Способ подготовки к эксплуатации составного прокатного валка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 1 185 А

1511 ф В 21 В 27/02 с» ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ женной к бандажу, причем нагрузку в процессе тренировки увеличивают.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что; с целью достижения одинаковой степени повышения несущей способности составного валка при прокатке в любом калибре, равнодействующую радиальной нагрузки прилагают посредине опор.

3. Способ по п. 2, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью ускорения тренировки стыков и повышения ее эффективности, величину радиальной нагрузки увеличивают до

"fнсх по следующей зависимости: ис ор исх где P пр исх

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3633437/22-02 (22) 12.08.83 (46) 23.03.86. Бюл. 11- 11 (71) Всесоюзный ордена Ленина научноисследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (72) Б. Ф. Мельников, А. Я. Сапожни--. ков, А. С. Ефимов и В. А. Розоренов (53) 621.771.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 663456, кл. В 21 В 27/02, 1975. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К

ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСТАВНОГО ПРОКАТНОГО

ВАЛКА, включающий сборку со свободной посадкой бандажа на стяжной вал, создание осевых предварительных напряжений нагружением стяжного вала усилием растяжения и сжатия бандажа по торцам, механическую обработку рабочей поверхности бандажа и установку валка в клеть для прокатки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода валков и повышения производительности прокатных станов путем повышения несущей способности валка, после операции нагружения валок подвергают тренировке вращением в опорах вокруг оси с изгибом радиальной нагрузкой, прило- величина радиальной нагрузки; усилие осевого предварительного напряжения валка исходный (после сборки) коэффициент трения покоя в торцовых стыках; число полных циклов (оборотов) нагружения валка с начала тренировки (N

2, 3...).

1219185

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к ,прокатному производству, и может быть использовано при эксплуатации валков сортовых станов, Цель изобретения — снижение расхо да валков и повьппение,производительности прокатных станов путем повышения несущей способности составного валка, достижение одинаковой степе- ни новьппения несущей способности составного валка при прокатке в любом калибре, т.е. при приложении усилия прокатки на любом месте по длине бочки, а также ускорение тренировки стыков и повышение ее эффективности.

На фиг. 1 показана одна из возможных конструкций валка, подготавливаемая по предлагаемому способу; на фиг. 2 — схема действия элементарной силы трения в точке стыка: на фиг. 3 — график изменения элементарной силы трения за один оборот; на фиг, 4 — зависимость коэффициента трения от числа циклов нагружения.

Валок (фиг. 1) имеет бандаж 1, насаженный на стяжной вал 2 с зазором. Стяжной вал 2 имеет приводную шейку 3 с буртом, упирающимся в левый торец бандажа, вследствие чего между торцом бандажа и буртом образуется фрикционный стык 4, Второй фрикционный стык 5 образуется между правым торцом бандажа и полой неприводной шейки б. Все детали валка стянуты усилием предварительного напряжения, которое фиксируется гайкой 7.

Валок опирается на подшипниковые опоры А и В (условно показанные на оси чертежа), а к бандажу приложено радиальное усилие P. Радиальное усилие

Р, сдвигающее бандаж, уравновешивается силами трения в стыках 4 и 5 численно равными соответствующим реакциям опор R> и К

На фиг. 2 показано сечение по одному из стыков, на которое действует сдвигающее усилие R. В элементарной прямоугольной площадке dF действует элементарная сила трения с, Во всех точках стыка как в статике, так и при вращении, сила трения с одинакова по величине и направлению (направлена навстречу силе R) а их сумма равна силе R.

В начальный момент О от начала вращения (направление вращения пока эано стрелкой) сила трения 7 действу50

5

45 ет перпендикулярно большим сторонам прямоугольника dF а в направлении сторон а и Ъ она равна О. При повороте стыка на 90 рассматриваемая площадка также поворачивается на 90 и сила трения в направлении от стороны

Ь к стороне а площадки йР увеличивается от О до .При дальнейшем повороте до угла 180 сила трения в на= а правлении сторон а и Ь снижается до .

О, а затем.до угла 270 снова возрасо л тает до, но ее направление изменяется на обратное от стороны,4 к стороне Ь площадки dF. Указанная зависимость отражена на графике (фиг. 3), из которого следует, что элементарная сила трения с в точке стыка за оборот валка при тренировке изменяется по симметричному циклу.

