ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1994 года по МПК B21B33/00 

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок рабочих клетей преимущественно обжимных станов.

Известно предохранительное устройство прокатной клети, размещенное между подушкой вала и нажимным средством и содержащее клиновую пару и разрушаемый элемент, выполненный в виде упора для клина, опирающегося на подушку [1]. В известном устройстве разрушающее усилие, передаваемое клином на разрушаемый элемент, является непостоянным по величине и зависит от условий трения трущихся поверхностей в клиновом механизме, обеспечить стабильность которых в процессе эксплуатации клети практически невозможно.

Известно также предохранительное устройство прокатной клети, включающее установленную между нажимным средством и подушкой упругую ленту с прорезями, свернутую предварительно в рулон, ось которого совпадает с осью нажимного средства [2].

Недостаток устройства - малая величина перемещений разгружаемых элементов прокатной клети при его срабатывании, что включает использование этих устройств в клетях с большой величиной обжатия металла.

Известно также предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети, принятое за прототип, содержащее размещенные под нажимным средством пуансон и корпус с боковыми стенками и основанием, образующие рабочую полость, заполненную передающим давление материалом [3]. Устройство содержит также вспомогательную полость, выполненную в корпусе и связанную с рабочей полостью отверстием, перекрытым разрушающимся элементом в виде стакана.

Недостатки устройства - одноразовость использования, значительная трудоемкость и продолжительность восстановительных работ. При срабатывании опорные узлы прокатных валков испытывают значительные динамические нагрузки вследствие большой скорости осадки устройства, что сопровождается ускоренным разрушением подшипников и элементов нажимных средств прокатной клети.

Цель изобретения - создание многоразового, конструктивно простого, точного при срабатывании предохранительного устройства, обеспечивающего уменьшение динамических нагрузок в клети.

Для достижения этой цели в предохранительном устройстве прокатной клети, включающем размещенные под нажимным средством пуансон и корпус с боковыми стенками и основанием, образующими рабочую полость, заполненную передающим давление материалом, в качестве передающего давление материала используют эластомер, а в боковых стенках корпуса выполнены отверстия. Отверстия могут быть выполнены с уширением от внутренней к внешней поверхностям боковых стенок корпуса. Отверстия имеют цилиндрический участок, примыкающий к внутренней поверхности боковых стенок. Внутренняя поверхность боковых стенок выполнена цилиндрической, а отверстия равномерно распределены по ее периметру. Оси отверстий размещены в плоскости, перпендикулярной оси нажимного средства и проходящей от внутренней поверхности основания на расстоянии, равном радиусу отверстий на внутренней поверхности боковых стенок корпуса. Устройство снабжено разрушаемым элементом в виде ленты, размещенным в рабочей полости между эластомером и боковой стенкой корпуса.

Предохранительные устройства прокатных клетей, использующие разрушаемый элемент, в настоящее время являются устройствами одноразового пользования. После обрабатывания эти устройства, будучи введенными в жесткую цепь прокатной клети, требуют прекращения ее эксплуатации для восстановления своей работоспособности, что обуславливает непроизводительные простои стана. При этом восстановить работоспособность устройств, не извлекая их из прокатной клети, не представляется возможным, а сама операция извлечения требует значительных затрат, связанных с разведением прокатных валков и нейтрализацией механизма их уравновешивания. Другой недостаток, характерный для устройств с разрушаемым элементом, заключается в расходности самого разрушаемого элемента, который, как правило, не подлежит восстановлению. Следует учитывать и значительную трудоемкость работ, необходимых для замены разрушенного элемента и заключающихся в разработке и последующей сборке устройства.

Кроме недостатков организационного характера, использование предохранительных устройств в момент их срабатывания приводит к возникновению значительных динамических нагрузок в прокатной клети. Это объясняется тем, что при разрушении элемента в потерявшей жесткость валковой опоре валки с опорными узлами, находящиеся под действием предельных технологических нагрузок, перемещаются вверх с большим ускорением. Так как величина осадки устройств с разрушением элементов, как правило, значительная (до 20...25 мм), то за время перемещения валковый узел получает большую кинетическую энергию, поглощаемую ударом валкового узла в ограничители. В результате возникает опасность разрушения подшипниковых узлов прокатных валков, элементов нажимного средства клети и др.

Таким образом, использование известных предохранительных устройств с разрушающимся элементом является одноразовым, их срабатывание сопровождается значительными динамическими нагрузками на элементы клети, а восстановление работоспособности трудоемко и продолжительно.

В отличие от известных конструкций в заявленном устройстве рабочая полость, заполненная эластомером, не является герметичной, а связана со свободным пространством отверстиями. Этот отличительный признак позволяет в качестве разрушаемого элемента использовать эластомер, выдавливаемый из рабочей полости через отверстия при возрастании технологической нагрузки сверх критической. При этом осадка устройства происходит не на всю потенциальную величину, а лишь на величину, достаточную для разведения валков, сбрасывающего избыточное давление. Сокращение перемещения валков узла снижает динамическую нагрузку на элементы клети.

