два потока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы привода и точности прокатки , привод выполнен с равными суммарными приведенными податливостями участков силового контура двигательверхний валок-станина и двигательнижний валок-станина в соответствии с соотношением 1 Л+А- , ) k М, М ЛА М в.у.н. поды.н 0(.Ц Rj.6. -V 1 - -; M.J к ) М М W поЛЫ.в Ь.у 6В nofvu.B le.j.H в.ч-б М, пог,и1«,подив под.н ., ст - соответственно модули жесткости ниххнего и S верхнего валковых узлов, нижнего и верхнего подшипниковых узлов, поду (Л шек нижних и верхних опорных валков, нажимного устройства и станины; 8,н модули жесткости трансмиссий привода соответ . ственно нижнего и верхнего рабочих валков; К - коэффициент перевода линейной жесткости элементов рабочей клети в крутильную жестсо кость относительно оси поворота рабочих валков. CD СП О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11)

3(5ц B 21 В 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с соотношением

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3552453/22-02 (22) 17.02.83 (46) 15.05.84. Вюл. ) - 18 (72) В.Д.Плахтин, С.А.Москвитин, В.И.Пономарев, Л.И.Данилов и И.A.Áoбух (71) Всесоюзный заочный политехнический институт и Производственное объединение "Ново-Краматорский машино- . строительный завод" (53) 621.771.2.06(088.8) (56) 1. Целиков А.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов.

M., "Металлургия", 1981, т.3, с;13.

2. Королев A.À.11ðîêàòíûå станы, с оборудованием прокатных цехов (Ат— лас). M., "Машиностроение", 1981, с. 102. (54)(57) ПРОКАТНЬП1 СXAEI, включающий горизонтальную рабочую клеть, содержащую станину с нажимными устройствами и валки с подушками,а также привод в виде электродвигателя и соединительной трансмиссии, раздваивающей мощность электродвигателя на два потока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы привода и точности прокатки, привод выполнен с равными суммарными приведенными податливостями участков силового контура двигательверхний валок-станина и двигательнижний валок-станина в соответствии

1 (1

Ф Ф мв. н, ()оды н д)1nop, )(! " 4в), М a ()

1 1

+ 4 ф — Ф .— C) поди.в поды.е и.ч. ст " 5.8 где М в g „, М 8.1 B ° Мп,н,,,11 дgв

11, Мщ>,?!я,1,11 T — cooòâeòñò— вейно модули жесткости ни. хнего и верхнего валковых узлов, нижнего и верхнего подшипниковых узлов, подушек нижних и верхних опорных валков, нажимного устройства и станины;

М „,М,„ — модули жестl кости трансмиссий привода соответственно нижнего и верхнего рабочих валков;

К вЂ” коэффициент перевода линейной жесткости элементов рабочей клети в крутильную жесткость относительно оси поворота рабочих валков.

109 I 956

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в главной линии прокатного стана.

Известны прокатные станы, включаю- 5 щие станину рабочей клети, валки с подушками и передаточные механизмы (шпиндельные устройства, шестеренные . клети, редукторы, промежуточные валы,,соединительные муфты) и главный f9 электродвигатель jl) . Наиболее близким к предлагаемому является прокатный стан, включающий горизонтальную рабочую клеть, содержащую станину с нажимными уст- 15 ройствами -и валки с подушками, а также привод в виде электродвигателя.и соединительную трансмиссию, раздваивающую мощность электродвигателя на два потока f2) .

Недостатками известных станов являются низкая надежность оборудования и невысокая точность прокатки из-за наличия асимметрии переходных процессов, сопровождаемых перераспределением динамических нагрузок в элементах главной линии вследствие различных жесткостных характеристик участков ее силового контура относительно зоны возмущающего воздей- Зо ствия (очага деформации прокатываемого металла) . Это приводит к снижению работоспособности элементов участка силового контура привода нижнего рабочего валка, обладающего

35. большей жесткостью, и к общему снижению надежности оборудования всей главной линии и снижению точности прокатки.

