Составной прокатный валок

 

1. СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК , содержащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со сторо1ны привода ,и насаженный на нее бандаж, один тоЕюц которого оперт в бурт, а другой взаимодействует р нажимной гайкой, установленной со стороны перевалки , отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости валка за счет снижения осевых нагрузок и обеспечения равномерного распределения напряжений по сечению бандажа при передаче крутящего момента, он снабжен штифтами, равномерно размещенными по сечению валка и пропущенными торцовые поверхности бандажа в несущую ось навстречу друг другу под углом к оси валка, причем жесткость штифтов, установленных со стороны привода, меньше жесткости штифтов со стороны перевалки, а разность жестяо костей определяют по следующему математическому выражению : 1 ntt: Cj С - .ь ,.2 G где С, и Cj - жесткости штифтов, установленных соответственно со стороны привода и перевалки; п - число штифтов; 1 - длина бочки бандажа; г - радиус несущей оси; (ч - модуль упругости оси при сдвиге. 2. Валок по п. 1, отлич-ающ и и с я тем, что конусность бурта равна углу наклона штифтов и составляет 21-23°, а каждый штифт меньшей жесткости выполнен полым с пройольным сквозным пазсж по длине стенки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11)

3(51) В 21 В 27 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3578406/22-02 (22) 08.04.83 (46). 15.06.84. Бюл. Р 22 (72) 10.Â. Липухин, Л.Н. Данилов, A.Н. Иводитов, В.Д. Плахтин, A.Ã.Ãðèшанов, А.М. Сорокин и Н.A. Будагьянц (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени заочный политехнический институт (53) 621.771 23(088.8) (56) 1. 11еликов A.Ì. и др. Прокатные станы. М, Металлургиздат, 1958,, с. 69.

2. Палухин В.П. и др. Составной ,рабочий инструмент прокатных станов.

М., Металлургия, 1977,с.34,рис.11. (54) (57) 1 СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК, содержащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со сторо ны привода,и насаженный на нее бандаж, один торец которого сперт в бурт, а другой взаимодействует с нажимной гайкой, установленной со стороны перевалки, .отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости валка за счет снижения осевых нагрузок и обеспечения равномерного распределения напряжений по сечению бандажа при передаче крутящего момента, он снабжен штифтами, равномерно размещенными по сечению валка и пропущенными через торцовые поверхности бандажа в несущую ось навстречу друг другу под углом к оси валка, причем жесткость штифтов, установленных со стороны привода, меньше жесткости штифтов со стороны перевалки, а разность жестко< костей определяют по следующему математическому выражению, 1 1 neb с с где С, и С - жесткости штифтов, установленных соответст- д венно со стороны приво-Ю да и перевалки;

n — число штифтов;

16 — длина бочки бандажа! ре

r — радиус несущей оси;

Ci — модуль упругости оси при сдвиге.

2. Валок по и. 1, о т л и ч- а ю— шийся тем, что конусность бурта равна углу наклона штифтов и составляет 21-230, а каждый штифт меньшей жесткости выполнен полым с.про3оль" ным сквозным пазом по длине стенки.

1О974О2

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям прокатных валков, и может быть использовано в рабочих клетях широкополосных станов.

Известен сос;авной прокатный валек,5 содержащий несущую ось и насаженный на нее с натягои бандаж (1).

Недостаток данного валка заключается в том, что соединение посредст- 10 вом натяга не обеспечивает прочной фиксации бандажа на несущей оси, при этом от натяга в бандаже создаются предварительные напряжения, которые снижают его работоспособность. 15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является составной прокатный валок, содержащий несущую ocb с коническим буртом, выполненным со стороны привода, и насаженный на. нее бандаж, один торец которого оперт в бурт а другой взаимодействует с нажимной гайкой, установленной со сто роны перевалки (2).

