ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1994 года по МПК B21B33/00 

Изобретение относится к области прокатного производства, и может быть использовано для ограничения и снятия технологических усилий в рабочих клетях обжимных станов.

Известно предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети, содержащее пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную передающим давление материалом, вспомогательную полость в корпусе, связанную с рабочей полостью цилиндрическим отверстием, перекрытым разрушающимся элементом, выполненным в виде разрывного стакана [1].

Недостаток устройства - существенный разброс величины технологического усилия, приводящего к разрыву стакана, что объясняется влиянием сил трения материала о стенки стакана при предшествующем разрыву деформировании его донышка, а также одноразводность его срабатывания, после чего требуется значительная пауза в работе клети, необходимая для замены устройства и восстановления его работоспособности.

Известно также предохранительно-разгрузочное устройство прикатной клети, пpинятое за прототип, в котором в качестве разрушаемого элемента использован срезной диск, перекрывающий цилиндрическое отверстие, связывающее рабочую и вспомогательную полости [2].

Недостаток устройства относительно неточная величина технологического усилия, при котором происходит срез диска, так как в начальный период разрушения срезающее усилие изгибает диск и тем самым искажает характер разрушения. При этом устройство сохраняет одноразовый принцип действия с присущими ему недостатками.

Цель изобретения - создание предохранительного устройства многоразового действия с высокой точностью срабатывания, позволяющего сократить продолжительность аварийных простоев стана.

Для достижения поставленной цели в предохранительно-разгрузочном устройстве прокатной клети, содержащем установленные под нажимным средством пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную передающим давление материалом, например эластомером, а также вспомогательную полость, выполненную в днище корпуса, связанную с рабочей полостью цилиндрическим отверстием и отделенную от нее срезным диском, между срезным диском и передающим давление материалом соосно цилиндрическому отверстию размещен срезающий цилиндр, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия. Срезной цилиндр установлен в сквозном отверстии, выполненном в обойме, которая размещена между передающим давление материалом и срезным диском. Обойма выполнена в виде равнотолщинной плиты, а высота срезающего цилиндра равна толщине обоймы. В днище корпуса размещено несколько вспомогательных полостей, отделенных от рабочей полости одним срезным диском. Диаметры цилиндрических отверстий, связывающих вспомогательные полости с рабочей полостью, тем меньше, чем ближе их оси размещены к оси нажимного средства клети.

Точность срабатывания предохранительных устройств, использующих разрушаемый элемент, зависит от характера разрушения. Так, при испытаниях на срез разброс величин разрушающих усилий на 10...25% меньше, чем при испытаниях на разрыв. С другой стороны, важнейшим условием точности срабатывания рассматриваемых устройств является качество разрушения. Например, элементы, подвергающиеся срезу, при испытаниях дают стабильные результаты в случае, когда влияние других видов деформаций (изгиб, смятие и др.) сведено к минимуму.

В известных предохранительных устройствах разрушаемые элементы подвергаются действию нескольких видов деформаций. Разрыву металлического стаканчика предшествует изгиб его донышка и частичное смятие боковых стенок. При разрушении срезного диска велико влияние его изгиба, а смятие контактной поверхности на краю цилиндрического отверстия постоянно смещает плоскость среза к кромке диска и лишает срез существенных преимуществ перед другими видами разрушения.

Общий для всех устройств недостаток - одноразовость их срабатывания - влечет за собой увеличение непроизводительных простоев стана, связанных с заменой предохранителей. Выполнение этой операции достаточно трудоемко, так как сопровождается разведением прокатных валков, отсоединением их от механизма уравновешивания или его нейтрализацию.

В отличие от известных конструкций в заявленном предохранительно-разгрузочном устройстве между срезным диском и передающим давление материалом соосно отверстию размещен срезающий диск, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия. Этот отличительный признак позволяет практически полностью исключить влияние прогиба на условия среза диска, так как торцовая поверхность срезающего цилиндра передает давление со стороны рабочей полости только в область поверхности среза. При этом задачу строго определенной установки срезающего цилиндра относительно цилиндрического отверстия и срезного диска решает обойма, размещенная между передающим давление материалом и срезным диском, в сквозном отверстии которой установлен срезающий цилиндр.

