Устройство управления подъемно-качающимся столом

 

Использование: снижение инерционных нагрузок в системе подъемно-качающегося стола сортопрокатного стана "трио" для уменьшения его износа и увеличения его ресурса. Сущность: устройство управления подъемно-качающимся столом включает гидроцилиндр, связанный с источником гидроэнергии через гидрораспределитель. Устройство снабжено тормозным гидравлическим распределителем, установленным в гидросистеме. Расстояние, на которое установлен тормозной гидравлический распределитель относительно гидроцилиндра, регламентируется математической зависимостью. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к прокатному производству, и совершенствует устройство, конструктивно сопряженное с сортопрокатным оборудованием и предназначенное для управления подъемом стола в процессе задачи проката в клеть стана "трио".

Известно устройство управления подъемно-качающимся столом клети "трио", которое состоит из сложной кривошипно-рычажной системы, соединенной с платформой стола, для подъема ее на уровень задачи проката в верхний горизонт клети, фиксации в этом положении на период прохождения по ней раската и опускания до уровня нижнего горизонта клети, т.е. возврата в исходное положение [1] Данное устройство, характеризующееся большей массой подвижных частей, приводит к появлению высоких инерционных нагрузок, являющихся причиной ускоренного износа шарнирных соединений, уменьшения ресурса эксплуатации устройства и стола в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство управления подъемно-качающимся столом клети "трио", включающее гидроцилиндр, связанный с источником гидроэнергии через гидрораспределитель [2] Такое техническое решение позволило несколько уменьшить массу подвижных частей стола, частично снизить в них инерционные нагрузки, что привело при реализации устройства управления столом к некоторому уменьшению износа шарнирных соединений.

В то же время проведенная отработка данного устройства на опытном образце подъемно-качающегося стола в производственных условиях работы показана, что инерционные нагрузки при его использовании остаются очень высокими.

В связи с этим задачей настоящего изобретения является уменьшение инерционных нагрузок в системе стола и механизме его подъема и качания, тем самым снижение износа шарнирных соединений и повышение ресурса стола.

Научные исследования, проведенные авторами при отработке устройства управления подъемно-качающимся столом на опытном образце в промышленных условиях работы клети "трио" показали, что на величину сил инерции и соответственно инерционных нагрузок в системе заметное влияние оказывают такие факторы, как использование гидрораспределителя как тормозного гидрораспределителя на конечном этапе опускания платформы, момент инерции стола, угловая скорость стола в момент начала его торможения, номинальное давление жидкости в гидросистеме, начальное давление жидкости в гидросистеме в момент начала торможения, площадь поперечного сечения трубопровода, связывающего полость гидроцилиндра с тормозным гидравлическим распределителем и через него с источником гидроэнергии, расстояние между поршнем и дном гидроцилиндра в нижнем положении платформы стола и площадь поперечного сечения поршневой полости гидроцилиндра. С учетом этих факторов установлено, что варьируя расположением тормозного гидравлического распределителя относительно плунжерного гидроцилиндра, можно добиться дальнейшего снижения инерционных нагрузок в системе стола.

Устройство управления подъемно-качающимся столом клети "трио", включающее гидроцилиндр, связанный с источником гидроэнергии через гидравлический распределитель, снабжено тормозным распределителем, который в гидросистеме установлен относительно гидроцилиндра на расстоянии, определяемом исходя из зависимости l l_пор·f где f_тр площадь поперечного сечения трубопровода, связывающего полость гидроцилинда с тормозным гидравлическим распределителем, м²; I момент инерции платформы стола, кг ˙ м²; Е приведенный модуль упругости жидкости, материала трубопровода и гидроцилиндра, МПа; ω угловая скорость платформы в момент начала торможения, рад/с; Р_ном номинальное давление жидкости в гидросистеме, МПа; Р_нач начальное давление жидкости в гидросистеме в момент начала торможения, МПа;
l_пор расстояние между поршнем и дном гидроцилиндра в нижнем положении платформы, м;
f_пор площадь поперечного сечения поршневой полости гидроцилиндра, м².

На чертеже представлено схематически устройство управления подъемно-качающимся столом клети "трио" на фронтальной плоскости.

Оно содержит гидроцилиндр 1, соединенный с платформой 2, шарнирно установленной на опорном основании 3, и источником гидроэнергии 4 через гидрораспределитель 5, предпочтительно двухпозиционной. Устройство содержит также тормозной гидрораспределитель 6, также предпочтительно двухпозиционный, соединенный со сливом 7 и гидрораспределителем 5. Для фиксации платформы в ее верхнем положении она соединена с опорным основанием через цепной фиксатор 8 и плиту 9 с группой отверстий 10, разноудаленных от осевой линии платформы в ее горизонтальном положении. При положении платформы на упоре 11 в ее нижнем положении между плунжером 12 и дном цилиндра 1 имеется зазор 13.

На чертеже указаны командоаппарат 14, конечный включатель 15, трубопроводы 16, 17, 18, 19.

В исходном положении тормозной распределитель 6 и гидрораспределитель 5 находятся в левом положении, при котором полость плунжерного гидроцилиндра 1 через трубопровод 17, гидрораспределитель 5 и тормозной гидрораспределитель 6 соединены со сливом, а платформа 2 находится в нижнем положении опираясь на упор 11. По сигналу командоаппарата 14 на подъем платформы 2 гидрораспределитель 5 переходит в правое положение. В этом случае жидкость от источника гидроэнергии 4 через трубопровод 16, гидрораспределитель 5 и трубопровод 17 поступает в гидроцилиндр 1, плунжер 12 выдвигается из цилиндра, поднимая платформу 2. Подъем платформы продолжается до натяжения цепного фиксатора 8, т. е. до уровня задачи проката в верхний горизонт клети. В этом положении платформа фиксируется на период времени прохождения проката между средним и верхним рабочим валками путем поддержания высокого давления жидкости в полости плунжерного гидроцилиндра 1.

