Предохранитель прокатной клети

 

Использование: прокатное производство, защита от технологических перегрузок рабочих клетей (преимущественно обжимных и толстолистовых станов). Суть изобретения: предохранитель прокатной клети содержит упругий элемент выполненный в виде кольца, из эластомера (например, полиуретана), в котором для компенсации неравномерного уширения по высоте в процессе осадки устройства при его настройке или срабатывании, образующие боковых поверхностей имеют вид кривых второго порядка, обращенных выпуклостью друг к другу. При этом для исключения поперечного деформирования кольца и увеличения его жесткости оно установлено в пазах, выполненных на обращенных друг к другу поверхностях шайб, установленных с возможностью перемещения относительно друг друга в направлении общей оси и одновременно взаимодействующих с ограничителем перемещений, выполненным в виде стержня, снабженного упором (например, фланцевым), который контактирует с внутренней поверхностью одной из шайб, а сам стержень при помощи резьбового соединения взаимодействует с другой шайбой, удерживая при этом упругий элемент между шайбами в предварительно напряженном состоянии. Технический результат: использование предохранителя прокатной клети в сравнении с прототипом позволяет увеличить жесткость прокатной клети, точность срабатывания предохранителя, что позволит повысить качество проката и обеспечить безаварийную работу оборудования. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок рабочих клетей, преимущественно обжимных и толстолистовых станов. В настоящий момент в данной области не решена проблема надежной механической защиты от поломок дорогостоящего прокатного оборудования.

Известно предохранительное устройство прокатной клети, включающее расположенный между подушками валков и нажимным устройством клиновой предохранительный механизм, выполненный несамотормозящимся, с пружинным элементом, размещенным между клином и регулировочным винтом [1].

В известном решении невозможно обеспечить высокую точность срабатывания при технологических перегрузках клети из-за нестабильности величины силы срабатывания вследствие эффекта приработки трудящихся поверхностей, а также попадания в рабочие контакты механизма частиц окалины, воды, смазки, паров и т.п., что изменяет коэффициент трения.

Известно также предохранительное устройство прокатной клети, размещенное между нажимным механизмом и подушкой прокатного валка, в котором для ограничения технологических нагрузок использованы пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно нагрузке [2].

Данное устройство характеризуется низкой надежностью, так как снижает жесткость прокатной клети вследствие прогиба пластин еще до потери ими устойчивости, а также подвержено эффекту усталостного разрушения пластин при их эксплуатации. Более того, вертикальное расположение пластин увеличивает габариты устройства, что требует увеличения размеров прокатной клети.

Известен также предохранитель прокатной клети [3] - принятый за прототип, включающий упругий элемент, выполненный в виде ленты, навитой с натягом на внутренние кольца основания в виде цилиндрической спирали со сквозными в радиальном направлении пазами. Лента размещена между двумя шайбами, установленными под нажимным средством клети с возможностью перемещения относительно друг друга в направлении общей оси и снабженными ограничителем перемещений, выполненным в виде двух колец, каждое из которых жестко связано с одной из шайб и смонтировано относительно другого кольца с зазором, определяющим величину предельной осадки устройства. Регулирование величины наибольшего технологического усилия осуществляется осевым перемещением кольца, охватывающим спираль, относительно одной из шайб.

Значительные габариты устройства снижают жесткость прокатной клети, так как увеличивают упругие деформации ее станин и повышают их металлоемкость, затрудняют использование предохранителя в действующих клетях. Сложность точной настройки заключается в невозможности без многократных предварительных нагружений предохранителя точно установить положение регулирующего кольца на внешней поверхности спирали. При этом погрешность расчетных рекомендаций в определении положения кольца (а следовательно, и точности срабатывания предохранителя), учитывая влияние случайных факторов, достигает 10%. Низкая стойкость упругого элемента обусловлена характером деформирования гибкой ленты. При относительно малой осадке предохранителя ее прогибы остаются значительными. В опасных сечениях ленты напряжения от сжимающих нагрузок усиливаются напряжениями от изгибающих моментов. Поэтому при многократных срабатываниях предохранительная лента подвергается интенсивному усталостному разрушению.

