Предохранительное устройство рабочей кисти прокатного стана и способ его настройки

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для защиты рабочих клетей прокатных станов от перегрузок. Цель изобретения - повышение производительности прокатного стана и долговечности элементов клети за счет стабильного ограничения нагрузок. Оборудование предохранительного устройства фиксирующей гайкой 1 1 и набором шайб 12 позволяет эффективно снизить амплитуду напряжений в стенке предохранительного стакана 1. В процессе настройки устройства производят пробlO

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИцЕСНИХ

РЕСПУБЛИК цю е>

<д11 4 В 21 В ЗЗ/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4188315/23-02 (22) 30.01.87 (46) 23.09.88. Бюл. и 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им. А. И. Целикова (72) М. M. Ванинский, С. Д. Гарцман, А. А. Жуков, А. A. Коханюк, И. С. Остренский, A. A ° Филатов, В. Н. Чекулаев и А, В. Шибанов (53) 621.771.2,06(088.8) (56) Целиков A. И. и др. Прокатные станы. — M.: Металлургиздат, 1958, с. 116, рис. 109.

Патент США Ф 3130613, кл. 7,2-244, опублик. 1964. (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

РАБОЧЕЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО CTAHA И

СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ (57) Изобретение относится к прокатному производству и может быть использована для защиты рабочих клетей прокатных станов от перегрузок. Цель изобретения — повышение производитель ности прокатного стана и долговечности элементов клети за счет стабильного ограничения нагрузок. Оборудование предохранительного устройства фиксирующей гайкой 11 и набором шайб 12 позволяет эффективно снизить амплитуду напряжений в стенке предохранительного стакана 1. B процессе настройки устройства производят пробО

1424893 ную прокатку. Замеряют деформацию Е, стакана 1 в зоне проточек. После пробной прокатки стакан нагружают таким же усилием и фиксируют днище 3 стакана I гайкой 11. Стакан 1 разгружают и вновь замеряют деформацию стакана. Если f / с, < 0,8, уменьшают жесткость контактной зоны между торцом 6 кольца 5 и фланцем 4 стакана 1 путем установки дополнительной шайбы в набор шайб 12. Так продолжаИзобретение относится к прокатно му производству и может быть исполь зовано для защиты рабочих клетей про- ° катных станов от перегрузок.

Целью изобретения является повышение производительности прокатного стана и долговечности элементов клети эа счет стабильного ограничения ( нагрузок. 10

На фиг. 1 приведено предохрани тельное устройство рабочей клети прокатного стана, продольный разрез, на фиг. 2 - схема взаимодейст вия элементов предолранительного уст- 15 ройства, на фиг. 3 - график зависимости отношения переменной составляющей усилия в стенке предохранительного стакана к внешней нагрузке от усилия предварительного растяжения, 20 также отнесенного к величине внешней нагрузки, действующей на предохранительное устройство.

Предохранительное устройство рабо- 2g чей клети прокатного стана (фиг. 1) содержит пустотелый предохранительный стакан 1 с ослабляющей проточкой

2, днищем 3 и фланцем 4 и опорное кольцо 5 с торцами б и 7., расположенное между подушкой 8 верхнего валка (не показан) и фланцем 4 стакана 1.

К внутренней поверхности днища 3 прижат подпятник 9 нажимного, винта 10, Предохранительное устройство снабжено средством для фиксации днища 3 отно- 5 тельно обращенного к подушке 8 торца

I1 опорного кольца 5, представляющим собой фиксирующую гайку 11, установленную в области днища 3 на предохра ют до тех пор, пока не получат /E,»

) 0,8. При такой конструкции и способе настройки устройства обеспечивается стабильность ограничения нагрузок в рабочей клети. Приращение усилия в стенке стакана 1 существенно меньше усилия, приложенного к днищу 3. Это позволяет уменьшить усилия срабатывания устройства, т.е. повысить его чувствительность к перегрузкам. 2 с.и з.п. ф-лы, 3 ил. нительном стакане l, имеющем в указанной области наружную цилиндрическую резьбу. Между фланцем 4 и опорным кольцом 5 установлены шайбы 12, имеющие различную толщину и различный наружный диаметр. Набор шайб 12 является средством для регулировки жесткости контактной эоны между торцом опорного кольца 5 и фланцем 4 предохранительного стакана 1, Шайбы 12 выполнены из материала с модулем упругости меньшим, чем модуль упругости материалов стакана и опорного кольца, например, при выполнении последних из стали шайбы 12 могут быть изготовлены дюралюминиевыми. Сечения

13 — 15 - поперечные сечения предохранительного устройства.