По сигналу командоаппарата 14 на опускание платформы 2 гидрораспределитель 5 переходит в левое положение, соединяя полость гидроцилиндра 1 через трубопровод 17, гидрораспределитель 5, трубопровод 18, тормозной гидрораспределитель 6 и трубопровод 19 со сливом. Под действием веса платформы 2 плунжер 12 вдвигается в цилиндр, вытесняя жидкость на слив. При подходе платформы 2 к нижнему положению, когда плунжер 12 не доходит до дна цилиндра на 80-100 мм, конечный выключатель 15 дает сигнал на перевод тормозного гидрораспределителя 6 в правое положение, перекрывая слив жидкости из цилиндра. Продолжающееся движение плунжера 12 вниз сжимает жидкость в полости между плунжером и тормозным гидрораспределителем. В результате давление в этой полости возрастает, и его сила тормозит и останавливает платформу 2. Затем через 0,2-0,4 с реле времени в электросхеме управления работой стола снимает сигнал конечного выключателя 15 и дает сигнал на перевод тормозного гидрораспределителя 6 в левое положение, соединяя гидроцилиндр 1 со сливом. Давление воды в цилиндре падает, платформа 2 под действием ее веса опускается на упор 11.

Процесс торможения стола представляется следующим образом. После перекрытия проходных сечений тормозного гидрораспределителя жидкость в полости между плунжером и гидрораспределителем оказывается замкнутой. Стол, имеющий к этому моменту определенную кинетическую энергию, продолжает опускаться, сжимая замкнутую жидкость, и тем самым увеличивая в ней давление, под действием силы которого стол тормозится. Кинетическая энергия стола переходит в энергию деформации жидкости между плунжером и тормозным гидрораспределителем, являющуюся произведением величины увеличения давления на величину деформации (сжатия) объема жидкости. Увеличивая величину деформации объема жидкости, за счет увеличения длины участка между плунжером и тормозным гидрораспределителем, т. е. за счет увеличения податливости, можно уменьшить до номинального величину увеличения давления при торможении стола. Последнее снижает инерционные нагрузки на элементы гидросистемы, шарнирные соединения цилиндра со столом и опорным основанием, а также стола с опорным основанием.

Предварительно, исходя из параметров конструкции стола, входящих в приведенную зависимость, а также параметров используемой в каждом конкретном случае жидкости, гидравлический распределитель устанавливают на расстоянии от гидроцилиндра
l l_пор·f
В этом положении гидравлического распределителя инерционные нагрузки в системе при прочих равных условиях оказываются минимальными. При этом коэффициент 0,95 относится к случаю, когда используется жидкость с вязкостью от 1 до 15 сСт и 1,05 для жидкостей с вязкостью от 15 до 60 сСт.

П р и м е р. За обжимной клетью среднесортного стана "550" Днепропетровского металлургического завода им. Г.И.Петровского установлен подъемно-качающийся стол. В приводе качания стола используется предлагаемое устройство, в котором расстояние между гидроцилиндром и тормозным гидрораспределителем рассчитано по предлагаемой зависимости по следующим данным: площадь трубопроводов f_тр 3,85 ˙ 10^-3 м²; момент инерции стола I 9,2 ˙ 10⁴ кг ˙ м²; угловая скорость стола ω 0,03 с^-1; приведенный модуль упругости жидкости и материала трубопровода и гидроцилиндра Е1,549 ˙ 10³ МПа, номинальное давление жидкости Р_ном. 3,5 МПа; начальное давление жидкости в гидросистеме в момент начала торможения Р_нач. 2,0 МПа (установившееся давление жидкости в системе при опускании стола); расстояние между поршнем и дном цилиндра в нижнем положении платформы l_пор. 0,02 м; площадь поперечного сечения поршневой полости гидроцилиндра f_пор. 0,08 м².

Вышеназванная зависимость имеет вид после подстановки данных
l 0,002·0,08=13,67 м
При установке тормозного гидрораспределителя на расстоянии 13,67 м от гидроцилиндра, максимальное давление при торможении стола будет равно Р_ном.

В результате годичного опытно-промышленного использования данного устройства при отработке конструкции подъемно-качающегося стола за счет снижения динамических нагрузок, масса вышедших из строя и заменяемых элементов стола уменьшилась на 11,3 тонны.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДЪЕМНО-КАЧАЮЩИМСЯ СТОЛОМ сортопрокатной клети "Трио", включающее гидроцилиндр, смвязанный с источником гидроэнергии через гидрораспределитель, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тормозным гидрораспределителем, установленным в гидросистеме относительно гидроцилиндра на расстоянии l, определяемом из зависимости


где f_тр - площадь поперечного сечения трубопровода, связывающего полость гидроцилиндра с тормозным гидравлическим распределителем, м²;
I - момент инерции платформы, кг · м²;
E - приведенный модуль упругости материала трубопровода и гидроцилиндра, МПа;
ω - угловая скорость платформы в момент начала торможения;
P_ном - номинальное давление жидкости в гидросистеме, МПа;
P_нач - начальное давление жидкости в гидросистеме в момент начала торможения, МПа;
l_пор - расстояние между поршнем и дном гидроцилиндра в нижнем положении платформы, м;
f_пор - площадь поперечного сечения поршневой полости гидроцилиндра, м².

РИСУНКИ

Рисунок 1