Предварительно напряженная прокатная клеть
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на листовых, сортовых и трубных прокатных станах. Прокатная клеть содержит основание, нижний и верхний рабочие валки. На основании неподвижно установлены подушки нижнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками. Подушки верхнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками установлены неподвижно на подушки нижнего рабочего валка. Верхняя траверса установлена неподвижно на подушки верхнего валка. Стяжные болты с гайками и закладными шпонками соединяют верхнюю траверсу с основанием. Механизм радиального перемещения верхнего валка размещен в подушках верхнего валка. Механизм осевого перемещения нижнего валка размещен в подушках нижнего валка. Ось радиального подшипника в каждой подушке повернута относительно оси сопряженного рабочего валка на угол, определяемый по расчетной формуле. Изобретение позволяет снизить металлоемкость прокатного стана и сократить трудозатраты на его изготовление и монтаж, а также повысить долговечность подшипников прокатных валков и сократить затраты на эксплуатацию прокатного стана. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области производства проката и может быть использовано для повышения рентабельности прокатных станов путем оснащения их рабочими клетями предлагаемой конструкции. За счет повышения нагрузочной способности подшипников рабочих валков сокращается вес основного оборудования стана и соответственно его стоимость.
Известна предварительно напряженная прокатная клеть, содержащая основание, нижний и верхний прокатные валки с подушками, установленные на основании с возможностью самоустановки, стяжные гидроциллиндры с закладными элементами, соединяющие основание с подушками верхнего рабочего валка, эксцентриковый распорный механизм радиального перемещения верхнего рабочего валка, размещенный между подушками верхнего и нижнего рабочих валков (1).
Одна из особенностей данной клети состоит в том, что эксцентриковый распорный механизм, установленный между нижними и верхними подушками, в процессе прокатки разгружается от усилия предварительного напряжения клети и препятствует самоустановке подушек незначительно.
Недостаток вышепредставленной прокатной клети состоит в том, что средства самоустановки в сопряжениях подушек с основанием и стяжными болтами нагружены усилием предварительного нагружения клети и сопутствующими ему моментами трения, противодействующими моментам самоустановки подшипников. Учитывая, что усилие предварительного напряжения значительно превышает максимальное усилие прокатки, наличие упомянутых средств самоустановки не устраняет перекосы в подшипниках и не повышает нагрузочную способность прокатной клети.
Другим недостатком, снижающим надежность упомянутой клети, является то, что эксцентриковый распорный механизм находится в зоне воздействия температуры, охлаждающей жидкости, и пылеобразной окалины.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявленной клети является предварительно напряженная прокатная клеть, содержащая основание, нижний и верхний рабочие валки, подушки нижнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на основание, подушки верхнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на подушки нижнего рабочего валка, верхнюю траверсу, установленную неподвижно на подушки верхнего валка, стяжные болты с гайками и закладными шпонками, соединяющие верхнюю траверсу с основанием, механизм радиального перемещения верхнего валка, размещенный в подушках верхнего валка и механизм осевого перемещения нижнего валка, размещенный в подушках нижнего валка (2) (стр.146...153).
Особенностью этой клети является то, что подушки, в которых смонтированы подшипники прокатных валков, жестко зафиксированы в заданном положении с помощью основания, верхней траверсы и стяжных болтов, что при высокой точности изготовления всех деталей позволяет до минимума снизить монтажные перекосы в подшипниках.
Недостаток данной клети состоит в том, что при больших нагрузках в подшипниках прокатных валков возникают перекосы, обусловленные прогибом прокатных валков, что снижает нагрузочную способность клети и долговечность подшипников.
Целью изобретения является повышение нагрузочной способности прокатной клети и повышение долговечности подшипников прокатных валков.
Поставленная цель достигается за счет того, что в предварительно напряженной прокатной клети, содержащей основание, нижний и верхний рабочие валки, подушки нижнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на основание, подушки верхнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на подушки нижнего рабочего валка, верхнюю траверсу, установленную неподвижно на подушки верхнего валка, стяжные болты с гайками и закладными шпонками, соединяющие верхнюю траверсу с основанием, механизм радиального перемещения вернего валка, размещенный в подушках верхнего валка, и механизм осевого перемещения нижнего валка, размещенный в подушках нижнего валка. При этом согласно предлагаемому изобретению, ось радиального подшипника в каждой подушке, направленная от цапфы рабочего валка к бочке, повернута относительно оси сопряженного валка по направлению вектора усилия прокатки на угол:
где Рпр.н - номинальное усилие прокатки;
Е и G - модули упругости при растяжении и сдвиге;
D и d - диаметр бочки и диаметр цапфы рабочего валка;
А - расстояние между опорами прокатного валка;
L - длина бочки;
l - длина подшипника.
Диаметральный зазор в радиальных подшипниках рабочих валков при условии отсутствия «паразитной» нагрузки в подшипнике на холостом ходу и отсутствия радиальных люфтов в сопряжении цапфы с подшипником равен:
где l - длина подшипника;
ϕ - угол между осью рабочего валка и осью подшипника, направленной от цапфы рабочего валка к бочке.
На фиг.1 изображен продольный разрез предварительно напряженной прокатной клети предлагаемой конструкции; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - место В на фиг.1 (сопряжение подшипника с цапфой прокатного валка без нагрузки); на фиг.4 - место В на фиг.1 (сопряжение подшипника с цапфой прокатного валка под нагрузкой).
Предварительно напряженная клеть предлагаемой конструкции (фиг.1, 2) содержит основание 1, нижний рабочий валок 2, верхний валок 3. Подушки 4, 5 нижнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками 6, 7 установлены на основании 1 с помощью фиксаторов 8 неподвижно. Подушки 9, 10 верхнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками 6, 7 установлены на подушки нижнего рабочего валка с помощью фиксаторов 11 неподвижно.