В основу изобретения поставлена задача разработать предохранитель прокатной клети, в котором за счет новой формы выполнения элементов и их взаимного расположения достигается повышение жесткости конструкции и высокая точность срабатывания при технологических перегрузках, что позволит повысить надежность работы, уменьшить габариты устройства, снизить стоимость изготовления, упростить его обслуживание.

Для решения поставленной задачи в предохранителе прокатной клети, содержащем упругий элемент, размещенный между двумя шайбами, установленными с возможностью перемещения относительно друг друга в направлении общей оси, а также ограничитель перемещений, согласно изобретению, упругий элемент выполнен в виде кольца из эластомера, а ограничитель перемещений в виде стержня, взаимодействующего при помощи резьбового соединения с одной из шайб и снабженного упором, контактирующим с внутренней поверхностью другой шайбы.

Кроме того, образующие внутренней и внешней боковых поверхностей упругого элемента в его радиальном сечении имеют вид кривых второго порядка, обращенных выпуклостью друг к другу.

Упругий элемент установлен между шайбами в кольцевых пазах, выполненных на обращенных друг к другу поверхностях шайб, причем диаметры боковых стенок пазов равны внешнему и внутреннему диаметрам упругого элемента.

Упор ограничителя перемещений, контактирующий с внутренней поверхностью одной из шайб, выполнен фланцевым или коническим.

В заявляемом техническим решении ограничитель перемещений, снабженный упором, взаимодействует одновременно с двумя шайбами, что позволяет удержать упругий элемент между ними в предварительно напряженном (сжатом) состоянии. При этом точность настройки устройства на усилие срабатывания задается силой предварительного сжатия упругого элемента, величина которого легко контролируется вне прокатной клети, например на тарировочном прессе. В сравнении с гибкой лентой, теряющей свою устойчивость при срабатывании известного устройства, заявляемый предохранитель с предварительно сжатым упругим элементом имеет более четкий порог срабатывания, так как потере устойчивости предшествует резко возрастающий прогиб ленты.

Резьбовое соединение, посредством которого ограничитель перемещений взаимодействует с другой шайбой, представляет собой наиболее простой и надежный способ фиксации предварительно сжатого упругого элемента при настройке предохранителя. Выполнение упругого элемента в виде кольца, изготовленного из эластомера (например полиуретана), в сравнении с использованием спиральных прорезных пружин обеспечивает компактность устройства и его демпфирующие свойства, исключающие возникновение явления резонанса от вибрационных нагрузок. Кривые второго порядка, обращенные выпуклостью друг к другу и являющиеся образующими внутренней и внешней боковых поверхностей упругого элемента, необходимы для компенсации неравномерного уширения эластомерного кольца по его высоте в процессе осадки устройства при настройке или срабатывании.

Установка упругого элемента между шайбами в кольцевых пазах, выполненных на обращенных друг к другу поверхностях шайб, позволяет существенно повысить жесткость эластомера, так как препятствует поперечному деформированию упругого элемента. Это обеспечивает компактность предохранителя при его предварительном сжатии.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предохранителя в снаряженном состоянии; на фиг. 2 - схема предохранителя при его срабатывании.

Предохранитель прокатной клети включает упругий элемент, выполненный в виде кольца 1 (фиг. 1), изготовленного из эластомера (например полиуретана), и размещенного между двумя шайбами 2 и 3 в кольцевых пазах, выполненных на обращенных друг к другу поверхностях шайб. При этом диаметры D и d боковых стенок пазов равны внешнему и внутреннему диаметрам кольца 1. Шайбы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга в направлении оси 4 ограничителя перемещений 5. В свою очередь, ограничитель перемещений выполнен в виде стержня с резьбой и снабжен упором 6 (например коническим или фланцевым), контактирующим с внутренней поверхностью шайбы 2. Ограничитель перемещений взаимодействует с шайбой 3 при помощи резьбового соединения. Образующие внутренней и внешней поверхности кольца 1 имеют вид кривых второго порядка, обращенных выпуклостью друг к другу.

Предохранитель прокатной клети работает следующим образом.