Выполнение обоймы в виде равнотолщинной плиты обеспечивает наиболее полное использование материала, передающего давление, а установка в обойме срезающего цилиндра, высота которого равна толщине плиты, позволяет исключить влияние трения материала о боковую поверхность срезающего цилиндра.

Размещение в днище корпуса нескольких вспомогательных полостей, отделенных от рабочей полости цилиндрическими отверстиями, перекрытыми одним срезным диском, придает устройству свойство многоразового срабатывания, так как для разгрузки клети от избыточного технологического усилия необязательно разрушение диска в местах перекрытия всех цилиндрических отверстий. Часть вспомогательных полостей, срезной диск над которыми сохранил прочность, обеспечивает срабатывание устройства при повторных перегрузках клети.

При повторных срабатываниях устройства уровень допустимой нагрузки на клеть должен оставаться постоянным. Контактное давление материала на срезной диск устройства при постоянном технологическом усилии тем выше, чем ближе ось цилиндрического отверстия размещена к оси нажимного средства клети. Это явление объясняется влиянием сил трения материала о горизонтальные поверхности рабочей полости. Поэтому равномерность среза диска во всех вспомогательных полостях обеспечивает признак уменьшения диаметра цилиндрических отверстий, оси которых расположены ближе к оси нажимного средства клети.

На фиг. 1 представлена схема предохранительно-разгрузочного устройства со срезающим цилиндром; на фиг. 2 - схема распределения давлений на элементы устройства в период, предшествующий его срабатыванию; на фиг. 3 - схема устройства с обоймой и размещенным в ней срезным цилиндром; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - графическая зависимость между величиной осадки предохранительно-разгрузочного устройства и действующей технологической нагрузкой; на фиг. 7 - эпюра распределения давлений по диаметру срезного диска.

Предохранительно-разгрузочное устройство, размещенное между нажимным средством 1 и подушкой 2 прокатной клети, включает пуансон 3, установленный в рабочей полости корпуса 4, заполненной материалом 5, передающим давление, например эластомером. Подставка 6 совместно с корпусом 4 и поверхностью подушки 2 образует вспомогательную полость 7, связанную с рабочей полостью цилиндрическим отверстием 8, перекрытым срезным диском 9. Со стороны рабочей полости на срезном диске соосно отверстию 6 размещен срезающий цилиндр 10, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия 8.

Устройство работает следующим образом.

Технологическое усилие Q, действующее на пуансон 3 со стороны нажимного средства 1, создает в рабочей полости устройства давление Р, размещенное по боковой и торцевой поверхностям срезающего цилиндра 10. При этом давление материала 5 на срезающий цилиндр уравновешивается реактивным давлением срезного диска 9, которое концентрируется в плоскости среза. При определенной величине технологического усилия Q происходит разрушение диска 9, срезанная часть которого выталкивается материалом 5 через цилиндрическое отверстие 8 во вспомогательную полость 7. Одновременно в нее из рабочей полости вместе со срезным цилиндром 10 экструзирует материал 5, передающий давление. В результате экструзии корпус устройства вместе с подушкой прокатного валка перемещается вверх, уменьшая обжатие проката и разгружая тем самым прокатную клеть.

Для приведения устройства в рабочее состояние необходимо извлечь его из клети, удалить остатки материала из рабочей и вспомогательной полостей, заменить срезной диск, установить срезающий цилиндр и заполнить рабочую полость материалом, передающим давление. В случае использования пластического легкоплавкого металла, например свинца, объем рабочей полости заливают материалом, находящимся в жидком состоянии. При использовании упругих материалов, например, эластомеров, по размерам рабочей полости предварительно изготавливают из этих материалов шайбу или диск, что упрощает сборку устройства.