Для пояснения сущности способа настройки предохранительного устройства рабочей клети прокатного стана представим рассматриваемую конструкцию в виде упрощенной расчетной схемы (фиг. 2). На этой схеме реальные упругие характеристики системы заменены дискретными жесткостями С,, С и Сэ (Н/м), приведенными соответственно к сечению 13 в зоне ослабляющей проточки 2, сечению 14 контактной зоны между торцом 6 опорного кольца

5 и фланцем 4 и сечению 15 контакта средства ll фиксации с торцом 7 опорного кольца 5, обращенным к подушке

8 верхнего валка.

Рассмотрим нагружение элементов, предохранительного устройства. В об. щем случае нагружения на элементы действует система внешних и внутрен1424893 них снл Р, R,, R R (фиг. 2), величины которых удовлетворяют условиям равновесия и совместности деформаций, а именно P — приложенная к днищу 3

5 внешняя нагрузка, Н; R - растягиваюmee усилие в стенке предохранительного стакана 1, Н; R — усилие, возникающее при нагружении в контактной зоне между торцом 6 опорного кольца

5 и фланцем 4, Н; R — усилие взаимодействия средства 11 фиксации с опорным кольцом 5, Н.

8, 8, Р, 8 i ll, 83 (7) 20 (R<)< = (Rz), (К3)< = О

25 Д P3 + (Къ) 3 + Ръ + (К3)3 . (9)

3 С, С

30 (2) (К )< ., (Rz) с< с, (Къ) 3

С

3 (1б) или с учетом (1) Р< Р, + с, с2 (3) После фиксации днища 3 относитель-40 но торца 7 опорного кольца 5 и разгрузки предохранительного стакана 1 от осевого усилия Р, величины (R,)3 „ (R ) H (R3) Усилий s Упругих связях равны между собой и равны усилию а(Н) 45 затяжки, т.е. (R, ) = (R ) = (R } - q„ (4) (13) Перемещение точки О днища 3 отно- 50 сительно опорного кольца составляет в этом случае аналогично (3) — — + а а с, с (5) 55

В частности, при нагружении днища усилием R< для Величия (К<)< (R ) и (R» усилий в упругих связях справедливы следующие зависимости.

При этом перемещение точки О днища 3 относительно опорного кольца 5 равно

Кроме того, справедливо соотношение д = h — — — = h. — — ° (6) (Rs) с э с

Ъ

Иэ выражений (3), (5} и (6) полу чаем, что где Е<, 8, О 3 — приведенные к сечениям 13 — 15 податливости, равные

II< - 1/C<; 8,— 1/С; о3 = 1/С3.

Если теперь приложить к днищу 3 произвольное усилие Р, величины (R<) (R 2) (R3) усилий в упругих связях удовлетворяют условию (К ), = (К.)3 - P, + (Кэ}3, а перемещение точки О составляет

Кроме того, по аналогии с выражением (6) Из (3) и (7) — (10) получаем, что усилия и в этом случае определяются выражениями,)-о ° . — р — - () F3

3 (R},--q- Р. (12)

, 3, 1 + 82+53

Очевидно, что выражение (11) справедливо для случая, когда (R )Зъ О.

Как нетрудно получить из (7) и (12), это будет в случае, если

Таким образом, в случае нагружения устройства усилием Р, с последующей фиксацией днища 3, разгрузкой устройства от усилия P и последующим циклическим приложением усилия Р» удовлетворяющего условию (13), амплитуда переменного усилия, действующего в сечении 13, составляет

1424893

А

< 2 (14) Или согласно выражениям (4) и (11)5 (15) А, 0,51ñ Р, (16) где (О

При Р Ъ Р, усилие (R>) равно нулю, а величина А, в соответствии с выражениями (4), (7), (8) и (14) составляет f5