Выполнение отверстий в боковых стенках корпуса обеспечивает компактность устройства на высоте, так как экструзия (выдавливание) аластомера в этом случае происходит в поперечном направлении в пространство, свободное от размещения в нем деталей прокатной клети.

Уширение отверстий от внутренних к внешним поверхностям боковых стенок позволяет уменьшить сопротивление перемещению частиц эластомера после их прохождения через отверстия. Величину сопротивления экструзии эластомера определяет цилиндрический участок отверстий, примыкающий к внутренней поверхности боковых стенок.

Признак выполнения внутренней поверхности боковых стенок цилиндрической с равномерным размещением отверстий по ее периметру обеспечивает осесимметричные условия нагружения эластомера технологическим усилием в объеме рабочей полости устройства, а следовательно, и равномерную экструзию эластомера через отверстия.

Размещение отверстий в плоскости, перпендикулярной оси нажимного средства и проходящей от внутренней поверхности основания на расстоянии, равном радиусу отверстий на внутренней поверхности боковых стенок корпуса, максимально увеличивает объем эластомера, используемого для экструзии, а значит, и число срабатывания предохранителя до его полной выработки.

Для повышения точности многократного срабатывания устройства при установленном предельном технологическом усилии в рабочей полости размещен разрушаемый элемент, выполненный в виде установленной между эластомером и боковой стенкой корпуса. Лента является многократно разрушаемым элементом, что обеспечивает существенное упрощение его изготовления и установки в предохранительном устройстве.

На фиг. 1 представлено устройство, осевой разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство с размещенным в рабочей полости разрушаемым элементом, осевой разрез; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - схема экструзии эластомера через отверстие при срабатывании устройства; на фиг. 6 - график зависимости величины осадка пуансона от величины технологического усилия, действующего в клети; на фиг. 7 - профиль отверстий с уширением от внутренней к внешней поверхностям боковых стенок корпуса; на фиг. 8 - профиль отверстия с цилиндрическим участком, примыкающим к внутренней поверхности боковых стенок.

Предохранительное устройство прокатной клети установлено между нажимным средством 1 и подушкой 2 прокатного валка и включает пуансон 3, образующий совместно с корпусом 4 цилиндрическую полость, заполненную эластомером 5. Пуансон снабжен буртом 6, ограничивающим его перемещение величиной Н. В боковых стенках корпуса выполнены отверстия 7, размещенные по периметру внутренней поверхности боковых стенок корпуса.

Устройство работоспособно при любом характере распределения отверстий по периметру внутренней поверхности боковых стенок корпуса. Однако при равномерном характере их распределения (фиг. 2 и 4) отсутствуют нежелательные перекосы пуансона 3 в процессе перемещения корпуса и повышается точность срабатывания устройства.

Все отверстия размещены в плоскости, перпендикулярной оси нажимного средства и проходящей от внутренней поверхности основания корпуса на расстоянии r = l /2. В одном из вариантов выполнения устройства между эластомером и боковой стенкой корпуса размещена лента 8, отсекающая входные отверстия от эластомера. В собранном виде устройство удерживается стяжным болтом 9.

Предохранительное устройство прокатной клети работает следующим образом.

Передача технологического усилия от подушки 2 (фиг. 5) прокатного валка к нажимному средству 1 осуществляется через корпус 4, эластомер 5 и пуансон 3. При этом в рабочей полости устройства возникает давление Р, уравновешивающее технологическое усилие N и равномерно распределенное по ее поверхности.

Когда технологическое усилие, действующее на нажимное средство, не превышает предельного, осадку устройства определяет лишь объемная деформация эластомера, который ведет себя как жидкость в замкнутом пространстве. Графически зависимость осадки устройства Δh от величины технологического усилия N в этот период определяется прямой ОА.

В случае, если усилие N превышает предельно допустимую величину N_доп, под действием возросшего внутреннего давления Р (фиг. 5) происходит смятие эластомера 5 по периметру входного отверстия 7, которое является каналом для экструзии эластомера из рабочей полости корпуса. В процессе экструзии происходит осадка устройства на величину Δh₁ (фиг. 6), разведение валков, а следовательно, и разгружение прокатной клети на величину ΔN₁. Экструзия эластомера через отверстие сопровождается местным разряжением рабочей полости в объеме, сопряженном с входным отверстием. Одновременно наблюдается рост общего сопротивления экструзии по мере перемещения эластомера по каналу отверстия. Все это обусловливает постепенное, а затем и полное прекращение процесса экструзии (кривая АВ, фиг. 6) через освобожденный канал отверстия.

При последующем превышении технологического усилия предельно допустимой величины происходит разрушение (смятие) участка боковой поверхности эластомера 5 по периметру другого отверстия, в результате экструзии через которое обеспечивается осадка устройства на следующую величину Δh₂ (кривая ВС). В общем случае предохранительное устройство сохраняет работоспособность до тех пор, пока суммарная величина осадки Δh₁, Δh₂, ...Δ h_n не достигает значения Δh_Σ , равного ΔН (фиг. 1).