В процессе предварительной настройки предохранитель, собранный так, как показано на фиг. 1, осаживают при помощи тарировочного пресса. При этом сближение шайб 2 и 3 происходит за счет осадки эластичного кольца 1, которое получает предварительное напряжение сжатия. По достижении требуемой величины предварительного сжатия кольца ограничитель перемещений 5 вращением вокруг оси 4 вводят в контакт с внутренней конической поверхностью шайбы 2. После этого предохранитель, готовый к эксплуатации, извлекают из тарировочного пресса.

В прокатной клети предохранитель с предварительно сжатым кольцом 1 устанавливают между нажимным средством 7 (фиг. 2) и подушкой 8 опорного валка. В процессе прокатки технологическое усилие P, воспринимаемое предохранителем, стремится уравновесить усилие Q предварительного сжатия кольца 1 ограничителем перемещений 5. При этом предохранитель сохраняет высокую жесткость, если P≅Q, т. е. контакт между фланцевым упором 6 и шайбой 2 остается плотным.

При технологической перегрузке клети, когда P>Q, ограничитель перемещений полностью разгружается от усилия предварительного сжатия кольца 1. Избыточное усилие ΔP = P - Q дополнительно сжимает кольцо, в результате чего предохранитель получает осадку ΔH, при которой происходит разведение прокатных валков и разгружение клети. В процессе осадки предохранителя поперечное деформирование торцевых слоев кольца ограничено боковыми стенками кольцевых пазов в шайбах 2 и 3. В средних участках кольца 1, не ограниченных в поперечных деформациях, боковые поверхности приобретают цилиндрическую форму, рационально заполняя пространство между шайбами.

После снятия избыточной нагрузки эластомерное кольцо восстанавливает свои размеры, раздвигает шайбы 2 и 3 и вводит упор 6 ограничителя перемещений 5 в плотный контакт с шайбой 2. В этот момент предохранитель полностью восстанавливает свою работоспособность.

Предложенный предохранитель испытан в лаборатории кафедры "ПГС и сопротивление материалов" Приазовского государственного технического университета. Опытный образец был изготовлен и установлен на черновой клети непрерывного широкополосного стана 1700 горячей прокатки Мариупольского металлургического комбината им. Ильича. Упругое кольцо размерами 490х280х40 мм, выполненное из полиуретана марки СКУ ПФЛ-100 (E = 58 МПа, μ = 0,493), установлено между двумя шайбами диаметром 800 мм. Ограничитель перемещений диаметром 250 мм имеет фланцевый упор диаметром 300 мм и взаимодействует с нижней шайбой при помощи резьбового соединения с резьбой Уп. 260х16 мм. При предварительной осадке полиуретанового кольца на 6 мм предельное технологическое усилие срабатывания предохранителя Q составляет 16800 + 400 кН. Жесткость всего устройства в процессе срабатывания равна 4750 кН/мм, при работе в диапазоне рабочих нагрузок P≅Q она равна 85000 кН/мм.

Использование устройства, описанного в примере конкретного выполнения, в сравнении с прототипом позволяет увеличить жесткость прокатной клети в 3-5 раз, срок эксплуатации предохранителя - в 5-8 раз, точность срабатывания - в 2-3 раза.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного технического решения обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Формула изобретения

1. Предохранитель прокатной клети, содержащий упругий элемент, размещенный между двумя шайбами, установленными с возможностью перемещения относительно одна другой в направлении общей оси, и ограничитель перемещений, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде кольца из эластомера, а ограничитель перемещений в виде стержня, взаимодествующего при помощи резьбового соединения с одной из шайб и снабженного упором, контактирующим с внутренней поверхностью другой шайбы.

2. Предохранитель по п. 1, отличающийся тем, что образующие внутренней и внешней боковых поверхностей упругого элемента в его радиальном сечении имеют вид кривых второго порядка, обращенных выпуклостью одна к другой.

3. Предохранитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упругий элемент установлен между шайбами в кольцевых пазах, выполненных на обращенных одна к другой поверхностях шайб, причем диаметры боковых стенок пазов равны внешнему и внутреннему диаметрам упругого элемента.

4. Предохранитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упор ограничителя перемещений, контактирующий с внутренней поверхностью одной из шайб, выполнен фланцевым или коническим.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2