Однако известный валок характеризуется недостаточной эксплуатационной стойкостью при передаче больших кру тящих моментов, необходимых для прокатки широкополосных полос и листов, вследствии осевых нагрузок и скручию 30 вания бандажа. Скручивание бандажа нвляется одной из причин перекоса валков относительно полосы при прокатке, который вызывает появление больших осевых нагрузок на валки и подшипники, снижает их работоспособность и точность прокатки в результате возник новения в прокатываемой полосе со стороны привода контактных давлений больших, чем с противоположной стороны, и вследствие этого появление волнистообразного проката.

Бель изобретения — повышение эксял плуатационной стойкости валка эа счет снижения осевых нагрузок и обеспече- 45 ния равномерного распределения напряжений по сечению бандажа при передаче крутящего момента.

Поставленная цель достигается тем, что составной прокатный валок, содер-50 жащий несущую ось с коническим буртом, выполненным со стороны привода, и насаженный на нее бандаж, один торец которого оперт в бурт, а другой взаимодействует с нажимной гайкой, 55 установленной со стороны перевалки, снабжен штифтами, равномерно размеценными по сечению валка и пропущенными через торцовые поверхности бандажа в несущую ось навстречу друг другу под углом к оси валка, причем жесткость штифтов, установленных со стороны привода, меньше жесткости штифтов со стороны перевалки, а разность жесткостей определяют по следующему математическому выражению 65 где С, и C. — жесткости штифтов, установленных соответственно со стороны привода и перевалки;

n — число штифтов; — длина бочки бандажами радиус несущей оси1 — модуль упругости оси при сдвиге.

Кроме того, конусность бурта равна углу наклона штифтов и составляет

21-23, а каждый штифт меньшей жесто кости выполнен полым с продольным сквозным пазом по. длине стенки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый валок, общий вид; на фиг. 2 - разрез

A-A на фиг. 1 (валок в плоскости расположения штифтов со стороны перевалки, поперечный разрез) 1 на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1 (валок е плоскости расположения штифтов со стороны привода, поперечный разрез); на фиг. 4 — часть несущей оси со стороны конического бурта; на фиг. 5 — эпюра напряжений кручения бандажа; на фиг. б — схема рас--. пределения крутящего момента на предлагаемом валке; на фиг. 7 — схема распределения крутящего момента на известном валке; на фиг. 8 — схема соединения несущей оси с бандажом; на фиг. 9 - схема нагружения и дефор-. мации сплошных штифтов; на фиг. 10— схема нагружения и деформации полых штифтов; на фиг. 11 — схема деформации несущей оси; на фиг. 12 — графическая зависимость для определения крутящих моментов по концевым частям бандажа.

Составной прокатный валок содержит несущую стальную ось 1 с коническим буртом; чугунный бандаж 2, имеющий со стороны привода валка коническую расточку для вхождения в нее при сборке конического бурта оси; полые штифты 3, которые могут быть как цилиндрическими, так и с незначительным конусом, имеющие по длине от периферии к центру односторонний разрез (паэ) для дополнительного уменьшения жесткости штифта; штифты 4 сплошного сечения с большой жесткостью, размещенные между осью и бандажом под углом к оси валка со стороны перевалки1 нажимную гайку 5, Штифты 3 и 4 запрессовываются при сборке валка в соответствующие отверствия и являются основныии элементами, обеспечивающими передачу крутящего момента от оси к бандажу.

Число их в каждом ряду может быть примерно 6-12 в зависимости от величины передаваемых усилий. Внутреннее отверстие полых штифтов выполнено для уменьшения их в жесткости и

1097402

30 может быть использовано для отвода хладагента н случае применения внутреннего охлаждения. Внутренний диаметр штифтов и ширину паза, определяющие величину снижения их жесткости, принимают исходя иэ возможных 5 деформаций кручения оси. При этом .внутренний диаметр штифтов может составлять порядка одной трети, а ширина паза примерно 3-5% наружного диаметра штифтов. Наружные диаметры 10 полых штифтов и штифтов сплошного сечений, а также их длина принима ются по условиям прочности на срез и смятие и могут составлять:диаметры порядка 10% диаметРа оси валка, длина 15 порядка 3-3,5 их наружного диаметра.