Недостаток этой конструкции - некоторое снижение точности срабатывания устройства вследствие влияния сил трения материала 5 о боковые стенки срезающего цилиндра 10. Для исключения этого влияния один из вариантов конструкции устройства предусматривает установку срезающего цилиндра 10 в сквозном отверстии, выполненном в обойме 11, которая размещена в рабочей полости между передающим давление материалом 5 и срезным диском 9. Боковые поверхности обоймы взаимодействуют с внутренней поверхностью стенок корпуса 4, что однозначно определяет положение срезающего цилиндра.

В случае, если высота срезающего цилиндра равна толщине обоймы, то в процессе срабатывания устройства срезающий цилиндр испытывает давление материала 5 только лишь на торцовую поверхность, что не препятствует его перемещению вдоль оси цилиндрического отверстия 8.

В представленных на фиг. 1 и 3 устройствах отношение высоты к диаметру рабочей полости, заполненной передающим давление материалом, может быть относительно малым (1/15...1/20). Это обеспечивает высокую жесткость устройств и рекомендует их использование в черновых клетях толстолистовых станов.

В обжимных станах, не требующих высокой жесткости клетей и точной установки прокатных валков, рекомендуется применять предохранительно-разгрузочные устройства многоразового действия.

В этом устройстве в корпусе 4 выполнено несколько вспомогательных полостей 7, каждая из которых связана с рабочей полостью цилиндрическим отверстием 8 и отделена от рабочей полости одним общим для всего устройства срезным диском 9. Между срезным диском и материалом 5, передающим давление, размещена обойма 11, выполненная в виде равнотолщинной плиты, в сквозных отверстиях которой соосно цилиндрическим отверстиям 8 установлены срезающие цилиндры 10. Однозначность установки обоймы 11 относительно отверстий 8 обеспечивают штифты 12.

Устройство работает следующим образом.

При возрастании технологической нагрузки Q от нуля до Q_maх перемещение Δh_o корпуса 4 относительно нажимного средства 1 (фиг. 4) определяет объемная упругая деформация материала 5, передающего давление. На графике зависимости Δh-Q (фиг. 6) это перемещение описывается прямой QА. При плавном превышении технологической нагрузкой заданного предельного уровня Q_maх под действием давления материала на связывающие цилиндры 10 происходит разрушение срезного диска по периметру одного из цилиндрических отверстий. Вытолкнув срезанную часть диска и срезающий цилиндр 10, материал 5 экструзирует через отверстие 8 во вспомогательную полость 7. При этом в рабочей полости создается местное разряжение, под действием которого происходит разовое перемещение Δh₁ (фиг. 6) корпуса 4 относительно нажимного средства 1, сопровождающееся падением технологической нагрузки в клети на величину ΔQ₁.

Перемещение корпуса 4, произошедшее в результате срабатывания устройства, прекращается в тот момент, когда вспомогательная полость 7 с разрушенным срезным диском 9 полностью заполняется материалом 5. При последующем превышении технологической нагрузки предельной величины Q_maх происходит разрушение срезного диска 9 по периметру цилиндрического отверстия другой вспомогательной полости 7. После ее заполнения материалом 5 происходит перемещение корпуса 4 на величину Δh₂ и разгружение клети от усилия ΔQ₂ (фиг. 6). Описанная последовательность действия происходит до тех пор, пока срезной диск 9 не разрушится под всеми отверстиями 8 и последняя свободная вспомогательная полость не заполнится материалом 5, определяя последнюю составляющую Δh_n (фиг. 6) максимального хода корпуса ΔН.

При восстановлении устройства многоразового действия необходимо выполнить те же операции и в той же последовательности, что и для предохранительно-разгрузочных устройств разового действия (фиг. 1 и 3).