Если в процессе эксплуатации клети происходит резкое возрастание технологического усилия сверх допустимой величины (динамический удар), наблюдается одновременное разрушение эластомера в отверстиях нескольких фильер, например в двух. Изменение технологического усилия и осадки устройства описывается кривой АС (фиг. 6).

Точность срабатывания устройства и плавность его перемещений зависят от формы отверстия 7 и наличия в рабочей полости ленты 8. Сужение отверстия от внутренней к внешней поверхности корпуса снижает точность срабатывания за счет резкого возрастания сил сопротивления экструзии при прохождении эластомера через отверстие. В случае выполнения отверстия с уширением (фиг. 7) силы трения эластомера с его стенки незначительны по величине и точность срабатывания устройства возрастает.

Наибольшую точность срабатывания обеспечивает устройство с размещенной в его рабочей полости лентой 8. В процессе срабатывания устройства, под действием внутреннего давления эластомера происходит через срез ленты 8 по периметру входного отверстия, которая освобождает его канал для экструзии эластомера 5 из рабочей полости. Однако при этом давление в теле эластомера значительно превышает сопротивление его перемещению при входе в отверстие, что может сопровождаться динамическими нагрузками на предохранительное устройство клети. Поэтому для увеличения сопротивления перемещению эластомера участок отверстия 7 (фиг. 8), примыкающий к внутренней поверхности боковых стенок, выполнен цилиндрическим, что обеспечивает плавность перемещения прокатных валков при срабатывании устройства.

Примером конкретного выполнения заявленного технического решения является предохранительное устройство обжимной клети слябинга "1500" Мариупольского металлургического комбината. Рабочая полость устройства диаметром 400 мм и высотой 50 мм заполнена эластомером, в качестве которого использована вулканизированная резина марки (ГОСТ 12721-81). В стенках корпуса толщиной 50 мм выполнены 18 отверстий цилиндрической частью диаметром 8 мм и длиной 15 мм с конусообразным уширением отверстий к внешней поверхности корпуса. При общей высоте в 120 мм наибольшая осадка устройства составляет 20 мм. В рабочей полости между боковой поверхностью корпуса и эластомером размещена стальная лента (сталь 45, ГОСТ 1050-81) толщиной 0,5 мм. При указанных параметрах устройство обеспечивает 3-8-кратное срабатывание при опасных уровнях технологических нагрузок в клети в интервале величин.

Использование заявленного устройства в сравнении с устройством, принятым за прототип, обеспечивает 4-8-кратное сокращение технологических простоев стана, связанных с заменой предохранителя, уменьшение расхода подшипников прокатных валков на 6...8%, снижение трудоемкости и продолжительности восстановительных работ в 2...4 раза.

Таким образом использование изобретения обеспечивает многоразовость, уменьшает динамические нагрузки в клети, снижает трудоемкость и продолжительность восстановительных работ.

Использование: для защиты от технологических перегрузок рабочих клетей преимущественно обжимных прокатных станов. Сущность изобретения: предохранительное устройство прокатной клети установлено между нажимным средством и подушкой прокатного валка. Устройство включает пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную эластомером. В боковых стенках корпуса выполнены отверстия, через которые эластомер экструдирует при срабатывании устройства. Предусмотрен профиль отверстий с уширением от внутренней к внешней поверхности боковой стенки, а также с цилиндрическим участком, примыкающим к внутренней поверхности боковых стенок. Внутренняя поверхность боковых стенок выполнена цилиндрической. Отверстия равномерно распределены по ее периметру. Оси отверстий размещены в плоскости, перпендикулярной оси нажимного средства и проходящей от внутренней поверхности основания на расстоянии, равном радиусу отверстий на внутренней поверхности боковых стенок корпуса. Устройство предусматривает размещение разрушаемого элемента, выполненного в виде ленты, установленной между эластомером и боковой стенкой корпуса. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ, содержащее размещенные под нажимным средством пуансон и корпус с боковыми стенками и основанием, образующие рабочую полость, заполненную передающим давление материалом, отличающееся тем, что в качестве передающего давление материала используют эластомер, а в боковых стенках корпуса выполнены отверстия. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия выполнены с уширением от внутренней к внешним поверхностям боковых стенок корпуса. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что отверстия имеют цилиндрический участок, примыкающий к внутренней поверхности боковых стенок. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность боковых стенок выполнена цилиндрической, а отверстия равномерно распределены по ее периметру. 5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что оси отверстий размещены в плоскости, перпендикулярной к оси нажимного средства и проходящей от внутренней поверхности основания на расстоянии, равном радиусу отверстий на внутренней поверхности боковых стенок корпуса. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено разрушаемым элементом в виде ленты, размещенным в рабочей полости между эластомером и боковой стенкой корпуса.