Оптимальное значение угла р между осями расположения штифтов по условию прочности и технологическим требованиям целесообразно принимать в пределах 42-46 . При этом обеспе- 2О чивается достаточная прочность бандажа при передаче больших крутящих моментов, так как полукруглые канавки в бандаже под штифты, расположенные под углом к оси валка 21-23о, 25 минимально ослабляют тело бандажа по опасным сечениям, обеспечивают установку штифтов в зоне наименьших напряжений сжатия, возникающих в результате данления,со стороны опорного валка и прокатываемого материала и позволяет избежать возникновения больших концентраторов напряжений в теле бандажа н местах запрессовки штифтов. 35

Составной прокатный валок работает сРщдующим образом.

Крутящий момент привода с несущей оси 1 передается на бандаж 2 двумя силовыми потоками; через полые штифты 3, установленные между осью 4О и бандажом со стороны привода, и через штифты 4 сплошного сечения, установленные аналогично на другом конце бандажа. Так как штифты 3 имеют меньшую жесткость, чем штифты 4, то 45 в процессе работы валка вследствие деформаций кручения оси происходит перераспределение общего крутящего момента, передаваемого с оси на бандаж через несущие элементы — штифты, 5р что обеспечивает более равномерное распределение напряжений кручения по длине бандажа. Незначительные осевые нагрузки, возникающие н процессе работы, воспРинимаются, нажимной гайкой

5 и коническим буртом оси налка.

На фиг. 6 дана схема распределения общего крутящего момента предлагаемого валка на два силовых потока равной мощности: первый передается с оси на бандаж со стороны перевалки валка (М ) через штифты сплошного сечения, второй — со стороны привода (М ) через полые штифты. При этом ось передает полный крутящий момент только на участке от муфты принода 65 до бандажа (до сечения бандажа н плоскости расположения полых штифтов). На участке бандажа ось передает на бандаж половину крутящего момента М, другая часть крутящего момента Я передается с оси на бан2 даж со стороны привода. Суммарная эпюра кручения бандажа складывается из двух эпюр кручения: от момента имеющая форму треугольника с акснмальным значением со стороны перевалки и убынающа" до нуля в сторону привода, и от момента М>, имеющая форму такого же треугольника с максимальным значением со стороны привода и убывающая до нуля и сторону перевалки. Так как оба крутящих моме-. нта М и М передаются с оси на бандаж одйовременно, то суммарная эпюра кручения бандажа представляет собой прямоугольник с одинаковой ординатой момента Мкб= М М (фиг. 5).

На фиг. 7 для сопоставления показана эпюра распределения крутящего момента при работе известного валка четырехвалкового стана при приложении крутящего момента М„ со.стороны привода, который н процессе прокатки (н процессе приложения момента сопротивления Мо) распределяется по закону треугольйика по ширине прокатыва)eMog полосы. При этом максимальное на напряжение кручения бандажа н опасном сечении определяется из расчета передачи полного крутящего момента. Кроме того, в результате появления oce". ных нагрузок н поверхностном сЛое бандажа нозника:от напряжения сдвига.

Таким образом, напряжение кручения в теле бандажа предлагаемой кон- „ струкции распределяется более равномерно по всей длине бандажа и численно снижается примерно н дна раза по сравнению с передачей крутящего момента привода на бандаж с одной стороны, т. е. одним силовым потоком.

Поэтому в предлагаемой конструкции прочность валка повышается н дна ра- за.

Кроме того, также повышается и долговечность поверхностного слоя бандажа, так как исключаются поверхностные напряжения сдвига н бандаже в осевом направлении валка и уменьшается трещинообразование на рабочей поверхности валка. Иск:тпочение поверхностных напряжений сдвига в осевом направлении достигается благодаря устранению скручивания бандажа при передаче момента прокатки, т.е. угло вое смещение одного торца бандажа относительно другого примерно равно нулю.