Воздействие на единичную микронеровность знакопеременной нагрузки с величиной, которая приводит к пластическому деформированию этой микронеровности, вызывает интенсивный ее наклеп, т.е. возрастание прочности и твердости, при этом срыв (сдвиг) одной микронеровности относительно другой может произойти уже при более высокой нагрузке,что и является основной причиной увеличения коэффициента трения покоя.

В связи с наличием на бочке сортового валка нескольких калибров, усилие прокатки во время эксплуатации прилагается в различных местах по длине бочки, при этом усилие, сдвигающее каждый из фрикционных торцовых стыков составного валка, будет также различно, а численно оно равно реакции опоры со стороны стыка.

Поскольку сдвиг бандажа при относительно длинной бочке валка при неравенстве реакций опор происходит по одному из стыков с большим действующим сдвигающим усияием, то несущая способность при прокатке в различных калибрах неодинакова.

Максимальная она при прокатке в калибре посредине опор и снижается при смещении усилия прокатки к краям °

Поэтому тренировку валка необходимо проводить при приложении нагрузки посредине опор. При этом реакции опор

А и В одинаковы, одинаковы также и усилия, сдвигающие оба стыка, и сте1219185

Р аре*, 2 Рр

Г (3) пень возрастания в них коэффициента трения и, следовательно, при прокатке в любом калибре степень возрастания несущей способности валка .также одинакова.

Усилие, сдвигающее каждый стык, максимально в момент сдвига, равно максимальной силе трения в нем, которая по закону трения равна произведению силы нормального давления (усилию предварительного напряжения P ) пр на коэффициент трения покоя, т.е.

Р„° f

При приложении предельного усилия посредине опор и равенстве коэффициентов трения стыков сдвиг бандажа происходит по обоим стыкам одновременно, а несущая способность валка определяется суммой максимальных сил трения в стыках, т.е.

Однако приложение такого усилия приводит к сдвигу бандажа и выходу валка из строя, что недопустимо как при тренировке, так и при прокатке, поэтому начинать тренировку необходимо с меньшим усилием, исключающим сдвиг бандажа, при этом для обеспечения высокой степени пластической деформации микронеровностей, а, следовательно, интенсивного их наклепа и повьппения коэффициента трения, указанное усилие должно быть возможно к максимальному.

Учитывая, что коэффициент трения не стабильная величина, зависящая от состояния поверхностей стыка с разбросом по экспериментальным данным 10-15Х и учитывая дополнительно

5Х запаса, можно принять начальную нагрузку при тренировке на 20Х ниже, т.е.

Рная = 0>8 2 Рп f исх = 1 >6 Рп fèñi(2) где f„ — исходный(после сборки) коэффициент трения покоя в стыках ПНСВ.

Эксперименты показывают, что при вращении валка под нагрузкой коэффициент трения f возрастает с увеличе-нием числа циклов нагружения (оборотов) по показательной зависимосТи, и после достижения некоторой величины стабилизируется, после чего трени ровку производить бесполезно. Указанная зависимость приведена на фиг. 4. Кривая 1 на фиг. 4 характеризует зависимость возрастания f от числа оборотов валка при тренировке под постоянной нагрузкой Р„ ч

= 1,6 Рп Ки,неизменной эа время тре10 нировки, из которой следует, что f достигает максимума (f = 0,27) через

2000 циклов (оборотов).

Кривая 2 (фиг. 4) отражает рост f при изменении нагрузки по кривой 1

У

15 кривая .3 - рост f при изменении нагрузки по кривой 2. Рост нагрузки по кривой 3 уже почти не изменяет характера возрастания f (кривая 4) т.е, наблюдается режим насыщения, 20 когда получаемый коэффициент трения становится максимальным (f = 0 31) за наименьшее время.

Анализ результатов этих экспериментов показывает следующее.

25 Тренировка при постоянной нагрузке, определяемой через исходный коэффициент трения, не позволяет получить максимум коэффициента трения.