А; 0,5 (Р— P, (I -Х)J, (17) Цикл нагружения предохранительного стакана может быть представлен как результат наложения постоянного напря 50 жения 0 (MIIa) на напряжение, меняющееся по симметричному циклу с амплитудой бц (МПа). При этом коэффициент запаса усталостной прочности опредепяется по формуле .55

И

G, б (O а + " (18) Графики относительных амплитуд уси 20 лий в стенке предохранительного ста кана 1 А,/Р> в функции от отношения

Pl/Р для различных значений X (кри, вая 16 вЂ К = g кривая 17 — К = К, причем К,» к приведены на фиг. 3, из 25 ! которой следует, что при P ъ Рз до( стигается минимальное значение ампли1 туды переменного растягивающего уси(! лия, действующего в сечении 13. Прак1 тически достаточно принять Р P c 30

1, целью избежать возможного смятия кон тактных поверхностей при неоправданно больших значениях усилия предварительного растяжения Р, . Однако сог1 t ,ласно (15) предварительное растяжение предохранительного стакана 1 с после" дующей фиксацией днища 3 и рагрузкой позволяет добиться эффективного сни;жения амплитуды усилия, действующего в стенке предохранительного стакана 4р

1, лишь при условии, что параметр Ъ достаточно мал. Ниже приведена оценка максимального значения параметра

К, обеспечивающего снижение усталостных напряжений в зоне ослабляющей 45 проточки 2 до допустимого уровня. г де (.) — предел выносливости на рас-1 тяжение для материала детали, МПа, (1 — коэффициент асимметрии цикла;

1б 1

k "— + — - IGv P< p — эффективный коэффициент концентрации напряжений;

K — коэффициент масштабного фактора;

P — - коэффициент влияния качества обработки поверхности.

С учетом того, что для пульсирующего цикла G = бо, выражение (18) принимает вид

1) — (19)

+ — 1 4$)Q

Fg

Значение коэффициента асимметрии . цикла (1 = 0,2, а значение коэффициента, характеризующего влияние на усталостную прочность качества обработки поверхности детали, (5 = 0,8.

Для оценки эффективного .коэффициента концентрации напряжений воспользуемся выражением

k = 1+q (M — l) (20) а =

0,5 КР (21) где Г - площадь поперечного сечения стакана в зоне ослабляющей проточки, м где (,. - — теоретический коэффициент концентрации, значение которого принимает равным

Ыб= г.

q - -коэффициент чувствительности материала к местным напряжениям, значение которого принимаем q = 0,8. Таким образом, k = .1,8, Значение коэффициента масштабного фактора принимаем равным 0,6.

Для дальнейших расчетов необходимо определить величину амйлитуды напряжений цикла Gz . Пусть Р(Н) — средняя величина усилия, приходящегося на один нажимной винт, при прокатке типоразмера полос, характеризующегося наибольшими значениями усилий прокатки. Тогда с учетом выражения (15) средняя амплитуда напряжений в зоне проточки составляет

1424893

Согласно данным исследований, для толстолистовых станов можно считать, что величины усилий прокатки распределены по нормальному закону с коэффициентом вариации 1, не превышающим 0,15 °

В соответствии с известным правилом трех сигма для нормального распределения определяем наибольшее воз- 10 можное усилие при нормальной эксплуатации Р (Н), равное

Р = (1+3 )Р (22),15 и принимаем для последующих расчетов усилие разрушения предохранительного стакана равным Р, В этом случае справедливо выражение (1 + 34)Р

В. Р (23) где (р — предел прочности материала предохранительного стакана, MIIa, 25

Предел выносливости материала стакана считаем раьным половине от предела прочности, т.е. (24)

0,5а

Из выражений (19), (2) ), (23) и (24) следует

55 (26) — — 1 -Х,.

Р, Кроме того, ввиду пропорциональности деформации предохранительного

Принимая 1 = 0 15 и задаваясь значением коэффициента запасов уста- 40 лостной прочности и; = 2, получаем к 0,2.

Таким образом, при значении параметра к (0,2 предлагаемый способ настройки предохранительного устройства 45 рабочей. клети прокатного стана обеспечивает эффектнвное снижение усталостных напряжений в предохранительном стакане. Уменьшить значение параметра к. в соответствии с (16) можно, например, за счет. уменьшения жесткости С (увеличения податливости о )..