На фиг. 8-11 приведены расчетные схемы, поясняющие определение величин жесткости штифтов С„ и .С2,.обеспечи1097402 вающих передачу общего крутящего момента с оси на бандаж двумя силовыми потоками равной мощности. Это обеспечивается при условии, что линейные деформации сжатия штифтов и кручения оси связаны следующей зависимостью

1 2 оСИ где 40i„ — линейная деформация сжатия штифтов, установленных со стороны перевалки

l . 4Ф вЂ” линейная деформация сжатия штифтов, установленных со стороны привода1

d0» — линейная деформация кручения оси на участке бандажа.

Укаэанные величины определяются по формулам

<пр

41 2п„C„

Мп„, 2 2п1C пр 6 оси 23 6

25 момент прокатки (крутящий 30 момент привода) 1 длина бандажа1 радиус оси; число штифтов, установленных в каждом сечении соеди- 35 нения оси с бандажом1 где Мпп

16

r — полярный момент инерции сеP чения оси (,т = 0,1d4=

1,б r ); — модуль упругости оси при 40 сдвиге (6=8.10 кгс/см );

С и С жесткости штифтов, установленных соответственно со стороны перевалки и привода.

После соответствующих преобразова-45 ний получаем

1 1 n(F

02 С1 1,6 2G

Из уравнения (3) следует, что жесткость штифтов С„ больше жесткости штифтов С>, причем йаилучшим соотношением являются случаи, когда значения С1 весьма большие, как как при этом линейные деформации сжатия штифтов, установленных со стороны перевалки, весьма малые, что соответ". ствует благоприятным условиям работы составного валка вследствие малых относительних перемещений оси и бан- 60 дажа.

Таким образом, жесткость штифтов подбирается из условия обеспечения их работы в пределах упругих деформаций и передачи крутящего момента с 5 оси на бандаж двумя силовыми потоками равной мощности. При этом величины крутящих моментов М, и М передаются с оси на бандаж (фиг. 12) и их равен.:ство соответствует значению K =0,5.

Из графиков фи . 12 видно, что величина коэффициента К может изменяться в пределах

0 4 К

При всех других значениях К кроме ,К = 0,5 и граничных значений общий крутящий момент распределяется на два силовых потока неравной мощности.

При граничном значении К = 0 М ) = 0 и весь крутящий момент от привода передается с оси на бандаж через штифты, установленные со стороны ревалки. При граничном значении К = 1 М„ = 0 и весь крутящий момент от привода передается с оси на бандаж через штифты, установленные со стороны привода.

Анализируя полученные значения линейных деформаций сжатия штифтов и кручения оси на участке бандажа в ! соответствии с уравнениями (1), (2) и (3) при различных соотношениях есткостей, установлено, что при проектировании составного валка это соотношение следует принимать по возможности большим (порядка 10-?О и более) .

Если C> = 20C>, то для валка при

16= Br, r = 25 см, n = 12 из уравнения (3) получим

С 10 кгс/смр Сg 10 кгc/см

19О f9

3 . 6

Из уравнения (2), если принять

М„ = 150 10 кгс.см, имеем

Ш1

076

19 да 16

2 19

4сси = — — - мм

14 2

19

При этом исходное уравнение (1) соблюдается, так как

О 75 5 4,26

19 19 19

Отсюда видно, что линейная деформация штифтов со стороны перевалки составляет порядка 40 мкм, а линейные деформации кручения оси на участке бандажа близки по своему абсолютному значению. Снижение относительных тангенциальных перемещений оси и бандажа является благоприятным фактором в работе двух сопряженных цилиндрических поверхностей оси и бандажа, что должно учитываться при выборе жесткостей штифтов в процессе проектирования составного валка.

Экономическая эффективность от внедрения изобретения только на стане 2000 Череповецкого метзавода составляет в год около б млн. руб.

).097402

Puz.5

1097402

1097402

+ 8% A млр

1®

0 gT ис Vd ИЧ ПД ЦЬ V,7 V,Ю VP 1V

44 >. "2

An. 11

Составитель Ю.Лямов

Техред Л. Мартяшова КорректорМ.Шароши

Редактор Р.Ковач

Филиал ППП Патент, г.у кгород, ул.Проектная, .4

Заказ 4105/10 Тирам 796 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5