Силовым контуром прокатного стана является замкнутая система из его элементов, включающую зону возмущающего воздействия (очаг деформации ),в которой происходит циркуляция мощности при передаче момента прокатки, Силовой контур можно условно разделить на три основных участка: участок от двигателя до шестеренной клети и участки приводов верхнего и нижнего рабочих валков от

50 шестеренной клети. В случае применения индивидуальных приводов валков силовой контур состоит из двух участков, Цель изобретения — повышение надежности работы привода и точности прокатки.

Поставленная цель достигается тем, что в прокатном стане, включающем горизонтальную рабочую клеть, содержащую станину с нажимными устройствами и валки с подушками, а также привод H виде электродвигателя и соединительной трансмиссии,раздваивающей мощность электродвигателя на два потока, привод выполнен с равными суммарными приведенными податливостями участков силового контура двигатель-верхний валок-станина и двигатель-нижний валок-станина в соответствии с соотношением где М <,Mg> у Мчоды,н Мной, Мпод,н

М .М„, М .— соответственно иодуп0д.ф ли жесткости нижнеro и верхнего валковых узлов, нижнего и верхнего подшипниковых узлов, подушек нижних и верхних опорных валков, нажимного устройства и станины;

М „, М - модули жесткости трансмиссий привода соответственно нижнего и верхнего рабочих валков;

К вЂ” коэффициент перевода линейной жесткости элементов рабочей клети в крутильную жесткость относительно осн поворота рабочих валков.

Например, для четырехвалковых станов со смещением рабочих осей валков (свалом) K r < p где к — радиус рабочего валка;

К вЂ” угол захвата металла валка 9 угол между радиусом-вектором центров рабочего и опорного валков и вертикалью (угол свала).

Это достигается, например, посредством уменьшения диаметра или увеличением длины нижнего шпинделя, уменьшением жесткости подушки (подкладки) нижнего опорного валка, установки в нижнем участке силового контура упругого элемента и т.п. При этом диаметр, длина шпинделя или параметры упругого элемента выбираются из условия соблюдения приведенного соотношения жесткостей.

1091956

На фиг. 1 изображена схема прокатного стана; на фиг.2 — осциллограмма горизонтальных нагрузок для верхнего валка при захвате металла валками; на фиг.3 — положение валков при 5 захвате металла валками; на фиг.4 характерная осциллограмма изменения давления в гидроцилиндрах противоизгиба рабочих валков чистовой клети непрерывных широкополосных станах (НШС) горячей прокатки.

Прокатный стан состоит из станины 1 рабочей клети, нажимного устройства 2, верхних опорного 3 с подушками и рабочего 4 валков, нищ- 15 них опорного 5 с подушками и рабочего

6 валков, верхнего 7 и нижнего 8 шпинделей, шестеренной клети 9 с верхним 10 и нижним 1I шестеренными валками, промежуточного вала 12,привод-. 20 ного (главного) электродвигателя 13 и упругих элементов 14.

Сплошной жирной стрелкой отмечен участок силового контуру от электродвигателя 13 до шестеренной клети 9.

Пунктирными линиями отмечены участки: верхний, включающий верхний шестеренный валок 10, верхний шпиндель 7, верхние опорный 3 с подушками и рабочий 4 валки, нажимное устройство 2 и ЗО станину 1 рабочей клети (пунктирная линия со стрелками);нижний,включающий нижний шестеренный валок 11, нижний шпиндель 8, нижний опорный 5 с подушками и рабочий 6 валки, упругие элементы 14 (пунктирная линия с заштрихованными стрелкАми).