Это объясняется тем, что максималь30 ные пластические деформации микронеровностей возникают только в кача ле тренировки, в дальнейшем, из-за наклепа микронеровностей, повьппается их прочность, твердость и сопротивление пластической деформации, а,так как нагрузка остается той же, степень пластической деформации микронеровностей снижается, вследствие чего интенсивность наклепа падает

40 и замедляется рост коэффициента трения.

Увеличение же нагрузки при тренировке по закону, соответствующему максимальному росту коэффициента

45 трения (кривая 3 и 4, фиг. 4), приводит к тому, что нагрузка во время тренировки все время поддерживается на уровне, близком к предельному, что приводит к максимальному уровню

5р пластической деформации микронеровностей, а следовательно, и интенсивному росту коэффициента трения.

Кривая 3 (фиг. 4) хорошо аппрокси55 мируется формулой! 2 !9185 где f — коэффициент трения в заданный момент времени при тренировке;

f — исходный (до начала тренияск 5 ровки) коэффициент трения в стыках ПНСВ;

N — число циклов (оборотов) нагружения во время тренировки, N =-"1,,2,,3,... и т.д.

Учитывая, что начальная радиальная нагрузка определяется выражением (2), а коэффициент трения при тренировке изменяется в соответствии с функцией (3); получают функцию изменения радиальной нагрузки при тренировке

Рп ие (4) го

В соответствии с фиг. 4 коэффициент трения за время тренировки в пределе возрастает в 1,7 раза и стабилизируется. А так как нагрузка пропорциональна коэффициенту трения, то она в конце тренировки должна быть доведена до уровня также в 1,7 раза выше начальной

Р =,П (! ° n иск 2) п PHc» ®

Таким образом, при известном законе возрастания радиальной нагрузки (4) и максимальной величины этой на35 грузки .в конце тренировки (5) однозначно определяется необходимое (минимальное) число циклов тренировки

N = 1000, обеспечивающее максимальный эффект повышения f. Принятие более низкой начальной нагрузки либо сохранение неизменности ее уровня в процессе тренировки увеличивает длительность тренировки и несколько снижает максимально дости- 45 жимую величину коэффициента трения в стыках.

Пример осуществления способа подготовки к эксплуатации составного . валка клети 530 стана 450.

Размеры валка: длина бочки 630 мм, диаметр бочки 530 мм, поверхность бочки - гладкая; вес валка - 1800 кг, радиус трения в приводном стыке—

150 мм, материал бандажа — чугун

СПХН, материал несменяемых деталеисталь 40Х, механическая обработка— нарезка калибров на вальцетокарном станке, номинальное усилие прокатки — 240 тс, номинальный момент прокатки — 12,5 тм.

Валок собирают и нагружают усили ем P = 700 тс исходный коэффиципр

1 ент трения в стыках бандажа после сборки составляет f = 0 17 при этом валок передает максимальное усилие прокатки, приложенное посредине бандажа P = 2Р f = 2 ° 700 0 )7 = пр

Э

238 тс, момент прокатки на один валок M = 14 тм. Затем валок устанавливают в стенде, вращают и нагружают бандаж посредине через вращающийся ролик радиальной силой

P = 1,7 7000,17 = 190 тс, Нагрузку P увеличивают ступенP чато, например, через каждые 100 обо ротов или плавно в соответствии с зависимостью

P = 1,6 Р f N чр и к концу тренировки, когда N=1000 циклов, доводя до

P0 = 3,2 P„ f = 3,2 700.0,17

= 380 тс.

Тренировку заканчивают и отправляют валок на механическую обработку поверхности бандажа. В результате такой тренировки коэффициент трения в стыках бандажа возрастает в

1,7 раза, что во столько же раз увеличивает усилие и момент прокатки, передаваемый валком, т.е. Р = 238 " х1,7 = 400 тс, MÄP = 14 1,7 = 24 тс.

Приведенные параметры обеспечивают работоспособность предварительно напряженного составного валка в условиях значительных динамических нагрузок высокоскоростного стана

450, позволяют интенсифицировать процесс прокатки и расширить область применения составных валков на тяжелогруженные клети и профили. Использование этих валков взамен цельных позволит сократить их расход в 2 раза.

1219 1 85

Фиг.2

P пред

Р

У

1,0

ФигФ

ВНИИПИ Заказ 1187/13 Тираж 518 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4