Из выражений (7) и (16) следует, что стакана 1 вызывающему ее усилию К, с учетом (1) и (4) можно записать — — (27) (4)2 Q 2 (,, = Р, Г, где Е,, E — осевые деформации в зоне ослабляющей проточки

2 после нагружения усилием P и после фиксации днища 3 относительно опорного кольца 5 и разгрузки соответственно.

С учетом двух последних выражений требование Х. 0,2 равносильно требованию f / E, 0,8.

Пример ° Перед прокаткой на стане дуо 450х900 партии полос 40х х300х1500 мм из цинкового сплава устанавливают фланец 4 предохранительного стакана 1 с ослабляющей проточкой 2 и днищем 3 и набор шайб 12 на опорном кольце 5, а последнее на подушке 8 верхнего валка под нажимным винтом 10 и прижимают подпятник 9

-нажимного винта 10 к внутренней поверхности днища 3 предохранительного стакана 1. После этого нрокатывают пробную полосу в режимах предполагаемой прокатки партии полос и измеряют при этом величину осевой деформации t в зоне ослабляющей проточки

2. Измерение осуществляют с помощью проволочного тензсдатчика сопротивления. Результат измерения Е, = 6,0х х 10 . Деформация f, вызывается действием усилия прокатки, приходящегося на один нажимной винт. После прокатки полосы предохранительный стакан 1 нагружают осевым усилием, вызывающим такую же деформацию f = 6,0 10 в зоне проточки 2, как и замеренная при прокатке. Указанное нагружение осуществляется гидроцилиндром, установленным между нажимным винтом 10 и подпятником 9. Затем фиксируют днище 3 предохранительного стакана

1 относительно обращенного к подушке торца 7 опорного кольца 5 путем поворота фиксирующей гайки 11 до соприкосновения с опорным кольцом 5, разгружают стакан 1 от осевого усилия и измеряют деформацию в зоне ослабляющей проточки 2. Получив в результате измерения величину Е = — 4,5. ° 10 4 определяют отношение

Е /Е,, равное Е /с, = 4,5 10 /6,0х

1424893

10 х 10 = 0,75. Поскольку отношение

Г / Е, меньше 0,8, вновь нагружают предохранительный стакан 1 осевым усилием, освобождают днище 3 от фик1 ! сации, разгружают предохранительный стакан 1 и уменьшают жесткость контактной эоны между торцом 6 опорного кольца 5 и фланцем 4 стакана 1 путем установки дополнительной шайбы в на- 10 бор шайб 12. Затем вновь с помощью гидроцилиндра нагружают предохранительный стакан 1 до уровня осевой деФормации в зоне проточки 2 Г, = 6,0 х .+ х 1О, фиксируют днище 3 гайкой 11 15 и разгружают стакан 1 от осевого усилия, Результат измерения осевой деформации в зоне ослабляющей гроточки

1 после разгрузки < = 4,9 . 10 . Так как отношение E / Е, = 4,9 10 /6,0 х 20 х 10 = 0,81 больше 0,8, предлагае-1 мый способ осуществлен.

Устройство1работает следующим образом.

При прокатке в клети партии полос 25 ( на днище 3 предохранительного стакана 1 со стороны подпятника 9 нажимного винта 10 действует переменное усилие, изменяющееся от нуля до максимальной величины. Такое же по величи- 30 не, но противоположное по направлению ! переменное усилие действует со стороны подушки 8 верхнего валка на i опорное кольцо 5 предохранительного устройства. При этом усилие взаимодействия фиксирующей гайки 11 с торцом

7 опорного кольца 5 уменьшается по сравнению с ненагруженным состоянием, а усилия взаимодействия фланца 4 стакана 1 с набором шайб 1 2 и последнего с торцом 6 опорного кольца 5, а также растягивающее усилие в зоне ослабляющей проточки 2 увеличиваются.