Конструктивно прокатный стан выполнен так, что суммарная приведенная податливость элементов нижнего участ-4р ка силового контура равна суммарной приведенной податливости верхнего. . Прокатка полос на НШС сопровождается переходными процессами в главных линиях рабочих клетей, вызванными 45 захватом металла валками, выходом полосы из клети, неравномерностью нагрева полосы и другими факторами. . С целью выявления указанных факторов на характер переходных процессов на чистовых клетях Ф 4-6 непрерывного широкополосного стана 1700 горячей прокатки ЧерМЗ проведены исследо,вания горизонтальных нагрузок в опорных узлах валков, которые отражают совместное влияние на формирование переходных процессов как крутильных колебаний в главной линии, так и вертикальных колебаний в рабо- чей клети °

Установлено, что при захвате металла валками продольные нагрузки но- сят характер затухающих колебаний и являются следствием общего переходного процесса, происходящего в главной линии рабочей клети (см. фиг.2 и 3).

До начала прокатки вследствие смещения вертикальных осей рабочих валков относительно опорных (свала) о и действия горизонтальной составляющей усилия Р „ rидроцилиндров уравновешивания или противоизгиба рабочих валков их подушки прижаты передними вертикальными накладками 15 к накладкам 16 опорных валков.

При захвате полосы валками вначале происходят разгрузка передних накладок 16 подушек опорных валков и первый удар Р . о задние накладки

17 подушек опорного валка (см. осциллограмму фиг.2, кривая 18).Это является следствием того,что в момент захвата полосы момент сил упругости, действующий на рабочий валок и определяемый жесткостью трансмиссий главной линии и рабочей клети, превышает момент прокатки и линейная скорость рабочих валков в зоне контакта с металлом больше скорости течения металла, что приводит к повороту (перекатыванию) рабочих валков относительно точек Ав и Ан входа полосы в валки на дугах захвата (см. фиг.3) в направлении, обратном направлению прокатки (фиг.3 положение

19). Этот поворот сопровождается упругим скручиванием элементов главной линии и упругой деформацией рабочей клети в вертикальной плоскости с вертикальным перемещением валков подушками-; В дальнейшем происходит снижение момента упругости и при его величине, меньшем момента прокатки, рабочие валки перемещаются в обратном направлении (по ходу прокатки) до положения 20 (см.фиг.3) под действием сил упругости. Это вы.зывает последующий удар Р„„ передних накладок 15 подушек рабочих валкое о накладки 16 подушки опорного валка (см. фиг.2, кривая 21 и 22) . Сила этого удара в 2-3 раза превышает силу первого удара, что частично объясняется влиянием зазоров Ь между накладками подушек опорных и рабочих валков.!

091956

При уменьшении момента упругости в прокатном стане и одновременном воздействии сил упругости рабочей клети происходит обратное вертикальное перемещение опорных и рабочих

Ъ валков с подушками (верхних-вниз, щ жних- вверх) .

Повторные колебания в прокатном стене происходят нри заполнившемся очаге-деформации и образовавшейся зоне опережения металла. При этом перекатывание валков возможно при ускорении их движения, т.е. когда ли нейная i.îðîñòü валков в зоне кон— такта с металлом больше скорости

15 металла, что имеет место при крутиль=:

ы х колебаниях в прокатном стане. В результате этого в трансмиссиях и ра— бочей клети возникает переходный процесс (фиг.2), носяший характер зату- 20 хающих колебаний (например, дЛя клетей 4-6 НШС 1700 горячей прокатки он длится 0,4-0,8 с).

Наблюдаемые значения горизонталь" с ных нагрузок на накладки подушек опор ных валков при последующем ударе находятся в пределах 40-70 т, Эти нагрузки воспринимаются подшипниками рабочих валков и являются одной из основных причин их разрушения. С целью ЗО изучения вертикальных колебаний валков в рабочей клети проводят исследования давления в гидроцилиндрах противоизгиба и уравновешивания рабочих валков чистовых клетей НШС 1700. 35

Эти исследования проводят на клети 1 - 6, так как она имеет индивидуальную систему противоизгиба рабочих валков, выполняющую одновременчо и роль системы их уравновешивания, Здесь бо-.10 лее ярко, чем на остальных клетях, имеющих общую гидросистему уравновешивания, выражен колебательный про-. цесс в гидросистеме, являющийся отра-жением вертикальной сос-авляющей об-*ay щего переходного процесса.