Верхняя траверса 12 установлена на подушки верхнего рабочего валка с помощью фиксаторов 13 неподвижно. Стяжные болты 14 с гайками 15, шайбами 16 и закладными шпонками 17 соединяют верхнюю траверсу 12 с основанием 1.
Механизм радиального перемещения верхнего валка, включающий эксцентриковые втулки 18, 19 и червячные передачи 20, 21, размещен в подушках 9, 10 верхнего валка. При этом для грубой регулировки, положения верхнего валка предусмотрен пакет прокладок 22, установленный между подушками нижнего валка и подушками верхнего валка.
Механизм осевого перемещения нижнего валка, включающий винт 23 и гидроциллиндр 24, размещен в подушках 4, 5 нижнего рабочего валка.
Сборка клети производится в следующей последовательности: основание 1 устанавливают стационарно в линии рабочей клети или на промежуточном ложементе. Четыре фиксатора 8 устанавливают в гнезда основания 1.
Нижний валок 2 с подушками 4, 5 и механизмом осевого перемещения нижнего валка 23, 24 собирают на специализированном стенде и устанавливают на основание 1, совмещая при этом фиксаторы 8 с гнездами в подушках 4, 5. Четыре фиксатора 11 устанавливают в гнезда в подушках 4, 5. На подушки 4, 5 устанавливают пакет прокладок 22, при этом толщину пакета определяют в зависимости от величины диаметра бочки рабочих валков.
Верхний валок с подушками 9, 10 и механизмом радиального перемещения верхнего валка, включающим эксцентриковые втулки 18, 19 и червячные передачи 20, 21, собирают на специализированном стенде и устанавливают на подушки нижнего рабочего валка, совмещая гнезда на подушках верхнего валка с фиксаторами 11. Четыре фиксатора 13 устанавливают в гнезда в подушках 9, 10 верхнего валка.
Верхнюю траверсу 12 вместе со стяжными болтами 14, гайками 15 и шайбами 16 устанавливают на подушки 9, 10 верхнего валка, совмещая при этом фиксаторы 13 с гнездами в траверсе 12. Ставят четыре закладные шпонки 13 и затягивают гайки 15 до достижения усилия сжатия подушек верхнего рабочего валка с подушками нижнего рабочего валка, превышающего усилие прокатки. Разборка клети осуществляется в обратном порядке.
При работе клети без нагрузки (фиг.3) ось 25 подшипника 6, направленная от цапфы валка к бочке, повернута относительно оси 26 рабочего валка 2 по направлению вектора усилия прокатки Рпр, на угол ϕ, который определяют по формуле (1) в зависимости от геометрических параметров рабочего валка и номинального усилия прокатки для данной прокатной клети. При этом между поверхностями трения 27, 28 подшипника и цапфы рабочего валка имеет место перекос равный углу ϕ.
После приложения к бочке валка номинального усилия прокатки Рпр.н (фиг.1, 4) на цапфу рабочего валка 2 действует равномерно распределенная нагрузка qн, под действием которой упругая линия 29 рабочего валка 2, линеаризованная в месте контакта подшипника с цапфой, будет параллельна оси 25 подшипника 6. При этом цапфа рабочего валка повернется на упомянутый выше угол ϕ, а поверхности трения 27, 28 соответственно цапфы и подшипника будут контактировать без перекоса, обеспечивая максимальную нагрузочную способность прокатной клети.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом изменяет функциональную зависимость величины перекоса от величины усилия прокатки.
В прототипе угол перекоса в радиальных подшипниках определяется уравнением:
В прокатной клети предлагаемой конструкции угол перекоса в радиальных подшипниках определяется уравнением:
где М - модуль жесткости рабочего валка;
Рпр.н - номинальная величина усилия прокатки;
Рпр - фактическая величина усилия прокатки.
Из уравнений (3, 4) следует, что в прототипе с увеличением усилия прокатки величина перекоса в радиальных подшипниках увеличивается, что в значительной мере снижает нагрузочную способность такой клети.
В прокатной клети предлагаемой конструкции с увеличением усилия прокатки перекосы в подшипниках уменьшаются и при номинальном усилии прокатки перекосы в радиальных подшипниках равны нулю, а нагрузочная способность прокатной клети будет равна номинальной грузоподъемности радиальных подшипников.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1031544А В21В 31/04.
2. А.Н.Иводитов, Н.А.Тодер «Конструкция и модернизация сортовых прокатных станов» М., Металлургия, 1993 г.
1. Предварительно напряженная прокатная клеть, содержащая основание, нижний и верхний рабочие валки, подушки нижнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на основание, подушки верхнего рабочего валка с радиальными и упорными подшипниками, установленные неподвижно на подушки нижнего рабочего валка, верхнюю траверсу, установленную неподвижно на подушки верхнего валка, стяжные болты с гайками и закладными шпонками, соединяющие верхнюю траверсу с основанием, механизм радиального перемещения верхнего валка, размещенный в подушках верхнего валка, и механизм осевого перемещения нижнего валка, размещенный в подушках нижнего валка, отличающаяся тем, что ось радиального подшипника в каждой подушке, направленная от цапфы валка к бочке, повернута относительно оси сопряженного валка по направлению вектора усилия прокатки, на угол
где Рпр.н - номинальное усилие прокатки; Е и G - модули упругости при растяжении и сдвиге, соответственно; D и d - диаметр бочки и диаметр цапфы рабочего валка, соответственно; А - расстояние между опорами прокатного валка; L - длина бочки; l - длина подшипника.
2. Прокатная клеть по п.1, отличающаяся тем, что диаметральный зазор δ в радиальных подшипниках равен
δ=1×sinϕ.