Причем приращение усилия, действующе" го в стенке предохранительного стакана 1, существенно меньше усилия, приложенного к днищу 3. Таким образом, несмотря на циклический характер нагрузки накопление усталоетных повреждений отсутствует, поскольку настройка предохранительного устройства в. соответствии с предлагаемым способом обеспечивает эффективное снижение амплитуды напряжений в стенке предохранительного стакана. Вследствие этого срабатывание предохранительного устройства не происходит прежде чем напряжения в зоне ослабляющей проточки 2 достигнут предела прочности, т. е. имеет место стабильное ограничение нагрузок в клети прокатного стана ° При перегрузке, например при нарушении технологического режима, по мере роста нагрузки сначала происходит раскрытие стыка между фиксирующей гайкой 11 и торцом 7 опорного кольца 5, после чего растягивающее усилие в стенке стакана становится равным внешней нагрузке, а при превышении внешней нагрузкой предельного уровня предохранительный стакан 1 разрушается в зоне ослабляющей проточки 2, защищая клеть от перегрузки. Вследствие воэможности стабильного ограничения предохранительным устройством нагрузок в рабочей клети предохранительный стакан

1 выполнен таким образом, что усилие его разрушения максимально приближено к наибольшему усилию, реализующемуся при нормальном процессе прокатки„ Тем самым предотвращается повреждение элементов конструкции клети прокатного стана.

Выполнение и настройка предохранительного устройства в соответствии с изобретением обеспечивают стабильное ограничение нагрузок в рабочей клети прокатного стана. За счет этого можно ожидать снижения простоев последнего примерно на ЗЕ, Это позволяет выпустить дополнительное количество проката и снизить на ЗЕ условно-постоянные расходы.

3 Ъ .

Стабильное ограничение нагрузок в клети позволяет при том же уровне нагружения уменьшить усилие срабатывания предлагаемого устройства по сравнению с известным, т.е. повысить его чувствительность к перегрузкам.

Формула из обретения

1. Предохранительное устройство рабочей клети прокатного стана, содержащее пустотелый предохранительный стакан с ослабляющей проточкой, фланцем и днищем, взаимодействующим через подпятник с нажимным винтом, и опорное кольцо, расположенное между подушкой верхнего валка и фланцем стакана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения производительности стана и долговечности элементов клети за счет стабильного ограничения нагрузок,: оно снабжено средством для фиксации днища относительно обращенI 424893 ного к подушке торца опорного кольца и средством для регулировки жесткости контактной эоны между торцом опорного. кольца и фланцем предохранительного стакана.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что средство для регулировки жесткости контактной зоны между торцом опорного кольца и 19 фланцем стакана выполнено в виде набора шайб, имеющих различную толщину и различный наружный диаметр, причем шайбы изготовлены из материала с модулем упругости, меньшим модуля упру гости материалов стакана и опорного кольца.

3. Способ настройки предохранительного устройства рабочей клети прокатного стана, включающий установку 20 фланца путотелого предохранитель ого стакана с ослабляющей проточкой и днищем на опорном кольце, установку опорного кольца с предохранительным стаканом на подушке верхнего валка 25 под нажимным винтом и прижатие подпятника нажимного винта к внутренней поверхности днища предохранительного стакана перед прокаткой партии полос одинаковых геометрических размеров и у1 материала, отличающийся, тем, что, с целью повьппения производительности стана и долговечности элементов клети эа счет стабильноГо ограничения нагрузок, после прижатия подпятника нажимного винта к днищу прокатывают пробную полосу в режимах предполагаемой прокатки партии полос, измеряют при этом осевую деформацию предохранительного стакана в зоне ослабляющей проточки, после прокатки пробной полосы нагружают. предохранительный стакан осевым усилием до уровня осевой дефоомации в зоне ослабляющей проточки, равного замеренному при прокатке пробной полосы, фиксируют днище предохранительного стакана относительно торца опорного кольца, обращенного к подушке, разгружают предохранительный стакан от осевого усилия, измеряют осевую деформацию стакана после разгрузки, определяют отношение Е /Е,, где Е, и Š— деформации предохранительного стакана, замеренные соответственно при прокатке пробной полосы и после разгрузки, и, если отношение K>IЕ, меньше 0,8, вновь нагружают предохранительный стакан упомянутым осевым усилием, освобождают днище стакана от фиксации, разгружают предохранительный стакан от осевого усилия, уменьшают жесткость контактной зоны между торцом опорного кольца и фланцем стакана и повторяют те же действия, что и после прокатки пробной по1 -4 24893

Составитель Г. Ростов

Редактор И. Шулла ТехредП олийнык Корректор В. Гирняк

Заказ 4714/8

Тираж 467

Подписное

В1!ИИПИ Г сударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, у.i. 1!р сктпая, 4