На фиг.4 показана характерная осциллограмма изменения давления в гид— роцилиндрах противоизгиба рабочих валков чистовой клети Р б НШС 1700 горя- б чей прокатки.

11ри подаче полосы в клеть (точка ,23) происходит падение давления на величину 1 Р„ в гидросистеме противоизгиба рабочих валков. Это падение обусловлено нагружением рабочей клети при захва- е металла валками и связанным с этим выбором зазоров и вер-. тикальным перемещением (накатыванием на полосу) рабочих валков. Вследствие инерционности гидросистемы процесс падения дaâ ëåeíH èÿ происходит в течение времени t<, равного 0,08-0,12 с.

Затем„ начиная с точки 24, происходит рост давления в гидросистеме в течение времени С, которое значительно превышает t и также обуслов1 лено инерционностью гидросистемы.

Время t< составляет 1,3-3,0 с. В течение этого. времени система противоизгиба не выполняет в полной мере свои функции.

При захвате металла в гидросистеме противоизгиба или уравновешивания .возникает переходный процесс (см. фиг.4). Так как система обладает инерционностью, то она не компенсирует -изменения давления в гидроцилиндрах при переходных процессах, что приводит к появлению дополнительных динамических нагрузок на элементы главной ликии рабочей клети.

При выходе полосы из клети (точка

25) происходит увеличение давления в гидросистеме противоизгиба на величину h РР, вызываемое снятием нагрузки с клети и обратной ее деформацией, приводящей к перемещению подушек рабочих валков и плунжеров гидроцилиндров вниз. Рост давления происходит в течение времени t

9 причем это время равно времен и обусловлено жесткостью гидросистемы, Величина роста давления hP при выходе полосы их клети больше величины падения давления h Ð при входе полосы, что обусловлено дополнительным действием инерционных сил, возникающих при падении верхних рабочего и опорного валков с подушками после выхода полосы из клети..В дальнейшем происходит снижение давJiBHHR в гидросистеме до номинального давления противоизгиба.

Результаты исследовании показывают, что частота колебаний давления в гидросистеме совпадает с частотой колебаш и валков в горизонтальной плоскости. Это свидетельствует о том, что переходный процесс в гидросистеме является следствием общего переходного процесса, а механизм формирования переходного процесса в прокатном стане выбран правильно.

1091956

Большая продолжительность протекания переходного процесса соответствует прокатке тонких полос„ меньшая— толстых. Например, для стали 08кп Zx1100 процесс длится 0,8 с,а для.. 5 стали 3 кп 4х1100 — 0,45 с. Значит большая продолжительность переходного процесса соответствует большему моменту прокатки.

Неоднозначность протекания .пере- 10 ,ходных процессов в верхнем и нижнем участках силового контура глав

:ной линии видно на осциллограмме (фиг.4). Вследствие разных жесткостей верхнего и нижнего участков си- 15 лового контура колебания в гидросистеме, отражающие колебания узлов верхнего и нижнего рабочих валков, носят различный характер на разных участках осциллограммы. На участке 2б 20 колебания имеют характер наложенных колебаний верхнего узла валков на колебания нижнего узла. Этот участок отражает большие динамические нагрузки, возникающие в элементах прокат- 25 ного стана в период захвата металла, .и обусловленные главным образом асимметрией жесткостных характеристик участков силового контура этого стана.

После участка 21 (фиг. 2) колебания в гидросистеме отражают в основном общий колебательный процесс в главной линии рабочей клети (в трансмиссиях и рабочей клети),характеризующийся преобладающим воздействием

35 колебаний элементов нижнего участка силового контура ввиду его большей суммарной жесткости и перестройкой вынужденными колебаниями) элементов

40 верхнего участка силового контура.