В устройствах многоразового действия (фиг. 4 и 5) точность их срабатывания зависит от условий нагружения срезающих цилиндров 10 давлением, передаваемым материалом 5. Вследствие трения материала 5 о горизонтальные поверхности рабочей полости распределение нагрузок на срезающие цилиндры 10 неравномерно и зависит от расстояния ρ между осью нажимного средства 1 и осью цилиндрического отверстия 8. Давление Р_maх (фиг. 7) на оси нажимного средства превышает давление Р_о материала у стенок рабочей полости на 5...15% в зависимости от соотношений диаметра D и высоты Н рабочей полости и применяемых материалов.

В этой связи для обеспечения равноценных условий среза диска 9 в отверстиях 8, связывающие рабочие и вспомогательные полости устройства, диаметры цилиндрических отверстий, размещенных ближе к оси нажимного средства, должны быть меньше.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может быть рассмотрена конструкция предохранительно-разгрузочного устройства, разработанная для клети-слябинга Мариупольского металлургического комбината. Пуансон диаметром 310 мм установлен в разборном устройстве, внешний диаметр боковых стенок которого равен 350 мм. Рабочая полость устройства высотой 50 мм заполнена эластомером-резиной марки ОМБ-М-3 (ГОСТ 7338-77). В основании устройства выполнены по периметру боковых стенок 6 отверстия диаметром 40 мм и одно отверстие диаметром 38 мм по оси устройства. В обойме толщиной 20 мм размещены 7 срезающих цилиндров диаметрами 38 и 40 мм и высотой 20 мм. Цилиндрические отверстия в основании корпуса перекрыты пластиной из углеродистой стали марки Ст. 3 (ГОСТ 780-81). Наибольшая высота устройства в снаряженном состоянии составляет 132 мм. Отмеченные геометрические параметры устройства обеспечивают его срабатывание в диапазоне нагрузки 10750.. .10950 кН с раздвижением валков на 20...25 мм.

В сравнении с предохранительно-разгрузочным механизмом, принятым за прототип, использование устройства со срезающим цилиндром позволяет снизить аварийные простои стана, связанные с заменой устройства в 3...5 раз, увеличить точность срабатывания устройств на 20...25%.

Использование: в прокатном производстве для защиты и снятия от технологических усилий в рабочих клетях обжимных станов. Сущность изобретения: предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети установлено между нажимным средством и подушкой прокатного валка. Пуансон и корпус устройства образуют полость, заполненную передающим давление материалом, в которой размещен разрушаемый элемент, выполненный в виде срезной пластины. От рабочей полости срезную пластину отделяет обойма, в отверстиях которой соосно цилиндрическим отверстиям, выполненным в основании корпуса, установлены срезные цилиндры. Обойма выполнена в виде равнотолщинной плиты, а высота срезающего цилиндра равна толщине обоймы. В днище корпуса выполнено несколько вспомогательных полостей, каждая из которых связана с рабочей полостью цилиндрическим отверстием и отделена от рабочей полости одним, общим для свех вспомогательных полостей, срезным диском. Диаметры отверстий, связывающих вспомогательные полости с рабочей полостью, тем меньше, чем ближе их оси размещены к оси нажимного средства клети. Устройство обеспечивает многоразовость срабатывания, сокращает продолжительность аварийных простоев стана, повышает точность срабатывания. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ, содержащее установленные под нажимным средством пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную передающим давление материалом, вспомогательную замкнутую полость, связанную с рабочей полостью цилиндрическим отверстием, выполненным в днище корпуса, и срезной диск, отличающееся тем, что устройство снабжено срезающим цилиндром, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия и который установлен между срезным диском и рабочей полостью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что срезающий цилиндр установлен в обойме, размещенной между рабочей полостью и срезным диском. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что обойма выполнена в виде равнотолщинной плиты, а высота срезаного цилиндра равна толщине обоймы. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что в днище корпуса выполнено несколько вспомогательных полостей, каждая из которых связана с рабочей полостью цилиндрическим отверстием. 5. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что диаметры цилиндрических отверстий, связывающих вспомогательные полости с рабочей полостью, тем меньше, чем ближе их оси размещены к оси нажимного средства клети.