Это явление дополнительно подтверждено при моделировании переходных процессов на ABM.

Для обоснования установленного

45 явления рассматривают суммарные жесткости элементов верхнего и нижнего участков силового контура главной линии НШС 1700, начиная от эоны возмущающего воздействия (очага) деформации.

В состав элементов нижнего участка силового контура входят узел нижних валков с подушками и подшипниками и элементы трансмиссий приво» да нижнего рабочего валка; в состав элементов верхнего участка силового контура входят узел верхних валков с подушками и подшипниками, нажимное устройство, станина и элементы транс,,миссий привода верхнего рабочего валк-а °

Податливости нижнего и верхнего участков определяются соотношениями для нижне го

1 1 1 1 1 1

+ + а.у.s +qogы.я. 1 под.я! k +e.í. для верхнего

1 1 1 1 1

+ Ф

+ — + — х 1в. 5.q.s Moog .e Mnop.6 I sу. 1 1с1 л

Х вЂ” +- — y

К М где М В M> — модули жесткости соответственно верхнего и нижнего участков силового контура относительно очага деформации.

Коэффипиент К r g. Я выводится из

1 условия, что переходный процесс в главной линии рабочей клети происходит при колебательном движении рабочих валков относительно точек захвата полосы, Суммарные податливости (прнведенные) верхнего и нижнего участков силового контура отличаются одна от другой весьма существенно. Например, для IIIIIC 1700 жесткости верхнего и нижнего участков (даже при равенстве M = M ) составляют в,н вв

ИБ = 770,71 т/мм; И„=1498,13 т/мм.

Следовательно, жесткость верхнего участка в 1,94 раза меньше нижнего.

В соответствии с этим возникает асимметрия переходных процессов в существующих главных линиях рабочих клетей. Это подтверждается и анализом о предлагаемой осциллограммы (фиг. 4) .

На жесткостные характеристики верхнего и нижнего участков силового контура оказывает влияние конструктивное исполнение прокатного стана в зависимости от схемы привода валков через шестеренную клеть или от индивидуальных приводов. При этом в первом случае крутящий момент обычно передается от коренного вала на нижний шестеренный валок, поэтому даже при равенстве жесткостей верхнего и нижнего шпинделей жесткость участка верхний рабочий валок — промежуточный {коренной ) вап оказывается меньше, чем жесткость участка нижний

I091956 рабочий валок — промежуточный вал .

При такой схеме исполнения прокатного стана разность суммарных жесткостей верхнего и нижнего участков силового контура относительно зоны возмущающего воздействия еще более возрастает. Кроме того, если учесть коэффициент полезного действия шестеренной клети, То эта разность возра тает дополнительно, Все это приводит .к асимметрии переходных процессов в верхнем н нижнем участках: силового контура, увеличению ди— намических нагрузок, дестабилизации процесса захвата металла валками и снижению точности прокатки.

Прокатный стан в отличие от известных работает следукнцнм образом.

При возникновении возмущающего воздействия в очаге деформации металла валками (например, завата полосы ) усилия передаются на элементы верхнего H нижнего участков снлового контура и так как приведенные податливости рассматриваемых участков равны, в прокатном стане отсутствует асимметрия переходных процессов, нет перераспределения нагрузки между элементами этих участков, все оборудование нагружается более равномерно, Переходный процесс приобретает вполне определенный однозначный характер, что обеспечивает возможность настройки систем автоматического. регулирования, стабилизацию процесса прокатки захвата полосы, повышение точности прокатки и надежности оборудования главных линий, Экономический эффект от внедрения изобретения толт ко на стане 2000 составляет 200 тыс. руб. в год.

1091956

УауЖ юг рматп

01с

Фиг Ф

ВНИИПИ Заказ 31 70/5 Тирам 796 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Уагород, ул.Проектыав, 4